电阻变化元件及其制造方法技术

一种电阻变化元件，具有第1电极（107）、第2电极（105）、以及介于第1、第2电极（107、105）间并与第1、第2电极（107、105）相接而设置、基于施加的电信号而电阻值可逆地变化的电阻变化层（106）；电阻变化层（106）通过由氧不足型的第1金属氧化物构成的第1电阻变化层（106b）、和由氧不足度比第1电阻变化层（106b）的氧不足度小的第2过渡金属氧化物构成的第2电阻变化层（106a）的层叠构造而构成；第2电极（105）在与第2电阻变化层（106a）之间的界面处仅具有一个针状部；第2电阻变化层（106a）介于第1电阻变化层（106b）与第2电极（105）之间并与第1电阻变化层（106b）和第2电极（105）相接、并且覆盖上述针状部而设置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
[0001 ] 本专利技术涉及电阻变化元件，特别涉及根据施加的电信号而电阻值可逆地变化的电阻变化型的。
技术介绍
近年来，随着电气设备的数字技术的进展，为了保存音乐、图像、信息等数据，对于大容量且非易失性的存储器件的要求提高。作为对应这样的要求的一个对策，在存储单元中使用了电阻值根据被施加的电信号而变化、并持续保持该状态的电阻变化元件的非易失性存储器件(以下称作ReRAM)受到关注。这是因为，电阻变化元件具有结构比较简单且容易高密度化、容易取得与以往的半导体工艺的相容性等特征。作为一例，在专利文献1、2、3中，公开了这样一种电阻变化元件，其具有两个电极和被这些电极夹着的电阻变化层，该电阻变化层的电阻状态可逆地变化。图8、图9、图10是表示在上述专利文献1、2、3中公开的以往的电阻变化元件的结构的剖视图。图8表示在专利文献I中记载的以往的电阻变化元件800的结构。电阻变化元件800具有由第I电极807和第2电极805夹着由金属氧化物层构成的电阻变化层806的原型结构(图8上段)。对于原型结构的电阻变化元件800，通过在第I电极807及第2电极805间施加规定的电压，形成作为第I电极807及第2电极805间的电流路径(在两电极间流过的电流的电流密度局部变大的部分)的纤丝(filament)806c (图8下段)。以下,将初次形成纤丝806c的处理称作初始击穿，将初始击穿所需的施加电压称作初始击穿电压。图9表示在专利文献2中记载的以往的电阻变化元件900的结构。电阻变化元件900具备带有纳米针905a的第2电极905。电阻变化层906邻接于纳米针905a。第I电极907邻接于电阻变化层906。纳米针905a有导电性，通过仅设在第2电极905上而形成非对称型的电极构造。从第2电极905的表面部分的I平方微米生长的纳米针的数量通常超过 100。通常，纳米针905a的密度越高，通过施加恒压脉冲而变化的电阻变化层906的高电阻状态与低电阻状态的电阻值的差越大。此外，通过由纳米针905a形成的不均匀的电场，使电阻变化元件900的动作特性改善。纳米针905a的顶端处的电场比整体的平均电场强很多。因此，能够使用低电压且较弱的电脉冲使电阻变化层906的电阻值变化。图10表示在专利文献3中记载的以往的电阻变化元件1000的结构。电阻变化元件1000具备衬底1001、形成在该衬底1001上的氧化物层1002、形成在该氧化物层1002上的第I电极1007、具有多个针1005a的第2电极1005、以及被第I电极1007及第2电极1005夹着的电阻变化层1006。这里，电阻变化层1006由氧不足型金属氧化物形成，由氧不足度大的第I金属氧化物含有层(以下称作“第I金属氧化物层”)1006a、和形成在该第I金属氧化物层1006a上的氧不足度小的第2金属氧化物含有层(以下称作“第2金属氧化物层，，)1006b构成。第2金属氧化物层1006b的膜厚t比针1005a的高度h大。从针1005a的顶端到第I金属氧化物层1006a的距离为t 一 h，小于从没有针1005a的部分的第2电极1005到第I金属氧化物层1006a的距离t。多个针1005a通过将第2电极1005加热而形成。通过形成多个针1005a，电场集中在针1005a的顶端附近，所以容易形成发生电阻变化现象的纤丝区域。