JP3896576B2 - 不揮発性メモリおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
或いは、本発明の前記目的は、基板上に絶縁体を介して金属配線膜を形成するステップと、前記金属配線膜上に絶縁層を形成するステップと、フォトリソグラフィ工程により前記絶縁層に貫通孔を形成するステップと、前記絶縁層上にルテニウムを主成分とする高融点金属材料を堆積し、前記貫通孔に前記高融点金属材料を選択的に残存させることにより、前記貫通孔に充填された第1の電極を形成するステップと、GeSbTeからなるカルコゲン元素を含んだ相変化材料を前記絶縁層上及び前記貫通孔内の前記第1の電極上に堆積することにより、前記絶縁層の表面に層状の相変化記録体を形成するステップと、前記相変化記録体上に、ルテニウムを主成分とする第2の電極を形成するステップとを備える不揮発性メモリの製造方法によっても達成される。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性メモリの要部断面図である。図1に示すように、不揮発性メモリ1は、下部電極11と上部電極12との間に、絶縁層13および相変化記録体14を挟持した構成を有している。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る不揮発性メモリの要部断面図である。図4に示す不揮発性メモリは、図1に示す不揮発性メモリの構成において、下部電極11と相変化記録体14との間、および、相変化記録体14と上部電極12との間に、それぞれ下部金属酸化物層22および上部金属酸化物層24を設けて構成したものであり、その他の構成部分については図1と同様である。したがって、図1と同様の構成部分に同一の符号を付して、説明を省略する。
図10は、本発明の第3の実施形態に係る不揮発性メモリの要部断面図である。図10に示す不揮発性メモリは、図1に示す不揮発性メモリの構成において、相変化記録体14の一部を構成する起立部142を下部電極11に置き換えることにより、貫通孔131に充填された下部電極11と上部電極12との間に層状部141を挟持して構成したものである。下部電極11の下端は、基板15上に絶縁体16を介して形成されたアルミ膜などからなる金属配線層40に接続されている。図10において、図1と同様の構成部分に同一の符号を付して、説明を省略する。
図17は、本発明の第4の実施形態に係る不揮発性メモリの要部断面図である。 第4の実施形態に係る不揮発性メモリは、貫通孔131の内壁面に沿って形成された絶縁筒51を設けることにより貫通孔131の径を狭小化する以外は、図4に示す第2の実施形態に係る不揮発性メモリと同様である。この不揮発性メモリの製造方法について、図18および図19を参照して説明する。
Claims (24)
- 第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極と第2の電極との間に挟持され、前記第1の電極および第2の電極間に電気的パルスを印加することにより抵抗値が変化する相変化記録体とを備え、
前記第1の電極および第2の電極のいずれもが、ルテニウムを主成分として含んでおり、
前記相変化記録体は、カルコゲン元素を含む相変化材料からなり、
前記カルコゲン元素は、GeSbTeからなる不揮発性メモリ。 - 前記第1の電極と第2の電極との間に絶縁層が介在され、
前記絶縁層は、貫通孔を有しており、
前記相変化記録体は、前記貫通孔に充填された起立部を有する請求項1に記載の不揮発性メモリ。 - 前記起立部は、直筒状である請求項2に記載の不揮発性メモリ。
- 前記相変化記録体は、前記第1の電極又は第2の電極の一方と前記絶縁層との間に挟持された層状部を更に備え、
前記起立部は、前記層状部から略垂直に延びるように形成されている請求項2に記載の不揮発性メモリ。 - 前記貫通孔の内壁面に沿って形成され、前記絶縁層よりも熱伝導率が低い絶縁筒を更に備える請求項2に記載の不揮発性メモリ。
- 前記第1の電極と相変化記録体との間、および、前記相変化記録体と第2の電極との間の少なくとも一方に、ルテニウム、ロジウム、イリジウムおよびオスミウムから選ばれた少なくとも一種以上の金属酸化物層が介在された請求項1に記載の不揮発性メモリ。
- 前記金属酸化物層の前記相変化記録体との接触面の平均粗さ(Ra)が10nm以上100nm以下である請求項6に記載の不揮発性メモリ。
- 前記金属酸化物層は、平均粒径が小さいか又は非晶質である第1の酸化物導電膜と、該第1の酸化物導電膜よりも大きな平均粒径を有する第2の酸化物導電膜との積層構造を有しており、
前記第2の酸化物導電膜の表面が、前記相変化記録体と接触するように構成された請求項6に記載の不揮発性メモリ。 - 前記金属酸化物層は、正方晶ルチル型構造の導電型酸化物層である請求項6に記載の不揮発性メモリ。
- 基板と、前記基板上に絶縁体を介して形成された金属配線膜と、前記金属配線膜上に形成された絶縁層とを更に備え、
前記絶縁層は、貫通孔を有し、
前記第1の電極は、前記貫通孔に充填されており、
前記相変化記録体は、前記絶縁層の表面に層状に形成されている請求項1に記載の不揮発性メモリ。 - 前記第1の電極と相変化記録体との間、および、前記相変化記録体と第2の電極との間の少なくとも一方に、ルテニウム、ロジウム、イリジウムおよびオスミウムから選ばれた少なくとも一種以上の金属酸化物層が介在された請求項10に記載の不揮発性メモリ。
- 前記金属酸化物層の前記相変化記録体との接触面の平均粗さ(Ra)が10nm以上100nm以下である請求項11に記載の不揮発性メモリ。
