[发明专利]非易失性存储元件、非易失性存储装置、以及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用通过电脉冲的施加而使得电阻值可逆地变化的材料，存储数据的非易失性存储元件、非易失性存储装置、以及它们的制造方法。 

背景技术

近年来，随着电子设备中的数字技术的发展，为了保存音乐、图像、信息等数据，因而对更大容量且非易失性的存储元件的要求正在提高。作为响应这种要求的一个方法，一种使用通过被施加的电脉冲使得电阻值变化并持续保持该状态的材料的存储元件受到关注。 

图21是表示这种非易失性存储元件的第一现有例(例如，参照专利文献1)的结构的主要部位截面图。如图21所示，该非易失性存储元件，在基板110的主面上形成有晶体管160和非易失性存储部200。晶体管160构成控制非易失性存储部200的向位(bit)线的导通的电路，由源极区域120、漏极区域130、栅极绝缘膜140和栅极电极150构成。非易失性存储部200包括：与漏极区域130连接的下部电极170；通过电压脉冲或电流脉冲而使得电阻可逆地变化的电阻变化物质层180；和上部电极190。而且，形成在基板110上的晶体管160和非易失性存储部200被层间绝缘层210覆盖，上部电极190与电极配线220连接。 

作为构成电阻变化物质层180的物质，能够使用镍氧化物(NiO)、钒氧化物(V₂O₅)、锌氧化物(ZnO)、铌氧化物(Nb₂O₅)、钛氧化物(TiO₂)、钨氧化物(WO₃)、或钴氧化物(CoO)等。已知这种过渡金属氧化物在被施加阈值以上的电压或电流时显示特定的电阻值，该过渡金属氧化物一直维持该电阻值直至被施加新的电压或电流。 

图22A是表示这种非易失性存储元件的第二现有例(例如，参照专利文献2)的结构的立体图，图22B是表示沿图22A的XXIIB-XXIIB 线的截面的截面图。图21所示的第一现有例构成为1晶体管/1非易失性存储部的结构，与此相对，图22A和图22B所示的第二现有例为使活性层介于字线(word line)与位线的交点(立体交叉点)存在的交叉点型。 

如图22A所示，在基板230上形成有下部电极240，在其上形成有活性层250。在活性层250之上以与下部电极240正交的方式形成有上部电极260。如图22B所示，下部电极240与上部电极260立体交叉的区域成为存储区域270，下部电极240和上部电极260分别作为字线和位线发挥作用。在此例中，存储区域270是为了方便而表示的区域，其组成与其他区域完全相同。作为基板230的材料，能够使用LaAlO₃、Si、TiN等非晶、多晶或单晶。作为下部电极240的材料，能够使用YBCO(YBa₂Cu₃O₇)，此外，作为活性层250的材料，能够使用响应被施加的电信号而电阻发生变化的材料。 

专利文献1：日本特开2004-363604号公报 

专利文献2：日本特开2003-68984号公报 

发明内容

在上述第一现有例中，在被上部电极和下部电极夹着的区域中形成有由于电压或电流而电阻值可逆地变化的可变电阻层。该可变电阻层的周围通常由被用于半导体器件的层间绝缘膜(例如，二氧化硅膜)包围。在此情况下，在蚀刻除去上部电极和下部电极的电极间以外的区域的电阻变化物质时，残存于上述电极间的区域的可变电阻层的侧壁部受到损伤，电特性和电阻变化特性容易劣化。 

此外，在上述第二现有例中，包括所有下部电极和上部电极的交叉点形成有活性层(与可变电阻层相同)，不会在存储区域发生损伤。但是，随着高密度化，在邻近的交叉点间容易发生窜扰(cross talk)，成为对大容量化的制约。 

本发明能够解决上述现有的问题，其目的在于提供一种能够更细微化且改善可变电阻层的稳定性的非易失性存储元件、设置有该非易失性存储元件的非易失性存储装置、以及它们的制造方法。