專利名稱：存儲(chǔ)器件和存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠記錄信息的存儲(chǔ)器件和使用該存儲(chǔ)器件的一種存儲(chǔ)裝置。
背景技術(shù)：
在諸如計(jì)算機(jī)的信息設(shè)備中，能高速運(yùn)行的高密度DRAM(動(dòng)態(tài)RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器))被廣泛地用做隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。
然而，由于與一般的邏輯電路(大規(guī)模集成電路(LSI電路))和信號(hào)處理電路相比，DRAM的制造流程要復(fù)雜的多，因此不可避免地增加了DRAM的制造成本。
另外，DRAM是一種易失性存儲(chǔ)器，當(dāng)斷電時(shí)其上的信息會(huì)丟失，因此會(huì)頻繁地進(jìn)行更新操作，即被寫入的信息(數(shù)據(jù))將被讀出、放大并再次寫入DRAM。
由于這個(gè)原因，已經(jīng)提出了一種FeRAM(鐵電存儲(chǔ)器)和MRAM(磁存儲(chǔ)器)作為當(dāng)斷電時(shí)可以防止信息丟失的非易失存儲(chǔ)器。
這些存儲(chǔ)器可以在無電力供應(yīng)時(shí)長時(shí)間地保持寫入的信息。
由于這些存儲(chǔ)器是非易失性存儲(chǔ)器，因此無需更新操作并可以指望降低功耗。
但是，上述非易失性存儲(chǔ)器很難在保持存儲(chǔ)器特性的同時(shí)使組成該存儲(chǔ)器件的每個(gè)存儲(chǔ)單元的尺寸減小。
結(jié)果是很難將器件的大小降低到設(shè)計(jì)規(guī)則所規(guī)定和制造流程所規(guī)定的限度內(nèi)。
因此，已經(jīng)提出了一種作為適于減小尺寸的存儲(chǔ)器的新型存儲(chǔ)器件。
這種存儲(chǔ)器件在結(jié)構(gòu)上將一個(gè)包含了某種金屬的離子導(dǎo)體夾在兩個(gè)電極之間。
由于兩個(gè)電極中的每一個(gè)都包含有包含在離子導(dǎo)體中的一金屬，因此當(dāng)給兩個(gè)電極施加電壓時(shí)，電極中所包含的金屬就作為離子擴(kuò)散到離子導(dǎo)體中，從而改變諸如離子導(dǎo)體的電阻值或電容的電氣特性。
可以使用這種特性來構(gòu)建存儲(chǔ)器件(例如，參見所引用的專利參考文獻(xiàn)1和非專利參考文獻(xiàn)2)。
具體地說，該離子導(dǎo)體由固體硫化物和金屬構(gòu)成。特別是，該離子導(dǎo)體由帶有Ag，Cu，Zn的固體溶液AsS，GeS，GeSe構(gòu)成。其中兩個(gè)電極中的任何一個(gè)電極都包含Ag，Cu，Zn，Z(參見上述所引用的專利文獻(xiàn)1)。
此外，已經(jīng)提出了各種使用晶體氧化材料的非易失性存儲(chǔ)器。例如，在一種具有其中將一層摻雜了Cr的SrRuO3晶體材料夾在由SrRuO3或Pt構(gòu)成的下電極和由Au或Pt構(gòu)成的上電極之間的結(jié)構(gòu)的裝置中，有報(bào)告說存儲(chǔ)器中的電阻是隨施加不同極性的電壓而反向變化的(參見引用的非專利文獻(xiàn)2)。但是其原理的細(xì)節(jié)則不得而知。
日本公開的專利申請(qǐng)的政府公報(bào)No.2002-536840[引用的非專利文獻(xiàn)1]Nikkei Electronics，2003-1-20(p.104)[引用的非專利文獻(xiàn)2]A.Beck等，Appl.Phys.Lett.，77(2000)p.139。
但是，在上述具有所述上電極或所述下電極中的任何一個(gè)都包含AG、Cu、Zn和所述GeSe非晶體硫族材料被夾在這些電極中的結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件存在下述問題，即在上述制造處理中由于諸如溫度的升高助長了其電子變化的上述離子導(dǎo)體的結(jié)晶，溫度的上升是由記錄電流的焦耳熱量產(chǎn)生的，在長時(shí)間周期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過程中具有這種長時(shí)間周期的熱負(fù)載，從而使得所述離子導(dǎo)體全部和部分地結(jié)晶，由此改變了諸如存儲(chǔ)器件的電阻值和經(jīng)理/擦除工作電壓變化的原始電器特性。
這樣，當(dāng)把所述晶體材料用作所述上電極和下電極之間的記錄材料時(shí)，例如，與把非晶體材料用作在上電極和下電極之間的記錄材料的情況相比，這種存儲(chǔ)器件解決了許多問題，但很難低成本地大量制造這種存儲(chǔ)器件。
另外，為了取得良好質(zhì)量的結(jié)晶性，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行700℃的高溫處理，而這產(chǎn)生了由于加熱而導(dǎo)致預(yù)先形成的MOS晶體管的特性失真的問題。
此外，為了促使能晶體生長，應(yīng)當(dāng)限制底層的材料并因此應(yīng)當(dāng)使用單一的晶體材料。

發(fā)明內(nèi)容
從前述方面出發(fā)，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有能相對(duì)穩(wěn)定地記錄信息并讀出信息的結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能通過一種相對(duì)簡單的制造方法方便地制造出的存儲(chǔ)器件。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種使用上述存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器件包括一第一電極，一第二電極，和一夾在所述第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，其中，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu，Ag，Zn中選出的任何一種元素，和該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層還包含從Te，S，Se中選出的任何一種元素。
具體地說，列舉了一種配置，其中，在該存儲(chǔ)器薄膜中包含有從Cu、Ag、Zn所選擇的元素和從Te、S、Se中所選擇的元素的兩種元素的兩種元素組，還列舉了一配置，其中，兩種元素組被包含在與所述存儲(chǔ)器薄膜相接觸的所述層中，再一種配置是其中至少有一種元素組被分別包含在所述存儲(chǔ)器薄膜中和與所述層接觸的所述層中。
根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)，由于存儲(chǔ)器薄膜夾在第一和第二電極之間，存儲(chǔ)器薄膜至少包含稀土元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu，Ag，Zn中選出的任何一種元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層還包含從Te，S，Se中選出的任何一種元素，因此可以使用該存儲(chǔ)器薄膜的電阻狀態(tài)記錄信息。
更具體地，當(dāng)伴隨著將一正電勢(shì)施加到一電極端而向所述存儲(chǔ)器件施加所述電壓時(shí)，Cu，Ag，Zn被離子化并擴(kuò)散到存儲(chǔ)器薄膜中，并在其它電極端部分粘著在電子上從而沉積或殘留在存儲(chǔ)器薄膜中形成絕緣薄膜的雜質(zhì)層，由此降低了存儲(chǔ)器薄膜的電阻值從而可以記錄信息。
另外，在這種狀態(tài)下，當(dāng)伴隨著將一負(fù)電勢(shì)施加到所述電極端而向所述存儲(chǔ)器件施加一負(fù)電壓時(shí)，已經(jīng)沉積在其它電極端的Cu，Ag，Zn被再次離子化并返回初始狀態(tài)以便使存儲(chǔ)器薄膜的電阻值返回初始高狀態(tài)并增加存儲(chǔ)器件的電阻值，因此能擦除所記錄的信息。
這樣，由于該存儲(chǔ)器薄膜包含有稀土元素，因此可以提高存儲(chǔ)器薄膜的結(jié)晶溫度或熔點(diǎn)，從而使該存儲(chǔ)器薄膜的微細(xì)結(jié)構(gòu)相對(duì)于溫度的上升而保持穩(wěn)定。結(jié)果是，由于改善了存儲(chǔ)器薄膜的耐熱屬性，因此能改善制造生產(chǎn)率，即改善存儲(chǔ)器件的高溫處理。同時(shí)，可以提高相對(duì)于在諸如記錄那樣的存儲(chǔ)器件操作中所產(chǎn)生的局部溫度上升的穩(wěn)定性，從而可以增加重復(fù)寫入的次數(shù)。而且，即便當(dāng)在高溫環(huán)境下長時(shí)間存儲(chǔ)數(shù)時(shí)據(jù)，也能穩(wěn)定地保持該高電阻狀態(tài)。
可以對(duì)上述根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器件進(jìn)行修改以使其只能記錄一次信息。
由于上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述電壓被施加到第一和第二電極時(shí)，如果該電壓比絕緣耐壓大，那么在存儲(chǔ)器薄膜中將發(fā)生擊穿從而改變?cè)摯鎯?chǔ)器薄膜的電阻狀態(tài)以便記錄信息。具體地說，由于該存儲(chǔ)器薄膜包含稀土元素，所以該存儲(chǔ)器件具有熱穩(wěn)定性并能以非常小的電流記錄信息，同時(shí)可以穩(wěn)定地保持記錄后所呈現(xiàn)的電阻狀態(tài)而不會(huì)產(chǎn)生切斷現(xiàn)象。結(jié)果是可以充分穩(wěn)定地記錄信息。
根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)裝置包括一存儲(chǔ)器件，該存儲(chǔ)器件包括一第一電極，一第二電極以及一夾在第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜至少包括稀土元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu，Ag，Zn中選出的任何一種元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層還包含從Te，S，Se中選出的任何一種元素，該存儲(chǔ)器件還包括一連接到第一電極的一端的互連器和一連接到第二電極一端的以互連器，其中設(shè)置了大量的存儲(chǔ)器件。
根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)裝置包括了本發(fā)明的上述存儲(chǔ)器件，其中設(shè)置了大量存儲(chǔ)器件的一連接到第一電極的一端的互連器和一連接到第二電極的一端的互連器，因此，可以通過從互連器向存儲(chǔ)器件施加以電流來記錄或擦除信息。
根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器件包括一第一電極，一第二電極以及一夾在該第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜和一包含從Cu，Ag，Zn中選擇的任何一種元素或從Te，S，Se中任選的任何一種元素并在所述存儲(chǔ)器薄膜和所述第一電極或第二電極之間形成的導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜，其中該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜包含一種稀土元素。
根據(jù)本發(fā)明上述的存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)器薄膜被夾在所述第一和第二電極之間，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料形成，所述導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜包含從Cu、Ag、Zn中選擇的任何一種元素或從Te、S、Se中選擇的任何一種元素且形成于所述存儲(chǔ)器薄膜和所述第一或所述第二電極之間和該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜包含一種稀土元素，因此，可以通過使用其中存儲(chǔ)器薄膜的電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象來記錄信息。
另外，由于該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料構(gòu)成，因此，可以在高電阻狀態(tài)下相對(duì)地增加電阻值。
這樣，由于該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜包含稀土元素，因此，可以提高該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶溫度從而抑制在高溫度環(huán)境下的晶體化。結(jié)果，由于能均勻地形成該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜并且能夠抑制該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜表面的粗糙程度，因此就可以均勻地形成存儲(chǔ)器薄膜。同時(shí)，可以抑制由于在保存存儲(chǔ)器件或使用該存儲(chǔ)器件時(shí)產(chǎn)生的熱滯后所導(dǎo)致的存儲(chǔ)器件特性的惡化。
在本發(fā)明上述存儲(chǔ)器件中，導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜可以包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，并可以包含Te。
利用上述結(jié)構(gòu)，由于Te比S和Se具有更高的電導(dǎo)性，因此，可以降低該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜的電阻值。結(jié)果是，通過記錄和擦除信息，電阻值的變化主要發(fā)生在具有高電阻的存儲(chǔ)器薄膜中。因此，即便該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜的一部分晶體化從而使電阻值變化，電阻值的這種變化也不會(huì)明顯地影響存儲(chǔ)器的運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)存儲(chǔ)裝置包括一個(gè)存儲(chǔ)器件，該存儲(chǔ)器件包括第一電極、第二電極以及夾在該第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料形成，導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜包含從Cu、Ag、Zn中選擇的任何一種元素或從Te、S、Se中選擇的任何一種元素并形成于所述存儲(chǔ)器薄膜和第一或第二電極之間，該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜包含稀土元素，該存儲(chǔ)器件還包括連接到第一電極的一端的互連器和連接到第二電極的一端的互連器，其中設(shè)置了大量存儲(chǔ)器件。
根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)裝置包括了本發(fā)明的上述存儲(chǔ)器件，其中設(shè)置了大量存儲(chǔ)器件的連接到第一電極的一端的互連器和連接到第二電極的一端的互連器，，因此，可以通過從互連器向存儲(chǔ)器件施加電流來記錄或擦除信息。
在根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器件中，所述存儲(chǔ)器薄膜被夾在所述第一和第二電極之間，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并在所述存儲(chǔ)器薄膜和所述第一電極或第二電極之間形成一包含CuTe的薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的上述存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)器薄膜被夾在所述第一和第二電極之間，存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并在存儲(chǔ)器薄膜和第一電極或第二電極之間形成包含CuTe的薄膜，所以可以通過使用其中存儲(chǔ)器薄膜的電阻狀態(tài)發(fā)生改變的現(xiàn)象來記錄信息。
另外，由于該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并在存儲(chǔ)器薄膜和第一電極或第二電極之間形成包含CuTe的薄膜，因此，由于Cu和Te在存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料制成時(shí)具有高導(dǎo)電性而降低包含CuTe的薄膜的電阻值以便相對(duì)地提高該存儲(chǔ)器薄膜的電阻值。結(jié)果是，電阻值的改變主要在具有高電阻的存儲(chǔ)器薄膜中由記錄和擦除信息而產(chǎn)生。
即使包含Cu和Te的薄膜的一部分由于溫度的上升而結(jié)晶從而導(dǎo)致該薄膜的電阻值發(fā)生變化，這種電阻值的變化也不會(huì)明顯地影響該存儲(chǔ)器件電阻值的改變，從而不會(huì)顯著地影響存儲(chǔ)器的運(yùn)行。
因此，當(dāng)制造該存儲(chǔ)裝置時(shí)，可以在高溫度環(huán)境下使用或保存，從而抑制熱滯后所導(dǎo)致的存儲(chǔ)器件特性的惡化。
根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)裝置包括存儲(chǔ)器件，該存儲(chǔ)器件包括第一電極，第二電極以及夾在該第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并在存儲(chǔ)器薄膜和第一電極或第二電極之間形成包含CuTe的薄膜，該存儲(chǔ)器件還包括連接到第一電極一端的互連器和連接到第二電極一端的互連器，其中設(shè)置了大量的存儲(chǔ)器件。
根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)裝置包括本發(fā)明上述的存儲(chǔ)器件、連接到第一電極一端的互連器和連接到第二電極一端的互連器，其中設(shè)置了大量的存儲(chǔ)器件，所以可以通過從互連器向存儲(chǔ)器件施加電流來記錄或擦除信息。
一種根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器件包括第一電極、第二電極和夾在該第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，其中，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層還包含從Te、S、Se中選出的任何一種元素且該存儲(chǔ)器薄膜的底層材料具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明上述的存儲(chǔ)器件，由于該存儲(chǔ)器薄膜夾在第一和第二電極之間，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層包含從Te、S、Se中選出的任何一種元素，因此可以通過改變存儲(chǔ)器薄膜的電阻狀態(tài)來記錄信息。
同時(shí)，由于該存儲(chǔ)器薄膜的底層材料具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此，在該底層材料上形成的存儲(chǔ)器薄膜能以均勻非結(jié)晶結(jié)構(gòu)形成，因此在該存儲(chǔ)器薄膜和該存儲(chǔ)器薄膜上的電極之間的界面能形成平面。在這種方式中，由于在該存儲(chǔ)器薄膜和該存儲(chǔ)器薄膜上的電極之間的界面能形成平面，因此，在該存儲(chǔ)器薄膜內(nèi)分布的電場就變得很均勻且可以抑制當(dāng)該存儲(chǔ)器件從高電阻狀態(tài)變到低電阻狀態(tài)時(shí)所需的開關(guān)電壓偏差，而且還可以設(shè)定相對(duì)于各自記錄和擦除都相同的值。
在根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)器件中，該存儲(chǔ)器薄膜還進(jìn)一步包括至少從Y、La、Nd、Sm、Gd、Yb、Dy中選出的稀土元素。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于稀土元素的熱穩(wěn)定性，因此，可以以非常小的電流穩(wěn)定地記錄信息。
一種根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)裝置包括一種存儲(chǔ)器件，該存儲(chǔ)器件包括第一電極、第二電極、夾在第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜至少包括稀土元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一個(gè)，同時(shí)該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層包含從Te，S，Se中任選的一種元素，該存儲(chǔ)器件還包括其中設(shè)置了大量的存儲(chǔ)器件的連接到第一電極的一端的互連器和連接到第二電極的一端的互連器。
根據(jù)以上所述的本發(fā)明的存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)裝置包括了本發(fā)明上述的存儲(chǔ)器件，其中設(shè)置了大量的存儲(chǔ)器件的一個(gè)連接到第一電極一端的互連器和一個(gè)連接到第二電極一端的互連器，因此可以通過從互連器向存儲(chǔ)器件施加電流來記錄信息或擦除信息。
另外，由于能降低該存儲(chǔ)器件的開關(guān)電壓的偏差，因此可以穩(wěn)定地操作該存儲(chǔ)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)裝置，能降低在該存儲(chǔ)器件記錄信息所需的電流，因此可以在信息記錄前后保持該存儲(chǔ)器件足夠大的電阻變化。
另外，能降低在存儲(chǔ)器件上記錄信息時(shí)消耗的功率并能夠從該存儲(chǔ)器件方便地讀出信息。
同時(shí)，可以減低在存儲(chǔ)器件上記錄信息所需的時(shí)間。
而且，由于通過使用該存儲(chǔ)器件的電阻值變化來在該存儲(chǔ)器件上記錄信息，具體地說，是存儲(chǔ)器薄膜的電阻值變化，因此即便當(dāng)該存儲(chǔ)器件微型化時(shí)，其依具有能方便記錄信息并方便地存儲(chǔ)所記錄的信息的優(yōu)點(diǎn)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，能方便地在該存儲(chǔ)裝置上記錄信息并從該存儲(chǔ)裝置中讀出羧基路的信息，該能降低該存儲(chǔ)裝置的功率消耗，還能高速地運(yùn)行該存儲(chǔ)裝置并構(gòu)建高可靠性的存儲(chǔ)裝置。
同時(shí)，該存儲(chǔ)裝置能以高集成度(高密度集成)集成并能微型化。
而且，可以由用于制造普通MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)邏輯電路的材料和制造流程的方法來制造本發(fā)明的存儲(chǔ)器件能。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以低廉地制造該具有熱穩(wěn)定性的存儲(chǔ)器件和存儲(chǔ)裝置并因此可以提供一種低廉的存儲(chǔ)裝置。同時(shí)，還可以提高制造存儲(chǔ)裝置中的產(chǎn)率。
具體地，如果該存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)器薄膜具有包含至少一種稀土元素這樣的結(jié)構(gòu)，那么當(dāng)在高溫環(huán)境下使用該存儲(chǔ)器件或在該存儲(chǔ)器件中長時(shí)間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，由于該存儲(chǔ)器件能穩(wěn)定地保持高電阻狀態(tài)，因此，記錄在存儲(chǔ)器薄膜上的信息能穩(wěn)定地存儲(chǔ)并且該存儲(chǔ)器件具有更高的穩(wěn)定性。
