專利名稱：存儲裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有電阻變化型存儲元件(電阻變化元件)的存儲裝置，更具體地，涉及一種設有通過基準存儲單元來判定存儲狀態(tài)(電阻值大小)的讀出電路的存儲裝置。
背景技術：
目前，已提出了即使切斷電源也沒有信息被擦除的非易失性存儲元件，例如有閃存、鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)、磁阻隨機存取存儲器(MRAM)等。在這些存儲元件中，即使在不供電時仍可連續(xù)地長時間保持寫入的信息。然而，這些存儲元件存在問題。例如，閃存的集成度高，而工作速度低。I^eRAM存在制造工藝的問題，而MRAM存在功耗的問題。因此，開發(fā)了具有新型電阻變化型存儲元件的存儲裝置。該存儲元件具有這樣的結構，其中，在兩個電極之間布置有包含預定金屬的離子導體(例如，JP-A-2006-196537和 JP-A-2009-43757)。在該存儲元件中，通過熱或電場使原子或離子運動，且認為電阻值因導電路徑的形成而發(fā)生變化。在從具備多個非易失性存儲元件的存儲單元中讀出的數(shù)據中，讀出電路可用于判定存儲元件的狀態(tài)，即，判定所述狀態(tài)是寫入狀態(tài)還是擦除狀態(tài)。在具有例如電阻型存儲元件的存儲裝置中，基準存儲單元可用于讀出電路中，該基準存儲單元具有介于寫入狀態(tài)下的電阻值和擦除狀態(tài)下的電阻值之間的中間電阻值。然而，根據存儲元件的配置和制造方法，不易于制造這種基準存儲單元。具體來說，在與JP-A-2006-196537和JP-A-2009-43757中所述的同樣類型的存儲元件的情況下， 存儲元件的電阻值隨著讀出電壓等級而非線性地變化，于是，難以制備對應于全部讀出電壓的基準存儲單元。

發(fā)明內容
于是，本發(fā)明期望提供一種可不考慮讀出電壓等級而精確地判定存儲元件的狀態(tài)的存儲裝置。一種根據本發(fā)明的實施方式的存儲裝置，該裝置包括多個存儲單元，每個存儲單元包含第一電阻變化元件；以及讀出電路，其通過比較從多個存儲單元中選擇的存儲單元的電阻狀態(tài)與基準存儲單元的電阻狀態(tài)，以判定第一電阻變化元件的電阻值的大小。所述基準存儲單元包含第二電阻變化元件，第二電阻變化元件相對于所施加電壓的電阻值小于第一電阻變化元件在高電阻狀態(tài)下的電阻值，并且第二電阻變化元件呈現(xiàn)出與第一電阻變化元件相同的電阻變化特性。
在本發(fā)明的實施方式的存儲裝置中，在讀出操作中，將選定的存儲單元的電阻狀態(tài)與基準存儲單元的電阻狀態(tài)進行比較，并根據比較結果來判定存儲單元的第一電阻變化元件的電阻值大小(即，所述狀態(tài)是寫入狀態(tài)還是擦除狀態(tài))。這里，存儲單元的電阻值隨著讀出電壓等級而非線性地變化。然而，基準存儲單元(第二電阻變化元件)的電阻值對應于存儲單元的電阻值的變化而變化，并根據讀出電壓以精確地進行判定。在本發(fā)明的實施方式的存儲裝置中，因為基準存儲單元由第二電阻變化元件構成，該第二電阻變化元件呈現(xiàn)出與存儲單元中包含的第一電阻變化元件相同的電阻變化特性，故可精確地判定存儲單元的電阻值大小，即，不考慮讀出電壓等級而判定所述狀態(tài)是寫入狀態(tài)還是擦除狀態(tài)。


