"第1、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、金属元素がドーピングされた第1可変抵抗層と、前記第1可変抵抗層と前記第2電極との間に配置された第2可変抵抗層と、前記第1可変抵抗層と前記第2可変抵抗層との間に配置された絶縁層と、を具備することを特徴とする抵抗変化素子。前記金属元素は、Ag、Co、Ni、Cu、Ti、Al、Au、Cr、Mn、Fe、Zn、Sn、In、Pd、Pb、Biの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化素子。前記第1、第2可変抵抗層は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、カーボンドープトシリコンのいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載の抵抗変化素子。前記絶縁層は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の抵抗変化素子。互いに隣接する第1、第2配線と、前記第1、第2配線と交差するように配置され、互いに隣接する第3、第4配線と、前記第1、第2配線と前記第3、第4配線との間に配置され、金属元素がドーピングされた第1可変抵抗層と、前記第1可変抵抗層と前記第3、第4配線との間に配置された第2可変抵抗層と、前記第1可変抵抗層と前記第2可変抵抗層との間に配置された絶縁層と、を具備することを特徴とする抵抗変化素子。イオンソース層としての金属層を必要とせず、整流性を有する抵抗変化素子を提供する。一実施態様の抵抗変化素子は、第1、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、金属元素がドーピングされた第1可変抵抗層と、前記第1可変抵抗層と前記第2電極との間に配置された第2可変抵抗層と、前記第1可変抵抗層と前記第2可変抵抗層との間に配置された絶縁層とを具備することを特徴とする。以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。[第1実施形態]第1実施形態の抵抗変化素子について説明する。図1は、第1実施形態の抵抗変化素子の構造を示す断面図である。抵抗変化素子10は、図1に示すような積層構造を基本とする。第1電極11と第2電極15との間には、第1可変抵抗層12、絶縁層13、第2可変抵抗層14が第1電極11側から順に配置されている。すなわち、第1電極11と第2電極15との間には第1可変抵抗層12が配置され、第1可変抵抗層12と第2電極15との間には第2可変抵抗層14が配置されている。さらに、第1可変抵抗層12と第2可変抵抗層14との間には、絶縁層13が配置されている。可変抵抗層12には、金属元素がドーピングされている。可変抵抗層12にドーピングされた金属元素は、伝導フィラメントを形成するためのイオンソースとして作用する。抵抗変化素子10は、電圧の印加方向により低抵抗状態あるいは高抵抗状態に遷移する。以下に、抵抗変化素子10における低抵抗状態あるいは高抵抗状態への遷移について説明する。図2a及び図2bは、抵抗変化素子10の低抵抗状態への遷移を示す断面図である。抵抗変化素子10において、電極11と電極15との間に電圧を印加する。電極15に印加する電圧に対して、電極11に正の電圧を印加すると、電極11から電極15の方向に電界が発生する。このとき、可変抵抗層12内にドーピングされていた金属元素がイオン化する。イオン化された金属イオン12aは、電界の作用により引っ張られ、図2aに示すように、電極15の方向へ移動する。結果として、図2bに示すように、可変抵抗層12内に金属フィラメント16が形成され、絶縁層13内に金属フィラメント17、可変抵抗層14内に金属フィラメント18がそれぞれ形成される。これら金属フィラメント16、17、18により、電極11と電極15の間は電気的に導通し、抵抗変化素子10は低抵抗状態に遷移する。これをセット動作という。次に、抵抗変化素子10における高抵抗状態への遷移について説明する。図3a及び図3bは、抵抗変化素子10の高抵抗状態への遷移を示す断面図である。低抵抗状態に遷移した抵抗変化素子10に対して、低抵抗状態への遷移時とは電圧印加の向きを逆にする。すなわち、電極15に印加する電圧に対して、電極11に負の電圧を印加する。すると、電極15から電極11の向きに電界が発生する。このとき、金属フィラメント16、17、18を構成する金属原子はイオン化し、金属イオン12aは電界の作用により、図3aに示すように、電極11の方向へ移動する。