电阻可变元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种低成本的电阻可变元件及其制造方法。本发明专利技术的一个实施方式的电阻可变元件(1)具有下部电极层(3)、上部电极层(5)和氧化物半导体层(4)。上部电极层(5)由碳材料形成。氧化物半导体层(4)具有第1金属氧化物层(41)和第2金属氧化物层(42)。第1金属氧化物层(41)形成于下部电极层(3)和上部电极层(5)之间，并且具有第1电阻率。第2金属氧化物层(42)形成于第1金属氧化物层(41)和上部电极层(5)之间，并且具有与第1电阻率不同的第2电阻率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种作为非易失性存储器等而使用的电阻可变元件及其制造方法。
技术介绍
在半导体存储器中，存在DRAM(Dynamic Random Access Memory)等易失性存储器和闪存存储器等非易失性存储器。作为非易失性存储器，主流为NAND型闪存存储器，但在20nm以后的设计规则中，NAND型闪存存储器已达到微型化的界限，而作为能够进行进一步微型化的器件，ReRAM(Resistance RAM：可变电阻式存储器)受到瞩目。现有技术的ReRAM是由上部和下部铂(Pt)电极层夹着具有所期望的电阻值的金属氧化物层的结构，对上部电极层施加电压，使金属氧化物层的电阻发生变化，据此，进行存储器转换(Memory Switching)(参照下述专利文献1)。现有技术文献专利文献：专利文献1：日本专利技术专利公开公报特开2013-207130号
技术实现思路
然而，作为电极层的材料而使用的Pt是昂贵的金属，因此，为了
降低电阻可变元件的成本，提高生产率，需要开发非贵金属电极材料。鉴于以上的情况，本专利技术的目的在于，提供一种低成本的电阻可变元件及其制造方法。为了实现上述目的，本专利技术的一方式的电阻可变元件具有第1电极层、第2电极层和氧化物半导体层。上述第2电极层由碳材料形成。上述氧化物半导体层具有第1金属氧化物层和第2金属氧化物层。上述第1金属氧化物层形成于上述第1电极层和上述第2电极层之间，并具有第1电阻率。上述第2金属氧化物层形成于上述第1金属氧化物层和上述第2电极层之间，并具有与上述第1电阻率不同的第2电阻率。附图说明图1是表示本专利技术的一个实施方式的电阻可变元件的结构的概略侧剖视图。图2是表示在实验中制作的电阻可变元件的电流-电压特性的图。图3是表示在实验中制作的电阻可变元件的电流-电压特性的图。图4是表示本专利技术的一个实施方式的电阻可变元件的电流-电压特性的图。图5是表示本专利技术的一个实施方式的电阻可变元件的电流-电压特性的图。具体实施方式本专利技术的一个实施方式的电阻可变元件具有第1电极层、第2电极层和氧化物半导体层。上述第2电极层由碳材料形成。上述氧化物半导体层具有第1金属氧化物层和第2金属氧化物层。上述第1金属氧化物层形成于上述第1电极层和上述第2电极层之间，并具有第1电阻率。上述第2金属氧化物层形成于上述第1金属氧化物层和上述第2电极层之间，并具有与上述第1电阻率不同的第2电阻率。在上述电阻可变元件中，第2电极层由碳材料形成。碳材料的价格比Pt等贵金属便宜，据此，能够实现成本的降低。上述碳材料也可以是类金刚石(DLC)。DLC具有金刚石所具有的sp3杂化轨道和黑铅(石墨)所具有的sp2杂化轨道，为非晶质(amorphous)结构，是耐磨性、耐化学性、耐吸湿性、耐透氧性(不易透氧)等优良的碳材料。采用该结构，由于是难以透过或吸收氧的电极层，因此，能够抑制氧化物半导体层中的氧的逸出，防止氧化物半导体层的低电阻化。据此，能够提高电阻可变元件的转换(Switching)特性。上述DLC的密度的值可以在2.3g/cm3以上2.6g/cm3以下的范围内。DLC在上述的密度范围内具有高密度且具有低电阻率，因此，通过以上述的密度范围的DLC作为第2电极层的材料，能够得到更加不易于吸收氧化物半导体层的氧且导电性优良的电极层。本专利技术的一个实施方式的电阻可变元件的制造方法包括在基板上形成第1电极层的步骤。在上述第1电极层之上，形成具有第1电阻率的第1金属氧化物层。在上述第1金属氧化物层之上，形成具有与上述第1电阻率不同的第2电阻率的第2金属氧化物层。在上述第2金属氧化物层之上，通过RF溅射(法)或脉冲DC溅射形成由DLC构成的第2电极层。采用该制造方法，与电极使用贵金属时相比较，能够制造成本较低且具有良好的转换特性的电阻可变元件。以下，参照附图，说明本专利技术的实施方式。