JP2007294998A - Variable resistive element and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一方の電極と他方の電極と可変抵抗体とを備え、前記可変抵抗体が前記一方の電極と前記他方の電極とに挟持された領域に存し、両電極間に電圧パルスを印加することにより電気抵抗が変化する可変抵抗素子の製造方法に関する。 The present invention comprises one electrode, the other electrode, and a variable resistor, wherein the variable resistor exists in a region sandwiched between the one electrode and the other electrode, and a voltage pulse is applied between the two electrodes. The present invention relates to a method for manufacturing a variable resistance element that changes its electrical resistance when applied.
近年、フラッシュメモリに代わる高速動作可能な次世代不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM:Nonvolatile Random Access Memory)として、FeRAM(Ferroelectric RAM)、MRAM(Magnetic RAM)、PRAM(Phase Change RAM)等の様々なデバイス構造が提案され、高性能化、高信頼性化、低コスト化、及び、プロセス整合性という観点から、激しい開発競争が行われている。しかしながら、現状のこれらメモリデバイスには各々一長一短があり、SRAM、DRAM、フラッシュメモリの各利点を併せ持つ「ユニバーサルメモリ」の理想実現には未だ遠い。 In recent years, various devices such as next-generation non-volatile random access memory (NVRAM: Nonvolatile Random Access Memory) capable of operating at high speed instead of flash memory include FeRAM (Ferroelectric RAM), MRAM (Magnetic RAM), and PRAM (Phase Change RAM). A structure has been proposed, and intense development competition has been conducted from the viewpoint of high performance, high reliability, low cost, and process consistency. However, each of these current memory devices has advantages and disadvantages, and it is still far from the ideal realization of a “universal memory” having the advantages of SRAM, DRAM, and flash memory.
これら既存技術に対して、電圧パルスを印加することによって可逆的に電気抵抗が変化する可変抵抗素子を用いた抵抗性不揮発性メモリRRAM(Resistive Random Access Memory)(登録商標)が提案されている。この構成を図25に示す。 For these existing technologies, a resistive non-volatile memory RRAM (Resistive Random Access Memory) (registered trademark) using a variable resistive element whose electric resistance reversibly changes by applying a voltage pulse has been proposed. This configuration is shown in FIG.
図25に示されるように、従来構成の可変抵抗素子は、下部電極203と可変抵抗体202と上部電極201とが順に積層された構造となっており、上部電極201及び下部電極203間に電圧パルスを印加することにより、抵抗値を可逆的に変化させることができる性質を有する。この可逆的な抵抗変化動作(以下では「スイッチング動作」と称する)によって変化する抵抗値を読み出すことによって、新規な不揮発性半導体記憶装置が実現できる構成である。
As shown in FIG. 25, the conventional variable resistance element has a structure in which a
この不揮発性半導体記憶装置は、可変抵抗素子を備える複数のメモリセルそれぞれを行方向及び列方向にマトリクス状に配列してメモリセルアレイを形成するとともに、このメモリセルアレイの各メモリセルに対するデータの書き込み、消去、及び読み出し動作を制御する周辺回路を配置して構成される。そして、このメモリセルとしては、その構成要素の違いから、1つのメモリセルが1つの選択トランジスタTと1つの可変抵抗素子Rとから構成される(「1T/1R型」と称される)メモリセルや、1つの可変抵抗素子Rのみから構成される(「1R型」と称される)メモリセル等が存在する。このうち、1T/1R型メモリセルの構成例を図26に示す。 In this nonvolatile semiconductor memory device, a plurality of memory cells including variable resistance elements are arranged in a matrix in the row direction and the column direction to form a memory cell array, and data is written to each memory cell in the memory cell array. Peripheral circuits for controlling erase and read operations are arranged. As the memory cell, a memory cell is composed of one selection transistor T and one variable resistance element R (referred to as “1T / 1R type”) because of the difference in its constituent elements. There are cells, memory cells composed of only one variable resistance element R (referred to as “1R type”), and the like. Among these, FIG. 26 shows a configuration example of a 1T / 1R type memory cell.
図26は1T/1R型のメモリセルによるメモリセルアレイの一構成例を示す等価回路図である。各メモリセルの選択トランジスタTのゲートはワード線(WL1〜WLn)に接続されており、各メモリセルの選択トランジスタTのソースはソース線(SL1〜SLn)に接続されている(nは自然数)。又、各メモリセル毎の可変抵抗素子Rの一方の電極は選択トランジスタTのドレインに接続されており、可変抵抗素子Rの他方の電極はビット線(BL1〜BLm)に接続されている(mは自然数)。 FIG. 26 is an equivalent circuit diagram showing a configuration example of a memory cell array including 1T / 1R type memory cells. The gate of the selection transistor T of each memory cell is connected to the word lines (WL1 to WLn), and the source of the selection transistor T of each memory cell is connected to the source lines (SL1 to SLn) (n is a natural number). . One electrode of the variable resistance element R for each memory cell is connected to the drain of the selection transistor T, and the other electrode of the variable resistance element R is connected to the bit lines (BL1 to BLm) (m Is a natural number).
又、各ワード線WL1〜WLnはそれぞれワード線デコーダ206に接続され、各ソース線SL1〜SLnはそれぞれソース線デコーダ207に接続され、各ビット線BL1〜BLmはそれぞれビット線デコーダ205に接続されている。そして、アドレス入力(図示せず)に応じてメモリセルアレイ204内の特定のメモリセルへの書込み、消去及び読み出し動作の為の特定のビット線、ワード線及びソース線が選択される構成である。
The word lines WL1 to WLn are connected to the
図27は、図26におけるメモリセルアレイ204を構成する一メモリセルの断面模式図である。本構成では、選択トランジスタTと可変抵抗素子Rとでひとつのメモリセルを形成している。選択トランジスタTは、ゲート絶縁膜213、ゲート電極214、及びドレイン拡散層領域215とソース拡散層領域216から構成されており、素子分離領域212を形成した半導体基板211の上面に形成される。又、可変抵抗素子Rは、下部電極218と可変抵抗体219と上部電極220とから構成されている。尚、本実施形態では、可変抵抗体219を下部電極218と上部電極220の間に配置した開口部内に配する構造としているが、図25に示すようにこれを上から順次ひな段型の構造としても良い。
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view of one memory cell constituting the
又、トランジスタTのゲート電極214がワード線を構成しており、ソース線配線224はコンタクトプラグ222を介してトランジスタTのソース拡散層領域216と電気的に接続している。又、ビット線配線223はコンタクトプラグ221を介して可変抵抗素子Rの上部電極220と電気的に接続している一方で、可変抵抗素子Rの下部電極218はコンタクトプラグ217を介してトランジスタTのドレイン拡散層領域215と電気的に接続している。
The
このように選択トランジスタTと可変抵抗素子Rとが直列に配置される構成により、ワード線の電位変化によって選択されたメモリセルのトランジスタがオン状態となり、更にビット線の電位変化によって選択されたメモリセルの可変抵抗素子Rのみに選択的に書込、或いは消去することができる構成となっている。 As described above, the selection transistor T and the variable resistance element R are arranged in series, so that the transistor of the memory cell selected by the change in the potential of the word line is turned on, and the memory selected by the change in the potential of the bit line. The cell can be selectively written or erased only to the variable resistance element R of the cell.
図28は、1R型のメモリセルの一構成例を示す等価回路図である。各メモリセルは可変抵抗素子Rのみから構成されており、可変抵抗素子Rの一方の電極はワード線(WL1〜WLn)に、又他方の電極はビット線(BL1〜BLm)に接続されている。又、各ワード線WL1〜WLnはそれぞれワード線デコーダ233に接続され、各ビット線BL1〜BLmはそれぞれビット線デコーダ232に接続されている。そして、アドレス入力(図示せず)に応じてメモリセルアレイ231内の特定のメモリセルへの書込み、消去及び読み出し動作の為の特定のビット線及びワード線が選択される構成である。
FIG. 28 is an equivalent circuit diagram showing a configuration example of a 1R type memory cell. Each memory cell includes only the variable resistance element R, and one electrode of the variable resistance element R is connected to the word lines (WL1 to WLn) and the other electrode is connected to the bit lines (BL1 to BLm). . Each word line WL1 to WLn is connected to a
図29は図28におけるメモリセルアレイ231を構成するメモリセルの一例を示す斜視構造模式図である。図29に示されるように、上部電極配線243と下部電極配線241とがそれぞれ交差するように配列されており、これらの一方がビット線を形成し、他方がワード線を形成する。又、各電極の交点(通常、「クロスポイント」と呼称される)に可変抵抗体242を配した構造となっている。図29の例では便宜上、上部電極243と可変抵抗体242を同じ形状に加工しているが、可変抵抗体242のスイッチング動作に対して電気的に寄与する部分は上部電極243と下部電極241の交差するクロスポイントの領域になる。
FIG. 29 is a schematic perspective view showing an example of a memory cell constituting the
尚、上記図27中の可変抵抗体219或いは図29中の可変抵抗体242に利用される可変抵抗体材料としては、米国ヒューストン大のShangquing LiuやAlex Ignatiev等によって、超巨大磁気抵抗効果で知られるペロブスカイト材料に電圧パルスを印加することによって可逆的に電気抵抗を変化させる方法が下記の特許文献1及び非特許文献1に開示されている。この方法は超巨大磁気抵抗効果で知られるペロブスカイト材料を用いながらも、磁場の印加なしに室温においても数桁にわたる抵抗変化が現れるという極めて画期的なものである。尚、特許文献1に例示する素子構造では、可変抵抗体の材料としてはペロブスカイト型酸化物である結晶性プラセオジウム・カルシウム・マンガン酸化物Pr1−XCaXMnO3(PCMO)膜が用いられている。
Note that the variable resistor material used for the
又、他の可変抵抗体材料としては、チタン酸化(TiO2)膜、ニッケル酸化(NiO)膜、酸化亜鉛(ZnO)膜、酸化ニオブ(Nb2O5)膜などの遷移金属元素の酸化物についても、可逆的な抵抗変化を示すことが非特許文献2及び特許文献2などから知られている。このうち、NiOを用いたスイッチング動作の現象が非特許文献3に詳細に報告されている。
Other variable resistor materials include oxides of transition metal elements such as titanium oxide (TiO 2 ) films, nickel oxide (NiO) films, zinc oxide (ZnO) films, and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) films. It is known from Non-Patent
ところで、上述した不揮発性記憶装置の情報の書き換え動作の際に、即ち、上部電極と下部電極の間に電気的パルスを印加して可変抵抗体の抵抗を所定の抵抗値に到達させるまでの間に、可変抵抗素子Rには過渡電流が流れる。この電流は、抵抗の変化方向によって、書込電流或いは消去電流と称される。例えば、可変抵抗体の材料として遷移金属元素の酸化物を用いた場合、NiOを用いた非特許文献3では、0.3×0.7μm2の電極面積で、書込電流及び消去電流は1mA程度であると報告されている。この電流の多寡は可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積に応じているので、当該面積を縮小すれば書込電流及び消去電流を抑制することができ、不揮発性記憶装置としての消費電流を抑制することができる。
By the way, during the above-described information rewriting operation of the nonvolatile memory device, that is, until the resistance of the variable resistor reaches a predetermined resistance value by applying an electric pulse between the upper electrode and the lower electrode. In addition, a transient current flows through the variable resistance element R. This current is referred to as a write current or an erase current depending on the direction of resistance change. For example, when an oxide of a transition metal element is used as the variable resistor material, in Non-Patent
又、一般に可変抵抗体の結晶性が良いと安定したスイッチング動作のメモリ素子を再現性良く達成できるが、この結晶性の向上は可変抵抗体の抵抗値を相対的に下げてしまう。可変抵抗体の抵抗値は可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積に反比例するので、当該面積が大きいと可変抵抗素子Rの抵抗は小さくなる。この場合、1T/1R型のメモリセルでは、制御トランジスタTのオン抵抗よりも可変抵抗素子Rの抵抗が著しく小さくなると、可変抵抗体に十分な電圧が印加されず、書き込みがなされない等の問題が発生する。又1R型のメモリセルでも、選択されたビット配線若しくはワード配線に接続された非選択セルに流れる寄生電流が大きくなり、当該配線に供給される電圧が不十分となり書き込みがなされないという同様の問題が発生する。 In general, if the variable resistor has good crystallinity, a stable switching memory element can be achieved with good reproducibility. However, this improvement in crystallinity relatively lowers the resistance value of the variable resistor. Since the resistance value of the variable resistor is inversely proportional to the area of the electrically contributing region of the variable resistor, the resistance of the variable resistor element R decreases when the area is large. In this case, in the 1T / 1R type memory cell, if the resistance of the variable resistive element R is significantly smaller than the on-resistance of the control transistor T, a sufficient voltage is not applied to the variable resistor and writing is not performed. Will occur. Further, even in the 1R type memory cell, the same problem that the parasitic current flowing through the selected bit wiring or the non-selected cell connected to the word wiring becomes large, the voltage supplied to the wiring is insufficient, and writing is not performed. Will occur.
従って、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積を小さくできれば、消費電流を抑制でき、かつ書込不能とならない安定したスイッチング動作のメモリ素子を再現性良く作成することが可能となる。しかしながら、上述した従来のメモリセルにおいては、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積は、例えば1T/1R型のメモリセルでは図27の可変抵抗体219部分の面積若しくは図25の上部電極201のサイズで、1R型のメモリセルでは図29上部電極配線243と下部電極配線241とが交差するクロスポイント領域の面積で規定される。従って、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積はこれら電極等の加工可能面積に制約されるので、縮小化の上でその達成できうる面積には制限がある。
Accordingly, if the area of the electrically contributing region of the variable resistor can be reduced, it is possible to suppress the current consumption and to create a memory element with stable switching operation that does not become unwritable with good reproducibility. However, in the conventional memory cell described above, the area of the electrically contributing region of the variable resistor is, for example, the area of the
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積が上部電極若しくは下部電極等で規定される面積よりも微細な面積である構造の可変抵抗素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has a variable structure in which the area of the electrically contributing region of the variable resistor is smaller than the area defined by the upper electrode or the lower electrode. An object of the present invention is to provide a resistance element and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するため、本発明に係る可変抵抗素子は、基板面に平行な第1方向に延伸する下部電極と、前記基板面に平行且つ前記第1方向と直交する第2方向に延伸する上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間を電気的に絶縁する前記第2方向に相互に離間して隣接する2つの層間絶縁膜と、前記2つの層間絶縁膜に挟まれた間隙内を前記両電極の一方側から他方側に向って前記基板面に垂直な方向に突起するとともに、1本の前記下部電極に対して前記下部電極と平行な2本の直線上を前記第1方向に連続的或いは断続的に延伸する突起電極物とを備え、前記両電極間の前記交差個所において、前記両電極の何れか一方と前記突起電極物の前記両電極の何れか一方側寄りの端部が対向し、可変抵抗体が、前記両電極の何れか一方と前記突起電極物の前記両電極の何れか一方側寄りの端部の間に形成され、前記両電極間に電圧パルスを印加することにより、前記両電極間の前記交差個所における電気抵抗が変化することを第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, a variable resistance element according to the present invention extends a lower electrode extending in a first direction parallel to the substrate surface and a second direction parallel to the substrate surface and orthogonal to the first direction. An upper electrode, two interlayer insulating films that are separated from each other in the second direction to electrically insulate between the lower electrode and the upper electrode, and a gap sandwiched between the two interlayer insulating films Projecting in the direction perpendicular to the substrate surface from one side to the other side of the two electrodes, and on the two straight lines parallel to the lower electrode with respect to one lower electrode, the first A projecting electrode object extending continuously or intermittently in the direction, and at the intersection between the electrodes, either one of the two electrodes and one of the two electrodes of the projecting electrode object. The ends are opposite and the variable resistor is one of the two electrodes. And the projecting electrode object are formed between the ends of either of the electrodes, and by applying a voltage pulse between the electrodes, the electrical resistance at the intersection between the electrodes changes. This is a first feature.
更に、上記目的を達成するため、本発明に係る可変抵抗素子は、基板面に平行な第1方向に延伸する下部電極と、前記基板面に平行且つ前記第1方向と直交する第2方向に延伸する上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間を電気的に絶縁する前記第2方向に相互に離間して隣接する2つの層間絶縁膜と、前記2つの層間絶縁膜に挟まれた間隙内を前記両電極の一方側から他方側に向って前記基板面に垂直な方向に突起するとともに、1本の前記下部電極に対して前記下部電極と平行な1本の直線上を前記第1方向に連続的或いは断続的に延伸する突起電極物とを備え、前記両電極間の前記交差個所において、前記両電極の何れか一方と前記突起電極物の前記両電極の何れか一方側寄りの端部が対向し、
可変抵抗体が、前記両電極の何れか一方と前記突起電極物の前記両電極の何れか一方側寄りの端部の間に形成され、前記両電極間に電圧パルスを印加することにより、前記両電極間の前記交差個所における電気抵抗が変化することを第2の特徴とする。
In order to achieve the above object, the variable resistance element according to the present invention includes a lower electrode extending in a first direction parallel to the substrate surface, and a second direction parallel to the substrate surface and perpendicular to the first direction. Sandwiched between the two upper-layer insulating films, the upper electrode extending, the two inter-layer insulating films that are separated from each other in the second direction to electrically insulate the lower electrode and the upper electrode, and the two inter-layer insulating films Projecting in a direction perpendicular to the substrate surface from one side of the two electrodes toward the other side, and on one straight line parallel to the lower electrode with respect to one lower electrode A protruding electrode object that extends continuously or intermittently in a first direction, and at either of the electrodes and either side of the protruding electrode object at the intersection between the electrodes. The close end faces,
A variable resistor is formed between any one of the two electrodes and an end of the protruding electrode near the one of the two electrodes, and by applying a voltage pulse between the two electrodes, A second feature is that the electrical resistance at the intersection between the two electrodes changes.
