[发明专利]可变电阻元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种例如可作为非挥发性存储器使用的可变电阻元件及其制造方法。

背景技术

半导体存储器中有DRAM（Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器）等的挥发性存储器和闪存等的非挥发性存储器。非挥发性存储器，公知有NAND型的闪存等，但并不局限于此，作为能够更加微细化的元器件，ReRAM（Resistance RAM，可变电阻式存储器）也被大家所关注。

ReRAM是利用电阻值随电压变化的可变电阻体作为电阻元件使用。该可变电阻体，一般具有氧化度或电阻率不同的2层以上的金属氧化物层，并为将该金属氧化物层由上下电极夹持的结构。例如，在下述的专利文献1中记载有，在下部电极（Pt，铂）上由氧化钛膜、氧化镍膜及上部电极（Pt）顺次叠层的电阻元件。

专利文献1：WO2008/107941号说明书

在现有技术中，可变电阻元件需要进行被称为成型的初始化工序，该工序中需要对其外加高电压。在成型后，由于在氧化物层上形成被称作导电丝的电流通道，因而能够实现元件的低电阻化。然而，由于不能够对导电丝的大小及位置进行适当的控制，从而导致不能够降低动作电流，另外也使平面内特性的偏差较大。因此，降低元件的电力消耗及实现微细化便成为难以解决的课题。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种不需进行成型处理，而且能够降低元件的电力消耗及实现微细化的可变电阻元件及其制造方法。

发明内容

为了达到上述目的，本发明的一个实施方式的可变电阻元件具有第1电极、第2电极和氧化物半导体。

所述氧化物半导体形成在所述第1电极和所述第2电极之间。所述氧化物半导体具有第1金属氧化物层，其与所述第1电极欧姆接合。第2金属氧化物层，其形成在所述第1金属氧化物层和所述第2电极之间，并与所述第2电极欧姆接合。

本发明的一个实施方式的可变电阻元件的制造方法包含，在基板上形成有由Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W中的任意的金属或其化合物构成的第1电极。

在所述第1电极上形成有第1金属氧化物层。所述第1金属氧化物层具有第1电阻率，并由N型氧化物半导体构成。

在所述第1金属氧化物层上形成有第2金属氧化物层。所述第2金属氧化物层具有与所述第1电阻率不同的第2电阻率，并由N型氧化物半导体构成。

在所述第2金属氧化物层上形成有由Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W中的任意的金属或其化合物构成的第2电极。

本发明的一个实施方式的可变电阻元件的制造方法包含，在基板上形成有由Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au中的任意的金属或其化合物构成的第1电极。

在所述第1电极上形成有第1金属氧化物层。所述第1金属氧化物层具有第1电阻率，并由P型氧化物半导体构成。

在所述第1金属氧化物层上形成有第2金属氧化物层。所述第2金属氧化物层具有与所述第1电阻率不同的第2电阻率，并由P型氧化物半导体构成。

在所述第2金属氧化物层上形成有由Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt、Au中的任意的金属或其化合物构成的第2电极。

附图说明

图1为表示本发明的一个实施方式的可变电阻元件的结构的示意性截面图；

图2为表示本发明的一个实施方式的可变电阻元件的电流-电压特性的一个例子；

图3为表示比较实施例的可变电阻元件的电流-电压特性的一个例子；

图4为表示本实施方式及比较实施例的可变电阻元件的上部电极和读出电流之间关系的示意图；

图5为表示比较实施例的可变电阻元件中，读出电压为正电压时，对转换特性进行评价的一个实验结果，其中，图（A）表示反复的开关转换特性，图（B）表示外加脉冲的波形，图（C）表示元件的转换模式；

图6为表示比较实施例的可变电阻元件中，读出电压为负电压时，对转换特性进行评价的一个实验结果，其中，图（A）表示反复开关转换特性，图（B）表示外加脉冲的波形，图（C）表示元件的转换模式。

[图中标记说明]

1可变电阻元件；2基板；3下部电极层；4氧化物半导体层；5上部电极层；41第1金属氧化物层；42第2金属氧化物层。

具体实施方式

本发明的一个实施方式中的可变电阻元件具有：第1电极、第2电极和氧化物半导体。