存儲器件和存儲裝置的製作方法

2023-10-10 04:59:29

專利名稱：存儲器件和存儲裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能夠記錄信息的存儲器件和使用該存儲器件的一種存儲裝置。
背景技術：
在諸如計算機的信息設備中，能高速運行的高密度DRAM(動態RAM(隨機存取存儲器))被廣泛地用做隨機存取存儲器。
然而，由於與一般的邏輯電路(大規模集成電路(LSI電路))和信號處理電路相比，DRAM的製造流程要複雜的多，因此不可避免地增加了DRAM的製造成本。
另外，DRAM是一種易失性存儲器，當斷電時其上的信息會丟失，因此會頻繁地進行更新操作，即被寫入的信息(數據)將被讀出、放大並再次寫入DRAM。
由於這個原因，已經提出了一種FeRAM(鐵電存儲器)和MRAM(磁存儲器)作為當斷電時可以防止信息丟失的非易失存儲器。
這些存儲器可以在無電力供應時長時間地保持寫入的信息。
由於這些存儲器是非易失性存儲器，因此無需更新操作並可以指望降低功耗。
但是，上述非易失性存儲器很難在保持存儲器特性的同時使組成該存儲器件的每個存儲單元的尺寸減小。
結果是很難將器件的大小降低到設計規則所規定和製造流程所規定的限度內。
因此，已經提出了一種作為適於減小尺寸的存儲器的新型存儲器件。
這種存儲器件在結構上將一個包含了某種金屬的離子導體夾在兩個電極之間。
由於兩個電極中的每一個都包含有包含在離子導體中的一金屬，因此當給兩個電極施加電壓時，電極中所包含的金屬就作為離子擴散到離子導體中，從而改變諸如離子導體的電阻值或電容的電氣特性。
可以使用這種特性來構建存儲器件(例如，參見所引用的專利參考文獻1和非專利參考文獻2)。
具體地說，該離子導體由固體硫化物和金屬構成。特別是，該離子導體由帶有Ag，Cu，Zn的固體溶液AsS，GeS，GeSe構成。其中兩個電極中的任何一個電極都包含Ag，Cu，Zn，Z(參見上述所引用的專利文獻1)。
此外，已經提出了各種使用晶體氧化材料的非易失性存儲器。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構成的下電極和由Au或Pt構成的上電極之間的結構的裝置中，有報告說存儲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2)。但是其原理的細節則不得而知。
日本公開的專利申請的政府公報No.2002-536840[引用的非專利文獻1]Nikkei Electronics，2003-1-20(p.104)[引用的非專利文獻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構的存儲器件存在下述問題，即在上述製造處理中由於諸如溫度的升高助長了其電子變化的上述離子導體的結晶，溫度的上升是由記錄電流的焦耳熱量產生的，在長時間周期存儲數據的過程中具有這種長時間周期的熱負載，從而使得所述離子導體全部和部分地結晶，由此改變了諸如存儲器件的電阻值和經理/擦除工作電壓變化的原始電器特性。
這樣，當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，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，這種存儲器件解決了許多問題，但很難低成本地大量製造這種存儲器件。
另外，為了取得良好質量的結晶性，應當執行700℃的高溫處理，而這產生了由於加熱而導致預先形成的MOS電晶體的特性失真的問題。
此外，為了促使能晶體生長，應當限制底層的材料並因此應當使用單一的晶體材料。

發明內容
從前述方面出發，本發明的一個目的是提供一種具有能相對穩定地記錄信息並讀出信息的結構的存儲器件。
本發明的另一個目的是提供一種能通過一種相對簡單的製造方法方便地製造出的存儲器件。
本發明的進一步的目的是提供一種使用上述存儲器件的存儲裝置。
根據本發明的存儲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器薄膜，其中，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu，Ag，Zn中選出的任何一種元素，和該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層還包含從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器薄膜中和與所述層接觸的所述層中。
根據本發明上述存儲器件的結構，由於存儲器薄膜夾在第一和第二電極之間，存儲器薄膜至少包含稀土元素，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu，Ag，Zn中選出的任何一種元素，該存儲器薄膜或與該存儲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器薄膜的電阻狀態記錄信息。
更具體地，當伴隨著將一正電勢施加到一電極端而向所述存儲器件施加所述電壓時，Cu，Ag，Zn被離子化並擴散到存儲器薄膜中，並在其它電極端部分粘著在電子上從而沉積或殘留在存儲器薄膜中形成絕緣薄膜的雜質層，由此降低了存儲器薄膜的電阻值從而可以記錄信息。
另外，在這種狀態下，當伴隨著將一負電勢施加到所述電極端而向所述存儲器件施加一負電壓時，已經沉積在其它電極端的Cu，Ag，Zn被再次離子化並返回初始狀態以便使存儲器薄膜的電阻值返回初始高狀態並增加存儲器件的電阻值，因此能擦除所記錄的信息。
這樣，由於該存儲器薄膜包含有稀土元素，因此可以提高存儲器薄膜的結晶溫度或熔點，從而使該存儲器薄膜的微細結構相對於溫度的上升而保持穩定。結果是，由於改善了存儲器薄膜的耐熱屬性，因此能改善製造生產率，即改善存儲器件的高溫處理。同時，可以提高相對於在諸如記錄那樣的存儲器件操作中所產生的局部溫度上升的穩定性，從而可以增加重複寫入的次數。而且，即便當在高溫環境下長時間存儲數時據，也能穩定地保持該高電阻狀態。
可以對上述根據本發明的存儲器件進行修改以使其只能記錄一次信息。
由於上述結構，當所述電壓被施加到第一和第二電極時，如果該電壓比絕緣耐壓大，那麼在存儲器薄膜中將發生擊穿從而改變該存儲器薄膜的電阻狀態以便記錄信息。具體地說，由於該存儲器薄膜包含稀土元素，所以該存儲器件具有熱穩定性並能以非常小的電流記錄信息，同時可以穩定地保持記錄後所呈現的電阻狀態而不會產生切斷現象。結果是可以充分穩定地記錄信息。
根據本發明的存儲裝置包括一存儲器件，該存儲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器薄膜，該存儲器薄膜至少包括稀土元素，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu，Ag，Zn中選出的任何一種元素，該存儲器薄膜或與該存儲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，其中設置了大量的存儲器件。
根據本發明上述存儲裝置的結構，由於該存儲裝置包括了本發明的上述存儲器件，其中設置了大量存儲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器件施加以電流來記錄或擦除信息。
根據本發明的存儲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並在所述存儲器薄膜和所述第一電極或第二電極之間形成的導體或半導體薄膜，其中該導體或半導體薄膜包含一種稀土元素。
根據本發明上述的存儲器件結構，由於該存儲器薄膜被夾在所述第一和第二電極之間，該存儲器薄膜由絕緣材料形成，所述導體或半導體薄膜包含從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於所述存儲器薄膜和所述第一或所述第二電極之間和該導體或半導體薄膜包含一種稀土元素，因此，可以通過使用其中存儲器薄膜的電阻值發生變化的現象來記錄信息。
另外，由於該存儲器薄膜由絕緣材料構成，因此，可以在高電阻狀態下相對地增加電阻值。
這樣，由於該導體或半導體薄膜包含稀土元素，因此，可以提高該導體或半導體薄膜的結晶溫度從而抑制在高溫度環境下的晶體化。結果，由於能均勻地形成該導體或半導體薄膜並且能夠抑制該導體或半導體薄膜表面的粗糙程度，因此就可以均勻地形成存儲器薄膜。同時，可以抑制由於在保存存儲器件或使用該存儲器件時產生的熱滯後所導致的存儲器件特性的惡化。
在本發明上述存儲器件中，導體或半導體薄膜可以包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，並可以包含Te。
利用上述結構，由於Te比S和Se具有更高的電導性，因此，可以降低該導體或半導體薄膜的電阻值。結果是，通過記錄和擦除信息，電阻值的變化主要發生在具有高電阻的存儲器薄膜中。因此，即便該導體或半導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明顯地影響存儲器的運行。
根據本發明的一個存儲裝置包括一個存儲器件，該存儲器件包括第一電極、第二電極以及夾在該第一和第二電極之間的存儲器薄膜，該存儲器薄膜由絕緣材料形成，導體或半導體薄膜包含從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並形成於所述存儲器薄膜和第一或第二電極之間，該導體或半導體薄膜包含稀土元素，該存儲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，其中設置了大量存儲器件。
根據本發明上述存儲裝置的結構，由於該存儲裝置包括了本發明的上述存儲器件，其中設置了大量存儲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器件施加電流來記錄或擦除信息。
在根據本發明的存儲器件中，所述存儲器薄膜被夾在所述第一和第二電極之間，該存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料構成，並在所述存儲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。
根據本發明的上述存儲器件結構，由於該存儲器薄膜被夾在所述第一和第二電極之間，存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料構成，並在存儲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器薄膜的電阻狀態發生改變的現象來記錄信息。
另外，由於該存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料構成，並在存儲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，由於Cu和Te在存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料製成時具有高導電性而降低包含CuTe的薄膜的電阻值以便相對地提高該存儲器薄膜的電阻值。結果是，電阻值的改變主要在具有高電阻的存儲器薄膜中由記錄和擦除信息而產生。
即使包含Cu和Te的薄膜的一部分由於溫度的上升而結晶從而導致該薄膜的電阻值發生變化，這種電阻值的變化也不會明顯地影響該存儲器件電阻值的改變，從而不會顯著地影響存儲器的運行。
因此，當製造該存儲裝置時，可以在高溫度環境下使用或保存，從而抑制熱滯後所導致的存儲器件特性的惡化。
根據本發明的存儲裝置包括存儲器件，該存儲器件包括第一電極，第二電極以及夾在該第一和第二電極之間的存儲器薄膜，該存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料構成，並在存儲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，其中設置了大量的存儲器件。
根據本發明上述存儲裝置的結構，由於該存儲裝置包括本發明上述的存儲器件、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，其中設置了大量的存儲器件，所以可以通過從互連器向存儲器件施加電流來記錄或擦除信息。
一種根據本發明的存儲器件包括第一電極、第二電極和夾在該第一和第二電極之間的存儲器薄膜，其中，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，存儲器薄膜或與該存儲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器薄膜的底層材料具有非結晶結構。
根據本發明上述的存儲器件，由於該存儲器薄膜夾在第一和第二電極之間，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，存儲器薄膜或與該存儲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器薄膜的電阻狀態來記錄信息。
同時，由於該存儲器薄膜的底層材料具有非結晶結構，因此，在該底層材料上形成的存儲器薄膜能以均勻非結晶結構形成，因此在該存儲器薄膜和該存儲器薄膜上的電極之間的界面能形成平面。在這種方式中，由於在該存儲器薄膜和該存儲器薄膜上的電極之間的界面能形成平面，因此，在該存儲器薄膜內分布的電場就變得很均勻且可以抑制當該存儲器件從高電阻狀態變到低電阻狀態時所需的開關電壓偏差，而且還可以設定相對於各自記錄和擦除都相同的值。
在根據本發明上述存儲器件中，該存儲器薄膜還進一步包括至少從Y、La、Nd、Sm、Gd、Yb、Dy中選出的稀土元素。
根據上述結構，由於稀土元素的熱穩定性，因此，可以以非常小的電流穩定地記錄信息。
一種根據本發明的存儲裝置包括一種存儲器件，該存儲器件包括第一電極、第二電極、夾在第一和第二電極之間的存儲器薄膜，該存儲器薄膜至少包括稀土元素，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一個，同時該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的層包含從Te，S，Se中任選的一種元素，該存儲器件還包括其中設置了大量的存儲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。
根據以上所述的本發明的存儲裝置的結構，由於該存儲裝置包括了本發明上述的存儲器件，其中設置了大量的存儲器件的一個連接到第一電極一端的互連器和一個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器件施加電流來記錄信息或擦除信息。
另外，由於能降低該存儲器件的開關電壓的偏差，因此可以穩定地操作該存儲裝置。
根據本發明的存儲裝置，能降低在該存儲器件記錄信息所需的電流，因此可以在信息記錄前後保持該存儲器件足夠大的電阻變化。
另外，能降低在存儲器件上記錄信息時消耗的功率並能夠從該存儲器件方便地讀出信息。
同時，可以減低在存儲器件上記錄信息所需的時間。
而且，由於通過使用該存儲器件的電阻值變化來在該存儲器件上記錄信息，具體地說，是存儲器薄膜的電阻值變化，因此即便當該存儲器件微型化時，其依具有能方便記錄信息並方便地存儲所記錄的信息的優點。
因此，根據本發明，能方便地在該存儲裝置上記錄信息並從該存儲裝置中讀出羧基路的信息，該能降低該存儲裝置的功率消耗，還能高速地運行該存儲裝置並構建高可靠性的存儲裝置。
同時，該存儲裝置能以高集成度(高密度集成)集成並能微型化。
而且，可以由用於製造普通MOS(金屬氧化物半導體)邏輯電路的材料和製造流程的方法來製造本發明的存儲器件能。
因此，根據本發明，可以低廉地製造該具有熱穩定性的存儲器件和存儲裝置並因此可以提供一種低廉的存儲裝置。同時，還可以提高製造存儲裝置中的產率。
具體地，如果該存儲器件的存儲器薄膜具有包含至少一種稀土元素這樣的結構，那麼當在高溫環境下使用該存儲器件或在該存儲器件中長時間存儲數據時，由於該存儲器件能穩定地保持高電阻狀態，因此，記錄在存儲器薄膜上的信息能穩定地存儲並且該存儲器件具有更高的穩定性。
而且，由於能用非常小的電流穩定地在存儲器件上記錄信息，因此可以降低在存儲器件上記錄信息所消耗的功率。
同時，具體地，即便當該薄膜的電阻值比夾在該存儲器件和電極之間的存儲器薄膜的電阻值低的多時，也可以抑制由於溫度升高電阻值發生改變而產生的影響。因此，與上述類似，當在高溫環境下使用該存儲器件或在該存儲器件中長時間存儲數據時，該存儲器件可以穩定地保持高電阻狀態。因此，由於記錄在存儲器薄膜上的信息能穩定地保持，因而可以使該存儲器件變得具有更高的可靠性。
而且，具體地，當該存儲器薄膜的底層材料具有非結晶結構時，由於開關電壓能被設定為相對於存儲/擦除的唯一值並且開關電壓的擴散能被降低，因此能穩定的操作該存儲器。


