JP4648940B2 - Method for manufacturing variable resistance element - Google Patents

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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26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26に示されるように、従来構成の可変抵抗素子は、下部電極103と可変抵抗体102と上部電極101とが順に積層された構造となっており、上部電極101及び下部電極103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. 26, the variable resistance element of the conventional configuration has a structure in which a lower electrode 103, a variable resistor 102, and an upper electrode 101 are sequentially stacked, and a voltage is applied between the upper electrode 101 and the lower electrode 103. By applying a pulse, the resistance value can be reversibly changed. A novel nonvolatile semiconductor memory device can be realized by reading a resistance value that changes by this reversible resistance change operation (hereinafter referred to as “switching operation”).

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夫々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27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. Of these, FIG. 27 shows a configuration example of a 1T / 1R type memory cell.

図27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)。又、各ワード線WL1〜WLnはそれぞれワード線デコーダ106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107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105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104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ための特定のビット線、ワード線及びソース線が選択される構成である。   FIG. 27 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). The word lines WL1 to WLn are connected to the word line decoder 106, the source lines SL1 to SLn are connected to the source line decoder 107, and the bit lines BL1 to BLm are connected to the bit line decoder 105, respectively. Yes. A specific bit line, word line, and source line for write, erase, and read operations to a specific memory cell in the memory cell array 104 are selected according to an address input (not shown).

図28は、図27におけるメモリセルアレイ104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113、ゲート電極114、及びドレイン拡散層領域115とソース拡散層領域116から構成されており、素子分離領域112を形成した半導体基板111の上面に形成される。又、可変抵抗素子Rは、下部電極118と可変抵抗体119と上部電極120とから構成されている。   FIG. 28 is a schematic cross-sectional view of one memory cell constituting the memory cell array 104 in FIG. In this configuration, the select transistor T and the variable resistance element R form one memory cell. The selection transistor T includes a gate insulating film 113, a gate electrode 114, a drain diffusion layer region 115, and a source diffusion layer region 116, and is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 111 on which the element isolation region 112 is formed. The variable resistance element R includes a lower electrode 118, a variable resistor 119, and an upper electrode 120.

又、トランジスタTのゲート電極114がワード線を構成しており、ソース線配線124はコンタクトプラグ122を介してトランジスタTのソース拡散層領域116と電気的に接続している。又、ビット線配線123はコンタクトプラグ121を介して可変抵抗素子Rの上部電極120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118はコンタクトプラグ117を介してトランジスタTのドレイン拡散層領域115と電気的に接続している。   Further, the gate electrode 114 of the transistor T forms a word line, and the source line wiring 124 is electrically connected to the source diffusion layer region 116 of the transistor T through the contact plug 122. The bit line wiring 123 is electrically connected to the upper electrode 120 of the variable resistance element R through the contact plug 121, while the lower electrode 118 of the variable resistance element R is connected to the transistor T through the contact plug 117. The drain diffusion layer region 115 is electrically connected.

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29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133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132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131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ため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. 29 is an equivalent circuit diagram illustrating 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 word line decoder 133, and each bit line BL1 to BLm is connected to a bit line decoder 132. A specific bit line and word line for writing, erasing and reading operations to specific memory cells in the memory cell array 131 are selected in accordance with an address input (not shown).

図30は図29におけるメモリセルアレイ131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30に示されるように、上部電極配線143と下部電極配線141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」と称される)に可変抵抗体142を配した構造となっている。図30の例では便宜上、上部電極143と可変抵抗体142を同じ形状に加工しているが、可変抵抗体142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143と下部電極141の交差するクロスポイントの領域になる。   FIG. 30 is a schematic perspective view showing an example of a memory cell constituting the memory cell array 131 in FIG. As shown in FIG. 30, the upper electrode wiring 143 and the lower electrode wiring 141 are arranged so as to cross each other, one of which forms a bit line and the other forms a word line. In addition, the variable resistor 142 is arranged at the intersection (usually referred to as “cross point”) of each electrode. In the example of FIG. 30, for convenience, the upper electrode 143 and the variable resistor 142 are processed into the same shape, but the portions that contribute electrically to the switching operation of the variable resistor 142 are the upper electrode 143 and the lower electrode 141. It becomes the area of crossing points.

尚、上記図28中の可変抵抗体119或いは図30中の可変抵抗体142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−xCaMnO(PCMO)膜が用いられている。 Note that the variable resistor material used for the variable resistor 119 in FIG. 28 or the variable resistor 142 in FIG. 30 is known by the giant magnetoresistive effect by Shanqing Liu, Alex Ignatiev, etc. of the University of Houston, USA. The following Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose a method for reversibly changing the electric resistance by applying a voltage pulse to the perovskite material. Although this method uses a perovskite material known for its giant magnetoresistive effect, this method is extremely epoch-making in that a resistance change of several orders of magnitude appears even at room temperature without applying a magnetic field. In the element structure exemplified in Patent Document 1, a crystalline praseodymium / calcium / manganese oxide Pr 1-x Ca x MnO 3 (PCMO) film which is a perovskite oxide is used as a variable resistor material. Yes.

又、他の可変抵抗体材料としては、チタン酸化(TiO)膜、ニッケル酸化(NiO)膜、酸化亜鉛(ZnO)膜、酸化ニオブ(Nb)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 Document 2 and Patent Document 2 that reversible resistance change is exhibited. Among these, the phenomenon of the switching operation using NiO is reported in detail in Non-Patent Document 3.

米国特許第6204139号明細書US Pat. No. 6,204,139 特表2002−537627号公報JP 2002-537627 A Liu,S.Q.ほか、“Electric−pulse−induced reversible Resistance change effectin magnetoresistive films”,Applied Physics Letter, Vol.76,pp.2749−2751,2000年Liu, S .; Q. In addition, “Electric-pulse-induced reversible resistance change effectin magnetosensitive films”, Applied Physics Letter, Vol. 76, pp. 2749-2751, 2000 H.Pagniaほか、“Bistable Switchingin Electroformed Metal−Insulator−MetalDevices”,Phys.Stat.Sol.(a),vol.108,pp.11−65,1988年H. Pagna, et al., “Bistable Switching in Electroformed Metal-Insulator-Metal Devices”, Phys. Stat. Sol. (A), vol. 108, pp. 11-65, 1988 Baek,I.G.ほか、“Highly Scalable Non−volatile Resistive Memory using Simple Binary Oxide Driven by Asymmetric Unipolar Voltage Pulses”,IEDM 04,pp.587−590,2004年Baek, I. et al. G. In addition, “Highly Scalable Non-volatile Resistive Memory Using Simple Binary Oxide Driven Asymmetric Universal Voltage Pulses”, IEDM 04, p. 587-590, 2004

上記の各従来技術によれば、可変抵抗素子Rは基板上に下部電極、可変抵抗体、上部電極の順に積層されて形成される。そのため、安定したスイッチング動作の可変抵抗素子を再現性良く達成するためには、下部電極と可変抵抗体の接触抵抗及び可変抵抗体と上部電極の接触抵抗が、同一ウェハ内の各メモリセル間、或いはウェハ間において安定していることが必須である。   According to each of the above conventional techniques, the variable resistance element R is formed by laminating the lower electrode, the variable resistor, and the upper electrode in this order on the substrate. Therefore, in order to achieve a stable switching variable resistance element with good reproducibility, the contact resistance between the lower electrode and the variable resistor and the contact resistance between the variable resistor and the upper electrode are between the memory cells in the same wafer. Or it is essential that it is stable between wafers.

しかし、従来方法では、電極及び可変抵抗体の表面は、加工プロセスにおいて使用されるガス・薬液等に晒されるため、常に清浄な表面を有していると言えない。又、下部電極及び可変抵抗体成膜後の自然酸化の影響や上層に堆積される膜の成膜プロセス雰囲気の影響により、接触抵抗が安定しないという問題がある。   However, in the conventional method, the surfaces of the electrode and the variable resistor are exposed to a gas / chemical solution or the like used in the machining process, and thus cannot always be said to have a clean surface. In addition, there is a problem that the contact resistance is not stable due to the influence of natural oxidation after the lower electrode and the variable resistor are formed and the influence of the film forming process atmosphere of the film deposited on the upper layer.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、安定したスイッチング動作を再現性良く達成することができる可変抵抗素子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 an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a variable resistance element that can achieve a stable switching operation with good reproducibility.

上記目的を達成するための本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、第1電極と第2電極と可変抵抗体とを備え、前記可変抵抗体が前記第1電極と前記第2電極とに狭持された領域に存し、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧パルスを印加することにより、前記第1電極と前記第2電極との間の電気抵抗が変化する可変抵抗素子の製造方法であって、前記第1電極と前記第2電極と前記可変抵抗体の前駆体となる一の導電膜を堆積後、前記導電膜の一部を前記可変抵抗体に変化させると共に、当該可変抵抗体によって分断された前記導電膜の残余部分を前記第1電極及び前記第2電極とすることを第1の特徴とする。   In order to achieve the above object, a variable resistance element manufacturing method according to the present invention includes a first electrode, a second electrode, and a variable resistor, and the variable resistor is connected to the first electrode and the second electrode. A variable resistor that exists in a sandwiched region and changes the electrical resistance between the first electrode and the second electrode by applying a voltage pulse between the first electrode and the second electrode. A method of manufacturing an element, wherein after depositing one conductive film as a precursor of the first electrode, the second electrode, and the variable resistor, a part of the conductive film is changed to the variable resistor. The first feature is that the remaining portion of the conductive film divided by the variable resistor is the first electrode and the second electrode.

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、可変抵抗素子を構成する第1及び第2電極、並びに可変抵抗体は、何れも元々同一の導電膜からなり、当該導電膜の一部が可変抵抗体に変化し、この可変抵抗体によって導電膜が分断されることで第1及び第2電極が形成される。従って、可変抵抗体形成後に導電膜を堆積することで一方の電極を構成する従来の製造方法と異なり、可変抵抗体と電極(第1及び第2の両電極)の界面が成膜雰囲気或いは大気に暴露されることがない。このため、当該界面にパーティクル等が付着することによる接触抵抗のバラツキを招来せず、同一ウェハ内の各メモリセル間、並びに異なるウェハ間において接触抵抗を安定化させることができる。従って、可変抵抗体の両端にかかる電圧を均一化することができ、安定したスイッチング動作を有する可変抵抗素子を再現良く形成できる。   According to the first feature of the method of manufacturing a variable resistance element according to the present invention, the first and second electrodes and the variable resistor constituting the variable resistance element are originally made of the same conductive film, A part of the conductive film is changed to a variable resistor, and the first and second electrodes are formed by dividing the conductive film by the variable resistor. Therefore, unlike the conventional manufacturing method in which one electrode is formed by depositing a conductive film after forming the variable resistor, the interface between the variable resistor and the electrode (both first and second electrodes) is formed in a film-forming atmosphere or air. Is not exposed to. For this reason, the contact resistance does not vary due to the adhesion of particles or the like to the interface, and the contact resistance can be stabilized between the memory cells in the same wafer and between different wafers. Therefore, the voltage applied to both ends of the variable resistor can be made uniform, and a variable resistor element having a stable switching operation can be formed with good reproducibility.

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、半導体基板上に前記導電膜を堆積する導電膜堆積工程と、前記導電膜に対して酸化処理を施すことで、前記導電膜の一部領域に前記可変抵抗体を形成すると共に、当該可変抵抗体によって前記導電膜を分断することで前記第1電極及び前記第2電極を形成する酸化工程と、前記酸化工程終了後、全面に保護用層間絶縁膜を堆積する保護絶縁膜堆積工程と、を有することを第2の特徴とする。   The variable resistance element manufacturing method according to the present invention includes, in addition to the first feature, a conductive film deposition step of depositing the conductive film on a semiconductor substrate, and an oxidation treatment for the conductive film. And forming the variable resistor in a partial region of the conductive film and dividing the conductive film by the variable resistor to form the first electrode and the second electrode, and the oxidation step A second feature is that it includes a protective insulating film deposition step of depositing a protective interlayer insulating film on the entire surface after the process is completed.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第2の特徴によれば、可変抵抗体と両電極との界面を雰囲気或いは大気に暴露することなく、一の導電膜から可変抵抗体並びに第1及び第2電極を形成することができる。   According to the second feature of the method of manufacturing a variable resistance element according to the present invention, the variable resistor and the first are formed from one conductive film without exposing the interface between the variable resistor and both electrodes to the atmosphere or the atmosphere. And a second electrode can be formed.

又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第2の特徴に加えて、前記導電膜堆積工程終了後で前記酸化工程開始前に、前記導電膜の上面を含むように第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、前記第1絶縁膜堆積工程終了後、前記第1層間絶縁膜の一部を開口して前記導電膜の一部の上面を露出する開口部形成工程と、を有し、前記酸化工程によって、前記開口部を介して露出されている前記導電膜の周辺領域が酸化されることを第3の特徴とする。   In addition to the second feature, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention includes the first interlayer so as to include the upper surface of the conductive film after the conductive film deposition process and before the oxidation process. A first insulating film depositing step for depositing an insulating film, and an opening formation for opening a part of the first interlayer insulating film and exposing a part of the upper surface of the conductive film after completion of the first insulating film depositing process; A third feature is that a peripheral region of the conductive film exposed through the opening is oxidized by the oxidation step.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第3の特徴によれば、開口部を介して露出されている前記導電膜から酸化が進行して可変抵抗体に変化していくことで、元々は一体であった前記導電膜を、前記開口部周辺に形成される可変抵抗体を挟んで両側に第1及び第2電極を有する構成に変化させることができ、これによって可変抵抗体と両電極との界面が露出されることなく可変抵抗素子を製造することができる。   According to the third feature of the method for manufacturing a variable resistance element according to the present invention, the oxidation progresses from the conductive film exposed through the opening and changes into a variable resistor, so that The integrated conductive film can be changed to a configuration having first and second electrodes on both sides of a variable resistor formed around the opening, whereby the variable resistor and both electrodes can be changed. Thus, the variable resistance element can be manufactured without exposing the interface.

