[发明专利]非易失性存储器件

说明书

技术领域

本发明涉及非易失性存储器件，在所述非易失性存储器件中电阻变化层的电阻在至少两个值之间改变，并且电阻值的变化作为信息而存储。

背景技术

近年来，已经积极地研究了非易失性存储器件，其中即使当外部电源被切断时，存储的数据也不消失。作为现在主导相关市场的非易失性存储器件，已经提出了闪存、MONOS(金属氧化物-氮氧化物半导体)、FeRAM(铁电存储器)、MRAM(磁存储元件)。

然而，随着构成每一个存储器单元的存储器元件的小型化，已经难以保证作为存储元件的非易失性存储器件的特性。例如，对于闪存，在浮置栅极(FG)部分和半导体衬底之间氧化硅膜的厚度的减小可能不利地影响存储器的电荷保持能力。即，当在最多10nm厚度的薄氧化硅膜上进行FN隧道注入时，可能产生被称为SILC(应力感应漏电流)的低电场区域中的泄漏电流。然后，积累在FG中的电荷会通过该泄漏路径流失。

因此，对于在FG闪存中厚度减小的隧道氧化物膜，厚度的下限需要设置到8nm以便于防止可能的SILC，从而允许维持电荷保持能力。如上所述，对于FG闪存，难以同时实现基于小型化的操作电压减小和电荷保持能力的维持。而且，同样对于诸如作为FG闪存的MONOS、FeRAM、MRAM的非易失性存储器件，小型化会减小作为信息保存的电荷量，导致存储能力的降低。

因此，已经开发了包括夹在电极之间的电阻变化层的可变电阻型非易失性存储器件作为适于小型化的非易失性存储器件。该非易失性存储器件特征在于，通过某种电刺激，由金属氧化物等构成的电阻变化层的电阻在至少两种类型的值之间切换，从而该电阻值能够作为信息来存储。

对于其中电荷积累在电容器中的传统存储器件，小型化减小了积累的电荷的量并且因此减小了信号电压。这降低了存储能力。相反，利用电阻变化层的非易失性存储器件的特征在于，它适于小型化，因为即使在小型化的情况下，电阻值也通常保持不变并且具有有限值。

在日本专利特开No.2006-2108882，APPLIED PHYSICS LETTERS，2006，88，p.202102-1至202102-3，和APPLIED PHYSICS LETTERS，2005，86，p.093509-1至093509-3中，提出了使用镍氧化物作为电阻变化层的非易失性存储器件。此外，这些文献描述了，在镍氧化物中形成被称作细丝(filament)的电流路径，并且电阻变化层的电阻取决于电流路径如何接合到上电极和下电极而变化。-

发明内容

然而，在日本专利特开No.2006-2108882，APPLIED PHYSICSLETTERS，2006，88，p.202102-1至202102-3，和APPLIED PHYSICSLETTERS，2005，86，p.093509-1至093509-3中，在现有技术中已经发现与器件的安全性有关的下列问题。

(1)首先，在日本专利特开No.2006-2108882，APPLIED PHYSICSLETTERS，2006，88，p.202102-1至202102-3，和APPLIED PHYSICSLETTERS，2005，86，p.093509-1至093509-3中描述的其中电阻变化层被夹在电极之间的结构中，发生了下述问题，即改变电阻的电压阈值不利地变化。认为，因为在器件的重复操作期间，在电阻变化层中形成新的细丝，或者已经形成的细丝消失，导致阻止在电阻变化层中形成稳定的细丝，因此阈值电压变得不稳定。

(2)第二，在APPLIED PHYSICS LETTERS，2005，86，p.093509-1至093509-3中描述的镍氧化物的电阻变化层具有多晶结构。在这种情形下，即使存储器件被关断时，即，即使当在电阻变化层中的细丝在电极之间被断开时，也会由于晶界导致泄漏电流。因此，泄漏电流会妨碍维持预存储的电阻值、或者增加功耗。

已经做出本发明以解决这些问题。本发明的目的是抑制由在电阻变化层中形成的细丝引起的电流路径的数目中的变化，因此抑制操作电压或阈值电压中的可能的变化。本发明的另外一个目的是在非易失性存储器件关断(off)时，抑制由晶界引起的泄漏电流以防止电阻变化层的电阻值的可能的变化，因而允许信息被稳定地存储并且防止功耗的增加。

为了解决上述问题，本发明的特征在于包括下面的构造。

1.一种非易失性存储器件，包括：

下电极；

上电极；以及

层压结构，其中至少一个非晶绝缘层和至少一个电阻变化层被层压在所述下电极和所述上电极之间。