而且，由于能用非常小的電流穩(wěn)定地在存儲(chǔ)器件上記錄信息，因此可以降低在存儲(chǔ)器件上記錄信息所消耗的功率。
同時(shí)，具體地，即便當(dāng)該薄膜的電阻值比夾在該存儲(chǔ)器件和電極之間的存儲(chǔ)器薄膜的電阻值低的多時(shí)，也可以抑制由于溫度升高電阻值發(fā)生改變而產(chǎn)生的影響。因此，與上述類似，當(dāng)在高溫環(huán)境下使用該存儲(chǔ)器件或在該存儲(chǔ)器件中長時(shí)間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，該存儲(chǔ)器件可以穩(wěn)定地保持高電阻狀態(tài)。因此，由于記錄在存儲(chǔ)器薄膜上的信息能穩(wěn)定地保持，因而可以使該存儲(chǔ)器件變得具有更高的可靠性。
而且，具體地，當(dāng)該存儲(chǔ)器薄膜的底層材料具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)時(shí)，由于開關(guān)電壓能被設(shè)定為相對(duì)于存儲(chǔ)/擦除的唯一值并且開關(guān)電壓的擴(kuò)散能被降低，因此能穩(wěn)定的操作該存儲(chǔ)器。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)的示意圖(剖面圖)；圖2示出了例1的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖3示出了例2的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖4示出了例3的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖5是一個(gè)高倍放大的圖像，示出了當(dāng)通過透射式電子顯微鏡獲得例3的剖面時(shí)所獲取的圖形；圖6示出了沿薄膜厚度方向所得的例3的成分坡度；圖7是顯示當(dāng)Cu濃度高時(shí)沿薄膜厚度方向所得的例3的成分坡度的圖表；圖8示出了例4的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖9示出了例5的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖10示出了例6的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖11示出了例7的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖12示出了例8的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖13示出了例9的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖14示出了例10的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖15示出了例11的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖16示出了例12的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖17示出了例13的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖18示出了例14的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖19示出了例15的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖20示出了例16的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖21示出了例17的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖22示出了例18的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖23示出了例19的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖24示出了例20的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖25示出了例21的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖26示出了例22的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖27示出了例23的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖28示出了例24的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖29示出了例25的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖30示出了例26的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖31示出了例27的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖32示出了例28的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖33示出了例29的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖34簡要示出了其中離子源層和存儲(chǔ)器薄膜層的疊層順序被反轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)(剖面圖)；圖35示出了例30的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖36示出了例31的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖37示出了例32的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖38示出了例33的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖39簡要示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)(剖面圖)；圖40A到40C示出了利用俄歇電子能譜(AES)分析例35的成分時(shí)所獲得的測(cè)量結(jié)果的各個(gè)相應(yīng)的曲線圖；圖41示出了例34的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果的圖表；圖42示出了例35的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果的圖表；圖43A是一個(gè)高倍放大的圖像，示出了一個(gè)通過透射式電子顯微鏡所獲得的例34的存儲(chǔ)器件的剖面的TEM(Transmission Electron Microscope，透射式電子顯微鏡)圖形；圖43B是用于解釋圖43A中的TEM圖像結(jié)構(gòu)的示意圖；圖43C是一個(gè)顯示圖43A中點(diǎn)X的電子衍射圖案；圖43D是一個(gè)顯示圖43A中點(diǎn)Y的電子衍射圖案；圖44A是例35的存儲(chǔ)器件的剖面的TEM圖形的高倍放大部分；圖44B是用于解釋圖44A的TEM圖形結(jié)構(gòu)的示意圖；圖44C是一個(gè)顯示圖44A中點(diǎn)W的電子衍射圖案；圖44D是一個(gè)顯示圖44A中點(diǎn)Z的電子衍射圖案；圖45是顯示根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)的示意圖(剖面圖)；圖46是顯示根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)的示意圖(剖視圖)；圖47是在通過使用圖46中所示存儲(chǔ)器件構(gòu)建一個(gè)存儲(chǔ)裝置時(shí)得到的等效電路圖；圖48A和48B分別示出了例36的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖49示出了例37的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果；圖50示出了例38的存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)的示意圖(剖面圖)；和圖51示出了例38的I到V(電流到電壓)特性的測(cè)量結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將參考附圖來詳細(xì)地描述本發(fā)明。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)的示意圖(剖面圖)。
如圖1所示，存儲(chǔ)器件10包括具有高導(dǎo)電性的襯底1，例如是一個(gè)重?fù)诫s有P型雜質(zhì)并在其上形成下電極2的(P++)硅襯底1。在該下電極2上形成了一個(gè)包含Cu、Ag、Zn的層3，在層3上形成存儲(chǔ)器薄膜4。上電極6通過一個(gè)形成于該存儲(chǔ)器薄膜4上絕緣層5上面的通孔與該存儲(chǔ)器薄膜相連。
下電極2可以由供半導(dǎo)體處理使用的互連材料構(gòu)成，例如是TiW、Ti、W、WN、Cu、Al、Mo、Ta和硅化物等。
例如，當(dāng)下電極2由TiW膜構(gòu)成時(shí)，可以在10nm到100nm的范圍中選擇下電極2的薄膜厚度。
在下電極2上的層3可以包含Cu、Ag、Zn中的任一種，即稍后將要描述的充當(dāng)離子源的金屬元素。在下文中將該層3稱之為“離子源層3”。
可以用以下薄膜來構(gòu)成離子源層3，例如，在其所具有的成分中將Cu，Ag，Zn添加到包含有硫化物元素Te、Se、S的GeSbTe、GeTe、GeS、SiGeTe、SiGeSbTe中去的合適的薄膜、Ag薄膜、Ag合金薄膜、Cu薄膜、Cu合金薄膜、Zn薄膜、Zn合金薄膜等。
例如，當(dāng)離子源層3由GeSbTeCu薄膜構(gòu)成時(shí)，可以在5nm到50nm的范圍中選擇其薄膜厚度。另外，當(dāng)離子源層3由Cu、Ag、Zn構(gòu)成時(shí)，可以在2nm到30nm的范圍中選擇其薄膜厚度。
存儲(chǔ)器薄膜4具有這樣一種結(jié)構(gòu)，由從稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb和Y中所選擇的一種或多種氧化物所形成的薄膜(即稀土氧化物薄膜)形成于其薄膜厚度方向的該薄膜全部或部分上。
該存儲(chǔ)器薄膜4形成的薄膜厚度在0.5nm到10nm的范圍內(nèi)。當(dāng)以上述薄膜厚度形成存儲(chǔ)器薄膜4時(shí)，就可以在高溫下穩(wěn)定地形成非結(jié)晶狀態(tài)，從而能夠增加和穩(wěn)定電阻值。
這樣，存儲(chǔ)器薄膜4就變得能夠穩(wěn)定地記錄信息，如稍候?qū)⒁枋龅睦?所示。
這樣，由于稀土氧化物通常是絕緣薄膜，所以就可以通過降低存儲(chǔ)器薄膜4的薄膜厚度以引起存儲(chǔ)器薄膜4的電流流動(dòng)。
此外，雖然該存儲(chǔ)器薄膜4中的氧成分通常以相對(duì)于稀土元素(RE)的RE2O3形式存在，但是由于該存儲(chǔ)器薄膜4可以由非結(jié)晶薄膜充分地形成并可以具有比半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電性低的電屬性，所以該氧成分并不限于上述成分和可以是REOx(0.5＜x≤1.5)。
此外，除了稀土元素以外，該存儲(chǔ)器薄膜4還可以預(yù)先包括諸如Ge、Si、Sb、Ti、W、Cu、Ag、Zn、Fe、Co、P、N、H、Te、S、Se的元素。
由上述材料構(gòu)成的存儲(chǔ)器薄膜4具有其阻抗(電阻值)隨著施加的電壓脈沖或電流脈沖而變化的特性。
于是，該存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值的變化遠(yuǎn)大于其它層。因此，整個(gè)存儲(chǔ)器件10的電阻值的變化主要受到存儲(chǔ)器薄膜4的影響。
因此，可以使用存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值的變化在存儲(chǔ)裝置10上記錄信息。
絕緣層5可以由經(jīng)過固化處理的光阻材料構(gòu)成，所述光阻材料可以是通常在半導(dǎo)體器件中使用的SiO2、Si3N4或其它材料，例如。所述其它材料諸如是SiON、SiOF、Al2O3、Ta2O5、ZrO2的無機(jī)材料、氟化有機(jī)材料和芬芳類有機(jī)材料等。
上電極6可以由類似于下電極2的普通半導(dǎo)體互連材料構(gòu)成。
根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件10可以通過下述的操作來存儲(chǔ)信息。
首先，例如向包含Cu、Ag和Zn的離子源層3施加正電勢(shì)(+電勢(shì))以便用這種把上電極6的一端設(shè)定為負(fù)極的方式給存儲(chǔ)器件10施加一個(gè)正電壓。因此，使Cu、Ag、Zn離子化，并從離子源層3擴(kuò)散到存儲(chǔ)器薄膜4中并粘著在上電極6一端的電子上，從而它們以擴(kuò)散到存儲(chǔ)器薄膜4的狀態(tài)下沉積或留在存儲(chǔ)器薄膜4上。
接著，在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)部形成一條包含大量Cu、Ag、Zn的電流路徑或在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)形成大量基于Cu、Ag、Zn的壞點(diǎn)，從而降低存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值。由于除存儲(chǔ)器薄膜4以外的其它各個(gè)層的電阻值從一開始相比在存儲(chǔ)器薄膜4上記錄信息之前所獲得電阻值都是小的，因此就有可能通過降低存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值來降低整個(gè)存儲(chǔ)器件10的電阻值。
此后，當(dāng)通過消除正電壓來消除施加給存儲(chǔ)器件10的電壓時(shí)，存儲(chǔ)器件10被保持在降低電阻值的狀態(tài)。這樣，就可以記錄信息。當(dāng)把根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)裝置應(yīng)用于一個(gè)只能在其上記錄一次信息的存儲(chǔ)器件時(shí)，即所謂的PROM(可編程只讀存儲(chǔ)器)，僅僅通過上述記錄處理就能完成信息的記錄。
相反，當(dāng)把根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)裝置應(yīng)用于可擦除的存儲(chǔ)裝置時(shí)，即應(yīng)用于所謂的RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)或EERPOM(電可擦除和可編程的只讀存儲(chǔ)器)等時(shí)，就需要一個(gè)擦除處理。在擦除處理中，例如給包含Cu、Ag、Zn的離子源層3施加負(fù)電勢(shì)(-電勢(shì))，從而以將上電極6的一端設(shè)定為正極的方式向存儲(chǔ)器件10施加一負(fù)電勢(shì)。結(jié)果是，構(gòu)成與存儲(chǔ)薄膜4一起形成的電流路徑或雜志界面的Cu、Ag、Zn被離子化，并在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)部移動(dòng)和返回到離子源層3的所述端。
接著，從存儲(chǔ)器薄膜4中丟失基于Cu、Ag、Zn的電流路徑或壞點(diǎn)以便提高存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值。由于除存儲(chǔ)器薄膜4之外的其它各個(gè)層的電阻值從一開始就很小，因此就有可能通過提高存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值來提高整個(gè)存儲(chǔ)器件10的電阻值。
隨后，當(dāng)通過消除負(fù)電勢(shì)來切斷施加到存儲(chǔ)器件10的電壓時(shí)，存儲(chǔ)器件處于提高電阻值的狀態(tài)。因此，可以擦除所記錄的信息。
重復(fù)上述處理，就可以重復(fù)地在存儲(chǔ)器件10上記錄(寫入)信息或從存儲(chǔ)器件10中擦除所記錄的信息。
因此，例如當(dāng)分別使電阻值高的狀態(tài)對(duì)應(yīng)于信息“0”而電阻低的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)于信息“1”時(shí)，在通過施加所述正電壓在所述存儲(chǔ)裝置中記錄信息的記錄處理中能將信息“0”變成信息“1”，而在通過施加所述負(fù)電壓從所述存儲(chǔ)裝置中擦除記錄信息的擦除處理中能將信息“1”變成信息“0”。
雖然通常存儲(chǔ)器薄膜4在記錄前的初始狀態(tài)中具有高電阻值，但通過諸如在過程處理中的等離子處理和退火處理那樣適當(dāng)?shù)奶幚恚鎯?chǔ)器薄膜4可以在記錄狀態(tài)中保持初始的低電阻狀態(tài)。
在存儲(chǔ)裝置上記錄信息后所獲得的電阻值取決于諸如在記錄中提供的電壓脈沖寬度或電流脈沖寬度，電流量等的記錄情況而不是存儲(chǔ)器件10的存儲(chǔ)單元大小以及存儲(chǔ)器薄膜4的材料組成，并且當(dāng)初始電阻值高于100KΩ時(shí)，上述在存儲(chǔ)裝置上記錄信息后所獲得的電阻值將落到從50Ω到50KΩ的范圍內(nèi)。
由于在初始狀態(tài)的電阻值和在記錄后獲得的電阻值之間的比值大于兩倍就足以解調(diào)所記錄的數(shù)據(jù)，所以，在記錄前所獲得的電阻值為100Ω而在記錄后所獲得的電阻值是50Ω，或者在記錄前所獲得的電阻值是100KΩ而在記錄后所獲得的電阻值是50KΩ。因此，可以設(shè)置存儲(chǔ)器薄膜4的初始電阻值來滿足上述情況?？梢酝ㄟ^調(diào)整氧濃度、薄膜厚度、面積和進(jìn)一步通過雜質(zhì)材料的添加來調(diào)節(jié)存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值。
例如，可以如下來制造圖1所示存儲(chǔ)器件10。
首先，將例如是TiW薄膜的下電極2沉積在具有高導(dǎo)電性的襯底1、例如是重?fù)诫s有P類型雜質(zhì)的硅襯底上。
接著，將離子源層3(例如，Cu層)沉積在下電極2上，然后將存儲(chǔ)器薄膜4(例如，Gd2O3薄膜)沉積在該離子層3上。
然后，當(dāng)形成絕緣層5以覆蓋存儲(chǔ)器薄膜4時(shí)，通過光刻法去除部分絕緣層5并形成與存儲(chǔ)器薄膜4接觸的部分。
接著，例如由磁控濺射設(shè)備使一層TiW薄膜沉積作為上電極6。
此后，通過一種諸如等離子蝕刻那樣的適當(dāng)方法來圖形化該TiW薄膜。除了通過等離子蝕刻以外，還可以通過諸如離子蝕刻和RIE(活性離子蝕刻)那樣的適當(dāng)方法來圖形化該TiW薄膜。
如此就可以制造如圖1所示的存儲(chǔ)器件10。
根據(jù)上述實(shí)施例所說存儲(chǔ)器件10的結(jié)構(gòu)，由于包含Cu、Ag、Zn的離子源層3與由氧化物和稀土元素組成的存儲(chǔ)器薄膜夾在下電極2和上電極6之間，因此，例如當(dāng)通過把所述正電壓(+電壓)施加到包含Cu、Ag、Zn的離子源層3的一端而將上電極6的一端設(shè)定為負(fù)狀態(tài)時(shí)，在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)形成包含大量Cu、Ag、Zn的電流路徑或在該存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)形成大量基于Cu、Ag、Zn的壞點(diǎn)，從而降低了存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值和整個(gè)存儲(chǔ)器件10的電阻值。這樣，當(dāng)停止施加正電壓以致該電壓沒有被施加給存儲(chǔ)器件10時(shí)，保持降低電阻值的狀態(tài)并變得可以記錄信息?？梢詫⑦@種結(jié)構(gòu)應(yīng)用于諸如PROM那樣只能記錄一次信息的存儲(chǔ)裝置。
因此，由于使用存儲(chǔ)器件10的電阻值變化、特別是存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值變化在存儲(chǔ)裝置上記錄信息，所以，即使當(dāng)存儲(chǔ)器件10被微型化時(shí)，也能很容易地在存儲(chǔ)裝置上記錄信息或在該存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)所記錄的信息。
另外，在把上述本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于其它諸如RAM和EEPROM那樣既能記錄信息也能擦除信息的存儲(chǔ)裝置中時(shí)，通過將所述負(fù)電壓(-電勢(shì))施加到被置于上述記錄狀態(tài)的例如包含Cu、Ag、Zn的離子源層3的存儲(chǔ)器件10將上電極6的一端設(shè)定為所述正狀態(tài)。結(jié)果是，依據(jù)Cu、Ag、Zn而在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)形成的電流路徑或壞點(diǎn)消失，從而提高了存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值，并導(dǎo)致整個(gè)存儲(chǔ)器件10的電阻值增加。當(dāng)停止向存儲(chǔ)器件10施加負(fù)電壓以致所述電壓不可能被施加給存儲(chǔ)器件10時(shí)，保持提高電阻值的狀態(tài)從而可以從該存儲(chǔ)裝置擦除所記錄的信息。
同時(shí)，根據(jù)本實(shí)施例的存儲(chǔ)器件10，由于存儲(chǔ)器薄膜4具有在其整體上或在薄膜厚度方向的一部分上形成稀土氧化物薄膜的結(jié)構(gòu)，因此存儲(chǔ)器薄膜4的結(jié)晶溫度由于稀土氧化物的反應(yīng)而升高以便抑制稀土氧化物在高溫環(huán)境下的晶體化。其原因在于，由于稀土氧化物薄膜是非結(jié)晶的，而且稀土氧化物的熔點(diǎn)高達(dá)約2400℃，所以當(dāng)通過產(chǎn)生的焦耳熱來加熱稀土氧化物來記錄或擦除信息時(shí)，可以防止該薄膜的優(yōu)良結(jié)構(gòu)發(fā)生變化從而使其穩(wěn)定。
結(jié)果是，當(dāng)存儲(chǔ)器件10用在高溫環(huán)境下或長期在存儲(chǔ)器件10中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，可以穩(wěn)定地保持高電阻的狀態(tài)。
因此，可以穩(wěn)定地保持記錄在存儲(chǔ)器薄膜4上的信息從而可以使存儲(chǔ)器件10具有高可靠性。
此外，由于該存儲(chǔ)器薄膜由稀土氧化物薄膜構(gòu)成，所以可以擴(kuò)大對(duì)包含充當(dāng)離子源的元素(Cu、Ag、Zn)和硫化物元素(S、Se、Te)的離子源層3的材料進(jìn)行選擇的范圍。
到目前為止所提出的電阻變化型存儲(chǔ)器件構(gòu)建一個(gè)記錄層，該層包含充當(dāng)離子源的元素和硫化物元素，以便選擇一種在幾乎沒有離子源時(shí)置于高電阻狀態(tài)的材料，例如，一種基于Ge、GeSe并包含充當(dāng)離子源的元素的材料。但是，GeS和GeSe中的S和Se的熔點(diǎn)很低，因此很難通過濺射而穩(wěn)定地沉積。而且，當(dāng)通過使用作為硫化物元素的Te來構(gòu)建該記錄層時(shí)，例如像GeSbTe和GeTe那樣的合適的材料，雖然可以通過濺射方法來穩(wěn)定地使記錄層沉積，但是由于Te相比于S和Se具有非常高的導(dǎo)電性，所以如果該記錄層包含充當(dāng)離子源的元素(Cu、Ag、Zn)，那么電阻就會(huì)過分降低，而難以提供存儲(chǔ)器件所需的高電阻狀態(tài)。
