非易失性存储元件以及非易失性存储元件的制造方法技术

提供抑制因热预算而导致的电阻变化层的氧浓度特性的劣化、且在低电压下能够稳定工作的非易失性存储元件以及其制造方法。非易失性存储元件(12)，具备∶第一电极层(105)，被形成在衬底上(100)；电阻变化层(106)，被配置在第一电极层上(105)；以及第二电极层(107)，被配置在电阻变化层(106)上，电阻变化层(106)具有，缺氧氮型钽氧氮化物层(106a)与钽氧化物层(106b)层叠的双层构造。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，通过因电压脉冲被施加而电阻值可逆地变化的电阻变化型的。
技术介绍
近些年，随着数字技术的进展，移动信息设备以及信息家电等的电子设备的高功能化进一步进展了。随着这样的电子设备的高功能化，所使用的半导体元件的细微化以及高速化迅速进展了。其中，以闪存为代表的大容量的非易失性存储器的用途迅速扩大了。进而，作为可替代该闪存的下一代的新型非易失性存储器，利用了所谓电阻变化元件的非易失性存储元件的研究开发进展了(例如，参照专利文献I至3)。在此，电阻变化元件是指，具有电阻值因电信号而可逆地变化的性质、且进一步能够非挥发地存储与该电阻值相对应的信息的元件。在专利文献I中，公开将含氧率不同的钽氧化物层层叠而用在电阻变化层的电阻变化元件。对于专利文献I所公开的电阻变化元件，形成有由第一电极层、含有钽氧化物TaOx的第一电阻变化层、含有钽氧化物Ta2O5的第二电阻变化层、第二电极层构成的电阻变化元件。并且，在专利文献2中，公开将缺氧氮型钽氧氮化物TaON用在电阻变化层的电阻变化元件。专利文献2所公开的电阻变化元件，由第一电极层、包含含有Ta和氮的氧化物的电阻变化层(TaON)、第二电极层构成。在专利文献2中，公开电阻变化层(TaON)的氧对氮的含有率为I. 08以上I. 35以下，以作为一个例子。并且，在专利文献3中，公开利用了由钽氧化物Ta2O5、钽氧氮化物TaON、钽氧化物TaOx依次层叠的三层构造构成的电阻变化层的电阻变化元件。在其结构中，钽氧氮化物TaON，在制造工序中，被形成为用于不使氧进入钽氧化物TaOx的阻挡层。(现有技术文献) (专利文献)专利文献I :国际公开第2008 / 149484号专利文献2 :国际公开第2008 / 146461号专利文献3 :国际公开第2010 / 38423号专利技术概要专利技术要解决的课题如后述，本申请的专利技术人们专心研究之后发现了，以往的电阻变化元件具有的问题是，存在因热预算等而电阻变化特性劣化的可能性，或者，在低电压下难以稳定工作。
技术实现思路
为了解决所述的问题，本专利技术的目的在于提供抑制因热预算而导致的电阻变化层的氧浓度特性的劣化、且在低电压下能够稳定工作的非易失性存储元件以及其制造方法。用于解决课题的手段为了解决所述的问题，本专利技术的实施方案之一涉及的非易失性存储元件，具备第一电极层，被形成在衬底上；电阻变化层，被配置在所述第一电极层上；以及第二电极层，被配置在所述电阻变化层上，所述电阻变化层具有，缺氧氮型钽氧氮化物层与钽氧化物层层叠的双层构造。构成缺氧氮型钽氧氮化物层的缺氧氮型钽氧氮化物材料是指，与具有化学计量学组成(stoichiometric composition)的氧化物相比,氧以及氮的至少一方的含有量(原子比总原子数中占有的氧以及氮的原子数的比例)少的具有非化学计量学组成的氧化物。也就是说，缺氧氮型钽氧氮化物材料是指，若将其组成表示为Ta0x’Ny’，则具有成为2x’ +3y’ < 5的组成的材料。在缺氧氮型钽氧氮化物层中，即使提供热预算也氧不易扩散。根据该结构，由于对电阻变化层利用缺氧氮型钽氧氮化物层，因此，能够抑制氧从钽氧化物层扩散到缺氧氮型 钽氧氮化物层。据此，能够抑制氧浓度特性的劣化。并且，优选的是，在所述电阻变化层中，氧离子从所述钽氧化物层向所述缺氧氮型钽氧氮化物层移动，从而成为低电阻化，氧离子从所述缺氧氮型钽氧氮化物层向所述钽氧化物层移动，从而成为高电阻化。并且，优选的是，在以TaOxNy来表示所述缺氧氮型钽氧氮化物层的组成的情况下，X和y满足,0. 8彡X + y彡I. 9,0 < y彡0. 5,并且,在以TaOz来表示所述钽氧化物层的组成的情况下，z满足，X + y < Z0因施加电压脉冲，而在钽氧化物层出入氧(氧离子)，从而出现电阻变化工作。缺氧氮型钽氧氮化物层，虽然具有抑制氧的扩散的效果，但是，缺氧氮型的钽氧氮化物层的含氮量过高(即，y值过高)，则成为电阻变化工作的阻碍。根据该结构，将具有以TaOxNy来表示的组成的缺氧氮型钽氧氮化物层的I值设为O < y < 0. 