非易失性存储元件及其制造方法技术

本发明专利技术的非易失性存储元件具有：电阻变化元件（104a），其具有第1电极（103）、第2电极（105）和电阻变化层（104），该电阻变化层（104）介于第1电极（103）和第2电极（105）之间，并且电阻值根据提供到第1电极（103）和第2电极（105）之间的电信号而可逆地变化；以及固定电阻层（108），其具有规定的电阻值，被层叠于电阻变化层（104），电阻变化层（104）具有缺氧型的第1过渡金属氧化物层（106）、和具有比第1过渡金属氧化物层（106）高的含氧率的第2过渡金属氧化物绝缘层（107），规定的电阻值为70Ω以上且1000Ω以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及非易失性半导体元件、其制造方法、以及非易失性存储元件的设计支持方法，尤其涉及电阻值通过电压脉冲的施加而变化的电阻变化型的非易失性半导体存储元件及其制造方法等。
技术介绍
近年来，随着数字技术的发展，便携式信息设备和信息家电等电子设备进一步实现了高功能化。因此，对电阻变化元件的大容量化、写入功率的降低、写入/读出时间的高速化、以及长寿命化的要求愈发高涨。针对这些要求，可以说已有的采用浮栅(floating gate)的闪存的细微化是有界 限的。与此相对，在存储部的材料采用电阻变化层的电阻变化元件(电阻变化型存储器)中，能够利用由两端子的电阻变化元件构成的单纯构造的存储元件(非易失性存储元件)构成，因而能够期待更进一步的细微化、高速化和低功耗化。在存储部的材料采用电阻变化层的情况下，例如通过电脉冲的输入等，使其电阻值从高电阻向低电阻、或者从低电阻向高电阻变化。在这种情况下，明确区分低电阻和高电阻这两种值，在低电阻和高电阻之间实现快速且稳定地变化，以及非易失性地保存这两种值，从稳定存储器特性的角度来说是必要的。为此，关于非易失性存储元件提出了以存储器特性的稳定和存储元件的细微化为目的的各种方案。作为构成这种非易失性存储元件的电阻变化元件的一例，提出了将含氧率不同的过渡金属氧化物进行层叠并用作电阻变化层的电阻变化元件。例如，在专利文献I中公开了这样的电阻变化元件，使在与含氧率高的电阻变化层接触的电极界面上有选择地产生氧化/还原反应，使电阻变化变稳定。该电阻变化元件具有下部电极和电阻变化层和上部电极，通过进行二维或者三维配置来构成存储器阵列。并且，该电阻变化元件的电阻变化层由第I电阻变化层和第2电阻变化层的层叠构造构成，第I电阻变化层和第2电阻变化层利用相同种类的过渡金属氧化物构成。并且，形成第2电阻变化层的过渡金属氧化物的含氧率高于形成第I电阻变化层的过渡金属氧化物的含氧率。通过形成这种构造，在对电阻变化元件施加电压的情况下，电压几乎都施加给了含氧率高、而且表现出更高的电阻值的第2电阻变化层。并且，在该界面附近含有丰富的能够有助于反应的氧。因此，在上部电极与第2电阻变化层的界面中有选择地产生氧化/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I :国际公开2008/149484号公报专利文献2 :国际公开2008/126365号公报专利技术概要专利技术要解决的问题但是，在如上所述的现有技术的非易失性存储元件中存在如下问题。在电阻变化层采用缺氧型的氧化钽层等过渡金属氧化物的情况下，通过利用含氧率高的层(高浓度层)和含氧率低的层(低浓度层)的层叠构造构成电阻变化层，能够实现稳定的动作。其中，所谓缺氧型的金属氧化物，是指含氧量比具有化学计量(StoiChiometry)组分的金属氧化物的含氧量少的金属氧化物，对于上述的氧化钽，在用TaOx表示其组分时，具有化学计量组分的氧化钽为Ta02.5(即Ta2O5),因而缺氧型的氧化钽的x的值为0〈x〈2. 5。X的范围因该过渡金属具有的价数的值而异。通常具有化学计量组分的金属氧化物显示出绝缘性，而缺氧型的金属氧化物显示出半导体的特性。 但是，在电阻变化层构成为这种高浓度层(高电阻层)和低浓度层(低电阻层)的层叠构造的情况下，最初施加电信号时的初期电阻值通过初期状态的高电阻层而高于通常的电阻变化时的高电阻状态的电阻值，在这种状态维持不变的情况下即使提供电信号(通常的电脉冲)，电阻也不变化，因而不能得到电阻变化特性。