- 前記金属酸化物層は、平均粒径が小さいか又は非晶質である第1の酸化物導電膜と、該第1の酸化物導電膜よりも大きな平均粒径を有する第2の酸化物導電膜との積層構造を有しており、
前記第2の酸化物導電膜の表面が、前記相変化記録体と接触するように構成された請求項11に記載の不揮発性メモリ。 - 前記貫通孔の内壁面に沿って形成され、前記絶縁層よりも熱伝導率が低い絶縁筒を更に備える請求項10に記載の不揮発性メモリ。
- 基板上に絶縁層を介して、ルテニウムを主成分とする第1の電極を形成するステップと、
前記第1の電極上に絶縁層を形成するステップと、
フォトリソグラフィ工程により前記絶縁層に貫通孔を形成するステップと、
GeSbTeからなるカルコゲン元素を含んだ相変化材料を前記絶縁層上及び前記貫通孔内の前記第1の電極上に堆積することにより、前記貫通孔に充填された起立部と、前記絶縁層の表面に形成された層状部とを含む相変化記録体を形成するステップと、
前記相変化記録体上に、ルテニウムを主成分とする第2の電極を形成するステップとを備える不揮発性メモリの製造方法。 - 前記貫通孔を形成するステップと、前記相変化記録体を形成するステップとの間に、第1の金属酸化物層を形成するステップを備え、
前記第1の金属酸化物層の形成は、前記第1の電極が前記貫通孔を介して露出する部分を酸化することにより行われ、
前記貫通孔内における前記第1の電極上への相変化材料の堆積は、前記第1の金属酸化物層を介して行われる請求項15に記載の不揮発性メモリの製造方法。 - 前記相変化記録体を形成するステップと、前記第2の電極を形成するステップとの間に、第2の金属酸化物層を形成するステップを備え、
前記第2の金属酸化物層および前記第2の電極の形成は、金属ターゲットを用いて、それぞれ酸素雰囲気下におけるスパッタ法および不活性ガス雰囲気下におけるスパッタ法を同一のスパッタ装置内で順次適用することにより行われ、
前記相変化記録体上への前記第2の電極の形成は、前記第2の金属酸化物層を介して行われる請求項15に記載の不揮発性メモリの製造方法。 - 前記第1の電極を形成するステップと、前記絶縁層を形成するステップとの間に、第1の金属酸化物層を形成するステップを備え、
前記第1の電極および第1の金属酸化物層の形成は、金属ターゲットを用いて、それぞれ不活性ガス雰囲気下におけるスパッタ法および酸素雰囲気下におけるスパッタ法を同一のスパッタ装置内で順次適用することにより行われ、
前記第1の電極上への前記絶縁層の形成は、前記第1の金属酸化物層を介して行われ、
前記貫通孔内における前記第1の電極上への相変化材料の堆積は、前記第1の金属酸化物層を介して行われる請求項15に記載の不揮発性メモリの製造方法。 - 前記貫通孔を形成するステップと、前記相変化記録体を形成するステップとの間に、絶縁筒を前記貫通孔の内壁面に沿って形成するステップを備え、
前記絶縁筒を形成するステップは、前記絶縁層の表面に形成した絶縁塗布膜をエッチバックすることにより行われる請求項15に記載の不揮発性メモリの製造方法。 - 基板上に絶縁体を介して金属配線膜を形成するステップと、
前記金属配線膜上に絶縁層を形成するステップと、
フォトリソグラフィ工程により前記絶縁層に貫通孔を形成するステップと、
前記絶縁層上にルテニウムを主成分とする高融点金属材料を堆積し、前記貫通孔に前記高融点金属材料を選択的に残存させることにより、前記貫通孔に充填された第1の電極を形成するステップと、
GeSbTeからなるカルコゲン元素を含んだ相変化材料を前記絶縁層上及び前記貫通孔内の前記第1の電極上に堆積することにより、前記絶縁層の表面に層状の相変化記録体を形成するステップと、
前記相変化記録体上に、ルテニウムを主成分とする第2の電極を形成するステップとを備える不揮発性メモリの製造方法。 - 前記第1の電極を形成するステップと、前記相変化記録体を形成するステップとの間に、第1の金属酸化物層を形成するステップを備え、
前記第1の金属酸化物層の形成は、前記第1の電極が露出する部分を酸化することにより行われ、
前記貫通孔内における前記第1の電極上への相変化材料の堆積は、前記第1の金属酸化物層を介して行われる請求項20に記載の不揮発性メモリの製造方法。 - 前記相変化記録体を形成するステップと、前記第2の電極を形成するステップとの間に、第2の金属酸化物層を形成するステップを備え、
前記第2の金属酸化物層および前記第2の電極の形成は、金属ターゲットを用いて、それぞれ酸素雰囲気下におけるスパッタ法および不活性ガス雰囲気下におけるスパッタ法を同一のスパッタ装置内で順次適用することにより行われ、
前記相変化記録体上への前記第2の電極の形成は、前記第2の金属酸化物層を介して行われる請求項20に記載の不揮発性メモリの製造方法。 - 前記第1の電極を形成するステップと、前記相変化記録体を形成するステップとの間に、第1の金属酸化物層を形成するステップを備え、
第1の金属酸化物層の形成は、金属ターゲットを用いて、酸素雰囲気下におけるスパッタ法を適用することにより行われ、
前記貫通孔内の前記第1の電極上への相変化材料の堆積は、前記第1の金属酸化物層を介して行われる請求項20に記載の不揮発性メモリの製造方法。 - 前記貫通孔を形成するステップと、前記第1の電極を形成するステップとの間に、絶縁筒を前記貫通孔の内壁面に沿って形成するステップを備え、
前記絶縁筒を形成するステップは、前記絶縁層の表面に形成した絶縁塗布膜をエッチバックすることにより行われる請求項20に記載の不揮発性メモリの製造方法。
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