本発明に係る可変抵抗素子の上記第1または第2の特徴構成によれば、2つの電極のうちの何れか一方の電極と接触した突起電極物を備え、この突起電極物が他方の電極に向かって延伸し、更にその先端部分に可変抵抗体を設け、この可変抵抗体を介して他方の電極と接続される構成である。このため、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積を、製造プロセスで規定される加工可能面積よりも小さくすることができる。尚、上記突起電極物は、露光技術で制約される微細化にのみ頼ること無く、自己整合的なプロセスによって微細な領域面積で形成することができる。これによって、書込時、消去時の消費電流を低減することができ、低抵抗による書込み不能の起こらない安定したスイッチング動作のメモリ素子を再現性良く形成できる。 According to the first or second characteristic configuration of the variable resistance element according to the present invention, the variable resistance element includes the protruding electrode object in contact with one of the two electrodes, and the protruding electrode object is provided on the other electrode. In this configuration, a variable resistor is provided at the tip, and connected to the other electrode via the variable resistor. For this reason, the area of the electrically contributing region of the variable resistor can be made smaller than the workable area defined in the manufacturing process. The protruding electrode object can be formed with a small area by a self-aligned process without relying only on the miniaturization restricted by the exposure technique. As a result, current consumption during writing and erasing can be reduced, and a memory element having a stable switching operation in which writing failure due to low resistance does not occur can be formed with good reproducibility.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第1の特徴構成に加えて、前記2つの層間絶縁膜の一方の第1層間絶縁膜が、前記下部電極を間に挟んで前記第2方向に分断され、分断された2つの第1層間絶縁膜の対向する各側面が前記下部電極の側面に接して前記第1方向に延伸するように形成され、前記2つの層間絶縁膜の他方の第2層間絶縁膜が、その下面が前記下部電極の上面より上方に位置し、その上面が前記上部電極の下面と接し、且つ、前記下部電極より狭い線幅で前記第1方向に延伸するように形成され、前記突起電極物が、前記分断された2つの第1層間絶縁膜の各側面と前記第2層間絶縁膜の両側面の間と、前記下部電極の上面と前記上部電極の下面の間を充填して、上端面が2本の平行な線状となって前記第1方向に連続的或いは断続的に延伸し、前記突起電極物の下端面が前記下部電極の上面に当接するように形成され、前記突起電極物の前記上端面を含む上端部に前記第1方向に連続的に延伸する可変抵抗体が形成され、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の上端部の前記可変抵抗体の上端面が前記上部電極の下面に当接することを第3の特徴とする。 According to the variable resistance element of the invention, in addition to the first characteristic configuration, one of the two interlayer insulating films has a first interlayer insulating film in the second direction with the lower electrode interposed therebetween. Each of the two separated first interlayer insulating films is formed so that opposite side surfaces thereof are in contact with the side surface of the lower electrode and extend in the first direction, and the other second of the two interlayer insulating films is formed. The interlayer insulating film is formed such that its lower surface is located above the upper surface of the lower electrode, its upper surface is in contact with the lower surface of the upper electrode, and extends in the first direction with a narrower line width than the lower electrode. The projecting electrode object is formed between each side surface of the divided two first interlayer insulating films and both side surfaces of the second interlayer insulating film, and between the upper surface of the lower electrode and the lower surface of the upper electrode. Filled, the upper end surface becomes two parallel lines and is continuous in the first direction Or extending intermittently and formed such that the lower end surface of the protruding electrode object abuts on the upper surface of the lower electrode, and is continuously formed in the first direction on the upper end portion including the upper end surface of the protruding electrode object. A third feature is that an extending variable resistor is formed, and an upper end surface of the variable resistor at an upper end portion of the protruding electrode is in contact with a lower surface of the upper electrode at the intersection between the electrodes. To do.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第1の特徴構成に加えて、前記2つの層間絶縁膜の一方の第1層間絶縁膜が、前記下部電極を間に挟んで前記第2方向に分断され、分断された2つの第1層間絶縁膜の対向する各側面が前記下部電極の側面に接して前記第1方向に延伸するように形成され、前記2つの層間絶縁膜の他方の第2層間絶縁膜が、その下面が前記下部電極の上面と接し、その上面が前記上部電極の下面と接し、且つ、前記下部電極より狭い線幅で前記第1方向に延伸するように形成され、前記突起電極物が、前記分断された2つの第1層間絶縁膜の各側面と前記第2層間絶縁膜の両側面の間と、前記下部電極の上面と前記上部電極の下面の間を充填して、上端面及び下端面が夫々2本の平行な線状となって前記第1方向に断続的に延伸し、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の上端面が前記上部電極の下面に当接するように形成され、前記突起電極物の前記下端面を含む下端部に、前記可変抵抗体が前記第1方向に連続的に延伸するように形成され、前記可変抵抗体の下端面が前記下部電極の上面に当接することを第4の特徴とする。 According to the variable resistance element of the invention, in addition to the first characteristic configuration, one of the two interlayer insulating films has a first interlayer insulating film in the second direction with the lower electrode interposed therebetween. Each of the two separated first interlayer insulating films is formed so that opposite side surfaces thereof are in contact with the side surface of the lower electrode and extend in the first direction, and the other second of the two interlayer insulating films is formed. The interlayer insulating film is formed so that its lower surface is in contact with the upper surface of the lower electrode, its upper surface is in contact with the lower surface of the upper electrode, and extends in the first direction with a line width narrower than the lower electrode, The protruding electrode object fills between each side surface of the two divided first interlayer insulating films and both side surfaces of the second interlayer insulating film, and between the upper surface of the lower electrode and the lower surface of the upper electrode. The upper end surface and the lower end surface each have two parallel lines and are cut in the first direction. The upper end surface of the protruding electrode object is formed so as to contact the lower surface of the upper electrode at the intersection between the electrodes, and the lower end portion including the lower end surface of the protruding electrode object, A fourth feature is that the variable resistor is formed so as to continuously extend in the first direction, and a lower end surface of the variable resistor is in contact with an upper surface of the lower electrode.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第1の特徴構成に加えて、前記上部電極の下面側の全面に薄膜状の前記可変抵抗体を備え、前記2つの層間絶縁膜の一方の第1層間絶縁膜が、前記下部電極を間に挟んで前記第2方向に分断され、分断された2つの第1層間絶縁膜の対向する各側面が前記下部電極の側面に接して前記第1方向に延伸するように形成され、前記2つの層間絶縁膜の他方の第2層間絶縁膜が、その下面が前記下部電極の上面より上方に位置し、その上面が前記可変抵抗体の下面と接し、且つ、前記下部電極より狭い線幅で前記第1方向に延伸するように形成され、前記突起電極物が、前記分断された2つの第1層間絶縁膜の各側面と前記第2層間絶縁膜の両側面の間と、前記下部電極の上面と前記可変抵抗体の下面の間を充填して、上端面が2本の平行な線状となって前記第1方向に連続的或いは断続的に延伸し、前記突起電極物の下端面が前記下部電極の上面に当接し、前記突起電極物の上端面が前記可変抵抗体の下面に当接するように形成されていることを第5の特徴とする。 In addition to the first characteristic configuration, the variable resistance element according to the present invention includes the variable resistor in the form of a thin film on the entire lower surface of the upper electrode, and one of the two interlayer insulating films. The first interlayer insulating film is divided in the second direction with the lower electrode interposed therebetween, and the opposing side surfaces of the two divided first interlayer insulating films are in contact with the side surfaces of the lower electrode in the first direction. The other second interlayer insulating film of the two interlayer insulating films, the lower surface thereof is located above the upper surface of the lower electrode, the upper surface is in contact with the lower surface of the variable resistor, In addition, the protruding electrode object is formed to extend in the first direction with a line width narrower than that of the lower electrode, and the protruding electrode object is formed on each side surface of the two divided first interlayer insulating films and the second interlayer insulating film. Between both side surfaces and between the upper surface of the lower electrode and the lower surface of the variable resistor The upper end surface is formed into two parallel lines and extends continuously or intermittently in the first direction, the lower end surface of the protruding electrode object abuts on the upper surface of the lower electrode, and the protrusion A fifth feature is that the upper end surface of the electrode object is formed so as to contact the lower surface of the variable resistor.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第1の特徴構成に加えて、前記2つの層間絶縁膜の一方の第1層間絶縁膜が、その下面が前記下部電極の上面と接し、その上面が前記上部電極の下面と接し、且つ、その両側面が前記下部電極の両側面と夫々上下に連続して前記第1方向に延伸するように形成され、前記2つの層間絶縁膜の他方の第2層間絶縁膜が、前記下部電極を間に挟んで前記第2方向に分断され、分断された2つの第2層間絶縁膜の対向する各側面が前記下部電極と前記第1層間絶縁膜の側面から夫々離間して前記第1方向に延伸するように形成され、前記突起電極物が、前記分断された2つの第2層間絶縁膜の各側面と前記第1層間絶縁膜及び前記下部電極の両側面の間と、前記下部電極の下面位置と前記上部電極の下面の間を充填して、上端面が2本の平行な線状となって前記第1方向に連続的或いは断続的に延伸し、前記突起電極物の下端部の側面が前記下部電極の側面に当接するように形成され、前記突起電極物の前記上端面を含む上端部に前記可変抵抗体が前記第1方向に連続的に延伸するように形成され、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の上端部の前記可変抵抗体の上端面が前記上部電極の下面に当接することを第6の特徴とする。 In addition to the first characteristic configuration, the variable resistance element according to the present invention includes a first interlayer insulating film of one of the two interlayer insulating films, a lower surface of which is in contact with an upper surface of the lower electrode, and an upper surface thereof. Is in contact with the lower surface of the upper electrode, and both side surfaces of the lower electrode extend in the first direction continuously above and below the lower electrode, and the other of the two interlayer insulating films is formed. The two interlayer insulating films are divided in the second direction with the lower electrode interposed therebetween, and the opposite side surfaces of the two divided second interlayer insulating films are the side surfaces of the lower electrode and the first interlayer insulating film. Are formed so as to extend in the first direction apart from each other, and the protruding electrode object is formed on each side surface of the two separated second interlayer insulating films and on both sides of the first interlayer insulating film and the lower electrode. And between the lower surface position of the lower electrode and the lower surface of the upper electrode The upper end surface is formed into two parallel lines and extends continuously or intermittently in the first direction so that the side surface of the lower end portion of the protruding electrode object contacts the side surface of the lower electrode. The variable resistor is formed at an upper end portion including the upper end surface of the protruding electrode object so as to continuously extend in the first direction, and the protruding electrode is formed at the intersection between the electrodes. A sixth feature is that the upper end surface of the variable resistor at the upper end of the object abuts on the lower surface of the upper electrode.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第2の特徴構成に加えて、前記2つの層間絶縁膜が、前記下部電極上で前記第2方向に離間し、その夫々の上面が前記上部電極の下面に接し、その夫々の下面が前記下部電極の上面と接し、且つ、前記2つの層間絶縁膜の対向する各側面が前記第1方向に延伸するように形成され、前記突起電極物が、前記2つの層間絶縁膜が前記下部電極上で離間して形成された間隙と、前記下部電極の上面と前記上部電極の下面の間を充填して、上端面及び下端面が夫々1本の線状となって前記第1方向に連続的または断続的に延伸し、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の下端面が前記下部電極の上面に当接するように形成され、前記突起電極物の前記上端面を含む上端部に前記可変抵抗体が前記第1方向に連続的または断続的に延伸するように形成され、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の上端部の前記可変抵抗体の上端面が前記上部電極の下面に当接することを第7の特徴とする。 In the variable resistance element according to the present invention, in addition to the second characteristic configuration, the two interlayer insulating films are separated from each other in the second direction on the lower electrode, and each upper surface thereof is the upper electrode. Each of the lower surfaces is in contact with the upper surface of the lower electrode, and the opposing side surfaces of the two interlayer insulating films are formed to extend in the first direction. The two interlayer insulating films are filled with a gap formed on the lower electrode and between the upper surface of the lower electrode and the lower surface of the upper electrode, and each of the upper and lower surfaces has one line. And extending continuously or intermittently in the first direction, and formed such that a lower end surface of the protruding electrode object abuts on an upper surface of the lower electrode at the intersection between the electrodes. The variable resistor is provided at an upper end portion including the upper end surface of the protruding electrode object. It is formed so as to extend continuously or intermittently in the first direction, and the upper end surface of the variable resistor at the upper end of the protruding electrode object is on the lower surface of the upper electrode at the intersection between the electrodes. The seventh feature is to abut.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第2の特徴構成に加えて、前記2つの層間絶縁膜が、前記下部電極上で前記第2方向に離間し、その夫々の上面が前記上部電極の下面に接し、その夫々の下面が前記下部電極の上面と接し、且つ、前記2つの層間絶縁膜の対向する各側面が前記第1方向に延伸するように形成され、前記突起電極物が、前記2つの層間絶縁膜が前記下部電極上で離間して形成された間隙と、前記下部電極の上面と前記上部電極の下面の間を充填して、上端面及び下端面が夫々1本の線状となって前記第1方向に連続的または断続的に延伸し、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の上端面が前記上部電極の下面に当接するように形成され、前記突起電極物の前記下端面を含む下端部に前記可変抵抗体が前記第1方向に断続的に延伸するように形成され、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の下端部の前記可変抵抗体の下端面が前記下部電極の上面に当接することを第8の特徴とする。 In the variable resistance element according to the present invention, in addition to the second characteristic configuration, the two interlayer insulating films are separated from each other in the second direction on the lower electrode, and each upper surface thereof is the upper electrode. Each of the lower surfaces is in contact with the upper surface of the lower electrode, and the opposing side surfaces of the two interlayer insulating films are formed to extend in the first direction. The two interlayer insulating films are filled with a gap formed on the lower electrode and between the upper surface of the lower electrode and the lower surface of the upper electrode, and each of the upper and lower surfaces has one line. And extending continuously or intermittently in the first direction, the upper end surface of the protruding electrode object is in contact with the lower surface of the upper electrode at the intersection between the electrodes, The variable resistor is provided at the lower end including the lower end surface of the protruding electrode object. It is formed so as to extend intermittently in the first direction, and the lower end surface of the variable resistor at the lower end portion of the protruding electrode object abuts on the upper surface of the lower electrode at the intersection between the electrodes. Is the eighth feature.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第1〜第8の何れか一の特徴構成に加えて、前記下部電極が、半導体基板上に形成された拡散層であることを第9の特徴とする。 The variable resistance element according to the present invention has a ninth feature that, in addition to any one of the first to eighth feature configurations, the lower electrode is a diffusion layer formed on a semiconductor substrate. And
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第1〜第9の何れか一の特徴構成に加えて、前記突起電極物が、遷移金属、若しくは遷移金属元素の窒化物で形成されることを第10の特徴とする。 The variable resistance element according to the present invention is characterized in that, in addition to any one of the first to ninth characteristic configurations, the protruding electrode is formed of a transition metal or a nitride of a transition metal element. A tenth feature is provided.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第10の特徴構成に加えて、前記突起電極物が窒化チタンであることを第11の特徴とする。 In addition to the tenth characteristic configuration, the variable resistance element according to the present invention has an eleventh characteristic that the protruding electrode material is titanium nitride.
本発明に係る可変抵抗素子の上記第11の特徴構成によれば、前記突起電極物として従来から半導体プロセスで汎用的に用いられてきたチタン系材料が利用できるため、プロセスの組み立てが容易になる。 According to the eleventh characteristic configuration of the variable resistance element according to the present invention, since the titanium-based material conventionally used for general semiconductor processes can be used as the protruding electrode object, the assembly of the process becomes easy. .
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第1〜第11の何れか一の特徴構成に加えて、前記可変抵抗体が前記突起電極物の一部を酸化させることで形成されることを第12の特徴とする。 In addition to any one of the first to eleventh features, the variable resistance element according to the present invention is formed by oxidizing the part of the protruding electrode object. The twelfth feature.
本発明に係る可変抵抗素子の上記第12の特徴構成によれば、半導体の製造プロセスでは一般的な工程である酸化の熱処理工程によって可変抵抗体膜を形成することができるため、当該成膜のために特別の装置を必要とせず既存の装置で実現可能である。 According to the twelfth characteristic configuration of the variable resistance element according to the present invention, the variable resistor film can be formed by an oxidation heat treatment process, which is a general process in a semiconductor manufacturing process. Therefore, it can be realized with an existing apparatus without requiring a special apparatus.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第1〜第12の何れか一の特徴構成に加えて、前記可変抵抗体と、前記下部電極と前記上部電極の内の少なくとも何れか一方の電極との接触面の線幅が、前記下部電極と前記上部電極の何れの線幅よりも細く形成されていることを第13の特徴とする。 Moreover, the variable resistance element according to the present invention includes at least one of the variable resistor, the lower electrode, and the upper electrode in addition to any one of the first to twelfth features. The line width of the contact surface with the upper electrode is formed to be narrower than the line width of either the lower electrode or the upper electrode.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第1〜第12の何れか一の特徴構成に加えて、前記可変抵抗体と、前記下部電極と前記上部電極の内の少なくとも何れか一方の電極との接触面の線幅が、前記下部電極と前記上部電極の何れの膜厚値よりも小さい寸法の線幅で形成されていることを第14の特徴とする。 Moreover, the variable resistance element according to the present invention includes at least one of the variable resistor, the lower electrode, and the upper electrode in addition to any one of the first to twelfth features. The contact surface is formed with a line width smaller than the film thickness value of either the lower electrode or the upper electrode.
本発明に係る可変抵抗素子の上記第13又は第14の特徴構成によれば、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積を、製造プロセスで規定される加工可能面積よりも小さくすることができる。 According to the thirteenth or fourteenth feature configuration of the variable resistance element according to the present invention, the area of the electrically contributing region of the variable resistor can be made smaller than the workable area defined in the manufacturing process. it can.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第1〜第14の何れか一の特徴構成に加えて、前記可変抵抗体が、遷移金属元素の酸化物、若しくは遷移金属の酸窒化物で形成されることを第15の特徴とする。 In the variable resistance element according to the present invention, in addition to any one of the first to fourteenth features, the variable resistor is formed of an oxide of a transition metal element or an oxynitride of a transition metal. This is a fifteenth feature.
又、本発明に係る可変抵抗素子は、上記第15の特徴構成に加えて、前記可変抵抗体が、酸化チタン、若しくは酸窒化チタンであることを第16の特徴とする。 In addition to the fifteenth characteristic configuration, the variable resistance element according to the present invention has a sixteenth characteristic in that the variable resistor is titanium oxide or titanium oxynitride.
本発明に係る可変抵抗素子の上記第16の特徴構成によれば、前記可変抵抗体として従来から半導体プロセスで汎用的に用いられてきたチタン系材料が利用できるため、プロセスの組み立てが容易になる。 According to the sixteenth characteristic configuration of the variable resistance element according to the present invention, since the titanium-based material that has been conventionally used for general semiconductor processes can be used as the variable resistor, the assembly of the process becomes easy. .
又、上記目的を達成するため、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第3〜第5の何れか一の特徴構成を有する可変抵抗素子の製造方法であって、基板上に電極材料を堆積して第1電極膜を積層し、前記第1電極膜を加工することで、前記第1方向に延伸する前記下部電極を形成する第1工程と、前記下部電極の上部領域に当該下部電極の電極面まで到達する開口部を有する前記第1層間絶縁膜を形成する第2工程と、前記下部電極の少なくとも一部領域に接触するとともに、前記第2工程で形成された前記開口部の内側側壁に沿って上方に延伸する前記突起電極物を形成する第3工程と、前記突起電極物の先端部分に前記可変抵抗体を形成する第4工程と、電極材料を堆積して第2電極膜を積層し、前記第2電極膜を加工することで、前記第2方向に延伸する前記上部電極を形成する第5工程と、を有することを第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a variable resistance element according to the present invention is a method for manufacturing a variable resistance element having any one of the third to fifth characteristics, wherein an electrode is formed on a substrate. A first step of forming a lower electrode extending in the first direction by depositing a material, laminating a first electrode film, and processing the first electrode film; and an upper region of the lower electrode A second step of forming the first interlayer insulating film having an opening reaching the electrode surface of the lower electrode; and the opening formed in the second step while contacting at least a partial region of the lower electrode. A third step of forming the protruding electrode object extending upward along the inner side wall of the first electrode; a fourth step of forming the variable resistor at the tip portion of the protruding electrode object; and a second step of depositing an electrode material. Laminating electrode films and processing the second electrode film , The first characterized by a fifth and step of forming the upper electrode extending in the second direction.
本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第1の特徴によれば、下部電極より上部電極の方向に延伸した突起電極物の先端部分に可変抵抗体を形成し、当該可変抵抗体を介して突起電極物と上部電極とが接続される。即ち、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積が縮小化された可変抵抗素子を製造することができる。 According to the first feature of the method of manufacturing a variable resistance element according to the present invention, a variable resistor is formed at the tip portion of the protruding electrode object extending from the lower electrode in the direction of the upper electrode, and the variable resistor is interposed through the variable resistor. Thus, the protruding electrode body and the upper electrode are connected. That is, it is possible to manufacture a variable resistance element in which the area of the electrically contributing region of the variable resistor is reduced.
尚、前記第1工程が、前記下部電極を構成する前記第1電極膜を堆積する工程と、前記第1電極膜上に第2絶縁膜を堆積する工程と、前記第1電極膜及び前記第2絶縁膜の加工を行う工程と、を有するものとしても構わない。 The first step includes a step of depositing the first electrode film constituting the lower electrode, a step of depositing a second insulating film on the first electrode film, the first electrode film, and the first electrode And a step of processing two insulating films.