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、前記開口部形成工程終了後で前記酸化工程開始前に、前記開口部を介して露出されている前記導電膜の露出部分の一部を除去することで前記開口部底面に位置する前記導電膜の膜厚を薄くする薄膜化工程を有することを第4の特徴とする。   In addition to the third feature, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention includes the conductive material exposed through the opening after the opening forming process and before the oxidation process. A fourth feature is that it includes a thinning step of reducing the thickness of the conductive film located on the bottom surface of the opening by removing a part of the exposed portion of the film.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第4の特徴によれば、前記開口部底面の膜厚が薄膜化されているため、前記酸化工程によって当該薄膜化されている前記開口部底面に形成された導電膜の膜厚全てに亘る酸化処理を容易に施すことができる。これによって、当該酸化処理を介して形成される可変抵抗体によって前記導電膜が分断される結果、第1及び第2電極の間に可変抵抗体が狭持されてなる可変抵抗素子を、可変抵抗体と両電極との界面を露出させることなく容易に製造することができる。   According to the fourth feature of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, since the film thickness of the bottom surface of the opening is thinned, the bottom surface of the opening that has been thinned by the oxidation step is formed. Oxidation treatment over the entire thickness of the formed conductive film can be easily performed. As a result, the conductive film is divided by the variable resistor formed through the oxidation treatment, and as a result, the variable resistor having the variable resistor sandwiched between the first and second electrodes is changed to the variable resistor. It can be easily manufactured without exposing the interface between the body and both electrodes.

又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第2の特徴に加えて、前記導電膜堆積工程前に、前記半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、前記第1層間絶縁膜の所定領域を開口して少なくとも2つの分離された開口部を形成する開口部形成工程と、を有し、前記導電膜堆積工程終了後で前記酸化工程開始前に、前記開口部以外の領域に堆積された前記導電膜が完全には除去されない範囲内で堆積された前記導電膜の膜厚を薄くする薄膜化工程を有し、前記導電膜堆積工程が、前記2つの開口部を完全に充填するように前記導電膜を堆積する工程であり、前記酸化工程が、前記開口部以外の領域に堆積されている前記導電膜の膜厚以上であって、上面位置から前記開口部の底面まで堆積されている前記導電膜の膜厚未満の厚み分だけ前記導電膜を酸化することで前記可変抵抗体を形成する工程であることを第5の特徴とする。   In addition to the second feature, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention includes a first insulating film deposition step of depositing a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate before the conductive film deposition step. And an opening forming step for opening a predetermined region of the first interlayer insulating film to form at least two separated openings, and after the conductive film deposition step is completed and before the oxidation step is started. A thinning step of reducing the thickness of the conductive film deposited within a range where the conductive film deposited in a region other than the opening is not completely removed, and the conductive film deposition step includes Depositing the conductive film so as to completely fill two openings, wherein the oxidation step is greater than or equal to the film thickness of the conductive film deposited in a region other than the openings, Of the conductive film deposited from the opening to the bottom of the opening. A fifth characteristic in that the thickness of the just less than the thickness by oxidizing the conductive film is 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5の特徴によれば、開口部底面の上層に形成されている導電膜の膜厚が、開口部以外の領域に堆積されている導電膜の膜厚よりも厚く構成されるため、酸化工程によって導電膜を露出面から酸化させることで、開口部以外の領域に堆積されている導電膜の膜厚分を完全に酸化した状態においても、開口部内には開口部の深さ分に相当する未酸化の導電膜が残存される。即ち、開口部以外の領域に堆積されている導電膜については完全に酸化すると共に、開口部内には未酸化の導電膜が残存するような条件下で酸化工程を行うことにより、一の導電膜を各開口部に残存する2つの導電膜(電極)と可変抵抗体とに分断することができる。これにより、可変抵抗体と各電極との界面を雰囲気或いは大気暴露させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   According to the fifth feature of the variable resistance element manufacturing method of the present invention, the film thickness of the conductive film formed in the upper layer of the bottom surface of the opening is the same as that of the conductive film deposited in the region other than the opening. Since it is configured to be thicker than the film thickness, the conductive film is oxidized from the exposed surface by an oxidation process, so that the opening of the conductive film deposited in the region other than the opening is completely oxidized. An unoxidized conductive film corresponding to the depth of the opening remains in the portion. That is, the conductive film deposited in the region other than the opening is completely oxidized, and an oxidation process is performed under the condition that the unoxidized conductive film remains in the opening. Can be divided into two conductive films (electrodes) remaining in each opening and a variable resistor. Thereby, a variable resistance element can be manufactured without exposing the interface of a variable resistor and each electrode to atmosphere or air | atmosphere.

又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第2の特徴に加えて、前記導電膜堆積工程で堆積される前記導電膜が、一部に他より膜厚の薄い局部薄膜領域を有する堆積形状となるよう、前記導電膜堆積工程前に、予め前記導電膜の下地層に対して所定の導電膜堆積前処理を実行することを第6の特徴とする。   In addition to the second feature described above, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention may include a local thin film region in which the conductive film deposited in the conductive film deposition step is partially thinner than others. A sixth feature is that a predetermined pre-conductive film deposition pretreatment is performed on the underlying layer of the conductive film in advance before the conductive film deposition step so as to obtain a deposited shape.

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、導電膜堆積前処理を施した後に導電膜堆積工程を施すため、導電膜堆積工程後に堆積される導電膜は一部に他よりも膜厚の薄い局部薄膜領域が形成される。従って、酸化工程において、当該局部薄膜領域に対し、当該局部薄膜領域が有する膜厚分を酸化して可変抵抗体に変化させることで、導電膜堆積工程によって堆積された一の導電膜を当該可変抵抗体によって2つの導電領域(電極)に分断することができる。これにより、可変抵抗体と各電極との界面を雰囲気或いは大気暴露させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   According to the sixth aspect of the variable resistance element manufacturing method of the present invention, since the conductive film deposition step is performed after the conductive film deposition pretreatment, a part of the conductive film deposited after the conductive film deposition step is performed. In addition, a local thin film region having a thinner film thickness is formed. Accordingly, in the oxidation process, the film thickness of the local thin film region is oxidized with respect to the local thin film region and changed into a variable resistor, so that one conductive film deposited by the conductive film deposition step can be changed. The resistor can be divided into two conductive regions (electrodes). Thereby, a variable resistance element can be manufactured without exposing the interface of a variable resistor and each electrode to atmosphere or air | atmosphere.

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、前記導電膜堆積前処理が、半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、前記第1層間絶縁膜の所定領域に下方へ進むほど開口面積が狭くなるテーパ形状の開口部を形成する開口部形成工程と、を有し、前記導電膜堆積工程が、前記開口部の内部を完全には充填しないように前記導電膜を全面に堆積し、前記開口部の内側側壁の少なくとも一部に前記局部薄膜領域を形成する工程であり、前記酸化工程が、前記導電膜を露出面側から酸化することで前記可変抵抗体を形成すると共に、少なくとも前記局部薄膜領域を酸化させることで、酸化されて前記可変抵抗体に変化した前記局部薄膜領域によって前記開口部の底面側に形成されている前記導電膜と前記局部薄膜領域より上側の領域に形成されている前記導電膜とを分断し、前記第1電極及び前記第2電極を形成する工程であることを第7の特徴とする。   In addition to the sixth feature, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention includes a first insulating film deposition step in which the conductive film deposition pretreatment includes depositing a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate. An opening forming step of forming a tapered opening in which the opening area becomes narrower toward a predetermined region of the first interlayer insulating film, and the conductive film deposition step includes an inside of the opening. And depositing the conductive film on the entire surface so as not to completely fill, and forming the local thin film region on at least a part of the inner side wall of the opening, wherein the oxidation step exposes the conductive film The variable resistor is formed by oxidizing from the side, and at least the local thin film region is oxidized, and is formed on the bottom surface side of the opening by the local thin film region that is oxidized and changed into the variable resistor. The conductive film The divided and the conductive film from a local thin film region is formed in the upper region, and seventh feature that the step of forming the first electrode and the second electrode.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第7の特徴によれば、導電膜堆積前において開口部がテーパ形状に加工されているため、導電膜堆積工程において堆積される導電膜が開口部の内側側壁の傾斜部分において局部薄膜領域を形成する。従って、酸化工程において、当該局部薄膜領域に対し、当該局部薄膜領域が有する膜厚分を酸化して可変抵抗体に変化させることで、導電膜堆積工程によって堆積された一の導電膜を当該可変抵抗体によって2つの導電領域(電極)に分断することができる。これにより、可変抵抗体と各電極との界面を雰囲気或いは大気暴露させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   According to the seventh feature of the variable resistance element manufacturing method of the present invention, since the opening is processed into a tapered shape before the conductive film is deposited, the conductive film deposited in the conductive film deposition step is the opening. A local thin film region is formed in the inclined portion of the inner side wall of the. Accordingly, in the oxidation process, the film thickness of the local thin film region is oxidized with respect to the local thin film region and changed into a variable resistor, so that one conductive film deposited by the conductive film deposition step can be changed. The resistor can be divided into two conductive regions (electrodes). Thereby, a variable resistance element can be manufactured without exposing the interface of a variable resistor and each electrode to atmosphere or air | atmosphere.

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、前記導電膜堆積前処理が、半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、前記第1層間絶縁膜の所定領域に開口部を形成する開口部形成工程と、前記開口部の側壁面内に下方に進むほど幅広となるサイドウォール絶縁膜を形成するサイドウォール絶縁膜形成工程と、を有し、前記導電膜堆積工程が、前記開口部の内部を完全には充填しないように導電膜を全面に堆積し、前記サイドウォール絶縁膜の外側側壁の少なくとも一部に前記局部薄膜領域を形成する工程であり、前記酸化工程が、前記導電膜を露出面側から酸化することで前記可変抵抗体を形成すると共に、少なくとも前記局部薄膜領域を酸化させることで、酸化されて前記可変抵抗体に変化した前記局部薄膜領域によって前記開口部の底面側に形成されている前記導電膜と前記局部薄膜領域より上側の領域に形成されている前記導電膜とを分断し、前記第1電極及び前記第2電極を形成する工程であることを第8の特徴とする。   In addition to the sixth feature, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention includes a first insulating film deposition step in which the conductive film deposition pretreatment includes depositing a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate. An opening forming step for forming an opening in a predetermined region of the first interlayer insulating film, and a sidewall insulating film forming step for forming a sidewall insulating film that becomes wider as it goes downward in the side wall surface of the opening. And the conductive film deposition step deposits a conductive film on the entire surface so as not to completely fill the inside of the opening, and the local thin film is formed on at least a part of the outer side wall of the sidewall insulating film. A step of forming a region, wherein the oxidation step oxidizes the conductive film from the exposed surface side to form the variable resistor and at least oxidizes the local thin film region to oxidize the variable film. Turn into a resistor The local thin film region separates the conductive film formed on the bottom surface side of the opening from the conductive film formed in the region above the local thin film region, and the first electrode and the second An eighth feature is that it is a step of forming an electrode.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第8の特徴によれば、導電膜堆積前において開口部側壁面内に前記開口部の側壁面内に下方に進むほど幅広となるサイドウォール絶縁膜が形成されているため、導電膜堆積工程において堆積される導電膜が当該サイドウォール絶縁膜の外側側壁の傾斜部分において局部薄膜領域を形成する。従って、酸化工程において、当該局部薄膜領域に対し、当該局部薄膜領域が有する膜厚分を酸化して可変抵抗体に変化させることで、導電膜堆積工程によって堆積された一の導電膜を当該可変抵抗体によって2つの導電領域(電極)に分断することができる。これにより、可変抵抗体と各電極との界面を雰囲気或いは大気暴露させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   According to the eighth feature of the method of manufacturing a variable resistance element according to the present invention, the sidewall insulating film becomes wider in the side wall surface of the opening before being deposited on the conductive film, and becomes wider as it goes down into the side wall surface of the opening. Therefore, the conductive film deposited in the conductive film deposition step forms a local thin film region in the inclined portion of the outer side wall of the sidewall insulating film. Accordingly, in the oxidation process, the film thickness of the local thin film region is oxidized with respect to the local thin film region and changed into a variable resistor, so that one conductive film deposited by the conductive film deposition step can be changed. The resistor can be divided into two conductive regions (electrodes). Thereby, a variable resistance element can be manufactured without exposing the interface of a variable resistor and each electrode to atmosphere or air | atmosphere.

