[发明专利]电阻变化器件以及存储器基元阵列

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求在2010年3月26日提交的序列号为2010-073697的日本专利申请的优先权；通过引用将其全部内容并入到本文中。

技术领域

本文中描述的实施例一般而言涉及电阻变化器件以及存储器基元（memory cell）阵列。

背景技术

在被夹在上下电极之间并包含镍（Ni）和氧（O）且其中O的浓度从下电极朝向上电极增加的电阻切换金属氧化物层中，电阻切换金属氧化物层中的O在电流从上电极向下电极流动时通过焦耳热扩散，由此局部地形成重掺杂的Ni部分。在该结构中，由于电阻切换金属氧化物中的O的浓度不均匀，因此难以控制电阻变化。

发明内容

概括而言，根据一个实施例，一种电阻变化器件包括：包含金属的第一电极；第二电极；以及在所述第一和第二电极之间的包含Si和O的非晶氧化物层，该层在从所述第一电极到所述第二电极的方向上具有O的浓度梯度及其第一峰值。

一种存储器基元阵列包括：多个第一布线，其包含金属并向第一方向延伸；多个第二布线，其向与所述第一方向相交的第二方向延伸；以及多个存储器基元，其被设置在所述第一和第二布线之间，所述存储器基元中的每一个包括串联连接的电阻变化元件和整流元件，其中，所述电阻变化元件包括包含Si和O的非晶氧化物层，并在与所述第一和第二方向相交的第三方向上具有O的浓度梯度及其第一峰值。

一种电阻变化器件包括：多个第一电极，每一个所述第一电极包含金属且沿第一方向设置；多个第二电极，其沿所述第一方向设置，并在与所述第一方向相交的第二方向上逐一面向各所述第一电极；以及在所述第一电极与所述第二电极之间的包含Si和O的非晶氧化物层，该层在所述第二方向上具有O的浓度梯度及其第一峰值。

附图说明

图1示出了电阻变化元件；

图2A和2B示出了氧化物层的组成；

图3A和3B示出了电阻变化元件的工作原理；

图4A到4D示出了电阻变化元件的多值（multilevel）操作；

图5示出了电阻变化元件；

图6示出了金属元素的离子半径；

图7示出了存储器基元阵列；

图8示出了电阻变化器件；以及

图9和10示出了电阻变化存储器。

具体实施方式

（第一实施例）

图1是示出了根据第一实施例的电阻变化元件10的视图。

在电阻变化元件10中，氧化物层1被夹在两个电极2和3之间。

作为电极2，可以使用选自例如Ag、Ti、Ni、Co、Al、Cr、Cu、W、Hf、Ta和Zr的金属。还以使用上述金属中的任一种的氮化物或碳化物作为电极2。此外，可以使用包含这些金属中的至少一种的合金。

作为电极3，可以使用例如其中重掺杂B的Si。这是因为Si的电阻率可以通过重掺杂B而被设定到0.005Ωcm或更小。电极3不限于例如其中重掺杂B的Si，并且还可以为掺杂其他杂质的Si。杂质的实例为As和P。还可以使用诸如Ti、Ta、W及其氮化物的公知电极材料。

氧化物层1为非晶的并包含O和Si。在氧化物层1中，O的浓度从电极2朝向电极3增加，且存在其中O的浓度梯度具有峰值的至少一个区域。也就是，存在其中O的浓度梯度在氧化物层1的层叠方向上具有峰值的至少一个区域。换言之，氧化物层1包括其中O的浓度低的层和其中氧的浓度高的层，并且在其中O的浓度高的层与其中氧的浓度低的层之间的边界中浓度梯度增大。即使在电极2和3之间施加电压时，O的成分也几乎不变。这是由于氧化物层1是非晶的，因而不具有晶体结构，或者Si通过共价键而强键合到O。氧化物层1的膜厚度为例如1（含1）到300nm。当电阻变化元件10的尺寸缩小时，氧化物层1的膜厚度优选尽可能小。当考虑到这一点时，氧化物层1的膜厚度优选为2（含2）到50（含50）nm。

图2A和2B为用于说明在氧化物层1中包含的O的浓度梯度的视图。横坐标（图面中向右）表示浓度梯度的值，纵坐标（图面中向下）表示从电极2到电极3的距离x。

如图2A所示，当氧化物层1包括例如具有成分SiO0_.1的层（第一层4）和具有成分SiO_0.5的层（第二层5）时，O的成分在第一层4与第二层5之间的边界中升高0.4。在该状态下，浓度梯度在第一层4与第二层5之间的边界中具有峰值。在该情况下，第一层4和第二层5的膜厚度为例如50nm。