CN101005112B

CN101005112B - 非易失存储元件及其制造方法

Info

Publication number: CN101005112B
Application number: CN200610168444.1A
Authority: CN
Inventors: 浅野勇; 佐藤夏树; 沃洛季米尔·丘巴蒂耶; 杰弗里·P·富尼耶
Original assignee: Elpida Memory Inc
Current assignee: Micron Technology Inc
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-12-13
Also published as: JP4577694B2; US7692272B2; JP2007194586A; US20070164267A1; TWI315066B; CN101005112A; TW200733102A

Abstract

非易失存储元件，包含：下电极12；上电极15；设置在下电极12和上电极15之间、包含相变材料的记录层13和可以阻挡记录层13相变的阻挡层14。构成阻挡层14的材料比构成记录层13的材料具有更高的电阻。阻挡层14抑制热向上电极15辐射，极大地限制了施加写电流时的相变区。结果得到高的加热效率。上电极15自身可以用来构成位线，或者可以设置独立的位线。

Description

非易失存储元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及电可改写非易失存储元件和制造该元件的方法。更具体地说，本发明涉及具有记录层的电可改写非易失存储元件和制造该元件的方法，所述记录层包含相变材料。

背景技术

个人计算机和服务器等都使用分级的存储器件。存在便宜并且提供高存储容量的低级(lower-tier)存储器，而比该级别高的存储器能提供高速操作。最低级别通常由磁性存储器例如硬盘和磁带构成。除了非易失存储性，磁性存储是存储比固体器件例如半导体存储器的信息存储量大很多的便宜方式。然而，和磁性存储器件的依序访问操作相比，半导体存储器更快，并且可以随机访问所存储的数据。由于这些原因，通常使用磁性存储器来存储程序和档案信息等，并且当需要时，将该信息传输到级别更高的主系统存储器。

主存储器通常使用动态随机存取存储器(DRAM)，其以比磁性存储器更高的速度工作，并且以每位(per-bit)为基础，比更快的半导体存储器例如静态随机存取存储器(SRAM)更便宜。

占据最顶级的存储器级别的是系统微处理器单元(MPU)的内部高速缓冲存储器。内部高速缓冲存储器是通过内部总线与MUP芯连接的极高速存储器。在某些情况下，在内部高速缓冲存储器和主系统之间使用第二甚至第三高速缓冲存储器。

DRAM用于主存储器，这是因为它实线了速度和位成本(bit cost)之间的良好平衡。此外，现在有些具有大容量的半导体存储器。近年来，已经开发了容量超过十亿字节的存储芯片。DRAM是如果其电源断电则丢失存储数据的易失存储器。这使得DRAM不适合于存储程序和档案信息。而且，即使当电源接通时，存储器也必须周期地进行刷新操作，以便保持存储的数据，因此在能够降低多少器件电功耗方面存在限制，进一步的问题是控制器进行控制的复杂性。

半导体闪存是高容量和非易失的，但是需要用于写和擦除数据的高电流，并且写和擦除时间(times)缓慢。这些缺陷使得闪存不适合取代主存储器应用中的DRAM。还存在其它的非易失存储器，例如磁阻随机存取存储器(MRAM)和铁电随机存取存储器(FRAM)，但是它们不能容易地实现DRAM能够实现的存储容量。

期望成为DRAM的可能的替代品的另一种半导体存储器是相变随机存取存储器(PRAM)，其使用相变材料来存储数据。在PRAM器件中，数据的存储基于记录层中包含的相变材料的相状态。具体地说，在晶体状态的材料的电阻率和非晶状态的电阻率之间存在大的差异，可以利用该差异存储数据。

该相变通过当施加写电流时加热相变材料来实现。通过给材料施加读电流和测量电阻来读取数据。将读电流设定在足够低而不会引起相变的水平。这样，相不会改变，除非加热到高温，因此即使切断电源也能够保持数据。

对于写电流来说，为了有效地加热相变材料，优选所使用的结构应是不使由写电流产生的热容易地散发的结构。为此，“Novel cellstructure of PRAM with thin metal layer inserted GeSbTe”，J.H.Yi，Y.H.Ha，J.H.Park，B.J.Kuh，H.Horri，Y.T.Kim，S.O.Park，Y.N.Hwang，S.H.Lee，S.J.Ahn，S.Y.Lee，J.S.Hong，K.H.Lee，N.I.Lee，H.K.Kang，U-In Chung和J.T.Moon，2003 IEEE提出了一种结构，其中记录层由两层构成，并且在两层之间设置氮化钛(TiN)。

