[发明专利]非易失性存储元件及其制造方法、以及非易失性存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有电阻值根据被施加的电信号而变化的电阻变化元件的电阻变化型的非易失性存储元件及其制造方法、以及非易失性存储装置。

背景技术

近年来，随着数字技术的发展，便携信息设备及信息家电等的电子设备进一步高性能化。随着这些电子设备的高性能化，所使用的半导体元件的微细化及高速化迅速发展。其中，以闪存存储器为代表的大容量的非易失性存储器的用途迅速地扩大。进而，作为替代该闪存存储器的下一代新型非易失性存储器，使用所谓的电阻变化元件的电阻变化型的非易失性存储装置的研究开发不断发展。这里，电阻变化元件是指具有电阻值根据电信号可逆地变化的性质、并且能够非易失性地存储与该电阻值对应的信息的元件。

作为搭载有这样的电阻变化元件的大容量的非易失性存储器的一例，提出了交叉点型的非易失性存储装置。例如，在专利文献1中，公开了作为存储部而使用电阻变化膜、作为开关元件而使用二极管元件的结构的非易失性存储装置。

在图11A及图11B中，表示搭载有专利文献1中公开的以往的电阻变化元件的非易失性存储装置的结构。图11A是表示以往的非易失性存储装置的结构的立体图，表示由位线210及字线220、以及在它们的各交点形成的存储单元280构成的交叉点型的存储单元阵列200的结构。此外，图11B是表示以往的非易失性存储装置所具备的存储单元的结构的剖视图，表示沿着位线方向的存储单元280、位线210及字线220的结构。

如图11A及图11B所示，通过由电应力带来的电阻的变化，存储信息的电阻变化层230被上部电极240和下部电极250夹着而形成电阻变化元件260。在电阻变化元件260的上部，形成有具有使电流双向流动的非线性的电流—电压特性的2端子的非线性元件270，由电阻变化元件260和非线性元件270的串联电路构成存储单元280。非线性元件270是如二极管等那样具有相对于电压变化的电流变化不是一定的非线性的电流—电压特性的2端子元件。此外，作为上部布线的位线210与非线性元件270电连接，作为下部布线的字线220与电阻变化元件260的下部电极250电连接。在非线性元件270中，在存储单元280的改写时双向流过电流，所以例如使用在双向具有对称且非线性的电流—电压特性的变阻器（varistor）（ZnO或SrTiO₃等）。通过以上的结构，能够流过电阻变化元件260的改写所需要的30kA/cm²以上的电流密度的电流。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2006－203098号公报

发明概要

发明要解决的问题

为了制造上述以往的非易失性存储装置，需要将上部电极240、电阻变化层230、下部电极250及非线性元件270在位线210的加工时在沿着位线210的方向上同时构图，在字线220的加工时在沿着字线220的方向上同时构图，并且需要仅在其交点上形成存储单元280。

但是，在这样的制造方法中，构图的对象膜的膜厚变厚、以及必须同时形成由不同的材料构成的多个层叠的元件膜的元件图案等，所以难以进行基于蚀刻的构图。因此，在该以往的非易失性存储装置中，有在微细化方面存在极限的问题。

发明内容

本发明是鉴于这样的问题而做出的，其主要的目的是提供一种能够实现稳定的电阻变化动作、并且适合于微细化的非易失性存储元件及非易失性存储装置、以及非易失性存储元件的制造方法。

为了解决上述问题，有关本发明的非易失性存储元件的一技术方案，具备：第一电极，形成在基板上；层间绝缘层，形成在上述第一电极上，设有到达上述第一电极的存储单元孔；阻挡层，形成在上述存储单元孔内，由连接在上述第一电极上的半导体层或绝缘体层构成；第二电极，形成在上述存储单元孔内，与上述阻挡层连接；电阻变化层，形成在上述第二电极上，具有第一氧化物层和含氧率比该第一氧化物层高的第二氧化物层的层叠构造；以及第三电极，形成在上述层间绝缘层上，并且与上述电阻变化层连接；基于施加在上述第二电极与上述第三电极之间的电信号，上述电阻变化层向不同的电阻状态变化；上述阻挡层与上述第一电极及上述第二电极中的至少一个肖特基接合。

该技术方案中，上述阻挡层既可以形成在上述存储单元孔的至少底部整面上，还可以形成在上述存储单元孔的侧壁的至少一部分上。

此外，在上述技术方案中，优选的是，上述电阻变化层具有钽或铪的氧化物。

此外，在上述技术方案中，也可以是，上述电阻变化层的至少一部分形成在上述存储单元孔内。