又、前記第2工程が、前記第1絶縁膜を堆積する工程と、前記第2絶縁膜の上面が露出するまで前記第1絶縁膜を平滑化する工程と、前記第2絶縁膜の一部又は全部を除去することで、前記第1絶縁膜内に前記下部電極の電極面まで到達するように貫通された前記開口部を形成する工程と、を有するものとしても構わない。 The second step includes a step of depositing the first insulating film, a step of smoothing the first insulating film until an upper surface of the second insulating film is exposed, and a part of the second insulating film. Alternatively, the step of forming the opening penetrating so as to reach the electrode surface of the lower electrode in the first insulating film by removing all of the first insulating film may be provided.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第1の特徴に加えて、上記第3または第5の特徴構成を有する可変抵抗素子の製造方法であって、前記第3工程が、前記開口部及び前記第1絶縁膜上に導電性材料を堆積して突起電極物用電極膜を形成する工程と、前記突起電極物用電極膜上に前記第2層間絶縁膜となる第3絶縁膜を堆積する工程と、前記突起電極物用電極膜の上面が露出するまで前記第3絶縁膜を除去する工程と、前記開口部の上部領域以外の領域に積層された前記突起電極物用電極膜を除去することで、前記下部電極と接触された前記突起電極物を前記開口部内に形成する工程と、を有することを第2の特徴とする。 A variable resistance element manufacturing method according to the present invention is a variable resistance element manufacturing method having the third or fifth characteristic configuration in addition to the first characteristic, wherein the third step includes: Depositing a conductive material on the opening and the first insulating film to form an electrode film for the projecting electrode object; and a third insulation functioning as the second interlayer insulating film on the electrode film for the projecting electrode object Depositing a film; removing the third insulating film until an upper surface of the electrode film for the projecting electrode object is exposed; and projecting electrode object electrode laminated in a region other than the upper region of the opening. A step of forming the protruding electrode object in contact with the lower electrode in the opening by removing the film.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第1の特徴に加えて、上記第4の特徴構成を有する可変抵抗素子の製造方法であって、前記第3工程が、前記開口部内及び前記第1層間絶縁膜上に導電性材料を堆積して突起電極物用電極膜を形成する第6工程と、前記第1層間絶縁膜上に積層された前記突起電極物用電極膜を除去することで前記開口部側壁に前記突起電極物を形成する工程と、を有することを第3の特徴とする。 A variable resistance element manufacturing method according to the present invention is a variable resistance element manufacturing method having the fourth characteristic configuration in addition to the first characteristic, wherein the third step is performed in the opening. And a sixth step of depositing a conductive material on the first interlayer insulating film to form an electrode film for protruding electrodes, and removing the electrode film for protruding electrodes stacked on the first interlayer insulating film The step of forming the protruding electrode object on the side wall of the opening is a third feature.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第3の特徴に加えて、前記第6工程が、前記開口部内に前記突起電極物用電極膜を積層する際、前記下部電極上面に近づくにつれ前記突起電極物用電極膜の膜厚を薄くさせることを第4の特徴とする。 In addition to the third feature described above, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention may further include a step of forming the projecting electrode object electrode film on the upper surface of the lower electrode in the sixth step. A fourth feature is that the film thickness of the electrode film for the protruding electrode object is reduced as it approaches.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第4の特徴に加えて、前記第4工程が、前記開口部及び前記第1絶縁膜上に前記第2層間絶縁膜となる第3絶縁膜を形成する工程を有し、前記第3絶縁膜を形成する工程の過程において、前記第3工程において前記開口部側壁に形成された前記突起電極物のうち、前記下部電極上面近傍に形成される膜厚が薄い領域の前記突起電極物が酸化されることで、当該箇所に前記可変抵抗体が形成されることを第5の特徴とする。 In the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, in addition to the fourth feature, the fourth step may be a third interlayer insulating film on the opening and the first insulating film. Forming an insulating film, and in the process of forming the third insulating film, of the protruding electrode formed on the side wall of the opening in the third step, formed near the upper surface of the lower electrode. A fifth feature is that the variable resistor is formed in the portion by oxidizing the protruding electrode object in the thin region to be formed.
又、上記目的を達成するため、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第6の特徴構成を有する可変抵抗素子の製造方法であって、基板上に前記下部電極を構成する第1電極膜を堆積し、その後前記第1電極膜上に前記第1層間絶縁膜となる第1絶縁膜を堆積し、前記第1電極膜及び前記第1絶縁膜の加工を行うことで、前記第1方向に延伸する前記下部電極を形成する第1工程と、前記下部電極の少なくとも一部領域に接触するとともに、前記下部電極の外側側壁及び前記第1絶縁膜の外側側壁に沿って上方に延伸する前記突起電極物を形成する第2工程と、前記突起電極物の先端部分に前記可変抵抗体を形成する第3工程と、電極材料を堆積して第2電極膜を積層し、前記第2電極膜を加工することで、前記第2方向に延伸する前記上部電極を形成する第4工程と、を有することを第6の特徴とする。 In order to achieve the above object, a variable resistance element manufacturing method according to the present invention is a variable resistance element manufacturing method having the sixth characteristic configuration, wherein the first electrode is formed on the substrate. Depositing an electrode film, and then depositing a first insulating film to be the first interlayer insulating film on the first electrode film, and processing the first electrode film and the first insulating film; A first step of forming the lower electrode extending in one direction; and contacting at least a partial region of the lower electrode and extending upward along the outer side wall of the lower electrode and the outer side wall of the first insulating film A second step of forming the protruding electrode object, a third step of forming the variable resistor at a tip portion of the protruding electrode object, a second electrode film is deposited by depositing an electrode material, and the second Before stretching in the second direction by processing the electrode film A fourth step of forming an upper electrode, that having a sixth feature of the.
本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第6の特徴によれば、下部電極より上部電極の方向に延伸した突起電極物の先端部分に可変抵抗体を形成し、当該可変抵抗体を介して突起電極物と上部電極とが接続される。即ち、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積が縮小化された可変抵抗素子を製造することができる。 According to the sixth feature of the method of manufacturing a variable resistance element according to the present invention, a variable resistor is formed at the tip of the protruding electrode object extending from the lower electrode toward the upper electrode, and the variable resistor is interposed through the variable resistor. Thus, the protruding electrode body and the upper electrode are connected. That is, it is possible to manufacture a variable resistance element in which the area of the electrically contributing region of the variable resistor is reduced.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第6の特徴に加えて、前記第2工程が、前記第1絶縁膜の上面を含む全面に導電性材料を堆積して突起電極物用電極膜を形成する工程と、前記第1電極膜の外側側壁及び前記第1絶縁膜の外側側壁以外の領域に形成された前記突起電極物用電極膜を除去することで、前記突起電極物を前記第1電極膜の外側側壁及び前記第1絶縁膜の外側側壁に形成する工程と、を有することを第7の特徴とする。 Further, in the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, in addition to the sixth feature, the second step includes depositing a conductive material on the entire surface including the upper surface of the first insulating film, and protruding electrode objects. Forming the electrode film, and removing the electrode film for the projecting electrode object formed in a region other than the outer side wall of the first electrode film and the outer side wall of the first insulating film. Forming on the outer side wall of the first electrode film and the outer side wall of the first insulating film.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第6又は第7の特徴に加えて、前記第3工程が、前記第1絶縁膜の上面を含む全面に前記第2層間絶縁膜となる第2絶縁膜を堆積する工程と、前記突起電極物用電極膜の上面が露出するまで前記第2絶縁膜を平滑化する工程と、を有することを第8の特徴とする。 In the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, in addition to the sixth or seventh feature, the third step includes the second interlayer insulating film and the entire surface including the upper surface of the first insulating film. An eighth feature is that the method includes a step of depositing a second insulating film, and a step of smoothing the second insulating film until the upper surface of the electrode film for protruding electrodes is exposed.
又、上記目的を達成するため、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第7の特徴構成を有する可変抵抗素子の製造方法であって、基板上に電極材料を堆積して第1電極膜を積層し、前記第1電極膜を加工することで、前記第1方向に延伸する前記下部電極を複数形成する第1工程と、隣接する2つの前記下部電極の夫々に対して共通して開口し、各前記下部電極夫々の少なくとも一部の上面まで到達するように貫通された開口部を有する前記2つの層間絶縁膜の一方の層間絶縁膜となる第1絶縁膜を堆積する第2工程と、導電性材料を堆積して突起電極物用電極膜を積層するとともに、当該突起電極物用電極膜の加工を行って、前記下部電極の少なくとも一部領域に接触するとともに前記開口部の内壁に沿って上方に延伸する前記突起電極物を形成する第3工程と、前記2つの層間絶縁膜の他方の層間絶縁膜となる第2絶縁膜を堆積した後、加工を行って前記開口部内を充填する第4工程と、前記突起電極物の先端部分に前記可変抵抗体を形成する第5工程と、電極材料を堆積して第2電極膜を積層し、前記第2電極膜を加工することで、前記第2方向に延伸する前記上部電極を形成する第6工程と、を有することを第9の特徴とする。 In order to achieve the above object, a variable resistance element manufacturing method according to the present invention is a variable resistance element manufacturing method having the seventh characteristic configuration, wherein a first electrode material is deposited on a substrate. The first step of forming a plurality of lower electrodes extending in the first direction by laminating electrode films and processing the first electrode film is common to each of the two adjacent lower electrodes. And depositing a first insulating film serving as an interlayer insulating film of one of the two interlayer insulating films having an opening that penetrates to reach the upper surface of at least a part of each of the lower electrodes. A step of depositing a conductive material and laminating the electrode film for the projecting electrode object, processing the electrode film for the projecting electrode object, contacting at least a partial region of the lower electrode, and The protrusion extending upward along the inner wall A third step of forming an electrode object, a fourth step of depositing a second insulating film to be the other interlayer insulating film of the two interlayer insulating films and then processing to fill the opening, and the protrusion A fifth step of forming the variable resistor at the tip portion of the electrode object, and depositing an electrode material, laminating the second electrode film, processing the second electrode film, and extending in the second direction And a sixth step of forming the upper electrode.
又、上記目的を達成するため、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第8の特徴構成を有する可変抵抗素子の製造方法であって、基板上に電極材料を堆積して第1電極膜を積層し、前記第1電極膜を加工することで、前記第1方向に延伸する前記下部電極を複数形成する第1工程と、隣接する2つの前記下部電極の夫々に対して共通して開口し、各前記下部電極夫々の少なくとも一部の上面まで到達するように貫通された第1開口部を有する前記2つの層間絶縁膜の一方の層間絶縁膜となる第1絶縁膜を堆積する第2工程と、ダミー膜材料を堆積して加工を行うことで、前記下部電極の一部領域に接触するとともに前記第1開口部の内壁に沿って上方に延伸するダミー膜を形成する第3工程と、前記2つの層間絶縁膜の他方の層間絶縁膜となる第2絶縁膜を堆積した後、加工を行って当該第2絶縁膜によって前記第1開口部内を充填する第4工程と、前記ダミー膜を除去することで、前記下部電極の上面の一部が露出するように第2開口部を形成する第5工程と、前記第2開口部内に前記可変抵抗体及び前記突起電極物を形成する第6工程と、電極材料を堆積して第2電極膜を積層し、前記第2電極膜を加工することで、前記第2開口部内に突起状の電極を有する前記第2方向に延伸する前記上部電極を形成する第7工程と、を有することを第10の特徴とする。 In order to achieve the above object, a variable resistance element manufacturing method according to the present invention is a variable resistance element manufacturing method having the eighth characteristic configuration described above, in which an electrode material is deposited on a substrate to form a first. The first step of forming a plurality of lower electrodes extending in the first direction by laminating electrode films and processing the first electrode film is common to each of the two adjacent lower electrodes. And depositing a first insulating film serving as an interlayer insulating film of the two interlayer insulating films having a first opening penetrating so as to reach the upper surface of at least a part of each of the lower electrodes. A second step is performed by depositing and processing a dummy film material to form a dummy film that contacts a partial region of the lower electrode and extends upward along the inner wall of the first opening. Process and the other interlayer insulation of the two interlayer insulation films After depositing a second insulating film to be a film, processing is performed to fill the inside of the first opening with the second insulating film, and by removing the dummy film, the upper surface of the lower electrode is removed. A fifth step of forming a second opening so that a portion is exposed; a sixth step of forming the variable resistor and the protruding electrode object in the second opening; A seventh step of forming the upper electrode extending in the second direction having a protruding electrode in the second opening by laminating an electrode film and processing the second electrode film. Is a tenth feature.
本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第9又は第10の特徴によれば、下部電極より上部電極の方向に線状に延伸した突起電極物の先端部分に可変抵抗体を形成し、当該可変抵抗体を介して突起電極物と上部電極とが接続される。即ち、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積が縮小化された可変抵抗素子を製造することができる。 According to the ninth or tenth feature of the method of manufacturing a variable resistance element according to the present invention, the variable resistor is formed at the tip portion of the protruding electrode object linearly extending from the lower electrode in the direction of the upper electrode, The protruding electrode object and the upper electrode are connected via the variable resistor. That is, it is possible to manufacture a variable resistance element in which the area of the electrically contributing region of the variable resistor is reduced.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第10の特徴に加えて、前記ダミー膜が、前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜、及び前記第1電極膜の何れの材料とも異なる材料で構成されており、前記第5工程が、エッチング法によって当該ダミー膜のみを、前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜、及び前記第1電極膜に対して選択的に除去する工程を有することを第11の特徴とする。 In the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, in addition to the tenth feature, the dummy film may be any material of the first insulating film, the second insulating film, and the first electrode film. The fifth step selectively removes only the dummy film with respect to the first insulating film, the second insulating film, and the first electrode film by an etching method. The eleventh feature is to have a process.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第10又は第11の特徴に加えて、前記第6工程が、前記第2開口部内に位置する前記下部電極上面を酸化させることによって前記可変抵抗体を形成する工程を有することを第12の特徴とする。 Further, in the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, in addition to the tenth or eleventh feature, the sixth step includes oxidizing the upper surface of the lower electrode located in the second opening. A twelfth feature is that it includes a step of forming a variable resistor.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第1〜第3、及び第6〜第10の何れか一の特徴に加えて、前記突起電極物を形成後、少なくとも前記突起電極物上に可変抵抗体材料を堆積して可変抵抗体膜を積層することで前記可変抵抗体を形成する工程を有することを第13の特徴とする。 According to the variable resistance element manufacturing method of the present invention, in addition to any one of the first to third and sixth to tenth features, at least the protruding electrode object is formed after the protruding electrode object is formed. A thirteenth feature includes a step of forming the variable resistor by depositing a variable resistor material thereon and laminating a variable resistor film.
尚、このとき前記可変抵抗体材料をスパッタリング法又はCVD法の何れかの方法によって堆積することで前記可変抵抗体膜を積層するものとしても構わない。 At this time, the variable resistor film may be laminated by depositing the variable resistor material by any one of a sputtering method and a CVD method.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第1〜第11の何れか一の特徴に加えて、前記突起電極物を形成後、前記突起電極物の露出部分を酸化させることによって前記可変抵抗体を形成する工程を有することを第14の特徴とする。 In addition to the first to eleventh features, the method of manufacturing a variable resistance element according to the present invention includes oxidizing the exposed portion of the protruding electrode object after forming the protruding electrode object. A fourteenth feature includes a step of forming the variable resistor.
本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第14の特徴によれば、突起電極物の露出部分を酸化させることで可変抵抗体が形成されるので、極めて単純な工程で可変抵抗素子が実現できる。このとき、酸化方法としては、(高温)熱酸化法のほか酸素プラズマ酸化法やオゾン酸化法などを用いることができる。 According to the fourteenth feature of the method of manufacturing a variable resistance element according to the present invention, the variable resistance element is formed by oxidizing the exposed portion of the protruding electrode object, so that the variable resistance element is realized by an extremely simple process. it can. At this time, as the oxidation method, in addition to the (high temperature) thermal oxidation method, an oxygen plasma oxidation method, an ozone oxidation method, or the like can be used.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第1〜第14の何れか一の特徴に加えて、前記突起電極物が窒化チタンであることを第15の特徴とする。 The variable resistance element manufacturing method according to the present invention has a fifteenth feature that, in addition to any one of the first to fourteenth features, the protruding electrode material is titanium nitride.
本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第15の特徴構成によれば、前記突起電極物として従来から半導体プロセスで汎用的に用いられてきたチタン系材料が利用できるため、プロセスの組み立てが容易になる。 According to the fifteenth characteristic configuration of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, since the titanium-based material conventionally used for general semiconductor processes can be used as the protruding electrode object, the assembly of the process can be performed. It becomes easy.
又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第1〜第15の何れか一の特徴に加えて、前記可変抵抗体が酸化チタン又は酸窒化チタンであることを第16の特徴とする。 The variable resistance element manufacturing method according to the present invention, in addition to any one of the first to fifteenth features, is characterized in that the variable resistor is titanium oxide or titanium oxynitride. To do.
本発明の可変抵抗素子は、可変抵抗体と、一方の電極若しくは他方の電極の何れかの電極との接触面の形状が環状又は分離された線状であるため、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積は製造プロセスで規定される加工可能面積に制約されない。これによって、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積を製造プロセスで規定される加工可能面積よりも小さくすることができるので、書込時、消去時の消費電流を低減することができ、低抵抗による書込み不能の起こらない安定したスイッチング動作のメモリ素子を再現性良く形成できる。又、本発明の可変抵抗素子の製造方法によれば、上記のような、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積を製造プロセスで規定される加工可能面積よりも小さくすることができる可変抵抗素子を製造することができる。 In the variable resistance element of the present invention, the shape of the contact surface between the variable resistor and one of the electrodes or the other electrode is an annular or separated linear shape. The area of the contributing region is not limited to the workable area defined in the manufacturing process. As a result, the area of the electrically contributing region of the variable resistor can be made smaller than the workable area defined in the manufacturing process, so that current consumption during writing and erasing can be reduced. A memory element having a stable switching operation in which writing failure due to low resistance does not occur can be formed with good reproducibility. Further, according to the variable resistance element manufacturing method of the present invention, the area of the electrically contributing region of the variable resistor as described above can be made smaller than the workable area defined by the manufacturing process. A resistance element can be manufactured.
以下、本発明に係る可変抵抗素子(以下、適宜「本発明素子」と略称する)、及びその製造方法(以下、適宜「本発明方法」と略称する)の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of a variable resistance element according to the present invention (hereinafter appropriately abbreviated as “invention element”) and a manufacturing method thereof (hereinafter appropriately abbreviated as “invention method”) will be described below with reference to the drawings. To do.
本発明素子は、上部電極と下部電極とを可変抵抗体を介して接続を行う構成であるが、何れか一方の電極と可変抵抗体との接触面積を従来構成より狭くするために、何れか一方の電極と電気的に接続される突起電極物を備える構成である。以下に、当該突起電極物の製造工程に特に焦点を当てて説明を行う。 The element of the present invention has a configuration in which the upper electrode and the lower electrode are connected via a variable resistor, but in order to make the contact area between any one electrode and the variable resistor smaller than the conventional configuration, either It is the structure provided with the protruding electrode object electrically connected with one electrode. In the following, description will be given with a particular focus on the manufacturing process of the protruding electrode object.
<第1の実施形態>
本発明素子及びその製造方法の第1の実施形態(以下、適宜「本実施形態」と呼称する)について、図1〜図5を参照して説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) of an element of the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施形態の本発明素子を示した断面模式図である。図1に示すように、本実施形態における本発明素子は、下地基板5上に形成された下部電極配線1と上部電極配線4と、上下電極配線間に記憶材料体としての可変抵抗体3を有する構造であるとともに、導電性材料からなる突起電極物2が下部電極1と接続しており、突起電極物2の先端部に可変抵抗体3が形成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the element of the present invention of this embodiment. As shown in FIG. 1, the element of the present invention in this embodiment includes a
このように構成される本発明素子を1R型のメモリセルに適用した場合を例として以下に説明する。図2は1R型のメモリセルアレイを示す平面模式図である。又、図3及び図4は、本実施形態における本発明素子の製造工程を示す図であり、図3(a)〜図4(g)によって各工程順に示されている(紙面の都合上2図面に分かれている)。図3及び図4では、図2中のX−X´線、即ち上部電極配線TEに沿った断面模式図と、Y−Y´線、即ち下部電極配線BEに沿った断面模式図を、それぞれ左右に表示している。 An example in which the element of the present invention thus configured is applied to a 1R type memory cell will be described below. FIG. 2 is a schematic plan view showing a 1R type memory cell array. FIGS. 3 and 4 are diagrams showing the manufacturing process of the element of the present invention in this embodiment, and are shown in the order of each process in FIGS. 3A to 4G (2 on account of space). Divided into drawings). 3 and 4, a schematic cross-sectional view along the line XX ′ in FIG. 2, that is, the upper electrode wiring TE, and a schematic cross-sectional view along the YY ′ line, that is, the lower electrode wiring BE, respectively. It is displayed on the left and right.
