[发明专利]包含存储器件的半导体器件及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含存储器件的半导体器件及其驱动方法，该存储器 件利用了硅化反应。

背景技术

在使用了很多电子器具的现代社会中，产生并使用各种数据；因 此，需要存储器件来储存数据。目前制造和使用的各种存储器件有着 不同的优缺点，并根据所要存储和使用的数据来适当地使用。

例如，易失性存储器包括DRAM和SRAM，其在掉电时会丢失 其存储内容。因为在掉电时会丢失存储内容，所以易失性存储器的应 用受到很大限制；然而，利用其访问时间短的优点，易失性存储器的 每种都被用作计算机的主存储器件或者高速缓存。因为DRAM的存 储单元小，所以可容易地制造大容量的DRAM。然而，其控制方式复 杂并且功耗大。SRAM包括由CMOS构成的存储单元并且可被容易 地制造和控制；然而，由于一个存储单元需要六个晶体管，所以难以 得到大容量的SRAM。

非易失性存储器即使在掉电之后也保持其存储内容，包括：可重 写存储器，数据可以向其中重写很多次；一次写入存储器，用户只可 向其中写入数据一次；掩模ROM，数据内容在存储器的制造过程中 被确定并不可被重写；等等。作为可重写存储器，有EPROM、闪存、 铁电存储器等。EPROM允许容易地写入数据并且每比特的单位成本 相对较低；然而，需要专门用于写入和擦除的编程器和擦除器。闪存 和铁电存储器可以在所用的基板上被重写，其访问时间短、且功耗低； 然而，需要用于制造浮栅和铁电层的工艺步骤。因而，每比特的单位 成本高。

一次写入存储器的每种包括熔丝、反熔丝、交叉点二极管、OLED (有机发光二极管)、双稳态液晶元件、以及状态受热或光改变的其 它器件。近些年来，还开发了使用硅化反应的存储元件(例如，参考 文献1：日本专利第3501416号)。参考文献1中所述的存储器包括 由使用导电膜作为阴极和阳极以及在阴极和阳极之间设置的非晶硅 膜所形成的多个存储元件。

作为将数据写入存储器的方法，提出了施加电作用(electrical action)的方法。在通过电作用写入数据的情况下，制造在一对电极 之间施加高电压以使得其中的非晶硅膜硅化的元件和不在一对电极 之间施加使得其中的非晶硅膜硅化的高电压的元件，于是数据被写入 到存储器中。然后，对于读出，向存储元件施加电压并读出存储元件 之间的电阻差，据此，能够使得数据“0”和数据“1”相互区别开。

然而，在通过电作用写入数据的存储器中，在存储器中既有硅膜 被硅化的存储元件，也有硅膜未被硅化的存储元件。于是，当在读出 时施加与写入期间所施加的电压相同的电压时，存储元件的未被硅化 的硅膜也被硅化了；因此，必须改变读出时用于存储元件的电压值使 之有别于写入时的电压值。例如，如果写入电压是X[V]，那么读出 时，需要施加低于X的电压以防止其中未被执行写入的存储元件的硅 膜因硅化反应而被改变。通常，作为存储器的外部电源，使用输出用 于读出被写入存储元件的数据的电压值的外部电源。于是，为了将数 据写入存储元件，使用升压电路来升高外部电源电压来获得写入所需 的电压。

用于改变电压值的通用电路——例如升压电路——的体积大。因 此，难以使其中需要用于改变电压值的电路的存储器小型化。

发明内容

本发明提供一种存储器件的结构及其驱动方法，所述存储器件可 以在读写操作时使用相同电压来操作利用了硅化反应的存储元件。

本发明的存储器件的一种包括存储元件，该存储元件具有：第一 导电层；形成于第一导电层之上的含硅膜，以及形成于含硅膜之上的 第二导电层，其中第二导电层包括与第一导电层的材料不同的材料。 第一导电层和第二导电层至少其中之一是使用能够与含硅膜发生硅 化反应的材料来形成的。本发明的存储器件的另一种包括存储元件、 以及改变在读操作和写操作时施加于存储元件的电压的电路。当数据 被写入存储元件时，高电平的电压值被施加到第一导电层而低电平的 电压值被施加到第二导电层；而当写入存储元件的数据被读出时，高 电平的电压值被施加到第二导电层而低电平的电压值被施加到第一 导电层。这样，可以驱动存储器件。