然而，氮化钛具有几十至几百μΩcm数量级的电阻率，与常用相变材料Ge₂Sb₂Te₅的几个mΩcm相比非常低。该低电阻存在一个问题，就是由流过上和下记录层的电流产生的焦耳热沿着中间层的平面扩散，使得热向着上记录层辐射。

US2004/0188735A1描述了一种非易失存储元件，其目标是提供改进的加热效率。

发明综述

因此本发明的目的是提供一种改进的电可改写非易失存储元件及其制造方法，该存储元件具有包含相变材料的记录层。

本发明的另一个目的是提供一种具有高加热效率的电可改写非易失存储元件及制造该存储元件的方法，所述存储元件具有包含相变材料的记录层。

通过具有下列结构的非易失存储元件可以实现本发明的上述和其它目的，该非易失存储元件包括：下电极；上电极；设置在下电极和上电极之间、包含相变材料的记录层和可以阻挡记录层相变的阻挡层，其中阻挡层由具有比构成记录层的材料更高电阻的材料构成。

这样，本发明的非易失存储元件具有由比记录层的材料具有更高电阻的材料所构成的阻挡层，并且可以阻挡记录层的相变。施加写电流时，阻挡层抑制热向上电极流动，极大地限制了相变区。得到了高的加热效率。此外，上电极自身可以用来构成位线，或者可以提供独立的位线。

阻挡层可以由组成与记录层的相变材料不同的相变材料构成。在这种情况下，优选阻挡层的相变材料比用于记录层的相变材料具有更高的结晶温度。这样防止阻挡层在记录层结晶过程中经历相变，从而确保维持阻挡层的非晶态。

为了防止记录层和阻挡层之间的混合，可以在记录层和阻挡层之间设置中间层。优选地，该中间层由比记录层具有更高电阻的材料构成，防止由于设置中间层而降低加热效率。

本发明的上述和其它目的也可以通过下述非易失存储元件来实现，该非易失存储元件包括：下电极；上电极；在下电极和上电极之间按照顺序设置的第一和第二相变材料层，其中构成第二相变材料层的相变材料比构成第一相变材料层的相变材料具有更高的结晶温度。

据此，第一相变材料层作为记录层，第二相变材料层作为阻挡层，使其能够实现高的加热效率。

本发明的上述和其它目的可以通过非易失存储元件的制造方法来实现，该方法包括：第一步骤，用于在下电极上形成包含相变材料的记录层；第二步骤，在记录层上形成由比构成记录层的材料具有更高电阻的材料所构成的阻挡层，该阻挡层能够阻挡记录层的相变；以及第三步骤，在阻挡层上形成上电极。

通过在记录层和上电极之间设置由阻挡层构成结构，可以制造具有高加热效率的非易失存储元件。

在这种情况下，优选阻挡层由与构成记录层的相变材料具有不同的组成的相变材料构成，对于阻挡层的相变材料，具有比在制造工艺中使用的最高温度还要高的结晶温度，因为在这种情况下，阻挡层的相变材料维持其非晶态，使其容易实现比记录层更高的电阻。

