[发明专利]电阻变化型非易失性存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有由电阻值基于电信号而可逆地变化的电阻变化元件和选择元件构成的存储单元的电阻变化型非易失性存储装置。

背景技术

近年来，具有使用电阻变化元件构成的存储单元的非易失性存储装置的研究开发不断进展。所谓电阻变化元件，是指具有电阻值根据电信号而可逆地变化的性质、而且能够将对应于该电阻值的数据非易失性地存储的元件。

作为使用电阻变化元件的非易失性存储装置，一般已知有以矩阵状阵列配置有在正交配置的位线与字线、源极线(source line)的交点的位置串联连接有MOS晶体管和电阻变化元件的、所谓1T1R型的存储单元的非易失性存储装置。

此外，以更高集成化为目标，在正交的位线与字线的交点的位置串联连接有二极管元件和电阻变化元件的所谓的交叉点型的非易失性存储装置的研究也正热烈地进行。

在专利文献1中，公开了如下技术，即：具有通过电阻的状态而存储、保持信息的电阻变化元件、和与该电阻变化元件串联连接的电路元件而构成存储单元，通过对该存储单元施加电压、电流，将电阻变化元件的电阻值保持为较高的状态和较低的状态。

图19是在由专利文献1所公开的存储装置中使用的存储单元C的电路图。存储单元C将电阻变化元件A与电路元件T电气地串联连接而形成。电阻变化元件A是在两个电极之间(例如上部电极与下部电极之间)夹着存储层的结构，可以举出存储层由稀土类氧化膜等的非晶质薄膜构成的结构。公开了在该稀土类氧化膜中含有Cu、Ag、或Zn那样的容易电离的金属的结构。此外，电路元件T使用MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)晶体管，通过对栅极端子施加规定的电压V_GS，具有如下功能，即：作为控制向电阻变化元件A的访问的有源元件而发挥作用，并且还作为对电阻变化元件A的负载元件而发挥作用。在电路元件T为导通状态下，通过对存储单元C的两端的端子V1和V2施加规定的电压及电流，能够使电阻变化元件A的电阻值变化。

图20表示在专利文献1中公开的电阻变化元件A的电压-电流变化。如果将使电阻变化元件A从电阻值较高的状态向电阻值较低的状态变化的动作定义为写入、将使电阻变化元件A从电阻值较低的状态向电阻值较高的状态变化的动作定义为擦除，则作为电阻变化元件A的动作的一例，如果从最初的电阻变化元件A的电阻值较大、不易流过电流的状态(ST1)施加写入阈值电压(+1.1X[V])以上，则流过电流，电阻值下降(ST2)。并且，电阻变化元件A向欧姆特性变化(ST3)，成为电流与电压成比例流过的状态。然后，即使使电压回到0V(0伏特)也持续保持该较低的电阻值。接着，如果将负的电压施加在电阻变化元件A上、使施加电压变大，则在擦除阈值电压(-1.1X[V])下电流减小(ST4)，向与擦除状态相同的较高的电阻值变化。然后，即使使电压回到0V也持续保持该较高的电阻值(ST5)。

图21是表示在专利文献1中公开的电阻变化元件A的工作点的变化的图。纵轴表示流到对应于电路元件T的MIS晶体管T及电阻变化元件A的电流[A]，横轴表示对MIS晶体管T及电阻变化元件A施加的电压[V]。虚线的图形是将MIS晶体管T的栅极电压改变为VG1、VG2、VG3(VG1＞VG2＞VG3)时的电压-电流特性，实线的图形表示电阻变化元件A的低电阻状态及高电阻状态的电压-电流特性。另外，高电阻状态与横轴重叠表示。

如图21的实线所示，通过对存储单元C的两端的端子V1与V2之间施加电压V(1.0V)，当在电阻变化元件A的电极间施加了电压Vth(约0.52V)时，电阻变化元件A从高电阻状态变化为低电阻状态。此时，表示出，电阻变化元件A的电阻值根据经由MIS晶体管T流到电阻变化元件A的电流值来决定。例如，当栅极电压为VG1时，到流过电流最多的工作点P1有电流流动，根据由该工作点P1表示的电压与电流的关系求出的电阻值成为电阻变化元件A的低电阻状态的电阻值。同样，表示出，当栅极电压为VG2时根据更高电阻的工作点P2的电压与电流的关系、当栅极电压为VG3时根据进一步高电阻的工作点P3的电压与电流的关系求出的电阻值，成为电阻变化元件A的低电阻状态的电阻值。

即，公开了一种记录装置，该记录装置通过控制对由电阻变化元件A和MIS晶体管T构成的存储单元C的两端施加的电压及MIS晶体管T的栅极电压，能够控制电阻变化元件A的低电阻状态的电阻值，利用该特征能够实线多值数据的记录。