圖1示出了根據本發明一個實施例的存儲器件的結構的示意圖(剖面圖)；圖2示出了例1的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖3示出了例2的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖4示出了例3的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖5是一個高倍放大的圖像，示出了當通過透射式電子顯微鏡獲得例3的剖面時所獲取的圖形；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Cu濃度高時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)特性的測量結果；圖9示出了例5的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖10示出了例6的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖11示出了例7的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖12示出了例8的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖13示出了例9的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖14示出了例10的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖15示出了例11的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖16示出了例12的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖17示出了例13的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖18示出了例14的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖19示出了例15的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖20示出了例16的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖21示出了例17的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖22示出了例18的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖23示出了例19的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖24示出了例20的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖25示出了例21的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖26示出了例22的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖27示出了例23的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖28示出了例24的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖29示出了例25的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖30示出了例26的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖31示出了例27的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖32示出了例28的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖33示出了例29的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖34簡要示出了其中離子源層和存儲器薄膜層的疊層順序被反轉的存儲器件的結構(剖面圖)；圖35示出了例30的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖36示出了例31的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖37示出了例32的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖38示出了例33的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖39簡要示出了根據本發明另一實施例的存儲器件的結構(剖面圖)；圖40A到40C示出了利用俄歇電子能譜(AES)分析例35的成分時所獲得的測量結果的各個相應的曲線圖；圖41示出了例34的I到V(電流到電壓)特性的測量結果的圖表；圖42示出了例35的I到V(電流到電壓)特性的測量結果的圖表；圖43A是一個高倍放大的圖像，示出了一個通過透射式電子顯微鏡所獲得的例34的存儲器件的剖面的TEM(Transmission Electron Microscope，透射式電子顯微鏡)圖形；圖43B是用於解釋圖43A中的TEM圖像結構的示意圖；圖43C是一個顯示圖43A中點X的電子衍射圖案；圖43D是一個顯示圖43A中點Y的電子衍射圖案；圖44A是例35的存儲器件的剖面的TEM圖形的高倍放大部分；圖44B是用於解釋圖44A的TEM圖形結構的示意圖；圖44C是一個顯示圖44A中點W的電子衍射圖案；圖44D是一個顯示圖44A中點Z的電子衍射圖案；圖45是顯示根據本發明又一實施例的存儲器件的結構的示意圖(剖面圖)；圖46是顯示根據本發明再一實施例的存儲器件的結構的示意圖(剖視圖)；圖47是在通過使用圖46中所示存儲器件構建一個存儲裝置時得到的等效電路圖；圖48A和48B分別示出了例36的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖49示出了例37的I到V(電流到電壓)特性的測量結果；圖50示出了例38的存儲器件的結構的示意圖(剖面圖)；和圖51示出了例38的I到V(電流到電壓)特性的測量結果。
具體實施例方式
現將參考附圖來詳細地描述本發明。
圖1是顯示根據本發明一個實施例的存儲器件的結構的示意圖(剖面圖)。
如圖1所示，存儲器件10包括具有高導電性的襯底1，例如是一個重摻雜有P型雜質並在其上形成下電極2的(P++)矽襯底1。在該下電極2上形成了一個包含Cu、Ag、Zn的層3，在層3上形成存儲器薄膜4。上電極6通過一個形成於該存儲器薄膜4上絕緣層5上面的通孔與該存儲器薄膜相連。
下電極2可以由供半導體處理使用的互連材料構成，例如是TiW、Ti、W、WN、Cu、Al、Mo、Ta和矽化物等。
例如，當下電極2由TiW膜構成時，可以在10nm到100nm的範圍中選擇下電極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，即稍後將要描述的充當離子源的金屬元素。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，當離子源層3由GeSbTeCu薄膜構成時，可以在5nm到50nm的範圍中選擇其薄膜厚度。另外，當離子源層3由Cu、Ag、Zn構成時，可以在2nm到30nm的範圍中選擇其薄膜厚度。
存儲器薄膜4具有這樣一種結構，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)形成於其薄膜厚度方向的該薄膜全部或部分上。
該存儲器薄膜4形成的薄膜厚度在0.5nm到10nm的範圍內。當以上述薄膜厚度形成存儲器薄膜4時，就可以在高溫下穩定地形成非結晶狀態，從而能夠增加和穩定電阻值。
這樣，存儲器薄膜4就變得能夠穩定地記錄信息，如稍候將要描述的例7所示。
這樣，由於稀土氧化物通常是絕緣薄膜，所以就可以通過降低存儲器薄膜4的薄膜厚度以引起存儲器薄膜4的電流流動。
此外，雖然該存儲器薄膜4中的氧成分通常以相對於稀土元素(RE)的RE2O3形式存在，但是由於該存儲器薄膜4可以由非結晶薄膜充分地形成並可以具有比半導體區域的導電性低的電屬性，所以該氧成分並不限於上述成分和可以是REOx(0.5＜x≤1.5)。
此外，除了稀土元素以外，該存儲器薄膜4還可以預先包括諸如Ge、Si、Sb、Ti、W、Cu、Ag、Zn、Fe、Co、P、N、H、Te、S、Se的元素。
由上述材料構成的存儲器薄膜4具有其阻抗(電阻值)隨著施加的電壓脈衝或電流脈衝而變化的特性。
於是，該存儲器薄膜4的電阻值的變化遠大於其它層。因此，整個存儲器件10的電阻值的變化主要受到存儲器薄膜4的影響。
因此，可以使用存儲器薄膜4的電阻值的變化在存儲裝置10上記錄信息。
絕緣層5可以由經過固化處理的光阻材料構成，所述光阻材料可以是通常在半導體器件中使用的SiO2、Si3N4或其它材料，例如。所述其它材料諸如是SiON、SiOF、Al2O3、Ta2O5、ZrO2的無機材料、氟化有機材料和芬芳類有機材料等。
上電極6可以由類似於下電極2的普通半導體互連材料構成。
根據該實施例所說的存儲器件10可以通過下述的操作來存儲信息。
首先，例如向包含Cu、Ag和Zn的離子源層3施加正電勢(+電勢)以便用這種把上電極6的一端設定為負極的方式給存儲器件10施加一個正電壓。因此，使Cu、Ag、Zn離子化，並從離子源層3擴散到存儲器薄膜4中並粘著在上電極6一端的電子上，從而它們以擴散到存儲器薄膜4的狀態下沉積或留在存儲器薄膜4上。
接著，在存儲器薄膜4內部形成一條包含大量Cu、Ag、Zn的電流路徑或在存儲器薄膜4內形成大量基於Cu、Ag、Zn的壞點，從而降低存儲器薄膜4的電阻值。由於除存儲器薄膜4以外的其它各個層的電阻值從一開始相比在存儲器薄膜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器薄膜4的電阻值來降低整個存儲器件10的電阻值。
此後，當通過消除正電壓來消除施加給存儲器件10的電壓時，存儲器件10被保持在降低電阻值的狀態。這樣，就可以記錄信息。當把根據該實施例所說的存儲裝置應用於一個只能在其上記錄一次信息的存儲器件時，即所謂的PROM(可編程只讀存儲器)，僅僅通過上述記錄處理就能完成信息的記錄。
相反，當把根據該實施例所說的存儲裝置應用於可擦除的存儲裝置時，即應用於所謂的RAM(隨機存取存儲器)或EERPOM(電可擦除和可編程的只讀存儲器)等時，就需要一個擦除處理。在擦除處理中，例如給包含Cu、Ag、Zn的離子源層3施加負電勢(-電勢)，從而以將上電極6的一端設定為正極的方式向存儲器件10施加一負電勢。結果是，構成與存儲薄膜4一起形成的電流路徑或雜誌界面的Cu、Ag、Zn被離子化，並在存儲器薄膜4內部移動和返回到離子源層3的所述端。
接著，從存儲器薄膜4中丟失基於Cu、Ag、Zn的電流路徑或壞點以便提高存儲器薄膜4的電阻值。由於除存儲器薄膜4之外的其它各個層的電阻值從一開始就很小，因此就有可能通過提高存儲器薄膜4的電阻值來提高整個存儲器件10的電阻值。
隨後，當通過消除負電勢來切斷施加到存儲器件10的電壓時，存儲器件處於提高電阻值的狀態。因此，可以擦除所記錄的信息。
重複上述處理，就可以重複地在存儲器件10上記錄(寫入)信息或從存儲器件10中擦除所記錄的信息。
因此，例如當分別使電阻值高的狀態對應於信息「0」而電阻低的狀態相對應於信息「1」時，在通過施加所述正電壓在所述存儲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電壓從所述存儲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」。
雖然通常存儲器薄膜4在記錄前的初始狀態中具有高電阻值，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的處理，存儲器薄膜4可以在記錄狀態中保持初始的低電阻狀態。
在存儲裝置上記錄信息後所獲得的電阻值取決於諸如在記錄中提供的電壓脈衝寬度或電流脈衝寬度，電流量等的記錄情況而不是存儲器件10的存儲單元大小以及存儲器薄膜4的材料組成，並且當初始電阻值高於100KΩ時，上述在存儲裝置上記錄信息後所獲得的電阻值將落到從50Ω到50KΩ的範圍內。
由於在初始狀態的電阻值和在記錄後獲得的電阻值之間的比值大於兩倍就足以解調所記錄的數據，所以，在記錄前所獲得的電阻值為100Ω而在記錄後所獲得的電阻值是50Ω，或者在記錄前所獲得的電阻值是100KΩ而在記錄後所獲得的電阻值是50KΩ。因此，可以設置存儲器薄膜4的初始電阻值來滿足上述情況。可以通過調整氧濃度、薄膜厚度、面積和進一步通過雜質材料的添加來調節存儲器薄膜4的電阻值。
例如，可以如下來製造圖1所示存儲器件10。
首先，將例如是TiW薄膜的下電極2沉積在具有高導電性的襯底1、例如是重摻雜有P類型雜質的矽襯底上。
接著，將離子源層3(例如，Cu層)沉積在下電極2上，然後將存儲器薄膜4(例如，Gd2O3薄膜)沉積在該離子層3上。
然後，當形成絕緣層5以覆蓋存儲器薄膜4時，通過光刻法去除部分絕緣層5並形成與存儲器薄膜4接觸的部分。
接著，例如由磁控濺射設備使一層TiW薄膜沉積作為上電極6。
此後，通過一種諸如等離子蝕刻那樣的適當方法來圖形化該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)那樣的適當方法來圖形化該TiW薄膜。
如此就可以製造如圖1所示的存儲器件10。
根據上述實施例所說存儲器件10的結構，由於包含Cu、Ag、Zn的離子源層3與由氧化物和稀土元素組成的存儲器薄膜夾在下電極2和上電極6之間，因此，例如當通過把所述正電壓(+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的一端設定為負狀態時，在存儲器薄膜4內形成包含大量Cu、Ag、Zn的電流路徑或在該存儲器薄膜4內形成大量基於Cu、Ag、Zn的壞點，從而降低了存儲器薄膜4的電阻值和整個存儲器件10的電阻值。這樣，當停止施加正電壓以致該電壓沒有被施加給存儲器件10時，保持降低電阻值的狀態並變得可以記錄信息。可以將這種結構應用於諸如PROM那樣只能記錄一次信息的存儲裝置。
因此，由於使用存儲器件10的電阻值變化、特別是存儲器薄膜4的電阻值變化在存儲裝置上記錄信息，所以，即使當存儲器件10被微型化時，也能很容易地在存儲裝置上記錄信息或在該存儲裝置中存儲所記錄的信息。
另外，在把上述本實施例的結構應用於其它諸如RAM和EEPROM那樣既能記錄信息也能擦除信息的存儲裝置中時，通過將所述負電壓(-電勢)施加到被置於上述記錄狀態的例如包含Cu、Ag、Zn的離子源層3的存儲器件10將上電極6的一端設定為所述正狀態。結果是，依據Cu、Ag、Zn而在存儲器薄膜4內形成的電流路徑或壞點消失，從而提高了存儲器薄膜4的電阻值，並導致整個存儲器件10的電阻值增加。當停止向存儲器件10施加負電壓以致所述電壓不可能被施加給存儲器件10時，保持提高電阻值的狀態從而可以從該存儲裝置擦除所記錄的信息。
同時，根據本實施例的存儲器件10，由於存儲器薄膜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構，因此存儲器薄膜4的結晶溫度由於稀土氧化物的反應而升高以便抑制稀土氧化物在高溫環境下的晶體化。其原因在於，由於稀土氧化物薄膜是非結晶的，而且稀土氧化物的熔點高達約2400℃，所以當通過產生的焦耳熱來加熱稀土氧化物來記錄或擦除信息時，可以防止該薄膜的優良結構發生變化從而使其穩定。
結果是，當存儲器件10用在高溫環境下或長期在存儲器件10中存儲數據時，可以穩定地保持高電阻的狀態。
因此，可以穩定地保持記錄在存儲器薄膜4上的信息從而可以使存儲器件10具有高可靠性。
此外，由於該存儲器薄膜由稀土氧化物薄膜構成，所以可以擴大對包含充當離子源的元素(Cu、Ag、Zn)和硫化物元素(S、Se、Te)的離子源層3的材料進行選擇的範圍。
到目前為止所提出的電阻變化型存儲器件構建一個記錄層，該層包含充當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置於高電阻狀態的材料，例如，一種基於Ge、GeSe並包含充當離子源的元素的材料。但是，GeS和GeSe中的S和Se的熔點很低，因此很難通過濺射而穩定地沉積。而且，當通過使用作為硫化物元素的Te來構建該記錄層時，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定地使記錄層沉積，但是由於Te相比於S和Se具有非常高的導電性，所以如果該記錄層包含充當離子源的元素(Cu、Ag、Zn)，那麼電阻就會過分降低，而難以提供存儲器件所需的高電阻狀態。