以下に、図3及び図4を参照して本実施形態における本発明素子の製造工程についての説明を行う。 The manufacturing process of the element of the present invention in this embodiment will be described below with reference to FIGS.
まず、周辺回路等(図示せず)を適宜形成した半導体基板16上に下地絶縁膜15を形成する。本実施形態では、膜厚1500nmの厚みでBPSG(borophosphosilicate glass)膜15を堆積させた後、更にその表面をいわゆるCMP法(化学的機械的研磨法:Chemical Mechanical Polishing Method)にて、半導体基板16表面上のBPSG膜15の厚みが800nmとなるまで研磨することにより表面を平坦化する。続いて、下部電極配線となる材料膜(第1電極膜)11をその上に堆積する。本実施形態では、厚さ5nmのTi膜と厚さ20nmのTiN膜と厚さ200nmのAlCu膜と厚さ5nmのTi膜と厚さ100nmのTiN膜とを、それぞれスパッタリング法にて順次堆積するものとする(TiN/Ti/Al−Cu/TiN/Tiの積層構造)。更に、下部電極配線となる材料膜11上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法でSiN膜(第2絶縁膜)17を150nm堆積する。その後、フォトリソグラフィの手法によって図2の下部電極配線BEに示すようなL/S(ライン&スペース)形状にパターンニングしたレジスト(図示せず)をマスクとしてSiN膜17及び下部電極配線となる材料膜11をエッチングすることにより下部電極配線を形成する。そして、図3(a)に示すように、その上にSiO2膜(第1絶縁膜)18をCVD法にて600nm堆積する。
First, the
次に、図3(b)に示すように、CMP法でSiO2膜18をSiN膜17の表面レベルまで研磨することにより、表面を平坦化するとともにSiN膜17表面を露出させる。平坦化方法はCMP法に限られたものではなく、スピンオン法、スピンオン法とエッチバック法の組み合わせを含む任意の適切な平坦化技術を用いても構わない。
Next, as shown in FIG. 3B, the surface of the
次に、図3(c)に示すように、SiN膜17をダウンストリーム型のNF3プラズマを用いたドライエッチング法により、SiN膜17をSiO2膜18及び下部電極配線となる材料膜11に対して選択的に除去することにより開口部Aを形成する。SiN膜17の除去方法はドライエッチング法に限られたものではなく、熱リン酸処理を含むウェットエッチング法により除去してもよい。
Next, as shown in FIG. 3C, the
次に、図3(d)に示すように、突起電極物となる材料膜の一例としてのTiN膜(突起電極物用電極膜)12をスパッタリング法で40nmの厚みで全面に堆積する。この際、開口部A内の内側側面に沿って形成されたTiN膜12の厚みは例えば20nmとすることができる。そして、その後SiO2膜(第3絶縁膜)19をCVD法にて600nmの厚みで全面に堆積する。尚、TiN膜12は開口部Aに沿って形成されるので、開口部A内を充填することはない。
Next, as shown in FIG. 3D, a TiN film (electrode film for protruding electrode object) 12 as an example of a material film to be a protruding electrode object is deposited on the entire surface by sputtering to a thickness of 40 nm. At this time, the thickness of the
次に、CMP法でSiO2膜19をTiN膜12の表面レベルまで研磨することにより、表面を平坦化するとともにTiN膜12表面を露出させる。その後、図4(e)に示すように、開口部A以外のSiO2膜18上のTiN膜12をエッチバック法により除去することにより、TiN膜からなる突起電極物12を形成する。
Next, the SiO 2 film 19 is polished to the surface level of the
次に、酸素を含む250〜450℃の雰囲気下で熱酸化することにより、図4(f)に示すように、TiN膜からなる突起電極物12の露出した先端部分を酸化させて形成した可変抵抗体の一例としてのTiO2膜13を形成する。本実施形態では可変抵抗体をTiO2膜としたが、酸化温度、酸素濃度等の酸化条件を適宜調整することにより、可変抵抗特性を持つTiO2−XNX膜とすることも可能である。
Next, as shown in FIG. 4F, the variable tip formed by oxidizing the exposed tip portion of the protruding
次に、上部電極配線となる材料膜(第2電極膜)14を全面に堆積する。本実施形態では、厚さ20nmのTiN膜と厚さ200nmのAlCu膜と厚さ5nmのTi膜と厚さ100nmのTiN膜とを、それぞれスパッタリング法にて順次堆積した(TiN/Ti/Al−Cu/TiNの積層構造)。その後、フォトリソグラフィの手法によって図2の上部電極配線TEに示すようなL/S(ライン&スペース)形状にパターンニングしたレジスト(図示せず)をマスクとして上部電極配線となる材料膜14をエッチングすることにより上部電極配線14を形成する。更に、図4(g)に示すように、層間絶縁膜20を堆積し、上部電極配線14及び下部電極配線11へのコンタクト及びメタル配線(何れも図示せず)を形成する。
Next, a material film (second electrode film) 14 to be the upper electrode wiring is deposited on the entire surface. In this embodiment, a TiN film having a thickness of 20 nm, an AlCu film having a thickness of 200 nm, a Ti film having a thickness of 5 nm, and a TiN film having a thickness of 100 nm are sequentially deposited by a sputtering method (TiN / Ti / Al— Cu / TiN laminated structure). Thereafter, the
このように形成される可変抵抗素子は、可変抵抗体と電極との接触面の面積を従来構成より縮小することができる。この点について、以下に図面を参照して説明を行う。 The variable resistance element formed in this way can reduce the area of the contact surface between the variable resistor and the electrode as compared with the conventional configuration. This point will be described below with reference to the drawings.
図5は、従来構成の可変抵抗素子と、本実施形態における可変抵抗素子とを比較した平面模式図である。図5(a)は従来構成のものを示しており、図5(b)は本実施形態による構成を示している。 FIG. 5 is a schematic plan view comparing a conventional variable resistance element and the variable resistance element according to the present embodiment. FIG. 5 (a) shows a conventional configuration, and FIG. 5 (b) shows a configuration according to the present embodiment.
図5(a)に示すように、従来の1R型のメモリセルにおいては下部電極配線121と上部電極配線122の交差する領域S1(図中の斜線部)であるクロスポイント部分が可変抵抗体の電気的に寄与している領域である。
As shown in FIG. 5A, in the conventional 1R type memory cell, the cross-point portion that is the region S1 (shaded portion in the figure) where the
これに対し、本実施形態の可変抵抗素子によれば、下部電極配線123の配線上領域のうち、境界側の一部領域にのみ突起電極物が形成されて上部電極配線と電気的に接続される構成であるため、この突起電極物と上部電極配線124とのクロスポイント部分である領域S2(図中の斜線部)が、可変抵抗体の電気的に寄与している領域になる。
On the other hand, according to the variable resistance element of the present embodiment, the protruding electrode object is formed only in a partial region on the boundary side in the upper region of the
領域S2は、少なくとも突起電極物の膜厚分の幅を持った線状の形状をしているが、従来の可変抵抗素子における領域S1よりも、その面積が縮小される。突起電極物は自己整合的なプロセスで形成できるので、膜厚の調整によりその面積を任意に変えることができる。 The region S2 has a linear shape having a width corresponding to at least the film thickness of the protruding electrode object, but its area is reduced compared to the region S1 in the conventional variable resistance element. Since the protruding electrode can be formed by a self-aligning process, the area can be arbitrarily changed by adjusting the film thickness.
即ち、本実施形態の構成によれば、従来構成の接触面積と比較して接触面積を縮小化することができるため、当該素子によって不揮発性記憶装置を構成することで、消費電流を抑制でき、かつ書込不能の起こらない安定したスイッチング動作のメモリ素子を再現性良く作成することが可能となる。 That is, according to the configuration of the present embodiment, the contact area can be reduced as compared with the contact area of the conventional configuration, so that the current consumption can be suppressed by configuring the nonvolatile memory device with the element, In addition, it is possible to produce a memory element having a stable switching operation in which writing is not disabled with good reproducibility.
尚、上述では、堆積した絶縁膜をSiO2膜18及びSiO2膜19としたが、絶縁膜はSiO2膜に限られたものではなく、SiN膜,ポリイミド膜,SiOF膜を含む任意の適切な絶縁膜を用いてもよい。又、絶縁膜の堆積は、パルス化レーザ堆積、rf−スパッタリング、e−ビーム蒸発、熱蒸発、有機金属堆積、スピンオン堆積、及び有機金属化学気相成長を含む任意の適切な堆積技術を用いて堆積され得る。以下の各実施形態においても、同様である、 In the above description, the deposited insulating films are the SiO 2 film 18 and the SiO 2 film 19. However, the insulating film is not limited to the SiO 2 film, and may be any appropriate one including SiN film, polyimide film, and SiOF film. A simple insulating film may be used. Insulating film deposition may also be performed using any suitable deposition technique including pulsed laser deposition, rf-sputtering, e-beam evaporation, thermal evaporation, metalorganic deposition, spin-on deposition, and metalorganic chemical vapor deposition. Can be deposited. The same applies to each of the following embodiments.
<第2の実施形態>
本発明素子及びその製造方法の第2の実施形態(以下、適宜「本実施形態」と呼称する)について、図6〜図9を参照して説明する。尚、第1の実施形態と重複する工程については、その旨を記載するとともにその詳細な説明を適宜省略する。
<Second Embodiment>
A second embodiment (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) of the element of the present invention and the method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS. In addition, about the process which overlaps with 1st Embodiment, that is described and the detailed description is abbreviate | omitted suitably.
又、第1絶縁膜、第2絶縁膜なる記載は、各実施形態内において絶縁膜の成膜順に従って便宜上付した名前であり、特段の明記がある場合を除き、異なる実施形態間においては独立に使用するものである。以下の各実施形態においても同様とする。 In addition, the descriptions of the first insulating film and the second insulating film are names given for convenience according to the order of forming the insulating films in each embodiment, and are independent between different embodiments unless otherwise specified. It is used for The same applies to the following embodiments.
図6は、本実施形態の本発明素子を示した断面模式図である。図6に示すように、本実施形態における本発明素子は、下地基板35上に形成された下部電極配線31と上部電極配線34と、上下電極間に記憶材料体としての可変抵抗体33を有する構造であるとともに、導電性材料からなる突起電極物32が上部電極34と接続しており、突起電極物32と下部電極31とが可変抵抗体33を介して接続されている。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the element of the present invention of this embodiment. As shown in FIG. 6, the element of the present invention in this embodiment has a
次に、本実施形態の可変抵抗素子の製造方法を1R型のメモリセルに適用した場合を例として以下に説明する。図7及び図8は本実施形態における本発明素子の製造工程を示す図であり、図7(a)〜図8(g)によって各工程順に示されている(紙面の都合上2図面に分かれている)。図7及び図8では、1R型のメモリセルアレイを示した図2中のX−X´線、即ち上部電極配線TEに沿った断面模式図と、Y−Y´線、即ち下部電極配線BEに沿った断面模式図を、それぞれ左右に示している。又、図9は製造工程中の一工程を説明するために図7或いは図8に示される模式図を拡大表示した図である。 Next, a case where the variable resistance element manufacturing method of the present embodiment is applied to a 1R type memory cell will be described below as an example. 7 and 8 are diagrams showing the manufacturing process of the element of the present invention in this embodiment, and are shown in the order of each process in FIGS. 7A to 8G (divided into two drawings for the sake of space). ing). 7 and 8, a schematic cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. 2 showing the 1R type memory cell array, that is, the upper electrode wiring TE, and the line YY ′, ie, the lower electrode wiring BE. The cross-sectional schematic diagram along is shown on the right and left, respectively. FIG. 9 is an enlarged view of the schematic diagram shown in FIG. 7 or 8 for explaining one process in the manufacturing process.
以下に、図7〜図9を参照して本実施形態における本発明素子の製造工程についての説明を行う。 The manufacturing process of the element of the present invention in this embodiment will be described below with reference to FIGS.
まず、第1の実施形態における図3(a)の工程と全く同様な手順により、図7(a)に示すように、半導体基板36上の下地絶縁膜35上に、下部電極配線BEのパターニングで加工した下部電極配線となる材料膜(第1電極膜)31及びSiN膜(第2絶縁膜)37を形成する。更にその上に、SiO2膜(第1絶縁膜)38を全面に堆積する。
First, as shown in FIG. 7A, the lower electrode wiring BE is patterned on the
次に、第1の実施形態における図3(b)及び(c)の工程と全く同様な手順により、図7(b)に示すように、下部電極配線31上に開口部Aを形成する。
Next, an opening A is formed on the
次に、図7(c)に示すように、突起電極物となる材料膜の一例としてのTiN膜(突起電極物用電極膜)32を全面に堆積する。この堆積方法について拡大図を参照して説明する。図9(a)は図7(c)に示されるX−X’断面図を拡大した図である。 Next, as shown in FIG. 7C, a TiN film (electrode film for protruding electrode object) 32 as an example of a material film to be a protruding electrode object is deposited on the entire surface. This deposition method will be described with reference to an enlarged view. FIG. 9A is an enlarged view of the X-X ′ sectional view shown in FIG.
図9(a)に示されるように、TiN膜を堆積する際、開口部AでのTiN膜32の成膜具合をいわゆるオーバーハング形状となるようにスパッタリング法で成膜を行う。例えば、絶縁膜38上の平坦な部分でのTiN膜32を40nmの厚みとするとき、開口部A内の側面に成膜された当該TiN膜の厚みが3nm〜20nmであり、開口部の底に近くなるにつれ膜厚を薄くさせる。このような形状は、圧力、基板バイアス、及びコリメーターの有無等のスパッタリング条件を適宜調整することにより、容易に形成することができる。
As shown in FIG. 9A, when the TiN film is deposited, the
次に、図7(d)に示すように、絶縁膜38上のTiN膜32が完全に除去されるまでエッチバックによる加工を行う。当該工程によって、図9の(b)図に拡大して示したように、開口部A内の側面のみにTiN膜32が残存する。
Next, as shown in FIG. 7D, processing by etch back is performed until the
次に、図8(e)に示すように、SiO2膜(第3絶縁膜)39をCVD法にて600nm堆積の厚みで全面に堆積する。当該SiO2膜39を形成する工程は酸化性雰囲気であるために、SiO2膜39の成膜中に開口部A内の側面に残存したTiN膜32が一部酸化されてしまう。本実施形態の構成では、図9(b)に示すように開口部Aの底に近づくほどTiN膜32の残存膜厚が薄いため、SiO2膜39を形成する工程において、開口部Aの底に近い箇所に位置するTiN膜32が酸化されてTiO2膜が形成される。そして、当該形成されたTiO2膜を可変抵抗体の材料膜として利用する。即ち、TiN膜32と下部電極31との界面部分に可変抵抗体であるTiO2膜33を形成させる(図9(c)参照)。これによって、突起電極物32と下部電極31とがTiO2膜33を介して接続される構成となる。
Next, as shown in FIG. 8E, a SiO 2 film (third insulating film) 39 is deposited on the entire surface with a thickness of 600 nm by the CVD method. Since the step of forming the SiO 2 film 39 is an oxidizing atmosphere, the
次に、図8(f)に示すように、CMP法でSiO2膜39をTiN膜32表面レベルまで研磨することにより、表面を平坦化するとともにTiN膜32を露出させる。そして、上部電極配線34となる材料膜(第2電極膜)とその下部の突起電極物32を同時にパターンニングして上部電極34を形成する。これは上部電極配線34と突起電極物32の延伸方向が互いに直交するため、隣接する上部電極が突起電極物32による短絡防止を目的とするものである。
Next, as shown in FIG. 8F, the surface is planarized and the
その後、層間絶縁膜40を堆積し(図8(g)参照)、更に上部電極配線34及び下部電極配線31へのコンタクト及びメタル配線(何れも図示せず)を形成する。
Thereafter, an
本実施形態の構成によれば、上部電極配線34と開口部A内に残存したTiN膜32は電気的に接続されている。即ち、図6に示すように突起電極物32は上部電極34と接続され、その下方向端部に可変抵抗体33を有する構造になっている。従って、本実施形態における平面模式図は第1の実施形態と同様、図5(b)に示されるような構成となり、下部電極配線123の配線上領域のうち、境界側の一部領域にのみ突起電極物が形成されて上部電極配線と電気的に接続される構成であるため、この突起電極物と上部電極配線124とのクロスポイント部分である領域S2(図中の斜線部)が、可変抵抗体の電気的に寄与している領域になる。
According to the configuration of the present embodiment, the
このように形成される可変抵抗素子は、第1の実施形態と同様、可変抵抗体と電極との接触面の面積を従来構成より縮小することができるため、当該素子によって不揮発性記憶装置を構成することで、消費電流を抑制でき、かつ書込不能の起こらない安定したスイッチング動作のメモリ素子を再現性良く作成することが可能となる。 Since the variable resistance element formed in this way can reduce the area of the contact surface between the variable resistor and the electrode as compared with the conventional configuration, the nonvolatile memory device is configured by the element, as in the first embodiment. As a result, it is possible to suppress the current consumption and to create a memory element with a stable switching operation in which writing is not disabled with good reproducibility.
尚、本実施形態では、酸化膜の成膜中に進行する酸化を利用したがこれに限定されるものでは無く、酸素雰囲気中での熱酸化や、酸素プラズマ中での酸化、オゾン酸化など他の酸化法を用いても良い。 In this embodiment, the oxidation that proceeds during the formation of the oxide film is used. However, the present invention is not limited to this. Other examples include thermal oxidation in an oxygen atmosphere, oxidation in oxygen plasma, and ozone oxidation. Alternatively, the oxidation method may be used.
<第3の実施形態>
本発明素子及びその製造方法の第3の実施形態(以下、適宜「本実施形態」と呼称する)について、図10及び図11を参照して説明する。尚、第1の実施形態と重複する工程については、その旨を記載するとともにその詳細な説明を適宜省略する。
<Third Embodiment>
A third embodiment (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) of the element of the present invention and the method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS. In addition, about the process which overlaps with 1st Embodiment, that is described and the detailed description is abbreviate | omitted suitably.
上述した第1及び第2の実施形態においては、可変抵抗体の成膜を突起電極物の酸化によって形成したが、本実施形態では、可変抵抗体を突起電極物上に直接成膜させる方法によって本発明素子を形成する。以下において、本実施形態の可変抵抗素子の製造方法を1R型のメモリセルに適用した場合を例として説明する。 In the first and second embodiments described above, the film formation of the variable resistor is formed by oxidation of the protruding electrode object. However, in this embodiment, the variable resistor is formed directly on the protruding electrode object. The element of the present invention is formed. Hereinafter, a case where the variable resistance element manufacturing method of the present embodiment is applied to a 1R type memory cell will be described as an example.
図10及び図11は本実施形態における本発明素子の製造工程を示す図であり、図10(a)〜図11(g)によって各工程順に示されている(紙面の都合上2図面に分かれている)。図10及び図11では、1R型のメモリセルアレイを示した図2中のX−X´線、即ち上部電極配線TEに沿った断面模式図と、Y−Y´線、即ち下部電極配線BEに沿った断面模式図を、それぞれ左右に示している。 10 and 11 are diagrams showing the manufacturing process of the element of the present invention in this embodiment, and are shown in the order of each process in FIGS. 10 (a) to 11 (g) (divided into two drawings for the sake of space). ing). 10 and 11, a schematic cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG. 2 showing the 1R type memory cell array, that is, the upper electrode wiring TE, and the line YY ′, ie, the lower electrode wiring BE. The cross-sectional schematic diagram along is shown on the right and left, respectively.