そして、図3bに示すように、金属フィラメント16、17、18は消失する。これにより、電極11と電極15の間に電気的な絶縁が生じ、抵抗変化素子10は高抵抗状態に遷移する。これをリセット動作という。また、セット動作とリセット動作の一連の動作をスイッチ動作という。一方で、高抵抗状態の抵抗変化素子10において、電極15に印加する電圧に対して、電極11に負の電圧を印加した際には、可変抵抗層12内にドーピングされていた金属元素はイオン化し、電極11の方向へ移動する。この場合、可変抵抗層12内に金属フィラメントが形成される一方で、絶縁層13、および可変抵抗層14内には金属フィラメントが形成されないため、抵抗変化素子10は高抵抗状態が維持される。このように、高抵抗状態の抵抗変化素子10に対して、非対称な電流-電圧特性が実現可能である。特に、可変抵抗層12および14のどちらか一方、あるいは両方に、整流性を示す可変抵抗材料を用いる、あるいは、リセット動作に必要な電圧が小さい材料系を用いることなどにより、整流性を可変抵抗素子10に内蔵させることが可能である。次に、第1実施形態の抵抗変化素子に関する実験結果について述べる。以下のような材料により、図1に示した抵抗変化素子10を作成した。電極11にはTiNを用い、可変抵抗層12にはアモルファスシリコン膜厚20nm、絶縁層13にはSiN膜厚10nm、可変抵抗層14にはアモルファスシリコン膜厚20nm、電極15にはW、可変抵抗層12にドーピングした金属元素にはAgをそれぞれ用いた。素子10の形状は100nm径の円である。図4は、作成した抵抗変化素子10の典型的な電流-電圧特性である。図4に示すように、電極11であるTiNに対して正の電圧を印加することにより、セット動作が行われ、抵抗変化素子10が低抵抗状態に遷移していることが分かる。さらに、電極11に対して負の電圧の印加により、リセット動作が行われ、抵抗変化素子10が高抵抗状態に遷移していることが分かる。高抵抗状態における負の電圧の印加に対しては、低抵抗状態への遷移は見られず、印加電圧の極性に対して非対称な電流-電圧特性が得られている。以上の実験結果から、第1実施形態の提案する素子構造を持つ抵抗変化素子10は、スイッチ動作が可能であり、さらに非対称な電流-電圧特性を有することを確認した。第1実施形態では、前述したように、可変抵抗層12および可変抵抗層14の材料として、アモルファスシリコンを用いた。しかし、アモルファスシリコンの代わりに、アモルファスゲルマニウム、アモルファスシリコンゲルマニウム、アモルファスシリコンカーバイト、アモルファスカーボンドープトシリコンなどの非晶質半導体を用いてもよい。また、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト、カーボンドープトシリコンなどの半導体を用いてもよい。さらに、SiOx,HfOx、AlOx,TiOxなどの酸化物、もしくは、硫化銀Ag2S、ヨウ化銀AgI、硫化銅Cu2S、セレン化銅CuSeなどの固体イオン伝導体を用いてもよい。また、可変抵抗層12と可変抵抗層14の材料は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。可変抵抗層12および可変抵抗層14の膜厚は、典型的には1~300nmである。メモリに応用した場合の抵抗変化素子の動作電圧を考慮すると、膜厚は薄い方がよいため、1~20nmがより好ましい。電極11および電極15の材料として、第1実施形態では、それぞれ、TiNおよびWを用いた。しかし、これらの材料の代わりに、Pt、Ta、Moなどイオン化しにくい不活性な金属を用いてもよい。また、電極11および電極15の材料として、高濃度ドープの半導体層、すなわち不純物を高濃度にドープした半導体層、具体的には、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、シリコンカーバイト、カーボンドープトシリコンなどを用いても良い。また、電極11と電極15の材料は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。可変抵抗層12にドーピングされた金属元素として、第1実施形態ではAgを用いた。しかし、Agの代わりに、イオン化しやすい金属、例えば、Co、Ni、Cu、Ti、Al、Auなどを用いることができる。さらに、Cr、Mn、Fe、Zn、Sn、In、Pd、Pb、Biなどを用いてもよい。