如上所述，可以提供一种具有改进的加热效率的电可改写非易失存储元件及其制造方法。因此，不仅可以降低写电流，而且可以增强写速度。

附图的简要描述

通过参考下面结合附图对本发明的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加显而易见，其中：

图1是根据本发明第一实施例的存储元件的截面图；

图2是用于说明对包含硫属化物材料的相变材料的相状态的进行控制的方法的曲线图；

图3A是显示电阻率和添加到相变材料Ge₂Sb₂Te₅的氮量之间关系的曲线图；

图3B是显示添加了不同氮量的Ge₂Sb₂Te₅膜结构的x射线衍射评估结果的曲线图；

图4是构成为n行m列的矩阵结构的非易失半导体存储器的电路图；

图5显示在根据本发明的第一实施例的非易失存储元件中使用的存储单元结构的截面图；

图6是显示当在连续的工艺中形成记录层和阻挡层时如何改变氮气流量的示例的曲线图；

图7是显示当在连续的工艺中形成记录层和阻挡层时如何改变氮气流量的另一个示例的曲线图；

图8是显示当在连续的工艺中形成记录层和阻挡层时如何改变氮气流量的还一个示例的曲线图；

图9是显示在根据本发明第一实施例的非易失存储元件中使用的存储单元的另一种结构的截面图；

图10是根据本发明第二实施例的存储元件的截面图。

实施例的详细描述

现在将参考附图详细说明本发明的优选实施例。

图1是根据本发明第一实施例的存储元件的截面图。

如图1所示，根据本实施例的非易失存储元件10包含层间绝缘层11、掩埋在层间绝缘层11中的下电极12、和在层间绝缘层11上按照顺序形成的记录层13、阻挡层14和上电极15。在本实施例中，上电极也用作位线。

层间绝缘层11可以由硅氧化物或硅氮化物等形成。下电极12形成在层间绝缘层11中形成的通孔11a中。

下电极12用作加热器插塞。即，它构成数据写期间加热器的一部分。为此，下电极12优选由具有相对高电阻的材料形成，例如金属硅化物、金属氮化物和金属硅化氮化物。这些包含W、TiN、TaN、WN、TiAlN和其它高熔点金属及其氮化物，或者高熔点金属硅化氮化物，例如TiSiN和WSiN，以及TiCN和其它类似材料，但不限于此。

记录层13由相变材料构成。虽然没有具体限定相变材料，但是可以是呈现两个或者更多个状态并且其中每个状态都具有不同电阻的任何材料，优选硫属化物材料。硫属化物材料意味着包含一种或多种例如锗、锑、碲、铟和硒元素的合金。例子包含二元体系合金例如GaSb、InSb、InSe、Sb₂Te₃和GeTe；三元体系合金例如Ge₂Sb₂Te₅、InSbTe、GaSeTe、SnSb₂Te₄和InSbGe；和四元体系合金例如AgInSbTe、(GeSn)SbTe、GeSb(SeTe)和Te₈₁Ge₁₅Sb₂S₂。

包含硫属化物材料的相变材料可以呈现非晶态或结晶态。在非晶态，电阻相对高，在结晶态，电阻相对低。

图2是用于说明对包含硫属化物材料的相变材料的相状态进行控制的方法的曲线图。

通过加热到熔融温度Tm或者熔融温度Tm以上、然后冷却，将相变材料改变到非晶态，如图2中的曲线a所示。为了将材料改变到结晶态，将其加热到至少高达结晶温度Tx并且在熔融温度Tm以下，如图2中的曲线b所示。通过控制加热过程中的时间段和每单位时间流过该材料的电流量来控制加热温度。

当给记录层13施加写电流时，直接处于下电极12之上的记录层13的部分加热。具体地说，图1所示的相变区P中的硫属化物材料的相状态可以通过施加给记录层13的写电流而转换。此时，在记录层13上阻挡层14的存在保持相变区P限定在记录层13内部，因为对于该区来说难以延伸到阻挡层14中。这样，阻挡层14起到完全阻挡相变的作用，阻挡记录层13生长。

为了减小必须施加给记录层13的写电流量，以实现从结晶态到非晶的改变，例如，优选使用具有从几十到几百μΩcm的相当大电阻的材料来形成记录层13。如后面所描述的，通过调节添加到硫属化物材料的杂质例如氮等的量可以调节电阻。虽然对记录层13的厚度没有特别限制，但是优选为不大于100nm的厚度。由于在本实施例中存在记录层13之上的阻挡层14，因此可以使记录层13非常薄，例如30nm的数量级。

阻挡层14由具有比记录层13更高电阻的材料构成，在本实施例中，设置为与记录层13接触。而且，阻挡层14由具有与构成记录层13的相变材料不同的组成的相变材料构成。同样，记录层13可以认为是第一相变材料层，阻挡层14为第二相变材料层。

虽然对阻挡层14的电阻没有特别限制，但是假设比记录层13的电阻高，优选的电阻是几个Ωcm到几十Ωcm的数量级。阻挡层14可以是与记录层13的厚度大致相同，或者更厚。在一个例子中，通过使用相变材料作为记录层13和增加添加的氮或其它类似杂质的量，可以使阻挡层14具有比记录层13更高的电阻。可以选择的是，阻挡层14可以由具有与构成记录层13的相变材料不同的主要组分的相变材料构成。

