[发明专利]存储元件、制造存储元件的方法以及存储装置

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JP2011-146113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气特性的任何变化而存储信息的存储元件、制造所述存储元件的方法以及存储装置。

背景技术

在诸如计算机等信息设备中，广泛使用的随机存取存储器为运行速度高且密度大的DRAM(动态随机存取存储器)。然而，相比于通常用于电子设备中的逻辑电路LSI(大规模集成电路)或信号处理电路，由于DRAM的制造工艺复杂，故DRAM的制造成本高。因为DRAM为易失性存储器，当切断电源时，DRAM中的任何所存信息会丢失，故DRAM还必需频繁进行刷新操作、即读出任何所写信息(数据)并将所述信息再次放大以进行重写的操作。

此前，作为即使切断电源也不会从中擦除信息的非易失性存储器，人们提出了闪存、FeRAM(铁电随机存取存储器)、MRAM(磁阻随机存取存储器)等。这些类型的存储器能够在不供电的情况下长时间保持任何所写信息。然而，这些类型的存储器各有优缺点。具体来说，闪存的集成度高，但在运行速度方面不强。FeRAM受到微细加工方面的限制而难以实现更高集成度，并且还有制造工艺方面的问题。MRAM有功耗方面的缺点。

为克服这些缺点，当前提出的下一代非易失性存储器包括作为新型存储元件的ReRAM(电阻随机存取存储器)或PCM(相变存储器)(例如，参照日本专利申请2006-322188号以及日本未审查专利申请2009-43873号公报)。

发明内容

然而，当上述存储元件长时间处于记录状态(低电阻状态)下或擦除状态(高电阻状态)下时，或者当上述存储元件处于比室温高的温度环境下时，会出现因电阻变化层出现电阻值变化而可能导致数据丢失的问题。

因此，期望提供一种耐热性提高的存储元件、制造存储元件的方法以及存储装置。

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、存储层以及第二电极。存储层包括：电阻变化层，其设置在第一电极侧；以及离子源层，其包含一种以上金属元素，并且离子源层设置在第二电极侧。离子源层包括第一离子源层和第二离子源层，第一离子源层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上并设置在电阻变化层侧，而第二离子源层中的硫族元素的含量不同于第一离子源层中的硫族元素的含量，并且第二离子源层设置在第二电极侧。

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，所述多个存储元件的每一个依次包括第一电极、存储层以及第二电极；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。存储层包括：电阻变化层，其设置在第一电极侧；以及离子源层，其包含一种以上金属元素，并且离子源层设置在第二电极侧。离子源层包括第一离子源层和第二离子源层，第一离子源层包含硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上并设置在电阻变化层侧，而第二离子源层中的硫族元素的含量不同于第一离子源层中的硫族元素的含量，并且第二离子源层设置在第二电极侧。

根据本发明的实施方式，提供了一种制造存储元件的方法。该方法包括：在基板上形成第一电极；在第一电极上形成电阻变化层；在电阻变化层上形成包含金属元素以及硫族元素碲(Te)、硫(S)、硒(Se)中的一种以上的第一离子源层；在第一离子源层上形成其中硫族元素的含量与第一离子源层中的硫族元素的含量不同的第二离子源层；并且在第一离子源层上形成第二电极。

通过本发明的实施方式的存储元件(存储装置)，当对初始状态(高电阻状态)下的元件施加“正方向”(例如，第一电极侧处于负电位，而第二电极侧处于正电位)的电压脉冲或电流脉冲时，离子源层中包含的任何金属元素被电离并扩散至电阻变化层中，随后，通过在第一电极处与电子结合而析出，或者保持在电阻变化层中并形成杂质能级(impurity level)。结果，在存储层中形成包含金属元素的低电阻部(导电路径)，从而电阻变化层的电阻下降(记录状态)。当对这种低电阻状态下的元件施加“负方向”(例如，第一电极侧处于正电位，而第二电极侧处于负电位)的电压脉冲时，在第一电极上析出的金属元素被电离，随后溶解于离子源层中。结果，包含金属元素的导电路径消失，并且电阻变化层的电阻升高(初始状态或擦除状态)。