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2008 - 306157号公报专利文献2:日本特开2006 - 203178号公报专利文献3:国际公开第2010/086916号专利技术概要专利技术要解决的问题但是，在专利文献1、2、3的结构中，规定发生电阻变化现象的纤丝区域及纤丝区域的位置的针在电极的与衬底平行的面内随机地发生。此外，构成电阻变化层的金属氧化物的组成在与衬底平行的面内不均匀。具体而言，电阻变化元件的侧壁附近与中心部分相t匕，更容易受到蚀刻伤害、层间绝缘层形成时的氧化等的影响，所以在电阻变化元件的中心部分和侧壁附近，金属氧化物中的氧的含有量不同。因此，电阻变化元件的特性、特别是初始击穿电压和动作时的电阻值根据纤丝区域发生在电阻变化元件的中心部分及侧壁附近的哪里而不同，因而，有多个电阻变化元件的动作特性偏差的问题。这样的动作特性的偏差损害了使用电阻变化元件而构成的半导体存储装置的动作稳定性及可靠性。此外，需要对电阻变化元件的设计尺寸加上作为这样的偏差的对策的余量，所以妨碍了存储装置的细微化、大容量化。
技术实现思路
本专利技术是鉴于这样的问题而做出的，目的是提供一种，与以往相比能够抑制各个元件的初始击穿电压、动作时的电阻值的偏差。用于解决问题的手段为了解决以往的问题，本专利技术的一个技术方案的电阻变化元件，具有第I电极、第2电极和电阻变化层，该电阻变化层被设置为，介于上述第I电极与上述第2电极之间并与上述第I电极和上述第2电极相接，该电阻变化层的电阻值基于施加在上述第I电极与上述第2电极之间的电信号而可逆地变化；上述电阻变化层通过将第I电阻变化层和第2电阻变化层层叠而构成，该第I电阻变化层由氧不足型的第I过渡金属氧化物层构成，该第2电阻变化层由氧不足度比上述第I过渡金属氧化物的氧不足度小的第2过渡金属氧化物构成；上述第2电极具有朝向上述第2电阻变化层突出的仅一个针状部；上述第2电阻变化层介于上述第I电阻变化层与上述第2电极之间并与上述第I电阻变化层和上述第2电极相接、并且覆盖上述第2电极的上述针状部而设置。本专利技术不仅能够作为这样的电阻变化元件实现，还能够作为用来制造这样的电阻变化元件的制造方法实现。专利技术效果根据本专利技术的电阻变化元件，在电极的被控制的位置上形成针状部，有意地使电场集中，从而控制发生电阻变化现象的纤丝区域的发生部位。由此，能够抑制各个元件的初始击穿电压、动作时的电阻值的偏差。结果，能够削减作为偏差对策而需要对电阻变化元件的设计尺寸添加的余量，所以能够实现存储装置的细微化、大容量化。【附图说明】图1是本专利技术的实施方式I的电阻变化元件的剖视图。图2A是表示本专利技术的实施方式I的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图2B是表示本专利技术的实施方式I的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图2C是表示本专利技术的实施方式I的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图2D是表示本专利技术的实施方式I的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图2E是表示本专利技术的实施方式I的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图2F是表示本专利技术的实施方式I的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图2G是表示本专利技术的实施方式I的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图2H是表示本专利技术的实施方式I的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图21是表示本专利技术的实施方式I的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图3是本专利技术的实施方式2的电阻变化元件的剖视图。