为了得到电阻变化特性，需要对初期状态的电阻变化层施加高电压的电脉冲，使在高电阻层内形成电路径(使高电阻层击穿)。这种处理被称为初期击穿。该高电压的电脉冲的电压(初期击穿电压)高于使作为存储器的电阻变化层从低电阻状态变为高电阻状态或者从高电阻状态变为低电阻状态所需要的通常的电脉冲的电压，需要用于产生这种高电压的电脉冲的特殊电路。即，存在除了用于产生通常的电脉冲的电路之外，还需要用于产生高电压的电脉冲的特殊电路的问题。并且，针对该问题，虽然通过将电阻变化层的高浓度层的膜厚变薄，也能够降低初期击穿所需要的电脉冲电压，但是从非易失性存储元件以及使用其的器件的可靠性的角度考虑，不期望将电阻变化层的高浓度层的膜厚变薄。即，如果为了减小初期击穿所需要的电脉冲电压而将电阻变化层的高浓度层的膜厚变薄，则存在电阻变化元件的电阻值出现偏差、可靠性降低的问题。
技术实现思路
本专利技术正是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供一种能够减小初期击穿所需要的电脉冲电压，而且能够降低非易失性存储元件的电阻值的偏差的非易失性存储元件、其制造方法、以及非易失性存储元件的设计支持方法。用于解决问题的手段为了达到上述目的，本专利技术的第一方面的非易失性存储元件具有电阻变化元件，具有第I电极、第2电极和电阻变化层，所述电阻变化层介于所述第I电极和所述第2电极之间，并且其电阻值根据提供到所述第I电极和所述第2电极之间的电信号而可逆地变化；以及固定电阻层，具有规定的电阻值，被层叠于所述电阻变化元件，所述电阻变化层具有缺氧型的第I过渡金属氧化物层、和具有比所述第I过渡金属氧化物层高的含氧率的第2过渡金属氧化物绝缘层，所述规定的电阻值为70 Ω以上且1000Ω以下。如同该结构这样，通过一体地设置70Ω以上且1000Ω以下的固定电阻层，能够减小初期击穿所需要的电脉冲电压。另外，在将70Ω以上且1000Ω以下的固定电阻层设于例如电阻变化元件外部的情况下、即非一体设置的情况下，将无法减小初期击穿所需要的电脉冲电压。这样，通过一体地设置70Ω以上且1000Ω以下的固定电阻层，能够减小初期击穿所需要的电脉冲电压，因而不必使电阻变化层的高浓度层的膜厚变薄到电阻值的必要值以上。因此，能够实现能够减小初期击穿所需要的电脉冲电压，而且能够降低非易失性存储元件的电阻值的偏差的非易失性存储元件。其中，也可以是，所述第I电极配置于所述固定电阻层上，所述第I过渡金属氧化物层配置于所述第I电极上，所述第2过渡金属氧化物层配置于所述第I过渡金属氧化物层上，所述第2电极配置于所述第2过渡金属氧化物层上，所述固定电阻层与所述电阻变化元件电连接。并且，也可以是，所述固定电阻层配置于所述第2电极上，所述第2电极配置于所述第2过渡金属氧化物层上，所述第2过渡金属氧化物层配置于所述第I过渡金属氧化物层上，所述第I过渡金属氧化物层配置于所述第I电极上，所述固定电阻层与所述电阻变化元件电连接。并且，也可以是，所述第2电极配置于所述固定电阻层上，所述第2过渡金属氧化 物层配置于所述第2电极上，所述第I过渡金属氧化物层配置于所述第2过渡金属氧化物层上，所述第I电极配置于所述第2过渡金属氧化物层上，所述固定电阻层与所述电阻变化 元件电连接。并且，也可以是，所述固定电阻层配置于所述第I电极上，所述第I电极配置于所述第I过渡金属氧化物层上，所述第I过渡金属氧化物层配置于所述第2过渡金属氧化物层上，所述第2过渡金属氧化物层配置于所述第2电极上，所述固定电阻层与所述电阻变化元件电连接。其中，优选构成所述第2电极的材料的标准电极电势比构成所述第I电极的材料以及构成所述电阻变化层的过渡金属的标准电极电势都大。并且，优选所述电阻变化层是利用从氧化钽、氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：米田慎一，三河巧，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：