[发明专利]电阻变化元件的驱动方法及使用它的电阻变化型存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及电阻变化元件的驱动方法。更详细地讲，涉及电阻对应于被施加的电压脉冲而变化的电阻变化元件的驱动方法和使用它的电阻变化型存储装置。

背景技术

随着电子设备的数字技术的发展，为了保存图像等的数据，非易失性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提高。对于这样的要求，据说已有的使用浮栅的FLASH存储器在微细化方面存在极限。

作为有可能能够对应于上述要求的第1现有技术，提出了使用钙钛矿材料(例如Pr(1-x)CaXMnO₃[PCMO]、LaSrMnO₃[LSMO]、GdBaCoXOY[GBCO]等)的非易失性电阻变化元件(参照专利文献1)。该技术是对钙钛矿材料施加极性不同的电压脉冲(持续时间较短的波状的电压)而使其电阻值增大或减少、通过使数据对应于变化的电阻值而存储数据的技术。

此外，作为能够以相同极性的电压脉冲切换电阻值的第2现有技术，还有利用变迁性金属氧化膜的电阻值因对该变迁性金属氧化物(NiO、V₂O、ZnO、Nb₂O₅、TiO₂、WO₃或CoO)的膜施加脉冲宽度不同的电压脉冲而变化的性质的非易失性电阻变化元件(参照专利文献2)。在使用变迁性金属氧化物膜的电阻变化元件中，实现了将使用了二极管的交叉点型存储器阵列层叠的结构。

专利文献1：美国专利第6204139号说明书

专利文献2：日本特开2004-363604号公报

但是，在上述第1现有技术中，判明具有动作的稳定性及再现性不充分的问题。进而，在Pr_0.7Ca_0.3MnO₃那样的具有钙钛矿构造的氧化物结晶中，为了其结晶化而通常需要650℃～850℃的高温，所以如果导入到半导体制造过程中，则还有其他材料劣化的问题。

此外，在上述第2现有技术中，由于使电阻值从低电阻状态变化为高电阻状态时的电压的脉冲宽度为1msec以上很长，所以还存在难以进行高速动作的问题，希望能够进行稳定的高速动作的电阻变化元件的实现。

发明内容

本发明的第1目的是提供一种实现稳定的高速动作的电阻变化元件的驱动方法及使用它的电阻变化型存储装置。

此外，本发明的第2目的是提供一种能够在低温下制造的电阻变化元件、并且实现其稳定的高速动作的电阻变化元件的驱动方法、以及使用它的电阻变化型存储装置。

本发明者们锐意研究了在电阻变化元件的电阻变化层中使用的材料和其驱动方法。发现通过在电阻变化层中使用作为钽氧化物的TaO_X的X处于规定的范围内的材料、采用某种规定的驱动方法，能够高速地实现非常稳定的电阻变化。进而，在这样的结构的电阻变化层的形成中，还发现制造温度很低(例如是室温)。

即，达到上述第1目的是有关本发明的电阻变化元件的驱动方法，是驱动非易失性的电阻变化元件的方法，该非易失性的电阻变化元件具备由对应于被施加的电气脉冲的极性而变迁为高电阻状态和低电阻状态的金属氧化物构成的电阻变化层、及连接在上述电阻变化层上的第1及第2电极，具有：写入过程，通过对上述第1及第2电极间施加的第1极性的写入电压脉冲，使上述电阻变化层从低电阻状态变迁为高电阻状态；及擦除过程，通过施加在上述第1及第2电极间的、与上述第1极性的电压脉冲不同的第2极性的擦除电压脉冲，使上述电阻变化层从高电阻状态变迁为低电阻状态；在上述写入过程中，如果设制造上述电阻变化元件后的第1次的写入时的上述写入电压脉冲的电压值为Vw1、设制造上述电阻变化元件之后的第2次以后的写入时的上述写入电压脉冲的电压值为Vw，则对上述第1及第2电极间施加上述写入电压脉冲，以满足|Vw1|＞|Vw|。

更详细地讲，在上述第1次的写入时，使上述电阻变化层的电阻值从初始电阻值变迁为比上述初始电阻值高的第1电阻值；在上述第2次以后的写入时，使上述电阻变化层的电阻值从第2电阻值变迁为比上述第2电阻值高的第3电阻值；上述初始电阻值是上述第2电阻值以下。

由此，在制造电阻变化元件后的第1次的写入时，施加绝对值比第2次以后的写入时大的电压值的写入电压脉冲，所以电阻变化元件稳定且高速地变迁为低电阻状态和高电阻状态。