まず、第1の実施形態における図3(a)の工程と全く同様な手順により、図10(a)に示すように、半導体基板46上の下地絶縁膜45上に、下部電極配線BEのパターニングで加工した下部電極配線となる材料膜(第1電極膜)41及びSiN膜(第2絶縁膜)47を形成する。更にその上に、SiO2膜(第1絶縁膜)48を全面に堆積する。
First, as shown in FIG. 10A, the lower electrode wiring BE is patterned on the
次に、第1の実施形態における図3(b)の工程と全く同様な手順により、図10(b)に示すように、SiN膜47の表面が露出するまで、SiO2膜48を平坦化する。
Next, the SiO 2 film 48 is planarized by the same procedure as in the step of FIG. 3B in the first embodiment until the surface of the
次に、第1の実施形態における図3(c)の工程と全く同様な手順により、図10(c)に示すように、下部電極配線41上に開口部Aを形成する。
Next, an opening A is formed on the
次に、第1の実施形態における図3(d)の工程と全く同様な手順により、図10(d)に示すように、突起電極物の一例としてのTiN膜(突起電極物用電極膜)42とSiO2膜49を全面に堆積する。 Next, a TiN film (electrode film for projecting electrode object) as an example of the projecting electrode object, as shown in FIG. 10 (d), by the same procedure as the process of FIG. 3 (d) in the first embodiment. 42 and a SiO 2 film 49 are deposited on the entire surface.
次に、第1の実施形態における図3(e)の工程と全く同様な手順により、図11(e)に示すように、TiN膜からなる突起電極物42を形成する。
Next, as shown in FIG. 11E, a protruding
次に、図11(f)に示すように、可変抵抗体の材料膜の一例としてのTiO2膜(可変抵抗体膜)43を全面に成膜する。この成膜方法の一例として、DCマグネトロンスパッタリング法にて、ガス流量Ar/O2=5sccm/15sccm、圧力3〜15mTorrの条件下で、Tiターゲットに1.5KW/cm2のDCパワーを印加することによりTiO2膜43を成膜することができる。 Next, as shown in FIG. 11F, a TiO 2 film (variable resistor film) 43 as an example of a variable resistor material film is formed on the entire surface. As an example of this film forming method, a DC power of 1.5 kW / cm 2 is applied to the Ti target by a DC magnetron sputtering method under conditions of a gas flow rate Ar / O 2 = 5 sccm / 15 sccm and a pressure of 3 to 15 mTorr. Thus, the TiO 2 film 43 can be formed.
次に、図11(g)に示すように、第1の実施形態における図3(g)の工程と全く同様な手順により、上部電極配線44と層間絶縁膜50、更に上部電極配線44及び下部電極配線41へのコンタクト及びメタル配線(何れも図示せず)を形成する。
Next, as shown in FIG. 11 (g), the
本実施形態の構成によれば、上部電極配線44と突起電極物42とが可変抵抗体43を介して接続され、突起電極物42は下部電極41と接続される構成である。従って、本実施形態における平面模式図は第1、及び第2の実施形態と同様、図5(b)に示されるような構成となり、下部電極配線123の配線上領域のうち、境界側の一部領域にのみ突起電極物が形成されて上部電極配線と電気的に接続される構成であるため、この突起電極物と上部電極配線124とのクロスポイント部分である領域S2(図中の斜線部)が、可変抵抗体の電気的に寄与している領域になる。
According to the configuration of the present embodiment, the
このように形成される可変抵抗素子は、第1、第2の実施形態と同様、可変抵抗体と電極との接触面の面積を従来構成より縮小することができるため、当該素子によって不揮発性記憶装置を構成することで、消費電流を抑制でき、かつ書込不能の起こらない安定したスイッチング動作のメモリ素子を再現性良く作成することが可能となる。 The variable resistance element formed in this manner can reduce the area of the contact surface between the variable resistor and the electrode as compared with the conventional configuration, as in the first and second embodiments. By configuring the device, it is possible to suppress the current consumption and to create a memory element with a stable switching operation that does not cause inability to be written with good reproducibility.
尚、上述では可変抵抗体43をスパッタリング法による酸化チタンとしたが、成膜方法はこれに限定されるものではなく、CVD法を用いて形成しても良い。CVD法で形成する場合は、基板を250℃〜500℃に加熱させ、原料としてはTiCl4或いは有機金属原料であるTi(OCH3)4、Ti(OC2H6)4、Ti(O−i−C3H7)4、Ti(O−n−C4H7)4、Ti(O−n−C4H9)4、Ti(O−sec−C4H9)4、Ti(N(CH3)2)4、Ti(N(C2H5)2)4等を気化器で反応室に導入し、酸素と反応させて形成しても良い。
In the above description, the
又、可変抵抗体43としては酸化チタンのみならず、酸窒化チタン膜としてもよい。例えばTiO2をターゲットとしたN2/O2/Arガス中でのスパッタリングで、そのガス流量比を適宜調整することにより、可変抵抗特性を持つTiO2−XNX膜とすることも可能である。
The
<第4の実施形態>
本発明素子及びその製造方法の第4の実施形態(以下、適宜「本実施形態」と呼称する)について、図12〜図15を参照して説明する。尚、第1の実施形態と重複する工程については、その旨を記載するとともにその詳細な説明を適宜省略する。
<Fourth Embodiment>
A fourth embodiment (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) of the element of the present invention and the method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS. In addition, about the process which overlaps with 1st Embodiment, that is described and the detailed description is abbreviate | omitted suitably.
図12は、本実施形態の本発明素子を示した断面模式図である。図12に示すように、本実施形態における本発明素子は、下地基板上55に形成された下部電極配線51と上部電極配線54と、上下電極間に記憶材料体としての可変抵抗体53を有する構造であるとともに、導電性材料からなる突起電極物52が下部電極51と接続しており、突起電極物52と上部電極54とが可変抵抗体53を介して接続されている。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the element of the present invention of this embodiment. As shown in FIG. 12, the element of the present invention in this embodiment has a
次に、本実施形態の本発明素子の製造方法を図2に示すような1R型のメモリセルに適用した場合を例として以下に説明する。図13及び図14は本実施形態における本発明素子の製造工程を示す図であり、図13(a)〜図14(g)によって各工程順に示されている(紙面の都合上2図面に分かれている)。図13及び図14では、1R型のメモリセルアレイを示した図2中のX−X´線、即ち上部電極配線TEに沿った断面模式図と、Y−Y´線、即ち下部電極配線BEに沿った断面模式図を、それぞれ左右に示している。 Next, a case where the manufacturing method of the element of the present embodiment of the present embodiment is applied to a 1R type memory cell as shown in FIG. 2 will be described as an example. FIG. 13 and FIG. 14 are diagrams showing the manufacturing process of the element of the present invention in this embodiment, which are shown in the order of each process in FIGS. 13 (a) to 14 (g) (divided into two drawings for the sake of space). ing). 13 and FIG. 14, a schematic cross-sectional view along the line XX ′ in FIG. 2 showing the 1R type memory cell array, that is, the upper electrode wiring TE, and the line YY ′, ie, the lower electrode wiring BE. The cross-sectional schematic diagram along is shown on the right and left, respectively.
まず、周辺回路等(図示せず)を適宜形成した半導体基板66上に下地絶縁膜65を形成する。本実施形態では第1の実施形態と同様に、膜厚1500nmの厚みでBPSG膜65を堆積させた後、更にその表面をCMP法にて、半導体基板66表面上のBPSG膜65の厚みが800nmとなるまで研磨することにより表面を平坦化する。続いて、下部電極配線となる材料膜(第1電極膜)61をその上に堆積する。本実施形態では、厚さ5nmのTi膜と厚20nmのTiN膜と厚さ200nmのAlCu膜と厚さ5nmのTi膜と厚さ100nmのTiN膜とを、それぞれスパッタリング法にて順次堆積するものとする(TiN/Ti/Al−Cu/TiN/Tiの積層構造)。更に、下部電極配線となる材料膜61上にCVD法でSiN膜(第1絶縁膜)67を150nm堆積する。その後、フォトリソグラフィの手法によって図2の下部電極配線BEに示すようなL/S(ライン&スペース)形状にパターンニングしたレジスト(図示せず)をマスクとしてSiN膜67をエッチングし、レジスト除去後、SiN膜67をマスクとして及び下部電極配線となる材料膜61をエッチングすることにより、図13(a)に示される下部電極配線を形成する。
First, a
次に、図13(b)に示すように、突起電極物となる材料膜の一例としてのTiN膜(突起電極物用電極膜)62をスパッタリング法で40nmの厚みで全面に堆積する。この際、下部電極61の側壁に形成されたTiN膜12の厚みを例えば約20nmとすることができる。
Next, as shown in FIG. 13B, a TiN film (electrode film for protruding electrode object) 62 as an example of a material film to be a protruding electrode object is deposited on the entire surface by sputtering to a thickness of 40 nm. At this time, the thickness of the
次に、下地絶縁膜65上及びSiN膜67上のTiN膜62が完全に除去されるまでエッチバックによる加工を行う。当該工程によって、図13(c)に示すように、下部電極61とSiN膜67の側壁に渡ってTiN膜62が残存する。
Next, processing by etch back is performed until the
次に、図13(d)に示すように、SiO2膜(第2絶縁膜)68をCVD法にて600nmの厚みで全面に堆積する。 Next, as shown in FIG. 13D, a SiO 2 film (second insulating film) 68 is deposited on the entire surface with a thickness of 600 nm by a CVD method.
次に、図14(e)に示すように、CMP法でSiO2膜68をTiN膜62の上面レベルまで研磨することにより、表面を平坦化するとともにTiN膜62を一部露出させる。平坦化方法はCMP法に限られたものではなく、スピンオン法、スピンオン法とエッチバック法の組み合わせを含む任意の適切な平坦化技術を用いても構わない。
Next, as shown in FIG. 14E, the surface of the
次に、図14(f)に示すように、TiN膜からなる突起電極物62の露出部分を、酸素を含む250〜450℃の雰囲気下で熱酸化することにより、可変抵抗体の一例としてのTiO2膜63を形成する。
Next, as shown in FIG. 14F, the exposed portion of the protruding
次に、上部電極配線となる材料膜(第2電極膜)64を全面に堆積する。本実施形態では、厚20nmのTiN膜と厚さ200nmのAlCu膜と厚さ5nmのTi膜と厚さ100nmのTiN膜とを、それぞれスパッタリング法にて順次堆積するものとする(TiN/Ti/Al−Cu/TiNの積層構造)。その後、フォトリソグラフィの手法によって図2の上部電極配線TEに示すようなL/S(ライン&スペース)形状にパターンニングしたレジスト(図示せず)をマスクとして上部電極配線となる材料膜64をエッチングすることにより上部電極配線64を形成する。更に、図14(g)に示すように、層間絶縁膜69を堆積し、上部電極配線64及び下部電極配線61へのコンタクト及びメタル配線(何れも図示せず)を形成する。
Next, a material film (second electrode film) 64 to be the upper electrode wiring is deposited on the entire surface. In this embodiment, a TiN film having a thickness of 20 nm, an AlCu film having a thickness of 200 nm, a Ti film having a thickness of 5 nm, and a TiN film having a thickness of 100 nm are sequentially deposited by a sputtering method (TiN / Ti / Al-Cu / TiN laminated structure). Thereafter, the
本実施形態の構成によれば、上部電極配線54と突起電極物52とが可変抵抗体53を介して接続され、突起電極物52は下部電極51とその側壁にて接続される構成である。このように形成される可変抵抗素子は、上述の各実施形態と同様、可変抵抗体と電極との接触面の面積を従来構成より縮小することができる。
According to the configuration of the present embodiment, the
図15は、従来構成の可変抵抗素子と、本実施形態における可変抵抗素子とを比較した平面模式図である。図15(a)は従来構成のものを示しており、図15(b)は本実施形態による構成を示している。尚、図15(a)は図5(a)に示される構成と同一である。 FIG. 15 is a schematic plan view comparing a conventional variable resistance element and the variable resistance element according to the present embodiment. FIG. 15 (a) shows a conventional configuration, and FIG. 15 (b) shows a configuration according to the present embodiment. FIG. 15A is the same as the configuration shown in FIG.
本実施形態の可変抵抗素子によれば、下部電極配線125の外側側面領域にのみ突起電極物が形成され、当該突起電極物と上部電極配線126とが接続される構成であるため、この突起電極物と上部電極配線126とのクロスポイント部分である領域S3(図中の斜線部)が、可変抵抗体の電気的に寄与している領域となる。
According to the variable resistance element of the present embodiment, the protruding electrode object is formed only on the outer side surface region of the
領域S3は、少なくとも突起電極物の膜厚分の幅を持った線状の形状をしているが、従来の可変抵抗素子における領域S1よりも、その面積が縮小される。突起電極物は自己整合的なプロセスで形成できるので、膜厚の調整によりその面積を任意に変えることができる。 The region S3 has a linear shape having a width corresponding to at least the film thickness of the protruding electrode object, but the area is reduced as compared with the region S1 in the conventional variable resistance element. Since the protruding electrode can be formed by a self-aligning process, the area can be arbitrarily changed by adjusting the film thickness.
即ち、本実施形態の構成によれば、上述の各実施形態の構成と同様、従来構成の接触面積と比較して接触面積を縮小化することができるため、当該素子によって不揮発性記憶装置を構成することで、消費電流を抑制でき、かつ書込不能の起こらない安定したスイッチング動作のメモリ素子を再現性良く作成することが可能となる。 That is, according to the configuration of the present embodiment, the contact area can be reduced compared to the contact area of the conventional configuration, similarly to the configuration of each of the above-described embodiments. As a result, it is possible to suppress the current consumption and to create a memory element with a stable switching operation in which writing is not disabled with good reproducibility.
尚、本実施形態では、突起電極物62の露出部分を酸化させることで可変抵抗体を形成したが、第3の実施形態で上述したように、突起電極物62の上面に可変抵抗体の材料膜として例えばTiO2膜(可変抵抗体膜)を成膜することによって可変抵抗体を形成させるものとしても構わない。
In this embodiment, the variable resistor is formed by oxidizing the exposed portion of the protruding
<第5の実施形態>
本発明素子及びその製造方法の第5の実施形態(以下、適宜「本実施形態」と呼称する)について、図16〜図21を参照して説明する。尚、第1の実施形態と重複する工程については、その旨を記載するとともにその詳細な説明を適宜省略する。
<Fifth Embodiment>
A fifth embodiment (hereinafter, referred to as “this embodiment” as appropriate) of the element of the present invention and the method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS. In addition, about the process which overlaps with 1st Embodiment, that is described and the detailed description is abbreviate | omitted suitably.
図16は、本実施形態の本発明素子を示した断面図である。図16に示すように、本実施形態の本発明素子は、下地基板305上に形成された下部電極配線301と上部電極配線304と、上下電極間に記憶材料体としての可変抵抗体303を有する構造であるとともに、導電性材料からなる突起電極物302が下部電極301と接続しており、突起電極物302の先端部に可変抵抗体303が形成されている。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing the element of the present invention of this embodiment. As shown in FIG. 16, the element of the present embodiment of the present embodiment has a
次に、本実施形態の可変抵抗素子の製造方法を1R型のメモリセルに適用した場合を例として以下に説明する。図17〜図19は本実施形態における本発明素子の製造工程を示す図であり、図17(a)〜図19(i)によって各工程順に示されている(紙面の都合上3図面に分かれている)。図17〜図19では、1R型のメモリセルアレイを示した図2中のX−X´線、即ち上部電極配線TEに沿った断面模式図と、Y−Y´線、即ち下部電極配線BEに沿った断面模式図を、夫々左右に示している。又、図20は図17(c)の製造工程で用いられる開口パターンWBEのレイアウトを示した平面摸式図である。 Next, a case where the variable resistance element manufacturing method of the present embodiment is applied to a 1R type memory cell will be described below as an example. 17 to 19 are diagrams showing the manufacturing process of the element of the present invention in the present embodiment, and are shown in the order of each process by FIGS. 17 (a) to 19 (i) (divided into three drawings for the sake of space). ing). 17 to 19, a schematic cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. 2 showing the 1R type memory cell array, that is, the upper electrode wiring TE, and line YY ′, ie, lower electrode wiring BE, are shown. The cross-sectional schematic diagram along is shown on the right and left, respectively. FIG. 20 is a schematic plan view showing the layout of the opening pattern WBE used in the manufacturing process of FIG.
まず、周辺回路等(図示せず)を適宜形成した半導体基板316上に下地絶縁膜315を形成する。本実施形態では第1の実施形態と同様に、膜厚1500nmの厚みでBPSG膜315を堆積させた後、更にその表面をCMP法にて、半導体基板316表面上のBPSG膜315の厚みが800nmとなるまで研磨することにより表面を平坦化する。続いて、下部電極配線となる材料膜(第1電極膜)311を堆積する。本実施形態では、厚さ5nmのTi膜と厚20nmのTiN膜と厚さ200nmのAlCu膜と厚さ5nmのTi膜と厚さ105nmのTiN膜とを、それぞれスパッタリング法にて順次堆積するものとする(TiN/Ti/Al−Cu/TiN/Tiの積層構造)。その後、フォトリソグラフィの手法によって図2の下部電極配線BEに示すようなL/S(ライン&スペース)形状にパターンニングしたレジスト(図示せず)をマスクとして下部電極配線となる材料膜311をエッチングすることにより、図17(a)に示される下部電極配線311を形成する。更にその上に、SiO2膜317をCVD法にて600nmの厚みで全面に堆積する。
First, a
次に、CMP法でSiO2膜317を下部電極配線311の表面レベルまで研磨することにより表面を平坦化する。更にその上に、図17(b)に示すように、SiN膜(第1絶縁膜)318をCVD法にて150nmの厚みで全面に堆積する。
Next, the surface is planarized by polishing the SiO 2 film 317 to the surface level of the
次に、フォトリソグラフィの手法によって図20の破線領域WBEで示すような開口パターン形状にパターニングしたレジスト(図17では図示せず)をマスクとしてSiN膜318をエッチングすることにより、図17(c)に示すように、隣接するSiN膜318パターンの間に開口部319を形成する。図20において、パターンBEは図2に示される下部電極配線BEと同一の構成であり、開口パターンWBEは下部電極配線BEと同じ方向に延伸するパターンで、その短辺側の両辺は隣り合う2本の下部電極配線BE領域上に夫々位置するようにレイアウトされている。そして、開口パターンWBEは下部電極配線BEの2本置きのピッチをもって、下部電極配線BEと平行に繰り返し配列されている。ここで、開口パターンWBEの短辺側の両辺(短辺側の境界)は、夫々必ずしも下部電極配線BEの中心線上にある必要は無く、少なくとも下部電極配線BE領域上にあればどこでも構わない。
Next, the
次に、図17(d)に示すように、突起電極物となる材料膜の一例としてのTiN膜(突起電極物用電極膜)312をスパッタリング法で40nmの厚みで全面に堆積する。この際、開口部319内の内側側面に沿って形成されたTiN膜312の厚みは例えば20nmとすることができる。尚、TiN膜312は開口部319に沿って形成されるので、開口部319内を充填することはない。
Next, as shown in FIG. 17D, a TiN film (electrode film for protruding electrode object) 312 as an example of a material film to be a protruding electrode object is deposited on the entire surface by sputtering to a thickness of 40 nm. At this time, the thickness of the
次に、図18(e)に示すように、絶縁膜318及び絶縁膜317上のTiN膜312が完全に除去されるまでエッチバックによる加工を行うことで、開口部319内の側面のみにTiN膜312が残存する。当該工程によって、下部電極配線311と接続されたTiN膜からなる突起電極物312が形成される。
Next, as shown in FIG. 18E, the etching process is performed until the insulating
次に、図18(f)に示すように、SiO2膜(第2絶縁膜)320をCVD法にて600nmの厚みで全面に堆積する。 Next, as shown in FIG. 18F, a SiO 2 film (second insulating film) 320 is deposited on the entire surface with a thickness of 600 nm by a CVD method.