图4A是表示本专利技术的实施方式2的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图4B是表示本专利技术的实施方式2的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图4C是表示本专利技术的实施方式2的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图4D是表示本专利技术的实施方式2的电阻变化元件的主要部分的制造方法的剖视图。图4E是表示本专利技术的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻变化元件，具有第1电极、第2电极和电阻变化层，该电阻变化层被设置为，介于上述第1电极与上述第2电极之间并与上述第1电极和上述第2电极相接，该电阻变化层的电阻值基于在上述第1电极与上述第2电极之间施加的电信号而可逆地变化，上述电阻变化层通过将第1电阻变化层和第2电阻变化层层叠而构成，该第1电阻变化层由氧不足型的第1过渡金属氧化物层构成，该第2电阻变化层由氧不足度比上述第1过渡金属氧化物的氧不足度小的第2过渡金属氧化物构成；上述第2电极具有朝向上述第2电阻变化层突出的仅一个针状部；上述第2电阻变化层被设置为，介于上述第1电阻变化层与上述第2电极之间并与上述第1电阻变化层和上述第2电极相接，并且覆盖上述第2电极的上述针状部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.01.20 JP 2011-0101221.一种电阻变化元件，具有第I电极、第2电极和电阻变化层，该电阻变化层被设置为，介于上述第I电极与上述第2电极之间并与上述第I电极和上述第2电极相接，该电阻变化层的电阻值基于在上述第I电极与上述第2电极之间施加的电信号而可逆地变化， 上述电阻变化层通过将第I电阻变化层和第2电阻变化层层叠而构成，该第I电阻变化层由氧不足型的第I过渡金属氧化物层构成，该第2电阻变化层由氧不足度比上述第I过渡金属氧化物的氧不足度小的第2过渡金属氧化物构成； 上述第2电极具有朝向上述第2电阻变化层突出的仅一个针状部； 上述第2电阻变化层被设置为，介于上述第I电阻变化层与上述第2电极之间并与上述第I电阻变化层和上述第2电极相接，并且覆盖上述第2电极的上述针状部。2.如权利要求1所述的电阻变化元件，其特征在于， 上述第2电极的上述针状部的高度比上述第2电阻变化层的没有被上述针状部进入的部分的厚度大。3.如权利要求2所述的电阻变化元件，其特征在于， 上述第I电阻变化层在被上述针状部进入的位置具有凹部。4.如权利要求2所述的电阻变化元件，其特征在于， 上述第2电阻变化层在被上述针状部进入的位置具有凸部，仅在该凸部，上述第2电阻变化层与上述第I电阻变化层连接； 上述电阻变化元件还具备间隔件，该间隔件介于上述第I电阻变化层与上述第2电阻变化层之间并且覆盖上述第2电阻变化层的上述凸部的侧面。5.如权利要求1~3中任一项所述的电阻变化元件，其特征在于， 在上述电阻变化元件中， 在半导体衬底上，依次层叠设有上述第2电极、上述第2电阻变化层、上述第I电阻变化层及上述第I电极。6.如权利要求1、2、4中任一项所述的电阻变化元件，其特征在于， 在上述电阻变化元件中， 在半导体衬底上，依次层叠设有上述第I电极、上述第I电阻变化层、上述第2电阻变化层及上述第2电极。7.如权利要求1~6中任一项所述的电阻变化元件，其特征在于， 上述第I金属氧化物及上述第2过渡金属氧化物分别由钽、铪、锆、钛、铌、钨、镍、铁的氧化物中的一种构成。8.如权利要求1~7中任一项所述的电阻变化元件，其特征在于， 上述第2电阻变化层的电阻值比上述第I电阻变化层的电阻值高。9.如权利要求1~8中任一项所述的电阻变化元件，其特征在于， 上述第2电阻变化层的标准电极电位比上述第I电阻变化层的标准电极电位低。10.如权利要求1~9中任一项所述的电阻变化元件，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志强，高木刚，三谷觉，川岛良男，高桥一郎，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：