的部分可以构成一个存储元件(存储单元)40。离子源层20和可变电阻层30可以构成存储元件40的存储层41。需要注意的是，离子源层20的末端可以被连接至用于施加电压的焊盘电极51。
[0088]电极10可以被设置于例如基板60(参照图3)上。基板60可以由硅制成，且可以包括形成于其上的互补金属氧化物半导体(CMOS 〖Complementary Metal OxideSemiconductor)电路。电极10可以充当与该CMOS电路部相连的连接部。电极10可以是例如沿垂直于基板60的方向延伸的线性电极。需要注意的是，基板60可以设置有布线层和选择元件，且可以包括能够根据操作方法而从多个电极10中选择任意电极10的结构。
[0089]电极10可以由半导体工艺中所使用的布线材料构成。示例可以包括钨(W)、氮化钨(WN)J^ (Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、钽(Ta)、硅化物，等等。在电极10是由诸如Cu等具有由于电场而出现离子传导的可能性的材料构成的情况下，由Cu等制成的电极10的表面可以被覆盖有诸如W、WN、氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)等不可能造成离子传导或热扩散的材料。
[0090]离子源层20可以与可变电阻层30 —起构成存储元件40的存储层41的一部分。离子源层20的第一表面20A可以与可变电阻层30接触。离子源层20可以被连接至焊盘电极51。如图3所示，离子源层20可以是沿平行于基板60的方向延伸的线性层。离子源层20与电极10可以彼此垂直地交叉。离子源层20可以形成让离子源层20和层间绝缘层71交替地堆叠于基板60上而得到的堆叠结构。层间绝缘层71可以由氧化硅(S12)、或氮化硅(SixNy)等构成。
[0091]离子源层20可以包括例如作为将要被阴离子化的离子传导材料的诸如碲(Te)、硫(S)和砸(Se)等至少一种硫族元素。离子源层20还可以包括氧。此外，离子源层20可以还包括作为能够被阳离子化的金属元素的过渡金属元素。该过渡金属元素可以是例如从元素周期表的第4族钛族{钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)}、第5族钒族{钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)}和第6族铬族{铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)}中选出的一种、两种或更多种。
[0092]在离子源层20中，上述的过渡金属元素、硫族元素和氧可以结合在一起从而形成金属硫族化物氧化物层。该金属硫族化物氧化物层可以主要包括非晶结构，且可以充当离子供给源。
[0093]可变电阻层30可以被设置于电极10与离子源层20之间。可变电阻层30可以被构造成使得通过向电极10和焊盘电极51施加电压就能够形成低电阻部分(传导路径)从而造成电阻值的变化。该低电阻部分可以包括上述的过渡金属元素或可以包括氧缺陷。可变电阻层30可以由例如金属元素的氧化物膜、金属元素的氮化物膜、或金属元素的氧氮化物膜构成。
[0094]需要注意的是，与其他过渡金属元素比较而言，包括上述过渡金属元素的传导路径在离子源层20附近或者在可变电阻层30中是化学稳定的，且很有可能形成中间氧化态或维持这样的态。这有助于提高存储元件40的电阻值可控性和数据存储性能。
[0095]此外，在由过渡金属元素制成的传导路径中及其附近，可以形成三种状态，即，电阻值分别是“低值/中间值/高值”的“金属状态/硫族化合物状态/氧化物状态”。可以由所述三种状态的混合状态来确定可变电阻层30的电阻值。通过改变所述三种状态的混合状态就使得可变电阻层30能够具有各种各样的值(中间电阻值)。这里，使用了在离子源层20中曾经描述过的能够形成化学稳定且具有中间电阻值的传导路径的上述过渡金属元素。这导致了存储元件40的电阻值(特别是中间电阻值)可控性和数据存储性能的改口 ο
[0096]对于可变电阻层30所用的金属材料没有特定的限制，只要可变电阻层30是在初始状态下具有高电阻(例如是大约从几ΜΩ至几百GQ的值)的层即可。例如，在使用金属氧化物作为可变电阻层30的材料的情况下，较佳的是，能够形成具有高电阻(S卩，具有大的带隙)的金属氧化物的Zr、Hf、Al、稀土元素等被用作所述金属元素。此外，在使用金属氮化物的情况下，同样较佳的是，Zr、Hf、Al、稀土元素等被用作所述金属元素，因为它们能够实现大约从几ΜΩ至几百GD的电阻值且它们很可能在擦除操作中由于因氧的移动而造成传导路径的氧化而具有高电阻。此外，同样地，在使用金属氧氮化物的情况下，可以使用能够获得大约从几ΜΩ至几百GD的电阻值的金属原子。可变电阻层30可以具有任何厚度，只要能够获得上述的大约从几ΜΩ至几百GQ的元件电阻即可。厚度的最佳值可以根据元件的尺寸或离子源层20的电阻值而改变。优选地，可变电阻层30的厚度可以是例如大约Inm以上到1nm以下。
[0097]可变电阻层30的材料的具体示例可以包括Ni0、Mn0、Cr203、Mn203、Fe203、Cu02、Ti02、ZrO2, HfOx, ZnO，等等。在它们之中，过渡金属氧化物可以是优选的。