相反，當同本實施例的存儲器件10一樣由稀土氧化物薄膜組成存儲器薄膜4並與該存儲器薄膜4彼此分離地提供離子源層3時，由於電阻的變化主要發生在由稀土氧化物薄膜組成的存儲器薄膜4中，所以離子源層3的電阻特性就變得不是太重要。因此，可以將基於Te的材料用作離子源層3。
為了提高存儲器件的存儲操作的穩定性，需要儘可能地降低離子源層3中電阻的變化。因此，就應該時刻將離子層3的電阻值置於低電阻狀態。由於即使是離子源層3結晶也要如上所述時刻地將離子源層3的電阻值設定為低狀態，所以，幾乎不發生電阻變化並可獲得一個附帶的效果，即至少不會發生電方面的問題。
此外，根據本實施例的存儲器件10，可以使用能夠被濺射處理的材料構成下電極2、離子源層3、存儲器薄膜4和上電極6。例如，可以使用包括適用於各層的材料的成分所組成的對象來形成濺射。
另外，如果在相同的濺射設備中改變對象，那麼，就可以連續地沉積使各個層。
當根據本實施例的上述存儲器件10具有下述結構、即其中在一部分上形成作為存儲器薄膜4的由稀土元素氧化物構成的薄膜(稀土氧化物薄膜)時，可以通過使用氧化物濺射對象的方法來形成該氧化物薄膜，一種使用金屬對象並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氣體的方法，即一種使用所謂反應濺射等的方法。
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，當使氧化物薄膜沉積時，將該氧化物薄膜設定為金屬狀態，然後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。
在根據上述實施例所說的存儲器件10中，至今為止已經描述了其中離子源層3與包含Cu、Ag、Zn的存儲器薄膜4接觸的結構，但本發明並不限於上述結構，並且可以將上述結構修改為這樣一種結構，其中存儲器薄膜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，可以將離子源層3用做下電極2而無需修改。
而且，在根據上述實施例的存儲器件10中，至今為止已經描述了其中離子源層與包含Te、S、Se的存儲器薄膜4接觸的結構，但本發明並不限於上述結構，並且可以將上述結構修改為這樣一種結構，其中存儲器薄膜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，在根據上述實施例的存儲器件10中，已經把由稀土元素的氧化物構成的薄膜描述為存儲器薄膜4，但本發明並不限於上述結構，而可以使用具有以下結構的存儲器薄膜，其中如稍後將會描述的例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成分坡度。
在存儲器薄膜4具有上述結構的情況下，由於如稍後將會描述的那樣，可以界面狀態形成一個極微小的薄膜，所以與處於可以不連續地改變其中成分比的界面狀態的薄膜相比可以抑制界面現象。因此，即使在大規模生產中發生散射，處理過程中這種散射的影響也是小的，故存在促進大規模生產的優點。
另外，在根據上述實施例的存儲器件10中，當存儲器薄膜4是由稀土元素氧化物薄膜形成時，該存儲器薄膜4可以包含稀土元素但不可以包含氧。另外，在這種情況下，由於存儲器薄膜4包含稀土元素，所以存儲器薄膜4的結晶溫度升高了。因此，即使在高溫環境下使用存儲器薄膜4或者在長時間內在存儲器薄膜4中存儲數據，也能穩定地保持高電阻狀態並穩定地存儲記錄在存儲器薄膜4上的信息。
可以通過以矩陣的形式配置大量根據上述實施例的存儲器件10來構建一個存儲裝置。
例如，每個存儲器件10可以包括一個連接到其下電極2的一端的互連器和一個連接到其上電極6的一端的互連器，並且可以將每個存儲器件10放置在這些互連器的交叉點附近。
具體地說，例如，使下電極2為行方向的存儲單元所共用，使連接到上電極6的互連器為列方向的存儲單元所共用，通過選擇下電極2和一互連器來選擇將要進行記錄的存儲單元，經過所述互聯器，伴隨著所述電勢的施加而有電流流動，該電流流過該存儲單元的存儲器件10並因此可以在存儲器件10上記錄信息並從該存儲器件10中擦除所記錄的信息。
這樣，根據上述實施例的存儲器件10能夠容易地記錄信息和讀出所記錄的信息，特別是，該存儲器件10具有可以在高溫環境下穩定存儲所記錄的數據這種卓越的性能。
另外，即使在使根據上述實施例的存儲器件10被微型化時，也可以容易地在存儲器件10上記錄信息並在該存儲器件10上存儲所記錄的信息。
因此，通過使用根據上述實施例所說的存儲器件10來構建存儲裝置，從而可以集成該存儲裝置(密度增加)並使其微型化。
(發明例子)
接下來，已經在實踐中製造出了根據上述實施例所說的存儲裝置10並對其特徵進行了查。
例1
首先，通過濺射在作為下電極2的具有高導電性的襯底1上沉積一個薄膜厚度為50nm的TiW薄膜，所述襯底1例如是被摻雜有高濃度P型雜質的矽襯底。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，然後，通過一種以氧氣傳導為基礎的反應濺射方法來使薄膜厚度為5nm的非結晶氧化釓薄膜(非結晶Gd氧化物薄膜)沉積作為存儲器薄膜4。
接下來，使一個光阻材料沉積以覆蓋該非結晶氧化釓薄膜，隨後通過基於光刻蝕法技術的公開和發展而在該非結晶氧化釓薄膜上形成一個通孔。該通孔深2μm和寬2μ。
然後，在真空中以攝氏270度對生成的產品進行退火處理並形成絕緣層5作為相對對於溫度和蝕刻等具有穩定性能的一固化保護層。將此固化的保護層用在絕緣層5中是因為可以很容易地從試驗的觀點形成該絕緣層5。當在實際操作中製造該產品時，希望由(例如矽氧化物薄膜等)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。然後，由一種根據光刻蝕法的等離子蝕刻裝置使沉積在該固化的保護層上的上電極6形成一個大小為50μm*50μm的圖案。
可以製造具有上述結構的存儲器件並用作例1的存儲器件。
在例1的存儲器件中，與下電極2導電的低電阻矽襯底1的背面接地電勢(GND電勢)並向上電極6提供所述負電勢(-電勢)。
這樣，在逐漸從0V開始降低施加到上電極6的負電勢的同時，測量電流的變化。然而，在被設置為所述限流器在電流到達0.03mA時開始工作之後，它被設置為當電流的增加超過0.03mA時，可以避免施加到上電極6上的負電勢、即，施加到所述存儲器件上的電壓的升高。
另外，在所述電流達到0.03mA後，施加到上電極6的負電勢從其中限流器開始工作的狀態降低至0V。相反，此時，即在所述正電壓被施加給上電極6從而導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的程度之後，所述正電勢再次返回到0電勢。
圖2示出了如此例獲得的例1的I到V(電流-電壓)的特性的測量結果。
通過圖2可以了解到，電阻值在初始狀態為高，將存儲器件置於斷路狀態並在負方向上增加電壓以便該電流在高於某個閥值電壓(Vth)的電壓上迅速增加，即，降低電阻值以便把該存儲器件變為導通狀態。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器件上。
相反，在電壓降低後，保持一恆定電阻值。即，通過圖2可以清楚地看到，所述存儲器件被保持在導通狀態，從而能夠存儲所記錄的信息。
在該例1的情況下，在電壓v＝0.1V處斷路狀態的電阻值大約為2MΩ而在導通狀態下的電阻值大約為100KΩ。
此外，如圖2所示，確認在施加了與上述極性相反的電壓V之後，即，襯底1的背面被連接到地電勢(GND電勢)以提供一高於V＝0.3V的正電勢(+電勢)給上電極6且所述電壓再次返回到0V之後，所述存儲器件的電阻值返回到初始斷路狀態的高電阻狀態。即，可以理解，通過施加所述負電勢可以擦除記錄在所述存儲器件上的信息。
例2
接著，當把厚度為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的薄膜用作存儲器薄膜4時，存在此時獲得的檢測特性。
除了上述薄膜以外，各個薄膜的材料都與例1中所示的相類似，因此不需要再詳細描述。而且該測量方法與例1的測量方法的差別也僅僅在於限流器的值被改變為1mA。
離子源層3的GeSeTeCu薄膜的成分是(Ge2Sb2Te5)2Cu而存儲器薄膜4的成分是(GddOs)2(Ge2Sb2Te5)。
製造具有上述結構的存儲器件並用作例2的存儲器件。圖3示出了該例2的I到V(電流-電壓)特性的測量結果。
從圖3中可以看出，當存儲器件的電阻值在初始斷路狀態中大約是10MΩ時，存儲器件的電阻值在施加給記錄信息一個超出閥值電壓的負電壓(-0.7V)記錄之後到達300Ω。而且，可以看出，在施加正向電壓以將存儲器件的電阻值變為斷路狀態之後，該存儲器件的電阻值到達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型雜質作為下電極2的矽襯底。接著，通過磁控濺射設備使一個薄膜厚度範圍從3nm到20nm的Cu薄膜沉積。接著，通過基於一種Ar氣體傳導的濺射使一個薄膜厚度範圍從5nm到50nm的(Ge2Sb2Te5)1-xGdx薄膜沉積。
接著，形成光阻材料，然後通過根據光刻蝕法技術的公開和發展形成一個通孔。該通孔深2μm，寬2μ。
然後，通過在真空中於280度退火使該光阻材料在性能上發生變化，從而形成絕緣層5作為固定對於溫度，蝕刻等的固化的保護層。
在該退火處理中，由少量殘留在燃燒室中的氧或來源於該光阻材料的氧在Ge2Sb2Te5Gd薄膜的表面形成一個氧化物薄膜。
將此固化的保護層用作絕緣層5是因為可以很容易地根據試驗的觀點形成該絕緣層5。當製造該產品時，可以由諸如矽氧化物薄膜等的其它材料構成該絕緣層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。然後，由一種根據光刻蝕法技術的等離子蝕刻設備使沉積在該固化的保護層上的上電極6形成一個大小為50μm*50μm的圖形將具有上述結構的存儲器件用作例3的存儲器件。
在例3的存儲器件中，與下電極2導電的低電阻矽襯底1的背面接到地電勢(GND電勢)以給上電極6提供負電勢(-電勢)。
於是，當從0V開始逐漸降低施加到上電極6的負電勢時，測量該電流的改變。然而，當如此設定以致限流器在電流到達1mA時開始運行之後，由於這樣的設定，使得當電流上升超過1mA時，可以阻止施加到上電極6的負電勢(即，施加到存儲器件的電壓)的升高。
而且，將施加到上電極6的負電勢從其中電流達到1mA以允許限流器開始運行的狀態降低至0V。相反地，在給上電極6施加正電壓以減少電流並將電壓升高到幾乎無電流流動的程度之後，正電勢重新返回0電勢。
圖4示出了例3的I到V(電流-電壓)特性的測量結果，其中選擇Cu薄膜的薄膜厚度為6nm並選擇Ge2Sb2Te5Gd薄膜的薄膜厚度為25nm。而且，圖4示出了當重複進行第一次記錄、擦除和再記錄時所獲得的I到V特性。圖5示出了當通過一個TEM(透射式電子顯微鏡)觀察具有這種結構的存儲器件的剖面時所獲得的一個圖像。
Ge2Sb2Te5Gd膜的成分是(Ge2Sb2Te5)89Gd11。
例3的存儲器件具有以下結構，即存儲器薄膜4和離子源層3被夾在由TiW薄膜構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)並與上述層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)。然後，在該稀土氧化物層下形成主要由Cu，Te構成並與離子源層3相應的層(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出絕緣特性。離子源層(C、D、E)3具有低電阻值和呈現出導電性。位於這兩層中間的層表現出一種類似於半導體的特性。
由於如箭頭A所示主要由稀土元素氧化物構成的層具有高氧濃度，所以在存儲器薄膜4的表面上形成一層大致由Gd2O3構成的氧化物薄膜，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不是要分析的對象，因此未顯示在圖6中。
在薄膜厚度方向上發生材料的成分坡度的原因在於所沉積的稀土元素(稀土金屬元素)化學特性非常活躍以致於擴散到所述薄膜中並以高的氧濃度向表面移動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)上以形成一個合成物等。
例如，由於具有上述成分坡度的薄膜可以形成對界面狀態不敏感的薄膜，因此例如與在界面狀態中其成分比斷續變化的薄膜相比，能夠容易地實現大規模生產。
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果。
如圖6所示，在Cu含量濃度很高的存儲器件的情況下，Cu包含在主要由圖7中A所示的稀土氧化物構成的層中以便使其從電絕緣屬性進入到半導體區域。因此，雖然初始狀態的電阻值和在擦除了信息後所獲得的電阻值比圖6所示的存儲器件要低，但是該存儲器件能夠類似於圖6所示的存儲器件那樣運行。
在圖7所示例3的存儲器件中，當沉積GeSbTeGd薄膜時，將Cu的20％的原子添加到GeSbTeGd薄膜。本發明並不限於上述方法而可以根據一種諸如熱擴散那樣適當的方法通過將Cu擴散到存儲器薄膜4中來製造具有類似結構的存儲器件。
例4
接著，存在這樣的存儲器件的檢測性能，其中，Gd(釓)被用作包含在存儲器薄膜4中的稀土元素並分別改變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，並在該下電極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。
下面將描述關於GeTe的特定GD添加比。
添加比(原子％)
例編號Ge2Te8Gd例4 1000例5 93 7例6 86 14例7 82 18例8 78 22測量了從例4到8的各個存儲器件的I到V(電流-電壓)特性。圖8示出了例4的測量結果；圖9示出了例5的測量結果；圖10示出了例6的測量結果；圖11示出了例7的測量結果；圖12示出了例8的測量結果。
在其中如圖8所示沒有添加Gd的例4的存儲器件的情況下，不能確認此I到V特性呈現了熱滯後現象，即該存儲器件並未作為一存儲器而工作。因此，該存儲器件變成了一個具有大約150Ω的電阻特性的電阻。可以認為其原因是，由於該GeTe薄膜不包含稀土元素，所以產生所述GeTe薄膜本身所具有的低電阻狀態，或者由於在處理過程中在比該非結晶GeTe的結晶溫度(例如200度)高的溫度加熱該GeTe薄膜，所以使該GeTe薄膜結晶從而置於低電阻狀態。
相反，圖9到12所示例5到8中的任何一個存儲器件都呈現了磁滯現象並作為所述存儲器而工作。下面將解釋其原因。即，由於在處理過程中將稀土元素添加到GeTe薄膜中，所以稀土元素擴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。當初始電阻值變高時，該存儲器件就變得可以作為存儲器而工作。
在TiW薄膜/Ge2O3薄膜/TiW薄膜的分層結構中，當測量Ge2O3薄膜的絕緣耐壓時，該絕緣耐壓的測量結果為10MV/cm左右。另外，在Ti薄膜/Cu薄膜/Ge2O3薄膜/TiW薄膜的分層結構中，絕緣耐壓的測量結果為4MV/cm左右。由於讓該存儲器件像存儲器那樣工作所需的最小電壓大約是0.2V，因此可以得出存儲器薄膜4的足夠的薄膜厚度應大約比0.5nm要大。
當存儲器薄膜4的薄膜厚度很大、例如大於5nm時，第一次記錄所需的電壓相比於第二次記錄之後的記錄所需要的電壓要高，因此，應該在初始階段施加一個相對高的電壓脈衝。即，應該通過初始化來穩定工作電壓。這些數值只不過是標準的數值，並可以依據薄膜沉積方法、薄膜沉積狀態或在處理所述存儲裝置時所需的加工方法來改變這些數值。
例5
接下來，檢查當用Ag薄膜或Zn薄膜來代替Cu薄膜時所呈現的特性。
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薄膜上形成一個薄膜厚度為16nm的Ge2Sb2Te5Gd薄膜並形成一個薄膜厚度為100nm的TiW薄膜作為上電極6。該存儲器薄膜4的成分為(Ge2Sb2Te5)88Gd12。
然後，將使用Ag薄膜的存儲器件用作例9的存儲器件，而將使用Zn薄膜的存儲器件用作例10的存儲器件。測量例9和10的各個存儲器件的I到V(電流-電壓)特性。圖13示出了例9的測量結果。圖14示出了例10的測量結果。
對圖13和14的研究顯示出，當存儲器件使用Ag薄膜或Zn薄膜時，例9和10的存儲器件能以類似於使用Cu薄膜的存儲器件的方式運行(參見圖8到12)。
例6
接下來，測量其中將其它元素用作存儲器薄膜4中所包含的稀土元素來代替Gd元素的存儲器件的性能。