可変抵抗層12への金属元素のドーピング方法としては、可変抵抗層12の堆積後に金属元素をイオン注入する方法を用いることができる。また、可変抵抗層12の堆積後に金属元素を含む膜を堆積し、熱処理を施すことにより、金属元素を可変抵抗層12中に熱拡散させる方法などを用いることができる。第1実施形態で作成した抵抗変化素子では、熱処理により可変抵抗層12としてのアモルファスシリコン中にAgをドーピングする方法を用いている。可変抵抗層12にドーピングされた金属元素は、抵抗変化素子10の積層構造の堆積過程やその後のプロセス工程における熱履歴により、抵抗変化素子10内、特に、可変抵抗層14へ拡散する可能性がある。絶縁層13を可変抵抗層12と可変抵抗層14との間に挿入することで、金属元素の初期拡散を防ぐことが可能である。すなわち、絶縁層13は、製造工程の熱履歴による可変抵抗層14への金属元素の初期拡散を防ぐことで、金属元素がドーピングされた可変抵抗層12と金属元素が存在しない可変抵抗層14とを隔てるスペーサの作用を果たしている。このような作用を持つ絶縁層13として、シリコン窒化膜SiN、シリコン酸化膜SiOx、シリコン酸窒化膜SiONなどを用いることができる。第1実施形態では、シリコン窒化膜を用い、Agの初期拡散を抑えることにより、非対称な積層構造に起因した非対称な電流-電圧特性が得られることを確認した。絶縁層13の膜厚は、典型的には1~100nmである。メモリに応用した場合の抵抗変化素子の動作電圧を考慮すると、絶縁層13の膜厚は薄い方がよいため、1~20nmがより好ましい。第1実施形態の抵抗変化素子が有する構造においては、イオンソースは可変抵抗層内にドーピングされており、イオンソース層としての金属層を有していない。例えば、従来の素子構造の製造工程では、金属層の加工の困難性、例えばイオンソース層として使用される金属層以下、イオンソース金属層と可変抵抗層の間の密着性や、金属汚染などを懸念しなければならない。一方、第1実施形態の抵抗変化素子では、イオンソースは可変抵抗層内に埋め込まれるため、イオンソース金属層が不要であり、イオンソース金属層と可変抵抗層の密着性や金属汚染の問題を解消することができる。また、イオンソースを埋め込んだ可変抵抗層の単層では、構造的な対称性から、電圧の極性に対して対称な電流-電圧特性となってしまうことが予想される。このため、第1実施形態では、さらに可変抵抗層を非対称な構造にすることにより、整流性を発現する抵抗変化素子を実現するものである。以上説明したように第1実施形態では、イオンソース層としての金属層を必要とせず、整流性を有する抵抗変化素子を形成することができる。[第2実施形態]第2実施形態では、第1実施形態の抵抗変化素子を下部配線と上部配線との交差部に配置したクロスポイント型の抵抗変化メモリについて説明する。図5は第2実施形態の抵抗変化メモリを示す斜視図である。図6aは図5に示すA-A’線で切断した断面図であり、図6bは図5に示すB-B’線で切断した断面図である。第2実施形態は、第1実施形態において、電極11および電極15のそれぞれを下部配線20および上部配線23とした構造であり、クロスポイント型抵抗変化メモリの構造に対応している。下部配線201、202、、20nは平行に配列され、下部配線間には層間絶縁膜211、212、、21n-1が配置されている。下部配線201、202、、20nは、層間絶縁膜211、212、、21n-1によって互いに電気的に絶縁されている。下部配線20上及び層間絶縁膜21上には、可変抵抗構造22が配置されている。可変抵抗構造22は、可変抵抗層12、絶縁層13、及び可変抵抗層14を有する。さらに、可変抵抗構造22上には、上部配線23が配置されている。上部配線231、232、、23mは平行に配列され、上部配線間には層間絶縁膜241、242、、24m-1が配置されている。上部配線231、232、、23mは、層間絶縁膜241、242、、24m-1によって互いに電気的に絶縁されている。下部配線201、202、、20nと上部配線231、232、、23mは、図5に示すように、互いに交差する向きに配列されている。下部配線と上部配線の交差部に存在する可変抵抗構造22がメモリセルとなり、メモリセルアレイが構成されている。メモリセルは、金属元素がドーピングされた可変抵抗層12と、絶縁層13、可変抵抗層14を有し、スイッチ動作を行う。メモリセルの各層の構成や動作原理は、第1実施形態に記載されている通りである。第2実施形態では、可変抵抗構造22中の可変抵抗層12にドーピングされた金属元素の濃度の制御により、隣接メモリセル、および隣接配線間のコンダクタンスを制御することが可能である。