[发明专利]电子元件、存储装置及半导体集成电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用了电阻值根据被施加的脉冲电压而变化的状态可变材料的电子元件、存储装置及半导体集成电路。

背景技术

近年来，随着电子机器中的数字技术的发展，为了存储图像等数据，对非易失性存储器件的要求越来越多。而且，对增加存储器件的容量、减低为写入工作所需的功率、缩短读出及写入时间、以及延长器件使用期限这些技术的要求越来越高。为了满足这些要求，在美国专利第6,204,139号公报中，有人公开了一种使用电阻值根据被施加的电脉冲而变化的钙钛矿材料(例如，Pr_(1-X)Ca_XMnO₃(PCMO)、LaSrMnO₃(LSMO)、GdBaCo_XO_Y(GBCO)等等)的非易失性存储器件的形成技术。根据该专利文献所公开的技术，在所述材料(以下，通常将该材料称为“可变电阻材料”)上施加规定电脉冲，以增加或减少所述材料的电阻值。由于该脉冲的施加而变化了的电阻值，是为了储存相互不同的值使用。基于该技术方案，用所述材料作为存储器件。

美国专利第6,673,691号公报公开了通过使电脉冲的脉冲宽度变化，来使可变电阻材料的电阻值变化的方法。美国专利第6,673,691号公报还公开了1D1R(一个二极管及一个电阻器)式存储单元阵列的例子，在该存储单元陈列中，存储单元是使用所述可变电阻材料而构成的，并且用二极管作为存储单元选择器件。该结构的优点是：与包括用作存储单元选择器件的晶体管的结构相比，存储单元的尺寸更小。

图17，表示在美国专利第6,673,691号公报中所公开的、使用了现有可变电阻材料的存储装置(1D1R式非易失性存储装置)900。在该现有例中，存储装置900包括：衬底901，形成在衬底901上的PN结二极管(N型硅(Si)区域902、P型硅区域903-1及903-2)，形成在二极管的P型硅区域903-1上的下部电极904-1，形成在二极管的P型硅区域903-2上的下部电极904-2，形成在二极管的N型硅区域902上的接触插塞905，形成在下部电极904-1及904-2上的可变电阻材料层906，以及形成在可变电阻材料层906上的上部电极907-1及907-2。在该现有例中，下部电极904-1及904-2、和上部电极907-1及907-2由铂(Pt)构成，可变电阻材料层906由P_0.7Ca_0.3MnO₃构成。

在图17所示的存储装置900中，当在上部电极907-1与下部电极904-1之间施加规定脉冲时，可变电阻材料层906中位于上部电极907-1与下部电极904-1之间的部分(可变区域906α)的电阻值变化；当在上部电极907-2与下部电极904-2之间施加规定脉冲时，可变电阻材料层906中位于上部电极907-2与下部电极904-2之间的部分(可变区域906β)的电阻值变化。就是说，在该存储装置中，用可变区域906α及可变区域906β分别作为一个存储单元。

在图17所示的存储装置900中，用形成在衬底901上的PN结二极管作为用以选择存储单元的二极管。因此，电流从上部电极907-1(907-2)流向下部电极904-1(904-2)(正方向)，但不从下部电极904-1(904-2)流向上部电极907-1(907-2)(反方向)，也不在上部电极907-1与上部电极907-2之间流动。

图18，表示图17的存储装置900的等效电路。在图18中，字线W1对应于上部电极907-1；字线W2对应于上部电极907-2；位线B1对应于接触插塞905。存储单元MC911对应于可变区域906α；二极管D911对应于二极管(N型硅区域902、P型硅区域903-1)；存储单元MC912对应于可变区域906β；二极管D912对应于二极管(N型硅区域902、P型硅区域903-2)。

(工作)

下面，参照图18，对图17所示的存储装置900的工作情况进行说明。在此说明的是，对存储单元MC911进行的处理步骤。

(到位(set)(存储)或复位)