相反，當(dāng)同本實(shí)施例的存儲(chǔ)器件10一樣由稀土氧化物薄膜組成存儲(chǔ)器薄膜4并與該存儲(chǔ)器薄膜4彼此分離地提供離子源層3時(shí)，由于電阻的變化主要發(fā)生在由稀土氧化物薄膜組成的存儲(chǔ)器薄膜4中，所以離子源層3的電阻特性就變得不是太重要。因此，可以將基于Te的材料用作離子源層3。
為了提高存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)操作的穩(wěn)定性，需要盡可能地降低離子源層3中電阻的變化。因此，就應(yīng)該時(shí)刻將離子層3的電阻值置于低電阻狀態(tài)。由于即使是離子源層3結(jié)晶也要如上所述時(shí)刻地將離子源層3的電阻值設(shè)定為低狀態(tài)，所以，幾乎不發(fā)生電阻變化并可獲得一個(gè)附帶的效果，即至少不會(huì)發(fā)生電方面的問題。
此外，根據(jù)本實(shí)施例的存儲(chǔ)器件10，可以使用能夠被濺射處理的材料構(gòu)成下電極2、離子源層3、存儲(chǔ)器薄膜4和上電極6。例如，可以使用包括適用于各層的材料的成分所組成的對(duì)象來形成濺射。
另外，如果在相同的濺射設(shè)備中改變對(duì)象，那么，就可以連續(xù)地沉積使各個(gè)層。
當(dāng)根據(jù)本實(shí)施例的上述存儲(chǔ)器件10具有下述結(jié)構(gòu)、即其中在一部分上形成作為存儲(chǔ)器薄膜4的由稀土元素氧化物構(gòu)成的薄膜(稀土氧化物薄膜)時(shí)，可以通過使用氧化物濺射對(duì)象的方法來形成該氧化物薄膜，一種使用金屬對(duì)象并在濺射過程中引入氧和一種諸如氬氣的惰性氣體作為傳導(dǎo)氣體的方法，即一種使用所謂反應(yīng)濺射等的方法。
此外，除了濺射方法，還能通過一種CVD方法或諸如汽相沉積的方法來形成氧化物薄膜。而且，當(dāng)使氧化物薄膜沉積時(shí)，將該氧化物薄膜設(shè)定為金屬狀態(tài)，然后可以通過諸如加熱氧化或藥物處理的方法形成氧化物薄膜。
在根據(jù)上述實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件10中，至今為止已經(jīng)描述了其中離子源層3與包含Cu、Ag、Zn的存儲(chǔ)器薄膜4接觸的結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明并不限于上述結(jié)構(gòu)，并且可以將上述結(jié)構(gòu)修改為這樣一種結(jié)構(gòu)，其中存儲(chǔ)器薄膜4包含離子源的Cu、Ag、Zn，或其中下電極2包含離子源的Cu、Ag、Zn，或者是其中下電極2或上電極6包含離子源的Cu、Ag、Zn。同時(shí)，可以將離子源層3用做下電極2而無需修改。
而且，在根據(jù)上述實(shí)施例的存儲(chǔ)器件10中，至今為止已經(jīng)描述了其中離子源層與包含Te、S、Se的存儲(chǔ)器薄膜4接觸的結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明并不限于上述結(jié)構(gòu)，并且可以將上述結(jié)構(gòu)修改為這樣一種結(jié)構(gòu)，其中存儲(chǔ)器薄膜4包含Te、S、Se，或其中下電極2包含Te、S、Se，或者是其中下電極2和上電極6包含Te、S、Se。
而且，在根據(jù)上述實(shí)施例的存儲(chǔ)器件10中，已經(jīng)把由稀土元素的氧化物構(gòu)成的薄膜描述為存儲(chǔ)器薄膜4，但本發(fā)明并不限于上述結(jié)構(gòu)，而可以使用具有以下結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器薄膜，其中如稍后將會(huì)描述的例3所示，包含稀土元素和氧化物的成分比具有在薄膜厚度方向上的一個(gè)成分坡度。
在存儲(chǔ)器薄膜4具有上述結(jié)構(gòu)的情況下，由于如稍后將會(huì)描述的那樣，可以界面狀態(tài)形成一個(gè)極微小的薄膜，所以與處于可以不連續(xù)地改變其中成分比的界面狀態(tài)的薄膜相比可以抑制界面現(xiàn)象。因此，即使在大規(guī)模生產(chǎn)中發(fā)生散射，處理過程中這種散射的影響也是小的，故存在促進(jìn)大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
另外，在根據(jù)上述實(shí)施例的存儲(chǔ)器件10中，當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4是由稀土元素氧化物薄膜形成時(shí)，該存儲(chǔ)器薄膜4可以包含稀土元素但不可以包含氧。另外，在這種情況下，由于存儲(chǔ)器薄膜4包含稀土元素，所以存儲(chǔ)器薄膜4的結(jié)晶溫度升高了。因此，即使在高溫環(huán)境下使用存儲(chǔ)器薄膜4或者在長時(shí)間內(nèi)在存儲(chǔ)器薄膜4中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，也能穩(wěn)定地保持高電阻狀態(tài)并穩(wěn)定地存儲(chǔ)記錄在存儲(chǔ)器薄膜4上的信息。
可以通過以矩陣的形式配置大量根據(jù)上述實(shí)施例的存儲(chǔ)器件10來構(gòu)建一個(gè)存儲(chǔ)裝置。
例如，每個(gè)存儲(chǔ)器件10可以包括一個(gè)連接到其下電極2的一端的互連器和一個(gè)連接到其上電極6的一端的互連器，并且可以將每個(gè)存儲(chǔ)器件10放置在這些互連器的交叉點(diǎn)附近。
具體地說，例如，使下電極2為行方向的存儲(chǔ)單元所共用，使連接到上電極6的互連器為列方向的存儲(chǔ)單元所共用，通過選擇下電極2和一互連器來選擇將要進(jìn)行記錄的存儲(chǔ)單元，經(jīng)過所述互聯(lián)器，伴隨著所述電勢(shì)的施加而有電流流動(dòng)，該電流流過該存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器件10并因此可以在存儲(chǔ)器件10上記錄信息并從該存儲(chǔ)器件10中擦除所記錄的信息。
這樣，根據(jù)上述實(shí)施例的存儲(chǔ)器件10能夠容易地記錄信息和讀出所記錄的信息，特別是，該存儲(chǔ)器件10具有可以在高溫環(huán)境下穩(wěn)定存儲(chǔ)所記錄的數(shù)據(jù)這種卓越的性能。
另外，即使在使根據(jù)上述實(shí)施例的存儲(chǔ)器件10被微型化時(shí)，也可以容易地在存儲(chǔ)器件10上記錄信息并在該存儲(chǔ)器件10上存儲(chǔ)所記錄的信息。
因此，通過使用根據(jù)上述實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件10來構(gòu)建存儲(chǔ)裝置，從而可以集成該存儲(chǔ)裝置(密度增加)并使其微型化。
(發(fā)明例子)
接下來，已經(jīng)在實(shí)踐中制造出了根據(jù)上述實(shí)施例所說的存儲(chǔ)裝置10并對(duì)其特征進(jìn)行了查。
<例1>
首先，通過濺射在作為下電極2的具有高導(dǎo)電性的襯底1上沉積一個(gè)薄膜厚度為50nm的TiW薄膜，所述襯底1例如是被摻雜有高濃度P型雜質(zhì)的硅襯底。接著，通過一磁控濺射裝置沉積一厚度為10nm的Cu薄膜作為所述離子源層，然后，通過一種以氧氣傳導(dǎo)為基礎(chǔ)的反應(yīng)濺射方法來使薄膜厚度為5nm的非結(jié)晶氧化釓薄膜(非結(jié)晶Gd氧化物薄膜)沉積作為存儲(chǔ)器薄膜4。
接下來，使一個(gè)光阻材料沉積以覆蓋該非結(jié)晶氧化釓薄膜，隨后通過基于光刻蝕法技術(shù)的公開和發(fā)展而在該非結(jié)晶氧化釓薄膜上形成一個(gè)通孔。該通孔深2μm和寬2μ。
然后，在真空中以攝氏270度對(duì)生成的產(chǎn)品進(jìn)行退火處理并形成絕緣層5作為相對(duì)對(duì)于溫度和蝕刻等具有穩(wěn)定性能的一固化保護(hù)層。將此固化的保護(hù)層用在絕緣層5中是因?yàn)榭梢院苋菀椎貜脑囼?yàn)的觀點(diǎn)形成該絕緣層5。當(dāng)在實(shí)際操作中制造該產(chǎn)品時(shí)，希望由(例如硅氧化物薄膜等)其它材料形成絕緣層5。
接下來，沉積厚度為100nm的TiW薄膜作為上電極6。然后，由一種根據(jù)光刻蝕法的等離子蝕刻裝置使沉積在該固化的保護(hù)層上的上電極6形成一個(gè)大小為50μm*50μm的圖案。
可以制造具有上述結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件并用作例1的存儲(chǔ)器件。
在例1的存儲(chǔ)器件中，與下電極2導(dǎo)電的低電阻硅襯底1的背面接地電勢(shì)(GND電勢(shì))并向上電極6提供所述負(fù)電勢(shì)(-電勢(shì))。
這樣，在逐漸從0V開始降低施加到上電極6的負(fù)電勢(shì)的同時(shí)，測(cè)量電流的變化。然而，在被設(shè)置為所述限流器在電流到達(dá)0.03mA時(shí)開始工作之后，它被設(shè)置為當(dāng)電流的增加超過0.03mA時(shí)，可以避免施加到上電極6上的負(fù)電勢(shì)、即，施加到所述存儲(chǔ)器件上的電壓的升高。
另外，在所述電流達(dá)到0.03mA后，施加到上電極6的負(fù)電勢(shì)從其中限流器開始工作的狀態(tài)降低至0V。相反，此時(shí)，即在所述正電壓被施加給上電極6從而導(dǎo)致所述正電壓的施加被增加到所述電流被減少以至沒有電流流動(dòng)的程度之后，所述正電勢(shì)再次返回到0電勢(shì)。
圖2示出了如此例獲得的例1的I到V(電流-電壓)的特性的測(cè)量結(jié)果。
通過圖2可以了解到，電阻值在初始狀態(tài)為高，將存儲(chǔ)器件置于斷路狀態(tài)并在負(fù)方向上增加電壓以便該電流在高于某個(gè)閥值電壓(Vth)的電壓上迅速增加，即，降低電阻值以便把該存儲(chǔ)器件變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。因此，通過圖2可以清楚地看到，信息可以被記錄在所述存儲(chǔ)器件上。
相反，在電壓降低后，保持一恒定電阻值。即，通過圖2可以清楚地看到，所述存儲(chǔ)器件被保持在導(dǎo)通狀態(tài)，從而能夠存儲(chǔ)所記錄的信息。
在該例1的情況下，在電壓v＝0.1V處斷路狀態(tài)的電阻值大約為2MΩ而在導(dǎo)通狀態(tài)下的電阻值大約為100KΩ。
此外，如圖2所示，確認(rèn)在施加了與上述極性相反的電壓V之后，即，襯底1的背面被連接到地電勢(shì)(GND電勢(shì))以提供一高于V＝0.3V的正電勢(shì)(+電勢(shì))給上電極6且所述電壓再次返回到0V之后，所述存儲(chǔ)器件的電阻值返回到初始斷路狀態(tài)的高電阻狀態(tài)。即，可以理解，通過施加所述負(fù)電勢(shì)可以擦除記錄在所述存儲(chǔ)器件上的信息。
<例2>
接著，當(dāng)把厚度為13nm的GeSbTeCu薄膜用作離子源層3、把厚度為8nm且其中將GeSbTe添加到Gd2O3的薄膜用作存儲(chǔ)器薄膜4時(shí)，存在此時(shí)獲得的檢測(cè)特性。
除了上述薄膜以外，各個(gè)薄膜的材料都與例1中所示的相類似，因此不需要再詳細(xì)描述。而且該測(cè)量方法與例1的測(cè)量方法的差別也僅僅在于限流器的值被改變?yōu)?mA。
離子源層3的GeSeTeCu薄膜的成分是(Ge2Sb2Te5)2Cu而存儲(chǔ)器薄膜4的成分是(GddOs)2(Ge2Sb2Te5)。
制造具有上述結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件并用作例2的存儲(chǔ)器件。圖3示出了該例2的I到V(電流-電壓)特性的測(cè)量結(jié)果。
從圖3中可以看出，當(dāng)存儲(chǔ)器件的電阻值在初始斷路狀態(tài)中大約是10MΩ時(shí)，存儲(chǔ)器件的電阻值在施加給記錄信息一個(gè)超出閥值電壓的負(fù)電壓(-0.7V)記錄之后到達(dá)300Ω。而且，可以看出，在施加正向電壓以將存儲(chǔ)器件的電阻值變?yōu)閿嗦窢顟B(tài)之后，該存儲(chǔ)器件的電阻值到達(dá)1MΩ左右，即記錄擦除所記錄的信息。
<例3>
將一層薄膜厚度為50nm的TiW薄膜沉積在具有高導(dǎo)電性的襯底1上，例如，通過濺射使其摻雜有高濃度P型雜質(zhì)作為下電極2的硅襯底。接著，通過磁控濺射設(shè)備使一個(gè)薄膜厚度范圍從3nm到20nm的Cu薄膜沉積。接著，通過基于一種Ar氣體傳導(dǎo)的濺射使一個(gè)薄膜厚度范圍從5nm到50nm的(Ge2Sb2Te5)1-xGdx薄膜沉積。
接著，形成光阻材料，然后通過根據(jù)光刻蝕法技術(shù)的公開和發(fā)展形成一個(gè)通孔。該通孔深2μm，寬2μ。
然后，通過在真空中于280度退火使該光阻材料在性能上發(fā)生變化，從而形成絕緣層5作為固定對(duì)于溫度，蝕刻等的固化的保護(hù)層。
在該退火處理中，由少量殘留在燃燒室中的氧或來源于該光阻材料的氧在Ge2Sb2Te5Gd薄膜的表面形成一個(gè)氧化物薄膜。
將此固化的保護(hù)層用作絕緣層5是因?yàn)榭梢院苋菀椎馗鶕?jù)試驗(yàn)的觀點(diǎn)形成該絕緣層5。當(dāng)制造該產(chǎn)品時(shí)，可以由諸如硅氧化物薄膜等的其它材料構(gòu)成該絕緣層5是合乎需要的。
接下來，使一層薄膜厚度為100nm的TiW薄膜沉積作為上電極6。然后，由一種根據(jù)光刻蝕法技術(shù)的等離子蝕刻設(shè)備使沉積在該固化的保護(hù)層上的上電極6形成一個(gè)大小為50μm*50μm的圖形將具有上述結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件用作例3的存儲(chǔ)器件。
在例3的存儲(chǔ)器件中，與下電極2導(dǎo)電的低電阻硅襯底1的背面接到地電勢(shì)(GND電勢(shì))以給上電極6提供負(fù)電勢(shì)(-電勢(shì))。
于是，當(dāng)從0V開始逐漸降低施加到上電極6的負(fù)電勢(shì)時(shí)，測(cè)量該電流的改變。然而，當(dāng)如此設(shè)定以致限流器在電流到達(dá)1mA時(shí)開始運(yùn)行之后，由于這樣的設(shè)定，使得當(dāng)電流上升超過1mA時(shí)，可以阻止施加到上電極6的負(fù)電勢(shì)(即，施加到存儲(chǔ)器件的電壓)的升高。
而且，將施加到上電極6的負(fù)電勢(shì)從其中電流達(dá)到1mA以允許限流器開始運(yùn)行的狀態(tài)降低至0V。相反地，在給上電極6施加正電壓以減少電流并將電壓升高到幾乎無電流流動(dòng)的程度之后，正電勢(shì)重新返回0電勢(shì)。
圖4示出了例3的I到V(電流-電壓)特性的測(cè)量結(jié)果，其中選擇Cu薄膜的薄膜厚度為6nm并選擇Ge2Sb2Te5Gd薄膜的薄膜厚度為25nm。而且，圖4示出了當(dāng)重復(fù)進(jìn)行第一次記錄、擦除和再記錄時(shí)所獲得的I到V特性。圖5示出了當(dāng)通過一個(gè)TEM(透射式電子顯微鏡)觀察具有這種結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件的剖面時(shí)所獲得的一個(gè)圖像。
Ge2Sb2Te5Gd膜的成分是(Ge2Sb2Te5)89Gd11。
例3的存儲(chǔ)器件具有以下結(jié)構(gòu)，即存儲(chǔ)器薄膜4和離子源層3被夾在由TiW薄膜構(gòu)成的上電極和下電極(2，6)之間。
具體地說，直接在上電極6的下面形成其中充分地形成氧化物的稀土氧化物層(圖5中箭頭A所示的最白的部分)。在該稀土氧化物層A的下面形成具有更多稀土元素(Gd)并與上述層A相比氧濃度要低的稀土氧化物層(圖5中箭頭B所示灰白色的部分)。然后，在該稀土氧化物層下形成主要由Cu，Te構(gòu)成并與離子源層3相應(yīng)的層(圖5中箭頭C、D、E所示的部分)。
主要由稀土元素氧化物構(gòu)成的層(層A和B)除記錄模式之外具有很高的電阻值和呈現(xiàn)出絕緣特性。離子源層(C、D、E)3具有低電阻值和呈現(xiàn)出導(dǎo)電性。位于這兩層中間的層表現(xiàn)出一種類似于半導(dǎo)體的特性。
由于如箭頭A所示主要由稀土元素氧化物構(gòu)成的層具有高氧濃度，所以在存儲(chǔ)器薄膜4的表面上形成一層大致由Gd2O3構(gòu)成的氧化物薄膜，從而朝向該薄膜厚度方向上的較低部分降低氧濃度。
圖6示出了除圖5所示例3的存儲(chǔ)器件的A到E部分中的氧以外的其它元素成分(Gd、Te、Cu、Ge)。
圖6的研究顯示，除氧以外的其它元素(Gd、Te、Cu、Ge)具有一個(gè)朝向薄膜厚度方向較低部分的成分坡度。Sb不是要分析的對(duì)象，因此未顯示在圖6中。
在薄膜厚度方向上發(fā)生材料的成分坡度的原因在于所沉積的稀土元素(稀土金屬元素)化學(xué)特性非?；钴S以致于擴(kuò)散到所述薄膜中并以高的氧濃度向表面移動(dòng)從而形成氧化物薄膜(氧化物層)，而且Cu、Ag、Zn很容易粘著在硫化物元素(Te、S、Se)上以形成一個(gè)合成物等。
例如，由于具有上述成分坡度的薄膜可以形成對(duì)界面狀態(tài)不敏感的薄膜，因此例如與在界面狀態(tài)中其成分比斷續(xù)變化的薄膜相比，能夠容易地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
圖7示出了在增加Cu含量濃度的例中薄膜厚度方向的成分分布的分析結(jié)果。
如圖6所示，在Cu含量濃度很高的存儲(chǔ)器件的情況下，Cu包含在主要由圖7中A所示的稀土氧化物構(gòu)成的層中以便使其從電絕緣屬性進(jìn)入到半導(dǎo)體區(qū)域。因此，雖然初始狀態(tài)的電阻值和在擦除了信息后所獲得的電阻值比圖6所示的存儲(chǔ)器件要低，但是該存儲(chǔ)器件能夠類似于圖6所示的存儲(chǔ)器件那樣運(yùn)行。
在圖7所示例3的存儲(chǔ)器件中，當(dāng)沉積GeSbTeGd薄膜時(shí)，將Cu的20％的原子添加到GeSbTeGd薄膜。本發(fā)明并不限于上述方法而可以根據(jù)一種諸如熱擴(kuò)散那樣適當(dāng)?shù)姆椒ㄍㄟ^將Cu擴(kuò)散到存儲(chǔ)器薄膜4中來制造具有類似結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件。
<例4>
接著，存在這樣的存儲(chǔ)器件的檢測(cè)性能，其中，Gd(釓)被用作包含在存儲(chǔ)器薄膜4中的稀土元素并分別改變Gd的添加比。
接著，形成一薄膜厚度為20nm的TiW薄膜作為下電極2，并在該下電極2上形成一層薄膜厚度為16nm的GeTe薄膜或GeTeGd薄膜。此外，形成一層薄膜厚度為100nm的TiW薄膜作為上電極6。
下面將描述關(guān)于GeTe的特定GD添加比。
<添加比(原子％)>
例編號(hào)Ge2Te8Gd例4 1000例5 93 7例6 86 14例7 82 18例8 78 22測(cè)量了從例4到8的各個(gè)存儲(chǔ)器件的I到V(電流-電壓)特性。圖8示出了例4的測(cè)量結(jié)果；圖9示出了例5的測(cè)量結(jié)果；圖10示出了例6的測(cè)量結(jié)果；圖11示出了例7的測(cè)量結(jié)果；圖12示出了例8的測(cè)量結(jié)果。
在其中如圖8所示沒有添加Gd的例4的存儲(chǔ)器件的情況下，不能確認(rèn)此I到V特性呈現(xiàn)了熱滯后現(xiàn)象，即該存儲(chǔ)器件并未作為一存儲(chǔ)器而工作。因此，該存儲(chǔ)器件變成了一個(gè)具有大約150Ω的電阻特性的電阻?？梢哉J(rèn)為其原因是，由于該GeTe薄膜不包含稀土元素，所以產(chǎn)生所述GeTe薄膜本身所具有的低電阻狀態(tài)，或者由于在處理過程中在比該非結(jié)晶GeTe的結(jié)晶溫度(例如200度)高的溫度加熱該GeTe薄膜，所以使該GeTe薄膜結(jié)晶從而置于低電阻狀態(tài)。
相反，圖9到12所示例5到8中的任何一個(gè)存儲(chǔ)器件都呈現(xiàn)了磁滯現(xiàn)象并作為所述存儲(chǔ)器而工作。下面將解釋其原因。即，由于在處理過程中將稀土元素添加到GeTe薄膜中，所以稀土元素?cái)U(kuò)散到表面從而形成一氧化物薄膜，因此可以使初始電阻值為高。當(dāng)初始電阻值變高時(shí)，該存儲(chǔ)器件就變得可以作為存儲(chǔ)器而工作。
在TiW薄膜/Ge2O3薄膜/TiW薄膜的分層結(jié)構(gòu)中，當(dāng)測(cè)量Ge2O3薄膜的絕緣耐壓時(shí)，該絕緣耐壓的測(cè)量結(jié)果為10MV/cm左右。另外，在Ti薄膜/Cu薄膜/Ge2O3薄膜/TiW薄膜的分層結(jié)構(gòu)中，絕緣耐壓的測(cè)量結(jié)果為4MV/cm左右。由于讓該存儲(chǔ)器件像存儲(chǔ)器那樣工作所需的最小電壓大約是0.2V，因此可以得出存儲(chǔ)器薄膜4的足夠的薄膜厚度應(yīng)大約比0.5nm要大。
當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4的薄膜厚度很大、例如大于5nm時(shí)，第一次記錄所需的電壓相比于第二次記錄之后的記錄所需要的電壓要高，因此，應(yīng)該在初始階段施加一個(gè)相對(duì)高的電壓脈沖。即，應(yīng)該通過初始化來穩(wěn)定工作電壓。這些數(shù)值只不過是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值，并可以依據(jù)薄膜沉積方法、薄膜沉積狀態(tài)或在處理所述存儲(chǔ)裝置時(shí)所需的加工方法來改變這些數(shù)值。
<例5>
接下來，檢查當(dāng)用Ag薄膜或Zn薄膜來代替Cu薄膜時(shí)所呈現(xiàn)的特性。
這樣，形成一薄膜厚度為20nm的TiW薄膜作為下電極2，在該TiW薄膜上形成一薄膜厚度為6nm的Ag薄膜或Zn薄膜，在該Ag薄膜或Zn薄膜上形成一個(gè)薄膜厚度為16nm的Ge2Sb2Te5Gd薄膜并形成一個(gè)薄膜厚度為100nm的TiW薄膜作為上電極6。該存儲(chǔ)器薄膜4的成分為(Ge2Sb2Te5)88Gd12。
然后，將使用Ag薄膜的存儲(chǔ)器件用作例9的存儲(chǔ)器件，而將使用Zn薄膜的存儲(chǔ)器件用作例10的存儲(chǔ)器件。測(cè)量例9和10的各個(gè)存儲(chǔ)器件的I到V(電流-電壓)特性。圖13示出了例9的測(cè)量結(jié)果。圖14示出了例10的測(cè)量結(jié)果。
對(duì)圖13和14的研究顯示出，當(dāng)存儲(chǔ)器件使用Ag薄膜或Zn薄膜時(shí)，例9和10的存儲(chǔ)器件能以類似于使用Cu薄膜的存儲(chǔ)器件的方式運(yùn)行(參見圖8到12)。
<例6>
接下來，測(cè)量其中將其它元素用作存儲(chǔ)器薄膜4中所包含的稀土元素來代替Gd元素的存儲(chǔ)器件的性能。
由此，形成一層薄膜厚度為20nm的TiW薄膜作為下電極2，在該TiW薄膜上形成一層薄膜厚度為12nm的Cu薄膜，在該Cu薄膜上形成一個(gè)由GeSbTe和稀土元素構(gòu)成的薄膜并再形成一層薄膜厚度為100nm的TiW薄膜作為上電極6。
下面將描述特定的稀土元素(類型和添加比)、薄膜厚度等。
<添加比(原子％)>
例編號(hào) 稀土元素 Ge2Sb2Te5薄膜厚度例11 Y， 13 87 20nm例12 Tb，13 87 18nm例13 Tb，13 80 18nm測(cè)量例11到13的存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)特性。圖15示出了例11的測(cè)量結(jié)果，圖16示出了例12的測(cè)量結(jié)果，圖17示出了例13的測(cè)量結(jié)果。
如從圖15到17可以清楚看出的，類似于使用Gd作為稀土元素的存儲(chǔ)器件(參見圖8到12)，可以確定，例11到13的任何一個(gè)存儲(chǔ)器件都可以作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行。雖然考慮了下面這種模式，即形成存儲(chǔ)器薄膜4、將Cu、Ag、Zn等擴(kuò)散到存儲(chǔ)器薄膜4中并移動(dòng)，或者氧化這些稀土元素并通過施加電壓脈沖使其減少以便可以使該存儲(chǔ)器件作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行，但在這種情況下，稀土元素充當(dāng)呈現(xiàn)存儲(chǔ)器薄膜的絕緣特性的作用并在反復(fù)記錄或擦除信息時(shí)相對(duì)于離子導(dǎo)電或氧化還原記錄穩(wěn)定地運(yùn)行。因此，稀土元素中的最外層電子的貢獻(xiàn)是巨大的。