如本实施例中，当阻挡层14由相变材料构成时，优先选择结晶温度比构成记录层13的相变材料的结晶温度高的相变材料，因为这样将防止当给记录层13施加写电流时阻挡层14相变。如果使用非常大的写电流，相变区P将延伸到阻挡层14中。然而，当阻挡层14具有高结晶温度时，即使当施加非常高的写电流时，也会极大地抑制相变区P扩展到阻挡层14中。

图3A是显示电阻率和添加到相变材料Ge₂Sb₂Te₅中的氮量之间关系的曲线图，图3B是显示添加不同氮量的Ge₂Sb₂Te₅膜结构的x射线衍射评估结果的曲线图，这些都是在完成存储元件10时得到的。

如图3A所示，电阻率随着添加到Ge₂Sb₂Te₅中的氮量的增加而升高。如图3B所示，增加添加的氮量引起表示结晶态的x射线峰值降低，表明非晶态材料的比例增加。从图3B，可以理解，增加添加的氮量对于在制造工艺过程中施加的热来说更难以引起结晶，使得需要更高的温度实现结晶。即，增加添加到Ge₂Sb₂Te₅中的氮量升高了结晶温度。

上电极15也起到位线的作用，如上所述，在本实施例中，设置成与阻挡层14接触。对于上电极15，选择具有低电阻的金属材料。适当材料的例子包括铝(Al)、钛(Ti)和钨(W)或其合金、氮化物、硅化物。可以引用的具体例子包含W、WN和TiN。

通常具有低电阻的金属材料具有高的导热率，此外，由于上电极15具有大的热容，相变区P和上电极15的接近将使热更容易向上电极15散发，降低加热效率。然而，由于在本实施例的非易失存储元件10中，在上电极15和记录层13之间设置了具有高电阻的阻挡层14，因此有效地降低了向上电极15流动的热。

如此构成的非易失存储元件10可以以矩阵的形式形成在半导体衬底上，以构成电可改写非易失存储器件。

图4是构成为n行和m列矩阵的非易失存储器的电路图。

图4所示的非易失存储器具有n条字线W1-Wn、m条位线B1-Bm和存储单元MC(1，1)-MC(n，m)，每个存储单元都位于字线和位线的交叉点。字线W1-Wn连接到行解码器101，位线B1-Bm连接到列解码器102。每个存储单元MC都由串连在相应的位线和地之间的存储元件10和晶体管103构成。晶体管103的控制端连接到相应的字线。

存储元件10的结构如参考图1所描述的。这样，下电极12连接到相应的晶体管103，上电极15用作位线。

图5是使用存储元件10的存储单元的例子的截面图。在图5中，显示了连接到相同位线Bj的存储单元MC(i，j)和MC(i+1，j)。

如图5所示，字线Wi和Wi+1连接到晶体管103的栅极。由元件隔离区104限定的有源区105包括3个扩散区106，从而在单个有源区105中形成两个晶体管103。两个晶体管103共享通过层间绝缘层107中的接触插塞108连接到地线109的公用源。每个晶体管103的漏通过接触插塞110连接到相应的存储元件10的下电极12。

两个存储元件10共享公用的上电极15，因此，如图5所示，可以形成为连续的电极。在本实施例中，存储元件10也共享相同的记录层13和阻挡层14。

在如此构成的非易失半导体存储器中，可以通过使用行解码器101激活字线W1-Wn之一、然后电流流过位线B1-Bm中的至少一条来进行数据的读写。即，在激活字线的存储单元内的晶体管103被导通，将相应的位线通过存储元件10连接到地。在这种状态下，可以通过使写电流流过由列解码器102选择的位线，在记录层13中实现相改变。

具体地说，当使用规定量的电流使记录层13的相变材料的温度升高到至少熔融温度Tm时，如图2所示，然后电流突然关断，导致快速冷却确保材料骤冷转换到非晶相。当使用小于规定量的电流量将记录层13的相变材料加热到至少高达如图2所示的结晶温度Tx但是低于熔融温度Tm时，那么逐渐减小电流，这样产生的逐渐冷却促进晶体生长，材料转换到结晶相。可以选择的是，在温度Tx结晶之后，可以突然关断电流，导致快速骤冷，而导致材料处于结晶相。