[0098]需要注意的是，不必特意地形成可变电阻层30。在存储元件40的制造工艺中，离子源层20中所包含的过渡金属元素和氧结合起来，从而在电极10上自然地形成了最终将会充当可变电阻层30的金属氧化物膜。或者，通过施加擦除方向上的偏置电压而形成的氧化物膜最终将会充当可变电阻层30。
[0099]焊盘电极51可以被连接至例如离子源层20的末端。焊盘电极51并非必须面对电极10。关于焊盘电极51，可以使用类似于电极10的众所周知的半导体布线材料。在经受了后退火之后不太可能与离子源层20发生反应的稳定材料可以是优选的。此外，焊盘电极51并非必须含有能够在离子源层20中扩散的物质。
[0100]在本实施例中，离子源层20沿第一方向Al延伸且被沿第一方向Al布置着的多个存储元件40共用。电极10沿第二方向A2延伸且被沿第二方向A2布置着的多个存储元件40共用。第二方向A2与第一方向Al不同。因此，在存储装置I中，能够在既垂直于第一方向Al也垂直于第二方向A2的第三方向A3上实现微型化。
[0101]将会通过与图4和图5中所示的根据参考例的存储装置的比较，而给出关于本实施例存储装置的更加详细的说明。需要注意的是，在图4和图5中，在给出说明时，用变为百位数的相同附图标记来表示与图1到图3中的组件对应的组件。
[0102]根据参考例的存储装置101可以具有如下的构造:其中，多个第一电极110 (沿第一方向Al)与多个第二电极150 (沿第二方向A2)彼此交叉，且离子源层120和可变电阻层130在这两种电极之间被设置于它们的交叉处。离子源层120和可变电阻层130被夹在第一电极110与第二电极150之间而得到的部分可以构成一个存储元件140。
[0103]因此，在根据参考例的存储装置101中，第一电极110和第二电极150在它们的交叉处间隔了离子源层120和可变电阻层130的总厚度的距离。这导致了在既垂直于第一方向Al也垂直于第二方向A2的第三方向A3上的微型化的困难。
[0104]另一方面，代替参考例中的第二电极150的是，根据本实施例的存储装置I包括线性形状的离子源层20。因此，电极10和离子源层20可以在它们的交叉处以可变电阻层30的厚度的距离而足以隔开。这使得能够进行在既垂直于第一方向Al也垂直于第二方向A2的第三方向A3上的微型化。
[0105]换言之，在根据本实施例的存储装置I中，用离子源层20取代了根据参考例的存储装置101中相互交叉的两种电极布线中的一方(即，第二电极150)，这使得两种电极布线中的任一种能够具有作为存储层41的一部分的功能。相反地，在根据参考例的存储装置101中，存储元件140被设置有独立的第二电极150和离子源层120，但根据本实施例的存储元件40却使得离子源层20能够具有作为相对于电极10 (第一电极)的相对电极(第二电极)的功能。
[0106]此外，在本实施例中，如图2所示，可变电阻层30被设置于电极10的两侧。因此，如图3所示，离子源层20被在既垂直于第一方向Al也垂直于第二方向A2的第三方向A3上彼此相邻的多个存储元件401、402共用。需要注意的是，共用了电极10的存储元件402、403包括它们各自的离子源层20。
[0107]例如，存储装置I可以被如下所述地制造出来。
[0108]图6到图15按照步骤的顺序图示了存储装置I的制造方法。首先，如图6所示，准备基板60。在基板60上，交替地堆叠离子源层20和层间绝缘膜71。可以通过化学气相沉积(CVD:Chemical Vapor Deposit1n)法或派射法而形成离子源层20。特别地，使用派射法可以允许实现高速、均匀的膜沉积。
[0109]关于层间绝缘膜71，例如，可以使用通过等离子体CVD方法制出的氧化硅膜或氮化硅膜。在通过等离子体CVD方法形成氧化硅膜的情况下，可以使用TEOS (正硅酸乙酯)。关于层间绝缘膜71的平坦化，例如，可以使用化学机械抛光(CMP:Chemical MechanicalPolishing)。
[0110]在基板60上，可以在形成离子源层20和层间绝缘膜71的堆叠结构之前先形成布线层和选择元件。基板60可以包括能够根据操作方法从多个电极10中选择任意电极10的结构。此外，在这种情况下，可以适当地形成有蚀刻阻挡膜、绝缘膜、或导电膜等。该蚀刻阻挡膜可以被设置用来形成稍后将要说明的孔结构72。
[0111]然后，通过图形化和蚀刻，如图7所示，使离子源层20和层间绝缘膜71沿第一方向Al (平行于基板60的方向)延伸。将离子源层20图形化为沿第一方向Al延伸的多条平行线的形状。利用隔离沟76使相邻的离子源层20彼此分离。
[0112]随后，如图8所示，利用隔离绝缘膜77填充隔离沟76。可以利用例如原子层沉积(ALD:Atomic Layer Deposit1n)方法或CVD方法来实施隔离绝缘膜77的填充。
[0113]此后，形成抗蚀剂掩模(未图示)以便蚀刻层间绝缘膜71和离子源层20的一部分。因此，如图9和图10所示，隔离绝缘膜77设置有沿不同于第一方向Al的第二方向A2(垂直于基板60的方向)的孔结构72，这使得离子源层20能够从孔结构72的内表面中露出。
[0114]需要注意的是，这里，孔结构72被形成为方柱形，然而，这不是限制性的。可代替的是，孔结构72可以具有各种各样的形状，诸如圆柱形或椭圆柱形。
[0115]随后，如图11所示，利用蚀刻使从孔结构72的内表面中露出的离子源层20回缩。因此，形成了凹陷部73。
[0116]随后，如图12所示，利用例如ALD方法或CVD方法在孔结构72的内表面上形成可变电阻材料层30A。可以在孔结构72和凹陷部73的整个内表面上连续地沉积可变电阻材料层