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、前記導電膜堆積前処理が、隣接する上面の高さ位置が相異なる段差部領域を一部に有する第1層間絶縁膜を半導体基板上に堆積する第1絶縁膜堆積工程を有し、前記導電膜堆積工程が、前記段差部領域を含む全面に前記導電膜を堆積することで、当該段差部領域を構成する上段面及び下段面を連結する側壁部分と前記下段面の交わる角部に近付くほど膜厚が薄くなる形状の前記局部薄膜領域を有する前記導電膜を形成する工程であり、前記酸化工程が、前記導電膜を露出面側から酸化することで前記可変抵抗体を形成すると共に、少なくとも前記局部薄膜領域を酸化させることで、酸化されて前記可変抵抗体に変化した前記局部薄膜領域によって前記上段面に堆積されている前記導電膜と前記下段面に堆積されている前記導電膜とを分断し、前記第1電極及び前記第2電極を形成する工程であることを第9の特徴とする。   In addition to the sixth feature described above, the method for manufacturing a variable resistance element according to the present invention includes the step of pre-depositing the conductive film, wherein the conductive film deposition pretreatment includes a part of stepped regions having different height positions of adjacent upper surfaces. A first insulating film deposition step of depositing an interlayer insulating film on the semiconductor substrate, wherein the conductive film deposition step deposits the conductive film on the entire surface including the stepped portion region, thereby forming the stepped portion region A step of forming the conductive film having the local thin film region having a shape in which the film thickness becomes thinner as approaching a corner portion where the upper step surface and the lower step surface are configured and a corner portion where the lower step surface intersects, and the oxidation step The conductive film is oxidized from the exposed surface side to form the variable resistor, and at least the local thin film region is oxidized to be oxidized and changed to the variable resistor by the local thin film region. Deposited on the surface The conductive film and divided and the conductive film is deposited on the lower surface, and ninth feature of said a first electrode and forming a second electrode are.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第9の特徴によれば、導電膜堆積前において隣接する上面の高さ位置が相異なる段差部領域を一部に有する第1層間絶縁膜が形成されているため、導電膜堆積工程において堆積される導電膜が、第1層間絶縁膜の段差部領域において、当該段差部領域を構成する上段面及び下段面を連結する側壁部分と前記下段面の交わる角部に近付くほど膜厚が薄くなる形状の前記局部薄膜領域を形成する。従って、酸化工程において、当該局部薄膜領域に対し、当該局部薄膜領域が有する膜厚分を酸化して可変抵抗体に変化させることで、導電膜堆積工程によって堆積された一の導電膜を当該可変抵抗体によって2つの導電領域(電極)に分断することができる。これにより、可変抵抗体と各電極との界面を雰囲気或いは大気暴露させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   According to the ninth feature of the variable resistance element manufacturing method of the present invention, the first interlayer insulating film having a part of the stepped portion where the height positions of the adjacent upper surfaces are different before the conductive film is deposited is formed. Therefore, the conductive film deposited in the conductive film deposition step is formed in the step portion region of the first interlayer insulating film between the side wall portion connecting the upper step surface and the lower step surface constituting the step portion region and the lower step surface. The local thin film region is formed in such a shape that the film thickness becomes thinner as approaching the intersecting corner. Accordingly, in the oxidation process, the film thickness of the local thin film region is oxidized with respect to the local thin film region and changed into a variable resistor, so that one conductive film deposited by the conductive film deposition step can be changed. The resistor can be divided into two conductive regions (electrodes). Thereby, a variable resistance element can be manufactured without exposing the interface of a variable resistor and each electrode to atmosphere or air | atmosphere.

尚、このとき、予め段差部領域が形成されている下地層に対して第1層間絶縁膜を堆積することで第1層間絶縁膜に対して段差部を設けるものとすることができる。この場合、第1絶縁膜堆積工程を段差被覆性の悪いプラズマCVD法を用いて行うのが好適である。これにより、段差部領域では下断面から上段面に行くほど外側に突出する形状を有する第1層間絶縁膜を形成し易くなる。   At this time, the step portion can be provided on the first interlayer insulating film by depositing the first interlayer insulating film on the base layer on which the step portion region is previously formed. In this case, it is preferable to perform the first insulating film deposition step by using a plasma CVD method with poor step coverage. Thereby, in the stepped region, it becomes easier to form the first interlayer insulating film having a shape protruding outward as it goes from the lower section to the upper stepped surface.

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、前記導電膜堆積前処理が、上層方向に行くほど膜密度が高くなるように第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、所定領域以外の前記第1層間絶縁膜を剥離することで隣接する上面の高さ位置が相異なる段差部領域を形成すると共に、当該段差部領域を構成する上段面と下段面とを連結する側壁部分を上層方向に行くほど外側に突出する逆テーパ形状とするパターニング工程と、を有し、前記導電膜堆積工程が、前記段差部領域を含む全面に前記導電膜を堆積することで、前記側壁部分と前記下段面の交わる角部に近付くほど膜厚が薄くなる楔形形状の前記局部薄膜領域を有する前記導電膜を形成する工程であり、前記酸化工程が、前記導電膜を露出面側から酸化することで前記可変抵抗体を形成すると共に、少なくとも前記局部薄膜領域を酸化させることで、酸化されて前記可変抵抗体に変化した前記局部薄膜領域によって前記上段面に堆積されている前記導電膜と前記下段面に堆積されている前記導電膜とを分断し、前記第1電極及び前記第2電極を形成する工程であることを第10の特徴とする。   In addition to the sixth feature, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention deposits the first interlayer insulating film so that the conductive film deposition pretreatment increases the film density toward the upper layer. Forming a stepped region having different height positions on adjacent upper surfaces by peeling off the first interlayer insulating film other than the predetermined region, and forming an upper step constituting the stepped region A patterning step in which a side wall portion connecting the surface and the lower step surface is formed in a reverse taper shape projecting outward as it goes in the upper layer direction, and the conductive film deposition step covers the entire surface including the step portion region. Depositing a film is a step of forming the conductive film having a wedge-shaped local thin film region whose thickness decreases as it approaches the corner portion where the side wall portion and the lower surface intersect, and the oxidation step includes From the exposed surface side of the conductive film The conductive film is deposited on the upper surface by the local thin film region that has been oxidized and changed into the variable resistor by forming at least the local thin film region by forming the variable resistor. And the conductive film deposited on the lower surface, and forming the first electrode and the second electrode, the tenth feature.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第10の特徴によれば、導電膜堆積前において上層方向に行くほど膜密度が高くなるように第1層間絶縁膜が形成されると共に、パターニング工程において上層方向に行くほど外側に突出する逆テーパ形状の段差部領域が形成されるため、導電膜堆積工程において堆積される導電膜が、この第1層間絶縁膜の段差部領域において、当該段差部領域を構成する上段面及び下段面を連結する側壁部分と前記下段面の交わる角部に近付くほど膜厚が薄くなる形状の前記局部薄膜領域を形成する。従って、酸化工程において、当該局部薄膜領域に対し、当該局部薄膜領域が有する膜厚分を酸化して可変抵抗体に変化させることで、導電膜堆積工程によって堆積された一の導電膜を当該可変抵抗体によって2つの導電領域(電極)に分断することができる。これにより、可変抵抗体と各電極との界面を雰囲気或いは大気暴露させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   According to the tenth feature of the method of manufacturing a variable resistance element according to the present invention, the first interlayer insulating film is formed so that the film density increases toward the upper layer before the conductive film is deposited, and the patterning step is performed. In this case, a stepped region having an inverted taper shape projecting outward as it goes in the upper layer direction is formed. Therefore, the conductive film deposited in the conductive film deposition step is the stepped portion in the stepped region of the first interlayer insulating film. The local thin film region is formed in such a shape that the film thickness becomes thinner as approaching a corner portion where the side wall portion connecting the upper and lower step surfaces constituting the region intersects the lower step surface. Accordingly, in the oxidation process, the film thickness of the local thin film region is oxidized with respect to the local thin film region and changed into a variable resistor, so that one conductive film deposited by the conductive film deposition step can be changed. The resistor can be divided into two conductive regions (electrodes). Thereby, a variable resistance element can be manufactured without exposing the interface of a variable resistor and each electrode to atmosphere or air | atmosphere.

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、前記第1絶縁膜堆積工程が、基板温度を連続的又は断続的に上昇させながら前記第1層間絶縁膜を堆積させる工程であることを第11の特徴とする。   In addition to the tenth feature, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention includes the first interlayer insulating film in which the first insulating film deposition step increases the substrate temperature continuously or intermittently. The eleventh feature is that the step of depositing is performed.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第11の特徴によれば、第1絶縁膜堆積工程において、上層部に行くほど膜密度が高くなる第1層間絶縁膜を成膜することができる。   According to the eleventh feature of the method for manufacturing a variable resistance element according to the present invention, in the first insulating film deposition step, the first interlayer insulating film whose film density increases toward the upper layer portion can be formed. .

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、前記パターニング工程が、ウェットエッチングによって行われることを第12の特徴とする。   In addition to the tenth or eleventh feature, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention has a twelfth feature that the patterning step is performed by wet etching.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第12の特徴によれば、膜密度の高い上層部に比して膜密度の低い下層部に行くほど第1層間絶縁膜がエッチング除去され、これによって上層方向に行くほど外側に突出する逆テーパ形状の段差部領域を形成することができる。   According to the twelfth feature of the variable resistance element manufacturing method of the present invention, the first interlayer insulating film is etched away toward the lower layer portion having a lower film density than the upper layer portion having a higher film density. Therefore, a stepped region having an inversely tapered shape that protrudes outward as it goes in the upper layer direction can be formed.

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、前記導電膜堆積前処理が、半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、前記第1層間絶縁膜の上面に前記第1層間絶縁膜よりエッチングレートの遅い第2層間絶縁膜を堆積する第2絶縁膜堆積工程と、所定領域以外の前記第1及び第2層間絶縁膜を剥離することで隣接する上面の高さ位置が相異なる段差部領域を形成すると共に、当該段差部領域を構成する上段面と下段面とを連結する側壁部分を、前記第2層間絶縁膜で構成されている領域が前記第1層間絶縁膜で構成されている領域よりも外側に突出する逆階段形状とするパターニング工程と、を有し、前記導電膜堆積工程が、前記段差部領域を含む全面に前記導電膜を堆積することで、前記側壁部分と前記下段面の交わる角部に近付くほど膜厚が薄くなる楔形形状の前記局部薄膜領域を有する前記導電膜を形成する工程であり、前記酸化工程が、前記導電膜を露出面側から酸化することで前記可変抵抗体を形成すると共に、少なくとも前記局部薄膜領域を酸化させることで、酸化されて前記可変抵抗体に変化した前記上段面に堆積されている前記導電膜と前記下段面に堆積されている前記導電膜とを分断し、前記第1電極及び前記第2電極を形成する工程であることを第13の特徴とする。   In addition to the sixth feature, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention includes a first insulating film deposition step in which the conductive film deposition pretreatment includes depositing a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate. A second insulating film deposition step of depositing a second interlayer insulating film having an etching rate slower than that of the first interlayer insulating film on the upper surface of the first interlayer insulating film; and the first and second interlayer insulating films other than the predetermined region By forming the stepped region where the height positions of the adjacent upper surfaces are different, the side wall portion connecting the upper step surface and the lower step surface constituting the stepped portion region is formed by the second interlayer insulating film. A patterning step in which the configured region protrudes outward from the region configured by the first interlayer insulating film, and the conductive film deposition step includes the stepped region. By depositing the conductive film on the entire surface, A step of forming the conductive film having the wedge-shaped local thin film region whose thickness becomes thinner as approaching a corner portion where the wall portion and the lower surface intersect, wherein the oxidation step is performed by removing the conductive film from the exposed surface side. The variable resistor is formed by oxidation, and at least the local thin film region is oxidized to oxidize and change to the variable resistor, and the conductive film deposited on the upper surface and the lower surface A thirteenth feature is a step of separating the deposited conductive film to form the first electrode and the second electrode.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第13の特徴によれば、導電膜堆積前において第1層間絶縁膜、並びに前記第1層間絶縁膜よりもエッチングレートの遅い第2層間絶縁膜を堆積すると共に、パターニング工程において下層となる第1層間絶縁膜が上層となる第2層間絶縁膜よりもエッチング除去される結果、上層となる第2層間絶縁膜の方が外側に突出している逆階段形状の段差部領域が形成される。そして、かかる段差部領域の形成後に導電膜の堆積が行われることで、段差部領域の上層部(第2層間絶縁膜の側壁)外側に堆積される膜厚と比較して下層部(第1層間絶縁膜の側壁)外側に堆積される膜厚が薄くなるように導電膜を成膜することができ、この結果、第1層間絶縁膜外側側壁において前記局部薄膜領域を形成することができる。従って、酸化工程において、当該局部薄膜領域に対し、当該局部薄膜領域が有する膜厚分を酸化して可変抵抗体に変化させることで、導電膜堆積工程によって堆積された一の導電膜を当該可変抵抗体によって2つの導電領域(電極)に分断することができる。これにより、可変抵抗体と各電極との界面を雰囲気或いは大気暴露させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   According to the thirteenth feature of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film having an etching rate slower than that of the first interlayer insulating film are deposited before the conductive film is deposited. In the patterning step, the first interlayer insulating film serving as the lower layer is etched away from the second interlayer insulating film serving as the upper layer, and as a result, the second interlayer insulating film serving as the upper layer protrudes outward. A stepped region having a shape is formed. Then, by depositing the conductive film after the formation of the stepped portion region, the lower layer portion (the first portion is compared with the film thickness deposited outside the upper layer portion (side wall of the second interlayer insulating film) of the stepped portion region. The conductive film can be formed so that the film thickness deposited on the outside (side wall of the interlayer insulating film) becomes thin, and as a result, the local thin film region can be formed on the outer side wall of the first interlayer insulating film. Accordingly, in the oxidation process, the film thickness of the local thin film region is oxidized with respect to the local thin film region and changed into a variable resistor, so that one conductive film deposited by the conductive film deposition step can be changed. The resistor can be divided into two conductive regions (electrodes). Thereby, a variable resistance element can be manufactured without exposing the interface of a variable resistor and each electrode to atmosphere or air | atmosphere.

又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第13の特徴に加えて、前記第1絶縁膜堆積工程が、SiO膜を堆積する工程であり、前記第2絶縁膜堆積工程が、SiN膜を堆積する工程であり、前記パターニング工程が、HF薬液によるウェットエッチングによって行われることを第14の特徴とする。 In the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, in addition to the thirteenth feature, the first insulating film deposition step is a step of depositing a SiO 2 film, and the second insulating film deposition step is The SiN film is deposited, and the patterning step is performed by wet etching using an HF chemical solution according to a fourteenth feature.