圖1為表示本發(fā)明的第一實施方式的存儲裝置的示意性配置例的圖。圖2A和圖2B為表示在圖1所示的存儲單元中的第一電阻變化元件的配置的圖。圖3A和圖;3B為表示在圖1所示的基準存儲單元中的第二電阻變化元件的配置的圖。圖4為圖1所示的存儲單元的電阻-電壓特性圖。圖5為比較例的基準存儲單元的電阻-電壓特性圖。圖6為圖1所示的存儲單元和基準存儲單元的電阻-電壓特性圖。圖7為表示本發(fā)明的第二實施方式的存儲裝置的示意性配置例的圖。圖8A和圖8B為表示在圖7所示的基準存儲單元中的電阻變化元件的配置的圖。圖9為圖7所示的存儲單元和基準存儲單元的電阻-電壓特性圖。
具體實施例方式下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。以下列順序進行說明1.第一實施方式(構成基準存儲單元的第二電阻變化元件的面積大于存儲單元的第一電阻變化元件的面積的例子)2.第二實施方式(構成基準存儲單元的第二電阻變化元件設有與第一電阻變化元件具有相同配置的多個電阻變化元件的例子)<第一實施方式>[存儲裝置1的配置]圖1表示本發(fā)明的第一實施方式的存儲裝置1的示意性配置。該存儲裝置1設有存儲陣列(存儲部)10、讀出電路20、R0W解碼器30、BL開關電路40以及數(shù)據輸出電路50。(存儲陣列10)存儲陣列10具有沿列方向和行方向以矩陣(例如，4列X6行)布置的多個存儲單元11。例如，存儲單元11配置為使得金屬氧化物半導體(M0Q型晶體管12和電阻變化元件13 (第一電阻變化元件)串聯(lián)連接。同一列的存儲單元11中的各晶體管12的一組端子(例如漏極端子)連接于以列方向延伸的公共位線BLO BL3，而同一行的存儲單元11 中的各晶體管12的柵極端子連接于以行方向延伸的公共字線Wi) WL5。各晶體管12的其他端子(例如源極端子)連接于各電阻變化元件13的一組端子(例如下部電極)，各電阻變化元件13各自與晶體管12形成一對。各電阻變化元件13的其他端子(例如上部電極)連接于公共端P，公共端P以塊為單位而具有同一電位。字線mi) WL5連接于ROW解碼器30，并且對地址信號進行解碼而獲得的列選擇信號通過字線mi) WL5而被輸入至晶體管12的柵極端子。位線BLO BL3連接于BL開關電路40，并且在BL開關電路40中選擇與讀出對象的存儲單元11連接的位線。即，讀出對象的存儲單元11通過BL開關電路40而連接于讀出電路20。圖2A表示電阻變化元件13的橫截面結構，而圖2B表示電阻變化元件13的平面形狀。該電阻變化元件13基本上為四棱柱狀元件，該四棱柱狀元件依次具有下部電極131 (第一電極)、存儲層132以及上部電極133 (第二電極)。在例如硅基板(未圖示)上設置的下部電極131為與晶體管12的連接部。該下部電極131由在半導體工藝中所使用的布線材料制成，所述布線材料例如為鎢(W)、氮化鎢 (WN)、銅(Cu)、鋁(Al)、鉬(Mo)、鉭(Ta)以及硅化物。當下部電極131由可在電場中發(fā)生離子導電的銅等材料制成時，由銅等制成的下部電極131的表面可覆蓋有不易于發(fā)生離子導電和熱擴散的材料，該材料例如為鎢、氮化鎢、氮化鈦(TiN)以及氮化鉭(TaN)等。此外， 當后述的離子源層132A包含鋁時，優(yōu)選地使用包含與鋁相比不易于電離的鉻(Cr)、鎢、鈷 (Co)、硅(Si)、金(Au)、鈀(Pd)、鉬、銥(Ir)以及鈦(Ti)中至少一種的金屬膜、它們的氧化物膜或氮化物膜。存儲層132由離子源層132A和電阻變化層132B構成。