[发明专利]存储元件、其制造方法以及存储装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请包含与2011年6月30日向日本专利局提交的日本专利申请JP2011-146114中公开的相关主题并要求其优先权，将其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及一种基于在包括离子源层和电阻变化层的存储层中观察到的电特性的任何变化而存储信息的存储元件、该存储元件的制造方法以及存储装置。

背景技术

一般来说，用于数据存储的半导体非易失性存储器一直为NOR型或NAND型闪存。关于这种半导体非易失性存储器，通过对其中的存储元件和驱动晶体管进行微细加工而作出了很多尝试以提高其容量。然而，考虑到写入和擦除期望高等级的电压，故半导体非易失性存储器被指出存在微细加工方面的限制，并在待注入浮动栅中的电子数方面存在限制。

为克服这种微细加工方面的限制，目前提出的下一代非易失性存储器例如为ReRAM(电阻随机存取存储器)或PRAM(相变随机存取存储器)(例如，参照Waser et.al.,Advanced Materials,21,p2932(2009)以及日本未审查专利申请2006-196537号公报)。这些存储器各为在两个电极之间包括电阻变化层的简单结构。在日本未审查专利申请2006-196537号公报的存储器中，作为对电阻变化层的替代，在第一电极和第二电极之间设有离子源层和氧化膜(存储用薄膜)。在这些电阻变化型存储器中，原子或离子在热或电场的作用下发生迁移，由此形成导电路径，从而认为电阻值发生变化。

上述电阻变化型存储器设有离子源层，该离子源层包含铝(Al)、铜(Cu)、锆(Zr)、碲(Te)等元素。为形成这种包含上述元素的离子源层，一种选择为通过共溅射或利用任何合金靶而形成均一成分的混合膜，或者通过形成各个元素的膜而形成多层膜。形成多层膜具有这样的优点，即，即使所用的成膜装置例如不能实现共溅射，仍可形成具备良好的操作性能的离子源层。

然而，所形成的多层膜在存储元件的微细加工步骤中具有导致膜分离与膜剥落的缺点。

发明内容

因此，本发明期望提供一种可降低发生膜分离与膜剥落的可能性的存储元件、所述存储元件的制造方法以及存储装置。

根据本发明的实施方式，提供了一种存储元件，该存储元件依次包括第一电极、存储层和第二电极。所述存储层包括：电阻变化层，其包含氧化物，并且所述电阻变化层设置在第一电极侧；以及离子源层，其设置在所述第二电极侧并且具有两个以上单位离子源层的层叠结构，所述单位离子源层包括第一层和第二层，第一层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上以及在存储层中易于移动的易移动元素，并具有从第一电极向第二电极的易移动元素的浓度分布，并且第二层包含在存储层中难以移动的难移动元素。

根据本发明的实施方式，提供了一种存储装置，该存储装置包括：多个存储元件，每个所述多个存储元件依次包括第一电极、存储层和第二电极；以及脉冲施加部，其对存储元件选择性地施加电压脉冲或电流脉冲。所述存储层包括：电阻变化层，其包含氧化物，并且所述电阻变化层设置在第一电极侧；以及离子源层，其具有两个以上单位离子源层的层叠结构，所述单位离子源层包括第一层和第二层，第一层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上以及在存储层中易于移动的易移动元素，并且具有从第一电极向第二电极的易移动元素的浓度分布，并且第二层包含在存储层中难以移动的难移动元素。

根据本发明的实施方式，提供了一种存储元件的制造方法。该方法包括：在基板上形成第一电极；在第一电极上形成包含氧化物的电阻变化层；在所述电阻变化层上形成包括两个以上单位离子源层的离子源层，所述单位离子源层中的至少部分为硫族元素层、移动层和固定层依次层叠的结构，所述硫族元素层包含硫族元素碲、硫、硒中的一种以上，所述移动层包含在电解质中易于移动的一种以上易移动元素，所述固定层包含在所述电解质中难以移动的一种以上难移动元素；并且在离子源层上形成第二电极。