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、SiN膜がSiO膜に比してHFによるウェットエッチングレートが遅いため、パターニング工程によって、下層となるSiO膜よりも上層となるSiN膜の方が外側に突出している逆階段形状の段差部領域を形成することができる。 According to the fourteenth feature of the variable resistance element manufacturing method of the present invention, since the SiN film has a slower wet etching rate by HF than the SiO 2 film, the patterning step causes the lower resistance than the lower SiO 2 film. In addition, a stepped region having an inverted staircase shape in which the upper SiN film protrudes outward can be formed.

又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第6〜第14の何れか一の特徴に加えて、前記酸化工程終了後に、前記可変抵抗体の上面を覆うように酸化防止絶縁膜を堆積する酸化防止絶縁膜堆積工程を有し、前記酸化防止絶縁膜堆積工程終了後に、前記酸化防止絶縁膜、前記可変抵抗体、及び前記導電膜に対してパターニング処理を行うパターニング工程を有することを第15の特徴とする。   In addition to the feature of any one of the sixth to fourteenth aspects, the method for manufacturing a variable resistance element according to the present invention includes an antioxidant insulating film so as to cover the upper surface of the variable resistor after the oxidation step. An anti-oxidation insulating film deposition step for depositing, and after the anti-oxidation insulating film deposition step, a patterning step for performing a patterning process on the anti-oxidation insulating film, the variable resistor, and the conductive film. Is the fifteenth feature.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第15の特徴によれば、可変抵抗体に対するパターニング処理を行う際に、レジストアッシング処理等による可変抵抗体への酸化の影響を防止することができ、前記可変抵抗体の特性を劣化させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   According to the fifteenth feature of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, it is possible to prevent the influence of oxidation on the variable resistor due to the resist ashing process or the like when the patterning process is performed on the variable resistor. A variable resistance element can be manufactured without degrading the characteristics of the variable resistor.

又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第15の特徴に加えて、前記酸化防止絶縁膜が窒素もしくは炭素を含む絶縁膜であることを第16の特徴とする。   In addition to the fifteenth feature, the variable resistance element manufacturing method according to the present invention has a sixteenth feature in which the antioxidant insulating film is an insulating film containing nitrogen or carbon.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第16の特徴によれば、前記第1及び第2電極、並びに可変抵抗体のパターン形成後の酸化の影響を防止することができ、前記可変抵抗体の特性を劣化させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   According to the sixteenth feature of the method for manufacturing a variable resistance element according to the present invention, the influence of oxidation after patterning of the first and second electrodes and the variable resistor can be prevented, and the variable resistor A variable resistance element can be manufactured without deteriorating the characteristics of the body.

又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第6〜第16の何れか一の特徴に加えて、前記導電膜堆積工程が、指向性スパッタ成膜法によって前記導電膜を堆積する工程であることを第17の特徴とする。   Further, in the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, in addition to any of the sixth to sixteenth features, the conductive film deposition step deposits the conductive film by a directional sputtering film forming method. The seventeenth feature is that it is a process.

又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第6〜第16の何れか一の特徴に加えて、前記導電膜堆積工程が、CVD成膜とスパッタ成膜の積層法によって前記導電膜を堆積する工程であることを第18の特徴とする。   Further, in the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, in addition to any one of the sixth to sixteenth features, the conductive film deposition step is performed by using a lamination method of CVD film formation and sputter film formation. An eighteenth feature is that it is a step of depositing a film.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第17又は第18の特徴によれば、段差部領域の側壁部分に堆積される導電膜の膜厚と第1層間絶縁膜の上層に堆積される導電膜の膜厚との間に格差を設け、局部薄膜領域の膜厚を他の領域と比較して十分に薄くすることができる。従って、酸化工程によって局部薄膜領域に形成される可変抵抗体によって容易に導電膜を2つの領域(第1電極と第2電極)に分断することができる。   According to the seventeenth or eighteenth feature of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention, the conductive film deposited on the side wall of the step region and the first interlayer insulating film are deposited on the upper layer. A difference is provided between the thickness of the conductive film and the thickness of the local thin film region can be sufficiently reduced as compared with other regions. Therefore, the conductive film can be easily divided into two regions (first electrode and second electrode) by the variable resistor formed in the local thin film region by the oxidation process.

又、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記第1〜第18の何れか一の特徴に加えて、前記導電膜は窒化チタンであることを第19の特徴とする。   The variable resistance element manufacturing method according to the present invention is characterized in that, in addition to any one of the first to eighteenth features, the conductive film is titanium nitride.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記第19の特徴によれば、酸化工程によって、印加される電圧に応じて抵抗値を変化可能な可変抵抗体としての性質を示す酸窒化チタン、或いは酸化チタンが形成されるため、窒化チタンを第1及び第2電極とし、これら両電極に狭持される酸化チタン或いは酸窒化チタンを可変抵抗体とする安定的なスイッチング特性を示す可変抵抗素子を実現することができる。   According to the nineteenth feature of the method of manufacturing a variable resistance element according to the present invention, titanium oxynitride showing properties as a variable resistor capable of changing a resistance value according to an applied voltage by an oxidation process, or Since titanium oxide is formed, a variable resistance element exhibiting stable switching characteristics using titanium nitride as the first and second electrodes and titanium oxide or titanium oxynitride sandwiched between these electrodes as a variable resistor is provided. Can be realized.

尚、前記導電膜は、窒化チタン以外にも、Cu、Ni,V、Zn、Nb、Ti、W、Co等の遷移金属又はこれら遷移金属の窒化物で構成されるものとしても良い。この場合、可変抵抗体は、用いられた遷移金属或いは遷移金属の窒化物が酸化されることで生成される金属酸化物又は金属酸窒化物で構成される。   In addition to the titanium nitride, the conductive film may be made of a transition metal such as Cu, Ni, V, Zn, Nb, Ti, W, Co, or a nitride of these transition metals. In this case, the variable resistor is made of a metal oxide or metal oxynitride generated by oxidation of the transition metal or transition metal nitride used.

本発明の構成によれば、可変抵抗体と第1電極の界面、並びに可変抵抗体と第2電極の界面が大気或いは雰囲気に暴露されていないため、製造プロセス過程で当該界面にパーティクルや自然酸化物等が付着することがなく、接触抵抗が安定化される。これにより、同一ウェハ内の各メモリセル間、並びに異なるウェハ間においても接触抵抗が安定化される結果、安定したスイッチング特性を示す不揮発性半導体記憶装置の実現が可能となる。   According to the configuration of the present invention, the interface between the variable resistor and the first electrode and the interface between the variable resistor and the second electrode are not exposed to the atmosphere or atmosphere. No object or the like adheres and the contact resistance is stabilized. As a result, the contact resistance is stabilized between memory cells in the same wafer as well as between different wafers. As a result, a nonvolatile semiconductor memory device exhibiting stable switching characteristics can be realized.

以下において、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法(以下、適宜「本発明方法」と記載)の各実施形態について図面を参照して説明する。尚、本発明方法によって製造された可変抵抗素子は、従来の不揮発性半導体メモリが備える可変抵抗素子と同様、2つの電極(以下では夫々を「第1電極」及び「第2電極」と称する)と、これら2つの電極の間に狭持されてなる可変抵抗体を備えて構成される。そして、第1電極と第2電極との間に電圧パルスが印加されることで抵抗値を可逆的に変化させ、変化後の可変抵抗素子の抵抗値を読み出すことによって、この読み出された抵抗値に関連付けられている記憶状態(書き込み状態、消去状態)を認識可能に構成されている。   Embodiments of a variable resistance element manufacturing method according to the present invention (hereinafter referred to as “the present invention method” where appropriate) will be described below with reference to the drawings. In addition, the variable resistance element manufactured by the method of the present invention has two electrodes (hereinafter referred to as “first electrode” and “second electrode”), similarly to the variable resistance element included in the conventional nonvolatile semiconductor memory. And a variable resistor sandwiched between these two electrodes. Then, by applying a voltage pulse between the first electrode and the second electrode, the resistance value is reversibly changed, and the resistance value of the variable resistance element after the change is read, thereby the read resistance. The storage state (write state, erase state) associated with the value can be recognized.

[第1実施形態]
本発明方法の第1実施形態(以下、適宜「本実施形態」と記載)について、図1及び図2の各図を参照して説明を行う。図1は、本実施形態において、半導体装置を製造する際の各工程における概略断面図を模式的に示したものであり、工程毎に図1(a)〜図1(g)に分けて図示している。又、図2は本実施形態の製造工程をフローチャートにしたものであり、以下の文中の各ステップは図2に示されるフローチャートの各ステップを表すものとする。
[First Embodiment]
A first embodiment of the method of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 schematically shows a schematic cross-sectional view in each process when manufacturing a semiconductor device in the present embodiment, and is divided into FIGS. 1A to 1G for each process. Show. FIG. 2 is a flowchart of the manufacturing process of the present embodiment, and each step in the following sentence represents each step of the flowchart shown in FIG.

尚、図1に示される概略断面図の他、本実施形態及び後述する各実施形態において説明のために参照する各概略構造図はあくまで模式的に図示されたものであり、実際の構造の寸法の縮尺と図面の縮尺とは必ずしも一致するものではない。又、各工程で堆積される各膜の膜厚の数値はあくまで一例であって、この値に限定されるものではない。以下の各実施形態においても同様とする。   In addition to the schematic cross-sectional view shown in FIG. 1, each schematic structural diagram referred to for explanation in the present embodiment and each of the embodiments described later is merely schematically illustrated, and the dimensions of the actual structure The scale of FIG. 1 does not necessarily match the scale of the drawing. In addition, the numerical value of the film thickness of each film deposited in each process is merely an example, and is not limited to this value. The same applies to the following embodiments.

まず、図1(a)に示すように、トランジスタ回路等(図示せず)を適宜形成した半導体基板11上に導電性薄膜の一例としてのTiN膜14をスパッタ法にて100nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#11)。   First, as shown in FIG. 1A, a TiN film 14 as an example of a conductive thin film is formed on a whole surface with a thickness of 100 nm by a sputtering method on a semiconductor substrate 11 on which a transistor circuit or the like (not shown) is appropriately formed. Deposit (Step # 11).

次に、図1(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクとして、公知のエッチング技術によってTiN膜14をパターニングする(ステップ#12)。   Next, as shown in FIG. 1B, the TiN film 14 is patterned by a known etching technique using a resist formed by a known photolithography technique as a mask (step # 12).

次に、図1(c)に示すように、TiN膜14上にSiO膜(第1層間絶縁膜)13をCVD法にて300nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#13)。 Next, as shown in FIG. 1C, a SiO 2 film (first interlayer insulating film) 13 is deposited on the entire surface of the TiN film 14 to a thickness of 300 nm by the CVD method (step # 13).

次に、図1(d)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクとして、公知のエッチング技術によって可変抵抗体として機能すべき局所領域のTiN膜14の上面を露出させるように第1層間絶縁膜13を開口し、開口部15を形成する(ステップ#14)。   Next, as shown in FIG. 1D, the upper surface of the TiN film 14 in a local region that should function as a variable resistor is exposed by a known etching technique using a resist formed by a known photolithography technique as a mask. Then, the first interlayer insulating film 13 is opened, and the opening 15 is formed (step # 14).

次に、図1(e)に示すように、公知のエッチング技術によって、開口部15の下部領域に位置するTiN膜14を所定の厚みまで薄膜化する(ステップ#15)。   Next, as shown in FIG. 1E, the TiN film 14 located in the lower region of the opening 15 is thinned to a predetermined thickness by a known etching technique (step # 15).

次に、図1(f)に示すように、例えば、酸素を含む250〜450℃の雰囲気下で熱酸化することにより、第1層間絶縁膜13で覆われていない開口部15の外周部分のTiN膜14を酸化させて、可変抵抗体の一例としてのTiO膜16(以下、適宜「可変抵抗体膜16」と記載)を形成する(ステップ#16)。このとき、露出されている開口部15の外周領域に位置するTiN膜14の表面から開口部15に対して離れる方向に(下方向及び開口部15から見て外側方向)向けて熱酸化が進行する。下方向に進行するこの熱酸化が、半導体基板11上面とTiN膜14との界面位置まで到達することで、開口部15の下部領域(及びその周辺部)に位置するTiN膜14は可変抵抗体膜16に変化する。そして、この可変抵抗体膜16によってTiN膜14が一方の電極(第1電極)14aと他方の電極(第2電極)14bとに分離される。 Next, as shown in FIG. 1F, the outer peripheral portion of the opening 15 that is not covered with the first interlayer insulating film 13 is thermally oxidized, for example, in an atmosphere containing oxygen at 250 to 450 ° C. The TiN film 14 is oxidized to form a TiO 2 film 16 (hereinafter referred to as “variable resistor film 16” as appropriate) as an example of a variable resistor (step # 16). At this time, thermal oxidation proceeds in a direction away from the surface of the TiN film 14 located in the outer peripheral region of the exposed opening 15 with respect to the opening 15 (downward and outward as viewed from the opening 15). To do. When this thermal oxidation progressing downward reaches the interface position between the upper surface of the semiconductor substrate 11 and the TiN film 14, the TiN film 14 located in the lower region (and the periphery thereof) of the opening 15 becomes a variable resistor. Changes to film 16. The variable resistor film 16 separates the TiN film 14 into one electrode (first electrode) 14a and the other electrode (second electrode) 14b.

次に、図1(g)に示すように、SiO等の保護用層間絶縁膜17をCVD法にて700nm堆積し、公知のCMP法等による平坦化技術で平坦化する(ステップ#17)。 Next, as shown in FIG. 1G, a protective interlayer insulating film 17 such as SiO 2 is deposited to 700 nm by the CVD method, and is flattened by a flattening technique such as a known CMP method (step # 17). .