可以通过使用行解码器101激活字线W1-Wn之一并且读电流流过位线B1-Bm中的至少一条来读取数据。其中记录层13处于非晶相的存储单元MC具有高阻，其中记录层13处于结晶相的存储单元MC具有低阻，因此公知地，使用读出放大器(未示出)检测就可以知道记录层13的相状态。

记录层13的相状态可以与存储的逻辑值相关。如果将非晶相状态定义为“0”，结晶相状态定义为“1”，例如，一个二进制位信息可以存储在单个存储单元中。而且，当从非晶相转变到结晶相时，可以通过调节使记录层13保持在低于熔融温度Tm且不低于结晶温度Tx的时间，来线性地或者多级地控制结晶率。利用非晶相和结晶相之间比率的多级控制，可以在单个存储单元中存储两位或多位数据，而利用线性控制可以将信息存储为模拟数据。

现在将描述非易失存储元件10的制造方法。

参考图1，开始，形成层间绝缘层11，在层间绝缘层11中形成通孔11a。可以通过化学汽相沉积(CVD)形成绝缘层11，通过光刻和干蚀形成通孔11a。

接着，在层间绝缘层11上形成下电极12，完全填充通孔11a，然后抛光下电极12，直到露出层间绝缘层11的上表面；优选，使用化学机械抛光(CMP)进行。以这种方式，在通孔11a中掩埋下电极12。优选使用可以提供良好的台阶覆盖的方法例如CVD形成下电极12，确保完全填充通孔11a。

接着，在层间绝缘层11上按照顺序形成记录层13、阻挡层14和上电极15。尽管对使用的形成方法没有特别限制，但是可以通过溅射或者CVD形成记录层13和阻挡层14。如果使用溅射，可以在原位形成记录层13和阻挡层14。即，可以通过下述工艺持续、连贯地形成记录层13和阻挡层14：在设置有硫属化物材料靶的溅射装置中放置半导体晶片、适当改变溅射气体、在不破坏真空的情况下形成记录层13和阻挡层14这两者。

具体地说，如图6所示，可以利用氩(Ar)气体和少量氮气的混合气体作为第一溅射气体进行溅射，从而在层间绝缘层11上形成记录层13(第一相变材料层)，记录层13具有包含添加到构成靶的硫属化物材料中的少量氮的组成。

在记录层13已经形成到需要的厚度之后，增加溅射气体混合物中的氮量，然后在记录层13上形成阻挡层14(第二相变材料层)，阻挡层14具有包含添加到另外类似的相变硫属化物材料中的较大量氮的组成。如参考图3A和3B所描述的，增加添加到相变硫属化物材料中的氮量提高了电阻和结晶温度，从而起到阻挡记录层13相变的效应。

在图6所示的例子中，在形成记录层14过程中使用的溅射气体组成保持相同。然而，可以逐级增加溅射气体组成中的氮量，如图7所示，或者无级增加，如图8所示，以从记录层13至上电极15，形成电阻逐级或者无级增加的阻挡层14。如果以这种方式形成阻挡层14，那么可以使记录层13更薄，得到更高的加热效率。

使用这种在相同的装置中连续形成记录层13和阻挡层14的方法，降低了制造成本，避免膜暴露于大气气体中。在刚刚形成之后，溅射的硫属化物材料膜基本上是非晶的，当在后续的制造工艺中将其加热到结晶温度或之上时，变为晶体。

因此，在一个实施例中，通过由相变材料构成的阻挡层14，其中所述相变材料具有比在后续工艺中遇到的最高温度还高的结晶温度，则阻挡层14一直保持非晶态到存储元件10的完成。如所描述的，非晶相的相变材料具有高阻，使得通过在低于其结晶温度的温度进行制造工序的其余步骤，在形成之后，阻挡层14可以保持在高阻态。

通过改变使用的溅射气体在连续工艺中形成记录层13和阻挡层14不是必要的。取而代之，可以在不同装置中形成每个层。甚至当使用单个装置时，也可以通过改变使用的靶而不是溅射气体来连续地形成记录层13和阻挡层14。