離子源層132A包含有待成為可移動離子(陽離子和陰離子)而擴散至電阻變化層132B中的元素?？砂T如鋁、 鍺(Ge)和鋅(Zn)等金屬元素的一種或兩種以上以作為可電離為陽離子的元素?？砂T如氧(0)、碲(Te)、硫(S)和硒(Se)等第16族元素(硫族元素)的至少一種以作為可電離為陰離子的離子導電材料。離子源層132A設置于上部電極133側，這里，使離子源層132A 與上部電極133接觸。金屬元素和硫族元素彼此結合并形成金屬硫族化合物層。該金屬硫族化合物層主要具有非晶態(tài)結構，并用作離子供給源。在寫入操作中，在陰極電極(例如下部電極131)上還原可電離為陽離子的金屬元素，并形成處于金屬狀態(tài)下的導電路徑(絲)。于是，優(yōu)選使用化學穩(wěn)定元素，所述化學穩(wěn)定元素在包含上述硫族元素的離子源層132A中可以金屬狀態(tài)出現(xiàn)。這些金屬元素的例子不僅包括上述金屬元素，還包括元素周期表的4A、5A、6A族中的過渡金屬元素，即鈦、鋯(Zr)、 鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭、鉻、鉬以及鎢?？墒褂眠@些元素的一種或兩種以上。此外，銀 (Ag)、硅等可用作離子源層132A的添加元素。這種離子源層132A的材料的具體例子包括ZrTeAl、TiTeAl、CrTeAl、WTeAl以及 IVTeAl。所述材料的例子還可包括將銅添加至^TeAl而得到的Cu^^eAl、進一步添加鍺的CWrTeAlGe以及包含添加元素的CWrTeAlSiGe。否則，可使用以鎂替代鋁的&TeMg。即使當以諸如鈦和鉭等其他過渡金屬元素替代鋯時，仍可使用同樣的添加元素作為待電離的金屬元素。例如，可使用TaTeAlGe。此外，不僅可使用上述的碲，還可使用硫、硒或碘(I)以作為離子導電材料。具體來說，可使用&SA1 JrkAl、ZrIAl、CuGeTeAl等?？刹话X并且可使用CuGeTeZr等。其他元素可添加至離子源層132A中，目的例如是在存儲層132的高溫熱處理中防止膜剝落。例如，硅為可同時期望改進保持特性的添加元素，優(yōu)選地將硅與鋯一起添加至離子源層132A中。然而，當硅的添加量過小時，無法期望防止膜剝落的效果，而當所述量過大時，不能獲得良好的存儲操作特性。因此，離子源層132A中硅的含量優(yōu)選地在約10 45% 的范圍內。電阻變化層132B設置于下部電極131側，這里，使電阻變化層132B與下部電極 131接觸。該電阻變化層132B用作導電的阻擋層。當在下部電極131和上部電極133之間施加預定電壓時，電阻變化層132B的電阻值發(fā)生變化。電阻變化層132B具有包含例如過渡金屬氧化物的層。例如，電阻變化層132B包括氧化鋁(AlOx)層以及比氧化鋁的電阻低的過渡金屬氧化物層。從下部電極131側依次設置過渡金屬氧化物層和氧化鋁層。這樣，構成了電阻變化層132B，于是可提高電阻變化元件 13的重復耐久性。過渡金屬氧化物層優(yōu)選地為絕緣性能不高的導電氧化物。具體來說，過渡金屬氧化物層優(yōu)選地為包含鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬以及鎢的過渡金屬族的至少一種的氧化物。此外，電阻變化層132B可不包括過渡金屬氧化物層，而可包括氧化鋁層。電阻變化層132B可包括使用過的氧化鎵(GaOx)。上部電極133可使用與下部電極131同樣的公知的半導體布線材料。