本発明方法によれば、可変抵抗体膜16は、TiN膜14を酸化させることで形成される。そして、当該可変抵抗体膜16が形成される結果、TiN膜14が2つの部分(第1電極14aと第2電極14b)とに分断され、これによって2つの電極間に可変抵抗体16が狭持されてなる可変抵抗素子(本発明素子)が形成される。即ち、両電極14a及び14b、並びに可変抵抗体膜16は、元々は同一の工程(ステップ#11)で積層された同一のTiN膜14であり、両電極14a及び14bと可変抵抗体膜16との界面がガスや大気等に晒されることがないため、従来方法のように成膜プロセスにおける雰囲気の影響を受けて接触抵抗にバラツキが生じるということがない。従って、本発明方法によれば、同一ウェハ内の各メモリセル間、並びに異なるウェハ間において接触抵抗を安定化させることができるため、可変抵抗体膜16の両端にかかる電圧を均一化することができ、安定したスイッチング動作を有する可変抵抗素子を再現良く形成できる。   According to the method of the present invention, the variable resistor film 16 is formed by oxidizing the TiN film 14. As a result of the formation of the variable resistor film 16, the TiN film 14 is divided into two parts (first electrode 14a and second electrode 14b), whereby the variable resistor 16 is narrowed between the two electrodes. A variable resistance element (present invention element) is formed. That is, both the electrodes 14a and 14b and the variable resistor film 16 are originally the same TiN film 14 laminated in the same process (step # 11), and both the electrodes 14a and 14b, the variable resistor film 16 and Therefore, the contact resistance does not vary under the influence of the atmosphere in the film forming process unlike the conventional method. Therefore, according to the method of the present invention, the contact resistance can be stabilized between the memory cells in the same wafer and between different wafers, so that the voltage applied to both ends of the variable resistor film 16 can be made uniform. Thus, a variable resistance element having a stable switching operation can be formed with good reproducibility.

更に、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積を、従来技術ではフォトリソグラフィ技術による加工可能面積で制約されていた面積よりも簡単な方法で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可変抵抗素子を再現性良く、且つ低コストで形成できる。尚、上記の効果は、後述する第2〜第7の各実施形態においても同様に奏することができる。   Furthermore, the area of the electrically contributing region of the variable resistor can be reduced by a simpler method than the area limited by the lithographic processable area in the prior art. Current consumption can be reduced, and a variable resistance element having a stable switching operation that does not cause write failure due to low resistance can be formed with good reproducibility and at low cost. In addition, said effect can be show | played similarly also in each 2nd-7th embodiment mentioned later.

尚、上記ステップ#15において、開口部15の下部領域に位置するTiN膜14を所定の厚みまで薄くする工程を行った。当該工程は、可変抵抗体の電気的に寄与する領域の面積を小さくすることで消費電流を抑制し、書込不能とならない安定したスイッチング動作が可能なメモリセルを再現性良く実現させるために好ましい工程であるが、本発明素子を製造するプロセスとして必ずしも必要であるというものではない。後述する第4実施形態では、可変抵抗体の膜厚を変化させてメモリセルのスイッチング特性を比較した実験結果を示し、可変抵抗体の膜厚が薄いほど安定したスイッチング動作が可能になることを明らかにする。又、このステップ#15に係る薄膜化工程を施すことによって、ステップ#16において第1電極14a及び第2電極14bを形成可能に酸化するために要する酸化時間の短縮化が可能となるという効果もある。   In step # 15, a process of thinning the TiN film 14 located in the lower region of the opening 15 to a predetermined thickness was performed. This step is preferable for reducing the current consumption by reducing the area of the electrically contributing region of the variable resistor, and realizing a memory cell capable of stable switching operation that does not become unwritable with good reproducibility. Although it is a process, it is not necessarily required as a process for producing the element of the present invention. In a fourth embodiment to be described later, an experimental result in which the switching characteristics of the memory cells are compared by changing the film thickness of the variable resistor is shown. The thinner the variable resistor, the more stable switching operation becomes possible. To clarify. In addition, by performing the thinning process according to step # 15, it is possible to shorten the oxidation time required to oxidize the first electrode 14a and the second electrode 14b in step # 16. is there.

又、ステップ#13で堆積された第1層間絶縁膜13、並びにステップ#17で堆積された保護用層間絶縁膜17を何れもSiO膜としたが、これらの層間絶縁膜はSiO膜に限られたものではなく、SiN膜、SiON膜、SiOF膜、SiOC膜等の耐酸化性を有する任意の適切な絶縁膜を用いることが可能である。又、第1層間絶縁膜13と保護用層間絶縁膜17とが異なる材料の絶縁膜で構成されるものとしても良い。以下の第2〜第6実施形態においても同様とする。 The first interlayer insulating film 13 deposited in step # 13 and the protective interlayer insulating film 17 deposited in step # 17 are both SiO 2 films. These interlayer insulating films are made of SiO 2 films. Any suitable insulating film having oxidation resistance, such as a SiN film, a SiON film, a SiOF film, or a SiOC film, can be used. The first interlayer insulating film 13 and the protective interlayer insulating film 17 may be formed of insulating films made of different materials. The same applies to the following second to sixth embodiments.

又、上記ステップ#11においてTiN膜14を成膜する下地となる半導体基板11はトランジスタ回路等が適宜形成されているものとしたが、必ずしも当該回路が形成されている必要はない。以下の各実施形態においても同様とする。   In step # 11, the semiconductor substrate 11 which is the base for forming the TiN film 14 is provided with a transistor circuit or the like as appropriate. However, the circuit is not necessarily formed. The same applies to the following embodiments.

又、ステップ#13及びステップ#17では、各層間絶縁膜をCVD法で堆積するものとしたが、パルス化レーザ堆積、rf−スパッタリング、電子ビーム蒸発、熱蒸発、スピンオン堆積等の任意の適切な堆積技術を用いて堆積することも可能である。以下の各実施形態においても、特に断らない限り同様とする。   In Step # 13 and Step # 17, each interlayer insulating film is deposited by the CVD method. However, any appropriate method such as pulsed laser deposition, rf-sputtering, electron beam evaporation, thermal evaporation, spin-on deposition, or the like is used. It is also possible to deposit using a deposition technique. The same applies to each of the following embodiments unless otherwise specified.

更に、第1電極14a及び第2電極14b夫々と電気的コンタクトを取るために形成されるメタル配線(図示せず)は、TiN膜14を堆積する前工程でも後工程でも適宜形成可能である。以下の各実施形態においても、特に断らない限り同様とする。   Furthermore, a metal wiring (not shown) formed for making electrical contact with each of the first electrode 14a and the second electrode 14b can be appropriately formed either before or after the TiN film 14 is deposited. The same applies to each of the following embodiments unless otherwise specified.

[第2実施形態]
本発明方法の第2実施形態(以下、適宜「本実施形態」と記載)について、図3及び図4の各図を参照して説明を行う。図3は、本実施形態において、半導体装置を製造する際の各工程における概略断面図を模式的に示したものであり、工程毎に図3(a)〜図3(g)に分けて図示している。又、図4は本実施形態の製造工程をフローチャートにしたものであり、以下の文中の各ステップは図4に示されるフローチャートの各ステップを表すものとする。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the method of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment” where appropriate) will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 schematically shows a schematic cross-sectional view in each process when manufacturing a semiconductor device in this embodiment, and is divided into FIGS. 3A to 3G for each process. Show. FIG. 4 is a flowchart of the manufacturing process of the present embodiment, and each step in the following sentence represents each step of the flowchart shown in FIG.

まず、図3(a)に示すように、トランジスタ回路等(図示せず)を適宜形成した半導体基板11上にSiO膜(第1層間絶縁膜)13をCVD法にて100nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#21)。 First, as shown in FIG. 3A, an SiO 2 film (first interlayer insulating film) 13 is formed on the entire surface of a semiconductor substrate 11 on which a transistor circuit or the like (not shown) is appropriately formed with a thickness of 100 nm by a CVD method. (Step # 21).

次に、図3(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって第1層間絶縁膜13をパターニングし、半導体基板11の上面を露出させるように開口部15a、15bを形成する(ステップ#22)。このとき、後の工程で形成される第1電極及び第2電極の形成予定位置を開口するものとし、第1電極形成予定位置(開口部15a)、及び第2電極形成予定位置(開口部15b)の両者に狭持される領域には第1層間絶縁膜13を残存させるものとする。以下では、両開口部15a及び15bに狭持される領域に存する第1層間絶縁膜13を「第1層間絶縁膜13a」と記載する。   Next, as shown in FIG. 3B, the first interlayer insulating film 13 is patterned by a known etching technique using a resist formed by a known photolithography technique as a mask so that the upper surface of the semiconductor substrate 11 is exposed. Openings 15a and 15b are formed in (step # 22). At this time, the formation position of the first electrode and the second electrode formed in a later process is opened, and the first electrode formation scheduled position (opening 15a) and the second electrode formation scheduled position (opening 15b). ), The first interlayer insulating film 13 is left in the region sandwiched between the two. Hereinafter, the first interlayer insulating film 13 existing in the region sandwiched between the openings 15a and 15b is referred to as a “first interlayer insulating film 13a”.

次に、図3(c)に示すように、半導体基板11上に導電性薄膜の一例としてのTiN膜14をスパッタ法にて、少なくともステップ#21で堆積した第1層間絶縁膜13の膜厚よりは大きい膜厚(例えば150nm)で全面に堆積する(ステップ#23)。これにより、開口部15内に堆積されるTiN膜14は、開口部15内を全て充填すると共にその周囲に堆積されている第1層間絶縁膜13の上面位置よりも高い位置にまで堆積されることとなる。   Next, as shown in FIG. 3C, the film thickness of the first interlayer insulating film 13 in which the TiN film 14 as an example of the conductive thin film is deposited on the semiconductor substrate 11 by the sputtering method at least in step # 21. A larger film thickness (for example, 150 nm) is deposited on the entire surface (step # 23). Thereby, the TiN film 14 deposited in the opening 15 is filled up to a position higher than the upper surface position of the first interlayer insulating film 13 which fills the entire opening 15 and is deposited around the opening 15. It will be.

次に、図3(d)に示すように、公知のCMP技術もしくはエッチング技術によって第1層間絶縁膜13の上面に形成されるTiN膜14が所定の厚みに達するまで薄くする(ステップ#24)。このとき、開口部15内及びその上部領域に堆積されているTiN膜14の膜厚が、第1層間絶縁膜13の上部領域に堆積されているTiN膜14の膜厚より薄くならないようにする。   Next, as shown in FIG. 3D, the TiN film 14 formed on the upper surface of the first interlayer insulating film 13 is thinned by a known CMP technique or etching technique until it reaches a predetermined thickness (step # 24). . At this time, the film thickness of the TiN film 14 deposited in the opening 15 and in the upper region thereof should not be thinner than the film thickness of the TiN film 14 deposited in the upper region of the first interlayer insulating film 13. .

次に、図3(e)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、TiN膜14をパターニングする。具体的には、開口部15a及び開口部15bの上部領域、並びに両領域に狭持された領域内に形成されている第1層間絶縁膜13以外の第1層間絶縁膜13上に形成されているTiN膜14をエッチング除去する。   Next, as shown in FIG. 3E, the TiN film 14 is patterned by a known etching technique using a resist formed by a known photolithography technique as a mask. Specifically, it is formed on the first interlayer insulating film 13 other than the first interlayer insulating film 13 formed in the upper region of the opening 15a and the opening 15b and the region sandwiched between the two regions. The TiN film 14 is removed by etching.

次に、図3(f)に示すように、例えば、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14を酸化させて、可変抵抗体の一例としてのTiO膜16(以下、適宜「可変抵抗体膜16」と記載)を形成する(ステップ#26)。このとき、熱酸化は、第1層間絶縁膜13aの上部領域に堆積されているTiN膜14が、上面から第1層間絶縁膜13aとの界面位置まで酸化が進行するように実施される。これにより、開口部15a及び15b内には未酸化状態のTiN膜14が充填されたままの状態であり、その上部及び第1層間絶縁膜13aの上部には可変抵抗体膜16が形成されることとなる。即ち、本工程によって、TiN膜14が、開口部15a内に充填される未酸化状態のTiN膜14a(第1電極)と、開口部15b内に充填される未酸化状態のTiN膜14b(第2電極)とに分離される。 Next, as shown in FIG. 3 (f), for example, by thermally oxidizing in an atmosphere of 250 to 450 ° C. containing oxygen, a TiN film 14 is oxidized, TiO 2 film as an example of a variable resistor 16 (hereinafter referred to as “variable resistor film 16” as appropriate) is formed (step # 26). At this time, thermal oxidation is performed such that the TiN film 14 deposited in the upper region of the first interlayer insulating film 13a is oxidized from the upper surface to the interface position with the first interlayer insulating film 13a. As a result, the openings 15a and 15b are still filled with the unoxidized TiN film 14, and the variable resistor film 16 is formed on the top and the first interlayer insulating film 13a. It will be. That is, in this step, the TiN film 14 is filled with the unoxidized TiN film 14a (first electrode) filled in the opening 15a and the unoxidized TiN film 14b (first electrode) filled in the opening 15b. 2 electrodes).

次に、図3(g)に示すように、SiO等の保護用層間絶縁膜17をCVD法にて700nm堆積し、公知のCMP法等による平坦化技術で平坦化する(ステップ#27)。 Next, as shown in FIG. 3G, a protective interlayer insulating film 17 such as SiO 2 is deposited to 700 nm by a CVD method, and is flattened by a flattening technique such as a known CMP method (step # 27). .

