[发明专利]可变电阻元件及其制造方法和非易失性半导体存储装置

权利要求书

1.一种可变电阻元件，在第一电极和第二电极之间具有金属氧化物层，对应于向所述第一和第二电极间的电应力的施加，所述第一和第二电极间的电阻可逆地变化，该可变电阻元件的特征在于，

所述金属氧化物层具有：作为在所述第一和第二电极间流过的电流的电流密度局部地变高的电流路径的细丝，

在所述第一电极和所述第二电极内的至少任一方的特定电极与所述金属氧化物层的界面的、至少包含所述特定电极和所述细丝的界面附近的一部分，具备：界面氧化物，该界面氧化物是作为包含在所述特定电极中的至少一个元素的特定元素的氧化物，与所述金属氧化物层的氧化物不同。

2.根据权利要求1所述的可变电阻元件，其特征在于，具备：电流狭窄部，在所述细丝和所述界面氧化物的接点附近，通过所述界面氧化物缩窄所述细丝的电流路径。

3.根据权利要求1或2所述的可变电阻元件，其特征在于，所述界面氧化物的导热率比所述特定电极的导热率小。

4.根据权利要求1或2所述的可变电阻元件，其特征在于，所述特定元素的氧化物生成自由能，比构成所述金属氧化物层的金属元素的氧化物生成自由能小。

5.根据权利要求1或2所述的可变电阻元件，其特征在于，所述金属氧化物层是包含过渡金属的金属氧化物。

6.根据权利要求5所述的可变电阻元件，其特征在于，所述金属氧化物层是从Co、Ni、Ti、V、Cu、W、Nb、Mn中选择的至少一种过渡金属的氧化物。

7.根据权利要求5所述的可变电阻元件，其特征在于，所述特定电极包含：作为从W、Cr、Ta、Al中选择的至少一种元素的、与所述金属氧化物层中包含的过渡金属不同的元素。

8.根据权利要求1或2所述的可变电阻元件，其特征在于，通过氧在所述界面氧化物和所述金属氧化物之间移动，所述第一及第二电极间的电阻可逆地变化。

9.根据权利要求1或2所述的可变电阻元件，其特征在于，通过将所述第一电极和所述第二电极的任一方作为基准电极对另一方的施加电极施加正或负极性的第一电压脉冲，从而所述第一和第二电极间的电阻高电阻化，通过对所述施加电极施加与所述第一电压脉冲相反极性的第二电压脉冲，从而所述第一和第二电极间的电阻低电阻化。

10.根据权利要求1或2所述的可变电阻元件，其特征在于，为了使所述第一和第二电极间的电阻高电阻化而对所述第一和第二电极间施加的第一电压脉冲，和为了使所述第一和第二电极间的电阻低电阻化而对所述第一和第二电极间施加的第二电压脉冲的各施加时间是100ns以下。

11.一种权利要求1所述的可变电阻元件的制造方法，其特征在于，依次处理如下工序：

原形结构形成工序，形成在所述第一电极和所述第二电极之间具有所述金属氧化物层的可变电阻元件的原形结构；

第一成形工序，在所述原形结构的所述第一和第二电极间施加第一成形电压，形成所述金属氧化物层内的作为在所述第一和第二电极间流过的电流的电流密度局部地变高的电流路径的细丝；以及

第二成形工序，在所述第一电极和所述第二电极内的至少任一方的特定电极与所述金属氧化物层的界面的、至少包含所述特定电极和所述细丝的界面附近的一部分，形成界面氧化物，该界面氧化物是作为所述特定电极中包含的至少一种元素的特定元素的氧化物，与所述金属氧化物层的氧化物不同，

在所述第二成形工序中，通过所述特定电极中的所述特定元素经由所述界面夺取所述金属氧化物层中的氧，从而生成所述界面氧化物。

12.根据权利要求11所述的可变电阻元件的制造方法，其特征在于，在所述第二成形工序中，形成所述界面氧化物，并且在所述细丝和所述界面氧化物的界面，形成抑制所述细丝的电流导通的高电阻化了的细丝断开部。

13.根据权利要求12所述的可变电阻元件的制造方法，其特征在于，在所述第二成形工序之后，通过在所述第一和第二电极间施加用于使所述第一和第二电极间的电阻低电阻化的电压，从而形成贯通所述细丝断开部和所述界面氧化物的电流路径，在所述细丝和所述界面氧化物的接点附近形成缩窄所述细丝的电流路径的电流狭窄部。