すなわち、金属元素濃度を低く抑えることにより、同一配線層内に配置された配線間のリークを抑制することが可能である。例えば、図6bにおいて、金属元素がドーピングされた可変抵抗層12のコンダクタンスが高い場合、隣接する配線201と配線202がリークしてしまう。イオンソース電極層を有する従来の抵抗変化素子構造においても、同様の問題が生じ、隣接配線間のリークが問題となる。一方で、本実施形態の提案構造の場合、可変抵抗層12の金属元素濃度を低く抑えることにより、可変抵抗層12のコンダクタンスを低くすることが可能である。この結果、配線間のリークを抑制することが可能である。可変抵抗層12にドーピングされた金属元素濃度の典型的な値として、1×1018atomcm-3以下を用いることができる。さらに、スイッチ動作の起こりやすさや微細化されたデバイスにおいてリーク電流を抑制することを勘案すると、1×1015atomcm-3~1×1017atomcm-3の範囲に制御することが好ましい。図6に示した実施形態においては、可変抵抗構造22の素子構造として、金属元素がドーピングされた可変抵抗層12、絶縁層13、可変抵抗層14の順で構成されていると説明した。しかし、可変抵抗構造22の構造は、図6に示した構造と逆の積層順、すなわち、下部配線20側から可変抵抗層14、絶縁層13、金属元素がドーピングされた可変抵抗層12の順でもよい。下部配線201、202、、20nは、例えば、数nmから数十nmの幅と厚さを持つ金属導線であり、上部配線231、232、、23mは、例えば、数nmから数十nmの幅と厚さを持つ金属導線である。下部配線201、202、、20nおよび上部配線231、232、、23mの材料としては、Pt、W、Mo、Ta、TiNなど不活性な金属を用いることができる。次に、図7を用いて第2実施形態の変形例を説明する。前述した第2実施形態では、メモリセルアレイにおいて、可変抵抗構造22はメモリセル毎に分離せず、1つの積層膜として形成されていた。この変形例では、メモリセル毎に可変抵抗構造22を分離した例を述べる。図7a及び図7bは第2実施形態の変形例の抵抗変化メモリを示す断面図である。図7aは図5に示すA-A’線で切断した断面に相当し、図7bは図5に示すB-B’線で切断した断面に相当する。図7aに示すように、下部配線201上には、分離された複数の可変抵抗構造22が配置されている。可変抵抗構造22上には、上部配線231、232、、23mがそれぞれ配置されている。隣接する可変抵抗構造22間及び上部配線23間には、層間絶縁膜241、242、、24m-1が配置されている。また、図7aに示した断面に直交する断面では、図7bに示すように、下部配線201、202、、20n上には複数の可変抵抗構造22がそれぞれ配置されている。可変抵抗構造22上には配線231が形成されている。隣接する可変抵抗構造22間及び下部配線20間には、層間絶縁膜211、212、、21n-1が形成されている。変形例では、隣接する可変抵抗構造22間に層間絶縁膜24、21が配置されているため、隣接する配線間に可変抵抗層を介して電気的なリークが起こることはない。したがって、配線間のリークを抑制するために、可変抵抗層にドーピングする金属元素の濃度を制御する必要がない。これにより、スイッチ動作だけを考慮し、可変抵抗層にドーピングする金属元素の量を決定することができる。第2実施形態では、イオンソース層としての金属層を無くし、代わりにイオンソースを埋め込んだ可変抵抗層を用いることにより、クロスポイント型構造における配線間の電気的なリークを抑止することができる。さらに、クロスポイント型構造においては、メモリの書き込みまたは読み出しの際、非選択セルに回り込み電流が発生するという問題がある。本実施形態の抵抗変化素子は整流性を有することが可能であるため、この回り込み電流を低減することができる。その他の構成及び効果は第1実施形態と同様である。[第3実施形態]第3実施形態では、第2実施形態の抵抗変化メモリを積層した、積層クロスポイント型の抵抗変化メモリについて説明する。図8a及び図8bは、第3実施形態の抵抗変化メモリの構造を示す断面図である。第3実施形態は、図6a及び図6bに示した抵抗変化素子の基本構造を2層積層させた構造であり、積層クロスポイント型メモリの構造に対応している。第3実施形態の抵抗変化メモリは、図8a及び図8bに示すように、配線31、可変抵抗層32、絶縁層33、可変抵抗層34、配線35、可変抵抗層36、絶縁層37、可変抵抗層38、及び配線39の順序で積層された構造を有する。