本実施形態においても、第1実施形態と同様、可変抵抗体膜16は、TiN膜14を酸化させることで形成される。そして、当該可変抵抗体膜16が形成される結果、TiN膜14が2つの部分(第1電極14aと第2電極14b)とに分断され、これによって2つの電極間に可変抵抗体16が狭持されてなる可変抵抗素子が形成される。従って、両電極14a及び14bと可変抵抗体膜16との界面がガスや大気等に晒されることがないため、従来方法のように成膜プロセスにおける雰囲気の影響を受けて接触抵抗にバラツキが生じるということがなく、同一ウェハ内の各メモリセル間、並びに異なるウェハ間において接触抵抗を安定化させることができる。これにより、可変抵抗体膜16の両端にかかる電圧を均一化することができ、安定したスイッチング動作を有する可変抵抗素子を再現良く形成できる。   Also in this embodiment, the variable resistor film 16 is formed by oxidizing the TiN film 14 as in the first embodiment. As a result of the formation of the variable resistor film 16, the TiN film 14 is divided into two parts (first electrode 14a and second electrode 14b), whereby the variable resistor 16 is narrowed between the two electrodes. A held variable resistance element is formed. Accordingly, the interface between the electrodes 14a and 14b and the variable resistor film 16 is not exposed to gas, air, or the like, so that the contact resistance varies due to the influence of the atmosphere in the film forming process as in the conventional method. In other words, the contact resistance can be stabilized between the memory cells in the same wafer and between different wafers. Thereby, the voltage applied to both ends of the variable resistor film 16 can be made uniform, and a variable resistor element having a stable switching operation can be formed with good reproducibility.

[第3実施形態]
本発明方法の第3実施形態(以下、適宜「本実施形態」と記載)について、図5〜図8の各図を参照して説明を行う。図5は、本実施形態において、半導体装置を製造する際の各工程における概略断面図を模式的に示したものであり、工程毎に図5(a)〜図5(e)に分けて図示している。又、図6は本実施形態の製造工程をフローチャートにしたものであり、以下の文中の各ステップは図6に示されるフローチャートの各ステップを表すものとする。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the method of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) will be described with reference to FIGS. FIG. 5 schematically shows a schematic cross-sectional view in each step when manufacturing a semiconductor device in this embodiment, and is divided into FIG. 5A to FIG. 5E for each step. Show. FIG. 6 is a flowchart of the manufacturing process of the present embodiment, and each step in the following sentence represents each step of the flowchart shown in FIG.

まず、図5(a)に示すように、トランジスタ回路等(図示せず)及びメタル配線21を適宜形成した半導体基板11上にSiO膜(第1層間絶縁膜)13をCVD法にて400nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#31)。 First, as shown in FIG. 5 (a), 400 nm in the transistor circuit or the like (not shown) and a SiO 2 film (first interlayer insulating film) on the semiconductor substrate 11 which is suitably formed of metal wires 21 13 by CVD (Step # 31).

次に、図5(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、第1層間絶縁膜13に例えばホール直径200nm程度でメタル配線21が露出するまで開口部22をパターニングする(ステップ#32)。このとき、開口部22内の開口面積が上部領域から下部領域に進むに連れて狭くなるようにテーパエッチングを行う。   Next, as shown in FIG. 5B, the metal wiring 21 is exposed in the first interlayer insulating film 13 with a hole diameter of about 200 nm, for example, by a known etching technique using a resist formed by a known photolithography technique as a mask. The opening 22 is patterned until it is done (step # 32). At this time, the taper etching is performed so that the opening area in the opening 22 becomes narrower as the opening area progresses from the upper area to the lower area.

次に、図5(c)に示すように、半導体基板11上に導電性薄膜の一例としてのTiN膜14をスパッタ法にて60nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#33)。ステップ#32において、開口部22のホール形状をテーパ形状に加工しているため、TiN膜14が開口部22の内壁の傾斜部分に堆積される結果、開口部22内において上部位置から下部位置に進むに連れて膜厚が薄くなるようにTiN膜14を成膜することができ、TiN膜14内において他の領域よりも膜厚が薄い部分(以下、「局部薄膜領域」と記載する)を形成することができる。このとき、開口部22内がTiN膜14によって完全に充填されることのないようにTiN膜14を堆積させる。   Next, as shown in FIG. 5C, a TiN film 14 as an example of a conductive thin film is deposited on the semiconductor substrate 11 to a thickness of 60 nm by sputtering (step # 33). In step # 32, since the hole shape of the opening portion 22 is processed into a tapered shape, the TiN film 14 is deposited on the inclined portion of the inner wall of the opening portion 22. As a result, in the opening portion 22, the upper position is changed to the lower position. As the process proceeds, the TiN film 14 can be formed so that the film thickness becomes thinner, and a portion in the TiN film 14 that is thinner than the other regions (hereinafter referred to as “local thin film region”). Can be formed. At this time, the TiN film 14 is deposited so that the opening 22 is not completely filled with the TiN film 14.

次に、図5(d)に示すように、例えば、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14を酸化させて、可変抵抗体の一例としてのTiO膜16(以下、適宜「可変抵抗体膜16」と記載)を形成する(ステップ#34)。このとき、熱酸化は、開口部22の内側側壁上に堆積されているTiN膜14の表面から、TiN膜14と第1層間絶縁膜13との界面位置まで到達するように(言い換えれば、少なくとも局部薄膜領域において、当該局部薄膜領域が有するTiN膜14の膜厚分を酸化するように)実施され、これによって開口部22の内側側壁上に堆積されているTiN膜14が可変抵抗体膜16に変化する。このとき、圧力条件、温度条件、及び処理時間を所定の条件にして酸化処理を行うことで、開口部22の底面位置に形成されているTiN膜14を完全に酸化させず、当該領域には一部未酸化のTiN膜14を残存させる。即ち、開口部22の底面位置において、メタル配線21の上面と接触する部分には未酸化のTiN膜14が形成されており、その上部領域にはTiN膜14が酸化される可変抵抗体膜16が形成されている。当該ステップ#34によって、TiN膜14は、可変抵抗体膜16を介してメタル配線21に接触する電極(第1電極)14aと、それ以外の電極(第2電極)14bとに分離される。尚、一例としては、開口部22の内側側壁に約9nm程度の膜厚でTiN膜14が堆積されている場合には、常圧(760Torr)で300℃の条件下で、40分程度の熱酸化処理を施すことで、当該側壁部分に堆積されているTiN膜14を完全に酸化させることが可能である。この場合、開口部22の底面位置には9nmよりも十分大きい膜厚でTiN膜14が堆積されている場合には、開口部22の底面位置に形成されているTiN膜14は完全には酸化されず、メタル配線21に接触して一部未酸化のTiN膜14が残存する。 Next, as shown in FIG. 5D, for example, the TiN film 14 is oxidized by thermal oxidation in an atmosphere containing oxygen at 250 to 450 ° C., and a TiO 2 film as an example of a variable resistor is formed. 16 (hereinafter referred to as “variable resistor film 16” as appropriate) is formed (step # 34). At this time, the thermal oxidation reaches the interface position between the TiN film 14 and the first interlayer insulating film 13 from the surface of the TiN film 14 deposited on the inner side wall of the opening 22 (in other words, at least In the local thin film region, the TiN film 14 is formed on the inner side wall of the opening 22 by oxidizing the thickness of the TiN film 14 included in the local thin film region. To change. At this time, the TiN film 14 formed at the bottom surface position of the opening 22 is not completely oxidized by performing the oxidation treatment under the predetermined conditions of the pressure condition, the temperature condition, and the treatment time, and the region has A partially unoxidized TiN film 14 is left. That is, an unoxidized TiN film 14 is formed on the bottom surface of the opening 22 in contact with the upper surface of the metal wiring 21, and the variable resistor film 16 in which the TiN film 14 is oxidized in the upper region. Is formed. By the step # 34, the TiN film 14 is separated into the electrode (first electrode) 14a that contacts the metal wiring 21 via the variable resistor film 16 and the other electrode (second electrode) 14b. As an example, when the TiN film 14 is deposited on the inner side wall of the opening 22 with a film thickness of about 9 nm, the heat of about 40 minutes is obtained at 300 ° C. under normal pressure (760 Torr). By performing the oxidation treatment, the TiN film 14 deposited on the side wall portion can be completely oxidized. In this case, when the TiN film 14 having a thickness sufficiently larger than 9 nm is deposited on the bottom surface of the opening 22, the TiN film 14 formed on the bottom of the opening 22 is completely oxidized. Instead, a part of the non-oxidized TiN film 14 remains in contact with the metal wiring 21.

次に、図5(e)に示すように、SiO等の保護用層間絶縁膜17をCVD法にて700nm堆積し、公知のCMP法等による平坦化技術で平坦化する(ステップ#35)。 Next, as shown in FIG. 5E, a protective interlayer insulating film 17 such as SiO 2 is deposited by 700 nm by the CVD method, and flattened by a flattening technique by a known CMP method or the like (step # 35). .

本実施形態においても、第1或いは第2実施形態と同様、可変抵抗体膜16は、TiN膜14を酸化させることで形成される。そして、当該可変抵抗体膜16が形成される結果、TiN膜14が2つの部分(第1電極14aと第2電極14b)とに分断され、これによって2つの電極間に可変抵抗体16が狭持されてなる可変抵抗素子が形成される。従って、両電極14a及び14bと可変抵抗体膜16との界面がガスや大気等に晒されることがないため、従来方法のように成膜プロセスにおける雰囲気の影響を受けて接触抵抗にバラツキが生じるということがなく、同一ウェハ内の各メモリセル間、並びに異なるウェハ間において接触抵抗を安定化させることができる。これにより、可変抵抗体膜16の両端にかかる電圧を均一化することができ、安定したスイッチング動作を有する可変抵抗素子を再現良く形成できる。   Also in this embodiment, the variable resistor film 16 is formed by oxidizing the TiN film 14 as in the first or second embodiment. As a result of the formation of the variable resistor film 16, the TiN film 14 is divided into two parts (first electrode 14a and second electrode 14b), whereby the variable resistor 16 is narrowed between the two electrodes. A held variable resistance element is formed. Accordingly, the interface between the electrodes 14a and 14b and the variable resistor film 16 is not exposed to gas, air, or the like, so that the contact resistance varies due to the influence of the atmosphere in the film forming process as in the conventional method. In other words, the contact resistance can be stabilized between the memory cells in the same wafer and between different wafers. Thereby, the voltage applied to both ends of the variable resistor film 16 can be made uniform, and a variable resistor element having a stable switching operation can be formed with good reproducibility.

なお、本実施形態において、TiN膜14及び可変抵抗体膜16に対してパターニング処理を行う場合には、パターニング処理実行前に予め所定の酸化防止絶縁膜を成膜することが好ましい。   In the present embodiment, when the patterning process is performed on the TiN film 14 and the variable resistor film 16, it is preferable to form a predetermined antioxidant insulating film in advance before performing the patterning process.

図7及び図8は、本実施形態の別の製造工程に係る概略断面図及びフローチャートである。図7(e)に示すように、熱酸化処理(ステップ#34)終了後、SiON、SiN、SiOC、SiC等の酸化防止絶縁膜18をCVD法にて50nm程度堆積する(ステップ#36)。その後、図7(f)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクとして、公知のエッチング技術によって酸化防止絶縁膜18、可変抵抗体膜16、並びにTiN膜14をパターニングする(ステップ#37)。その後、図7(g)に示すように、図5(e)と同様、保護用層間絶縁膜17を堆積し、平坦化処理をする(ステップ#35)。   7 and 8 are a schematic cross-sectional view and a flowchart according to another manufacturing process of the present embodiment. As shown in FIG. 7E, after the thermal oxidation process (step # 34) is finished, an oxidation-preventing insulating film 18 such as SiON, SiN, SiOC, or SiC is deposited to a thickness of about 50 nm by the CVD method (step # 36). Thereafter, as shown in FIG. 7F, the antioxidant insulating film 18, the variable resistor film 16, and the TiN film 14 are patterned by a known etching technique using a resist formed by a known photolithography technique as a mask ( Step # 37). Thereafter, as shown in FIG. 7G, a protective interlayer insulating film 17 is deposited and planarized as in FIG. 5E (step # 35).

このように、ステップ#37に係るパターニング処理前に予め酸化防止絶縁膜18を成膜することで、可変抵抗体膜16に対する、パターニング工程におけるレジストアッシング処理等による酸化の影響を防止することができ、前記可変抵抗体の特性を劣化させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   As described above, by forming the oxidation-preventing insulating film 18 in advance before the patterning process according to step # 37, it is possible to prevent the influence of oxidation on the variable resistor film 16 due to the resist ashing process or the like in the patterning process. A variable resistance element can be manufactured without degrading the characteristics of the variable resistor.

[第4実施形態]
本発明方法の第4実施形態(以下、適宜「本実施形態」と記載)について、図9〜図13の各図を参照して説明を行う。図9は、本実施形態において、半導体装置を製造する際の各工程における概略断面図を模式的に示したものであり、工程毎に図9(a)〜図9(g)に分けて図示している。又、図10は本実施形態の製造工程をフローチャートにしたものであり、以下の文中の各ステップは図10に示されるフローチャートの各ステップを表すものとする。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the method of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) will be described with reference to FIGS. 9 to 13. FIG. 9 schematically shows a schematic cross-sectional view in each process when manufacturing a semiconductor device in this embodiment, and is divided into FIG. 9A to FIG. 9G for each process. Show. FIG. 10 is a flowchart of the manufacturing process of the present embodiment, and each step in the following sentence represents each step of the flowchart shown in FIG.

まず、図9(a)に示すように、トランジスタ回路等(図示せず)及びメタル配線21を適宜形成した半導体基板11上にSiO膜(第1層間絶縁膜)13をCVD法にて400nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#41)。 First, as shown in FIG. 9A, an SiO 2 film (first interlayer insulating film) 13 is formed by a CVD method on a semiconductor substrate 11 on which a transistor circuit or the like (not shown) and a metal wiring 21 are appropriately formed by a CVD method. (Step # 41).