次に、図18(g)に示すように、CMP法でSiO2膜320をSiN膜318表面レベルまで研磨することにより、表面を平坦化するとともに突起電極物であるTiN膜312の先端部を露出させる。又当該工程の結果として、同じく図18(g)に示すように、絶縁膜318及び絶縁膜320が突起電極物312を挟んで交互に配列するような形状となる。
Next, as shown in FIG. 18G, by polishing the SiO 2 film 320 to the surface level of the
次に、図18(h)に示すように、酸素を含む250〜450℃の雰囲気下で熱酸化することにより、TiN膜からなる突起電極物312の露出した先端部分を酸化させて形成した可変抵抗体の一例としてのTiO2膜313を形成する。本実施形態では可変抵抗体をTiO2膜としたが、酸化温度、酸素濃度等の酸化条件を適宜調整することにより、可変抵抗特性を持つTiO2−XNX膜とすることも可能である。又、本実施形態では突起電極物を熱酸化することにより可変抵抗体を形成したが、上述した他の実施形態と同様に、酸素プラズマ中での酸化、オゾン酸化など他の酸化法を用いても良いし、CVD法若しくはスパッタリング法にて突起電極物上に直接堆積するように成膜しても構わない。
Next, as shown in FIG. 18H, the variable tip formed by oxidizing the exposed tip portion of the protruding
次に、上部電極配線となる材料膜(第2電極膜)314を全面に堆積する。本実施形態では、厚さ20nmのTiN膜と厚さ200nmのAlCu膜と厚さ5nmのTi膜と厚さ100nmのTiN膜とを、それぞれスパッタリング法にて順次堆積するものとする(TiN/Ti/Al−Cu/TiNの積層構造)。その後、フォトリソグラフィの手法によって図2の上部電極配線TEに示すようなL/S(ライン&スペース)形状にパターンニングしたレジスト(図示せず)をマスクとして上部電極配線となる材料膜314、可変抵抗体313及び突起電極物312をエッチングすることにより上部電極配線314を形成する。更に、図19(i)に示すように、層間絶縁膜321を堆積し、上部電極配線314及び下部電極配線311へのコンタクト及びメタル配線(何れも図示せず)を形成する。尚、当該工程において本実施形態では、図20で示す開口パターンWBEの内側に沿って形成される突起電極物312によって隣接するBE配線同士がショートするのを回避するために、上部電極配線314に加えて可変抵抗体313及び突起電極物312をもエッチングして除去している。しかし例えば、BE配線の無いメモリセルアレイ外の任意の領域において、フォトリソグラフィによるパターンニング及びエッチングの手法により残存する突起電極物312及び可変抵抗体313の少なくとも一部分の領域のみを除去するようにすれば、図19(i)の上部電極配線の加工工程を上部電極配線材料314のみエッチングするようにすることも可能である。
Next, a material film (second electrode film) 314 to be the upper electrode wiring is deposited on the entire surface. In this embodiment, a TiN film having a thickness of 20 nm, an AlCu film having a thickness of 200 nm, a Ti film having a thickness of 5 nm, and a TiN film having a thickness of 100 nm are sequentially deposited by a sputtering method (TiN / Ti / Al-Cu / TiN laminated structure). After that, a
以上のように形成される可変抵抗素子は、可変抵抗体と電極との接触面の面積を従来構成より縮小することができる。この点について、以下に図面を参照して説明を行う。 The variable resistance element formed as described above can reduce the area of the contact surface between the variable resistor and the electrode as compared with the conventional configuration. This point will be described below with reference to the drawings.
図21は、従来構成の可変抵抗素子と、本実施形態における可変抵抗素子とを比較した平面模式図である。図21(a)は従来構成のものを示しており、図21(b)は本実施形態による構成を示している。尚、図21(a)は図5(a)及び図15(a)に示される構成と同一である。 FIG. 21 is a schematic plan view comparing a conventional variable resistance element and the variable resistance element according to the present embodiment. FIG. 21A shows a conventional configuration, and FIG. 21B shows a configuration according to the present embodiment. 21A is the same as the configuration shown in FIGS. 5A and 15A.
本実施形態の可変抵抗素子によれば、下部電極配線129の配線上領域のうち、図20での開口パターンWBEの境界側の一部領域にのみ突起電極物が形成されて下部電極配線と電気的に接続される構成であるため、この突起電極物と上部電極配線130とのクロスポイント部分である領域S6(図中の斜線部)が、可変抵抗体の電気的に寄与している領域になる。
According to the variable resistance element of the present embodiment, the protruding electrode object is formed only in a partial region on the boundary side of the opening pattern WBE in FIG. Therefore, the region S6 (shaded portion in the figure), which is a cross-point portion between the protruding electrode object and the
領域S6は、少なくとも突起電極物の膜厚分の幅を持った線状の形状をしているが、従来の可変抵抗素子における領域S1よりも、その面積が縮小される。突起電極物は自己整合的なプロセスで形成できるので、膜厚の調整によりその面積を任意に変えることができる。 The region S6 has a linear shape having a width corresponding to at least the film thickness of the protruding electrode object, but its area is reduced compared to the region S1 in the conventional variable resistance element. Since the protruding electrode can be formed by a self-aligning process, the area can be arbitrarily changed by adjusting the film thickness.
即ち、本実施形態の構成によれば、上述の各実施形態の構成と同様、従来構成の接触面積と比較して接触面積を縮小化することができるため、当該素子によって不揮発性記憶装置を構成することで、消費電流を抑制でき、かつ書込不能の起こらない安定したスイッチング動作のメモリ素子を再現性良く作成することが可能となる。更に、本実施形態の構成によれば、開口パターンWBEによるフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程の追加によって、1つの可変抵抗素子あたりの接触面を1本の線状の形状にすることができるため、1つの可変抵抗素子あたりの接触面が2本の線状の形状であった上述の第1〜第4の実施形態よりも接触面積を更に縮小することができる。 That is, according to the configuration of the present embodiment, the contact area can be reduced compared to the contact area of the conventional configuration, similarly to the configuration of each of the above-described embodiments. As a result, it is possible to suppress the current consumption and to create a memory element with a stable switching operation in which writing is not disabled with good reproducibility. Furthermore, according to the configuration of the present embodiment, the contact surface per variable resistance element can be formed into one linear shape by adding a photolithography process and an etching process using the opening pattern WBE. The contact area can be further reduced as compared with the above-described first to fourth embodiments in which the contact surface per two variable resistance elements has two linear shapes.
尚、本実施形態では絶縁膜317をSiO2膜に、絶縁膜318をSiN膜としたが、これは図17(c)の絶縁膜318のエッチング工程の際に、絶縁膜317に対するエッチングの選択性を確保する為に異種材料としたものであって、絶縁膜317をSiN膜に、絶縁膜318をSiO2膜としても構わない。又、SiO2膜、SiN膜以外の他の絶縁材料を含めた絶縁材料の選択肢の中から適宜異種材料の膜を組み合わせて適用させても構わない。一方、これら絶縁膜317及び318を同じ材料膜、例えば同じSiO2膜とすることも可能であるが、絶縁膜317の膜減りを制御するように絶縁膜318のエッチングを制御しなければならないので、別材料の方がより好ましい。
In this embodiment, the insulating
同様に、本実施形態では絶縁膜320をSiO2膜としたが、SiN膜或いは他の絶縁材料膜としても構わないが、図18(g)のCMP工程の際に、絶縁膜318に対する絶縁膜320の研磨の選択性を確保する為に、絶縁膜318とは別材料であることがより好ましい。
Similarly, in the present embodiment, the insulating
又、本実施形態では、他の実施形態と同様に下部電極配線の材料膜311をTiN/Ti/Al−Cu/TiN/Tiの積層構造膜に、突起電極物の材料膜312をTiN膜としているが、図18(e)のTiN膜312のエッチング工程の際に、下部電極配線311の最上層のTiNではオーバーエッチングによる膜厚減りが起こるので、該最上層のTiNをこの膜厚減りを考慮した膜厚に設定している。一方、下部電極配線311の最上層の材料と突起電極物の材料膜とを異種材料の組み合わせとするような製造方法の変更も容易に可能である。
In this embodiment, the
又、本実施形態では可変抵抗体膜313を形成する工程を図18(h)としたが、これを図17(c)の後とする工程の変更も容易に可能である。即ち、図17(c)の後に熱酸化法によって下部電極配線311の露出した表面上に可変抵抗体となるTiO2膜を形成し、その後、図17(d)以降の工程を行えば良い(この結果、図18(h)の工程は不要となる)。この場合、可変抵抗体は突起電極物と下部電極配線間に形成され、突起電極物は上部電極配線と接続する構造となる。
In the present embodiment, the step of forming the variable resistor film 313 is shown in FIG. 18H, but it is possible to easily change the step after the step of FIG. 17C. That is, after FIG. 17C, a TiO 2 film to be a variable resistor is formed on the exposed surface of the
<第6の実施形態>
本発明素子及びその製造方法の第6の実施形態(以下、適宜「本実施形態」と呼称する)について、図22〜図24を参照して説明する。尚、第5の実施形態と重複する工程については、その旨を記載するとともにその詳細な説明を適宜省略する。
<Sixth Embodiment>
A sixth embodiment (hereinafter, referred to as “this embodiment” as appropriate) of the element of the present invention and the method for manufacturing the same will be described with reference to FIGS. In addition, about the process which overlaps with 5th Embodiment, that is described and the detailed description is abbreviate | omitted suitably.
図22は、本実施形態の本発明素子を示した断面図である。図22に示すように、本実施形態の本発明素子は、下地基板335上に形成された下部電極配線331と上部電極配線334と、上下電極間に記憶材料体としての可変抵抗体333を有する構造であるとともに、導電性材料からなる突起電極物332が上部電極334と接続しており、突起電極物332と下部電極331が可変抵抗体333を介して対向している。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing the element of the present invention of this embodiment. As shown in FIG. 22, the element of the present embodiment of the present embodiment has a
次に、本実施形態の可変抵抗素子の製造方法を1R型のメモリセルに適用した場合を例として以下に説明する。図23及び図24は本実施形態における本発明素子の製造工程を示す図であり、図23(a)〜図24(g)によって各工程順に示されている(紙面の都合上2図面に分かれている)。図23及び図24では、1R型のメモリセルアレイを示した図2中のX−X´線、即ち上部電極配線TEに沿った断面模式図と、Y−Y´線、即ち下部電極配線BEに沿った断面模式図を、夫々左右に示している。 Next, a case where the variable resistance element manufacturing method of the present embodiment is applied to a 1R type memory cell will be described below as an example. FIG. 23 and FIG. 24 are diagrams showing the manufacturing process of the element of the present invention in this embodiment, and are shown in the order of each process by FIGS. 23 (a) to 24 (g) (divided into two drawings for the sake of space). ing). 23 and 24, a schematic cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. 2 showing the 1R type memory cell array, that is, the upper electrode wiring TE, and line YY ′, ie, lower electrode wiring BE. The cross-sectional schematic diagram which followed was shown on either side.
まず、第5の実施形態における図17(c)の工程までと全く同様な手順により、図23(a)に示すように、半導体基板346上の下地絶縁膜345上に、下部電極配線BEにパターニングした下部電極配線(第1電極膜)341と下部電極配線341間を埋め込んだSiO2膜347を形成し、更にその上に開口部(第1開口部)349を形成する。ただし、開口パターンWBEにパターニングした第1絶縁膜(図23では絶縁膜348、図17では絶縁膜318に相当)を第5の実施形態ではSiN膜としたが、本実施形態ではこれをAl2O3膜348としている。即ち、Al2O3膜348をスパッタリング法にて150nmの厚みで全面に堆積し、フォトリソグラフィの手法によって開口パターンWBEにパターニングしたレジストをマスクとしてエッチングすることにより、隣接するAl2O3膜348パターンの間に開口部349を形成している。
First, as shown in FIG. 23A, the lower electrode wiring BE is formed on the
次に、図23(b)に示すように、絶縁材料であるSiO2膜(ダミー膜)350をCVD法にて25nmの厚みで全面に堆積する。この際、開口部349の内側側面に沿って形成されたSiO2膜350の厚みは例えば20nmとすることができる。尚、SiO2膜350は開口部349に沿って形成されるので、開口部349内を充填することはない。
Next, as shown in FIG. 23B, an SiO 2 film (dummy film) 350, which is an insulating material, is deposited on the entire surface with a thickness of 25 nm by a CVD method. At this time, the thickness of the SiO 2 film 350 formed along the inner side surface of the
次に、絶縁膜348及び絶縁膜347上のSiO2膜350が完全に除去されるまでエッチバックによる加工を行う。当該工程によって、図23(c)に示すように、開口部349の側面(Al2O3膜348の側壁)のみにSiO2膜350が残存する。更にその上に、SiN膜(第2絶縁膜)351をCVD法にて600nmの厚みで全面に堆積する。
Next, processing by etch back is performed until the SiO 2 film 350 on the insulating
次に、図23(d)に示すように、CMP法でSiN膜351をAl2O3膜348表面レベルまで研磨することにより、表面を平坦化するとともに開口部349の内側側面に形成されたSiO2膜350の先端部を露出させる。又、当該工程の結果として、同じく図23(d)に示すように、絶縁膜348及び絶縁膜351がSiO2膜350を挟んで交互に配列するような形状となる。
Next, as shown in FIG. 23D, the
次に、図24(e)に示すように、フッ酸を含むウェットエッチング法によりSiO2膜350のみをAl2O3膜348、SiN膜351及び下部電極配線341に対して選択的に除去する。当該工程により、下部電極配線341表面上の一部の領域のみが、開口部349の内側側面に沿って形成されたSiO2膜350の厚みの分だけ露出し、Al2O3膜348及びSiN膜351の高さを有する開口部(第2開口部)352が形成される。
Next, as shown in FIG. 24E, only the SiO 2 film 350 is selectively removed from the Al 2 O 3 film 348, the
次に、図24(f)に示すように、酸素を含む250〜450℃の雰囲気下で熱酸化することにより、開口部352内の下部電極配線341表面上の露出した部分を酸化させて形成した可変抵抗体の一例としてのTiO2膜343を形成する。本実施形態では可変抵抗体をTiO2膜としたが、酸化温度、酸素濃度等の酸化条件を適宜調整することにより、可変抵抗特性を持つTiO2−XNX膜とすることも可能である。又、本実施形態では下部電極配線341の一部領域を熱酸化することにより可変抵抗体を形成したが、上述した他の実施形態と同様に、酸素プラズマ中での酸化、オゾン酸化など他の酸化法を用いても構わない。
Next, as shown in FIG. 24F, the exposed portion on the surface of the
次に、図24(g)に示すように、上部電極配線となる材料膜(第2電極膜)344を全面に堆積する。本実施形態では、厚さ20nmのTiN膜と厚さ200nmのAlCu膜と厚さ5nmのTi膜と厚さ100nmのTiN膜とを、それぞれスパッタリング法にて順次堆積するものとする(TiN/Ti/Al−Cu/TiNの積層構造)。当該工程によって、開口部352内に上部電極配線となる材料膜344が埋め込まれることにより、上部電極配線となる材料膜344からなる突起電極物342が形成される。尚、図24(g)では便宜上、上部電極配線344をドットによる陰影部で、突起電極物342を斜線部で示しているが、本実施形態ではこれらは同一工程で成膜される同一材料膜である。
Next, as shown in FIG. 24G, a material film (second electrode film) 344 to be the upper electrode wiring is deposited on the entire surface. In this embodiment, a TiN film having a thickness of 20 nm, an AlCu film having a thickness of 200 nm, a Ti film having a thickness of 5 nm, and a TiN film having a thickness of 100 nm are sequentially deposited by a sputtering method (TiN / Ti / Al-Cu / TiN laminated structure). Through this process, the projecting
その後、フォトリソグラフィの手法によって図2の上部電極配線TEに示すようなL/S(ライン&スペース)形状にパターンニングしたレジスト(図示せず)をマスクとして上部電極配線となる材料膜344、可変抵抗体343及び突起電極物342をエッチングすることにより上部電極配線344を形成する。更に、層間絶縁膜353を堆積し、上部電極配線344及び下部電極配線341へのコンタクト及びメタル配線(何れも図示せず)を形成する。
Thereafter, a
本実施形態の構成によれば、図22に示すように突起電極物332と下部電極331が可変抵抗体333を介して対向し、突起電極物332は上部電極334と接続される構成である。従って、本実施形態における平面模式図は第5の実施形態と同様、図21(b)に示されるような構成となり、図20での開口パターンWBEの境界側の一部領域にのみ突起電極物が形成されて上部電極配線と電気的に接続される構成であるため、この突起電極物と下部電極配線130とのクロスポイント部分である領域S6(図21中の斜線部)が、可変抵抗体の電気的に寄与している領域になる。
According to the configuration of the present embodiment, as shown in FIG. 22, the protruding
このように形成される可変抵抗素子は、第5の実施形態と同様、可変抵抗体と電極との接触面の面積を従来構成より縮小することができるため、当該素子によって不揮発性記憶装置を構成することで、消費電流を抑制でき、かつ書込不能の起こらない安定したスイッチング動作のメモリ素子を再現性良く作成することが可能となる。 Since the variable resistance element formed in this way can reduce the area of the contact surface between the variable resistor and the electrode as compared with the conventional configuration, the nonvolatile memory device is configured by the element as in the fifth embodiment. As a result, it is possible to suppress the current consumption and to create a memory element with a stable switching operation in which writing is not disabled with good reproducibility.
尚、本実施形態では、開口部349上に形成したダミー膜をSiO2膜350としたがこれに限定されるものではなく、他の材料膜を用いても構わない。又、該ダミー膜は図24(e)の工程で除去されるので絶縁性材料膜である必要はなく、導電性材料膜であっても構わないが、絶縁膜348と絶縁膜351、及び下部電極配線341に対して選択的にエッチングして除去できるような材料であることが望ましい。又、本実施形態では、当該選択的なエッチングを酸処理によるウェットエッチングとしたがこれに限定されるものではない。
In this embodiment, the dummy film formed on the
又、第5の実施形態と同様に、絶縁膜347、絶縁膜348及び絶縁膜351は本実施形態での材料に限定されないが、絶縁膜348は絶縁膜347とは別材料に、絶縁膜351は絶縁膜348とは別材料に夫々選択することがより好ましい。以上を考慮した他の例として、絶縁膜348をSiN膜、絶縁膜351をSiO2膜、絶縁膜350を非絶縁材料であるα(アモルファス)−Si膜とし、図24(e)の工程でα−Si膜350をRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)によるドライエッチングで除去するような構成でも構わない。
As in the fifth embodiment, the insulating
又、本実施形態の変形例として、図24(e)の工程の後に、突起電極物の材料膜を全面に堆積することで開口部352内を埋め込み、エッチバック若しくはCMPにより開口部352内に突起電極物を形成するような工程変更も容易に可能である。この後、突起電極物の上面を酸化させて先端に可変抵抗体を形成した後、上部電極を構成する電極膜を堆積させる。この場合、突起電極物は下部電極と接続し、突起電極物の先端に可変抵抗体が形成されるので、その断面形状構造は図16と同じ構成になる。
Further, as a modification of this embodiment, after the step of FIG. 24E, a material film of a protruding electrode is deposited on the entire surface to fill the
又、本実施形態の別の変形例として、図24(f)の工程の後に、突起電極物の材料膜を全面に堆積することで開口部352内を埋め込み、エッチバック若しくはCMPにより開口部352内に突起電極物を形成するような工程変更も容易に可能である。この後、突起電極物上面に上部電極を構成する電極膜を堆積させる。この場合、突起電極物の下端に可変抵抗体が形成されるとともに、突起電極物の上部に上部電極が形成される構成であるため、その断面形状構造は図22と同じ構成になる。
As another modification of this embodiment, after the step of FIG. 24F, a material film of a protruding electrode is deposited on the entire surface to fill the
以上、第1から第6の実施形態に従って説明した本発明素子は、上部電極或いは下部電極に接続される突起電極物によって可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積を縮小させる構成であるため、上部電極及び下部電極の線幅を縮小する必要がない。従って、何らかの方法によって上部電極若しくは下部電極の線幅を露光技術の制約以上に縮小することによって従来の課題を解決する場合に起こりうる上部電極及び下部電極の配線抵抗の増大という問題が、本発明素子では回避することができる。このことは、メモリセルの集積化に応じてより長い電極配線長が求められる1R型のメモリセルアレイ構成に対して本発明素子がより有効であることを示唆するものである。 As described above, the element of the present invention described according to the first to sixth embodiments is configured to reduce the area of the electrically contributing region of the variable resistor by the protruding electrode connected to the upper electrode or the lower electrode. It is not necessary to reduce the line width of the upper electrode and the lower electrode. Therefore, there is a problem of increasing the wiring resistance of the upper electrode and the lower electrode, which may occur when the conventional problem is solved by reducing the line width of the upper electrode or the lower electrode beyond the limitation of the exposure technique by some method. It can be avoided in the element. This suggests that the element of the present invention is more effective for a 1R type memory cell array configuration that requires a longer electrode wiring length in accordance with the integration of memory cells.
