[发明专利]非易失性存储元件、非易失性存储装置、非易失性存储元件的制造方法及非易失性存储装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过电压脉冲的施加而电阻值变化的电阻变化型的非易失性存储元件及具备它的非易失性存储装置。

背景技术

近年来，随着数字技术的进展，便携型信息设备及信息家电等电子设备更加高性能化。因此，非易失性存储元件的大容量化、写入电力的降低、写入/读出时间的高速化及长寿命化的要求提高。

对于这样的要求，在已有的使用浮栅的闪存存储器的微细化方面被认为有限制。另一方面，在使用电阻变化层作为存储部的材料的非易失性存储元件（电阻变化型存储器）的情况下，由于能够通过由非易失性存储元件形成的构造简单的存储元件来构成，所以被期待进一步的微细化、高速化及低功耗化。

在使用电阻变化材料作为存储部的情况下，例如通过电脉冲的输入等，使其电阻值从高电阻向低电阻、或从低电阻向高电阻变化。在此情况下，需要将低电阻及高电阻这两个电阻值明确地区别、使电阻值在低电阻与高电阻之间高速且稳定地变化、并且将这两个电阻值非易失性地保持。以这样的存储器特性的稳定以及存储元件的微细化为目的，以往以来做出了各种提案。

作为该非易失性存储元件的一例，提出了将氧不足度不同的过渡金属氧化物层叠而用于电阻变化层的非易失性存储装置。例如，在专利文献1中公开了这样一种技术，使在与氧不足度较低的电阻变化层接触的电极界面上有选择地发生氧化、还原反应，使电阻变化稳定化。

上述以往的非易失性存储元件具有下部电极、电阻变化层和上部电极，该非易失性存储元件以二维状或三维状配置，构成存储器单元阵列。在各个非易失性存储元件中，电阻变化层由第1电阻变化层与第2电阻变化层的层叠构造构成，并且第1及第2电阻变化层由同种过渡金属氧化物构成。构成第2电阻变化层的过渡金属氧化物的氧不足度比构成第1电阻变化层的过渡金属氧化物的氧不足度小。

通过做成这样的构造，在对非易失性存储元件施加了电压的情况下，在氧不足度较小、显现更高的电阻值的第2电阻变化层上被施加几乎全部的电压。此外，在第2电阻变化层的与上部电极的界面附近，也丰富地存在有助于反应的氧。由此，在上部电极与第2电阻变化层的界面处，有选择地发生氧化、还原的反应，能够稳定地实现电阻变化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2008/149484号

专利文献2：国际公开第2008/126365号

但是，在以往的非易失性存储元件中，为了使非易失性存储元件从刚制造后的初始状态转变为电阻变化稳定地呈现的动作状态，需要进行被称作初始击穿的处理。所谓初始击穿，是指对处于初始状态的非易失性存储元件施加与在动作状态下产生电阻变化的电压相比振幅更大的电压、使氧不足度较小的电阻变化层的一部分局部地短路的处理。将在初始击穿处理中对非易失性存储元件施加的电压称作初始击穿电压。

在需要初始击穿处理的非易失性存储元件中，为了降低在初始击穿处理中非易失性存储元件发生意料之外的电气破坏的可能性、并且高效率地进行初始击穿处理，希望能够尽可能施加低的电压而达到初始击穿。

此外，从非易失性存储装置的动作的控制性及稳定性的观点看，对于非易失性存储元件，还同时希望在非易失性存储装置中形成的多个非易失性存储元件的电阻变化特性良好且均匀（所谓的偏差较小）。

但是，在以往的非易失性存储装置中，对于这些希望还存在改善的余地。

发明内容

本发明是为了应对上述希望而做出的，目的是提供一种能够降低初始击穿电压并使电阻变化特性稳定化的非易失性存储元件、以及使用这样的非易失性存储元件的非易失性存储装置。

为了解决上述问题，本发明的非易失性存储元件具备：第1电极；第2电极；电阻变化层，介于上述第1电极与上述第2电极之间，将与上述第1电极连接的第1电阻变化层和与上述第2电极连接的第2电阻变化层层叠而构成，基于施加在上述第1电极与上述第2电极之间的电信号而电阻值可逆地变化；以及侧壁保护层，具有氧阻挡性，将未与上述第1电极及上述第2电极中的任一个连接的上述电阻变化层的侧面覆盖；上述第1电阻变化层由第1金属氧化物和第3金属氧化物构成，该第3金属氧化物形成在该第1金属氧化物的周围并且氧不足度比该第1金属氧化物的氧不足度小，上述第2电阻变化层由氧不足度比上述第1金属氧化物的氧不足度小的第2金属氧化物构成。