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薄膜上形成一個由GeSbTe和稀土元素構成的薄膜並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 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測量例11到13的存儲器件的I到V(電流到電壓)特性。圖15示出了例11的測量結果，圖16示出了例12的測量結果，圖17示出了例13的測量結果。
如從圖15到17可以清楚看出的，類似於使用Gd作為稀土元素的存儲器件(參見圖8到12)，可以確定，例11到13的任何一個存儲器件都可以作為存儲器來運行。雖然考慮了下面這種模式，即形成存儲器薄膜4、將Cu、Ag、Zn等擴散到存儲器薄膜4中並移動，或者氧化這些稀土元素並通過施加電壓脈衝使其減少以便可以使該存儲器件作為存儲器來運行，但在這種情況下，稀土元素充當呈現存儲器薄膜的絕緣特性的作用並在反覆記錄或擦除信息時相對於離子導電或氧化還原記錄穩定地運行。因此，稀土元素中的最外層電子的貢獻是巨大的。
稀土元素中的最外層電子都是類似的。由於這些氧化物無論是什么元素都具有絕緣性能並顯示與氧化作用和還原作用有關的類似的化學特性，所以任何元素只要是稀土元素，就能起到類似的功能。
另外，當存儲器薄膜4是非結晶薄膜時，由於在高溫處理過程中無法使這種非結晶薄膜結晶，所以在稀土元素的熔點上和原子大小上產生了問題。在這些點上，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
存儲器薄膜4的薄膜厚度的一個重要參數是氧化物薄膜的薄膜厚度，因此，並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重要的問題。
然而當薄膜厚度太薄時，就變得難以穩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。其結果是在單個裝置中發生擴散。
因此，形成一個薄膜厚度為5nm並預先包含有Cu的GeSbTeGdCu薄膜作為存儲器薄膜4，並通過在製造過程中形成氧化物薄膜來製造存儲器件。將此合成的存儲器件用作例14的一個存儲器件。該例14的存儲器件並不包括離子源層3，和存儲器薄膜4包含Cu。該存儲器薄膜4的成分為(Ge2Sb2Te5)50Gd25Cu25。
另外，形成一層薄膜厚度為6nm的Cu薄膜，並在該Cu薄膜上形成一層薄膜厚度為50nm的GeSbTeGd薄膜，從而導致所製造的存儲器件。將此存儲器件用作例15的一個存儲器件。該GeSbTeGd薄膜的成分被選擇為是(Ge2Sb2Te8)89Gd11。
此外，在例14和15中，根據其它各個薄膜的材料，形成一層薄膜厚度為20nm的TiW薄膜作為下電極2，並形成一層薄膜厚度為100nm的TiW薄膜作為上電極6。
然後，分別測量例14和15的存儲器件的I到V(電流到電壓)特性。圖18示出了例14的測量結果，圖19示出了例15的測量結果。
從圖18中可以理解，即使是其中存儲器薄膜4的薄膜厚度很薄的例14的存儲器件也可以作為存儲器穩定地運行，還可以理解在該存儲器件當中的擴散也很小。在存儲器薄膜4的5nm薄膜厚度中，Gd元素的薄膜厚度比稍微大於30％。如果使所有的薄膜厚度都氧化，就變得有可能形成一個薄膜厚度大於1.5nm的氧化物薄膜。由於在實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薄膜厚度大於2nm的氧化物薄膜。
如上所述，當形成在薄膜內部或薄膜表面上的稀土元素的比足以形成一個薄膜厚度大於0.5nm的氧化物薄膜時，該存儲器件可以作為存儲器來運行。
此外，從圖19中可以清楚的看出，即使是例15的存儲器件，其存儲器薄膜4的薄膜厚度並未產生特別大的差異，但它產生一個與其中存儲器薄膜4的薄膜厚度大約是10nm的存儲器件類似的結果。可以認為其原因在於，在表面等上面形成的氧化物薄膜的薄膜厚度並不過多取決於存儲器薄膜4的厚度。由於將其中不形成氧化物薄膜的部分設置於低電阻狀態，所以由薄膜厚度施加於導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，根據例14和15的測量結果，應當理解當存儲器薄膜4的薄膜厚度位於0.5nm到10nm的範圍內時，存儲器件可以作為存儲器穩定地運行。
當如上所述在存儲器薄膜4中預先包含諸如Cu、Ag、Zn那樣的元素時，就不會有問題。在這種情況下，可以縮短薄膜沉積處理的時間周期。
例8
接下來，測量包含大量Ge(鍺)的存儲器薄膜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薄膜並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)的特定結構。
添加比(原子％)
例編號 GexSbyGdz例16 57，34，9例17 65，28，7測量例16和17的各個存儲器件的I到V(電流到電壓)特性。圖20示出了例16的測量結果，圖21示出了例17的測量結果。
Ge能實現在非結晶狀態中保持存儲器薄膜4的效果。單個Ge物質能夠使通過濺射方法形成的存儲器薄膜4變成非結晶的，並能夠相對於高溫處理穩定地保持存儲器薄膜4的非結晶狀態。
如圖20所示，其中存儲器薄膜4包含Ge57(原子％)的存儲器件能作為存儲器穩定地運行。那時，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，應當理解，即使是其中存儲器薄膜4包含了Ge56(原子％)的存儲器件也能作為存儲器穩定地運行。那時，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，製造一個與使用Te(碲)作為硫化物元素以供存儲器薄膜4使用的存儲器件不同的使用Se(硒)的存儲器件作為一個例18，並測量該例18的存儲器件的特性。圖22示出了該例18的存儲器件的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，並在該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薄膜並形成一層薄膜厚度為200nm的TiW薄膜作為上電極6，從而導致製造一個存儲器件。
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器薄膜4使用的存儲器件與使用Te的存儲器件的操作類似，但如果將濺射方法用作薄膜沉積方法的話，由於Se的熔點與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GeSe合成對象來使濺射率穩定。
例10
接下來，測量使用其它金屬薄膜替代TiW薄膜來作為上電極6的材料的存儲器件的性能。
關於其它各個薄膜的材料，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。並在該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 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的存儲器件的I到V(電流到電壓)特性。
如圖23和24所示，應當理解，即使是使用W薄膜或Pt薄膜作為上電極6的存儲器件也能類似於使用TiW薄膜的情況而作為存儲器來運行。然而，由於W薄膜相對於存儲器薄膜4的粘著力很弱，因此W膜具有其工作電壓上升的趨勢。上電極6的材料並不限於上述材料並可以使用各種材料，諸如是Al、Au、Ni、Mo、Ta那樣的材料以及矽化物和各種金屬合金。
此外，還可以類似於上電極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並且其中Cu和Te的成分比發生了變化的的存儲器件性能。
進一步，將該離子源層3的薄膜厚度選擇為30nm。
關於其它各個層的材料，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器薄膜4並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分別測量例21到25的各個存儲器件的I到V(電流到電壓)特性。圖25到31分別示出了測量的結果。
如圖25到31所示，可以確定，在例21到26中的任何一個例中都示出了一種熱滯後現象，而且在例21到26中的任何一個例都可以作為存儲器來運行。
因此，應當理解，例21到26中的任何一個例都能在離子源層3的Cu/Te成分的35/65到80/20的一個很寬範圍內作為存儲器來運行，即，例21到26中的任何一個例都能通過施加具有相應於記錄和擦除的極性的電壓來記錄和擦除信息記錄。
例12
製造一個其中由類似於例11的材料構成離子源層3和由Cu薄膜構成下電極2的存儲器件，並將該存儲器件用作例27的存儲器件。
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並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，測量例27的存儲器件的I到V(電流到電壓)特性。圖31示出了測量結果。
從圖31中可以清楚的看到，即使下電極2是由Cu薄膜構成的，該存儲器件也能類似地作為存儲器來運行。
在這種情況下，由於下電極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成分坡度。
當在上述實施例的各個存儲器件中的襯底1由具有高導電性並重摻雜有雜質的矽襯底構成並將地電勢(GND電勢)施加到該襯底1的背面時，用以向下電極2的一端施加電壓的結構並不限於上述結構而可以選擇其它的結構。
例如，可以使用形成於矽襯底1的表面上並與該矽襯底1電氣絕緣的電極。
而且，除了矽襯底和絕緣襯底以外，還可以使用半導體襯底作為襯底1，例如由玻璃或樹脂材料構成的半導體襯底。
同時，由於用在上述例1到10中的是稀土元素氧化物的存儲器薄膜4的熔點高於2000度(在結晶狀態中引用的參考值，而且將會用在以下的描述中)，所以稀土元素氧化物是一種具有充分熱穩定性的材料，而且其結晶溫度也很高。
雖然上述存儲器薄膜4具有這種包含有稀土元素氧化物的結構，但是本發明並不限於此，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建存儲器薄膜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，可以例舉為氮化矽SiN以及稀土元素氮化物等。
當這樣的存儲器薄膜4使用絕緣材料時，離子源層3包含充當離子源的硫化物元素(S、Se、Te)和元素(Ag、Cu、Zn)。
特別是，當離子源層3由一種諸如包含Cu和Te的CuTe薄膜那樣的薄膜構成時，由於Te比其它硫化物元素具有更高的導電性，以致與存儲器薄膜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，，因此可以提高存儲器運行的穩定性。
於是，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。
根據這種結構的情況，由於離子源層3包含稀土元素，所以就可能通過提高離子源層3的結晶溫度來抑制離子源層3的結晶化。因此，由於可以均勻地形成離子源層3並抑制離子源層3表面的粗糙，所以就可以均勻地形成存儲器薄膜4。此外，可以避免存儲器件的性能由於保存或使用該存儲裝置時產生的熱滯後現象而惡化。
即使是當用上述的其它絕緣材料構成存儲器薄膜4時，類似於其中用稀土元素氧化物來構成存儲器薄膜4的情況，可以改變該存儲器薄膜的電阻值從而將該存儲器件作為存儲器來運行。(發明例子)接著，在離子源層3中包含該稀土元素，由上述絕緣材料構成存儲器薄膜4，製造具有如圖1所示結構的存儲器件10並測量該存儲器件10的性能。
例13
測量存儲器件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的氮化矽SiN薄膜(絕緣材料)用作存儲器薄膜4並將薄膜厚度為100nm的金Au用作上電極6。
襯底1和絕緣層5的材料類似於上述例1到12的。類似於例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。
製造具有上述結構的存儲器件並將其用作例28的存儲器件。圖32示出了例28的存儲器件的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器薄膜4的例28也能類似地作為存儲器來運行。
例14
測量這種情況下的存儲器件的性能，其中，分別將薄膜厚度為20nm的氮化鎢GdN薄膜用作存儲器薄膜4，並將薄膜厚度為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。
製造具有上述結構的存儲器件並將其用作例29的存儲器件。圖33示出了例29的存儲器件的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器薄膜4的例29也能類似地作為存儲器來運行。
雖然在上述實施例中的存儲器件具有這種其中在離子源層3上形成存儲器薄膜4的結構時，但本發明並不限於此。即，可以將這兩層的層壓關係反過來以便將存儲器件改為如圖34的剖面圖中所示的其中在存儲器薄膜4上形成離子源層3的存儲器件20。圖34中所示的存儲器件20具有以下這種結構，其中在下電極2上形成存儲器薄膜4，通過在存儲器薄膜4上的絕緣層5的一個通孔將離子源層3與存儲器薄膜4相連，並在離子源層3上形成上電極6。
接下來，在實際操作中製造具有如圖34所示結構的存儲器件20並測量其性能。
例15
如下所示地製造由絕緣材料構成的存儲器薄膜4以及具有如圖34中所示結構的存儲器件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型雜質的(P++)矽襯底1上作為下電極2，隨後使存儲器薄膜4沉積。接下來，由一個經過了光刻法處理並在280度時經過退火處理的固化的保護層形成具有一個接觸孔的絕緣層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並使一層薄膜厚度為100nm的鎢W薄膜沉積作為上電極6。然後，根據光刻蝕法技術，通過使用活性離子蝕刻系統中的氬Ar氣體來蝕刻產品並通過使離子源層3和上電極6圖形化來製造存儲器件20。
分別製造例30的一個存儲器件和例31的一個存儲器件，其中在例30的存儲器件中將薄膜厚度為2.5nm的氮化矽SiN薄膜用作存儲器薄膜4，而在例31的存儲器件中將薄膜厚度為2.8nm的氮化釓GdN薄膜用作存儲器薄膜4。
分別測量例30和例31的存儲器件的I到V(電流到電壓)特性。圖35示出了例30的測量結果，圖36示出了例31的測量結果。
在圖35和36的I到V(電流到電壓)特性圖表中，對於電勢V的極性，類似於上述各個實施例，在把下電極2作為在水平軸中表示的標準時獲得上電極6的電勢。由於這個原因，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)的極性與上述各個實施例的相反。即，記錄在負(-)電勢那邊執行記錄而在正(+)電勢那邊執行擦除。
從圖35和36可以看出，即使是使其中存儲器薄膜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器來運行。
同時，還可以構建在離子源層3或存儲器薄膜4中不包含稀土元素的存儲器件。
在這種情況下，就可以相對地降低離子源層3的電阻值而無需在離子源層3中包含有稀土元素。
於是，如果離子源層3由包含特別是CuTe的薄膜構成的話，由於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成存儲器薄膜4，還可以用諸如矽或合成半導體那樣的半導體材料來構成該存儲器薄膜。其原因在於，由於降低了離子源層3的電阻值，所以即使是在由半導體材料來構成該存儲器薄膜4時，存儲器件10的電阻值變化也會實質地受到存儲器薄膜4的電阻值變化的影響。
例16
如下所示製造具有如圖1所示結構的存儲器件10，其中離子源層3由包含CuTe的薄膜構成，存儲器薄膜4由絕緣材料構成，而且離子源層3和存儲器薄膜4都不包含稀土元素。
接著，測量該狀態下的存儲器件的性能，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的氧化矽SiO2薄膜(絕緣材料)用作存儲器薄膜4，並將一層薄膜厚度為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。類似於例2選擇限流器的值為1mA。
製造具有上述結構的存儲器件並將其用作例32的存儲器件。圖37示出了例32的存儲器件的I到V(電流到電壓)特性。
從圖37中可以看出，在離子源層3和存儲器薄膜4中不包含稀土元素的例也能類似地作為存儲器來運行。
例17
如下所示地製造具有如圖1所示結構的存儲器件10，其中離子源層3由包含CuTe的薄膜構成，存儲器薄膜4由半導體材料構成，而且離子源層3和存儲器薄膜4都不包含稀土元素。
