[发明专利]可变电阻元件和其制造方法以及具备其的存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可变电阻元件和其制造方法，该可变电阻元件具备第1电极、第2电极和可变电阻体，上述可变电阻体存在于被上述第1电极和上述第2电极所夹持的区域中，通过对两电极之间施加电压脉冲从而使电阻变化。此外，本发明还涉及具备该可变电阻元件的存储装置。

背景技术

近年来，作为取代闪速存储器的能够高速工作的下一代非易失性随机存取存储器(NVRAM：Nonvolatile Random Access Memory)，提出有FeRAM(Ferroelectric RAM：铁电随机存取存储器)、MRAM(MagneticRAM：磁阻随机存取存储器)、OUM(Ovonic Unified Memory：相变存储器)等各种各样的器件构造，从高性能化、高可靠性化、低成本化、以及工艺匹配性的观点出发，进行着激烈的开发竞争。但是，现有的这些存储器件各有长短，距离实现兼具SRAM、DRAM、以及闪速存储器的各个优点的“通用存储器(Universal Memory)”的理想还很遥远。

相对于这些现有技术，提案有一种使用了通过施加电压脉冲从而使电阻可逆地变化的可变电阻元件的电阻性非易失性存储器RRAM(Resistive Random Access Memory：电阻性随机存储器)(注册商标)。该可变电阻元件的结构极其简单，如图1所示，是成为第2电极的下部电极3、可变电阻体2、以及成为第1电极的上部电极1依次层叠的结构，通过对上部电极1和下部电极3之间施加电压脉冲，能够使电阻值可逆地变化。通过读出该可逆性电阻变化动作(以下酌情称为“转换(switching)动作”。)中的电阻值，就能够实现新的非易失性存储装置。

作为可变电阻体2的材料，由美国休斯顿大学的Shangquing Liu、Alex Ignatiev等在下述的专利文献1和非专利文献1中公开了通过对因超大磁阻效应而公知的钙钛矿材料施加电压脉冲从而使电阻可逆地变化的方法。这是虽然使用了因超大磁阻效应而公知的钙钛矿材料但即使不施加磁场在室温下也显现出涉及数位的电阻变化的极其划时代的方法。再有，在专利文献1中例示的元件结构中，作为可变电阻体2的材料使用了作为钙钛矿型氧化物的结晶性镨钙锰氧化物Pr_1-xCa_xMnO₃(PCMO)膜。

此外，从非专利文献2和专利文献2等中可知，作为可变电阻体2的材料，关于钛氧化(TiO₂)膜、镍氧化(NiO)膜、锌氧化(ZnO)膜、铌氧化(Nb₂O₅)膜等的过渡金属(transition metal)元素的氧化物也显示了可逆的电阻变化。其中，在非专利文献3中详细报告了使用了NiO的转换动作的现象。

专利文献1：美国专利第6204139号说明书

非专利文献1：Liu，S.Q.及其他、“Electric-pulse-induced reversibleResistance change effect in magnetoresistive films”，Applied Physics Letter，Vol.76，pp.2749-2751，2000年

非专利文献2：H.Pagnia及其他、“Bistable Switching in ElectroformedMetal-Insulator-Metal Devices”，Phys.Stat.Sol.(a)，vol.108，pp.11-65，1988年

专利文献2：日本专利特表2002-537627号说明书

非专利文献3：Baek，I.G.及其他、“Highly Scalable Non-volatileResistive Memory using Simple Binary Oxide Driven by AsymmetricUnipolar Voltage Pulses”，IEDM 04，pp.5 87-590，2004年

发明内容

发明要解决的问题

但是，在作为通过电压脉冲使电阻变化的可变电阻体2的材料使用了钙钛矿型氧化物的情况下，根据材料有时电阻变化小，得不到稳定的转换动作，或者此外作为下部电极3，存在必须使用与钙钛矿型氧化物的晶格匹配性良好且拥有高导电性和高耐氧化性的贵金属(noble metal)电极，与以往的CMOS工艺的匹配性差的问题。