[发明专利]电流抑制元件、存储元件及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适于高集成化和高速化的非易失性存储元件使用的电流抑制元件、使用该电流抑制元件的存储元件及其制造方法。

背景技术

近年来，随着数字技术的进展，便携式信息设备及信息家电等电子设备正在进一步高功能化。伴随这些电子设备的高功能化，所使用的非易失性存储装置的大规模化、高集成化、高速化快速推进，并且其用途也正在迅速扩大。

其中，也已提案利用非易失性的电阻变化元件作为存储元件，以及将其配置成矩阵状的方式的存储装置，作为三维存储器期待更加大规模化、高集成化、高速化。

该电阻变化元件具有主要用金属氧化物构成的材料构成的薄膜。向该薄膜施加电脉冲时，其电阻值发生变化，并且保存其变化后的电阻值。因而，使该薄膜的高电阻状态和低电阻状态分别对应例如二值数据的“1”和“0”时，能够将二值数据存储在电阻变化元件中。另外，施加在电阻变化元件的薄膜上的电脉冲的电流密度及通过施加电脉冲而产生的电场的大小，只要能够足以使薄膜的物理性状态发生变化、并且不会破坏薄膜的程度即可。

另外，在取二值的电阻变化元件中，有通过施加相同极性且不同电压的电脉冲来改变电阻值的电阻变化元件(所谓单极型)、和通过施加不同极性的电脉冲来改变电阻值的电阻变化元件(所谓双极型)。通常，单极型电阻变化元件具有如下特性：由低电阻状态变为高电阻状态(所谓的复位)时，比由高电阻状态变为低电阻状态(所谓的置位)时需要写入时间。另一方面，在双极型电阻变化元件中，进行置位/复位时，均能够以短的时间写入。

在各自相互不接触而正交的多个字线和多个位线的各个立体交叉部配置有多个电阻变化元件的存储装置(所谓的交叉点型的存储装置)中，在向某电阻变化元件写入数据时，有时会发生其它电阻变化元件的电阻值因迂回电流而变化之类的问题(以下将该问题称为“写入干扰”)。因此，在构成这种交叉点型的存储装置时，需要另外设置用于防止写入干扰的发生的特别的结构。

在单极型电阻变化元件中，因为能够用相同极性的电脉冲使电阻变化元件发生电阻变化，所以，通过将p-n结二极管或肖特基二极管这样的单极性的电流抑制元件(具有在一个电压极性的电压范围内具有高电阻状态和低电阻状态的非线形的电压电流特性)与电阻变化元件串联配置，能够防止写入干扰的发生。

作为这种能够防止写入干扰的发生的存储装置，已公开有由电阻变化元件和肖特基二极管(电流抑制元件)的串联电路构成存储元件的存储装置(例如，参照专利文献1)。

在这种已提案的存储装置中，在应写入数据的存储元件(选择存储元件)以外的存储元件中，利用肖特基二极管阻止流向电阻变化元件的迂回电流。由此，在交叉点型的存储装置中，可防止写入干扰的发生。在此，在该提案的存储装置中，通过在电阻变化元件上施加相同极性的电脉冲，向电阻变化元件写入数据。因而，数据的写入不会被与电阻变化元件串联连接的肖特基二极管阻碍。

另一方面，使用双极型电阻变化元件时，对电阻变化元件进行写入时使用双极性的电脉冲，因此需要在电阻变化元件上串联配置双极性的电流抑制元件(具有在正/负极性的电压范围内，分别保持高电阻状态和低电阻状态的非线形的电压电流特性)。作为具备这种特性的元件，例如已知有：MIM二极管(Metal-Insulator-Metal：金属-绝缘体-金属的意思)、MSM二极管(Metal-Semiconductor-Metal：金属-半导体-金属的意思)、或者变阻器等二端子元件。

图17是示意性地表示电流抑制元件的电流-电压特性的特性图，图17(a)是MIM、MSM、或变阻器等双极性的电流抑制元件的电压-电流特性图，图17(b)是肖特基二极管的电压-电流特性图。

如图17(b)所示，肖特基二极管虽然表示非线形的电阻特性，但是其电流-电压特性相对于施加电压的极性完全不对称。

相对于此，如图17(a)所示，MIM二极管、MSM二极管、变阻器等二端子元件显示非线形的电阻特性，并且其电流-电压特性相对于施加电压的极性实质上为对称。即，相对于正的施加电压的电流的变化和相对于负的施加电压的电流的变化，相对于原点0实质上为点对称。另外，这些二端子元件在施加电压为第一临界电压(范围A的下限电压)以下且为第二临界电压(范围B的上限电压)以上的范围(也就是范围C)中，电阻非常高，另一方面，当超过第一临界电压或低于第二临界电压时，电阻急剧降低。即，这些二端子元件具有在施加电压超过第一临界电压或低于第二临界电压的情况下流过大电流这样的非线形的电阻特性。