稀土元素中的最外層電子都是類似的。由于這些氧化物無論是什么元素都具有絕緣性能并顯示與氧化作用和還原作用有關(guān)的類似的化學(xué)特性，所以任何元素只要是稀土元素，就能起到類似的功能。
另外，當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4是非結(jié)晶薄膜時(shí)，由于在高溫處理過程中無法使這種非結(jié)晶薄膜結(jié)晶，所以在稀土元素的熔點(diǎn)上和原子大小上產(chǎn)生了問題。在這些點(diǎn)上，稀土元素之間的差異是很小的。
因此，除了Gd、Y、Tb以外還可以使用諸如1a、Nd、Sm、Eu、Dy、Ho、Er等元素。
<例7>
存儲(chǔ)器薄膜4的薄膜厚度的一個(gè)重要參數(shù)是氧化物薄膜的薄膜厚度，因此，并不形成氧化物薄膜的那部分的薄膜厚度或者其中氧濃度為低的那部分薄膜厚度都不是一個(gè)重要的問題。
然而當(dāng)薄膜厚度太薄時(shí)，就變得難以穩(wěn)定地控制表面上所形成的氧化物薄膜的薄膜厚度或氧濃度等。其結(jié)果是在單個(gè)裝置中發(fā)生擴(kuò)散。
因此，形成一個(gè)薄膜厚度為5nm并預(yù)先包含有Cu的GeSbTeGdCu薄膜作為存儲(chǔ)器薄膜4，并通過在制造過程中形成氧化物薄膜來制造存儲(chǔ)器件。將此合成的存儲(chǔ)器件用作例14的一個(gè)存儲(chǔ)器件。該例14的存儲(chǔ)器件并不包括離子源層3，和存儲(chǔ)器薄膜4包含Cu。該存儲(chǔ)器薄膜4的成分為(Ge2Sb2Te5)50Gd25Cu25。
另外，形成一層薄膜厚度為6nm的Cu薄膜，并在該Cu薄膜上形成一層薄膜厚度為50nm的GeSbTeGd薄膜，從而導(dǎo)致所制造的存儲(chǔ)器件。將此存儲(chǔ)器件用作例15的一個(gè)存儲(chǔ)器件。該GeSbTeGd薄膜的成分被選擇為是(Ge2Sb2Te8)89Gd11。
此外，在例14和15中，根據(jù)其它各個(gè)薄膜的材料，形成一層薄膜厚度為20nm的TiW薄膜作為下電極2，并形成一層薄膜厚度為100nm的TiW薄膜作為上電極6。
然后，分別測(cè)量例14和15的存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)特性。圖18示出了例14的測(cè)量結(jié)果，圖19示出了例15的測(cè)量結(jié)果。
從圖18中可以理解，即使是其中存儲(chǔ)器薄膜4的薄膜厚度很薄的例14的存儲(chǔ)器件也可以作為存儲(chǔ)器穩(wěn)定地運(yùn)行，還可以理解在該存儲(chǔ)器件當(dāng)中的擴(kuò)散也很小。在存儲(chǔ)器薄膜4的5nm薄膜厚度中，Gd元素的薄膜厚度比稍微大于30％。如果使所有的薄膜厚度都氧化，就變得有可能形成一個(gè)薄膜厚度大于1.5nm的氧化物薄膜。由于在實(shí)際操作中通過氧化作用來增加薄膜厚度，所以就可能形成一個(gè)薄膜厚度大于2nm的氧化物薄膜。
如上所述，當(dāng)形成在薄膜內(nèi)部或薄膜表面上的稀土元素的比足以形成一個(gè)薄膜厚度大于0.5nm的氧化物薄膜時(shí)，該存儲(chǔ)器件可以作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行。
此外，從圖19中可以清楚的看出，即使是例15的存儲(chǔ)器件，其存儲(chǔ)器薄膜4的薄膜厚度并未產(chǎn)生特別大的差異，但它產(chǎn)生一個(gè)與其中存儲(chǔ)器薄膜4的薄膜厚度大約是10nm的存儲(chǔ)器件類似的結(jié)果。可以認(rèn)為其原因在于，在表面等上面形成的氧化物薄膜的薄膜厚度并不過多取決于存儲(chǔ)器薄膜4的厚度。由于將其中不形成氧化物薄膜的部分設(shè)置于低電阻狀態(tài)，所以由薄膜厚度施加于導(dǎo)電特性的影響與那些由氧化物薄膜所施加的影響相比是可以忽略的。
如上所述，根據(jù)例14和15的測(cè)量結(jié)果，應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4的薄膜厚度位于0.5nm到10nm的范圍內(nèi)時(shí)，存儲(chǔ)器件可以作為存儲(chǔ)器穩(wěn)定地運(yùn)行。
當(dāng)如上所述在存儲(chǔ)器薄膜4中預(yù)先包含諸如Cu、Ag、Zn那樣的元素時(shí)，就不會(huì)有問題。在這種情況下，可以縮短薄膜沉積處理的時(shí)間周期。
<例8>
接下來，測(cè)量包含大量Ge(鍺)的存儲(chǔ)器薄膜4的特性。
形成具有薄膜厚度為20nm的TiW薄膜作為下電極2，在該TiW薄膜上形成一層薄膜厚度為12nm的Cu薄膜。在該Cu薄膜上形成一層薄膜厚度為20nm的GeSbTe薄膜并再形成一層薄膜厚度為100nm的TiW薄膜作為上電極6。
下面將描述Ge的添加比(成分)的特定結(jié)構(gòu)。
<添加比(原子％)>
例編號(hào) GexSbyGdz例16 57，34，9例17 65，28，7測(cè)量例16和17的各個(gè)存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)特性。圖20示出了例16的測(cè)量結(jié)果，圖21示出了例17的測(cè)量結(jié)果。
Ge能實(shí)現(xiàn)在非結(jié)晶狀態(tài)中保持存儲(chǔ)器薄膜4的效果。單個(gè)Ge物質(zhì)能夠使通過濺射方法形成的存儲(chǔ)器薄膜4變成非結(jié)晶的，并能夠相對(duì)于高溫處理穩(wěn)定地保持存儲(chǔ)器薄膜4的非結(jié)晶狀態(tài)。
如圖20所示，其中存儲(chǔ)器薄膜4包含Ge57(原子％)的存儲(chǔ)器件能作為存儲(chǔ)器穩(wěn)定地運(yùn)行。那時(shí)，硫化物元素Te的含量是34(原子％)而稀土元素Gd的含量是9(原子％)。
另外，如圖21所示，應(yīng)當(dāng)理解，即使是其中存儲(chǔ)器薄膜4包含了Ge56(原子％)的存儲(chǔ)器件也能作為存儲(chǔ)器穩(wěn)定地運(yùn)行。那時(shí)，硫化物元素Te的含量是28(原子％)而稀土元素Gd的含量是7(原子％)。
<例9>
接下來，制造一個(gè)與使用Te(碲)作為硫化物元素以供存儲(chǔ)器薄膜4使用的存儲(chǔ)器件不同的使用Se(硒)的存儲(chǔ)器件作為一個(gè)例18，并測(cè)量該例18的存儲(chǔ)器件的特性。圖22示出了該例18的存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)的特性。
接著，形成一層薄膜厚度為20nm的TiW薄膜作為下電極2，并在該TiW薄膜上形成一層薄膜厚度為6nm的Cu薄膜。在該Cu薄膜上形成一層薄膜厚度為20nm的GeSbGd薄膜并形成一層薄膜厚度為200nm的TiW薄膜作為上電極6，從而導(dǎo)致制造一個(gè)存儲(chǔ)器件。
另外，將該GeSbGd薄膜的成分選擇為Ge35Se55Gd10。
如圖22所示，雖然使用Se作為硫族元素以供存儲(chǔ)器薄膜4使用的存儲(chǔ)器件與使用Te的存儲(chǔ)器件的操作類似，但如果將濺射方法用作薄膜沉積方法的話，由于Se的熔點(diǎn)與Te相比要低，所以與用Te作為硫化物元素的情況相比就難以通過使用一個(gè)GeSe合成對(duì)象來使濺射率穩(wěn)定。
<例10>
接下來，測(cè)量使用其它金屬薄膜替代TiW薄膜來作為上電極6的材料的存儲(chǔ)器件的性能。
關(guān)于其它各個(gè)薄膜的材料，形成薄膜厚度為20nm的TiW薄膜作為下電極2，在該TiW薄膜上形成一層薄膜厚度為6nm的Cu薄膜。并在該Cu薄膜上形成一層薄膜厚度為20nm的Ge30Sb56Gd1薄膜。
以下將描述上電極材料和薄膜厚度的特定配置。
例編號(hào) 上電極材料 薄膜厚度例19W(鎢) 100nm例20Pt(鉑)100nm圖23和24分別示出了例19和20的存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)特性。
如圖23和24所示，應(yīng)當(dāng)理解，即使是使用W薄膜或Pt薄膜作為上電極6的存儲(chǔ)器件也能類似于使用TiW薄膜的情況而作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行。然而，由于W薄膜相對(duì)于存儲(chǔ)器薄膜4的粘著力很弱，因此W膜具有其工作電壓上升的趨勢(shì)。上電極6的材料并不限于上述材料并可以使用各種材料，諸如是Al、Au、Ni、Mo、Ta那樣的材料以及硅化物和各種金屬合金。
此外，還可以類似于上電極6的情況形成下電極2。
<例11>
接下來，檢查使用包含Cu和Te的CuTe(Ge，Si)Gd作為離子源層3并且其中Cu和Te的成分比發(fā)生了變化的的存儲(chǔ)器件性能。
進(jìn)一步，將該離子源層3的薄膜厚度選擇為30nm。
關(guān)于其它各個(gè)層的材料，形成一層薄膜厚度為20nm的氮化鎢薄膜WN膜作為下電極2，形成一層薄膜厚度為4.0nm的氧化釓薄膜作為存儲(chǔ)器薄膜4并形成一層薄膜厚度為100nm的TiW膜作為上電極6。
下面將描述離子源層3的特定成分。
例21(Cu40Te60)67Ge26Gd7例22(Cu58Te42)76Ge18Gd6例23(Cu68Te32)79Ge16Gd5例24(Cu80Te20)81Ge14Gd5例25(Cu75Te25)60Si37Gd3例26(Cu35Te65)60Si33Gd6分別測(cè)量例21到25的各個(gè)存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)特性。圖25到31分別示出了測(cè)量的結(jié)果。
如圖25到31所示，可以確定，在例21到26中的任何一個(gè)例中都示出了一種熱滯后現(xiàn)象，而且在例21到26中的任何一個(gè)例都可以作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行。
因此，應(yīng)當(dāng)理解，例21到26中的任何一個(gè)例都能在離子源層3的Cu/Te成分的35/65到80/20的一個(gè)很寬范圍內(nèi)作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行，即，例21到26中的任何一個(gè)例都能通過施加具有相應(yīng)于記錄和擦除的極性的電壓來記錄和擦除信息記錄。
<例12>
制造一個(gè)其中由類似于例11的材料構(gòu)成離子源層3和由Cu薄膜構(gòu)成下電極2的存儲(chǔ)器件，并將該存儲(chǔ)器件用作例27的存儲(chǔ)器件。
將下電極2的Cu薄膜的薄膜厚度選擇為20nm。
另外，將離子源層3的成分選擇為(Cu53Te47)74Ge20Gd6并將其中的薄膜厚度選擇為20nm。
選擇其它各薄膜的材料和薄膜厚度與例11類似。
接著，測(cè)量例27的存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)特性。圖31示出了測(cè)量結(jié)果。
從圖31中可以清楚的看到，即使下電極2是由Cu薄膜構(gòu)成的，該存儲(chǔ)器件也能類似地作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行。
在這種情況下，由于下電極2和離子源層3都包含銅Cu，所以，銅在薄膜厚度方向上具有一個(gè)成分坡度。
當(dāng)在上述實(shí)施例的各個(gè)存儲(chǔ)器件中的襯底1由具有高導(dǎo)電性并重?fù)诫s有雜質(zhì)的硅襯底構(gòu)成并將地電勢(shì)(GND電勢(shì))施加到該襯底1的背面時(shí)，用以向下電極2的一端施加電壓的結(jié)構(gòu)并不限于上述結(jié)構(gòu)而可以選擇其它的結(jié)構(gòu)。
例如，可以使用形成于硅襯底1的表面上并與該硅襯底1電氣絕緣的電極。
而且，除了硅襯底和絕緣襯底以外，還可以使用半導(dǎo)體襯底作為襯底1，例如由玻璃或樹脂材料構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底。
同時(shí)，由于用在上述例1到10中的是稀土元素氧化物的存儲(chǔ)器薄膜4的熔點(diǎn)高于2000度(在結(jié)晶狀態(tài)中引用的參考值，而且將會(huì)用在以下的描述中)，所以稀土元素氧化物是一種具有充分熱穩(wěn)定性的材料，而且其結(jié)晶溫度也很高。
雖然上述存儲(chǔ)器薄膜4具有這種包含有稀土元素氧化物的結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明并不限于此，而是可以用其它諸如氧化物和氮化物那樣的絕緣材料來構(gòu)建存儲(chǔ)器薄膜4。
如果是氧化物，可以例舉為SiO2、過渡金屬元素氧化物等，此外還可以是稀土元素氧化物。
如果是氮化物，可以例舉為氮化硅SiN以及稀土元素氮化物等。
當(dāng)這樣的存儲(chǔ)器薄膜4使用絕緣材料時(shí)，離子源層3包含充當(dāng)離子源的硫化物元素(S、Se、Te)和元素(Ag、Cu、Zn)。
特別是，當(dāng)離子源層3由一種諸如包含Cu和Te的CuTe薄膜那樣的薄膜構(gòu)成時(shí)，由于Te比其它硫化物元素具有更高的導(dǎo)電性，以致與存儲(chǔ)器薄膜4的通過降低離子源層3的電阻相比，可以更充分地降低離子源層3的電阻變化，，因此可以提高存儲(chǔ)器運(yùn)行的穩(wěn)定性。
于是，就可以通過使用稀土氧化物和上述其它絕緣材料來使離子源層3包含稀土元素。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)的情況，由于離子源層3包含稀土元素，所以就可能通過提高離子源層3的結(jié)晶溫度來抑制離子源層3的結(jié)晶化。因此，由于可以均勻地形成離子源層3并抑制離子源層3表面的粗糙，所以就可以均勻地形成存儲(chǔ)器薄膜4。此外，可以避免存儲(chǔ)器件的性能由于保存或使用該存儲(chǔ)裝置時(shí)產(chǎn)生的熱滯后現(xiàn)象而惡化。
即使是當(dāng)用上述的其它絕緣材料構(gòu)成存儲(chǔ)器薄膜4時(shí)，類似于其中用稀土元素氧化物來構(gòu)成存儲(chǔ)器薄膜4的情況，可以改變?cè)摯鎯?chǔ)器薄膜的電阻值從而將該存儲(chǔ)器件作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行。(發(fā)明例子)接著，在離子源層3中包含該稀土元素，由上述絕緣材料構(gòu)成存儲(chǔ)器薄膜4，制造具有如圖1所示結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件10并測(cè)量該存儲(chǔ)器件10的性能。
<例13>
測(cè)量存儲(chǔ)器件10的性能，在這種情況下，分別將薄膜厚度為20nm的氮化鎢薄膜WN薄膜用作下電極2，將薄膜厚度為30nm的CuTeGeGd薄膜用作離子源層3，將薄膜厚度為2nm的氮化硅SiN薄膜(絕緣材料)用作存儲(chǔ)器薄膜4并將薄膜厚度為100nm的金Au用作上電極6。
襯底1和絕緣層5的材料類似于上述例1到12的。類似于例2將限流器的值選擇為1mA。
將離子源層3的CuTeGeGd膜的成分選擇為(Cu55Te45)80Ge10Gd10。
制造具有上述結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件并將其用作例28的存儲(chǔ)器件。圖32示出了例28的存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)特性。
從圖32可以看出，即使是使用絕緣材料氮化鎢作為存儲(chǔ)器薄膜4的例28也能類似地作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行。
<例14>
測(cè)量這種情況下的存儲(chǔ)器件的性能，其中，分別將薄膜厚度為20nm的氮化鎢GdN薄膜用作存儲(chǔ)器薄膜4，并將薄膜厚度為100nm的鎢W用作上電極6。
將其它材料和限流器的值選擇為與例13相類似。
將離子源層3的CuTeGeGd薄膜的成分為(Cu55Te45)82Ge10Gd8。
制造具有上述結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件并將其用作例29的存儲(chǔ)器件。圖33示出了例29的存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)特性。
從圖33可以看出，即使是使用氮的氮化鎢作為存儲(chǔ)器薄膜4的例29也能類似地作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行。
雖然在上述實(shí)施例中的存儲(chǔ)器件具有這種其中在離子源層3上形成存儲(chǔ)器薄膜4的結(jié)構(gòu)時(shí)，但本發(fā)明并不限于此。即，可以將這兩層的層壓關(guān)系反過來以便將存儲(chǔ)器件改為如圖34的剖面圖中所示的其中在存儲(chǔ)器薄膜4上形成離子源層3的存儲(chǔ)器件20。圖34中所示的存儲(chǔ)器件20具有以下這種結(jié)構(gòu)，其中在下電極2上形成存儲(chǔ)器薄膜4，通過在存儲(chǔ)器薄膜4上的絕緣層5的一個(gè)通孔將離子源層3與存儲(chǔ)器薄膜4相連，并在離子源層3上形成上電極6。
接下來，在實(shí)際操作中制造具有如圖34所示結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件20并測(cè)量其性能。
<例15>
如下所示地制造由絕緣材料構(gòu)成的存儲(chǔ)器薄膜4以及具有如圖34中所示結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件20。
首先，將一層薄膜厚度為20nm的WN薄膜沉積在摻雜有高濃度P型雜質(zhì)的(P++)硅襯底1上作為下電極2，隨后使存儲(chǔ)器薄膜4沉積。接下來，由一個(gè)經(jīng)過了光刻法處理并在280度時(shí)經(jīng)過退火處理的固化的保護(hù)層形成具有一個(gè)接觸孔的絕緣層5。
接下來，按照順序使一層薄膜厚度為20nm的(Cu55Te45)Ge7Si11Gd9薄膜沉積作為離子源層3并使一層薄膜厚度為100nm的鎢W薄膜沉積作為上電極6。然后，根據(jù)光刻蝕法技術(shù)，通過使用活性離子蝕刻系統(tǒng)中的氬Ar氣體來蝕刻產(chǎn)品并通過使離子源層3和上電極6圖形化來制造存儲(chǔ)器件20。
分別制造例30的一個(gè)存儲(chǔ)器件和例31的一個(gè)存儲(chǔ)器件，其中在例30的存儲(chǔ)器件中將薄膜厚度為2.5nm的氮化硅SiN薄膜用作存儲(chǔ)器薄膜4，而在例31的存儲(chǔ)器件中將薄膜厚度為2.8nm的氮化釓GdN薄膜用作存儲(chǔ)器薄膜4。
分別測(cè)量例30和例31的存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)特性。圖35示出了例30的測(cè)量結(jié)果，圖36示出了例31的測(cè)量結(jié)果。
在圖35和36的I到V(電流到電壓)特性圖表中，對(duì)于電勢(shì)V的極性，類似于上述各個(gè)實(shí)施例，在把下電極2作為在水平軸中表示的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)獲得上電極6的電勢(shì)。由于這個(gè)原因，使記錄操作(從高電阻到低電阻)和擦除操作(從低電阻到高電阻)的極性與上述各個(gè)實(shí)施例的相反。即，記錄在負(fù)(-)電勢(shì)那邊執(zhí)行記錄而在正(+)電勢(shì)那邊執(zhí)行擦除。
從圖35和36可以看出，即使是使其中存儲(chǔ)器薄膜4和離子源層3的層壓順序與上述例中的相反的例也可以類似地作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行。
同時(shí)，還可以構(gòu)建在離子源層3或存儲(chǔ)器薄膜4中不包含稀土元素的存儲(chǔ)器件。
在這種情況下，就可以相對(duì)地降低離子源層3的電阻值而無需在離子源層3中包含有稀土元素。
于是，如果離子源層3由包含特別是CuTe的薄膜構(gòu)成的話，由于可以形成該離子源層3作為具有低電阻值的離子源層，所以不僅可以用上述絕緣材料來構(gòu)成存儲(chǔ)器薄膜4，還可以用諸如硅或合成半導(dǎo)體那樣的半導(dǎo)體材料來構(gòu)成該存儲(chǔ)器薄膜。其原因在于，由于降低了離子源層3的電阻值，所以即使是在由半導(dǎo)體材料來構(gòu)成該存儲(chǔ)器薄膜4時(shí)，存儲(chǔ)器件10的電阻值變化也會(huì)實(shí)質(zhì)地受到存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值變化的影響。
<例16>
如下所示制造具有如圖1所示結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件10，其中離子源層3由包含CuTe的薄膜構(gòu)成，存儲(chǔ)器薄膜4由絕緣材料構(gòu)成，而且離子源層3和存儲(chǔ)器薄膜4都不包含稀土元素。
接著，測(cè)量該狀態(tài)下的存儲(chǔ)器件的性能，其中分別將一層薄膜厚度為50nm的氮化鎢WN薄膜用作下電極2，將一層薄膜厚度為25nm的CuTeSiGe薄膜用作離子源層3，將薄膜厚度為5nm的氧化硅SiO2薄膜(絕緣材料)用作存儲(chǔ)器薄膜4，并將一層薄膜厚度為100nm的WN薄膜用作上電極6。
襯底1和絕緣層5的材料都與上述例1到12的相類似。類似于例2選擇限流器的值為1mA。
制造具有上述結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件并將其用作例32的存儲(chǔ)器件。圖37示出了例32的存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)特性。
從圖37中可以看出，在離子源層3和存儲(chǔ)器薄膜4中不包含稀土元素的例也能類似地作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行。
<例17>
如下所示地制造具有如圖1所示結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件10，其中離子源層3由包含CuTe的薄膜構(gòu)成，存儲(chǔ)器薄膜4由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，而且離子源層3和存儲(chǔ)器薄膜4都不包含稀土元素。
測(cè)量這種存儲(chǔ)器件的性能，其中分別將一層薄膜厚度為50nm的氮化鎢WN薄膜用作下電極2，將一層薄膜厚度為25nm的CuTeSiGe薄膜用作離子源層3，將一層薄膜厚度為7nm的硅Sin薄膜(絕緣材料)用作存儲(chǔ)器薄膜4，并將一層薄膜厚度為100nm的WN薄膜用作上電極6。
襯底1和絕緣層5的材料都與上述例1到12的相類似。類似于例2選擇限流器的值為1mA。
選擇離子源層3的CuTeSiGe薄膜的成分為Cu42Te25Si27Ge6。
制造具有上述結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件并將其用作例33的存儲(chǔ)器件。圖38示出了例33的存儲(chǔ)器件的I到V(電流到電壓)特性。
從圖38中可以看出，使用半導(dǎo)體材料作為存儲(chǔ)器薄膜并在離子源層3和存儲(chǔ)器薄膜4中都不包含稀土元素的例33也能類似地作為存儲(chǔ)器來運(yùn)行。
接著，圖39示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)示意圖(剖面圖)。
存儲(chǔ)器件30包括一個(gè)具有高導(dǎo)電性的襯底1，例如一個(gè)重?fù)诫s有高濃度P型雜質(zhì)的(P++)硅襯底1，在該硅襯底1上形成一個(gè)下電極2，在該下電極2上形成一個(gè)存儲(chǔ)器薄膜4，并通過在存儲(chǔ)器薄膜4上的絕緣層5上形成的一個(gè)通孔將上電極6與存儲(chǔ)器薄膜4相連。
更具體地，在該存儲(chǔ)器件10中，去除圖1所示存儲(chǔ)器件10的離子源層3，并直接在下電極2上形成存儲(chǔ)器薄膜4。于是，存儲(chǔ)器薄膜4包含一種充當(dāng)離子源的金屬元素來代替圖1所示存儲(chǔ)器件的離子源層3。
該存儲(chǔ)器薄膜4包含從Te、S、Se中所選擇的至少一種元素(硫化物元素)和從Cu、Ag、Zn中所選擇的至少一種金屬元素(上述離子源)。