次に、図9(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、第1層間絶縁膜13に所定のホール直径400nm程度でメタル配線21の上部が露出するまでメタル配線21の上部領域に開口部32を形成する(ステップ#42)。   Next, as shown in FIG. 9B, the metal wiring 21 having a predetermined hole diameter of about 400 nm is formed in the first interlayer insulating film 13 by a known etching technique using a resist formed by a known photolithography technique as a mask. Opening 32 is formed in the upper region of metal wiring 21 until the upper portion is exposed (step # 42).

次に、図9(c)に示すように、SiO膜(サイドウォール形成用絶縁膜)31を開口部32内を完全に充填しない程度の膜厚(例えば170nm程度)で全面に堆積する(ステップ#43)。 Next, as shown in FIG. 9C, a SiO 2 film (sidewall forming insulating film) 31 is deposited on the entire surface so as not to completely fill the opening 32 (for example, about 170 nm). Step # 43).

次に、図9(d)に示すように、メタル配線21の上面が露出する状態になるように公知のエッチング技術によって全面エッチバックを行い、開口部32の側壁面内に下方に進むほど幅広となるサイドウォール31aを形成する(ステップ#44)。   Next, as shown in FIG. 9D, the entire surface is etched back by a known etching technique so that the upper surface of the metal wiring 21 is exposed, and the width becomes wider as it goes downward into the side wall surface of the opening 32. A side wall 31a is formed (step # 44).

次に、図9(e)に示すように、半導体基板11上に導電性薄膜の一例としてのTiN膜14をスパッタ法にて60nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#45)。このとき、ステップ#44においてサイドウォール31aが形成されているため、TiN膜14がサイドウォール31aの外壁部分に堆積される結果、開口部32内において上部位置から下部位置に進むに連れて膜厚が薄くなるようにTiN膜14を成膜することができ、第3実施形態と同様、TiN膜14内において他の領域よりも膜厚が薄い局部薄膜領域を形成することができる。このとき、開口部32内がTiN膜14によって完全に充填されることのないようにTiN膜14を堆積させる。   Next, as shown in FIG. 9E, a TiN film 14 as an example of a conductive thin film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 11 to a thickness of 60 nm by sputtering (step # 45). At this time, since the side wall 31a is formed in step # 44, the TiN film 14 is deposited on the outer wall portion of the side wall 31a. As a result, the film thickness is increased from the upper position to the lower position in the opening 32. The TiN film 14 can be formed so as to be thin, and a local thin film region having a smaller thickness than other regions can be formed in the TiN film 14 as in the third embodiment. At this time, the TiN film 14 is deposited so that the inside of the opening 32 is not completely filled with the TiN film 14.

次に、図9(f)に示すように、例えば、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14を酸化させて、可変抵抗体の一例としてのTiO膜16(以下、適宜「可変抵抗体膜16」と記載)を形成する(ステップ#46)。このとき、熱酸化は、サイドウォール31aの外壁部分に堆積されているTiN膜14の表面から、TiN膜14と第1層間絶縁膜13との界面位置まで到達するように(言い換えれば、少なくとも局部薄膜領域において、当該局部薄膜領域が有するTiN膜14の膜厚分を酸化するように)実施され、これによって開口部32の内側側壁上に堆積されているTiN膜14が可変抵抗体膜16に変化する。このとき、圧力条件、温度条件、及び処理時間を所定の条件にして酸化処理を行うことで、開口部32の底面位置(即ちメタル配線21の上面位置)に形成されているTiN膜14を完全には酸化せず、当該領域に一部未酸化のTiN膜14を残存させる。即ち、開口部32の底面位置において、メタル配線21の上面と接触する部分には未酸化のTiN膜14が形成されており、その上部領域にはTiN膜14が酸化される可変抵抗体膜16が形成されている。当該ステップ#46によって、TiN膜14は、可変抵抗体膜16を介して、メタル配線21に接触する電極(第1電極)14aと、それ以外の電極(第2電極)14bとに分離される。尚、一例としては、第3実施形態と同様に、常圧(760Torr)で300℃の条件下で、40分程度の熱酸化処理を施すものとして良い。 Next, as shown in FIG. 9F, for example, the TiN film 14 is oxidized by thermal oxidation in an atmosphere containing oxygen at 250 to 450 ° C., and a TiO 2 film as an example of a variable resistor is formed. 16 (hereinafter referred to as “variable resistor film 16” as appropriate) is formed (step # 46). At this time, the thermal oxidation reaches the interface position between the TiN film 14 and the first interlayer insulating film 13 from the surface of the TiN film 14 deposited on the outer wall portion of the sidewall 31a (in other words, at least locally In the thin film region, the TiN film 14 deposited on the inner side wall of the opening 32 is formed on the variable resistor film 16 by oxidizing the thickness of the TiN film 14 of the local thin film region. Change. At this time, the TiN film 14 formed at the bottom surface position of the opening 32 (that is, the top surface position of the metal wiring 21) is completely obtained by performing the oxidation treatment under predetermined conditions of the pressure condition, the temperature condition, and the processing time. The TiN film 14 that remains partially oxidized is left in the region without being oxidized. That is, the non-oxidized TiN film 14 is formed on the bottom surface of the opening 32 at a portion in contact with the upper surface of the metal wiring 21, and the variable resistor film 16 on which the TiN film 14 is oxidized in the upper region. Is formed. By the step # 46, the TiN film 14 is separated into the electrode (first electrode) 14a in contact with the metal wiring 21 and the other electrode (second electrode) 14b through the variable resistor film 16. . As an example, as in the third embodiment, thermal oxidation treatment may be performed for about 40 minutes at 300 ° C. under normal pressure (760 Torr).

次に、図9(g)に示すように、SiO等の保護用層間絶縁膜17をCVD法にて700nm堆積し、公知のCMP法等による平坦化技術で平坦化する(ステップ#47)。 Next, as shown in FIG. 9G, a protective interlayer insulating film 17 such as SiO 2 is deposited by 700 nm by the CVD method, and flattened by a flattening technique by a known CMP method or the like (step # 47). .

本実施形態においても、第1〜第3の各実施形態と同様、可変抵抗体膜16は、TiN膜14を酸化させることで形成される。そして、当該可変抵抗体膜16が形成される結果、TiN膜14が2つの部分(第1電極14aと第2電極14b)とに分断され、これによって2つの電極間に可変抵抗体16が狭持されてなる可変抵抗素子が形成される。従って、両電極14a及び14bと可変抵抗体膜16との界面がガスや大気等に晒されることがないため、従来方法のように成膜プロセスにおける雰囲気の影響を受けて接触抵抗にバラツキが生じるということがなく、同一ウェハ内の各メモリセル間、並びに異なるウェハ間において接触抵抗を安定化させることができる。これにより、可変抵抗体膜16の両端にかかる電圧を均一化することができ、安定したスイッチング動作を有する可変抵抗素子を再現良く形成できる。   Also in this embodiment, the variable resistor film 16 is formed by oxidizing the TiN film 14 as in the first to third embodiments. As a result of the formation of the variable resistor film 16, the TiN film 14 is divided into two parts (first electrode 14a and second electrode 14b), whereby the variable resistor 16 is narrowed between the two electrodes. A held variable resistance element is formed. Accordingly, the interface between the electrodes 14a and 14b and the variable resistor film 16 is not exposed to gas, air, or the like, so that the contact resistance varies due to the influence of the atmosphere in the film forming process as in the conventional method. In other words, the contact resistance can be stabilized between the memory cells in the same wafer and between different wafers. Thereby, the voltage applied to both ends of the variable resistor film 16 can be made uniform, and a variable resistor element having a stable switching operation can be formed with good reproducibility.

図11は、本実施形態に係る本発明方法に基づいて製造された可変抵抗素子のスイッチング特性を示すグラフであり、ステップ#45において堆積されたTiN膜14の膜厚を横軸とし、可変抵抗素子の抵抗値を縦軸(対数目盛)としてグラフ化されたものである。   FIG. 11 is a graph showing the switching characteristics of the variable resistance element manufactured based on the method of the present invention according to this embodiment. The horizontal axis represents the thickness of the TiN film 14 deposited in step # 45, and the variable resistance The resistance value of the element is plotted as a vertical axis (logarithmic scale).

即ち、本実施形態に係る本発明方法に基づいて製造された可変抵抗素子に対し、第1パルス電圧(電圧−2.6〔V〕、パルス幅35〔nsec〕。図面上では「Pulse1」と表記)と第2パルス電圧(電圧+2.0〔V〕、パルス幅35〔nsec〕。図面上では「Pulse2」と表記)を交互に印加し、各電圧印加後に測定される抵抗値(読み出し抵抗値)の測定結果の範囲をグラフ上に表示したものである。このとき、ステップ#45において堆積するTiN膜14の膜厚を変更して製造された複数のサンプルを用いて読み出し抵抗の測定を行なった(図11では3種類)。尚、読み出し処理は、0.5〔V〕の電圧を印加して測定された抵抗値を表記している。   That is, the first pulse voltage (voltage −2.6 [V], pulse width 35 [nsec]. In the drawing, “Pulse 1” is applied to the variable resistance element manufactured based on the method of the present invention. (Notation) and a second pulse voltage (voltage +2.0 [V], pulse width 35 [nsec], expressed as “Pulse2” in the drawing) are alternately applied, and a resistance value (readout resistance) measured after each voltage application Value) of the measurement result range is displayed on a graph. At this time, the reading resistance was measured using a plurality of samples manufactured by changing the thickness of the TiN film 14 deposited in Step # 45 (three types in FIG. 11). In the reading process, a resistance value measured by applying a voltage of 0.5 [V] is shown.

図11によれば、第2パルス電圧印加後の読み出し抵抗の値は、各サンプルともバラツキが少なく、各サンプル間であまり差異がないものの、第1パルス電圧印加後の読み出し抵抗の値にはバラツキがあり、TiN膜14の膜厚が大きくなるほどこのバラツキ程度が大きくなっていることが分かる。言い換えれば、TiN膜14の膜厚を小さくすることで、読み出し抵抗のバラツキを抑制することができ、安定したスイッチング特性が実現されることが示唆される。   According to FIG. 11, the value of the read resistance after the application of the second pulse voltage has little variation among the samples and there is not much difference between the samples, but the value of the read resistance after the application of the first pulse voltage varies. It can be seen that the degree of variation increases as the thickness of the TiN film 14 increases. In other words, it is suggested that by reducing the thickness of the TiN film 14, variations in the read resistance can be suppressed, and stable switching characteristics are realized.

なお、本実施形態においてTiN膜14及び可変抵抗体膜16に対してパターニング処理を行う場合には、第3実施形態と同様、パターニング処理実行前に予め所定の酸化防止絶縁膜を成膜することが好ましい。   In the present embodiment, when the patterning process is performed on the TiN film 14 and the variable resistor film 16, a predetermined antioxidant insulating film is formed in advance before the patterning process is performed, as in the third embodiment. Is preferred.

図12及び図13は、本実施形態の別の製造工程に係る概略断面図及びフローチャートである。図12(g)に示すように、熱酸化処理(ステップ#46)終了後、SiON、SiN、SiOC、SiC等の酸化防止絶縁膜18をCVD法にて50nm程度堆積する(ステップ#48)。その後、図12(h)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクとして、公知のエッチング技術によって酸化防止絶縁膜18、可変抵抗体膜16、並びにTiN膜14をパターニングする(ステップ#49)。その後、図12(i)に示すように、図9(g)と同様、保護用層間絶縁膜17を堆積し、平坦化処理をする(ステップ#47)。   12 and 13 are a schematic cross-sectional view and a flowchart according to another manufacturing process of the present embodiment. As shown in FIG. 12G, after the thermal oxidation process (step # 46) is completed, an oxidation-preventing insulating film 18 such as SiON, SiN, SiOC, or SiC is deposited to a thickness of about 50 nm by the CVD method (step # 48). Thereafter, as shown in FIG. 12H, the antioxidant insulating film 18, the variable resistor film 16, and the TiN film 14 are patterned by a known etching technique using a resist formed by a known photolithography technique as a mask ( Step # 49). Thereafter, as shown in FIG. 12I, a protective interlayer insulating film 17 is deposited and planarized as in FIG. 9G (step # 47).

このように、ステップ#49に係るパターニング処理前に予め酸化防止絶縁膜18を成膜することで、可変抵抗体膜16に対する、パターニング工程におけるレジストアッシング処理等による酸化の影響を防止することができ、前記可変抵抗体の特性を劣化させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   In this manner, by forming the oxidation-preventing insulating film 18 in advance before the patterning process according to step # 49, it is possible to prevent the influence of oxidation on the variable resistor film 16 due to the resist ashing process or the like in the patterning process. A variable resistance element can be manufactured without degrading the characteristics of the variable resistor.

[第5実施形態]
本発明方法の第5実施形態(以下、適宜「本実施形態」と記載)について、図14〜図17の各図を参照して説明を行う。図14は、本実施形態において、半導体装置を製造する際の各工程における概略断面図を模式的に示したものであり、工程毎に図14(a)〜図14(e)に分けて図示している。又、図15は本実施形態の製造工程をフローチャートにしたものであり、以下の文中の各ステップは図14に示されるフローチャートの各ステップを表すものとする。
[Fifth Embodiment]
A fifth embodiment of the method of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) will be described with reference to FIGS. 14 to 17. FIG. 14 schematically shows a schematic cross-sectional view in each process when manufacturing a semiconductor device in this embodiment, and is divided into FIGS. 14A to 14E for each process. Show. FIG. 15 is a flowchart of the manufacturing process of the present embodiment, and each step in the following sentence represents each step of the flowchart shown in FIG.