測量這種存儲器件的性能，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的矽Sin薄膜(絕緣材料)用作存儲器薄膜4，並將一層薄膜厚度為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。類似於例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。
製造具有上述結構的存儲器件並將其用作例33的存儲器件。圖38示出了例33的存儲器件的I到V(電流到電壓)特性。
從圖38中可以看出，使用半導體材料作為存儲器薄膜並在離子源層3和存儲器薄膜4中都不包含稀土元素的例33也能類似地作為存儲器來運行。
接著，圖39示出了根據本發明另一個實施例的存儲器件的結構示意圖(剖面圖)。
存儲器件30包括一個具有高導電性的襯底1，例如一個重摻雜有高濃度P型雜質的(P++)矽襯底1，在該矽襯底1上形成一個下電極2，在該下電極2上形成一個存儲器薄膜4，並通過在存儲器薄膜4上的絕緣層5上形成的一個通孔將上電極6與存儲器薄膜4相連。
更具體地，在該存儲器件10中，去除圖1所示存儲器件10的離子源層3，並直接在下電極2上形成存儲器薄膜4。於是，存儲器薄膜4包含一種充當離子源的金屬元素來代替圖1所示存儲器件的離子源層3。
該存儲器薄膜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)。
粘結存儲器薄膜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晶結構並起離子導體的作用。
優選地，該存儲器薄膜4應進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，雖然在存儲器薄膜4中的氧通常形成RE2O3中相對於稀土元素(RE)的成分，但由於存儲器薄膜4是非結晶薄膜，而且該存儲器薄膜4具有比半導體區域的導電性要小得多的電屬性，所以該存儲器薄膜4的成分並不限於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，該存儲器薄膜4還可以預先包括諸如Ge、Si、Te、S、Se、Sb、Ti、W、Cu、Ag、Zn、Fe、Co、P、N、H等的其它元素。
而且，在該存儲器薄膜4中，當稀土元素與氧的組成成分比為其中任何一種成分比時，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，這是與其中存儲器薄膜4具有成分發生斷續變化的界面的情況相比，因此就可以形成對界面狀態不敏感的薄膜並有利於大規模的生產處理。
由上述材料構成的存儲器薄膜4具有其阻抗(電阻值)隨施加的電壓脈衝或電流脈衝而變化的性能。
絕緣層5可以由經過固化處理的光阻材料，通常用在半導體裝置中的SiO2、Si3N4或其它材料構成，例如無機材料，氟化有機材料，芬芳類有機材料以及諸如SiON、SiOF、Al2O3、Ta2O5、HfO2、ZrO2那樣的無機材料。
在根據該實施例所說的存儲器件30中，具體地說，充當存儲器薄膜4的底層的下電極2是由非結晶材料構成的。
與非結晶材料供下電極2使用一樣，也可以使用諸如非結晶WN(氮化鎢)那樣的非結晶金屬氮化物。
當如上所述由非結晶材料構成充當存儲器薄膜4的底層的下電極2時，如稍後將要描述的，就具有能夠降低記錄電壓的擴散以便能夠穩定地記錄和擦除信息的優點記錄。
雖然上電極6通常由類似於下電極2的互連材料(在該例中為非結晶材料)構成，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、矽化物等。而且，也可以使用晶體互連材料。
可以如下所示運行根據圖39所示本發明的實施例的存儲器件30來存儲信息。
首先，向鄰接上述硫化物層的下電極施加正電勢(+電勢)並向存儲器件30施加正電壓以致將上電極6的一端設定為負極。因此，使包含在存儲器薄膜4的下電極2一端上的硫化物層中的金屬元素(Cu、Ag、Zn)離子化並擴散到存儲器薄膜4中，粘著在上電極6一端的電子上，從而它們以擴散到存儲器薄膜4的狀態下沉積或殘留在存儲器薄膜4上。
接著，在存儲器薄膜4內部形成一條包含大量Cu、Ag、Zn的電流路徑或在存儲器薄膜4內形成大量基於Cu、Ag、Zn的壞點，從而降低存儲器薄膜4的電阻值。由於除存儲器薄膜4以外的其它各個層的電阻值相比在存儲器薄膜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器薄膜4的電阻值來降低整個存儲器件30的電阻值。
然後，在通過消除正電壓來消除施加給存儲器件30的電壓，將存儲器件30保持在降低電阻值的狀態。這樣，就可以記錄信息。當把根據該實施例所說的存儲裝置應用於一個只能在其上記錄一次信息的存儲器件時，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，當把根據該實施例所說的存儲裝置應用於一個可擦除信息的存儲裝置時，即所謂的RAM或EERPOM等，就需要一個擦除處理。在擦除處理中，例如向下電極2施加負電勢(-電勢)並向存儲器件30施加負電壓，以便將上電極6的一端設定為正極。結果，再一次使存儲器薄膜內部形成的電流路徑或包含雜質界面的Cu、Ag、Zn離子化，在存儲器薄膜4內部移動並返回到下電極2一端上的金屬硫化物層。
接著，基於Cu、Ag、Zn的電流路徑或壞點從存儲器薄膜4中消失以便提高存儲器薄膜4的電阻值。由於除存儲器薄膜4之外的其它各個層的電阻值固定很小，因此就有可能通過提高存儲器薄膜4的電阻值來提高整個存儲器件30的電阻值。
隨後，如果消除負電勢來切斷施加到存儲器件30的電壓，就會保持高電阻值的狀態。因此，可以擦除所記錄的信息。
可以通過重複上述流程來在存儲器件30上記錄(寫入)信息並從存儲器件30中擦除記錄所記錄的信息。
接著，當使電阻值高的狀態相當於信息「0」而電阻低的狀態相當於信息「1」時，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」，並且在通過施加負電壓來擦除信息的處理過程中可以將信息「1」變成信息「0」。
雖然通常存儲器薄膜4在記錄前的初始狀態中表現高電阻值，但是存儲器薄膜4也可以在初始記錄狀態中表現低電阻值。
在記錄後所獲得的電阻值取決於諸如在記錄中提供的電壓脈衝寬度或電流脈衝寬度或電流量那樣的記錄情況而不是存儲器件30的存儲單元大小以及存儲器薄膜4的材料化合物，並且當初始電阻值高於100KΩ時，該電阻值落到從50Ω到50KΩ的範圍內。
因為在初始狀態的電阻值和在記錄後獲得的電阻值之間的比可以充分地大於兩倍以解調所記錄的數據，那麼在記錄前所獲得的電阻值為100Ω而在記錄後所獲得的電阻值是50Ω，或者在記錄前所獲得的電阻值是100KΩ而在記錄後所獲得的電阻值是50KΩ。因此，可以設置存儲器薄膜4的初始電阻值來滿足上述情況。可以通過調整氧濃度，薄膜的厚度，面積和進一步通過添加雜質材料來調節存儲器薄膜4的電阻值。
例如，可以如下所示製造圖39中所示的存儲器件30。
首先，將下電極2(例如，TiW薄膜)沉積在具有高導電性的襯底1上，例如重摻雜有高濃度P型雜質的矽襯底。
接著，例如通過濺射方法將一個Cu薄膜與GeTeGd薄膜的層壓薄膜沉積在下電極2上作為存儲器薄膜4。
接著，形成絕緣層5以便覆蓋該存儲器薄膜4。
此外，通過光刻蝕法去除絕緣層5的一部分以形成一個與存儲器薄膜4接觸的部分。接著，根據需要對該合成產品進行熱處理。可以通過熱處理來使諸如Te和Cu那樣的元素在存儲器薄膜內部擴散並通過將氧氣傳導入存儲器薄膜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，然後對該WN薄膜進行圖形化處理。
以這樣的方式，就可以製造如圖39中所示的存儲器件30。
根據上述實施例所說的存儲器件30的結構，由於包含Cu、Ag、Zn的存儲器薄膜4夾在下電極2和上電極2之間，因此，當把上電極6的一端設定為向下電極2的一端施加正電壓(+電壓)時，在存儲器薄膜4內部形成包含大量Cu、Ag、Zn的電流路徑或在存儲器薄膜4內形成大量基於Cu、Ag、Zn的壞點，因此降低存儲器薄膜4的電阻值並降低整個存儲器件30的電阻值。於是，當停止施加正電壓以致無電壓施加給存儲器件30時，保持電阻值為高的狀態並變得可以記錄信息。可以將這種結構應用於諸如PROM那樣其中只能記錄一次信息的存儲裝置。
接著，由於通過使用存儲器件30的電阻值變化來在存儲器件30上記錄信息，特別是存儲器薄膜4的電阻值變化，所以即使當存儲器件30微型化時，也能容易地在存儲裝置上記錄信息或在該存儲裝置中存儲所記錄的信息。
同時，在把上述結構應用於其它諸如RAM和EEPROM那樣既能記錄信息也能擦除信息的存儲裝置中時，例如將上電極6的一端設定為向下電極2施加負電壓(-電勢)的正狀態。結果，由Cu、Ag、Zn在存儲器薄膜4內形成的電流路徑或壞點消失，以便提高存儲器薄膜4的電阻值，從而導致整個存儲器件30的電阻值的提高。然後，當通過停止施加負電壓來停止向存儲器件30施加電壓時，保持電阻值為高的狀態，從而可以擦除所記錄的信息。
而且，根據本實施例所說的存儲器件30，下電極2，存儲器薄膜4和上電極6都可以由能夠通過濺射處理的材料構成。例如，可以通過使用一個對象來進行濺射，該對象包含適合於各個層的材料的成分。
而且，還可以通過交換對象來在同一濺射設備內連續地沉積層。
同時，根據本實施例所說的存儲器件30，具體地說，由於充當存儲器薄膜4的底層的下電極2由非結晶材料構成，所以可以使下電極2上所形成的存儲器薄膜4形成均勻的非結晶結構(無晶體部分)，從而可以使在存儲器薄膜4和該存儲器薄膜4上的上電極6之間的界面形成平面。
如上所述，當在存儲器薄膜4和該存儲器薄膜4上的上電極6之間的界面變成平面時，該存儲器薄膜4內電場的分布就變得均勻，以便可以降低在將高電阻狀態切換到低電阻狀態時所需開關電壓上的偏差，從而使開關電壓變成一個相對於重複記錄/擦除都相同的值。
因此，可以實現在存儲器件中降低開關電壓的偏差並能夠穩定地運行該存儲器件。
而且，當存儲器薄膜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，由於形成稀土氧化物而且存儲器薄膜4具有熱穩定性，所以施加少量電流就可以穩定地記錄信息記錄。
同時，由於稀土元素的特性，可以提高Te、S、Se(硫化物元素)的結晶溫度，從而可以避免硫化物元素在高溫環境下結晶。
因此，在高溫環境下即使長時間保持該存儲裝置，也可以穩定地存儲所記錄的內容。
由於諸如開關電壓偏差那樣的不穩定因素是在由晶體材料構成的底層上的CuTe等中的(Cu、Ag、Zn)+(Te、S、Se)材料的非正常增長，因此即使該存儲器薄膜不包含稀土元素也會產生類似的問題。
更具體地說，即使當存儲器薄膜4不包含稀土元素時，也可以抑制開關電壓的偏差並通過使底層材料具有非結晶結構來提高存儲器件30的穩定性。
而且在具有這種結構的存儲器件中，其中上述存儲器薄膜4由非絕緣材料構成(例如氧化物薄膜，氮化物薄膜等)，並且獨立於存儲器薄膜4提供離子源層3，可以通過使底層材料具有非結晶結構而避免離子源層3的晶體化。結果就可以獲得降低諸如開關電壓那樣的設備性能的偏差的效果。
於是，在具有上述各種結構的存儲器件中(存儲器薄膜4的材料，存在離子源層3，離子源層3的材料等)，可以通過使存儲器薄膜4的底層材料具有非結晶結構來提高存儲器件的穩定性。
可以以矩陣的形式沉積大量根據上述實施例所說的存儲器件30來構建一個存儲裝置。
例如，每個存儲器件30可以包括一個連接到下電極2一端的互連器和一個連接到上電極6一端的互連器，而且可以將每個存儲器件30置於這些互連器的交叉點附近。
更具體地說，例如，使下電極2為行方向的存儲單元所共用，使連接到上電極6的互連器為列方向的存儲單元所共用，選擇記錄下電極2和電流流經並施加電壓的互連器，選擇將要進行記錄的存儲單元並使電流流過該存儲單元的存儲器件30，因此就可以記錄信息並擦除記錄所記錄的信息。
於是，根據上述實施例的存儲器件30能方便地記錄信息和讀出所所記錄的信息，並具有卓越的性能，特別是在高溫環境中長時間保存數據的穩定性。
而且，即使在使上述實施例所說的存儲器件30微型化時，也可以容易地在存儲器件30上記錄信息並在該存儲器件30上存儲所記錄的信息。
因此，用根據上述實施例所說的存儲器件30來構建存儲裝置，從而可以集成該存儲裝置(密度增加)並使其微型化。
即使當把晶體材料用作存儲器薄膜4的底層材料時，也可以縮小晶體顆粒的大小並通過控制離子源層3和存儲器薄膜4的成分和薄膜沉積情況來抑制非正常的增長。
因此，當把晶體材料用作存儲器薄膜4的底層材料時總是不會發生問題。
另一方面，當如上所述將非結晶材料用作存儲器薄膜4的底層材料時，存在以下優點，可以容易地提高存儲器件的穩定性，而且在成分和薄膜沉積情況上的限制很小。
(發明實施例)接下來，將分別製造根據上述實施例所說的存儲器件30和使用晶體材料作為底層的存儲器件，並測量性能。
例18
首先，通過使用一層具有體心立方晶格結構的TiW薄膜來製造類似於存儲器件20的具有如圖39所示結構的存儲器件，該TiW薄膜作為充當存儲器薄膜4的底層的下電極2。
通過濺射使一層薄膜厚度為20nm的TiW薄膜沉積在矽襯底上作為充當存儲器薄膜4的下電極2。
因此，通過磁控濺射系統形成一層薄膜厚度為8nm的Cu薄膜，並通過導入Ar氣體的濺射方法形成一層薄膜厚度為20nm的GeTeGd薄膜，從而形成一個充當存儲器薄膜4的層壓薄膜。
接下來，形成光阻材料以便形成該層壓薄膜，隨後根據一種光刻蝕法技術暴露並發展該光阻材料，從而在該層壓薄膜上的光阻材料上形成一個通孔。該通孔深2μm，寬2μ。
然後，通過在真空中於280度進行熱處理而使光阻材料的性能發生改變，並形成絕緣層5作為穩定地阻止溫度，蝕刻等的固化的保護層。該熱處理取得的效果是將存儲器薄膜4內的結構置於熱平衡狀態以形成一種穩定層結構，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入存儲器薄膜4中以形成一個稀土氧化物層。由固化的保護層構成絕緣層5的原因在於可以很容易地根據試驗的觀點用固化的保護層形成絕緣層5。當在實際操作中製造產品時，優選地應當用其它材料(氧化矽薄膜等)來構成絕緣層5。
接著，使薄膜厚度為10nm的TiW薄膜沉積作為上電極6。然後，由一種根據光刻蝕法的等離子蝕刻設備使沉積在該固化的保護層上的上電極6形成一個大小為50μm*50μm的圖形。
製造具有上述結構的存儲器件並將其用作例34的存儲器件。
接下來，用具有非結晶結構的氮化鎢WN構成充當存儲器薄膜4的底層的下電極2，並製造具有如圖39所示結構的存儲器件30。
通過濺射使一個薄膜厚度為25nm的WN薄膜沉積在矽襯底上作為充當存儲器薄膜的底層的下電極2。同時，還可以通過控制濺射的情況來形成一層非結晶WN薄膜。
因此，用磁控濺射設備來形成一層薄膜厚度為8nm的Cu薄膜，並通過導入Ar氣體的濺射方法來形成一層薄膜厚度為20nm的GeTeGd薄膜，從而形成一個充當存儲器薄膜4的層壓薄膜。
接著，形成光阻材料以便覆蓋該層壓薄膜，隨後通過根據光刻蝕法技術的公開和發展在層壓薄膜上的光阻材料上形成一個通孔。該通孔深2μm，寬2μ。
然後，通過在真空中於270度進行熱處理而使光阻材料的性能發生改變，並形成絕緣層5作為穩定地阻止溫度，蝕刻等的固化的保護層。該熱處理取得的效果是將存儲器薄膜4內的結構置於熱平衡狀態以形成一種穩定層結構，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入存儲器薄膜4中以形成一個稀土氧化物層。由固化的保護層構成絕緣層5的原因在於可以很容易地根據試驗的觀點用固化的保護層形成絕緣層5。當在實際操作中製造產品時，優選地應當用其它材料(氧化矽薄膜等)來構成絕緣層5。
接著，使薄膜厚度為15nm的TiW薄膜沉積作為上電極6。然後，通過使用等離子蝕刻設備使沉積在由固化的保護層構成的絕緣層5上的上電極6形成一個大小為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例35的存儲器件30進行成分分析。當在深度方向上對例35的存儲器件30進行成分分析時，由於濺射影響的緣故，從存儲器件30的上電極6一端照射Ar離子以切斷存儲器件30的表面，並通過AES方法對最頂層表面進行成分分析。
圖40A到40C示出了因此所獲得的分析結果。水平軸表示Ar濺射時間(分鐘)，其與存儲器件30的深度相對應。垂直軸表示每個元素的成分分布(％)。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。這些特徵圖表示的是在每組這些元素中同時獲得的成分分析結果。
從圖40A到40C所示深度方向的成分分析結果中可以發現，存儲器件30的存儲器薄膜4包括一個在下電極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，而且該存儲器薄膜4具有一個成分坡度。