然而，上部電極優(yōu)選地由穩(wěn)定材料制成，該穩(wěn)定材料即便在后退火處理后也不與離子源層132A反應。相比于諸如閃存的存儲元件，上述電阻變化元件13可簡化存儲單元11的配置，從而降低對存儲元件的尺寸的依賴性。于是，可獲得大信號，并且具有較強的縮放特性。此外， 寫入時間可縮短為約5納秒，并且可以例如約IV的低電壓和約20 μ A的低電流進行工作。(讀出電路20)在電源Vdd和BL開關電路40之間設有讀出電路20，且讀出電路20包括用于施加讀出電壓的晶體管21Α、21Β ；基準存儲單元22 ；電流鏡像電流源負載M ；以及感測放大
25 ο在該讀出電路20中，當將預定電壓施加于晶體管21A、21B的端子C時，晶體管 21A、21B輸出讀出電壓Vr，該讀出電壓Vr適合于選定的讀出對象的存儲單元11的狀態(tài)。這里，晶體管21A、21B的晶體管尺寸相同，于是在施加相同電壓的情況下，晶體管21A、21B的電流供給能力相同。基準存儲單元22設有圖3A、3B中所示的電阻變化元件23 (第二電阻變化元件)。 圖3A表示電阻變化元件23的橫截面配置，而圖:3B表示電阻變化元件23的平面配置。電阻變化元件23基本上為四棱柱狀元件，其依次包括下部電極231、包含離子源層232A和電阻變化層232B的存儲層232以及上部電極233。例如，下部電極231連接于晶體管21B， 而上部電極233連接于上述公共端P。在本實施方式中，構成讀出電路20的電阻變化元件23的下部電極231、存儲層 232和上部電極233由與存儲單元11中的電阻變化元件13相同的構成材料制成。上述相同的構成材料可不必是完全相同的材料，并且可不必具有相同的組成。這意味著當電阻變化元件13、23的尺寸相同時，可獲得基本相同的電氣特性(相對于所施加電壓的電阻值的變化)。當如圖2BJB所示的基本為四棱柱狀的電阻變化元件13和電阻變化元件23的上表面(和下表面)的四邊形面積分別由Sm和Srm表示時，Srm大于Sm。即，就沿著與電壓或電流的施加方向(連接下部電極131、231和上部電極133、233的方向)垂直的方向所截取的橫截面積而言，電阻變化元件M大于電阻變化元件13。因此，在施加相同等級電壓的情況下，電阻變化元件23的電阻值小于電阻變化元件13的高電阻狀態(tài)下的電阻值。當電阻變化元件23和電阻變化元件13的電阻值相同時，或者當電阻變化元件23的電阻值較大時，基準存儲單元22不用作基準存儲器。在圖1中，基準存儲單元22具有一個電阻變化元件23，然而，基準存儲單元22可具有多個電阻變化元件23。而且，當基準存儲單元22由多個電阻變化元件23形成時，在施加相同等級電壓的情況下，各個電阻變化元件23的電阻值可全部相同，或者可彼此不同?；鶞蚀鎯卧?2中的電阻變化元件23優(yōu)選地處于擦除狀態(tài)(與電阻變化元件13 的擦除狀態(tài)或后述的高電阻狀態(tài)對應的狀態(tài))，并且更優(yōu)選地處于在存儲裝置制造后還未執(zhí)行寫入(未施加寫入電壓)的狀態(tài)，即處于初始狀態(tài)。這是因為當施加大電壓時，電阻變化元件23的電阻值發(fā)生變化，于是擔心電阻變化元件23的電阻值可變得小于電阻變化元件13的低電阻狀態(tài)下的電阻值。而且一般來說，相比于每個存儲單元11，基準存儲單元22 被更頻繁地訪問且更易于劣化。通過使用還未被施加大的寫入電壓的初始狀態(tài)下的元件， 可抑制該劣化。