[发明专利]电流控制元件、存储元件、存储装置及电流控制元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在适合于高度集成和高速的非易失性存储元件中使用的电流控制元件、使用该电流控制元件的存储元件、将存储元件设置成为矩阵状的存储装置、以及该电流控制元件的制造方法，尤其涉及在施加极性不同的电脉冲来写入数据的非易失性存储元件中使用的电流控制元件、使用该电流控制元件的存储元件、将存储元件设置成为矩阵状的存储装置、以及该电流控制元件的制造方法。

背景技术

近年来，随着数字技术的发展，便携式信息设备及信息家电等电子设备更加高功能化。随着这些电子设备的高功能化，所采用的非易失性存储装置的大规模化、高度集成化、高速化得到快速发展，其用途也快速扩大。

其中，提出了将非易失性的电阻变化元件用作存储元件，将该存储元件设置成为矩阵状的存储装置，并且期待着作为三维存储器的更进一步的大规模化、高度集成化、高速化。

该电阻变化元件具有主要由含有金属氧化物的材料构成的薄膜。在对该薄膜施加电脉冲时，其电阻值变化，而且该变化后的电阻值被保存。因此，使该薄膜的高电阻状态和低电阻状态分别对应于例如2值数据的“1”和“0”，能够使电阻变化元件存储2值数据。另外，施加给电阻变化元件的薄膜的电脉冲的电流密度、和通过施加电脉冲而产生的电场的大小，只要是足以使薄膜的物理状态变化且不损坏薄膜的程度即可。

并且，在取2值的电阻变化元件中，包括电阻值通过按照相同极性来施加不同电压的电脉冲而变化的电阻变化元件(所谓单极型)、和电阻值通过施加不同极性的电脉冲而变化的电阻变化元件(所谓双极型)。通常，单极型电阻变化元件具有这样的特性：在从低电阻状态变为高电阻状态(所谓复位(reset))时，比从高电阻状态变为低电阻状态(所谓设定(set))时花费写入时间。另一方面，在双极型电阻变化元件中，在设定时和复位时都能够在较短的时间内进行写入。

在将多个这种电阻变化元件设置在彼此相互垂直且不接触的多个字线与多个位线的各个立体交叉部而形成的存储装置(所谓交叉点型的存储装置)中，在向所选择的电阻变化元件写入数据时，存在产生其它未选择的电阻变化元件的电阻值通过潜行电流(sneak current)而变化的障碍(下面，将这种障碍称为“写入干扰”)的情况。因此，在构成这种交叉点型的存储装置的情况下，需要另外设置用于防止产生写入干扰的特殊结构。

在单极型电阻变化元件中，能够使电阻变化元件根据相同极性的电脉冲而产生电阻变化，因而通过与电阻变化元件串联地配置诸如p-n结二极管或肖特基二极管那样的单极性的电流控制元件(具有在一个电压极性的电压范围中具有高电阻状态和低电阻状态的非线性的电压电流特性，在低电阻状态的电压电流特性的范围中具有能够进行所选择的单极型电阻变化元件的读出和写入的电压电流特性)，由此防止写入干扰的产生。

已经公开了能够防止这种写入干扰的产生的存储装置、和元件由电阻变化元件与肖特基二极管(电流控制元件)的串联电路构成的存储装置(例如，参照专利文献1)。

在这种提案的存储装置中，在除用于写入数据的存储元件(选择存储元件)之外的存储元件中，利用肖特基二极管阻止流过电阻变化元件的潜行电流。由此，在交叉点型的存储装置中防止写入干扰的产生。其中，在专利文献1提出的存储装置中，对电阻变化元件施加相同极性的电脉冲，由此进行向电阻变化元件的数据写入。因此，与电阻变化元件串联连接的肖特基二极管不会阻碍数据的写入。

另一方面，在采用双极型电阻变化元件的情况下，由于向电阻变化元件的写入采用双极性的电脉冲，因而需要与电阻变化元件串联地配置双极性的电流控制元件(具有在正和负的极性的电压范围中分别具有高电阻状态和低电阻状态的非线性的电压电流特性。通常，在施加电压的绝对值较小的区域中表现为高电阻状态，在施加电压的绝对值超过某个阈值的区域中表现为低电阻状态)。作为具有这种特性的元件，例如已经公知有MIM二极管(Metal-Insulator-Metal：金属-绝缘体-金属)、MSM二极管(Metal-Semiconductor-Metal：金属-半导体-金属)、或者非线性电阻(varistor)等二端子元件。

图39(a)和(b)是示意地表示电流控制元件的电流-电压特性的特性图，图39(a)是MIM、MSM或者非线性电阻等双极性的电流控制元件的电压-电流特性图，图39(b)是肖特基二极管的电压-电流特性图。

如图39(b)所示，肖特基二极管虽然表现出非线性的电阻特性，但是其电流-电压特性相对于施加电压的极性完全不对称。