粘結(jié)存儲(chǔ)器薄膜4中的金屬元素(Cu、Ag、Zn)和硫化物元素(Te、S、Se)以在諸如存儲(chǔ)器薄膜的較低部分形成金屬硫化物層。該金屬硫化物層主要包括非結(jié)晶結(jié)構(gòu)并起離子導(dǎo)體的作用。
優(yōu)選地，該存儲(chǔ)器薄膜4應(yīng)進(jìn)一步包括從稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb、Y中選出的一種或多種稀土元素和氧。
而且，雖然在存儲(chǔ)器薄膜4中的氧通常形成RE2O3中相對(duì)于稀土元素(RE)的成分，但由于存儲(chǔ)器薄膜4是非結(jié)晶薄膜，而且該存儲(chǔ)器薄膜4具有比半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電性要小得多的電屬性，所以該存儲(chǔ)器薄膜4的成分并不限于上述成分而可以選擇為REOx(0.5＜x≤1.5)。
此外，除了稀土元素以外，該存儲(chǔ)器薄膜4還可以預(yù)先包括諸如Ge、Si、Te、S、Se、Sb、Ti、W、Cu、Ag、Zn、Fe、Co、P、N、H等的其它元素。
而且，在該存儲(chǔ)器薄膜4中，當(dāng)稀土元素與氧的組成成分比為其中任何一種成分比時(shí)，稀土元素和從Cu、Ag、Zn中選出的元素(金屬元素)的成分比以及稀土元素和從Te、S、Se中選出的元素(硫化物元素)的成分比都具有在薄膜厚度方向成分坡度，這是與其中存儲(chǔ)器薄膜4具有成分發(fā)生斷續(xù)變化的界面的情況相比，因此就可以形成對(duì)界面狀態(tài)不敏感的薄膜并有利于大規(guī)模的生產(chǎn)處理。
由上述材料構(gòu)成的存儲(chǔ)器薄膜4具有其阻抗(電阻值)隨施加的電壓脈沖或電流脈沖而變化的性能。
絕緣層5可以由經(jīng)過固化處理的光阻材料，通常用在半導(dǎo)體裝置中的SiO2、Si3N4或其它材料構(gòu)成，例如無機(jī)材料，氟化有機(jī)材料，芬芳類有機(jī)材料以及諸如SiON、SiOF、Al2O3、Ta2O5、HfO2、ZrO2那樣的無機(jī)材料。
在根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件30中，具體地說，充當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4的底層的下電極2是由非結(jié)晶材料構(gòu)成的。
與非結(jié)晶材料供下電極2使用一樣，也可以使用諸如非結(jié)晶WN(氮化鎢)那樣的非結(jié)晶金屬氮化物。
當(dāng)如上所述由非結(jié)晶材料構(gòu)成充當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4的底層的下電極2時(shí)，如稍后將要描述的，就具有能夠降低記錄電壓的擴(kuò)散以便能夠穩(wěn)定地記錄和擦除信息的優(yōu)點(diǎn)記錄。
雖然上電極6通常由類似于下電極2的互連材料(在該例中為非結(jié)晶材料)構(gòu)成，但是也可以使用與下電極2不同的互連材料。
也就是說，可以用供半導(dǎo)體處理所使用的互連材料作為上電極6的材料，例如，TiWTi、W、Cu、Al、Mo、Ta、硅化物等。而且，也可以使用晶體互連材料。
可以如下所示運(yùn)行根據(jù)圖39所示本發(fā)明的實(shí)施例的存儲(chǔ)器件30來存儲(chǔ)信息。
首先，向鄰接上述硫化物層的下電極施加正電勢(shì)(+電勢(shì))并向存儲(chǔ)器件30施加正電壓以致將上電極6的一端設(shè)定為負(fù)極。因此，使包含在存儲(chǔ)器薄膜4的下電極2一端上的硫化物層中的金屬元素(Cu、Ag、Zn)離子化并擴(kuò)散到存儲(chǔ)器薄膜4中，粘著在上電極6一端的電子上，從而它們以擴(kuò)散到存儲(chǔ)器薄膜4的狀態(tài)下沉積或殘留在存儲(chǔ)器薄膜4上。
接著，在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)部形成一條包含大量Cu、Ag、Zn的電流路徑或在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)形成大量基于Cu、Ag、Zn的壞點(diǎn)，從而降低存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值。由于除存儲(chǔ)器薄膜4以外的其它各個(gè)層的電阻值相比在存儲(chǔ)器薄膜4上記錄信息之前所獲得電阻值固定為低，因此就有可能通過降低存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值來降低整個(gè)存儲(chǔ)器件30的電阻值。
然后，在通過消除正電壓來消除施加給存儲(chǔ)器件30的電壓，將存儲(chǔ)器件30保持在降低電阻值的狀態(tài)。這樣，就可以記錄信息。當(dāng)把根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)裝置應(yīng)用于一個(gè)只能在其上記錄一次信息的存儲(chǔ)器件時(shí)，即所謂的PROM，僅僅通過上述記錄流程就能完成記錄。
另一方面，當(dāng)把根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)裝置應(yīng)用于一個(gè)可擦除信息的存儲(chǔ)裝置時(shí)，即所謂的RAM或EERPOM等，就需要一個(gè)擦除處理。在擦除處理中，例如向下電極2施加負(fù)電勢(shì)(-電勢(shì))并向存儲(chǔ)器件30施加負(fù)電壓，以便將上電極6的一端設(shè)定為正極。結(jié)果，再一次使存儲(chǔ)器薄膜內(nèi)部形成的電流路徑或包含雜質(zhì)界面的Cu、Ag、Zn離子化，在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)部移動(dòng)并返回到下電極2一端上的金屬硫化物層。
接著，基于Cu、Ag、Zn的電流路徑或壞點(diǎn)從存儲(chǔ)器薄膜4中消失以便提高存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值。由于除存儲(chǔ)器薄膜4之外的其它各個(gè)層的電阻值固定很小，因此就有可能通過提高存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值來提高整個(gè)存儲(chǔ)器件30的電阻值。
隨后，如果消除負(fù)電勢(shì)來切斷施加到存儲(chǔ)器件30的電壓，就會(huì)保持高電阻值的狀態(tài)。因此，可以擦除所記錄的信息。
可以通過重復(fù)上述流程來在存儲(chǔ)器件30上記錄(寫入)信息并從存儲(chǔ)器件30中擦除記錄所記錄的信息。
接著，當(dāng)使電阻值高的狀態(tài)相當(dāng)于信息“0”而電阻低的狀態(tài)相當(dāng)于信息“1”時(shí)，在通過施加正電壓來記錄信息的處理過程中可以將信息“0”變成信息“1”，并且在通過施加負(fù)電壓來擦除信息的處理過程中可以將信息“1”變成信息“0”。
雖然通常存儲(chǔ)器薄膜4在記錄前的初始狀態(tài)中表現(xiàn)高電阻值，但是存儲(chǔ)器薄膜4也可以在初始記錄狀態(tài)中表現(xiàn)低電阻值。
在記錄后所獲得的電阻值取決于諸如在記錄中提供的電壓脈沖寬度或電流脈沖寬度或電流量那樣的記錄情況而不是存儲(chǔ)器件30的存儲(chǔ)單元大小以及存儲(chǔ)器薄膜4的材料化合物，并且當(dāng)初始電阻值高于100KΩ時(shí)，該電阻值落到從50Ω到50KΩ的范圍內(nèi)。
因?yàn)樵诔跏紶顟B(tài)的電阻值和在記錄后獲得的電阻值之間的比可以充分地大于兩倍以解調(diào)所記錄的數(shù)據(jù)，那么在記錄前所獲得的電阻值為100Ω而在記錄后所獲得的電阻值是50Ω，或者在記錄前所獲得的電阻值是100KΩ而在記錄后所獲得的電阻值是50KΩ。因此，可以設(shè)置存儲(chǔ)器薄膜4的初始電阻值來滿足上述情況?？梢酝ㄟ^調(diào)整氧濃度，薄膜的厚度，面積和進(jìn)一步通過添加雜質(zhì)材料來調(diào)節(jié)存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值。
例如，可以如下所示制造圖39中所示的存儲(chǔ)器件30。
首先，將下電極2(例如，TiW薄膜)沉積在具有高導(dǎo)電性的襯底1上，例如重?fù)诫s有高濃度P型雜質(zhì)的硅襯底。
接著，例如通過濺射方法將一個(gè)Cu薄膜與GeTeGd薄膜的層壓薄膜沉積在下電極2上作為存儲(chǔ)器薄膜4。
接著，形成絕緣層5以便覆蓋該存儲(chǔ)器薄膜4。
此外，通過光刻蝕法去除絕緣層5的一部分以形成一個(gè)與存儲(chǔ)器薄膜4接觸的部分。接著，根據(jù)需要對(duì)該合成產(chǎn)品進(jìn)行熱處理?？梢酝ㄟ^熱處理來使諸如Te和Cu那樣的元素在存儲(chǔ)器薄膜內(nèi)部擴(kuò)散并通過將氧氣傳導(dǎo)入存儲(chǔ)器薄膜4來氧化諸如Gd那樣的稀土元素。
接下來，例如將WN薄膜沉積作為上電極6，然后對(duì)該WN薄膜進(jìn)行圖形化處理。
以這樣的方式，就可以制造如圖39中所示的存儲(chǔ)器件30。
根據(jù)上述實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件30的結(jié)構(gòu)，由于包含Cu、Ag、Zn的存儲(chǔ)器薄膜4夾在下電極2和上電極2之間，因此，當(dāng)把上電極6的一端設(shè)定為向下電極2的一端施加正電壓(+電壓)時(shí)，在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)部形成包含大量Cu、Ag、Zn的電流路徑或在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)形成大量基于Cu、Ag、Zn的壞點(diǎn)，因此降低存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值并降低整個(gè)存儲(chǔ)器件30的電阻值。于是，當(dāng)停止施加正電壓以致無電壓施加給存儲(chǔ)器件30時(shí)，保持電阻值為高的狀態(tài)并變得可以記錄信息?？梢詫⑦@種結(jié)構(gòu)應(yīng)用于諸如PROM那樣其中只能記錄一次信息的存儲(chǔ)裝置。
接著，由于通過使用存儲(chǔ)器件30的電阻值變化來在存儲(chǔ)器件30上記錄信息，特別是存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值變化，所以即使當(dāng)存儲(chǔ)器件30微型化時(shí)，也能容易地在存儲(chǔ)裝置上記錄信息或在該存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)所記錄的信息。
同時(shí)，在把上述結(jié)構(gòu)應(yīng)用于其它諸如RAM和EEPROM那樣既能記錄信息也能擦除信息的存儲(chǔ)裝置中時(shí)，例如將上電極6的一端設(shè)定為向下電極2施加負(fù)電壓(-電勢(shì))的正狀態(tài)。結(jié)果，由Cu、Ag、Zn在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)形成的電流路徑或壞點(diǎn)消失，以便提高存儲(chǔ)器薄膜4的電阻值，從而導(dǎo)致整個(gè)存儲(chǔ)器件30的電阻值的提高。然后，當(dāng)通過停止施加負(fù)電壓來停止向存儲(chǔ)器件30施加電壓時(shí)，保持電阻值為高的狀態(tài)，從而可以擦除所記錄的信息。
而且，根據(jù)本實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件30，下電極2，存儲(chǔ)器薄膜4和上電極6都可以由能夠通過濺射處理的材料構(gòu)成。例如，可以通過使用一個(gè)對(duì)象來進(jìn)行濺射，該對(duì)象包含適合于各個(gè)層的材料的成分。
而且，還可以通過交換對(duì)象來在同一濺射設(shè)備內(nèi)連續(xù)地沉積層。
同時(shí)，根據(jù)本實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件30，具體地說，由于充當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4的底層的下電極2由非結(jié)晶材料構(gòu)成，所以可以使下電極2上所形成的存儲(chǔ)器薄膜4形成均勻的非結(jié)晶結(jié)構(gòu)(無晶體部分)，從而可以使在存儲(chǔ)器薄膜4和該存儲(chǔ)器薄膜4上的上電極6之間的界面形成平面。
如上所述，當(dāng)在存儲(chǔ)器薄膜4和該存儲(chǔ)器薄膜4上的上電極6之間的界面變成平面時(shí)，該存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)電場的分布就變得均勻，以便可以降低在將高電阻狀態(tài)切換到低電阻狀態(tài)時(shí)所需開關(guān)電壓上的偏差，從而使開關(guān)電壓變成一個(gè)相對(duì)于重復(fù)記錄/擦除都相同的值。
因此，可以實(shí)現(xiàn)在存儲(chǔ)器件中降低開關(guān)電壓的偏差并能夠穩(wěn)定地運(yùn)行該存儲(chǔ)器件。
而且，當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4包括從稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb、Y中選出一種或多種稀土元素和氧時(shí)，由于形成稀土氧化物而且存儲(chǔ)器薄膜4具有熱穩(wěn)定性，所以施加少量電流就可以穩(wěn)定地記錄信息記錄。
同時(shí)，由于稀土元素的特性，可以提高Te、S、Se(硫化物元素)的結(jié)晶溫度，從而可以避免硫化物元素在高溫環(huán)境下結(jié)晶。
因此，在高溫環(huán)境下即使長時(shí)間保持該存儲(chǔ)裝置，也可以穩(wěn)定地存儲(chǔ)所記錄的內(nèi)容。
由于諸如開關(guān)電壓偏差那樣的不穩(wěn)定因素是在由晶體材料構(gòu)成的底層上的CuTe等中的(Cu、Ag、Zn)+(Te、S、Se)材料的非正常增長，因此即使該存儲(chǔ)器薄膜不包含稀土元素也會(huì)產(chǎn)生類似的問題。
更具體地說，即使當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4不包含稀土元素時(shí)，也可以抑制開關(guān)電壓的偏差并通過使底層材料具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)來提高存儲(chǔ)器件30的穩(wěn)定性。
而且在具有這種結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件中，其中上述存儲(chǔ)器薄膜4由非絕緣材料構(gòu)成(例如氧化物薄膜，氮化物薄膜等)，并且獨(dú)立于存儲(chǔ)器薄膜4提供離子源層3，可以通過使底層材料具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)而避免離子源層3的晶體化。結(jié)果就可以獲得降低諸如開關(guān)電壓那樣的設(shè)備性能的偏差的效果。
于是，在具有上述各種結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件中(存儲(chǔ)器薄膜4的材料，存在離子源層3，離子源層3的材料等)，可以通過使存儲(chǔ)器薄膜4的底層材料具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)來提高存儲(chǔ)器件的穩(wěn)定性。
可以以矩陣的形式沉積大量根據(jù)上述實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件30來構(gòu)建一個(gè)存儲(chǔ)裝置。
例如，每個(gè)存儲(chǔ)器件30可以包括一個(gè)連接到下電極2一端的互連器和一個(gè)連接到上電極6一端的互連器，而且可以將每個(gè)存儲(chǔ)器件30置于這些互連器的交叉點(diǎn)附近。
更具體地說，例如，使下電極2為行方向的存儲(chǔ)單元所共用，使連接到上電極6的互連器為列方向的存儲(chǔ)單元所共用，選擇記錄下電極2和電流流經(jīng)并施加電壓的互連器，選擇將要進(jìn)行記錄的存儲(chǔ)單元并使電流流過該存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器件30，因此就可以記錄信息并擦除記錄所記錄的信息。
于是，根據(jù)上述實(shí)施例的存儲(chǔ)器件30能方便地記錄信息和讀出所所記錄的信息，并具有卓越的性能，特別是在高溫環(huán)境中長時(shí)間保存數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。
而且，即使在使上述實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件30微型化時(shí)，也可以容易地在存儲(chǔ)器件30上記錄信息并在該存儲(chǔ)器件30上存儲(chǔ)所記錄的信息。
因此，用根據(jù)上述實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件30來構(gòu)建存儲(chǔ)裝置，從而可以集成該存儲(chǔ)裝置(密度增加)并使其微型化。
即使當(dāng)把晶體材料用作存儲(chǔ)器薄膜4的底層材料時(shí)，也可以縮小晶體顆粒的大小并通過控制離子源層3和存儲(chǔ)器薄膜4的成分和薄膜沉積情況來抑制非正常的增長。
因此，當(dāng)把晶體材料用作存儲(chǔ)器薄膜4的底層材料時(shí)總是不會(huì)發(fā)生問題。
另一方面，當(dāng)如上所述將非結(jié)晶材料用作存儲(chǔ)器薄膜4的底層材料時(shí)，存在以下優(yōu)點(diǎn)，可以容易地提高存儲(chǔ)器件的穩(wěn)定性，而且在成分和薄膜沉積情況上的限制很小。
(發(fā)明實(shí)施例)接下來，將分別制造根據(jù)上述實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件30和使用晶體材料作為底層的存儲(chǔ)器件，并測(cè)量性能。
<例18>
首先，通過使用一層具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)的TiW薄膜來制造類似于存儲(chǔ)器件20的具有如圖39所示結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件，該TiW薄膜作為充當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4的底層的下電極2。
通過濺射使一層薄膜厚度為20nm的TiW薄膜沉積在硅襯底上作為充當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4的下電極2。
因此，通過磁控濺射系統(tǒng)形成一層薄膜厚度為8nm的Cu薄膜，并通過導(dǎo)入Ar氣體的濺射方法形成一層薄膜厚度為20nm的GeTeGd薄膜，從而形成一個(gè)充當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4的層壓薄膜。
接下來，形成光阻材料以便形成該層壓薄膜，隨后根據(jù)一種光刻蝕法技術(shù)暴露并發(fā)展該光阻材料，從而在該層壓薄膜上的光阻材料上形成一個(gè)通孔。該通孔深2μm，寬2μ。
然后，通過在真空中于280度進(jìn)行熱處理而使光阻材料的性能發(fā)生改變，并形成絕緣層5作為穩(wěn)定地阻止溫度，蝕刻等的固化的保護(hù)層。該熱處理取得的效果是將存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)的結(jié)構(gòu)置于熱平衡狀態(tài)以形成一種穩(wěn)定層結(jié)構(gòu)，除了固化光阻材料以外，該熱處理還取得的效果是將一種氧元素導(dǎo)入存儲(chǔ)器薄膜4中以形成一個(gè)稀土氧化物層。由固化的保護(hù)層構(gòu)成絕緣層5的原因在于可以很容易地根據(jù)試驗(yàn)的觀點(diǎn)用固化的保護(hù)層形成絕緣層5。當(dāng)在實(shí)際操作中制造產(chǎn)品時(shí)，優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)用其它材料(氧化硅薄膜等)來構(gòu)成絕緣層5。
接著，使薄膜厚度為10nm的TiW薄膜沉積作為上電極6。然后，由一種根據(jù)光刻蝕法的等離子蝕刻設(shè)備使沉積在該固化的保護(hù)層上的上電極6形成一個(gè)大小為50μm*50μm的圖形。
制造具有上述結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件并將其用作例34的存儲(chǔ)器件。
接下來，用具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的氮化鎢WN構(gòu)成充當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4的底層的下電極2，并制造具有如圖39所示結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件30。
通過濺射使一個(gè)薄膜厚度為25nm的WN薄膜沉積在硅襯底上作為充當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜的底層的下電極2。同時(shí)，還可以通過控制濺射的情況來形成一層非結(jié)晶WN薄膜。
因此，用磁控濺射設(shè)備來形成一層薄膜厚度為8nm的Cu薄膜，并通過導(dǎo)入Ar氣體的濺射方法來形成一層薄膜厚度為20nm的GeTeGd薄膜，從而形成一個(gè)充當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4的層壓薄膜。
接著，形成光阻材料以便覆蓋該層壓薄膜，隨后通過根據(jù)光刻蝕法技術(shù)的公開和發(fā)展在層壓薄膜上的光阻材料上形成一個(gè)通孔。該通孔深2μm，寬2μ。
然后，通過在真空中于270度進(jìn)行熱處理而使光阻材料的性能發(fā)生改變，并形成絕緣層5作為穩(wěn)定地阻止溫度，蝕刻等的固化的保護(hù)層。該熱處理取得的效果是將存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)的結(jié)構(gòu)置于熱平衡狀態(tài)以形成一種穩(wěn)定層結(jié)構(gòu)，除了固化光阻材料以外，該熱處理還取得的效果是將一種氧元素導(dǎo)入存儲(chǔ)器薄膜4中以形成一個(gè)稀土氧化物層。由固化的保護(hù)層構(gòu)成絕緣層5的原因在于可以很容易地根據(jù)試驗(yàn)的觀點(diǎn)用固化的保護(hù)層形成絕緣層5。當(dāng)在實(shí)際操作中制造產(chǎn)品時(shí)，優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)用其它材料(氧化硅薄膜等)來構(gòu)成絕緣層5。
接著，使薄膜厚度為15nm的TiW薄膜沉積作為上電極6。然后，通過使用等離子蝕刻設(shè)備使沉積在由固化的保護(hù)層構(gòu)成的絕緣層5上的上電極6形成一個(gè)大小為50μm*50μm的圖形。
通過使用俄歇電子能譜(AES)方法在深度方向上對(duì)例35的存儲(chǔ)器件30進(jìn)行成分分析。當(dāng)在深度方向上對(duì)例35的存儲(chǔ)器件30進(jìn)行成分分析時(shí)，由于濺射影響的緣故，從存儲(chǔ)器件30的上電極6一端照射Ar離子以切斷存儲(chǔ)器件30的表面，并通過AES方法對(duì)最頂層表面進(jìn)行成分分析。
圖40A到40C示出了因此所獲得的分析結(jié)果。水平軸表示Ar濺射時(shí)間(分鐘)，其與存儲(chǔ)器件30的深度相對(duì)應(yīng)。垂直軸表示每個(gè)元素的成分分布(％)。圖40A顯示的是W和N的分布；圖40B顯示的是Gd和O的分布；圖40C顯示的是Cu，Te和Ge的分布。這些特征圖表示的是在每組這些元素中同時(shí)獲得的成分分析結(jié)果。