在電流鏡像電流源負載M中，由與存儲陣列10連接的晶體管24A和與基準存儲單元22連接的晶體管24B來檢測流經讀出對象的存儲單元11的電流Lii和流經基準存儲單元22的電流Irm。電流Lii和電流Irm之間的電流差被轉換為電壓，然后由感測放大器 25進行放大，于是，可判定電流Lii和電流Irm之間的大小關系(即，存儲單元11是寫入狀態(tài)還是擦除狀態(tài))，并輸出給數(shù)據輸出電路50。[存儲裝置1的作用和效果]在本實施方式的存儲裝置1中，當由電源Vdd施加電壓脈沖時，在電阻變化元件13 中，通過下部電極131和上部電極133，存儲層132的例如電阻值等電氣特性發(fā)生變化，從而存儲信息(寫入、擦除、讀出)。下面，詳述該操作。(1.寫入)首先，將正電壓施加給電阻變化元件13，于是上部電極133側例如為正電位，而下部電極131側為負電位。因此，電流I沿圖2A、2B所示的箭頭方向流入電阻變化元件13中， 并且離子源層132A中的金屬元素擴散至電阻變化層132B中，并在下部電極131側被還原。 結果，在下部電極131和電阻變化層132B之間的界面處形成導電路徑(絲)。否則，被電離的金屬元素留在電阻變化層132B中，于是形成雜質能級，且在電阻變化層132B中形成導電路徑。因此，減小了電阻變化層132B的電阻值。此后，即使通過除去正電壓以消除施加給電阻變化元件13的電壓時，仍可保持低電阻狀態(tài)，從而寫入信息。圖1所示的電阻變化元件13、23上的箭頭對應于圖2A ;3B中的箭頭。即，當電流沿著由端子P至BL的方向流動時，在電阻變化元件13中進行寫入。(2.擦除)在擦除過程中，將負電壓施加給電阻變化元件13，從而上部電極133側例如為負電位，而下部電極131側為正電位。因此，在電阻變化層132B中形成的導電路徑的金屬元素被再次電離并溶解于離子源層132A中，并且電阻變化層132B的電阻值再次上升。于是， 電阻變化元件13進入高電阻狀態(tài)。以此方式進行擦除。圖4表示包含電阻變化元件13的存儲單元11的電阻-電壓特性。在圖4中，晶體管12的柵極電壓通常為導通狀態(tài)。當電阻變化元件13處于初始狀態(tài)時，電阻值高且接近10ΜΩ。然而，當施加正電壓時，電阻值下降，并且當施加+1. 3V以上的電壓時，電阻值急劇下降至約IOkQ (寫入)。接下來，當逐漸提高并施加與上述寫入情況的極性相反的電壓時，在-0. 7V處電阻值急劇增加。最終，電阻值增加至與初始狀態(tài)下同樣的程度(擦除)。低電阻狀態(tài)和高電阻狀態(tài)分別與數(shù)據“1”和“0”關聯(lián)，于是存儲1位數(shù)據。從圖4中顯而易見，擦除狀態(tài)(初始狀態(tài))下的電阻變化元件13的電阻值根據所施加的電壓等級而非線性地變化。電阻變化元件13具有這樣的特性，于是變得難以制備用于在讀出過程中精確地判斷電阻變化元件13的狀態(tài)的基準存儲單元。(3.讀出)在讀出過程中，首先，ROW解碼器30選擇字線Wi) 札5之任一個，且BL開關電路40選擇位線BLO BL3之任一個，以確定讀出對象的存儲單元11。接下來，將端子P設定為0V，并且將不足以進行寫入和擦除的相對小的電壓(例如，0. IV IV)施加給端子C。 可以任何方向施加電壓。例如，施加給端子C的電壓為被加上Vgs的讀出電壓Vr。當將電壓Vr施加給被用于施加讀出電壓的晶體管21A、21B選定為讀出對象的存儲單元11以及基準存儲單元22時，電流Lii和電流Irm分別流入存儲單元11和基準存儲單元22。