抵抗変化素子40は配線31、可変抵抗層32、絶縁層33、可変抵抗層34、及び配線35により構成され、抵抗変化素子41は配線35、可変抵抗層36、絶縁層37、可変抵抗層38、及び配線39により構成されている。抵抗変化素子40および抵抗変化素子41において、一方の配線を配線35で共有化している。さらに、可変抵抗構造50は可変抵抗層32、絶縁層33、可変抵抗層34を有し、可変抵抗構造51は可変抵抗層36、絶縁層37、可変抵抗層38を有する。また、抵抗変化素子40と抵抗変化素子41では、積層の順番が異なっている。すなわち、抵抗変化素子40では、金属元素をドーピングした可変抵抗層32、絶縁層33、可変抵抗層34の順に積層されているのに対し、抵抗変化素子41では、可変抵抗層36、絶縁層37、金属元素をドーピングした可変抵抗層38の順で積層されている。しかし、これらの積層の順序は反対でもよい。すなわち、抵抗変化素子40では、可変抵抗層32、絶縁層33、金属元素をドーピングした可変抵抗層34の順で積層され、抵抗変化素子41では、金属元素をドーピングした可変抵抗層36、絶縁層37、可変抵抗層38の順に積層されていてもよい。また、絶縁層33及び絶縁層37は、第1実施形態における絶縁層13の条件を満たすものとする。配線31は平行に複数配列され、配線31間には層間絶縁膜42が配置されている。配線31は、層間絶縁膜42によって互いに電気的に絶縁されている。配線35は平行に複数配列され、配線35間には層間絶縁膜43が配置されている。配線35は、層間絶縁膜43によって互いに電気的に絶縁されている。さらに、配線39は平行に複数配列され、配線39間には層間絶縁膜44が配置されている。配線39は、層間絶縁膜44によって互いに電気的に絶縁されている。配線31と配線35は互いに交差するように配置されており、また、配線35と配線39は互いに交差するように配置されている。金属元素がドーピングされた可変抵抗層においては、第1実施形態の可変抵抗層12の条件を満たし、金属元素がドーピングされていない可変抵抗層においては、第1実施形態の可変抵抗層14の条件を満たすものとする。また、金属元素がドーピングされた可変抵抗層における金属元素の濃度は、第2実施形態に記載したように、典型的には1×1018atomcm-3以下である。特に、金属元素濃度を1×1015atomcm-3~1×1017atomcm-3の範囲にすることで、微細なメモリセル構造における隣接配線間のリーク電流を抑止することができる。次に、図9を用いて第3実施形態の変形例を説明する。前述した第3実施形態では、メモリセルアレイにおいて、可変抵抗構造50、51はメモリセル毎に分離せず、1つの積層膜としてそれぞれ形成されていた。この変形例では、メモリセル毎に可変抵抗構造50、51を分離した例を述べる。図9a及び図9bは第3実施形態の変形例の抵抗変化メモリを示す断面図である。図9aに示すように、配線31上には、分離された複数の可変抵抗構造50が配置されている。可変抵抗構造50上には配線35がそれぞれ配置されている。配線35上には、分離された複数の可変抵抗構造51がそれぞれ配置されている。可変抵抗構造51上には配線39が配置されている。さらに、隣接する可変抵抗構造50間、配線35間、及び可変抵抗構造51間には、層間絶縁膜45が配置されている。また、図9aに示した断面に直交する断面では、図9bに示すように、配線31上には、分離された複数の可変抵抗構造50がそれぞれ配置されている。可変抵抗構造50上には配線35が配置されている。配線35上には、分離された複数の可変抵抗構造51が配置されている。可変抵抗構造51上には、配線39がそれぞれ配置されている。隣接する配線31間及び可変抵抗構造50間には、層間絶縁膜46が配置されている。さらに、隣接する可変抵抗構造51間及び配線39間には、層間絶縁膜47が配置されている。変形例では、隣接する可変抵抗構造間に層間絶縁膜が配置されているため、隣接する配線間に可変抵抗層を介して電気的なリークが起こることはない。したがって、配線間のリークを抑制するために、可変抵抗層にドーピングする金属元素の濃度を制御する必要がない。これにより、スイッチ動作だけを考慮し、可変抵抗層にドーピングする金属元素の量を決定することができる。第3実施形態及び変形例では、上下逆転された素子構造にも適用可能であり、積層クロスポイント型の抵抗変化メモリを形成することができる。その他の構成及び効果は第1、第2実施形態と同様である。本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。"