发明名称 记忆元件及记忆装置
摘要 本发明提供一种可容易且稳定地进行资讯之记录及读取,可以较简单之制造方法容易制造之记忆元件。该记忆元件10系在第一电极2与第二电极6之间夹着记忆用薄膜4而构成,记忆用薄膜4中至少含有稀土类元素,在记忆用薄膜内或与记忆用薄膜4相接之层3中含有自铜、银及锌选出之任何一种元素,记忆用薄膜内或与记忆用薄膜4相接之层3中含有自鍗、硫及硒选出之任何一种元素。
申请公布号 TWI278099 申请公布日期 2007.04.01
申请号 TW093136629 申请日期 2004.11.26
申请人 新力股份有限公司 发明人 荒谷 胜久;前 明弘;河内山 彰;马 朋人
分类号 H01L27/10(2006.01);H01L45/00(2006.01) 主分类号 H01L27/10(2006.01)
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路201号7楼
主权项 1.一种记忆元件,其特征为: 系在第一电极与第二电极之间夹着记忆用薄膜而 构成, 前述记忆用薄膜中至少含有稀土类元素, 前述记忆用薄膜内或与前述记忆用薄膜相接之层 中含有自铜、银、锌选出之任何一种元素, 前述记忆用薄膜内或与前述记忆用薄膜相接之层 中含有自鍗、硫及硒选出之任何一种元素。 2.如请求项1之记忆元件,其中藉由在前述记忆用薄 膜上施加电压脉冲或电流脉冲,前述记忆用薄膜之 阻抗变化,来进行资讯之记录。 3.如请求项1之记忆元件,其中在前述记忆用薄膜中 ,前述稀土类元素之含有组成比在膜厚方向具有组 成梯度。 4.如请求项1之记忆元件,其中形成仅可记录一次之 构造。 5.一种记忆装置,其特征为具有: 记忆元件,其系在第一电极与第二电极之间夹着记 忆用薄膜而构成,前述记忆用薄膜中至少含有稀土 类元素,前述记忆用薄膜内或与前述记忆用薄膜相 接之层中含有自铜、银、锌选出之任何一种元素, 前述记忆用薄膜内或与前述记忆用薄膜相接之层 中含有自鍗、硫及硒选出之任何一种元素; 连接于前述第一电极侧之配线;及 连接于前述第二电极层侧之配线; 前述记忆元件系配置多数个。 6.如请求项5之记忆装置,其中前述记忆元件形成仅 可记录一次之构造。 7.一种记忆元件,其特征为: 系在第一电极与第二电极层之间夹着记忆用薄膜 而构成, 前述记忆用薄膜包含绝缘材料, 在前述记忆用薄膜与前述第一电极或前述第二电 极层之间,形成导电性或半导电性之薄膜,其系含 有:自铜、银、锌选出之任何一种元素,及自鍗、 硫及硒选出之任何一种元素, 前述导电性或半导电性之薄膜中含有稀土类元素 。 8.如请求项7之记忆元件,其中前述导电性或半导电 性之薄膜含有:自铜、银、锌选出之任何一种元素 及鍗。 9.如请求项7之记忆元件,其中前述绝缘材料系稀土 类氧化物。 10.如请求项7之记忆元件,其中前述绝缘材料系氮 化物。 11.如请求项7之记忆元件,其中形成仅可记录一次 之构造。 12.一种记忆装置,其特征为具有: 记忆元件,其系在第一电极与第二电极之间夹着记 忆用薄膜而构成,前述记忆用薄膜包含绝缘材料, 在前述记忆用薄膜与前述第一电极或前述第二电 极层之间形成导电性或半导电性之薄膜,其系含有 :自铜、银、锌选出之任何一种元素,及自鍗、硫 及硒选出之任何一种元素,前述导电性或半导电性 之薄膜中含有稀土类元素; 连接于前述第一电极侧之配线;及 连接于前述第二电极层侧之配线; 前述记忆元件系配置多数个。 13.如请求项12之记忆装置,其中前述记忆元件形成 仅可记录一次之构造。 14.一种记忆元件,其特征为: 系在第一电极与第二电极层之间夹着记忆用薄膜 而构成, 前述记忆用薄膜包含绝缘材料或半导体材料, 在前述记忆用薄膜与前述第一电极或前述第二电 极层之间,形成含有鍗化铜之薄膜。 15.一种记忆装置,其特征为具有: 记忆元件,其系在第一电极与第二电极之间夹着记 忆用薄膜而构成,前述记忆用薄膜包含绝缘材料或 半导体材料,在前述记忆用薄膜与前述第一电极或 前述第二电极层之间形成含有鍗化铜之薄膜; 连接于前述第一电极侧之配线;及 连接于前述第二电极层侧之配线; 前述记忆元件系配置多数个。 16.一种记忆元件,其特征为: 系在第一电极与第二电极层之间夹着记忆用薄膜 而构成, 在前述记忆用薄膜内或与前述记忆用薄膜相接之 层中含有自铜、银、锌选出之任何一种元素, 在前述记忆用薄膜内或与前述记忆用薄膜相接之 层中含有自鍗、硫及硒选出之任何一种元素, 前述记忆用薄膜之底层材料具有非晶质构造。 17.如请求项16之记忆元件,其中前述记忆用薄膜内 进一步至少含有自钇、镧、钕、钐、钆、铽、镝 中选出之一种以上之稀土类元素。 18.如请求项17之记忆元件,其中前述记忆用薄膜之 前述稀土类元素之一部分形成氧化物薄膜。 19.