從圖40A到40C所示深度方向的成分分析結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，存儲(chǔ)器件30的存儲(chǔ)器薄膜4包括一個(gè)在下電極2上的具有Cu-Te-Ge的層(金屬硫化物層)作為主要成分，還包括一個(gè)在上電極6上的具有Gd-O的層(稀土氧化物層)作為主要成分，而且該存儲(chǔ)器薄膜4具有一個(gè)成分坡度。
如上所述該存儲(chǔ)器薄膜4具有在薄膜厚度方向上的材料成分坡度的原因是，沉積后的Gd(稀土金屬元素)具有非常活躍的化學(xué)特性，其擴(kuò)散到存儲(chǔ)器薄膜4中并向具有高氧濃度的表面那邊移動(dòng)以形成氧化物層，而且Cu(金屬元素)很容易粘著在硫化物元素(Te、S、Se)上以形成化合物。
當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜4具有上述成分坡度時(shí)，與其中具有成分發(fā)生斷續(xù)變化的界面的情況相比，可以形成一個(gè)對(duì)界面狀態(tài)不敏感的薄膜，這有利于大規(guī)模制造。同時(shí)，由于使用了熱平衡狀態(tài)結(jié)構(gòu)，所以優(yōu)點(diǎn)就在于存儲(chǔ)器薄膜4不容易受到制造過程中擴(kuò)散的影響。
注意稀土元素Gd如圖40B所示的成分分布，可以看出金屬硫化物層4A具有相對(duì)于薄膜厚度方向的成分坡度。由于存在于金屬硫化物層4A中的稀土元素的活性，該硫化物的結(jié)晶溫度上升以避免在高溫環(huán)境下結(jié)晶。
因此，存儲(chǔ)器件30可以在高溫環(huán)境下穩(wěn)定地保持所記錄的內(nèi)容，還可以長時(shí)間地保存。
接著，測(cè)量例34和例35的存儲(chǔ)器件30的I到V(電流到電壓)特性。
首先，根據(jù)各個(gè)存儲(chǔ)器件30，將下電極2連接到地電勢(shì)(GND電勢(shì))以向上電極6施加負(fù)電勢(shì)。
然后，當(dāng)從0V開始降低施加到上電極6的負(fù)電勢(shì)時(shí)，測(cè)量電流的變化。然而，預(yù)先這樣設(shè)定以致限流器在電流到達(dá)1mA時(shí)開始運(yùn)行并向上電極6施加負(fù)電勢(shì)，即，在電流比1mA高時(shí)阻止施加到存儲(chǔ)器件30的電壓升高。
而且，當(dāng)施加到上電極6的負(fù)電勢(shì)從其中電流達(dá)到1mA以允許限流器開始運(yùn)行的狀態(tài)降低至0V時(shí)，測(cè)量電流的改變。因此，相反地，在給上電極6施加正電壓之后，電流降低且負(fù)電勢(shì)增加到幾乎無電流流動(dòng)的電壓，該正電勢(shì)重新返回到0電勢(shì)。重復(fù)8次這樣的操作。
圖41示出了例34的I到V特性的測(cè)量結(jié)果，而圖42示出了例35的I到V特性的測(cè)量結(jié)果。
從圖41和42可以清楚地看到，存儲(chǔ)器件30都具有初始高電阻值，該存儲(chǔ)器件置于斷路狀態(tài)，在負(fù)方向上增加電壓，還可以看到電流在電壓高于某個(gè)閥值(開關(guān)電壓)時(shí)迅速增加。即，降低存儲(chǔ)器件的電阻值以便將存儲(chǔ)器件變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。結(jié)果，可以記錄在存儲(chǔ)器件上記錄信息。
另一方面，也很清楚的是，即使在電壓降低后，也保持固定電阻值，即，保持存儲(chǔ)器件的導(dǎo)通狀態(tài)以保存所記錄的信息。
于是，在兩個(gè)例34和35中，斷路狀態(tài)的電阻值在電壓V＝0.1V時(shí)大約為2MΩ而導(dǎo)通狀態(tài)的電阻值大約為100kΩ。
而且，如圖41和42所示，確定在施加了與上述極性相反的電壓V后，即，將正電勢(shì)(+電勢(shì))施加給上電極6，將襯底1的背面連接到地電勢(shì)(GND電勢(shì))并提供比V＝0.3V更高的正電勢(shì)，正電勢(shì)重新返回0V以便將電阻值返回高電阻的斷路狀態(tài)。即可以理解的是，能夠通過施加負(fù)電勢(shì)擦除記錄在存儲(chǔ)器件上的信息記錄。
然而，從圖41所示例34的I到V特性中可以發(fā)現(xiàn)，偏差發(fā)生在重復(fù)8次記錄/擦除信息時(shí)所需的開關(guān)電壓中。
因此，通過透射式電子顯微鏡(TEM)來分析例34的存儲(chǔ)器件30的剖面結(jié)構(gòu)。此處使用的TEM包括一個(gè)電場輻射類型電子槍并具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中可以將電子束集中在所觀察例上大約1nm到5nm的直徑上。
圖43A示出了例34的存儲(chǔ)器件30的剖面的TEM圖形，而圖43B示出了用于解釋該TEM圖形的結(jié)構(gòu)的示意性圖。存儲(chǔ)器薄膜4包括層4A作為重要成分，該層使用下電極的Cu-Te充當(dāng)?shù)讓樱€包括層4B作為重要成分，該層使用在上電極6上的Gd-O。
于是，圖43C示出了一個(gè)將直徑為5nm的電子束集中于圖43A中的點(diǎn)X(下電極2)之后的電子衍射圖案(毫微面積衍射圖案)。圖43D示出了一個(gè)將直徑為5nm的電子束集中于圖43A中的點(diǎn)Y(存儲(chǔ)器薄膜4的層4A，主要由Cu-Te構(gòu)成)之后的電子衍射圖案(毫微面積衍射圖案)。
從圖43A和43B中可以看出，當(dāng)在充當(dāng)?shù)讓拥南码姌O2與存儲(chǔ)器薄膜4之間的界面是平面時(shí)，在存儲(chǔ)器薄膜4和上電極6之間的界面上的粗糙程度是很明顯的?？梢詮碾娮友苌鋱D案中判斷充當(dāng)?shù)讓拥南码姌O2和存儲(chǔ)器薄膜4。
圖43C中所示的對(duì)充當(dāng)?shù)讓拥南码姌O2的電子衍射圖案的研究揭示了可以獲得類點(diǎn)衍射峰值以及該底層的下電極2具有晶體結(jié)構(gòu)。
而且，從圖43D所示存儲(chǔ)器薄膜4的較低層(金屬硫化物層)4A的電子衍射圖案中清楚看出可以獲得類點(diǎn)衍射峰值以及該層具有晶體結(jié)構(gòu)。
因此，如果像例34的存儲(chǔ)器件30那樣，充當(dāng)?shù)讓拥南码姌O2具有其中原子規(guī)則排列的晶體結(jié)構(gòu)，那么在制造該存儲(chǔ)器件時(shí)，可以認(rèn)為會(huì)發(fā)生以下現(xiàn)象。
首先，當(dāng)把底層表面的原子級(jí)用作一個(gè)核心時(shí)，使存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)部分金屬硫化物層4A結(jié)晶。
結(jié)果，在硫化物層4A中將一個(gè)具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域和一個(gè)具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的區(qū)域混合。由于從結(jié)晶的角度來看，硫化物層4A內(nèi)結(jié)構(gòu)的分布是不均勻的，因此增加了存儲(chǔ)器薄膜4的粗糙度并導(dǎo)致了在存儲(chǔ)器薄膜4和上電極6之間的界面上電場分布的不均勻。
結(jié)果，在金屬元素開始擴(kuò)散到稀土氧化物膜時(shí)的開關(guān)電壓變得不穩(wěn)定。另外，由于多種分布發(fā)生在充當(dāng)離子導(dǎo)體的金屬硫化物的特性中(例如金屬元素的移動(dòng)性)，所以在給存儲(chǔ)器薄膜4施加電壓時(shí)，擴(kuò)散就發(fā)生在其中金屬元素?cái)U(kuò)散到稀土氧化物薄膜中的進(jìn)度中。
結(jié)果，在反復(fù)存儲(chǔ)和擦除信息時(shí)所需要的電壓中發(fā)生偏差。
雖然例34使用具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)的TiW薄膜作為充當(dāng)?shù)讓拥南码姌O2，但本發(fā)明并不限于此，還可以使用具有其它晶體結(jié)構(gòu)并帶來類似效果的材料作為下電極2。
另一方面，在圖42所示例35的I到V特性中，注意將高電阻狀態(tài)切換到低電阻狀態(tài)所需的開關(guān)電壓，可以理解的是，與圖41所示例34的I到V特性相比，可以提高在反復(fù)存儲(chǔ)和擦除信息時(shí)所需的開關(guān)電壓中的偏差。
因此，通過TEM來分析例35的存儲(chǔ)器件30的剖面結(jié)構(gòu)。這里所使用的TEM包括一個(gè)電場發(fā)射類型電子槍并具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中將電子束集中于所觀察例上大約1nm到5nm的直徑上。
圖44A示出了例35的存儲(chǔ)器件30的剖面的一個(gè)TEM圖形，而圖44B示出了一個(gè)用來解釋該TEM圖形的結(jié)構(gòu)的示意性圖。存儲(chǔ)器薄膜4包括一個(gè)層4A作為一個(gè)重要成分，該層使用下電極的Cu-Te充當(dāng)?shù)讓?，還包括一個(gè)層4B作為一個(gè)重要成分，該層使用在上電極6上的Gd-O。
于是，圖44C示出了一個(gè)將直徑為5nm的電子束集中于圖44A中的點(diǎn)W(下電極2)之后的電子衍射圖案(毫微面積衍射圖案)。圖44D示出了一個(gè)將直徑為5nm的電子束集中于圖44A中的點(diǎn)Z(存儲(chǔ)器薄膜4的層4A，主要由Cu-Te構(gòu)成)之后的電子衍射圖案(毫微面積衍射圖案)。
從圖44A和44B中可以看出，可以提高在存儲(chǔ)器薄膜4和上電極6之間的界面上的粗糙程度。根據(jù)它們的電子衍射圖案分別可以判斷充當(dāng)?shù)讓拥南码姌O2和存儲(chǔ)器薄膜4。
從圖44C所示充當(dāng)?shù)讓拥南码姌O2的電子衍射圖案中可以看出，衍射圖案的位置是不清楚的，獲得一個(gè)具有很寬分布的哈羅式圖形(以后稱之為“哈羅式圖形”)，而且充當(dāng)?shù)讓拥南码姌O2具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
而且，從圖44D所示存儲(chǔ)器薄膜4的底層(金屬硫化物層)4A的電子衍射圖案中可以清楚看出獲得了一個(gè)哈羅式圖形，而且該層4A具有非晶體結(jié)構(gòu)。
因此，如果像例35的存儲(chǔ)器件30那樣，充當(dāng)?shù)讓拥南码姌O2具有非晶體結(jié)構(gòu)，那么在制造存儲(chǔ)器件時(shí)，可以認(rèn)為會(huì)發(fā)生以下現(xiàn)象。
首先，由于底層材料沒有核心來促使晶體的生成，因此可以部分地抑制金屬薄膜4內(nèi)金屬硫化物層4A的晶體化，而且該金屬硫化物層4A具有為一種固有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的非晶體結(jié)構(gòu)。
因此，在上部的硫化合物層4A和稀土氧化物層4B都具有平均和平面結(jié)構(gòu)。
結(jié)果，由于在存儲(chǔ)器薄膜4和上電極6之間的界面變平，所以在存儲(chǔ)器薄膜4內(nèi)的電場分布就變得平均以便在金屬元素開始擴(kuò)散到稀土氧化物膜時(shí)的開關(guān)電壓可以具有一個(gè)穩(wěn)定值。另外，由于作為離子導(dǎo)體的金屬硫化物的特性(例如金屬元素的導(dǎo)電性)變得均勻分布，所以其中金屬元素?cái)U(kuò)散到稀土氧化物薄膜的進(jìn)程也變得均勻。
結(jié)果，當(dāng)反復(fù)存儲(chǔ)和擦除信息時(shí)所需的開關(guān)電壓變得均勻。
雖然例35使用具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的WN薄膜作為充當(dāng)?shù)讓拥南码姌O2的材料，但本發(fā)明并不限于此，還可以使用其它具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)并帶來類似效果的材料作為下電極2。
更具體地說，使用于反復(fù)存儲(chǔ)和擦除信息的開關(guān)電壓的效果變得均勻并不取決于材料，而僅僅取決于底層材料的晶體結(jié)構(gòu)。
而且，如上述例34所示，由于在具有晶體結(jié)構(gòu)的底層上產(chǎn)生的金屬硫化物層的晶體結(jié)構(gòu)不均勻，所以增加了在金屬硫化物層上的粗糙度，而且沒有使作為離子導(dǎo)體的金屬硫化物的特性(例如金屬元素的移動(dòng)性)變得均勻以便增加在開關(guān)電壓上的偏差。
因此，如果采用了具有能顯著提高金屬硫化物層的晶體結(jié)構(gòu)的多樣性的非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的底層材料，那么在所有其中在存儲(chǔ)器薄膜內(nèi)包含了金屬硫化物層的存儲(chǔ)器件中，例如，即使在該存儲(chǔ)器薄膜不包含稀土氧化物層時(shí)，也可以降低諸如開關(guān)電壓那樣的設(shè)備性能的偏差。
諸如計(jì)算機(jī)那樣的信息設(shè)備使用能在很短的時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)乃^ROM作為用戶存儲(chǔ)器件。同時(shí)，將只能記錄一次信息的所謂PROM(可編程ROM)用作存儲(chǔ)器件，用來記錄不需要重新寫入的信息。
已知有各種類型的PROM，反熔絲ROM就是一種典型的裝置。在該反熔絲ROM中，將由非結(jié)晶Si構(gòu)成的薄膜(參見Zhang，G等1995年12月10日至13日在Electron Devices Meeting，1995，International上的“On-statereliability of amorphous Silicon antifuses”的第10頁至第13頁)或由諸如AlN或SiN那樣的氮化物構(gòu)成的薄膜(參見W.T.Li等2000年在IEEEElectron Device Letters上的“A comparative study of the on-offswitching behavior of metal-insulator-metal antifuses”的第21卷第295頁)或由諸如SiO2那樣的氧化物構(gòu)成的薄膜夾在電極之間。在其中電阻值處于高電阻狀態(tài)的初始絕緣狀態(tài)中施加電壓，夾在電極之間的薄膜中發(fā)生絕緣擊穿來把電阻值變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)以記錄信息。
這樣的存儲(chǔ)器件具有一個(gè)其上形成的存儲(chǔ)單元并連接到一個(gè)稱為接入晶體管的MOS類型晶體管來電隔離該存儲(chǔ)器件。接著，由定位的多個(gè)存儲(chǔ)單元構(gòu)成的一個(gè)存儲(chǔ)單元構(gòu)建一個(gè)存儲(chǔ)裝置。
上述反熔絲ROM需要多個(gè)電壓中的一個(gè)電壓作為絕緣擊穿電壓。同時(shí)，其中發(fā)生一個(gè)稱為切斷的現(xiàn)象，如果在mA程度下的電流沒有流經(jīng)上述反熔絲ROM，則由于時(shí)效變化的緣故將記錄后表示的低電阻狀態(tài)返回到記錄前所表示的高電阻狀態(tài)。由于這個(gè)原因，為了進(jìn)行穩(wěn)定的記錄，反熔絲ROM需要處在mA程度中的電流。
更具體地說，由于由非結(jié)晶硅構(gòu)成的薄膜或由諸如AlN或SiN那樣的氮化物構(gòu)成的薄膜或由諸如SiO2那樣的氧化物構(gòu)成的薄膜都具有從10和幾個(gè)毫微米到幾個(gè)10毫微米的巨大薄膜厚度范圍，因此很容易發(fā)生開關(guān)現(xiàn)象，從而無法穩(wěn)定地保持電阻值。
雖然考慮到應(yīng)當(dāng)減小這些薄膜的厚度，但是例如，如果SiO2薄膜厚度減小了，那么不可避免地會(huì)增加薄膜厚度以及峰值電流的擴(kuò)散。結(jié)果，就無法獲得具有穩(wěn)定特性的薄膜。
而且，在MOS晶體管中，晶體管的尺寸由于半導(dǎo)體微型化技術(shù)已經(jīng)大大地微型化以便使通過晶體管的電流變得更小。結(jié)果，只有大約1mA的電流能通過門寬為0.1μm的MOS晶體管以致不能充分穩(wěn)定地記錄信息。
而且，由于反熔絲ROM是基于絕緣擊穿原理來記錄信息的，而且該絕緣擊穿是局部發(fā)生的現(xiàn)象，所以即使當(dāng)存儲(chǔ)器件縮小尺寸時(shí)，也不能期待使記錄電流降低太多。
另一方面，除了MOS類型晶體管以外，使用由非結(jié)晶硅構(gòu)成的pn二極管的結(jié)構(gòu)也是常見的選擇裝置。由于這樣的結(jié)構(gòu)不使用MOS類型晶體管，因此存儲(chǔ)單元陣列能方便地層壓在同一襯底上，從而可以增加存儲(chǔ)器的容量。
但由于該結(jié)構(gòu)使用pn二極管，為了使這種結(jié)構(gòu)起到二極管的功能，存儲(chǔ)器件的尺寸需要一個(gè)大于薄膜厚度(大約100nm)的薄膜厚度來形成一個(gè)耗盡層。因此，當(dāng)記錄裝置的尺寸減小到小于50nm時(shí)，就很難處理這樣尺寸的記錄裝置。
同時(shí)，當(dāng)從存儲(chǔ)器件讀出信息時(shí)，由于pn二極管應(yīng)當(dāng)打開且需要至少大于pn二極管的一個(gè)閥值電壓(大約0.7V)的電壓，所以就難以抑制從存儲(chǔ)器件讀出信息所需的功耗。
一個(gè)肖特基二極管，一個(gè)使用硫化物半導(dǎo)體的二極管等都可作為該選擇裝置的二極管。
但當(dāng)使用肖特基二極管作為該選擇裝置的二極管時(shí)，薄膜厚度的問題以及電流溫度的顯著變化和電壓特性問題都會(huì)類似于將pn二極管用做選擇裝置的二極管的情況而出現(xiàn)。而且，當(dāng)使用硫化物半導(dǎo)體作為供選擇裝置所用的二極管時(shí)，非結(jié)晶硫化物的結(jié)晶溫度處于200度到300度的范圍之內(nèi)，并因此很難獲得相對(duì)于普通半導(dǎo)體處理充足的熱阻特性。
根據(jù)上述內(nèi)容，在諸如PROM那樣其中只能記錄一次信息的存儲(chǔ)裝置中，以下將描述具有能充分穩(wěn)定地記錄信息的結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件的實(shí)施例。
接下來，圖45是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)示意圖(剖面試圖)。
在該實(shí)施例中，將根據(jù)本發(fā)明所說的存儲(chǔ)器件應(yīng)用于其中僅能記錄一次信息的存儲(chǔ)器件。
存儲(chǔ)器件40包括一個(gè)具有高導(dǎo)電性的襯底1，例如一個(gè)重?fù)诫s有高濃度P型雜質(zhì)的(p++)硅襯底1，在該襯底上形成一個(gè)下電極2，在該下電極2上形成一個(gè)存儲(chǔ)器薄膜4，在該存儲(chǔ)器薄膜4上形成一個(gè)絕緣層5，形成上電極6以便通過在存儲(chǔ)器薄膜4上的絕緣層5上形成的一個(gè)通孔與存儲(chǔ)器薄膜4相連。
更具體地說，該存儲(chǔ)器件40具有與圖1所示存儲(chǔ)器件10不同的結(jié)構(gòu)，其中去除離子源層3并直接在下電極2上形成存儲(chǔ)器薄膜4。
可以把供半導(dǎo)體處理使用的互連材料用于下電極2，例如TiW、Ti、W、WN、Cu、Al、Mo、Ta和硅等。當(dāng)下電極2由TiW構(gòu)成時(shí)，可以在10nm到100nm的范圍中選擇下電極2的薄膜厚度。
該存儲(chǔ)器薄膜4由通過從稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb、Y中選出的一種或多種稀土元素氧化物構(gòu)成的薄膜(稀土氧化物薄膜)構(gòu)成。
由于該存儲(chǔ)器薄膜4由普通絕緣材料構(gòu)成，所以降低其薄膜厚度以落在0.5nm到5nm的范圍中以便使施加電流的絕緣擊穿可以發(fā)生。當(dāng)把以上薄膜厚度的上限值設(shè)定為5nm時(shí)，可以假定如果考慮到絕緣擊穿電壓(記錄電壓)的大小(例如從4V到6V)而選擇以上薄膜厚度的上限為約小于10nm的話，就不會(huì)產(chǎn)生問題。
在該存儲(chǔ)器薄膜4中氧成分通常為相對(duì)于稀土元素(RE)的RE2O3的一個(gè)成分。由于存儲(chǔ)器薄膜4可以由是非結(jié)晶薄膜并具有比半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電性低的電屬性，所以該存儲(chǔ)器薄膜4中的氧成分并不限于上述成分而可以改為REOx(0.5＜x≤1.5)。
此外，除了稀土元素以外，該存儲(chǔ)器薄膜4還可以預(yù)先包括諸如Ge、Si、Te、S、Se、Sb、Ti、W、Cu、Ag、Zn、Fe、Co、P、N和H等的其它元素。
由上述材料構(gòu)成的存儲(chǔ)器件4具有其阻抗(電阻值)隨著施加的電壓脈沖或電流脈沖而改變的特性。
絕緣層5可以由經(jīng)過固化處理加工的光阻材料、即通常用在半導(dǎo)體裝置中的SiO2、Si3N4或其它材料構(gòu)成，例如，無機(jī)材料、氟化有機(jī)材料、芬芳類有機(jī)材料，諸如SiON、SiOF、Al2O3、Ta2O5、ZrO2等無機(jī)材料等。
上電極6可以由類似于下電極2的普通半導(dǎo)體互連材料構(gòu)成。
可以如下所示運(yùn)行圖45所示根據(jù)該實(shí)施例的存儲(chǔ)器件40來記錄信息。
首先，將電壓施加給在稀土氧化物薄膜4的上、下部分提供的下電極2和上電極6的兩個(gè)電極。這樣，當(dāng)施加的電壓比絕緣閥值電壓高時(shí)，在稀土氧化物薄膜4內(nèi)發(fā)生絕緣擊穿，而且電流流經(jīng)該稀土氧化物薄膜4以降低稀土氧化物薄膜4的電阻值。由于除了稀土氧化物薄膜4以外的各個(gè)層與在稀土氧化物薄膜4上記錄信息之前獲得電阻值相比為固有的低壓，因此可以通過降低稀土氧化物薄膜4的電阻值來降低整個(gè)存儲(chǔ)器件40的電阻值。
然后，如果消除施加到上電極6和下電極2的電壓來消除施加到存儲(chǔ)器件40的電壓，那么就可以將稀土氧化物薄膜4保持在低電阻狀態(tài)。因此，就可以在存儲(chǔ)器件40上記錄信息。同時(shí)，施加少量電流將可以在存儲(chǔ)器件40上記錄信息。
于是，當(dāng)使電阻值高的狀態(tài)相當(dāng)于信息“0”而電阻值低的狀態(tài)相當(dāng)于信息“1”時(shí)，在施加正電壓記錄信息的處理過程中，信息“0”可以變?yōu)樾畔ⅰ?”。
當(dāng)稀土氧化物薄膜4夾在低和上電極2和6之間時(shí)施加很小的電流就可以穩(wěn)定地記錄信息的原因如下。即，稀土氧化物薄膜4的絕緣閥值電壓非常高并可以由非常薄的從0.5nm到5nm的薄膜厚度范圍來保持一個(gè)充分高阻的狀態(tài)。而且，當(dāng)稀土氧化物薄膜4的薄膜厚度非常薄，而且電極材料通過絕緣擊穿而擴(kuò)散到稀土氧化物薄膜4中時(shí)，甚至通過非常小量的擴(kuò)散也能充分地降低電阻值。
此外，由于稀土氧化物薄膜4的熔點(diǎn)高于2000度并具有熱穩(wěn)定性，一旦施加高溫，在通過氧原子的擴(kuò)散而導(dǎo)致的絕緣擊穿后所獲得的絕緣特性不容易恢復(fù)(即很難恢復(fù)絕緣擊穿)，因此可以獲得其中信息“0”能變?yōu)樾畔ⅰ?”的結(jié)構(gòu)，例如，在施加電壓記錄信息的處理過程中只能記錄一次信息。
可以如下所示制造具有如圖45所示結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件40。
首先，將下電極2(例如，TiW薄膜)沉積在具有高導(dǎo)電性的襯底1上，例如重?fù)诫s有P類型雜質(zhì)的硅襯底。
接著，形成稀土氧化物薄膜4，例如Gd2O3。
然后，在形成絕緣層5以覆蓋稀土氧化物薄膜4之后，根據(jù)光刻蝕法去除部分絕緣層5來形成一個(gè)與稀土氧化物薄膜4接觸的部分。
然后，例如由磁控濺射設(shè)備使一層TiW薄膜沉積作為上電極6。
此后，通過一種諸如等離子蝕刻那樣的適當(dāng)方法來圖形化該TiW薄膜。除了等離子蝕刻以外，還可以通過諸如離子蝕刻和RIE(活性離子蝕刻)那樣的適當(dāng)方法來圖形化該TiW薄膜。
如此就可以制造如圖45所示的存儲(chǔ)器件40。
根據(jù)上述實(shí)施例所說存儲(chǔ)器件40的結(jié)構(gòu)，由于稀土氧化物薄膜2夾在下電極2和上電極6之間，所以該存儲(chǔ)裝置40具有熱穩(wěn)定性并且能記錄信息。這樣，與相關(guān)技術(shù)不同，它可以抑制其中將記錄后獲得的電阻值返回到記錄前的電阻值的切斷現(xiàn)象。結(jié)果，就可以穩(wěn)定地保存記錄后所獲得的電阻值。
此外，例如與相關(guān)技術(shù)所說的具有這樣一種結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件相比，其中把一層由非結(jié)晶Si，諸如AlN和SiN那樣的氮化物或氧化物SiO2構(gòu)成薄膜夾在下電極和上電極之間，它就變得更穩(wěn)定地記錄信息了。