通過電流鏡像電流源負載M和感測放大器25來比較電流Lii和電流Irm之間的大小關系，并將比較結果輸出給數(shù)據輸出電路50。換言之，將存儲單元11的電阻狀態(tài)與基準存儲單元22的電阻狀態(tài)進行比較以確定累積的數(shù)據(存儲單元11的寫入狀態(tài)或擦除狀態(tài))。以上過程為一般性讀出過程，隨后，參照比較例來詳述本實施方式中的讀出過程的特征。(3-1.比較例)圖5以比較例表示當以電阻值為1ΜΩ的基準存儲單元來替代包含電阻變化元件 23的基準存儲單元22時的基準存儲單元的電阻-電壓特性。在圖5中，以虛線表示基準存儲單元的電阻-電壓特性，而以圖4中的實線表示的存儲單元11的電阻-電壓特性與上述
特性重疊。例如，在沿擦除方向施加0. 3V(-0. 3V)的電壓并如此進行讀出的情況下，當存儲單元11的電阻值大于基準存儲單元的電阻值1ΜΩ時，判定為數(shù)據“0”，而當存儲單元11的電阻值小于基準存儲單元的電阻值IMΩ時，判定為數(shù)據“1”。然而，相比于存儲單元11的電阻值隨著讀出電壓等級而非線性變化，基準存儲單元的電阻值是恒定的，從而存在當讀出電壓等級發(fā)生變化時存儲單元11的狀態(tài)可被誤判的問題。(3-2.本實施方式)相比于上述比較例，本實施方式的存儲裝置1包括基準存儲單元22中的電阻變化元件23，且電阻變化元件23由與存儲單元11中的電阻變化元件13相同的構成材料制成。 因此，電阻變化元件23呈現(xiàn)出與電阻變化元件13相同的電阻變化特性。即，針對所施加的電壓，基準存儲單元22的電阻值(基準電阻)對應于存儲單元11的電阻值的變化而變化。圖6表示具有電阻變化元件23的基準存儲單元22的電阻-電壓特性。在圖6中， 以虛線表示基準存儲單元22的電阻-電壓特性，而以圖4中的實線表示的存儲單元11的電阻-電壓特性與上述特性重疊。此外，圖6中的電阻變化元件13的面積Sm和電阻變化元件23的面積Srm之比(Sm Srm)為1 10。即，相對于初始狀態(tài)下的基準存儲單元22 的所施加電壓的電阻值為初始狀態(tài)下的存儲單元11的電阻值的1/10。參照圖6，可確認存儲單元11的電阻-電壓特性與基準存儲單元22的電阻-電壓特性相同，并且基準存儲單元22的電阻值(基準電阻)對應于存儲單元11的電阻值而變化，該存儲單元11的電阻值根據電壓等級而非線性地變化。已根據擦除方向上的電壓施加說明了讀出，而且在寫入方向上施加電壓的情況下，以同樣的方式進行讀出。如上所述，在本實施方式的存儲裝置1中，基準存儲單元22由電阻變化元件23構成，電阻變化元件23呈現(xiàn)出與存儲單元11中包含的電阻變化元件13相同的電阻變化特性。因此，電阻變化元件23 (基準存儲單元22)的電阻值與電阻變化元件13(存儲單元11) 的電阻值基本上成比例地變化。于是，可不考慮讀出電壓等級而精確地判定存儲單元11的狀態(tài)、即寫入狀態(tài)或擦除狀態(tài)。即，可自由設定讀出電壓。此外，因為電阻變化元件13、23由同一構成材料制成，并且僅電阻變化元件13、23 的面積的尺寸可發(fā)生變化，故通過濺射法可容易地制造電阻變化元件23。而且，通過使用初始狀態(tài)下的電阻變化元件23，可抑制電阻變化元件23的劣化， 并且可以更高的精度來判定存儲單元11的狀態(tài)。在本實施方式中，因為電阻變化元件23的電阻被設定為小于電阻變化元件13的電阻，故電阻變化元件23的面積Srm設定為大于電阻變化元件13的面積Sm。