如上所述該存儲器薄膜4具有在薄膜厚度方向上的材料成分坡度的原因是，沉積後的Gd(稀土金屬元素)具有非常活躍的化學特性，其擴散到存儲器薄膜4中並向具有高氧濃度的表面那邊移動以形成氧化物層，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。
當存儲器薄膜4具有上述成分坡度時，與其中具有成分發生斷續變化的界面的情況相比，可以形成一個對界面狀態不敏感的薄膜，這有利於大規模製造。同時，由於使用了熱平衡狀態結構，所以優點就在於存儲器薄膜4不容易受到製造過程中擴散的影響。
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具有相對於薄膜厚度方向的成分坡度。由於存在於金屬硫化物層4A中的稀土元素的活性，該硫化物的結晶溫度上升以避免在高溫環境下結晶。
因此，存儲器件30可以在高溫環境下穩定地保持所記錄的內容，還可以長時間地保存。
接著，測量例34和例35的存儲器件30的I到V(電流到電壓)特性。
首先，根據各個存儲器件30，將下電極2連接到地電勢(GND電勢)以向上電極6施加負電勢。
然後，當從0V開始降低施加到上電極6的負電勢時，測量電流的變化。然而，預先這樣設定以致限流器在電流到達1mA時開始運行並向上電極6施加負電勢，即，在電流比1mA高時阻止施加到存儲器件30的電壓升高。
而且，當施加到上電極6的負電勢從其中電流達到1mA以允許限流器開始運行的狀態降低至0V時，測量電流的改變。因此，相反地，在給上電極6施加正電壓之後，電流降低且負電勢增加到幾乎無電流流動的電壓，該正電勢重新返回到0電勢。重複8次這樣的操作。
圖41示出了例34的I到V特性的測量結果，而圖42示出了例35的I到V特性的測量結果。
從圖41和42可以清楚地看到，存儲器件30都具有初始高電阻值，該存儲器件置於斷路狀態，在負方向上增加電壓，還可以看到電流在電壓高於某個閥值(開關電壓)時迅速增加。即，降低存儲器件的電阻值以便將存儲器件變為導通狀態。結果，可以記錄在存儲器件上記錄信息。
另一方面，也很清楚的是，即使在電壓降低後，也保持固定電阻值，即，保持存儲器件的導通狀態以保存所記錄的信息。
於是，在兩個例34和35中，斷路狀態的電阻值在電壓V＝0.1V時大約為2MΩ而導通狀態的電阻值大約為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後，即，將正電勢(+電勢)施加給上電極6，將襯底1的背面連接到地電勢(GND電勢)並提供比V＝0.3V更高的正電勢，正電勢重新返回0V以便將電阻值返回高電阻的斷路狀態。即可以理解的是，能夠通過施加負電勢擦除記錄在存儲器件上的信息記錄。
然而，從圖41所示例34的I到V特性中可以發現，偏差發生在重複8次記錄/擦除信息時所需的開關電壓中。
因此，通過透射式電子顯微鏡(TEM)來分析例34的存儲器件30的剖面結構。此處使用的TEM包括一個電場輻射類型電子槍並具有這樣一種結構，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的存儲器件30的剖面的TEM圖形，而圖43B示出了用於解釋該TEM圖形的結構的示意性圖。存儲器薄膜4包括層4A作為重要成分，該層使用下電極的Cu-Te充當底層，還包括層4B作為重要成分，該層使用在上電極6上的Gd-O。
於是，圖43C示出了一個將直徑為5nm的電子束集中於圖43A中的點X(下電極2)之後的電子衍射圖案(毫微面積衍射圖案)。圖43D示出了一個將直徑為5nm的電子束集中於圖43A中的點Y(存儲器薄膜4的層4A，主要由Cu-Te構成)之後的電子衍射圖案(毫微面積衍射圖案)。
從圖43A和43B中可以看出，當在充當底層的下電極2與存儲器薄膜4之間的界面是平面時，在存儲器薄膜4和上電極6之間的界面上的粗糙程度是很明顯的。可以從電子衍射圖案中判斷充當底層的下電極2和存儲器薄膜4。
圖43C中所示的對充當底層的下電極2的電子衍射圖案的研究揭示了可以獲得類點衍射峰值以及該底層的下電極2具有晶體結構。
而且，從圖43D所示存儲器薄膜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衍射峰值以及該層具有晶體結構。
因此，如果像例34的存儲器件30那樣，充當底層的下電極2具有其中原子規則排列的晶體結構，那麼在製造該存儲器件時，可以認為會發生以下現象。
首先，當把底層表面的原子級用作一個核心時，使存儲器薄膜4內部分金屬硫化物層4A結晶。
結果，在硫化物層4A中將一個具有非結晶結構的區域和一個具有結晶結構的區域混合。由於從結晶的角度來看，硫化物層4A內結構的分布是不均勻的，因此增加了存儲器薄膜4的粗糙度並導致了在存儲器薄膜4和上電極6之間的界面上電場分布的不均勻。
結果，在金屬元素開始擴散到稀土氧化物膜時的開關電壓變得不穩定。另外，由於多種分布發生在充當離子導體的金屬硫化物的特性中(例如金屬元素的移動性)，所以在給存儲器薄膜4施加電壓時，擴散就發生在其中金屬元素擴散到稀土氧化物薄膜中的進度中。
結果，在反覆存儲和擦除信息時所需要的電壓中發生偏差。
雖然例34使用具有體心立方晶格結構的TiW薄膜作為充當底層的下電極2，但本發明並不限於此，還可以使用具有其它晶體結構並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，注意將高電阻狀態切換到低電阻狀態所需的開關電壓，可以理解的是，與圖41所示例34的I到V特性相比，可以提高在反覆存儲和擦除信息時所需的開關電壓中的偏差。
因此，通過TEM來分析例35的存儲器件30的剖面結構。這裡所使用的TEM包括一個電場發射類型電子槍並具有這樣一種結構，其中將電子束集中於所觀察例上大約1nm到5nm的直徑上。
圖44A示出了例35的存儲器件30的剖面的一個TEM圖形，而圖44B示出了一個用來解釋該TEM圖形的結構的示意性圖。存儲器薄膜4包括一個層4A作為一個重要成分，該層使用下電極的Cu-Te充當底層，還包括一個層4B作為一個重要成分，該層使用在上電極6上的Gd-O。
於是，圖44C示出了一個將直徑為5nm的電子束集中於圖44A中的點W(下電極2)之後的電子衍射圖案(毫微面積衍射圖案)。圖44D示出了一個將直徑為5nm的電子束集中於圖44A中的點Z(存儲器薄膜4的層4A，主要由Cu-Te構成)之後的電子衍射圖案(毫微面積衍射圖案)。
從圖44A和44B中可以看出，可以提高在存儲器薄膜4和上電極6之間的界面上的粗糙程度。根據它們的電子衍射圖案分別可以判斷充當底層的下電極2和存儲器薄膜4。
從圖44C所示充當底層的下電極2的電子衍射圖案中可以看出，衍射圖案的位置是不清楚的，獲得一個具有很寬分布的哈羅式圖形(以後稱之為「哈羅式圖形」)，而且充當底層的下電極2具有非結晶結構。
而且，從圖44D所示存儲器薄膜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哈羅式圖形，而且該層4A具有非晶體結構。
因此，如果像例35的存儲器件30那樣，充當底層的下電極2具有非晶體結構，那麼在製造存儲器件時，可以認為會發生以下現象。
首先，由於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具有為一種固有穩定結構的非晶體結構。
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構。
結果，由於在存儲器薄膜4和上電極6之間的界面變平，所以在存儲器薄膜4內的電場分布就變得平均以便在金屬元素開始擴散到稀土氧化物膜時的開關電壓可以具有一個穩定值。另外，由於作為離子導體的金屬硫化物的特性(例如金屬元素的導電性)變得均勻分布，所以其中金屬元素擴散到稀土氧化物薄膜的進程也變得均勻。
結果，當反覆存儲和擦除信息時所需的開關電壓變得均勻。
雖然例35使用具有非結晶結構的WN薄膜作為充當底層的下電極2的材料，但本發明並不限於此，還可以使用其它具有非結晶結構並帶來類似效果的材料作為下電極2。
更具體地說，使用於反覆存儲和擦除信息的開關電壓的效果變得均勻並不取決於材料，而僅僅取決於底層材料的晶體結構。
而且，如上述例34所示，由於在具有晶體結構的底層上產生的金屬硫化物層的晶體結構不均勻，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體的金屬硫化物的特性(例如金屬元素的移動性)變得均勻以便增加在開關電壓上的偏差。
因此，如果採用了具有能顯著提高金屬硫化物層的晶體結構的多樣性的非結晶結構的底層材料，那麼在所有其中在存儲器薄膜內包含了金屬硫化物層的存儲器件中，例如，即使在該存儲器薄膜不包含稀土氧化物層時，也可以降低諸如開關電壓那樣的設備性能的偏差。
諸如計算機那樣的信息設備使用能在很短的時間內傳輸的所謂ROM作為用戶存儲器件。同時，將只能記錄一次信息的所謂PROM(可編程ROM)用作存儲器件，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，將由非結晶Si構成的薄膜(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那樣的氧化物構成的薄膜夾在電極之間。在其中電阻值處於高電阻狀態的初始絕緣狀態中施加電壓，夾在電極之間的薄膜中發生絕緣擊穿來把電阻值變為低電阻狀態以記錄信息。
這樣的存儲器件具有一個其上形成的存儲單元並連接到一個稱為接入電晶體的MOS類型電晶體來電隔離該存儲器件。接著，由定位的多個存儲單元構成的一個存儲單元構建一個存儲裝置。
上述反熔絲ROM需要多個電壓中的一個電壓作為絕緣擊穿電壓。同時，其中發生一個稱為切斷的現象，如果在mA程度下的電流沒有流經上述反熔絲ROM，則由於時效變化的緣故將記錄後表示的低電阻狀態返回到記錄前所表示的高電阻狀態。由於這個原因，為了進行穩定的記錄，反熔絲ROM需要處在mA程度中的電流。
更具體地說，由於由非結晶矽構成的薄膜或由諸如AlN或SiN那樣的氮化物構成的薄膜或由諸如SiO2那樣的氧化物構成的薄膜都具有從10和幾個毫微米到幾個10毫微米的巨大薄膜厚度範圍，因此很容易發生開關現象，從而無法穩定地保持電阻值。
雖然考慮到應當減小這些薄膜的厚度，但是例如，如果SiO2薄膜厚度減小了，那麼不可避免地會增加薄膜厚度以及峰值電流的擴散。結果，就無法獲得具有穩定特性的薄膜。
而且，在MOS電晶體中，電晶體的尺寸由於半導體微型化技術已經大大地微型化以便使通過電晶體的電流變得更小。結果，只有大約1mA的電流能通過門寬為0.1μm的MOS電晶體以致不能充分穩定地記錄信息。
而且，由於反熔絲ROM是基於絕緣擊穿原理來記錄信息的，而且該絕緣擊穿是局部發生的現象，所以即使當存儲器件縮小尺寸時，也不能期待使記錄電流降低太多。
另一方面，除了MOS類型電晶體以外，使用由非結晶矽構成的pn二極體的結構也是常見的選擇裝置。由於這樣的結構不使用MOS類型電晶體，因此存儲單元陣列能方便地層壓在同一襯底上，從而可以增加存儲器的容量。
但由於該結構使用pn二極體，為了使這種結構起到二極體的功能，存儲器件的尺寸需要一個大於薄膜厚度(大約100nm)的薄膜厚度來形成一個耗盡層。因此，當記錄裝置的尺寸減小到小於50nm時，就很難處理這樣尺寸的記錄裝置。
同時，當從存儲器件讀出信息時，由於pn二極體應當打開且需要至少大於pn二極體的一個閥值電壓(大約0.7V)的電壓，所以就難以抑制從存儲器件讀出信息所需的功耗。
一個肖特基二極體，一個使用硫化物半導體的二極體等都可作為該選擇裝置的二極體。
但當使用肖特基二極體作為該選擇裝置的二極體時，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類似於將pn二極體用做選擇裝置的二極體的情況而出現。而且，當使用硫化物半導體作為供選擇裝置所用的二極體時，非結晶硫化物的結晶溫度處於200度到300度的範圍之內，並因此很難獲得相對於普通半導體處理充足的熱阻特性。
根據上述內容，在諸如PROM那樣其中只能記錄一次信息的存儲裝置中，以下將描述具有能充分穩定地記錄信息的結構的存儲器件的實施例。
接下來，圖45是根據本發明進一步實施例所說的存儲器件的結構示意圖(剖面試圖)。
在該實施例中，將根據本發明所說的存儲器件應用於其中僅能記錄一次信息的存儲器件。
存儲器件40包括一個具有高導電性的襯底1，例如一個重摻雜有高濃度P型雜質的(p++)矽襯底1，在該襯底上形成一個下電極2，在該下電極2上形成一個存儲器薄膜4，在該存儲器薄膜4上形成一個絕緣層5，形成上電極6以便通過在存儲器薄膜4上的絕緣層5上形成的一個通孔與存儲器薄膜4相連。
更具體地說，該存儲器件40具有與圖1所示存儲器件10不同的結構，其中去除離子源層3並直接在下電極2上形成存儲器薄膜4。
可以把供半導體處理使用的互連材料用於下電極2，例如TiW、Ti、W、WN、Cu、Al、Mo、Ta和矽等。當下電極2由TiW構成時，可以在10nm到100nm的範圍中選擇下電極2的薄膜厚度。
該存儲器薄膜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成的薄膜(稀土氧化物薄膜)構成。
由於該存儲器薄膜4由普通絕緣材料構成，所以降低其薄膜厚度以落在0.5nm到5nm的範圍中以便使施加電流的絕緣擊穿可以發生。當把以上薄膜厚度的上限值設定為5nm時，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於10nm的話，就不會產生問題。
在該存儲器薄膜4中氧成分通常為相對於稀土元素(RE)的RE2O3的一個成分。由於存儲器薄膜4可以由是非結晶薄膜並具有比半導體區域的導電性低的電屬性，所以該存儲器薄膜4中的氧成分並不限於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，該存儲器薄膜4還可以預先包括諸如Ge、Si、Te、S、Se、Sb、Ti、W、Cu、Ag、Zn、Fe、Co、P、N和H等的其它元素。
由上述材料構成的存儲器件4具有其阻抗(電阻值)隨著施加的電壓脈衝或電流脈衝而改變的特性。
絕緣層5可以由經過固化處理加工的光阻材料、即通常用在半導體裝置中的SiO2、Si3N4或其它材料構成，例如，無機材料、氟化有機材料、芬芳類有機材料，諸如SiON、SiOF、Al2O3、Ta2O5、ZrO2等無機材料等。
上電極6可以由類似於下電極2的普通半導體互連材料構成。
可以如下所示運行圖45所示根據該實施例的存儲器件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的兩個電極。這樣，當施加的電壓比絕緣閥值電壓高時，在稀土氧化物薄膜4內發生絕緣擊穿，而且電流流經該稀土氧化物薄膜4以降低稀土氧化物薄膜4的電阻值。由於除了稀土氧化物薄膜4以外的各個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存儲器件40的電阻值。
然後，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器件40的電壓，那麼就可以將稀土氧化物薄膜4保持在低電阻狀態。因此，就可以在存儲器件40上記錄信息。同時，施加少量電流將可以在存儲器件40上記錄信息。
於是，當使電阻值高的狀態相當於信息「0」而電阻值低的狀態相當於信息「1」時，在施加正電壓記錄信息的處理過程中，信息「0」可以變為信息「1」。
當稀土氧化物薄膜4夾在低和上電極2和6之間時施加很小的電流就可以穩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並可以由非常薄的從0.5nm到5nm的薄膜厚度範圍來保持一個充分高阻的狀態。而且，當稀土氧化物薄膜4的薄膜厚度非常薄，而且電極材料通過絕緣擊穿而擴散到稀土氧化物薄膜4中時，甚至通過非常小量的擴散也能充分地降低電阻值。
此外，由於稀土氧化物薄膜4的熔點高於2000度並具有熱穩定性，一旦施加高溫，在通過氧原子的擴散而導致的絕緣擊穿後所獲得的絕緣特性不容易恢復(即很難恢復絕緣擊穿)，因此可以獲得其中信息「0」能變為信息「1」的結構，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。
可以如下所示製造具有如圖45所示結構的存儲器件40。
首先，將下電極2(例如，TiW薄膜)沉積在具有高導電性的襯底1上，例如重摻雜有P類型雜質的矽襯底。
接著，形成稀土氧化物薄膜4，例如Gd2O3。
然後，在形成絕緣層5以覆蓋稀土氧化物薄膜4之後，根據光刻蝕法去除部分絕緣層5來形成一個與稀土氧化物薄膜4接觸的部分。
然後，例如由磁控濺射設備使一層TiW薄膜沉積作為上電極6。
此後，通過一種諸如等離子蝕刻那樣的適當方法來圖形化該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)那樣的適當方法來圖形化該TiW薄膜。
如此就可以製造如圖45所示的存儲器件40。