接著，由于通過使用存儲(chǔ)器件40的電阻值變化來記錄信息，特別是稀土氧化物薄膜4的電阻值變化，所以即使當(dāng)存儲(chǔ)器件40微型化時(shí)，也能容易地記錄信息和存儲(chǔ)所記錄的信息。
而且，根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件40，可以由能夠通過賤射處理的任何一種材料構(gòu)造下電極2，稀土氧化物薄膜4和上電極6。例如，可以通過使用由適合于各個(gè)層的材料的成分所形成的對(duì)象來進(jìn)行濺射。同時(shí)，可以通過改變同一濺射設(shè)備內(nèi)的對(duì)象使各個(gè)部分連續(xù)地沉積。
可以通過以矩陣的形式配置大量該實(shí)施例的存儲(chǔ)器件40來構(gòu)建一個(gè)存儲(chǔ)裝置。
例如，每個(gè)存儲(chǔ)器件40可以包括一個(gè)連接到其中下電極2的一端的互連器和一個(gè)連接到其中上電極6的一端的互連器，并且可以將每個(gè)存儲(chǔ)器件40放置在這些互連器的交叉點(diǎn)附近。
此外雖然未示出，但是使下電極2為行方向的存儲(chǔ)單元所共用，使連接到上電極6的互連器為列方向的存儲(chǔ)單元所共用?？梢酝ㄟ^選擇下電極2和互連器來選擇將要進(jìn)行記錄的存儲(chǔ)單元，其中電流流過該互連器并施加電勢(shì)，可以施加電流到該存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器件40來記錄信息記錄。
由于根據(jù)上述實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件40具有熱穩(wěn)定性，因此可以由一個(gè)非常小的電流來記錄信息并能夠穩(wěn)定地記錄信息，通過使用這種存儲(chǔ)器件40來構(gòu)建存儲(chǔ)裝置，從而就有可能獲得一種具有降低功率消耗的結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)裝置。
接下來，將依然描述根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例。
當(dāng)如圖45所示，根據(jù)上述實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件40具有如下結(jié)構(gòu)時(shí)，其中僅僅將包含稀土氧化物的存儲(chǔ)器薄膜4(稀土氧化物薄膜)夾在下電極2和上電極6之間，如圖48所示，在根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件101中，除了稀土氧化物薄膜4以外，至少還將一層包含硫元素(Te、Se、S)的薄膜7夾在下電極2和上電極6之間。圖46示出了其中將包含硫元素的薄膜7夾在下電極2和存儲(chǔ)器薄膜4之間的情況。
該結(jié)構(gòu)其余部分與圖45所示存儲(chǔ)器件40類似。因此，用相同的參考數(shù)字標(biāo)示相應(yīng)的部分而無需再詳細(xì)說明。
可以如下所示運(yùn)行根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件101來記錄信息。
在根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件101中，將電壓施加到存儲(chǔ)器件1 01以便可以將與包含硫元素的薄膜7接觸的電極2的一端設(shè)定為正極而將與稀土氧化物薄膜4接觸的電極6的一端設(shè)定為負(fù)極。
當(dāng)如上所述向存儲(chǔ)器件101施加電壓時(shí)，如果施加的電壓比絕緣閥值電壓高，就會(huì)在由稀土氧化物薄膜4和包含硫元素的薄膜7構(gòu)成的層壓薄膜8內(nèi)發(fā)生絕緣擊穿，而且電流流過該層壓薄膜8以降低層壓薄膜8的電阻值。由于除了層壓薄膜8以外的各個(gè)層與層壓薄膜8在記錄前所獲得的電阻值相比都是為固有低電阻的，可以通過降低層壓薄膜8的電阻值來降低整個(gè)存儲(chǔ)器件101的電阻值。
隨后，當(dāng)通過消除施加到上電極6和下電極2的電壓來消除施加到存儲(chǔ)器件101的電壓時(shí)，將存儲(chǔ)器件101保持在電阻值降低的狀態(tài)。這樣，就可以記錄信息。同時(shí)，在根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件101中，如稍候?qū)⒁枋龅膶?shí)施例所示例，在記錄后獲得的電阻值顯示的不是電阻特性而是取決于電壓的非線性特性，而且可以得到一個(gè)所謂的二極管特性。
于是，當(dāng)使高電阻值的狀態(tài)相應(yīng)于信息“0”而使低電阻值狀態(tài)相應(yīng)于信息“1”時(shí)，在施加電壓來記錄信息的處理過程中，信息“0”能變?yōu)樾畔ⅰ?”。
如上所述，可以通過一個(gè)非常小的電流來記錄信息，而且類似于上述實(shí)施例的存儲(chǔ)器件40，只能記錄一次信息。
當(dāng)制造如圖46所示根據(jù)該實(shí)施例的存儲(chǔ)器件101時(shí)，相對(duì)于制造存儲(chǔ)器件40的處理過程，在形成稀土氧化物薄膜4之前，在下電極2上形成包含硫元素的薄膜7。在接下來的處理流程中，類似于存儲(chǔ)器件40的情況，按照順序使稀土氧化物薄膜4，絕緣層5，上電極6沉積在薄膜7上。
而且在該實(shí)施例中，可以通過以矩陣的形式配置大量存儲(chǔ)器件101來構(gòu)建一個(gè)存儲(chǔ)裝置。圖47示出了這種存儲(chǔ)裝置的等效電路圖。
在該存儲(chǔ)裝置11中，每個(gè)存儲(chǔ)器件101包括分別與互連器(字線W和位線B)相連的下電極和上電極，而且將存儲(chǔ)器件101置于這些互連器的交叉點(diǎn)附近。
例如，使連接到下電極2的字線W為行方向上的存儲(chǔ)單元12所共用，而使連接到上電極6的位線B為列方向上的存儲(chǔ)單元12所共用。接著，可以通過選擇下電極2和互連器(位線B或字線W)來選擇位于該互連器上并將要記錄信息的存儲(chǔ)單元12，其中電流流過該互連器并施加電勢(shì)，而且該電流流經(jīng)存儲(chǔ)單元12的存儲(chǔ)器件101以在存儲(chǔ)器件101上記錄信息。
如上所述在根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件101中，在記錄信息時(shí)，由于可以通過施加電壓來獲得二極管特性以便可以將與包含硫元素的薄膜7接觸的下電極2的一端設(shè)定為正極而將與稀土氧化物薄膜4接觸的上電極6的一端設(shè)定為負(fù)極，因此各個(gè)存儲(chǔ)單元12在電力上是獨(dú)立的而無需提供MOS類型晶體管給每個(gè)存儲(chǔ)單元12。
因此，當(dāng)通過使用根據(jù)該實(shí)施例所說的存儲(chǔ)器件101構(gòu)建存儲(chǔ)裝置11時(shí)，如圖47所示，可以用將存儲(chǔ)器件101與二極管13串聯(lián)的方式構(gòu)建存儲(chǔ)單元12。
根據(jù)該實(shí)施例的存儲(chǔ)器件101的結(jié)構(gòu)，由于將由包含稀土元素氧化物的存儲(chǔ)器薄膜4和包含硫的薄膜7構(gòu)成的層壓薄膜8夾在下電極2和上電極6之間，因此與上述例相類似，該實(shí)施例的存儲(chǔ)器件101具有熱穩(wěn)定性并能用非常小的電流記錄信息。
結(jié)果，與具有其中將由非結(jié)晶Si，諸如AlN和SiN那樣的氮化物或諸如SiO2那樣的氧化物形成的層壓薄膜8夾在電極之間的結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件相比，它可以穩(wěn)定地記錄信息。
而且，當(dāng)在具有上述結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件101上記錄信息時(shí)，如果施加電壓以便可以將與包含硫元素的薄膜7接觸的下電極2的一端設(shè)定為正極而將與稀土氧化物薄膜接觸的上電極6的一端設(shè)定為負(fù)極，如上所述，就可以獲得這種存儲(chǔ)器件，其中在記錄后所獲得的電阻值示出了二極管特性。
因此，當(dāng)用存儲(chǔ)器件101來構(gòu)建存儲(chǔ)單元12并通過使用多個(gè)存儲(chǔ)單元12來構(gòu)建如圖47所示的存儲(chǔ)裝置時(shí)，由于各個(gè)存儲(chǔ)單元12由于上述二極管特性而在電力上獨(dú)立，所以可以降低由于電流流過未被選為讀的存儲(chǔ)單元12而導(dǎo)致的噪聲，即所謂的交互干擾。
以這種方式，由于可以通過MOS類型晶體管的數(shù)量來簡化每個(gè)存儲(chǔ)單元12的結(jié)構(gòu)，所以相比于其中使用MOS類型晶體管的情況，可以使這種存儲(chǔ)裝置微型化。同時(shí)，由于除了增加記錄密度以外，還可以構(gòu)建交叉點(diǎn)類型的存儲(chǔ)單元陣列，因此可以在襯底1上層壓多個(gè)存儲(chǔ)單元12并在高度方向上增加存儲(chǔ)容量。
當(dāng)把多個(gè)電勢(shì)與該實(shí)施例其它電勢(shì)不同的電壓施加到存儲(chǔ)器件101時(shí)，即，施加電壓以便可以將與包含硫元素的薄膜7接觸的下電極2的一端設(shè)定為負(fù)極而將與稀土氧化物薄膜4接觸的上電極6的一端設(shè)定為正極，雖然可以用一個(gè)非常小的電流在存儲(chǔ)器件101上記錄信息，但是在記錄后所獲得的電阻值顯示的不是二極管特性而是電阻特性。
雖然在根據(jù)該實(shí)施例的存儲(chǔ)器件101中，包含硫元素的薄膜7位于稀土氧化物薄膜4和下電極2之間，但本發(fā)明并不限于此而還可以將該包含硫元素的薄膜7放在稀土氧化物薄膜4和上電極6之間。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明所述，可以在稀土氧化物薄膜4和上電極與下電極中的任何一個(gè)之間構(gòu)建包含硫元素的薄膜。
還可以通過結(jié)合根據(jù)前面實(shí)施例的存儲(chǔ)器件30(其結(jié)構(gòu)中充當(dāng)存儲(chǔ)器薄膜的底層的下電極2由非結(jié)晶材料構(gòu)成)和存儲(chǔ)器件40以及上述各個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器件101的結(jié)構(gòu)來構(gòu)建一個(gè)存儲(chǔ)器件，其中只能記錄一次信息。
(發(fā)明實(shí)施例)接下來，將在實(shí)際操作中制造根據(jù)上述各個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)元件40，101并測(cè)量它們的特性。
<例19>
首先，將一層薄膜厚度為20nm的TiW薄膜沉積在具有高導(dǎo)電性的襯底1上，例如一個(gè)通過濺射使其重?fù)诫s有高濃度P型雜質(zhì)作為下電極2的硅襯底。接著，形成一層薄膜厚度為3.5nm的非結(jié)晶氧化釓薄膜(非結(jié)晶Gd氧化物薄膜)作為存儲(chǔ)器薄膜4。
接下來，使一個(gè)光阻材料沉積以覆蓋該非結(jié)晶氧化釓薄膜，隨后，根據(jù)光刻蝕法技術(shù)的公開和發(fā)展在該非結(jié)晶氧化釓薄膜4上的光阻材料上形成一個(gè)通孔。該通孔深2μm，寬2μ。
然后，在真空中于280度對(duì)合成的產(chǎn)品進(jìn)行退火處理并形成絕緣層5作為固定對(duì)于溫度，蝕刻等的固化的保護(hù)層。將此固化的保護(hù)層用在絕緣層5中是因?yàn)榭梢院苋菀椎馗鶕?jù)試驗(yàn)的觀點(diǎn)形成該絕緣層5。當(dāng)在實(shí)際操作中制造該產(chǎn)品時(shí)，可以由諸如硅氧化物薄膜等的其它材料構(gòu)成絕緣層5是合乎需要的。
接下來，使薄膜厚度為100nm的TiW薄膜沉積作為上電極6。然后，由一種根據(jù)光刻蝕法的等離子蝕刻設(shè)備使沉積在該固化的保護(hù)層上的上電極6形成一個(gè)大小為50μm*50μm的圖形。
以這種方式，可以制造如圖46所示的存儲(chǔ)器件40并將其用作例36的存儲(chǔ)器件。
在例36的存儲(chǔ)器件中，與下電極2導(dǎo)電的低電阻硅襯底1的背面接地電勢(shì)(GND電勢(shì))并給上電極6提供負(fù)電勢(shì)(-電勢(shì))。于是，當(dāng)從0V開始逐漸降低施加到上電極6的負(fù)電勢(shì)時(shí)，測(cè)量電流的變化。
在此情況下，如此設(shè)定以致限流器在電流到達(dá)1mA時(shí)開始運(yùn)行并將負(fù)電勢(shì)提供給上電極6，即，在電流高于1mA時(shí)可以抑制施加到存儲(chǔ)器件的電壓的升高。接著，當(dāng)施加到上電極6的負(fù)電壓從其中限流器開始運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)變?yōu)?V時(shí)測(cè)量電流的變化。相反地，這一次在給上電極6施加正電壓并提高該施加的正電壓時(shí)，測(cè)量電流的變化。同時(shí)在正電那一邊勢(shì)，類似地設(shè)定以便該限流器可以在電流到達(dá)1mA時(shí)開始運(yùn)行。
圖48示出了例36在這種情況下所測(cè)量的I到V(電流到電壓)特性結(jié)果。
同時(shí)，如此設(shè)定以便限流器在電流到達(dá)1mA時(shí)開始運(yùn)行并在施加到上電極6的電壓發(fā)生類似變化時(shí)測(cè)量電流的變化。
圖48B示出了例36在這種情況下所測(cè)量的I到V(電流到電壓)特性結(jié)果。
從圖48A和48B中可以看出，電流在電壓高于閥值電壓時(shí)快速流動(dòng)以抑制信息的記錄。在記錄前所獲得的電阻值(在初始狀態(tài)中)都高于1MΩ。同時(shí)，在記錄后所獲得的電阻值在圖50A所示情況中約為100Ω而在圖48B所示情況中小于1kΩ。特別是在圖48B所示的情況中，用諸如5μm那樣非常小的電流記錄信息并穩(wěn)定地保持該電阻狀態(tài)。
在例36的存儲(chǔ)器件的情況中，用于穩(wěn)定地記錄信息的最小電流是2μA。
<例20>
接著，圖46測(cè)量了存儲(chǔ)器件101的性能，其中將包含硫元素的薄膜7夾在稀土氧化物薄膜4和下電極2或上電極6之間。
將一層薄膜厚度為15nm的GeTeGd薄膜(成分比為Ge4Te5Gd)沉積在下電極2上作為包含硫元素的薄膜7，將一層薄膜厚度為5nm的稀土氧化物薄膜的非結(jié)晶氧化釓薄膜沉積在薄膜7上。
雖然該GeTeGd薄膜是非結(jié)晶薄膜并表現(xiàn)出在導(dǎo)電上介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間的電阻特性，但在該例中，由于通過形成稀土氧化物薄膜4的處理并通過在形成稀土氧化物薄膜4后所執(zhí)行的處理過程來在GeTeGd薄膜7的表面形成薄的氧化物薄膜，所以其中形成該氧化物薄膜的表面表現(xiàn)出半導(dǎo)體的電阻特性。
其它各個(gè)層的材料，薄膜厚度，尺寸等都與圖19所示情況類似。所以用相同的數(shù)字來標(biāo)注相應(yīng)的部分并不再進(jìn)行詳細(xì)說明。
制造具有上述結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件并將其用作例37的存儲(chǔ)器件。測(cè)量例37的I到V(電流-電壓)特性。這次測(cè)量與例19的不同之處在于限流器在電流達(dá)到0.4mA時(shí)開始運(yùn)行，而用于施加電壓來記錄信息的方法與例19類似。圖51示出了例37的I到V(電流-電壓)特性的測(cè)量結(jié)果。
存儲(chǔ)器件的初始電阻值高于1MΩ。從圖49可以看出，當(dāng)施加電壓到下電極2以便可以將上電極6設(shè)定為負(fù)電勢(shì)時(shí)，電流在記錄信息所需的閥值|Vthw|時(shí)迅速流動(dòng)以便降低電阻值。
于是，當(dāng)電壓返回0V時(shí)，在記錄后所獲得的電阻值與具有如圖45所示GeTeGd薄膜7并不相夾的結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件40相比展現(xiàn)出的不是電阻特性而是取決于電壓的非線性特性。更具體地說，可以看出該存儲(chǔ)器件具有所謂的二極管特性。
相對(duì)于比閥值電壓|Vth|小的電壓，電流迅速降低，即在圖49中大約為0.8V。
當(dāng)如上所述從存儲(chǔ)器件中讀出信息時(shí)，可以通過施加在Vthw和Vthr之間的電壓而從存儲(chǔ)器件中讀出信息。將這種電壓施加到存儲(chǔ)器件，在記錄信息時(shí)流過大電流而在不記錄信息時(shí)流過小電流，從而從該存儲(chǔ)器件中讀出信息。
<例21>
接下來如圖50所示，測(cè)量例20的性能，其中在稀土氧化物薄膜4和下電極2之間形成一層Cu薄膜作為離子源層3，即，用Cu薄膜3代替包含硫元素的薄膜7。
形成薄膜厚度為6nm的該Cu薄膜3。由于除了Cu薄膜以外，存儲(chǔ)器薄膜4，下電極2和上電極6的材料，薄膜厚度等都與例19的類似，所以用相同的數(shù)字來標(biāo)注相應(yīng)的部分并不再進(jìn)行詳細(xì)說明。
接著，制造具有上述結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件并將其用作例38的存儲(chǔ)器件。測(cè)量例38的I到V(電流-電壓)性能。這次測(cè)量與例19的不同之處在于限流器在電流達(dá)到1mA時(shí)開始運(yùn)行，而用于施加電壓來記錄信息的方法與例19類似。圖51示出了例38的I到V(電流-電壓)性能的測(cè)量結(jié)果。
從圖51中可以清楚看出，當(dāng)Cu薄膜3與稀土氧化物薄膜4接觸時(shí)，該記錄閥值電壓降低以便使該記錄信息所需的最小電流達(dá)到10μA。但，記錄后所獲得的電阻值的穩(wěn)定性與例19中具有其中不形成Cu薄膜的結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件40類似。
而且，在形成Cu薄膜3時(shí)無法獲得二極管特性。
可以通過使用上述各個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)器件并以列的形式或矩陣的形式排列多個(gè)存儲(chǔ)器件來構(gòu)建一個(gè)存儲(chǔ)裝置(或多個(gè)存儲(chǔ)裝置)。
同時(shí)，可以根據(jù)需要將裝置選擇MOS晶體管或二極管連接到每一個(gè)存儲(chǔ)器件來構(gòu)建一個(gè)存儲(chǔ)單元。
而且，可以根據(jù)需要將該存儲(chǔ)器件通過互連器連接到感測(cè)放大器，地址記錄器，記錄/擦除/讀出電路等。
可以將根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器件應(yīng)用于多種存儲(chǔ)裝置。例如，可以將根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器件應(yīng)用于諸如其中只能記錄一次信息的所謂PROM(可編程ROM)，其中可以電擦除信息的EEPROM(電可擦除只讀存儲(chǔ)器)，其中可以高速記錄，擦除并再產(chǎn)生信息的所謂RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)那樣的任何存儲(chǔ)器形式。
根據(jù)本發(fā)明所說的存儲(chǔ)器件包括一個(gè)第一電極，一個(gè)第二電極和一個(gè)夾在第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，其中該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何元素，而且該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層還包含從Te、S、Se中選出的任何元素。
更具體地列舉了其中從兩種包含有從Cu、Ag、Zn中任選一種元素的存儲(chǔ)器薄膜和從包含有從Te、S、Se中任選一種元素的存儲(chǔ)器薄膜的元素組的結(jié)構(gòu)，兩種元素組都被包含在存儲(chǔ)器薄膜中的結(jié)構(gòu)以及至少一種元素組被分別包括在存儲(chǔ)器薄膜中以及與該層接觸的層中結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)，由于存儲(chǔ)器薄膜夾在第一和第二電極之間，因此存儲(chǔ)器薄膜至少包含有稀土元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何元素，而且該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層還包含從Te、S、Se中選出的任何元素，因此可以通過使用該存儲(chǔ)器薄膜的電阻狀態(tài)記錄來記錄信息。
更具體地說，當(dāng)電壓施加到一個(gè)電極端施加有正電勢(shì)的存儲(chǔ)器件時(shí)，使Cu、Ag、Zn離子化并擴(kuò)散到存儲(chǔ)器薄膜中，在另一個(gè)電極端部分粘著在電子上從而沉積下來，或殘留在存儲(chǔ)器薄膜中形成絕緣薄膜的雜質(zhì)層以降低存儲(chǔ)器薄膜的電阻值從而使記錄信息成為可能。
同時(shí)，在這種狀態(tài)下，當(dāng)負(fù)電壓施加到一個(gè)電極端施加有負(fù)電勢(shì)的存儲(chǔ)器件時(shí)，使已經(jīng)沉積在其它電極端上的Cu、Ag、Zn再次離子化并返回初始狀態(tài)以便使存儲(chǔ)器薄膜的電阻值返回初始的高狀態(tài)并提高該存儲(chǔ)器件的電阻值，從而使擦除記錄的信息成為可能。
接著，由于該存儲(chǔ)器薄膜包含有稀土元素，因此可以提高存儲(chǔ)器薄膜的結(jié)晶溫度或熔點(diǎn)，從而就可以使該存儲(chǔ)器薄膜的微細(xì)結(jié)構(gòu)相對(duì)于溫度的升高而保持穩(wěn)定。因此，由于能夠提高存儲(chǔ)器薄膜的耐熱屬性，所以就可以提高存儲(chǔ)器件的高溫處理的生產(chǎn)率。同時(shí)，可以提高與在諸如記錄那樣的存儲(chǔ)器件操作中所產(chǎn)生的局部溫度上升相比的穩(wěn)定性，從而增加重復(fù)寫入的次數(shù)。而且，即便當(dāng)數(shù)據(jù)長時(shí)間在高溫環(huán)境下被存儲(chǔ)，該高電阻狀態(tài)也能很穩(wěn)定的保持。
可以修改上述根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器件以便使其能只記錄一次信息。
由于上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)電壓施加到第一和第二電極時(shí)，如果該電壓比絕緣耐壓大，那么在存儲(chǔ)器薄膜中將發(fā)生擊穿以改變?cè)摯鎯?chǔ)器薄膜的電阻狀態(tài)，從而記錄信息。更具體地說，由于該存儲(chǔ)器薄膜包含稀土元素，所以該存儲(chǔ)器件具有熱穩(wěn)定性并能以非常小的電流記錄信息，同時(shí)在記錄后所表現(xiàn)的電阻狀態(tài)能很穩(wěn)定地保持而不會(huì)產(chǎn)生切斷現(xiàn)象。結(jié)果，就可以充分穩(wěn)定地記錄信息。
根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)裝置包括一個(gè)存儲(chǔ)器件，它包括一個(gè)第一電極，一個(gè)第二電極，一個(gè)夾在第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜至少包括稀土元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，而且該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層還包含從Te、S、Se中選出的任何一種元素，存儲(chǔ)器件還包括一個(gè)連接到第一電極一端的互連器和一個(gè)連接到第二電極一端的互連器，其中設(shè)置了大量存儲(chǔ)器件。
根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)裝置結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)裝置包括本發(fā)明上述存儲(chǔ)器件，一個(gè)連接到第一電極一端的互連器和一個(gè)連接到第二電極一端的互連器，其中設(shè)置了大量存儲(chǔ)器件，所以就可以從互連器向存儲(chǔ)器件施加電流來記錄或擦除信息。