5，从而能够抑制氧浓度特性的劣化，且能够实现良好的电阻变化工作。并且，将缺氧氮型钽氧氮化物层(组成Ta0xNy)的x值以及y值设为0. 8 < x +y彡I. 9，将钽氧化物层(组成Ta0z)设为x + y < z，据此，钽氧化物层的电阻率，比缺氧氮型钽氧氮化物层的电阻率高。电阻变化工作时施加的电压脉冲，被分配到作钽氧化物层和作缺氧氮型钽氧氮化物层的两者，但是，其中贡献于电阻变化工作的是，被分配到氧出入的钽氧化物层的量。由于钽氧化物层的电阻率，比缺氧氮型钽氧氮化物层的电阻率高，因此，被分配到钽氧化物层的电压脉冲的成分大，能够使非易失性存储元件在低电压下工作。由于如上构成非易失性存储元件，因此，使非易失性存储元件进行电阻变化工作所需要的电压为2. 4V以下，与以往的非易失性存储元件相比，能够在低电压下工作。并且，优选的是，所述缺氧氮型钽氧氮化物层的厚度，比所述钽氧化物层的厚度厚。根据该结构，通过使钽氧氮化物层的膜厚，比钽氧化物层的厚度厚，从而能够减少作为以往的电阻变化元件的问题的、氧浓度特性的劣化。并且，优选的是，所述缺氧氮型钽氧氮化物层具有导电性。并且，优选的是，利用标准电极电位比钽的标准电极电位高的材料之中的一个或多个材料，来构成与所述钽氧化物层接触的电极。并且，优选的是，利用标准电极电位比钽的标准电极电位低的材料之中的一个或多个材料，来构成与所述缺氧氮型钽氧氮化物层接触的电极。并且，优选的是，利用Au、Pt、Ir、Pd、Cu以及Ag之中的一个或多个材料，来构成与所述钽氧化物层接触的电极。并且，优选的是，利用W、Ni以及TaN之中的一个或多个材料，来构成与所述缺氧氮型钽氧氮化物层接触的电极。根据该结构，能够使在电阻变化层的电阻变化工作，仅在钽氧化物层与接触于它的第电极的界面产生，能够实现稳定的电阻变化工作。并且，本专利技术的实施方案之一涉及的非易失性存储元件的制造方法，具有工序a,在衬底上,形成用于构成第一电极层的第一电极材料层；工序b,在第一电极材料层上，形成用于构成缺氧氮型钽氧氮化物层的缺氧氮型钽氧氮化物材料层；工序C，在缺氧氮型钽氧氮化物材料层上，形成用于构成钽氧化物层的钽氧化物材料层；以及工序d，在钽氧化 物材料层上，形成用于构成第二电极层的第二电极材料层，在工序b中，通过溅射法，形成缺氧氮型钽氧氮化物材料层。根据该结构，在通过溅射法形成缺氧氮型钽氧氮化物层的工序b中，能够采用将钽作为溅射靶材来利用、将氧和氮作为溅射气体来利用的反应溅射法。据此，具有以TaOxNy (O. 8彡X + y彡I. 9，y彡O. 5)来表示的组成的缺氧氮型钽氧氮化物层的组成控制变得容易。并且，本专利技术的实施方案之一涉及的非易失性存储元件的制造方法，具有工序a，在衬底上，形成用于构成第二电极层的第二电极材料层；工序b，在所述第二电极材料层上，形成用于构成钽氧化物层的钽氧化物材料层；工序C，在所述钽氧化物材料层上，形成用于构成缺氧氮型钽氧氮化物层的缺氧氮型钽氧氮化物材料层；以及工序d，在缺氧氮型钽氧氮化物材料层上，形成用于构成第一电极层的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.19 JP 2010-2595551.一种非易失性存储元件，具备 第一电极层，被形成在衬底上； 电阻变化层，被配置在所述第一电极层上；以及 第二电极层，被配置在所述电阻变化层上， 所述电阻变化层具有，缺氧氮型钽氧氮化物层与钽氧化物层层叠的双层构造。2.如权利要求I所述的非易失性存储元件， 在所述电阻变化层中， 氧离子从所述钽氧化物层向所述缺氧氮型钽氧氮化物层移动，从而成为低电阻化， 氧离子从所述缺氧氮型钽氧氮化物层向所述钽氧化物层移动，从而成为高电阻化。3.如权利要求I或2所述的非易失性存储元件， 在以TaOxNy来表示所述缺氧氮型钽氧氮化物层的组成的情况下，X和y满足， O.8≤x + y≤l.9 O < y ≤ O. 5，并且， 在以TaOz来表示所述钽氧化物层的组成的情况下，z满足，X + y < Z04.如权利要求I至3的任一项所述的非易失性存储元件， 所述缺氧氮型钽氧氮化物层的厚度，比所述钽氧化物层的厚度厚。5.如权利要求I至4的任一项所述的非易失性存储元件， 所述缺氧氮型钽氧氮化物层具有导电性。6.如权利要求I至5的任一项所述的非易失性存储元件， 利用标准电极电位比钽的标准电极电位高的材料之中的一个或多个材料，来构成与所述钽氧化物层接触的电极。7.如权利要求I至6的任一项所述的非易失性存储元件， 利...

【专利技术属性】
技术研发人员：二宫健生，三河巧，早川幸夫，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：