根據上述實施例所說存儲器件40的結構，由於稀土氧化物薄膜2夾在下電極2和上電極6之間，所以該存儲裝置40具有熱穩定性並且能記錄信息。這樣，與相關技術不同，它可以抑制其中將記錄後獲得的電阻值返回到記錄前的電阻值的切斷現象。結果，就可以穩定地保存記錄後所獲得的電阻值。
此外，例如與相關技術所說的具有這樣一種結構的存儲器件相比，其中把一層由非結晶Si，諸如AlN和SiN那樣的氮化物或氧化物SiO2構成薄膜夾在下電極和上電極之間，它就變得更穩定地記錄信息了。
接著，由於通過使用存儲器件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，所以即使當存儲器件40微型化時，也能容易地記錄信息和存儲所記錄的信息。
而且，根據該實施例所說的存儲器件40，可以由能夠通過賤射處理的任何一種材料構造下電極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於各個層的材料的成分所形成的對象來進行濺射。同時，可以通過改變同一濺射設備內的對象使各個部分連續地沉積。
可以通過以矩陣的形式配置大量該實施例的存儲器件40來構建一個存儲裝置。
例如，每個存儲器件40可以包括一個連接到其中下電極2的一端的互連器和一個連接到其中上電極6的一端的互連器，並且可以將每個存儲器件40放置在這些互連器的交叉點附近。
此外雖然未示出，但是使下電極2為行方向的存儲單元所共用，使連接到上電極6的互連器為列方向的存儲單元所共用。可以通過選擇下電極2和互連器來選擇將要進行記錄的存儲單元，其中電流流過該互連器並施加電勢，可以施加電流到該存儲單元的存儲器件40來記錄信息記錄。
由於根據上述實施例所說的存儲器件40具有熱穩定性，因此可以由一個非常小的電流來記錄信息並能夠穩定地記錄信息，通過使用這種存儲器件40來構建存儲裝置，從而就有可能獲得一種具有降低功率消耗的結構的存儲裝置。
接下來，將依然描述根據本發明的進一步的實施例。
當如圖45所示，根據上述實施例所說的存儲器件40具有如下結構時，其中僅僅將包含稀土氧化物的存儲器薄膜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，在根據該實施例所說的存儲器件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和存儲器薄膜4之間的情況。
該結構其餘部分與圖45所示存儲器件40類似。因此，用相同的參考數字標示相應的部分而無需再詳細說明。
可以如下所示運行根據該實施例所說的存儲器件101來記錄信息。
在根據該實施例所說的存儲器件101中，將電壓施加到存儲器件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的一端設定為負極。
當如上所述向存儲器件101施加電壓時，如果施加的電壓比絕緣閥值電壓高，就會在由稀土氧化物薄膜4和包含硫元素的薄膜7構成的層壓薄膜8內發生絕緣擊穿，而且電流流過該層壓薄膜8以降低層壓薄膜8的電阻值。由於除了層壓薄膜8以外的各個層與層壓薄膜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存儲器件101的電阻值。
隨後，當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器件101的電壓時，將存儲器件101保持在電阻值降低的狀態。這樣，就可以記錄信息。同時，在根據該實施例所說的存儲器件101中，如稍候將要描述的實施例所示例，在記錄後獲得的電阻值顯示的不是電阻特性而是取決於電壓的非線性特性，而且可以得到一個所謂的二極體特性。
於是，當使高電阻值的狀態相應於信息「0」而使低電阻值狀態相應於信息「1」時，在施加電壓來記錄信息的處理過程中，信息「0」能變為信息「1」。
如上所述，可以通過一個非常小的電流來記錄信息，而且類似於上述實施例的存儲器件40，只能記錄一次信息。
當製造如圖46所示根據該實施例的存儲器件101時，相對於製造存儲器件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，類似於存儲器件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。
而且在該實施例中，可以通過以矩陣的形式配置大量存儲器件101來構建一個存儲裝置。圖47示出了這種存儲裝置的等效電路圖。
在該存儲裝置11中，每個存儲器件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，而且將存儲器件101置於這些互連器的交叉點附近。
例如，使連接到下電極2的字線W為行方向上的存儲單元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)來選擇位於該互連器上並將要記錄信息的存儲單元12，其中電流流過該互連器並施加電勢，而且該電流流經存儲單元12的存儲器件101以在存儲器件101上記錄信息。
如上所述在根據該實施例所說的存儲器件101中，在記錄信息時，由於可以通過施加電壓來獲得二極體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的一端設定為負極，因此各個存儲單元12在電力上是獨立的而無需提供MOS類型電晶體給每個存儲單元12。
因此，當通過使用根據該實施例所說的存儲器件101構建存儲裝置11時，如圖47所示，可以用將存儲器件101與二極體13串聯的方式構建存儲單元12。
根據該實施例的存儲器件101的結構，由於將由包含稀土元素氧化物的存儲器薄膜4和包含硫的薄膜7構成的層壓薄膜8夾在下電極2和上電極6之間，因此與上述例相類似，該實施例的存儲器件101具有熱穩定性並能用非常小的電流記錄信息。
結果，與具有其中將由非結晶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夾在電極之間的結構的存儲器件相比，它可以穩定地記錄信息。
而且，當在具有上述結構的存儲器件101上記錄信息時，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的一端設定為負極，如上所述，就可以獲得這種存儲器件，其中在記錄後所獲得的電阻值示出了二極體特性。
因此，當用存儲器件101來構建存儲單元12並通過使用多個存儲單元12來構建如圖47所示的存儲裝置時，由於各個存儲單元12由於上述二極體特性而在電力上獨立，所以可以降低由於電流流過未被選為讀的存儲單元12而導致的噪聲，即所謂的交互幹擾。
以這種方式，由於可以通過MOS類型電晶體的數量來簡化每個存儲單元12的結構，所以相比於其中使用MOS類型電晶體的情況，可以使這種存儲裝置微型化。同時，由於除了增加記錄密度以外，還可以構建交叉點類型的存儲單元陣列，因此可以在襯底1上層壓多個存儲單元12並在高度方向上增加存儲容量。
當把多個電勢與該實施例其它電勢不同的電壓施加到存儲器件101時，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的一端設定為負極而將與稀土氧化物薄膜4接觸的上電極6的一端設定為正極，雖然可以用一個非常小的電流在存儲器件101上記錄信息，但是在記錄後所獲得的電阻值顯示的不是二極體特性而是電阻特性。
雖然在根據該實施例的存儲器件101中，包含硫元素的薄膜7位於稀土氧化物薄膜4和下電極2之間，但本發明並不限於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，根據本發明所述，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之間構建包含硫元素的薄膜。
還可以通過結合根據前面實施例的存儲器件30(其結構中充當存儲器薄膜的底層的下電極2由非結晶材料構成)和存儲器件40以及上述各個實施例的存儲器件101的結構來構建一個存儲器件，其中只能記錄一次信息。
(發明實施例)接下來，將在實際操作中製造根據上述各個實施例的存儲元件40，101並測量它們的特性。
例19
首先，將一層薄膜厚度為20nm的TiW薄膜沉積在具有高導電性的襯底1上，例如一個通過濺射使其重摻雜有高濃度P型雜質作為下電極2的矽襯底。接著，形成一層薄膜厚度為3.5nm的非結晶氧化釓薄膜(非結晶Gd氧化物薄膜)作為存儲器薄膜4。
接下來，使一個光阻材料沉積以覆蓋該非結晶氧化釓薄膜，隨後，根據光刻蝕法技術的公開和發展在該非結晶氧化釓薄膜4上的光阻材料上形成一個通孔。該通孔深2μm，寬2μ。
然後，在真空中於280度對合成的產品進行退火處理並形成絕緣層5作為固定對於溫度，蝕刻等的固化的保護層。將此固化的保護層用在絕緣層5中是因為可以很容易地根據試驗的觀點形成該絕緣層5。當在實際操作中製造該產品時，可以由諸如矽氧化物薄膜等的其它材料構成絕緣層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。然後，由一種根據光刻蝕法的等離子蝕刻設備使沉積在該固化的保護層上的上電極6形成一個大小為50μm*50μm的圖形。
以這種方式，可以製造如圖46所示的存儲器件40並將其用作例36的存儲器件。
在例36的存儲器件中，與下電極2導電的低電阻矽襯底1的背面接地電勢(GND電勢)並給上電極6提供負電勢(-電勢)。於是，當從0V開始逐漸降低施加到上電極6的負電勢時，測量電流的變化。
在此情況下，如此設定以致限流器在電流到達1mA時開始運行並將負電勢提供給上電極6，即，在電流高於1mA時可以抑制施加到存儲器件的電壓的升高。接著，當施加到上電極6的負電壓從其中限流器開始運行時的狀態變為0V時測量電流的變化。相反地，這一次在給上電極6施加正電壓並提高該施加的正電壓時，測量電流的變化。同時在正電那一邊勢，類似地設定以便該限流器可以在電流到達1mA時開始運行。
圖48示出了例36在這種情況下所測量的I到V(電流到電壓)特性結果。
同時，如此設定以便限流器在電流到達1mA時開始運行並在施加到上電極6的電壓發生類似變化時測量電流的變化。
圖48B示出了例36在這種情況下所測量的I到V(電流到電壓)特性結果。
從圖48A和48B中可以看出，電流在電壓高於閥值電壓時快速流動以抑制信息的記錄。在記錄前所獲得的電阻值(在初始狀態中)都高於1MΩ。同時，在記錄後所獲得的電阻值在圖50A所示情況中約為100Ω而在圖48B所示情況中小於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並穩定地保持該電阻狀態。
在例36的存儲器件的情況中，用於穩定地記錄信息的最小電流是2μA。
例20
接著，圖46測量了存儲器件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晶氧化釓薄膜沉積在薄膜7上。
雖然該GeTeGd薄膜是非結晶薄膜並表現出在導電上介於導體和半導體之間的電阻特性，但在該例中，由於通過形成稀土氧化物薄膜4的處理並通過在形成稀土氧化物薄膜4後所執行的處理過程來在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出半導體的電阻特性。
其它各個層的材料，薄膜厚度，尺寸等都與圖19所示情況類似。所以用相同的數字來標註相應的部分並不再進行詳細說明。
製造具有上述結構的存儲器件並將其用作例37的存儲器件。測量例37的I到V(電流-電壓)特性。這次測量與例19的不同之處在於限流器在電流達到0.4mA時開始運行，而用於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)特性的測量結果。
存儲器件的初始電阻值高於1MΩ。從圖49可以看出，當施加電壓到下電極2以便可以將上電極6設定為負電勢時，電流在記錄信息所需的閥值|Vthw|時迅速流動以便降低電阻值。
於是，當電壓返回0V時，在記錄後所獲得的電阻值與具有如圖45所示GeTeGd薄膜7並不相夾的結構的存儲器件40相比展現出的不是電阻特性而是取決於電壓的非線性特性。更具體地說，可以看出該存儲器件具有所謂的二極體特性。
相對於比閥值電壓|Vth|小的電壓，電流迅速降低，即在圖49中大約為0.8V。
當如上所述從存儲器件中讀出信息時，可以通過施加在Vthw和Vthr之間的電壓而從存儲器件中讀出信息。將這種電壓施加到存儲器件，在記錄信息時流過大電流而在不記錄信息時流過小電流，從而從該存儲器件中讀出信息。
例21
接下來如圖50所示，測量例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。由於除了Cu薄膜以外，存儲器薄膜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，所以用相同的數字來標註相應的部分並不再進行詳細說明。
接著，製造具有上述結構的存儲器件並將其用作例38的存儲器件。測量例38的I到V(電流-電壓)性能。這次測量與例19的不同之處在於限流器在電流達到1mA時開始運行，而用於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)性能的測量結果。
從圖51中可以清楚看出，當Cu薄膜3與稀土氧化物薄膜4接觸時，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到10μA。但，記錄後所獲得的電阻值的穩定性與例19中具有其中不形成Cu薄膜的結構的存儲器件40類似。
而且，在形成Cu薄膜3時無法獲得二極體特性。
可以通過使用上述各個實施例的存儲器件並以列的形式或矩陣的形式排列多個存儲器件來構建一個存儲裝置(或多個存儲裝置)。
同時，可以根據需要將裝置選擇MOS電晶體或二極體連接到每一個存儲器件來構建一個存儲單元。
而且，可以根據需要將該存儲器件通過互連器連接到感測放大器，地址記錄器，記錄/擦除/讀出電路等。
可以將根據本發明的存儲器件應用於多種存儲裝置。例如，可以將根據本發明的存儲器件應用於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(電可擦除只讀存儲器)，其中可以高速記錄，擦除並再產生信息的所謂RAM(隨機存取存儲器)那樣的任何存儲器形式。
根據本發明所說的存儲器件包括一個第一電極，一個第二電極和一個夾在第一和第二電極之間的存儲器薄膜，其中該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何元素，而且該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層還包含從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器薄膜和從包含有從Te、S、Se中任選一種元素的存儲器薄膜的元素組的結構，兩種元素組都被包含在存儲器薄膜中的結構以及至少一種元素組被分別包括在存儲器薄膜中以及與該層接觸的層中結構。
根據本發明上述存儲器件結構，由於存儲器薄膜夾在第一和第二電極之間，因此存儲器薄膜至少包含有稀土元素，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何元素，而且該存儲器薄膜或與該存儲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器薄膜的電阻狀態記錄來記錄信息。
更具體地說，當電壓施加到一個電極端施加有正電勢的存儲器件時，使Cu、Ag、Zn離子化並擴散到存儲器薄膜中，在另一個電極端部分粘著在電子上從而沉積下來，或殘留在存儲器薄膜中形成絕緣薄膜的雜質層以降低存儲器薄膜的電阻值從而使記錄信息成為可能。
同時，在這種狀態下，當負電壓施加到一個電極端施加有負電勢的存儲器件時，使已經沉積在其它電極端上的Cu、Ag、Zn再次離子化並返回初始狀態以便使存儲器薄膜的電阻值返回初始的高狀態並提高該存儲器件的電阻值，從而使擦除記錄的信息成為可能。
接著，由於該存儲器薄膜包含有稀土元素，因此可以提高存儲器薄膜的結晶溫度或熔點，從而就可以使該存儲器薄膜的微細結構相對於溫度的升高而保持穩定。因此，由於能夠提高存儲器薄膜的耐熱屬性，所以就可以提高存儲器件的高溫處理的生產率。同時，可以提高與在諸如記錄那樣的存儲器件操作中所產生的局部溫度上升相比的穩定性，從而增加重複寫入的次數。而且，即便當數據長時間在高溫環境下被存儲，該高電阻狀態也能很穩定的保持。
可以修改上述根據本發明的存儲器件以便使其能只記錄一次信息。
由於上述結構，當電壓施加到第一和第二電極時，如果該電壓比絕緣耐壓大，那麼在存儲器薄膜中將發生擊穿以改變該存儲器薄膜的電阻狀態，從而記錄信息。更具體地說，由於該存儲器薄膜包含稀土元素，所以該存儲器件具有熱穩定性並能以非常小的電流記錄信息，同時在記錄後所表現的電阻狀態能很穩定地保持而不會產生切斷現象。結果，就可以充分穩定地記錄信息。