又、上部電極若しくは下部電極の膜厚を薄くして何らかの方法によってその側面のみを利用することによって従来の課題を解決する場合に起こりうる上部電極及び下部電極の配線抵抗の増大という問題を、本発明素子によって回避することができる。このことは、同様に、メモリセルの集積化に応じて、より長い電極配線長が求められる1R型のメモリセルアレイ構成において本発明素子がより有効であることを示唆するものである。 In addition, the problem of increasing the wiring resistance of the upper electrode and the lower electrode, which may occur when the conventional problem is solved by reducing the film thickness of the upper electrode or the lower electrode and utilizing only the side surface by some method, It can be avoided by the inventive element. This also suggests that the element of the present invention is more effective in a 1R type memory cell array configuration in which a longer electrode wiring length is required in accordance with the integration of memory cells.
上述したように、本発明の可変抵抗素子及びその製造方法によれば、突起電極物の材料膜として遷移金属若しくは遷移金属元素の窒化物を選択し、その一端部を酸化することにより遷移金属元素の酸化物或いは遷移金属元素の酸窒化物を可変抵抗体とすることができるので、半導体プロセスでは一般的な工程である酸化の熱処理工程によって可変抵抗体膜を形成することができ、該成膜の為の特別の装置を必要としない。又、突起電極物の材料膜として必ずしも貴金属を必要としないので、既存のCMOSプロセスと整合性が高く容易に製造できる。 As described above, according to the variable resistance element and the manufacturing method thereof of the present invention, the transition metal element is selected by selecting a transition metal or a nitride of a transition metal element as the material film of the protruding electrode object and oxidizing one end thereof. Since the oxide or transition metal element oxynitride can be used as the variable resistor, the variable resistor film can be formed by an oxidation heat treatment process, which is a general process in a semiconductor process. There is no need for special equipment. Further, since a noble metal is not necessarily required as the material film of the protruding electrode object, it can be easily manufactured with high compatibility with the existing CMOS process.
更に、上記突起電極物の材料膜として窒化チタン、及び可変抵抗体をその酸化物或いは酸窒化物である酸化チタン或いは酸窒化チタンとすることにより、従来から半導体プロセスで汎用的に用いられてきたチタン系材料を使うことで、プロセスの組み立てが容易になるという利点を有する。 Furthermore, titanium nitride as the material film of the protruding electrode body, and the variable resistor as its oxide or oxynitride, titanium oxide or titanium oxynitride, has been conventionally used in semiconductor processes. By using a titanium-based material, there is an advantage that the process can be easily assembled.
又、本発明の副次的作用として、可変抵抗体の抵抗値のばらつきが低減するという効果が得られた。これは、非特許文献2で説明されているように、従来の可変抵抗素子では可変抵抗体の局所的なフィラメント部分が抵抗変化に対して支配的であったのに対して、本発明の可変抵抗素子では、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積を縮小することにより、この局所的なフィラメント部分の影響が無くなり、可変抵抗体のイントリンシックな(膜本来の固有な)特性が発現することにより、ばらつきが向上したものと推察される。従って、本発明の可変抵抗素子によれば、より小さい抵抗値範囲への抵抗ばらつき制御が可能となる。
Further, as a secondary function of the present invention, an effect of reducing variation in resistance value of the variable resistor was obtained. As explained in
又、上述した本発明の各実施形態では、線状及び環状という表現に基づいて可変抵抗体の電気的に寄与している領域を説明しているが、これらは夫々、直線形状及び矩形環状として厳密に限定されるものではない。即ち、直線以外の曲線若しくは折れ線、或いはそれらの組み合わせ等の変形も可能であり、半円やコの字型、L字型であっても、可変抵抗体の電気的に寄与する面積を縮小する構成である限り、本発明の有効性を何ら損なうものではない。又、矩形環状以外の円形、楕円形、若しくは四辺形以外の多角形であっても良く、それらの環状が折れ線や曲線で構成されるような変形も可能である。 Further, in each of the embodiments of the present invention described above, the region where the variable resistor contributes electrically is described based on the expressions of linear and annular, but these are assumed to be linear and rectangular, respectively. It is not strictly limited. That is, a curved line or a broken line other than a straight line, or a combination thereof can be modified, and even if it is a semicircle, a U-shape, or an L-shape, the area of the variable resistor that contributes electrically is reduced. As long as the configuration is adopted, the effectiveness of the present invention is not impaired. Further, it may be a circle other than a rectangular ring, an ellipse, or a polygon other than a quadrilateral, and the ring may be formed by a broken line or a curve.
又、上述した本発明の各実施形態では、1T/1R型のメモリセルでの制御素子をMOSトランジスタとしているが、これをダイオード素子等の他の制御素子とする構成であっても本発明の可変抵抗素子の適用を何ら妨げるものではない。又、1R型のメモリセルでの寄生電流低減の為、クロスポイント構造部分にダイオードを直列に接続した構成のメモリセルとすることも可能である。当該ダイオードは、記憶材料体である可変抵抗体に対して上部電極若しくは下部電極の外側に直列に接続する構造が一般的であるが、ダイオードを可変抵抗体と上部電極との間に、若しくは可変抵抗体と下部電極との間に配置する構造としても良い。又、ダイオードとしては、PNダイオード特性またはショットキーダイオード特性を示す材料、またはZnOやBi2O3等のバリスタ等を利用するものとして良い。 In each of the embodiments of the present invention described above, the control element in the 1T / 1R type memory cell is a MOS transistor. However, even if the control element is another control element such as a diode element, This does not hinder the application of the variable resistance element. In addition, in order to reduce the parasitic current in the 1R type memory cell, a memory cell having a structure in which a diode is connected in series to the cross-point structure can be used. The diode generally has a structure in which the variable resistor, which is a memory material body, is connected in series to the outside of the upper electrode or the lower electrode. However, the diode is provided between the variable resistor and the upper electrode or is variable. It is good also as a structure arrange | positioned between a resistor and a lower electrode. As the diode, a material exhibiting PN diode characteristics or Schottky diode characteristics, or a varistor such as ZnO or Bi 2 O 3 may be used.
尚、上述した本発明の各実施形態では、突起電極物としての導電性材料をTiN膜として説明したがこれに限定されるものではない。例えば、Ti、Ni、Zn、V、Nb等の遷移金属を突起電極物とすることで、その一先端部を酸化することにより形成される遷移金属元素の酸化物を可変抵抗体として利用することができる。又、ZnN、WN等の導電性である遷移金属元素の窒化物を突起電極物とすることで、その一先端部を酸化することにより形成される遷移金属元素の酸化物或いは遷移金属元素の酸窒化物を可変抵抗体として利用することができる。 In each of the embodiments of the present invention described above, the conductive material as the protruding electrode object has been described as a TiN film, but the present invention is not limited to this. For example, by using a transition metal such as Ti, Ni, Zn, V, Nb or the like as a protruding electrode, an oxide of a transition metal element formed by oxidizing one end portion thereof is used as a variable resistor. Can do. In addition, a transition metal element nitride such as ZnN, WN or the like is used as a protruding electrode, so that an oxide of a transition metal element or an acid of a transition metal element formed by oxidizing one tip of the nitride. Nitride can be used as a variable resistor.
又、突起電極物の材料膜としてはこれ以外に、Pt、Ir、Ru、Os、Rh、Pd等の貴金属やAl等の金属元素及び他の合金類でも構わない。ただし、これらの金属材料では、可変抵抗体を堆積法にて形成しなければならないので、可変抵抗体を突起電極物の一先端部を酸化して形成するという本発明の一側面の利点を活用するには、突起電極物の材料膜としては上記遷移金属若しくは導電性である遷移金属元素の窒化物の方がより望ましい。 In addition to the above, the material film of the protruding electrode material may be a noble metal such as Pt, Ir, Ru, Os, Rh, Pd, a metal element such as Al, and other alloys. However, in these metal materials, since the variable resistor must be formed by a deposition method, the advantage of one aspect of the present invention that the variable resistor is formed by oxidizing one end portion of the protruding electrode object is utilized. For this purpose, the material film of the protruding electrode is more preferably a transition metal element or a nitride of a transition metal element that is conductive.
更に、上述した本発明の各実施形態では、可変抵抗体をTiO2膜としたが、可変抵抗体膜はこれに限定されるものではない。例えば、Ti及びTiN以外の上記遷移金属若しくは遷移金属元素の窒化物を酸化することにより形成される他の遷移金属元素の酸化物若しくは遷移金属元素の酸窒化物とすることができる。或いは、PCMO等のペロブスカイト型酸化物を突起電極物上に直接形成しても構わない。 Furthermore, in each of the embodiments of the present invention described above, the variable resistor is a TiO 2 film, but the variable resistor film is not limited to this. For example, an oxide of a transition metal element or a transition metal element oxynitride formed by oxidizing the transition metal or nitride of a transition metal element other than Ti and TiN can be used. Alternatively, a perovskite oxide such as PCMO may be directly formed on the protruding electrode.
又、上述した本発明の各実施形態では、上部電極及び下部電極をTiN膜、或いはTiN膜とTi膜とAl−Cu膜の積層構造膜としたがこれに限定されるものではない。例えば、他の遷移金属或いはそれらの元素を含む合金やPt、Ir、Ru、Os、Rh、Pd等の貴金属やAl等の金属元素及び他の合金類など、任意に選択することが可能である。 In each of the embodiments of the present invention described above, the upper electrode and the lower electrode are TiN films or a laminated structure film of TiN film, Ti film and Al—Cu film, but the present invention is not limited to this. For example, other transition metals or alloys containing these elements, noble metals such as Pt, Ir, Ru, Os, Rh, Pd, metal elements such as Al, and other alloys can be arbitrarily selected. .
又、以上説明した本発明の各実施形態では、窒化チタンをTiNに、酸化チタンをTiO2、酸窒化チタンをTiO2−XNX等に表記したが、これは略記であって各元素の組成比を厳密に限定するものではない。特に、酸化チタン及び酸窒化チタンについては、可変抵抗性を有する組成比であれば、可変抵抗体としての本発明への適用を妨げるものではない。更に、各実施形態において製造工程を説明する際に記載された寸法は一例であり、この寸法に限定されるものではない。 In each of the embodiments of the present invention described above, titanium nitride is represented as TiN, titanium oxide is represented as TiO 2 , titanium oxynitride is represented as TiO 2 -X N X, and the like. The composition ratio is not strictly limited. In particular, with regard to titanium oxide and titanium oxynitride, any composition ratio having variable resistance does not hinder application of the present invention as a variable resistor. Furthermore, the dimension described when explaining the manufacturing process in each embodiment is an example, and is not limited to this dimension.
R:可変抵抗素子
T:選択トランジスタ
TE,4,14,24,34,44,54,64,122,124,126,130,132,136,138,201,220,243,304,314,334,344:上部電極
BE,1,11,21,31,41,51,61,121,123,125,129,131,135,137,203,218,241,301,311,331,341:下部電極
2,22,32,42,52,62,302,312,332,342:突起電極物
3,23,33,43,53,63,202,219,242,303,313,333,343:可変抵抗体
A,91,128,319,349,352:開口部
5,25,55,244,305:下地基板
16,36,46,66,211,316,346:半導体基板
15,35,45,65、315,345:下地絶縁膜
17,37,47,67:SiN膜
18,19,20,38,39,40,48,49,50,68,69,317,320,321,347,350,353:SiO2膜
318,351:SiN膜
348:Al2O3膜
WBE,WTE:開口パターン
RBE:配線パターン
212:素子分離領域
213:ゲート絶縁膜
214:ゲート電極
215:ドレイン領域
216:ソース領域
217,221,222:コンタクトプラグ
223:ビット配線
224:ソース配線
127:開口部若しくは電極サイズ
S1,S2,S3,S6,S7,S8,S9:可変抵抗体の電気的に寄与する領域
204,231:メモリセルアレイ
205,232:ビット線デコーダ
206,233:ワード線デコーダ
207 ソース線デコーダ
BL1,BL2,・・・,BLm:ビット線
WL1,WL2,・・・,WLn:ワード線
SL1,SL2,・・・,SLn:ソース線
R: Variable resistance element T: Selection transistor TE, 4, 14, 24, 34, 44, 54, 64, 122, 124, 126, 130, 132, 136, 138, 201, 220, 243, 304, 314, 334 , 344: upper electrode BE, 1,11,21,31,41,51,61,121,123,125,129,131,135,137,203,218,241,301,311,331,341: lower Electrode 2, 22, 32, 42, 52, 62, 302, 312, 332, 342: Projection electrode object 3, 23, 33, 43, 53, 63, 202, 219, 242, 303, 313, 333, 343: Variable resistor A, 91, 128, 319, 349, 352: opening 5, 25, 55, 244, 305: base substrate 16, 36, 46, 66, 21 , 316, 346: semiconductor substrate 15, 35, 45, 65, 315, 345: underlying insulating film 17, 37, 47, 67: SiN film 18, 19, 20, 38, 39, 40, 48, 49, 50, 68, 69, 317, 320, 321, 347, 350, 353: SiO 2 film 318, 351: SiN film 348: Al 2 O 3 film WBE, WTE: opening pattern RBE: wiring pattern 212: element isolation region 213: gate Insulating film 214: Gate electrode 215: Drain region 216: Source region 217, 221, 222: Contact plug 223: Bit wiring 224: Source wiring 127: Opening or electrode size S1, S2, S3, S6, S7, S8, S9 : Electrically contributing region of variable resistor 204, 231: memory cell array 205, 232 Bit line decoder 206,233: the word line decoder 207 source line decoder BL1, BL2, ···, BLm: bit line WL1, WL2, ···, WLn: word lines SL1, SL2, ···, SLn: Source line
Claims (32)
前記両電極間の前記交差個所において、前記両電極の何れか一方と前記突起電極物の前記両電極の何れか一方側寄りの端部が対向し、
可変抵抗体が、前記両電極の何れか一方と前記突起電極物の前記両電極の何れか一方側寄りの端部の間に形成され、
前記両電極間に電圧パルスを印加することにより、前記両電極間の前記交差個所における電気抵抗が変化することを特徴とする可変抵抗素子。 A lower electrode extending in a first direction parallel to the substrate surface, an upper electrode extending in a second direction parallel to the substrate surface and perpendicular to the first direction, and an electrical connection between the lower electrode and the upper electrode Two interlayer insulating films that are spaced apart from each other in the second direction to be electrically insulated, and a gap sandwiched between the two interlayer insulating films from the one side to the other side of the two electrodes. And a protruding electrode object that protrudes in a direction perpendicular to the surface and extends continuously or intermittently in the first direction on two straight lines parallel to the lower electrode with respect to one lower electrode. ,
At the intersection between the two electrodes, either one of the two electrodes is opposed to an end of the protruding electrode near the one of the two electrodes,
A variable resistor is formed between one of the electrodes and an end of the protruding electrode near the one of the electrodes;
By applying a voltage pulse between the electrodes, the electric resistance at the intersection between the electrodes changes.
前記両電極間の前記交差個所において、前記両電極の何れか一方と前記突起電極物の前記両電極の何れか一方側寄りの端部が対向し、
可変抵抗体が、前記両電極の何れか一方と前記突起電極物の前記両電極の何れか一方側寄りの端部の間に形成され、
前記両電極間に電圧パルスを印加することにより、前記両電極間の前記交差個所における電気抵抗が変化することを特徴とする可変抵抗素子。 A lower electrode extending in a first direction parallel to the substrate surface, an upper electrode extending in a second direction parallel to the substrate surface and perpendicular to the first direction, and an electrical connection between the lower electrode and the upper electrode Two interlayer insulating films that are spaced apart from each other in the second direction to be electrically insulated, and a gap sandwiched between the two interlayer insulating films from the one side to the other side of the two electrodes. A protruding electrode object protruding in a direction perpendicular to the surface and extending continuously or intermittently in the first direction on one straight line parallel to the lower electrode with respect to one lower electrode. ,
At the intersection between the two electrodes, either one of the two electrodes is opposed to an end of the protruding electrode near the one of the two electrodes,
A variable resistor is formed between one of the electrodes and an end of the protruding electrode near the one of the electrodes;
By applying a voltage pulse between the electrodes, the electric resistance at the intersection between the electrodes changes.
前記2つの層間絶縁膜の他方の第2層間絶縁膜が、その下面が前記下部電極の上面より上方に位置し、その上面が前記上部電極の下面と接し、且つ、前記下部電極より狭い線幅で前記第1方向に延伸するように形成され、
前記突起電極物が、前記分断された2つの第1層間絶縁膜の各側面と前記第2層間絶縁膜の両側面の間と、前記下部電極の上面と前記上部電極の下面の間を充填して、上端面が2本の平行な線状となって前記第1方向に連続的或いは断続的に延伸し、前記突起電極物の下端面が前記下部電極の上面に当接するように形成され、
前記突起電極物の前記上端面を含む上端部に前記第1方向に連続的に延伸する可変抵抗体が形成され、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の上端部の前記可変抵抗体の上端面が前記上部電極の下面に当接することを特徴とする請求項1に記載の可変抵抗素子。 One first interlayer insulating film of the two interlayer insulating films is divided in the second direction with the lower electrode interposed therebetween, and the opposing side surfaces of the two divided first interlayer insulating films are the lower parts Formed so as to extend in the first direction in contact with the side surface of the electrode;
The other second interlayer insulating film of the two interlayer insulating films has a lower surface positioned above the upper surface of the lower electrode, an upper surface in contact with the lower surface of the upper electrode, and a line width narrower than that of the lower electrode Formed so as to extend in the first direction,
The protruding electrode material fills between the side surfaces of the two separated first interlayer insulating films and both side surfaces of the second interlayer insulating film, and between the upper surface of the lower electrode and the lower surface of the upper electrode. The upper end surface is formed into two parallel lines and extends continuously or intermittently in the first direction, and the lower end surface of the protruding electrode object is in contact with the upper surface of the lower electrode,
A variable resistor continuously extending in the first direction is formed at an upper end portion including the upper end surface of the protruding electrode object, and the variable of the upper end portion of the protruding electrode object is formed at the intersection between the electrodes. The variable resistance element according to claim 1, wherein an upper end surface of the resistor is in contact with a lower surface of the upper electrode.
前記2つの層間絶縁膜の他方の第2層間絶縁膜が、その下面が前記下部電極の上面と接し、その上面が前記上部電極の下面と接し、且つ、前記下部電極より狭い線幅で前記第1方向に延伸するように形成され、
前記突起電極物が、前記分断された2つの第1層間絶縁膜の各側面と前記第2層間絶縁膜の両側面の間と、前記下部電極の上面と前記上部電極の下面の間を充填して、上端面及び下端面が夫々2本の平行な線状となって前記第1方向に断続的に延伸し、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の上端面が前記上部電極の下面に当接するように形成され、
前記突起電極物の前記下端面を含む下端部に、前記可変抵抗体が前記第1方向に連続的に延伸するように形成され、前記可変抵抗体の下端面が前記下部電極の上面に当接することを特徴とする請求項1に記載の可変抵抗素子。 One first interlayer insulating film of the two interlayer insulating films is divided in the second direction with the lower electrode interposed therebetween, and the opposing side surfaces of the two divided first interlayer insulating films are the lower parts Formed so as to extend in the first direction in contact with the side surface of the electrode;
The other second interlayer insulating film of the two interlayer insulating films has a lower surface in contact with the upper surface of the lower electrode, an upper surface in contact with the lower surface of the upper electrode, and a narrower line width than the lower electrode. Formed to stretch in one direction,
The protruding electrode material fills between the side surfaces of the two separated first interlayer insulating films and both side surfaces of the second interlayer insulating film, and between the upper surface of the lower electrode and the lower surface of the upper electrode. The upper end surface and the lower end surface are each formed into two parallel lines and extend intermittently in the first direction, and the upper end surface of the protruding electrode object is the upper portion at the intersection between the electrodes. Formed to contact the lower surface of the electrode,
The variable resistor is formed at a lower end portion including the lower end surface of the protruding electrode body so as to continuously extend in the first direction, and the lower end surface of the variable resistor contacts the upper surface of the lower electrode. The variable resistance element according to claim 1.