然而，所述面積可設定為彼此相同，并且存儲層232的層厚可設定為小于存儲層132的層厚以減小電阻。下面，說明本發(fā)明的其他實施方式。在以下說明中，與上述實施方式相同的構成部件由相同的附圖標記表示，并且適當?shù)厥÷灾貜驼f明。<第二實施方式>圖7表示本發(fā)明的第二實施方式的存儲裝置2的示意性配置。本實施方式不同于上述第一實施方式之處在于，在基準存儲單元22A中包含與存儲單元11中的電阻變化元件 13具有相同配置的多個電阻變化元件沈，以作為第二電阻變化元件。多個電阻變化元件沈中的每個都通過晶體管27而并聯(lián)連接于用于施加讀出電壓的晶體管21B的一個端子。在圖7中，將三個電阻變化元件沈并聯(lián)連接，但電阻變化元件沈的個數(shù)可以為兩個或四個以上。圖8A表示電阻變化元件沈的橫截面配置，而圖8B表示電阻變化元件沈的平面配置。電阻變化元件沈基本上為四棱柱狀元件，其依次具有下部電極沈1、包含離子源層
和電阻變化層的存儲層沈2以及上部電極沈3。例如，電阻變化元件沈的下部電極261連接于晶體管27，并且上部電極263連接于上述公共端P。即，在本實施方式中，單獨地對選擇端子SO S2進行導通/截止控制，以便調節(jié)連接于晶體管21B的電阻變化元件沈的個數(shù)，于是，針對相同等級的施加電壓，第二電阻變化元件(多個電阻變化元件沈) 的電阻值設定為小于第一電阻變化元件(電阻變化元件13)的高電阻狀態(tài)下的電阻值。電阻變化元件沈的下部電極沈1、存儲層262和上部電極沈3由與存儲單元11中的電阻變化元件13相同的構成材料制成，并且面積SrmA與面積Sm相等。S卩，電阻變化元件 26具有與電阻變化元件23相同的配置。電阻變化元件沈、23優(yōu)選地具有同一形狀以易于制造。然而，當面積SrmA與面積Sm相等時，所述各形狀可彼此不同。圖9表示具有電阻變化元件沈的基準存儲單元22A的電阻-電壓特性。在圖9中，以虛線表示基準存儲單元22A的電阻-電壓特性，而以圖4中的實線表示的存儲單元11 的電阻-電壓特性與上述特性重疊。當控制端子SO S2中的兩個處于導通狀態(tài)時，初始狀態(tài)下的基準存儲單元22A的電阻值為初始狀態(tài)下的存儲單元11的電阻值的2/3，而當控制端子SO S2中的三個處于導通狀態(tài)時，初始狀態(tài)下的基準存儲單元22A的電阻值為初始狀態(tài)下的存儲單元11的電阻值的1/3。當存儲單元11的電阻值與基準存儲單元22A的電阻值相等時，基準存儲單元22A不用作基準存儲單元。因此，在本實施方式中，可選擇并聯(lián)連接的多個電阻變化元件26中的兩個以上。在本實施方式的存儲裝置2中，基準存儲單元22A由多個電阻變化元件沈構成， 多個電阻變化元件26的配置與存儲單元11中的電阻變化元件13的配置相同。因此，不僅具有上述實施方式的效果，還可簡化制造工藝并易于調整基準電阻的等級。如上所述，已參照各實施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述實施方式，并且可作出各種變型。例如，上述實施方式中所述的各層的材料未作限定，可使用其他材料。而且，在上述實施方式中，已經說明電阻變化元件23、26的構成材料與存儲單元11中的電阻變化元件13的構成材料相同。然而，如果基準存儲單元的電阻-電壓特性呈現(xiàn)出與存儲單元的電阻-電壓特性基本相同的變化(趨勢)，則所述構成材料可不同。