根據本發明的存儲裝置包括一個存儲器件，它包括一個第一電極，一個第二電極，一個夾在第一和第二電極之間的存儲器薄膜，該存儲器薄膜至少包括稀土元素，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，而且該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層還包含從Te、S、Se中選出的任何一種元素，存儲器件還包括一個連接到第一電極一端的互連器和一個連接到第二電極一端的互連器，其中設置了大量存儲器件。
根據本發明上述存儲裝置結構，由於該存儲裝置包括本發明上述存儲器件，一個連接到第一電極一端的互連器和一個連接到第二電極一端的互連器，其中設置了大量存儲器件，所以就可以從互連器向存儲器件施加電流來記錄或擦除信息。
根據本發明的存儲器件包括一個第一電極，一個第二電極，一個夾在該第一和第二電極之間的存儲器薄膜和一個形成於存儲器薄膜和第一電極或第二電極之間的導體或半導體薄膜，該導體或半導體薄膜由從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成，，其中該導體或半導體薄膜包含一種稀土元素。
根據本發明上述存儲器件結構，由於該存儲器薄膜夾在第一和第二電極之間，該存儲器薄膜由絕緣材料形成，該導體或半導體薄膜由從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成並形成於存儲器薄膜和第一或第二電極之間，而且該導體或半導體薄膜包含一種稀土元素，所以可以通過使用其中存儲器薄膜的電阻值發生改變的現象來記錄信息。
同時，由於該存儲器薄膜由絕緣材料構成，因此可以在高電阻狀態下相對地增加電阻值。
於是，由於該導體或半導體薄膜包含稀土元素，因此該導體或半導體薄膜的結晶溫度升高了從而抑制了在高溫度環境下的晶體化。結果，由於可以均勻地該導體或半導體薄膜並抑制該導體或半導體薄膜表面的粗糙程度，可以就可以均勻地形成存儲器薄膜。同時，可以抑制由於在保存該存儲器件或使用該存儲器件時產生的熱滯後所導致的存儲器件特性的惡化。
在本發明上述存儲器件中，導體或半導體薄膜可以包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，而且還可以包含Te。
根據上述結構，由於Te比S和Se具有更高的導電性，因此可以降低該導體或半導體薄膜的電阻值。結果，電阻值的改變主要在具有高電阻的存儲器薄膜中由記錄和擦除信息而產生。因此，即便該使導體或半導體薄膜的一部分結晶以便改變電阻值，電阻值的這種改變也不會顯著地影響存儲器的運行。
根據本發明所說的一個存儲裝置包括一個存儲器件，該存儲器件包括第一電極、第二電極、和夾在該第一和第二電極之間的存儲器薄膜，該存儲器薄膜由絕緣材料構成，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成的導體或半導體薄膜形成於存儲器薄膜和第一或第二電極之間並包含一種稀土元素，該存儲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，其中設置了大量存儲器件。
根據本發明上述存儲裝置的結構，由於該存儲裝置包括了本發明上述的存儲器件、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，其中設置了大量存儲器件，所以就可以通過從互連器向存儲器件施加電流來記錄或擦除信息。
在根據本發明的存儲器件中，存儲器薄膜夾在第一和第二電極之間，該存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料構成，並在存儲器薄膜和第一或第二電極之間形成一層包含CuTe的薄膜。
根據本發明上述存儲器件結構，由於該存儲器薄膜夾在第一和第二電極之間，存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料構成，並在存儲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器薄膜的電阻值發生改變的現象來記錄信息。
同時，由於該存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料構成，並在存儲器薄膜和第一或第二電極之間形成一層包含CuTe的薄膜。因此由於Cu和Te當該存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料製成時具有高導電性，所以降低包含CuTe的薄膜的電阻值以便相對地提高該存儲器薄膜的電阻值。結果，電阻值的改變主要在具有高電阻的存儲器薄膜中由記錄和擦除信息而產生。
即便包含Cu和Te的薄膜的一部分由於溫度的上升而晶體化了，以至該薄膜的電阻值發生了改變，但是這種電阻值的改變也不會顯著地影響存儲器件的電阻值的改變，從而也不會顯著影響該存儲器的運行。
因此，當製造該存儲裝置時，可以在高溫度的環境下使用或保存，來抑制熱滯後所導致的存儲器件特性的惡化。
根據本發明的一個存儲裝置包括存儲器件，該存儲器件包括第一電極、第二電極和夾在該第一和第二電極之間的存儲器薄膜，該存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料構成，並在存儲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，其中設置了大量存儲器件。
根據本發明上述存儲裝置的結構，由於該存儲裝置包括了本發明上述存儲器件、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，其中設置了大量存儲器件，因此可以通過從互連器向存儲器件施加電流來記錄或擦除信息。
一種根據本發明所說的存儲器件包括第一電極、第二電極和夾在該第一和第二電極之間的存儲器薄膜，其中該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層還包含從Te、S、Se中選出的任何一種元素，而且該存儲器薄膜的底層材料具有非結晶結構。
根據本發明上述存儲器件，由於該存儲器薄膜夾在第一和第二電極之間，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素(金屬元素)，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層還包含從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該存儲器薄膜的電阻狀態來記錄信息。
同時，由於該存儲器薄膜的底層材料具有非結晶結構，因此在該底層材料上形成的存儲器薄膜能均勻地以非結晶結構形成，因此在該存儲器薄膜和該存儲器薄膜上的電極之間的界面能形成平面的。在這種方式中，由於在該存儲器薄膜和該存儲器薄膜上的電極之間的界面能形成平面，因此在該存儲器薄膜中分布的電場就變得很均勻，而且可以抑制在存儲器件從高電阻狀態變到低電阻狀態時所需的開關電壓上的偏差還可以將其設定為一個相對於各個記錄和擦除都相等的值。
在根據本發明上述的存儲器件中，該存儲器薄膜還進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。
根據上述結構，由於稀土元素具有熱穩定性，所以可以用非常小的電流穩定地記錄信息。
一種根據本發明的存儲裝置，包括存儲器件，該存儲器件包括第一電極、第二電極和夾在第一和第二電極之間的存儲器薄膜，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一種元素，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層還包含從Te、S、Se中選出的任何一種元素，該存儲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，其中設置了大量存儲器件。
根據以本發明上述存儲裝置的結構，由於該存儲裝置包括了本發明上述的存儲器件、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，其中設置了大量存儲器件，所以，可以通過從互連器向存儲器件施加電流來記錄信息或擦除信息。
同時，由於能降低該存儲器件的開關電壓的偏差，所以，就可以穩定地操作該存儲裝置。
根據本發明的存儲裝置，能降低在該存儲器件記錄信息所需的電流，因此可以在信息記錄前後保持該存儲器件明顯的電阻變化。
因此，能降低在存儲器件上記錄信息時消耗的功率並能從該存儲器件中方便地讀出信息。
同時，可以減少在存儲器件上記錄信息所需的時間。
此外，由於通過使用該存儲器件的電阻值變化來在該存儲器件上記錄信息，具體來說是存儲器薄膜的電阻值變化，因此即便當該存儲器件微型化時，也存在能方便記錄信息並方便地存儲所記錄信息的優點。
因此，根據本發明，可以容易地在該存儲裝置上記錄信息並從該存儲裝置中讀出信息，還能降低存儲裝置的功率消耗，高速地運行該存儲裝置並構建具有高可靠性的存儲裝置。
同時，該存儲裝置能以高集成度(高密度集成)集成並微型化。
此外，還能由用於製造普通MOS(金屬氧化物半導體)邏輯電路的材料和製造流程的方法來製造本發明的存儲器件。
因此，根據本發明，可以低廉地製造具有熱穩定性的存儲器件和存儲裝置並因此可以提供一種低廉的存儲裝置。同時，還可以提高在製造存儲裝置中的產率。
具體地說，如果該存儲器件的存儲器薄膜具有包含至少一種稀土元素這樣的結構，那麼當在高溫環境下使用該存儲器件或在該存儲器件中長時間存儲數據時，由於該存儲器件能穩定地保持高電阻狀態，所以，就可以在存儲器薄膜上穩定地存儲所記錄的信息並使該存儲器件具有更高的穩定性。
此外，由於能用非常小的電流穩定地在存儲器件上記錄信息，因此就可以降低在存儲器件上記錄信息時所消耗的功率。
同時，具體地說，即便當該薄膜的電阻值比夾在該存儲器件和電極之間的存儲器薄膜的電阻值低得多時，也可以抑制由於溫度升高電阻值發生變化而產生的影響。因此，與上述相類似，當在高溫環境下使用該存儲器件或長時間在該存儲器件上存儲數據時，該存儲器件可以穩定地保持高電阻狀態。因此，由於可以穩定地在存儲器薄膜上保持所記錄的信息，因而可以使該存儲器件具有更高的可靠性。
而且，具體地說，當該存儲器薄膜的底層材料具有非結晶結構時，由於可以將開關電壓設定為相對於存儲/擦除都是相同的值並且可以降低開關電壓的偏差，所以可以執行穩定的存儲器操作。
已經參考附圖描述了本發明的優選實施例，可以理解，本發明並不限於這些具體的實施例並且在不背離由所附權利要求定義的本發明的精神和範圍下本領域的技術人員可以進行各種改變和修改。
權利要求
1.一種存儲器件，包括第一電極；第二電極；夾在第一和第二電極之間的存儲器薄膜，其中，該存儲器薄膜包含至少一稀土元素，所述存儲器薄膜或與所述存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu、Ag、Zn中選擇的任何一種元素，該存儲器薄膜或所述與該存儲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.如權利要求1的存儲器件，其中，當所述存儲器薄膜的阻抗隨著施加給所述存儲器薄膜的電壓脈衝或電流脈衝發生變化時，所述存儲器件記錄信息。
3.如權利要求1的存儲器件，其中，所述存儲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.如權利要求1的存儲器件，其中，所述存儲器件僅能記錄信息一次。
5.一種存儲裝置，包括存儲器件，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器薄膜，該存儲器薄膜至少包含稀土元素，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu、Ag、Zn中選擇的任何一種元素，該存儲器薄膜或與該存儲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，設置了大量的所述存儲器件。
6.如權利要求5的存儲裝置，其中，所述存儲器件具有僅能記錄信息一次的結構。
7.一種存儲器件包括第一電極；第二電極；夾在所述第一和第二電極之間的存儲器薄膜，該存儲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中任選一種元素構成的導體或半導體薄膜形成在該存儲器薄膜和第一或第二電極之間並包含一種稀土元素。
8.如權利要求7的存儲器件，其中，所述導體或半導體薄膜包含從Cu、Ag、Zn中選擇的任一種元素，而且還包含Te。
9.如權利要求7的存儲器件，其中，所述絕緣材料是稀土氧化物。
10.如權利要求7的存儲器件，其中，所述絕緣材料是氮化物。
11.如權利要求7的存儲器件，其中，所述存儲器件具有僅能記錄信息一次的結構。
12.一種存儲裝置包括存儲器件，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器薄膜，該存儲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中任選一種元素構成的導體或半導體薄膜形成在該存儲器薄膜和第一或第二電極之間並包含稀土元素；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，設置了大量的所述存儲器件。
13.如權利要求12的存儲器件，其中，所述存儲器件具有僅能記錄信息一次的結構。
14.一種存儲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器薄膜，該存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料構成，並在所述存儲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。。
15.一種存儲裝置，包括存儲器件，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器薄膜，該存儲器薄膜由絕緣材料或半導體材料構成，並在存儲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，設置了大量的存儲器件。
16.一種存儲器件，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器薄膜，其中，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu、Ag、Zn中選擇的任何一種元素，存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Te、S、Se中任選的一種元素且該存儲器薄膜的底層材料具有非結晶結構。
17.如權利要求16的存儲器件，其中，所述該存儲器薄膜包含多於一種的從至少從Y、La、Nd、Sm、Gd、Yb和Dy中選擇的稀土元素。
18.權利要求17的存儲器件，其中，所述存儲器薄膜的所述稀土元素的一部分形成一氧化物薄膜。
19.如權利要求17的存儲器件，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在所述存儲器薄膜中具有在薄膜厚度方向上的成分坡度。
20.如權利要求16的存儲器件，其中，當所述存儲器薄膜的阻抗隨著所施加給所述存儲器薄膜的電壓脈衝或電流脈衝發生變化時，所述存儲器件記錄信息。
21.權利要求20的存儲器件，其中，所述阻抗每次隨施加到所述存儲器薄膜的電壓脈衝或電流脈衝改變時反向改變其極性以記錄信息或擦除信息。
22.如權利要求16的存儲器件，其中，所述存儲器件具有僅僅能記錄信息一次的結構。
23.一種存儲裝置包括存儲器件，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器薄膜，該存儲器薄膜至少包括稀土元素，該存儲器薄膜或與該存儲器薄膜接觸的一個層包含從Cu、Ag、Zn中選出的任何一個，該存儲器薄膜或與該存儲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，存儲器件的數量可以指定。
24.如權利要求23的存儲裝置，其中，所述存儲器件的存儲器薄膜包含多於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.如權利要求23的存儲裝置，其中，所述存儲器件具有僅僅能記錄信息一次的結構。
全文摘要
一種存儲器件10具有如下的結構，其中，存儲器薄膜4夾在第一和第二電極2和6之間，該存儲器薄膜4至少包含稀土元素，該存儲器薄膜4或與該存儲器薄膜接觸的層3包含從Cu、Ag、Zn中選出的任一種元素，而且該存儲器薄膜4或與該存儲器薄膜接觸的層3包含從Te、S、Se中選出的任一種元素。該存儲器件能方便穩定地記錄並讀出信息，並且該存儲器件能由相對簡單的製造方法方便地製造。
文檔編號H01L27/24GK1697195SQ20041009424
公開日2005年11月16日 申請日期2004年11月29日 優先權日2003年11月28日
發明者荒谷勝久, 前坂明弘, 河內山彰, 對馬朋人 申請人:索尼株式會社