前記2つの層間絶縁膜の一方の第1層間絶縁膜が、前記下部電極を間に挟んで前記第2方向に分断され、分断された2つの第1層間絶縁膜の対向する各側面が前記下部電極の側面に接して前記第1方向に延伸するように形成され、
前記2つの層間絶縁膜の他方の第2層間絶縁膜が、その下面が前記下部電極の上面より上方に位置し、その上面が前記可変抵抗体の下面と接し、且つ、前記下部電極より狭い線幅で前記第1方向に延伸するように形成され、
前記突起電極物が、前記分断された2つの第1層間絶縁膜の各側面と前記第2層間絶縁膜の両側面の間と、前記下部電極の上面と前記可変抵抗体の下面の間を充填して、上端面が2本の平行な線状となって前記第1方向に連続的或いは断続的に延伸し、前記突起電極物の下端面が前記下部電極の上面に当接し、前記突起電極物の上端面が前記可変抵抗体の下面に当接するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の可変抵抗素子。 The variable resistor in the form of a thin film is provided on the entire lower surface of the upper electrode,
One first interlayer insulating film of the two interlayer insulating films is divided in the second direction with the lower electrode interposed therebetween, and the opposing side surfaces of the two divided first interlayer insulating films are the lower parts Formed so as to extend in the first direction in contact with the side surface of the electrode;
The other second interlayer insulating film of the two interlayer insulating films has a lower surface located above the upper surface of the lower electrode, an upper surface in contact with the lower surface of the variable resistor, and a line narrower than the lower electrode. Formed to extend in the first direction with a width;
The protruding electrode object fills between each side surface of the divided two first interlayer insulating films and both side surfaces of the second interlayer insulating film, and between the upper surface of the lower electrode and the lower surface of the variable resistor. Then, the upper end surface becomes two parallel lines and extends continuously or intermittently in the first direction, the lower end surface of the protruding electrode object abuts on the upper surface of the lower electrode, and the protruding electrode The variable resistance element according to claim 1, wherein an upper end surface of the object is formed so as to abut on a lower surface of the variable resistor.
前記2つの層間絶縁膜の他方の第2層間絶縁膜が、前記下部電極を間に挟んで前記第2方向に分断され、分断された2つの第2層間絶縁膜の対向する各側面が前記下部電極と前記第1層間絶縁膜の側面から夫々離間して前記第1方向に延伸するように形成され、
前記突起電極物が、前記分断された2つの第2層間絶縁膜の各側面と前記第1層間絶縁膜及び前記下部電極の両側面の間と、前記下部電極の下面位置と前記上部電極の下面の間を充填して、上端面が2本の平行な線状となって前記第1方向に連続的或いは断続的に延伸し、前記突起電極物の下端部の側面が前記下部電極の側面に当接するように形成され、
前記突起電極物の前記上端面を含む上端部に前記可変抵抗体が前記第1方向に連続的に延伸するように形成され、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の上端部の前記可変抵抗体の上端面が前記上部電極の下面に当接することを特徴とする請求項1に記載の可変抵抗素子。 The first interlayer insulating film of one of the two interlayer insulating films has a lower surface in contact with the upper surface of the lower electrode, an upper surface in contact with the lower surface of the upper electrode, and both side surfaces thereof on both side surfaces of the lower electrode. And are formed so as to extend in the first direction continuously in the vertical direction,
The other second interlayer insulating film of the two interlayer insulating films is divided in the second direction with the lower electrode in between, and the opposing side surfaces of the two divided second interlayer insulating films are the lower parts Formed to extend in the first direction apart from the electrodes and side surfaces of the first interlayer insulating film,
The projecting electrode object includes a side surface of each of the two separated second interlayer insulating films, between both side surfaces of the first interlayer insulating film and the lower electrode, a lower surface position of the lower electrode, and a lower surface of the upper electrode. The upper end surface becomes two parallel lines and extends continuously or intermittently in the first direction, and the side surface of the lower end portion of the protruding electrode object is the side surface of the lower electrode. Formed to abut,
The variable resistor is formed at an upper end portion including the upper end surface of the protruding electrode object so as to continuously extend in the first direction, and an upper end portion of the protruding electrode object at the intersection between the electrodes. The variable resistance element according to claim 1, wherein an upper end surface of the variable resistor is in contact with a lower surface of the upper electrode.
前記突起電極物が、前記2つの層間絶縁膜が前記下部電極上で離間して形成された間隙と、前記下部電極の上面と前記上部電極の下面の間を充填して、上端面及び下端面が夫々1本の線状となって前記第1方向に連続的または断続的に延伸し、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の下端面が前記下部電極の上面に当接するように形成され、
前記突起電極物の前記上端面を含む上端部に前記可変抵抗体が前記第1方向に連続的または断続的に延伸するように形成され、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の上端部の前記可変抵抗体の上端面が前記上部電極の下面に当接することを特徴とする請求項2に記載の可変抵抗素子。 The two interlayer insulating films are spaced apart from each other in the second direction on the lower electrode, their upper surfaces are in contact with the lower surface of the upper electrode, their lower surfaces are in contact with the upper surface of the lower electrode, and The opposing side surfaces of the two interlayer insulating films are formed so as to extend in the first direction,
The protruding electrode object is filled with a gap formed by separating the two interlayer insulating films on the lower electrode, and between the upper surface of the lower electrode and the lower surface of the upper electrode, and has an upper end surface and a lower end surface. Each extending in the first direction continuously or intermittently in the form of a single line, and the lower end surface of the protruding electrode object contacts the upper surface of the lower electrode at the intersection between the electrodes. Formed as
The variable resistor is formed at an upper end portion including the upper end surface of the protruding electrode object so as to extend continuously or intermittently in the first direction, and the protruding electrode object is formed at the intersection between the electrodes. 3. The variable resistance element according to claim 2, wherein an upper end surface of the variable resistor at an upper end portion of the upper end portion is in contact with a lower surface of the upper electrode.
前記突起電極物が、前記2つの層間絶縁膜が前記下部電極上で離間して形成された間隙と、前記下部電極の上面と前記上部電極の下面の間を充填して、上端面及び下端面が夫々1本の線状となって前記第1方向に断続的に延伸し、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の上端面が前記上部電極の下面に当接するように形成され、
前記突起電極物の前記下端面を含む下端部に前記可変抵抗体が前記第1方向に連続的または断続的に延伸するように形成され、前記両電極間の前記交差個所において、前記突起電極物の下端部の前記可変抵抗体の下端面が前記下部電極の上面に当接することを特徴とする請求項2に記載の可変抵抗素子。 The two interlayer insulating films are spaced apart from each other in the second direction on the lower electrode, their upper surfaces are in contact with the lower surface of the upper electrode, their lower surfaces are in contact with the upper surface of the lower electrode, and The opposing side surfaces of the two interlayer insulating films are formed so as to extend in the first direction,
The protruding electrode object is filled with a gap formed by separating the two interlayer insulating films on the lower electrode, and between the upper surface of the lower electrode and the lower surface of the upper electrode, and has an upper end surface and a lower end surface. Are formed in such a manner that the upper end surface of the protruding electrode object is in contact with the lower surface of the upper electrode at the intersection between the electrodes. And
The variable resistor is formed to extend continuously or intermittently in the first direction at a lower end portion including the lower end surface of the protruding electrode object, and the protruding electrode object is formed at the intersection between the electrodes. The variable resistance element according to claim 2, wherein a lower end surface of the variable resistor at a lower end portion of the lower end portion is in contact with an upper surface of the lower electrode.
基板上に電極材料を堆積して第1電極膜を積層し、前記第1電極膜を加工することで、前記第1方向に延伸する前記下部電極を形成する第1工程と、
前記下部電極の上部領域に当該下部電極の電極面まで到達する開口部を有する前記第1層間絶縁膜を形成する第2工程と、
前記下部電極の少なくとも一部領域に接触するとともに、前記第2工程で形成された前記開口部の内側側壁に沿って上方に延伸する前記突起電極物を形成する第3工程と、
前記突起電極物の先端部分に前記可変抵抗体を形成する第4工程と、
電極材料を堆積して第2電極膜を積層し、前記第2電極膜を加工することで、前記第2方向に延伸する前記上部電極を形成する第5工程と、を有することを特徴とする製造方法。 A method of manufacturing a variable resistance element according to any one of claims 3 to 5,
Depositing an electrode material on a substrate, laminating a first electrode film, and processing the first electrode film to form the lower electrode extending in the first direction;
A second step of forming the first interlayer insulating film having an opening reaching the electrode surface of the lower electrode in an upper region of the lower electrode;
A third step of forming the protruding electrode object that contacts at least a partial region of the lower electrode and extends upward along the inner side wall of the opening formed in the second step;
A fourth step of forming the variable resistor at a tip portion of the protruding electrode object;
A fifth step of forming the upper electrode extending in the second direction by depositing an electrode material, laminating a second electrode film, and processing the second electrode film. Production method.
前記第3工程が、
前記開口部及び前記第1層間絶縁膜上に導電性材料を堆積して突起電極物用電極膜を形成する工程と、
前記突起電極物用電極膜上に前記第2層間絶縁膜となる第3絶縁膜を堆積する工程と、
前記突起電極物用電極膜の上面が露出するまで前記第3絶縁膜を除去する工程と、
前記開口部の上部領域以外の領域に積層された前記突起電極物用電極膜を除去することで、前記下部電極と接触された前記突起電極物を前記開口部内に形成する工程と、を有することを特徴とする請求項17に記載の製造方法。 A method of manufacturing a variable resistance element according to claim 3 or 5,
The third step is
Depositing a conductive material on the opening and the first interlayer insulating film to form an electrode film for protruding electrodes;
Depositing a third insulating film to be the second interlayer insulating film on the electrode film for the projecting electrode object;
Removing the third insulating film until the upper surface of the electrode film for protruding electrodes is exposed;
Removing the electrode film for protruding electrode objects stacked in a region other than the upper region of the opening, thereby forming the protruding electrode object in contact with the lower electrode in the opening. The manufacturing method of Claim 17 characterized by these.
前記第3工程が、
前記開口部内及び前記第1層間絶縁膜上に導電性材料を堆積して突起電極物用電極膜を形成する第6工程と、
前記第1層間絶縁膜上に積層された前記突起電極物用電極膜を除去することで前記開口部側壁に前記突起電極物を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項17に記載の製造方法。 It is a manufacturing method of the variable resistance element according to claim 4,
The third step is
A sixth step of depositing a conductive material in the opening and on the first interlayer insulating film to form an electrode film for a protruding electrode;
The step of forming the protruding electrode object on the side wall of the opening by removing the electrode film for protruding electrode object stacked on the first interlayer insulating film is provided. Manufacturing method.
前記開口部及び前記第1絶縁膜上に前記第2層間絶縁膜となる第3絶縁膜を形成する工程を有し、
前記第3絶縁膜を形成する工程の過程において、前記第3工程において前記開口部側壁に形成された前記突起電極物のうち、前記下部電極上面近傍に形成される膜厚が薄い領域の前記突起電極物が酸化されることで、当該箇所に前記可変抵抗体が形成されることを特徴とする請求項20に記載の製造方法。 The fourth step is
Forming a third insulating film to be the second interlayer insulating film on the opening and the first insulating film;
In the course of the step of forming the third insulating film, among the protruding electrode objects formed on the side wall of the opening in the third step, the protrusion in the thin region formed near the upper surface of the lower electrode 21. The manufacturing method according to claim 20, wherein the variable resistor is formed at the location by oxidizing the electrode.
基板上に前記下部電極を構成する第1電極膜を堆積し、その後前記第1電極膜上に前記第1層間絶縁膜となる第1絶縁膜を堆積し、前記第1電極膜及び前記第1絶縁膜の加工を行うことで、前記第1方向に延伸する前記下部電極を形成する第1工程と、
前記下部電極の少なくとも一部領域に接触するとともに、前記下部電極の外側側壁及び前記第1絶縁膜の外側側壁に沿って上方に延伸する前記突起電極物を形成する第2工程と、
前記突起電極物の先端部分に前記可変抵抗体を形成する第3工程と、
電極材料を堆積して第2電極膜を積層し、前記第2電極膜を加工することで、前記第2方向に延伸する前記上部電極を形成する第4工程と、を有することを特徴とする製造方法。 It is a manufacturing method of the variable resistance element according to claim 6,
A first electrode film constituting the lower electrode is deposited on a substrate, and then a first insulating film serving as the first interlayer insulating film is deposited on the first electrode film, and the first electrode film and the first electrode A first step of forming the lower electrode extending in the first direction by processing an insulating film;
A second step of forming the protruding electrode object that contacts at least a partial region of the lower electrode and extends upward along the outer side wall of the lower electrode and the outer side wall of the first insulating film;
A third step of forming the variable resistor at the tip of the protruding electrode object;
A fourth step of forming the upper electrode extending in the second direction by depositing an electrode material, laminating the second electrode film, and processing the second electrode film. Production method.
前記第1絶縁膜の上面を含む全面に導電性材料を堆積して突起電極物用電極膜を形成する工程と、
前記第1電極膜の外側側壁及び前記第1絶縁膜の外側側壁以外の領域に形成された前記突起電極物用電極膜を除去することで、前記突起電極物を前記第1電極膜の外側側壁及び前記第1絶縁膜の外側側壁に形成する工程と、を有することを特徴とする請求項22に記載の製造方法。 The second step includes
Depositing a conductive material on the entire surface including the upper surface of the first insulating film to form an electrode film for protruding electrodes;
By removing the electrode film for the protruding electrode object formed in a region other than the outer side wall of the first electrode film and the outer side wall of the first insulating film, the protruding electrode object is removed from the outer side wall of the first electrode film. The method of claim 22, further comprising: forming on an outer side wall of the first insulating film.
前記第1絶縁膜の上面を含む全面に前記第2層間絶縁膜となる第2絶縁膜を堆積する工程と、
前記突起電極物用電極膜の上面が露出するまで前記第2絶縁膜を平滑化する工程と、を有することを特徴とする請求項22又は請求項23に記載の製造方法。 The third step is
Depositing a second insulating film to be the second interlayer insulating film on the entire surface including the upper surface of the first insulating film;
24. The method of claim 22, further comprising: smoothing the second insulating film until an upper surface of the electrode film for protruding electrodes is exposed.
基板上に電極材料を堆積して第1電極膜を積層し、前記第1電極膜を加工することで、前記第1方向に延伸する前記下部電極を複数形成する第1工程と、
隣接する2つの前記下部電極の夫々に対して共通して開口し、各前記下部電極夫々の少なくとも一部の上面まで到達するように貫通された開口部を有する前記2つの層間絶縁膜の一方の層間絶縁膜となる第1絶縁膜を堆積する第2工程と、
導電性材料を堆積して突起電極物用電極膜を積層するとともに、当該突起電極物用電極膜の加工を行って、前記下部電極の少なくとも一部領域に接触するとともに前記開口部の内壁に沿って上方に延伸する前記突起電極物を形成する第3工程と、
前記2つの層間絶縁膜の他方の層間絶縁膜となる第2絶縁膜を堆積した後、加工を行って前記開口部内を充填する第4工程と、
前記突起電極物の先端部分に前記可変抵抗体を形成する第5工程と、
電極材料を堆積して第2電極膜を積層し、前記第2電極膜を加工することで、前記第2方向に延伸する前記上部電極を形成する第6工程と、を有することを特徴とする製造方法。 It is a manufacturing method of the variable resistance element according to claim 7,
A first step of forming a plurality of lower electrodes extending in the first direction by depositing an electrode material on a substrate, laminating a first electrode film, and processing the first electrode film;
One of the two interlayer insulating films having an opening that is opened in common with respect to each of the two adjacent lower electrodes and penetrated so as to reach the upper surface of at least a part of each of the lower electrodes. A second step of depositing a first insulating film to be an interlayer insulating film;
A conductive material is deposited to deposit the electrode film for the projecting electrode object, and the electrode film for the projecting electrode object is processed so as to contact at least a partial region of the lower electrode and along the inner wall of the opening. A third step of forming the protruding electrode object extending upwardly,
A fourth step of depositing a second insulating film to be the other interlayer insulating film of the two interlayer insulating films and then processing to fill the opening;
A fifth step of forming the variable resistor at the tip of the protruding electrode object;
And a sixth step of forming the upper electrode extending in the second direction by depositing an electrode material, laminating the second electrode film, and processing the second electrode film. Production method.
基板上に電極材料を堆積して第1電極膜を積層し、前記第1電極膜を加工することで、前記第1方向に延伸する前記下部電極を複数形成する第1工程と、
隣接する2つの前記下部電極の夫々に対して共通して開口し、各前記下部電極夫々の少なくとも一部の上面まで到達するように貫通された第1開口部を有する前記2つの層間絶縁膜の一方の層間絶縁膜となる第1絶縁膜を堆積する第2工程と、
ダミー膜材料を堆積して加工を行うことで、前記下部電極の一部領域に接触するとともに前記第1開口部の内壁に沿って上方に延伸するダミー膜を形成する第3工程と、
前記2つの層間絶縁膜の他方の層間絶縁膜となる第2絶縁膜を堆積した後、加工を行って当該第2絶縁膜によって前記第1開口部内を充填する第4工程と、
前記ダミー膜を除去することで、前記下部電極の上面の一部が露出するように第2開口部を形成する第5工程と、
前記第2開口部内に前記可変抵抗体及び前記突起電極物を形成する第6工程と、
電極材料を堆積して第2電極膜を積層し、前記第2電極膜を加工することで、前記第2開口部内に突起状の電極を有する前記第2方向に延伸する前記上部電極を形成する第7工程と、を有することを特徴とする製造方法。 It is a manufacturing method of the variable resistance element according to claim 8,
A first step of forming a plurality of lower electrodes extending in the first direction by depositing an electrode material on a substrate, laminating a first electrode film, and processing the first electrode film;
The two interlayer insulating films having a first opening that is opened in common to each of the two adjacent lower electrodes and penetrates so as to reach the upper surface of at least a part of each of the lower electrodes. A second step of depositing a first insulating film to be one interlayer insulating film;
A third step of forming a dummy film that contacts the partial region of the lower electrode and extends upward along the inner wall of the first opening by depositing and processing a dummy film material;
A fourth step of depositing a second insulating film to be the other interlayer insulating film of the two interlayer insulating films and then processing to fill the first opening with the second insulating film;
A fifth step of forming a second opening so that a part of the upper surface of the lower electrode is exposed by removing the dummy film;
A sixth step of forming the variable resistor and the protruding electrode object in the second opening;
By depositing an electrode material, laminating a second electrode film, and processing the second electrode film, the upper electrode extending in the second direction having a protruding electrode in the second opening is formed. And a seventh step.
前記第5工程が、エッチング法によって当該ダミー膜のみを、前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜、及び前記第1電極膜に対して選択的に除去する工程を有することを特徴とする請求項26に記載の製造方法。 The dummy film is made of a material different from any material of the first insulating film, the second insulating film, and the first electrode film;
The fifth step includes a step of selectively removing only the dummy film with respect to the first insulating film, the second insulating film, and the first electrode film by an etching method. Item 27. The manufacturing method according to Item 26.
The manufacturing method according to any one of claims 17 to 31, wherein the variable resistor is titanium oxide or titanium oxynitride.
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