＜第1实施方式＞图1是表示本专利技术的一个实施方式的电阻可变元件的结构的概略剖视图。本实施方式的电阻可变元件1具有基板2、下部电极层3(第1电极层)、氧化物半导体层4和上部电极层5(第2电极层)。作为基板2，典型的是使用硅片等半导体基板，但并不限于此，也可以使用玻璃基板等绝缘性陶瓷基板。氧化物半导体层4具有第1金属氧化物层41和第2金属氧化物层42。第1金属氧化物层41和第2金属氧化物层42分别由同类的材料构成，也可以由异类的材料构成。第1金属氧化物层41和第2金属氧化物层42中，一方由接近化学计量比组成(stoichiometric composition)的氧化物材料(以下，称为“化学计量比组成材料”。)构成，另一方由包含大量的氧缺损的氧化物材料(以下，称为“氧缺损材料”。)构成。在本实施方式中，第1金属氧化物层41由氧缺损材料构成，第2金属氧化物层42由化学计量学组成材料构成。第1金属氧化物层41形成在下部电极层3上，在本实施方式中，第1金属氧化物层41由氧化钽(TaOx)形成。第1金属氧化物层41
所使用的氧化钽的氧化度比形成第2金属氧化物层42的氧化钽低，第1金属氧化物层41所使用的氧化钽的电阻率例如大于1Ω·cm，且在1×106Ω·cm以下。构成第1金属氧化物层41的材料并不限于上述，例如也可以使用氧化镐(ZrOx)、氧化铪(HfOx)、氧化钛(TiOx)、氧化铝(AlOx)、氧化硅(SiOx)、氧化铁(FeOx)、氧化镍(NiOx)、氧化钴(CoOx)、氧化锰(MnOx)、氧化锡(SnOx)、氧化锌(ZnOx)、氧化钒(VOx)、氧化钨(WOx)、氧化铜(CuOx)、Pr(Ca，Mn)O3、LaAlO3、SrTiO3、La(Sr，Mn)O3等二元系或三元系以上的氧化物材料。第2金属氧化物层42形成于第1金属氧化物层41之上，在本实施方式中第2金属氧化物层42由氧化钽(Ta2O5)形成。第2金属氧化物层42所使用的氧化钽具有化学计量比组成或与其接近的组成，例如，具有大于1×106(1E+06)Ω·cm的电阻率。构成第2金属氧化物层42的材料并不限于此，也可以适用上述那样的二元系或三元系以上的氧化物材料。第1金属氧化物层41和第2金属氧化物层42例如可通过与氧气的反应性溅射法而形成。在本实施方式中，在导入有氧气的真空腔中对金属(Ta)靶进行溅射，据此，在基板2(下部电极层3)上依次形成由氧化钽构成的金属氧化物层41、42。各金属氧化物层41、42的氧化度通过导入真空腔的氧气的流量(分压)来控制。由于电阻可变元件1的第2金属氧化物层42的氧化度比第1金属氧化物层41高，因此，第2金属氧化物层42具有高于第1金属氧化物层41的电阻率。在此，当对上部电极层5施加正电压，对下部电极层3施加负电压时，高电阻的第2金属氧化物层42中的氧离子(O2-)向低电阻的第1金属氧化物层41中扩散，第2金属氧化物层42的电
阻降低(低电阻状态)。另一方面，当对下部电极层3施加正电压，对上部电极层5施加负电压时，氧离子从第1金属氧化物层41向第2金属氧化物层42扩散，第2金属氧化物层42的氧化度再次提高，电阻变高(高电阻状态)。如上所述，通过控制下部电极层3与上部电极层5之间的电压，使氧化物半导体层4在低电阻状态和高电阻状态间可逆地。另外，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻可变元件，其特征在于，具有：第1电极层；第2电极层，其由碳材料形成；和氧化物半导体层，其具有第1金属氧化物层和第2金属氧化物层，所述第1金属氧化物层形成于所述第1电极层和所述第2电极层之间，并且具有第1电阻率，所述第2金属氧化物层形成于所述第1金属氧化物层和所述第2电极层之间，并且具有与所述第1电阻率不同的第2电阻率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.24 JP 2014-0325201.一种电阻可变元件，其特征在于，具有：第1电极层；第2电极层，其由碳材料形成；和氧化物半导体层，其具有第1金属氧化物层和第2金属氧化物层，所述第1金属氧化物层形成于所述第1电极层和所述第2电极层之间，并且具有第1电阻率，所述第2金属氧化物层形成于所述第1金属氧化物层和所述第2电极层之间，并且具有与所述第1电阻率不同的第2电阻率。2.根据权利要求1所述的电阻可变元件，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：福田夏树，福寿和纪，宫口有典，西冈浩，邹弘纲，
申请(专利权)人：株式会社爱发科，
类型：发明
国别省市：日本;JP