在形成记录层13和阻挡层14之后，在阻挡层14上形成上电极15，接着进行预定的构图，完成存储元件10。

这样，根据本实施例的存储元件10具有阻挡层14，其具有比记录层13更高的电阻，可以阻挡记录层13的相变作用，从而抑制向上电极15流动热，极大地限制记录层13内的相变区。结果，得到高的加热效率。

此外，上电极15也作为位线，简化了整个结构，降低了制造成本。而且，在一个实施例中，阻挡层14由相变材料构成，可以在相同的膜形成装置中以连续的工艺中形成阻挡层14和记录层13，进一步降低制造成本，避免将任何膜暴露于大气气体中。

在图5所示的例子中，记录层13、阻挡层14和上电极15公用，但是可以为每个存储单元单独提供，如图9所示。在图9的例子中，每个存储单元都具有其自己的、独立的记录层13、阻挡层14和上电极15，各自顶部和侧部覆盖有层间绝缘层18。这里，每个上电极15都通过接触插塞16连接到位线17。

使用该结构能够保证进一步降低上电极15的热容，从而进一步减少向上电极15的热辐射。

下面描述根据本发明第二实施例的非易失存储元件20。

图10时显示根据本发明第二实施例的存储元件20的截面图。

如图10所示，存储元件20不同于存储元件10之处在于，在记录层13和阻挡层14之间具有中间层21。其它部分和元件相同并用相同的附图标记表示，因此省略了重复的描述。

中间层21起到防止记录层13和阻挡层14混合的作用。对中间层21的材料没有特别限制，只要可以防止记录层13和阻挡层14混合即可。然而，优先选择具有比记录层13的电阻高的材料。如果中间层21的电阻低于记录层13，那么产生的焦耳热将沿着中间层的平面散发，因此更容易向上电极15辐射。

可以通过选择基本上不与记录层13或阻挡层14混合的中间层21的材料来防止记录层13和阻挡层14之间的混合。满足该条件的材料包含碳(C)、氮化碳(CN)、氮化钛铝(TiAlN)和氮化钛硅(TiSiN)。

当构成记录层13的相变材料具有与构成阻挡层14的相变材料不同的主要组分时，这是能够使用的适当方法。当主要组分不同时，相变材料很容易彼此混合。因此，在这种情况下，必须使用中间层21来确保防止记录层13和阻挡层14之间的混合。

也可以通过选择与记录层13和阻挡层14的至少之一反应的材料作为中间层21的起始材料，并且其反应物基本上不与记录层13或阻挡层14混合，来防止记录层13和阻挡层14的混合。钛是满足该条件的一个起始材料的例子。如果选择钛，则可以使用钛通过与包含在相变材料中的碲反应形成钛-碲合金(TiTe)，钛-碲合金将不与相变材料混合，使其适用于中间层21。

当构成记录层13的相变材料具有与构成阻挡层14的相变材料相同的主要组分、并且添加的杂质量不同时，这是可以使用的适当方法。当使用相同的主要组分时，对于相变材料来说，相当难以彼此混合，使用由上述反应物构成的中间层21确保记录层13和阻挡层14之间不发生混合。

在记录层13和阻挡层14之间设置中间层21，如在本实施例中，确保在制造工艺过程中施加的热或者由施加的写电流产生的热不会导致记录层13和阻挡层14之间发生混合。这样扩大可以用于记录层13和阻挡层14的材料范围，并且也提供了更高的可靠性。

在本实施例中，优选记录层13、中间层21和阻挡层14在连续的原位工艺中且在相同的膜形成装置中形成。

本发明并非限于上述实施例，在如权利要求所述的范围内，可以进行各种修改，自然这些修改包含在本发明的范围内。

例如，在前述实施例中，虽然将氮添加到记录层13的相变材料中，以增加电阻，但是给记录层13添加氮不是实质上的要求。因此，当通过溅射形成记录层13时，溅射气体可以仅仅是氩(Ar)。

而且，虽然在上述实施例中，记录层13直接形成在层间绝缘层11上，但是可以在其间设置钛等的接触层，以增强两个层之间的接触。也可以在阻挡层14和上电极15之间提供接触层。