如请求项17之记忆元件,其中前述记忆用薄膜中, 前述稀土类元素与氧之组成比,前述稀土类元素与 自铜、银、锌选出之元素之组成比,及前述稀土类 元素与自鍗、硫及硒选出之元素之组成比之至少 任何一个,在膜厚方向具有组成梯度。 20.如请求项16之记忆元件,其中藉由在前述记忆用 薄膜上施加电压脉冲或电流脉冲,前述记忆用薄膜 之阻抗变化,来进行资讯之记录。 21.如请求项20之记忆元件,其中藉由将施加于前述 记忆用薄膜之前述电压脉冲或前述电流脉冲,在资 讯记录时与资讯删除时形成不同之极性,前述阻抗 可逆地变化。 22.如请求项16之记忆元件,其中构成仅可记录一次 。 23.一种记忆装置,其特征为具有: 记忆元件,其系在第一电极与第二电极之间夹着记 忆用薄膜而构成,在前述记忆用薄膜内或与前述记 忆用薄膜相接之层中含有自铜、银、锌选出之任 何一种元素,前述记忆用薄膜内或与前述记忆用薄 膜相接之层中含有自鍗、硫及硒选出之任何一种 元素,前述记忆用薄膜之底层材料具有非晶质构造 ; 连接于前述第一电极侧之配线;及 连接于前述第二电极层侧之配线; 前述记忆元件系配置多数个。 24.如请求项23之记忆装置,其中在前述记忆元件之 前述记忆用薄膜内进一步至少含有自钇、镧、钕 、钐、钆、铽、镝中选出之一种以上之稀土类元 素。 25.如请求项23之记忆装置,其中前述记忆元件形成 仅可记录一次之构造。 图式简单说明: 图1系本发明一种实施形态之记忆元件之概略构造 图(剖面图)。 图2系显示试料1之I-V特性之测定结果图。 图3系显示试料2之I-V特性之测定结果图。 图4系显示试料3之I-V特性之测定结果图。 图5系以透过电子显微镜观察试料3之剖面之图像 。 图6系显示试料3之膜厚方向之组成梯度图。 图7系显示试料3中铜浓度高时之膜厚方向之组成 梯度图。 图8系显示试料4之I-V特性之测定结果图。 图9系显示试料5之I-V特性之测定结果图。 图10系显示试料6之I-V特性之测定结果图。 图11系显示试料7之I-V特性之测定结果图。 图12系显示试料8之I-V特性之测定结果图。 图13系显示试料9之I-V特性之测定结果图。 图14系显示试料10之I-V特性之测定结果图。 图15系显示试料11之I-V特性之测定结果图。 图16系显示试料12之I-V特性之测定结果图。 图17系显示试料13之I-V特性之测定结果图。 图18系显示试料14之I-V特性之测定结果图。 图19系显示试料15之I-V特性之测定结果图。 图20系显示试料16之I-V特性之测定结果图。 图21系显示试料17之I-V特性之测定结果图。 图22系显示试料18之I-V特性之测定结果图。 图23系显示试料19之I-V特性之测定结果图。 图24系显示试料20之I-V特性之测定结果图。 图25系显示试料21之I-V特性之测定结果图。 图26系显示试料22之I-V特性之测定结果图。 图27系显示试料23之I-V特性之测定结果图。 图28系显示试料24之I-V特性之测定结果图。 图29系显示试料25之I-V特性之测定结果图。 图30系显示试料26之I-V特性之测定结果图。 图31系显示试料27之I-V特性之测定结果图。 图32系显示试料28之I-V特性之测定结果图。 图33系显示试料29之I-V特性之测定结果图。 图34系离子源层与记忆用薄膜之堆叠顺序颠倒之 形态之记忆元件之概略构造图(剖面图)。 图35系显示试料30之I-V特性之测定结果图。 图36系显示试料31之I-V特性之测定结果图。 图37系显示试料32之I-V特性之测定结果图。 图38系显示试料33之I-V特性之测定结果图。 图39系本发明其他实施形态之记忆元件之概略构 造图(剖面图)。 图40A、40B、40C系显示试料35之奥格电子分光(AES)之 组成分析之测定结果图。 图41系显示试料34之I-V特性之测定结果图。 图42系显示试料35之I-V特性之测定结果图。 图43A系试料34之记忆元件之剖面TEM图像。图43B系 说明图43A之TEM图像构造之概略构造图。 图44C系图43A之X点之电子绕射图形。图44D系图43A之 Y点电子绕射图形。 图45A系试料35之记忆元件之剖面TEM图像,图45B系说 明图45A之TEM图像构造之概略构造图。 图46C系图45A之W点之电子绕射图形。图46D系图45A之 Z点电子绕射图形。 图47系本发明另外实施形态之记忆元件之概略构 造图(剖面图)。 图48系本发明另外实施形态之记忆元件之概略构 造图(剖面图)。 图49系使用图48所示之记忆元件构成记忆装置时之 等价电路图 图50A、B系显示试料36之I-V特性之测定结果图。 图51系显示试料37之I-V特性之测定结果图。 图52系试料38之记忆元件之概略构造图(剖面图)。 图53系显示试料38之I-V特性之测定结果图。
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