根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器件包括一個(gè)第一電極，一個(gè)第二電極，一個(gè)夾在該第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜和一個(gè)形成于存儲(chǔ)器薄膜和第一電極或第二電極之間的導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜，該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜由從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素或從Te、S、Se中選出的任何一種元素構(gòu)成，，其中該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜包含一種稀土元素。
根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)器薄膜夾在第一和第二電極之間，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料形成，該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜由從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素或從Te、S、Se中選出的任何一種元素構(gòu)成并形成于存儲(chǔ)器薄膜和第一或第二電極之間，而且該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜包含一種稀土元素，所以可以通過使用其中存儲(chǔ)器薄膜的電阻值發(fā)生改變的現(xiàn)象來記錄信息。
同時(shí)，由于該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料構(gòu)成，因此可以在高電阻狀態(tài)下相對(duì)地增加電阻值。
于是，由于該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜包含稀土元素，因此該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶溫度升高了從而抑制了在高溫度環(huán)境下的晶體化。結(jié)果，由于可以均勻地該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜并抑制該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜表面的粗糙程度，可以就可以均勻地形成存儲(chǔ)器薄膜。同時(shí)，可以抑制由于在保存該存儲(chǔ)器件或使用該存儲(chǔ)器件時(shí)產(chǎn)生的熱滯后所導(dǎo)致的存儲(chǔ)器件特性的惡化。
在本發(fā)明上述存儲(chǔ)器件中，導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜可以包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，而且還可以包含Te。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于Te比S和Se具有更高的導(dǎo)電性，因此可以降低該導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜的電阻值。結(jié)果，電阻值的改變主要在具有高電阻的存儲(chǔ)器薄膜中由記錄和擦除信息而產(chǎn)生。因此，即便該使導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜的一部分結(jié)晶以便改變電阻值，電阻值的這種改變也不會(huì)顯著地影響存儲(chǔ)器的運(yùn)行。
根據(jù)本發(fā)明所說的一個(gè)存儲(chǔ)裝置包括一個(gè)存儲(chǔ)器件，該存儲(chǔ)器件包括第一電極、第二電極、和夾在該第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料構(gòu)成，該由從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素或從Te、S、Se中選出的任何一種元素構(gòu)成的導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜形成于存儲(chǔ)器薄膜和第一或第二電極之間并包含一種稀土元素，該存儲(chǔ)器件還包括連接到第一電極一端的互連器和連接到第二電極一端的互連器，其中設(shè)置了大量存儲(chǔ)器件。
根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)裝置包括了本發(fā)明上述的存儲(chǔ)器件、連接到第一電極一端的互連器和連接到第二電極一端的互連器，其中設(shè)置了大量存儲(chǔ)器件，所以就可以通過從互連器向存儲(chǔ)器件施加電流來記錄或擦除信息。
在根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器件中，存儲(chǔ)器薄膜夾在第一和第二電極之間，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并在存儲(chǔ)器薄膜和第一或第二電極之間形成一層包含CuTe的薄膜。
根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)器薄膜夾在第一和第二電極之間，存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并在存儲(chǔ)器薄膜和第一或第二電極之間形成一層包含CuTe的薄膜。所以可以通過使用其中存儲(chǔ)器薄膜的電阻值發(fā)生改變的現(xiàn)象來記錄信息。
同時(shí)，由于該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并在存儲(chǔ)器薄膜和第一或第二電極之間形成一層包含CuTe的薄膜。因此由于Cu和Te當(dāng)該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料制成時(shí)具有高導(dǎo)電性，所以降低包含CuTe的薄膜的電阻值以便相對(duì)地提高該存儲(chǔ)器薄膜的電阻值。結(jié)果，電阻值的改變主要在具有高電阻的存儲(chǔ)器薄膜中由記錄和擦除信息而產(chǎn)生。
即便包含Cu和Te的薄膜的一部分由于溫度的上升而晶體化了，以至該薄膜的電阻值發(fā)生了改變，但是這種電阻值的改變也不會(huì)顯著地影響存儲(chǔ)器件的電阻值的改變，從而也不會(huì)顯著影響該存儲(chǔ)器的運(yùn)行。
因此，當(dāng)制造該存儲(chǔ)裝置時(shí)，可以在高溫度的環(huán)境下使用或保存，來抑制熱滯后所導(dǎo)致的存儲(chǔ)器件特性的惡化。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)存儲(chǔ)裝置包括存儲(chǔ)器件，該存儲(chǔ)器件包括第一電極、第二電極和夾在該第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并在存儲(chǔ)器薄膜和第一或第二電極之間形成一層包含CuTe的薄膜，該存儲(chǔ)器件還包括連接到第一電極一端的互連器和連接到第二電極一端的互連器，其中設(shè)置了大量存儲(chǔ)器件。
根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)裝置包括了本發(fā)明上述存儲(chǔ)器件、連接到第一電極一端的互連器和連接到第二電極一端的互連器，其中設(shè)置了大量存儲(chǔ)器件，因此可以通過從互連器向存儲(chǔ)器件施加電流來記錄或擦除信息。
一種根據(jù)本發(fā)明所說的存儲(chǔ)器件包括第一電極、第二電極和夾在該第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，其中該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層還包含從Te、S、Se中選出的任何一種元素，而且該存儲(chǔ)器薄膜的底層材料具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明上述存儲(chǔ)器件，由于該存儲(chǔ)器薄膜夾在第一和第二電極之間，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素(金屬元素)，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層還包含從Te、S、Se中任選的一種元素(硫族化物元素)，因此就可以通過改變?cè)摯鎯?chǔ)器薄膜的電阻狀態(tài)來記錄信息。
同時(shí)，由于該存儲(chǔ)器薄膜的底層材料具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此在該底層材料上形成的存儲(chǔ)器薄膜能均勻地以非結(jié)晶結(jié)構(gòu)形成，因此在該存儲(chǔ)器薄膜和該存儲(chǔ)器薄膜上的電極之間的界面能形成平面的。在這種方式中，由于在該存儲(chǔ)器薄膜和該存儲(chǔ)器薄膜上的電極之間的界面能形成平面，因此在該存儲(chǔ)器薄膜中分布的電場就變得很均勻，而且可以抑制在存儲(chǔ)器件從高電阻狀態(tài)變到低電阻狀態(tài)時(shí)所需的開關(guān)電壓上的偏差還可以將其設(shè)定為一個(gè)相對(duì)于各個(gè)記錄和擦除都相等的值。
在根據(jù)本發(fā)明上述的存儲(chǔ)器件中，該存儲(chǔ)器薄膜還進(jìn)一步包括多種至少從Y、La、Nd、Sm、Gd、Yb和Dy中選出的稀土元素。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于稀土元素具有熱穩(wěn)定性，所以可以用非常小的電流穩(wěn)定地記錄信息。
一種根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)裝置，包括存儲(chǔ)器件，該存儲(chǔ)器件包括第一電極、第二電極和夾在第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層還包含從Te、S、Se中選出的任何一種元素，該存儲(chǔ)器件還包括連接到第一電極一端的互連器和連接到第二電極一端的互連器，其中設(shè)置了大量存儲(chǔ)器件。
根據(jù)以本發(fā)明上述存儲(chǔ)裝置的結(jié)構(gòu)，由于該存儲(chǔ)裝置包括了本發(fā)明上述的存儲(chǔ)器件、連接到第一電極一端的互連器和連接到第二電極一端的互連器，其中設(shè)置了大量存儲(chǔ)器件，所以，可以通過從互連器向存儲(chǔ)器件施加電流來記錄信息或擦除信息。
同時(shí)，由于能降低該存儲(chǔ)器件的開關(guān)電壓的偏差，所以，就可以穩(wěn)定地操作該存儲(chǔ)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)裝置，能降低在該存儲(chǔ)器件記錄信息所需的電流，因此可以在信息記錄前后保持該存儲(chǔ)器件明顯的電阻變化。
因此，能降低在存儲(chǔ)器件上記錄信息時(shí)消耗的功率并能從該存儲(chǔ)器件中方便地讀出信息。
同時(shí)，可以減少在存儲(chǔ)器件上記錄信息所需的時(shí)間。
此外，由于通過使用該存儲(chǔ)器件的電阻值變化來在該存儲(chǔ)器件上記錄信息，具體來說是存儲(chǔ)器薄膜的電阻值變化，因此即便當(dāng)該存儲(chǔ)器件微型化時(shí)，也存在能方便記錄信息并方便地存儲(chǔ)所記錄信息的優(yōu)點(diǎn)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以容易地在該存儲(chǔ)裝置上記錄信息并從該存儲(chǔ)裝置中讀出信息，還能降低存儲(chǔ)裝置的功率消耗，高速地運(yùn)行該存儲(chǔ)裝置并構(gòu)建具有高可靠性的存儲(chǔ)裝置。
同時(shí)，該存儲(chǔ)裝置能以高集成度(高密度集成)集成并微型化。
此外，還能由用于制造普通MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)邏輯電路的材料和制造流程的方法來制造本發(fā)明的存儲(chǔ)器件。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以低廉地制造具有熱穩(wěn)定性的存儲(chǔ)器件和存儲(chǔ)裝置并因此可以提供一種低廉的存儲(chǔ)裝置。同時(shí)，還可以提高在制造存儲(chǔ)裝置中的產(chǎn)率。
具體地說，如果該存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)器薄膜具有包含至少一種稀土元素這樣的結(jié)構(gòu)，那么當(dāng)在高溫環(huán)境下使用該存儲(chǔ)器件或在該存儲(chǔ)器件中長時(shí)間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，由于該存儲(chǔ)器件能穩(wěn)定地保持高電阻狀態(tài)，所以，就可以在存儲(chǔ)器薄膜上穩(wěn)定地存儲(chǔ)所記錄的信息并使該存儲(chǔ)器件具有更高的穩(wěn)定性。
此外，由于能用非常小的電流穩(wěn)定地在存儲(chǔ)器件上記錄信息，因此就可以降低在存儲(chǔ)器件上記錄信息時(shí)所消耗的功率。
同時(shí)，具體地說，即便當(dāng)該薄膜的電阻值比夾在該存儲(chǔ)器件和電極之間的存儲(chǔ)器薄膜的電阻值低得多時(shí)，也可以抑制由于溫度升高電阻值發(fā)生變化而產(chǎn)生的影響。因此，與上述相類似，當(dāng)在高溫環(huán)境下使用該存儲(chǔ)器件或長時(shí)間在該存儲(chǔ)器件上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，該存儲(chǔ)器件可以穩(wěn)定地保持高電阻狀態(tài)。因此，由于可以穩(wěn)定地在存儲(chǔ)器薄膜上保持所記錄的信息，因而可以使該存儲(chǔ)器件具有更高的可靠性。
而且，具體地說，當(dāng)該存儲(chǔ)器薄膜的底層材料具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)時(shí)，由于可以將開關(guān)電壓設(shè)定為相對(duì)于存儲(chǔ)/擦除都是相同的值并且可以降低開關(guān)電壓的偏差，所以可以執(zhí)行穩(wěn)定的存儲(chǔ)器操作。
已經(jīng)參考附圖描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，可以理解，本發(fā)明并不限于這些具體的實(shí)施例并且在不背離由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍下本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)器件，包括第一電極；第二電極；夾在第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，其中，該存儲(chǔ)器薄膜包含至少一稀土元素，所述存儲(chǔ)器薄膜或與所述存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu、Ag、Zn中選擇的任何一種元素，該存儲(chǔ)器薄膜或所述與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層還包含從Te、S、Se中選擇的任何一種元素。
2.如權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器件，其中，當(dāng)所述存儲(chǔ)器薄膜的阻抗隨著施加給所述存儲(chǔ)器薄膜的電壓脈沖或電流脈沖發(fā)生變化時(shí)，所述存儲(chǔ)器件記錄信息。
3.如權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器件，其中，所述存儲(chǔ)器薄膜包含所述稀土元素，其所包含的成分比在所述薄膜厚度方向上具有一成分坡度。
4.如權(quán)利要求1的存儲(chǔ)器件，其中，所述存儲(chǔ)器件僅能記錄信息一次。
5.一種存儲(chǔ)裝置，包括存儲(chǔ)器件，其包括第一電極、第二電極和夾在所述第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜至少包含稀土元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu、Ag、Zn中選擇的任何一種元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層還包含從Te、S、Se中選擇的任何一種元素；連接到所述第一電極的一端的互連器；和連接到所述第二電極的一端的互連器，其中，設(shè)置了大量的所述存儲(chǔ)器件。
6.如權(quán)利要求5的存儲(chǔ)裝置，其中，所述存儲(chǔ)器件具有僅能記錄信息一次的結(jié)構(gòu)。
7.一種存儲(chǔ)器件包括第一電極；第二電極；夾在所述第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料形成，該由從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素或從Te、S、Se中任選一種元素構(gòu)成的導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜形成在該存儲(chǔ)器薄膜和第一或第二電極之間并包含一種稀土元素。
8.如權(quán)利要求7的存儲(chǔ)器件，其中，所述導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜包含從Cu、Ag、Zn中選擇的任一種元素，而且還包含Te。
9.如權(quán)利要求7的存儲(chǔ)器件，其中，所述絕緣材料是稀土氧化物。
10.如權(quán)利要求7的存儲(chǔ)器件，其中，所述絕緣材料是氮化物。
11.如權(quán)利要求7的存儲(chǔ)器件，其中，所述存儲(chǔ)器件具有僅能記錄信息一次的結(jié)構(gòu)。
12.一種存儲(chǔ)裝置包括存儲(chǔ)器件，包括一包括有第一電極、第二電極和夾在該第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料形成，該由從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素或從Te、S、Se中任選一種元素構(gòu)成的導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄膜形成在該存儲(chǔ)器薄膜和第一或第二電極之間并包含稀土元素；連接到所述第一電極的一端的互連器；和連接到所述第二電極的一端的互連器，其中，設(shè)置了大量的所述存儲(chǔ)器件。
13.如權(quán)利要求12的存儲(chǔ)器件，其中，所述存儲(chǔ)器件具有僅能記錄信息一次的結(jié)構(gòu)。
14.一種存儲(chǔ)器件包括第一電極第二電極夾在所述第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并在所述存儲(chǔ)器薄膜和所述第一或所述第二電極之間形成一層包含CuTe的薄膜。。
15.一種存儲(chǔ)裝置，包括存儲(chǔ)器件，包括有第一電極、第二電極和夾在該第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜由絕緣材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并在存儲(chǔ)器薄膜和第一或第二電極之間形成一層包含CuTe的薄膜；連接到第一電極一端的互連器；和連接到第二電極一端的互連器，其中，設(shè)置了大量的存儲(chǔ)器件。
16.一種存儲(chǔ)器件，包括第一電極；第二電極；夾在所述第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，其中，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu、Ag、Zn中選擇的任何一種元素，存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Te、S、Se中任選的一種元素且該存儲(chǔ)器薄膜的底層材料具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求16的存儲(chǔ)器件，其中，所述該存儲(chǔ)器薄膜包含多于一種的從至少從Y、La、Nd、Sm、Gd、Yb和Dy中選擇的稀土元素。
18.權(quán)利要求17的存儲(chǔ)器件，其中，所述存儲(chǔ)器薄膜的所述稀土元素的一部分形成一氧化物薄膜。
19.如權(quán)利要求17的存儲(chǔ)器件，其中，至少所述稀土元素和氧之間的成分比，在所述稀土元素和從Cu、Ag、Zn中選出的一種元素的成分比以及所述稀土元素與從Te、S、Se中選出的一種元素的成分比中的任何一個(gè)在所述存儲(chǔ)器薄膜中具有在薄膜厚度方向上的成分坡度。
20.如權(quán)利要求16的存儲(chǔ)器件，其中，當(dāng)所述存儲(chǔ)器薄膜的阻抗隨著所施加給所述存儲(chǔ)器薄膜的電壓脈沖或電流脈沖發(fā)生變化時(shí)，所述存儲(chǔ)器件記錄信息。
21.權(quán)利要求20的存儲(chǔ)器件，其中，所述阻抗每次隨施加到所述存儲(chǔ)器薄膜的電壓脈沖或電流脈沖改變時(shí)反向改變其極性以記錄信息或擦除信息。
22.如權(quán)利要求16的存儲(chǔ)器件，其中，所述存儲(chǔ)器件具有僅僅能記錄信息一次的結(jié)構(gòu)。
23.一種存儲(chǔ)裝置包括存儲(chǔ)器件，包括第一電極、第二電極和夾在第一和第二電極之間的存儲(chǔ)器薄膜，該存儲(chǔ)器薄膜至少包括稀土元素，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的一個(gè)層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一個(gè)，該存儲(chǔ)器薄膜或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層還包含從Te、S、Se中任選一種元素；連接到第一電極一端的互連器；和連接到第二電極一端的互連器，其中，存儲(chǔ)器件的數(shù)量可以指定。
24.如權(quán)利要求23的存儲(chǔ)裝置，其中，所述存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)器薄膜包含多于一種的從包含至少從Y、La、Nd、Sm、Gd、Yb和Dy中選擇的稀土元素。
25.如權(quán)利要求23的存儲(chǔ)裝置，其中，所述存儲(chǔ)器件具有僅僅能記錄信息一次的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種存儲(chǔ)器件10具有如下的結(jié)構(gòu)，其中，存儲(chǔ)器薄膜4夾在第一和第二電極2和6之間，該存儲(chǔ)器薄膜4至少包含稀土元素，該存儲(chǔ)器薄膜4或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層3包含從Cu、Ag、Zn中選出的任一種元素，而且該存儲(chǔ)器薄膜4或與該存儲(chǔ)器薄膜接觸的層3包含從Te、S、Se中選出的任一種元素。該存儲(chǔ)器件能方便穩(wěn)定地記錄并讀出信息，并且該存儲(chǔ)器件能由相對(duì)簡單的制造方法方便地制造。
文檔編號(hào)H01L27/24GK1697195SQ20041009424
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者荒谷勝久, 前坂明弘, 河內(nèi)山彰, 對(duì)馬朋人 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社