此外，例如，在上述實施方式中，說明了基本為正方形平面形狀的電阻變化元件 13、23、26。然而，所述平面形狀可以為長方形或其他多邊形或環(huán)形，且三維形狀不限于柱狀，而可以為其他形狀。在上述實施方式中，已經說明了通過所謂的電壓施加電流感測方法對選定的存儲單元11進行讀出的方法。然而，還可通過諸如電壓感測方法和電流感測方法等其他讀出方法進行讀出。本領域的技術人員應當明白，在不脫離所附權利要求及其等同物的范圍內，取決于設計需要和其它因素可出現(xiàn)各種變化、組合、子組合和替代。
權利要求
1.一種存儲裝置，其包括多個存儲單元，每個所述存儲單元包含第一電阻變化元件；以及讀出電路，其通過比較從所述多個存儲單元中選擇的存儲單元的電阻狀態(tài)與基準存儲單元的電阻狀態(tài)，以判定所述第一電阻變化元件的電阻值的大小，其中，所述基準存儲單元包含第二電阻變化元件，所述第二電阻變化元件相對于所施加電壓的電阻值小于所述第一電阻變化元件在高電阻狀態(tài)下的電阻值，并且所述第二電阻變化元件呈現(xiàn)出與所述第一電阻變化元件相同的電阻變化特性。
2.如權利要求1所述的存儲裝置，其中，所述第一電阻變化元件依次具有第一電極、存儲層以及第二電極，并且所述存儲層的電阻值隨著對所述第一電極和所述第二電極施加的電壓而變化。
3.如權利要求1或2所述的存儲裝置，其中，所述第二電阻變化元件由與所述第一電阻變化元件相同的材料制成。
4.如權利要求3所述的存儲裝置，其中，所述第二電阻變化元件沿電流流動方向的面積大于所述第一電阻變化元件沿電流流動方向的面積。
5.如權利要求1所述的存儲裝置，其中，所述第二電阻變化元件的配置與所述第一電阻變化元件的配置相同，且該第二電阻變化元件由彼此并聯(lián)連接的多個電阻變化元件形成，并且在讀出操作中選定所述多個電阻變化元件中的兩個以上。
6.如權利要求1所述的存儲裝置，其中，所述第二電阻變化元件處于擦除狀態(tài)。
7.如權利要求1所述的存儲裝置，其中，所述第二電阻變化元件處于初始狀態(tài)。
8.如權利要求2所述的存儲裝置，其中，所述存儲層具有離子源層，其設置于所述第二電極側，并且該離子源層包含氧、碲、硫和硒中的至少一種以及銅、鋁、鍺和鋅中的至少一種金屬元素；以及電阻變化層，其設置于所述第一電極側。
9.如權利要求8所述的存儲裝置，其中，所述電阻變化層至少包含過渡金屬氧化物。
全文摘要
一種存儲裝置，其包括多個存儲單元，每個存儲單元包含第一電阻變化元件；以及讀出電路，其通過比較從多個存儲單元中選擇的存儲單元的電阻狀態(tài)與基準存儲單元的電阻狀態(tài)，以判定第一電阻變化元件的電阻值的大??；其中，所述基準存儲單元包含第二電阻變化元件，第二電阻變化元件相對于所施加電壓的電阻值小于第一電阻變化元件在高電阻狀態(tài)下的電阻值，并且第二電阻變化元件呈現(xiàn)出與第一電阻變化元件相同的電阻變化特性。本發(fā)明可精確地判定存儲單元的電阻值大小，即，不考慮讀出電壓等級而判定所述狀態(tài)是寫入狀態(tài)還是擦除狀態(tài)。
文檔編號G11C13/00GK102568565SQ20111040183
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權日2010年12月13日
發(fā)明者中島智恵子, 北川真, 吉原宏, 対馬朋人, 小方憲太郎, 椎本恒則 申請人:索尼公司