Claims

1.一种非易失存储元件，包括：

下电极；

上电极；

形成在所述下电极上的记录层，该记录层在非晶相状态和结晶相状态之间进行相变，以在非晶相状态中呈现高阻和在结晶相状态中呈现低阻；以及

在所述记录层和上电极之间设置的阻挡层，

其中，所述阻挡层由比构成所述记录层的第一相变材料具有更高的电阻的第二相变材料构成，

其中，构成所述阻挡层的所述第二相变材料的结晶温度比构成所述记录层的所述第一相变材料的结晶温度高，并且

其中，构成所述阻挡层的所述第二相变材料为非晶态。

2.如权利要求1所述的非易失存储元件，

其中，构成阻挡层的相变材料的组成不同于构成记录层的相变材料的组成。

3.如权利要求2所述的非易失存储元件，

其中，构成阻挡层的相变材料的主要组分与构成记录层的相变材料主要组分相同，但是添加的杂质的量不同。

4.如权利要求2所述的非易失存储元件，

其中，构成阻挡层的相变材料的主要组分不同于构成记录层的相变材料的主要组分。

5.如权利要求1所述的非易失存储元件，

其中，阻挡层的电阻从记录层侧至上电极侧以无级或逐级增加。

6.如权利要求1所述的非易失存储元件，

其中，阻挡层和上电极接触。

7.如权利要求1所述的非易失存储元件，

其中，记录层和阻挡层接触。

8.如权利要求1所述的非易失存储元件，

其中，上电极作为位线。

9.如权利要求1所述的非易失存储元件，进一步包括连接到上电极的位线。

10.如权利要求1所述的非易失存储元件，

其中，所述阻挡层和所述记录层包括氮杂质。

11.一种非易失存储元件，包括：

下电极；

上电极；以及

在所述下电极和所述上电极之间按照顺序设置的第一和第二相变材料层，其中：

所述第一相变材料层形成在所述下电极上，并且被构造成在非晶相状态和结晶相状态之间进行相变，以在非晶相状态中呈现高阻和在结晶相状态中呈现低阻，

所述第二相变材料层设置在所述第一相变材料层和所述上电极之间，

构成第二相变材料层的相变材料的电阻比构成第一相变材料层的相变材料的电阻高，

构成第二相变材料层的相变材料的结晶温度比构成第一相变材料层的相变材料的结晶温度高，并且

构成第二相变材料层的相变材料为非晶态。

12.一种非易失存储元件的制造方法，该方法包括：

第一步骤，在下电极上形成包含第一相变材料的记录层；

第二步骤，在记录层上形成阻挡层；以及

第三步骤，在所述阻挡层上形成上电极，

其中，所述阻挡层由比构成所述记录层的所述第一相变材料具有更高的电阻的第二相变材料构成，

其中，构成所述阻挡层的所述第二相变材料为非晶态。

13.如权利要求12所述的非易失存储元件的制造方法，其中构成阻挡层的相变材料的组成不同于构成记录层的相变材料的组成，构成阻挡层的相变材料的结晶温度比形成阻挡层之后进行的制造工艺的最高温度高。

14.如权利要求12所述的非易失存储元件的制造方法，其中第一步骤和第二步骤在相同的膜形成装置中接连进行。

15.如权利要求14所述的非易失存储元件的制造方法，其中膜形成装置是溅射装置，第一和第二步骤使用相同的靶，在第一步骤中使用的溅射气体与在第二步骤中使用的溅射气体不同。

16.如权利要求14所述的非易失存储元件的制造方法，其中，所述膜形成装置是溅射装置，所述第一和第二步骤使用相同的靶，在第二步骤中使用的溅射气体比在第一步骤中使用的溅射气体包含更多的氮。

17.如权利要求15所述的非易失存储元件的制造方法，其中以无级或者逐级地改变在第二步骤中使用的溅射气体的组成。

18.如权利要求12所述的非易失存储元件的制造方法，进一步包括第四步骤：形成用于防止所述记录层和所述阻挡层混合的中间层，该第四步骤在第一步骤之后和第二步骤之前进行，并且其中构成所述中间层的材料比构成所述记录层的材料具有更高的电阻。

19.如权利要求18所述的非易失存储元件的制造方法，其中通过形成与所述记录层和所述阻挡层不相互作用的材料的膜来进行第四步骤。

20.如权利要求18所述的非易失存储元件的制造方法，其中通过如下方法进行第四步骤：形成膜，构成所述膜的材料，通过与记录层和阻挡层中的至少一层反应，形成与记录层和阻挡层不相互作用的反应物。