まず、図14(a)に示すように、トランジスタ回路等(図示せず)及びメタル配線21を適宜形成した半導体基板11上にSiO膜(第1層間絶縁膜)13をCVD法にて300nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#51)。尚、本実施形態では、第3及び第4実施形態と異なり、半導体基板11上に所定の膜厚のメタル配線21が突出して形成されている場合を想定している。このとき、第1層間絶縁膜13の成膜方法としては、段差被覆性(ステップガバレッジ)の悪いプラズマCVD法を用いる方が望ましい。これにより、メタル配線21の形成位置の周囲には第1層間絶縁膜13の段差部41が、上部領域ほど第1層間絶縁膜13が外側に突出してなる逆テーパ形状に形成される。 First, as shown in FIG. 14A, an SiO 2 film (first interlayer insulating film) 13 is formed by CVD on a semiconductor substrate 11 on which a transistor circuit (not shown) and a metal wiring 21 are appropriately formed by a CVD method. (Step # 51). In the present embodiment, unlike the third and fourth embodiments, it is assumed that a metal wiring 21 having a predetermined film thickness is formed to protrude on the semiconductor substrate 11. At this time, as a method of forming the first interlayer insulating film 13, it is desirable to use a plasma CVD method having poor step coverage (step coverage). As a result, a step portion 41 of the first interlayer insulating film 13 is formed around the position where the metal wiring 21 is formed in an inversely tapered shape in which the first interlayer insulating film 13 protrudes outward in the upper region.

次に、図14(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクとし、公知のエッチング技術によって、メタル配線21の上面を露出させる(ステップ#52)。この場合においても、依然として段差部41が形成されている。   Next, as shown in FIG. 14B, the upper surface of the metal wiring 21 is exposed by a known etching technique using a resist formed by a known photolithography technique as a mask (step # 52). Even in this case, the step portion 41 is still formed.

次に、図14(c)に示すように、半導体基板11上に導電性薄膜の一例としてのTiN膜14をスパッタ法にて60nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#53)。このとき、上記のように段差部41が逆テーパ形状を有しているため、段差部41の上部から下部に向かってTiN膜14の膜厚を薄くなるように成膜することができ、第3或いは第4実施形態と同様、TiN膜14内において他の領域よりも膜厚が薄い局部薄膜領域を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 14C, a TiN film 14 as an example of a conductive thin film is deposited on the semiconductor substrate 11 to a thickness of 60 nm by sputtering (step # 53). At this time, since the step portion 41 has an inversely tapered shape as described above, the TiN film 14 can be formed so that the thickness thereof decreases from the upper portion to the lower portion of the step portion 41. As in the third or fourth embodiment, a local thin film region having a smaller film thickness than other regions can be formed in the TiN film 14.

次に、図14(d)に示すように、例えば、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14を酸化させて、可変抵抗体の一例としてのTiO膜16(以下、適宜「可変抵抗体膜16」と記載)を形成する(ステップ#54)。このとき、熱酸化は、段差部41の外壁部分に堆積されているTiN膜14の表面から第1層間絶縁膜13の界面まで到達するように(言い換えれば、少なくとも局部薄膜領域において、当該局部薄膜領域が有するTiN膜14の膜厚分を酸化するように)実施され、これによって段差部41の外壁部分のTiN膜14が可変抵抗体膜16に変化する。このとき、圧力条件、温度条件、及び処理時間を所定の条件にして酸化処理を行うことで、メタル配線21に接触する上部領域に形成されているTiN膜14を完全には酸化せず、一部未酸化のTiN膜14を残存させる。当該ステップ#54によって、TiN膜14は、可変抵抗体膜16を介してメタル配線21に接触する電極(第1電極)14aと、それ以外の電極(第2電極)14bとに分離される。尚、一例としては、第3実施形態と同様に、常圧(760Torr)で300℃の条件下で、40分程度の熱酸化処理を施すものとして良い。 Next, as shown in FIG. 14D, for example, the TiN film 14 is oxidized by thermal oxidation in an atmosphere containing oxygen at 250 to 450 ° C., and a TiO 2 film as an example of a variable resistor is formed. 16 (hereinafter referred to as “variable resistor film 16” as appropriate) is formed (step # 54). At this time, the thermal oxidation reaches the interface of the first interlayer insulating film 13 from the surface of the TiN film 14 deposited on the outer wall portion of the step portion 41 (in other words, at least in the local thin film region, the local thin film). Thus, the TiN film 14 on the outer wall portion of the step portion 41 is changed to the variable resistor film 16. At this time, the TiN film 14 formed in the upper region in contact with the metal wiring 21 is not completely oxidized by performing the oxidation treatment under the predetermined conditions of the pressure condition, the temperature condition, and the treatment time. The partially unoxidized TiN film 14 is left. By the step # 54, the TiN film 14 is separated into an electrode (first electrode) 14a that is in contact with the metal wiring 21 via the variable resistor film 16 and another electrode (second electrode) 14b. As an example, as in the third embodiment, thermal oxidation treatment may be performed for about 40 minutes at 300 ° C. under normal pressure (760 Torr).

次に、図14(e)に示すように、SiO等の保護用層間絶縁膜17をCVD法にて700nm堆積し、公知のCMP法等による平坦化技術で平坦化する(ステップ#55)。 Next, as shown in FIG. 14E, a protective interlayer insulating film 17 such as SiO 2 is deposited by 700 nm by the CVD method and flattened by a flattening technique by a known CMP method or the like (step # 55). .

本実施形態においても、第1〜第4の各実施形態と同様、可変抵抗体膜16は、TiN膜14を酸化させることで形成される。そして、当該可変抵抗体膜16が形成される結果、TiN膜14が2つの部分(第1電極14aと第2電極14b)とに分断され、これによって2つの電極間に可変抵抗体16が狭持されてなる可変抵抗素子が形成される。従って、両電極14a及び14bと可変抵抗体膜16との界面がガスや大気等に晒されることがないため、従来方法のように成膜プロセスにおける雰囲気の影響を受けて接触抵抗にバラツキが生じるということがなく、同一ウェハ内の各メモリセル間、並びに異なるウェハ間において接触抵抗を安定化させることができる。これにより、可変抵抗体膜16の両端にかかる電圧を均一化することができ、安定したスイッチング動作を有する可変抵抗素子を再現良く形成できる。   Also in this embodiment, the variable resistor film 16 is formed by oxidizing the TiN film 14 as in the first to fourth embodiments. As a result of the formation of the variable resistor film 16, the TiN film 14 is divided into two parts (first electrode 14a and second electrode 14b), whereby the variable resistor 16 is narrowed between the two electrodes. A held variable resistance element is formed. Accordingly, the interface between the electrodes 14a and 14b and the variable resistor film 16 is not exposed to gas, air, or the like, so that the contact resistance varies due to the influence of the atmosphere in the film forming process as in the conventional method. In other words, the contact resistance can be stabilized between the memory cells in the same wafer and between different wafers. Thereby, the voltage applied to both ends of the variable resistor film 16 can be made uniform, and a variable resistor element having a stable switching operation can be formed with good reproducibility.

なお、本実施形態においてTiN膜14(14a、14b)及び可変抵抗体膜16に対してパターニング処理を行う場合には、第3及び第4実施形態と同様、パターニング処理実行前に予め所定の酸化防止絶縁膜を成膜することが好ましい。   In the present embodiment, when the patterning process is performed on the TiN film 14 (14a, 14b) and the variable resistor film 16, a predetermined oxidation is performed before the patterning process is performed, as in the third and fourth embodiments. It is preferable to form a prevention insulating film.

図16及び図17は、本実施形態の別の製造工程に係る概略断面図及びフローチャートである。図16(e)に示すように、熱酸化処理(ステップ#54)終了後、SiON、SiN、SiOC、SiC等の酸化防止絶縁膜18をCVD法にて50nm程度堆積する(ステップ#56)。その後、図16(f)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクとして、公知のエッチング技術によって酸化防止絶縁膜18、可変抵抗体膜16、並びにTiN膜14(14a、14b)をパターニングする(ステップ#57)。その後、図16(g)に示すように、図9(g)と同様、保護用層間絶縁膜17を堆積し、平坦化処理をする(ステップ#55)。   16 and 17 are a schematic cross-sectional view and a flowchart according to another manufacturing process of the present embodiment. As shown in FIG. 16E, after the thermal oxidation process (step # 54) is finished, an anti-oxidation insulating film 18 such as SiON, SiN, SiOC, or SiC is deposited to a thickness of about 50 nm by the CVD method (step # 56). Thereafter, as shown in FIG. 16 (f), with the resist formed by a known photolithography technique as a mask, the antioxidant insulating film 18, the variable resistor film 16, and the TiN film 14 (14a, 14b) are known by a known etching technique. ) Is patterned (step # 57). Thereafter, as shown in FIG. 16G, a protective interlayer insulating film 17 is deposited and planarized as in FIG. 9G (step # 55).

このように、ステップ#57に係るパターニング処理前に予め酸化防止絶縁膜18を成膜することで、可変抵抗体膜16に対する、パターニング工程におけるレジストアッシング処理等による酸化の影響を防止することができ、前記可変抵抗体の特性を劣化させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   As described above, by forming the oxidation-preventing insulating film 18 in advance before the patterning process according to step # 57, it is possible to prevent the influence of oxidation on the variable resistor film 16 due to the resist ashing process or the like in the patterning process. A variable resistance element can be manufactured without degrading the characteristics of the variable resistor.

[第6実施形態]
本発明方法の第6実施形態(以下、適宜「本実施形態」と記載)について、図18〜図21の各図を参照して説明を行う。図18は、本実施形態において、半導体装置を製造する際の各工程における概略断面図を模式的に示したものであり、工程毎に図18(a)〜図18(f)に分けて図示している。又、図19は本実施形態の製造工程をフローチャートにしたものであり、以下の文中の各ステップは図18に示されるフローチャートの各ステップを表すものとする。
[Sixth Embodiment]
A sixth embodiment of the method of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) will be described with reference to FIGS. FIG. 18 schematically shows a schematic cross-sectional view in each step when manufacturing a semiconductor device in the present embodiment, and is divided into FIG. 18A to FIG. 18F for each step. Show. FIG. 19 is a flowchart of the manufacturing process of the present embodiment, and each step in the following sentence represents each step of the flowchart shown in FIG.

まず、図18(a)に示すように、トランジスタ回路等(図示せず)を適宜形成した半導体基板11上にSiO膜(第1層間絶縁膜)13をCVD法にて基板温度を200℃から400℃程度まで上昇させながら、400nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#61)。半導体基板11上に形成される第1層間絶縁膜13の成膜速度は基板温度の影響を受けるため、当該ステップ#61によって、第1層間絶縁膜13は半導体基板11側から上面方向に向かって膜質が疎から密の状態に連続的に変化することとなる。 First, as shown in FIG. 18A, an SiO 2 film (first interlayer insulating film) 13 is formed on a semiconductor substrate 11 on which a transistor circuit or the like (not shown) is appropriately formed by a CVD method at a substrate temperature of 200 ° C. Then, the film is deposited on the entire surface with a thickness of 400 nm while being raised to about 400 ° C. (step # 61). Since the deposition rate of the first interlayer insulating film 13 formed on the semiconductor substrate 11 is affected by the substrate temperature, the first interlayer insulating film 13 is moved from the semiconductor substrate 11 side toward the upper surface by the step # 61. The film quality will continuously change from sparse to dense.

次に、図18(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジスト(レジスト膜51)をマスクに、公知のエッチング技術によって第1層間絶縁膜13をパターニングし、段差部52を形成する(ステップ#62)。   Next, as shown in FIG. 18B, the first interlayer insulating film 13 is patterned by a known etching technique using a resist (resist film 51) formed by a known photolithography technique as a mask, and the step portion 52 is formed. Form (step # 62).

次に、図18(c)に示すように、レジスト膜51をアッシング除去しない状態でHF等の薬液で数分間ウェットエッチングを行う(ステップ#63)。このとき、ステップ#61の工程によって第1層間絶縁膜13は深さ方向に膜密度が低くなっているため、膜密度の低い領域ほどエッチングが進行する結果、段差部52は逆テーパ形状に加工される。   Next, as shown in FIG. 18C, wet etching is performed with a chemical solution such as HF for several minutes without removing the resist film 51 by ashing (step # 63). At this time, since the film density of the first interlayer insulating film 13 is reduced in the depth direction by the process of step # 61, the stepped portion 52 is processed into an inversely tapered shape as a result of the etching progressing as the film density is lower. Is done.

次に、レジスト膜51を剥離後、図18(d)に示すように、半導体基板11上に導電性薄膜の一例としてのTiN膜14をスパッタ法にて60nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#64)。このとき、段差部52が逆テーパ形状を有しているため、段差部52の上段部から下段部に向かってTiN膜14の膜厚を連続的に薄くなるように成膜することができ、第3〜第5実施形態と同様、TiN膜14内において他の領域よりも膜厚が薄い局部薄膜領域を形成することができる。   Next, after removing the resist film 51, as shown in FIG. 18D, a TiN film 14 as an example of a conductive thin film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 11 to a thickness of 60 nm by sputtering (step). # 64). At this time, since the stepped portion 52 has an inversely tapered shape, the film thickness of the TiN film 14 can be continuously reduced from the upper step portion to the lower step portion of the stepped portion 52, As in the third to fifth embodiments, a local thin film region having a smaller film thickness than other regions can be formed in the TiN film 14.

次に、図18(e)に示すように、例えば、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14を酸化させて、可変抵抗体の一例としてのTiO膜16を形成する(ステップ#65)。このとき、熱酸化は、段差部52の外壁部分に堆積されているTiN膜14の表面から第1層間絶縁膜13の界面、並びに半導体基板11の界面まで到達するように(言い換えれば、少なくとも局部薄膜領域において、当該局部薄膜領域が有するTiN膜14の膜厚分を酸化するように)実施され、これによって段差部52の外壁部分の一部のTiN膜14が可変抵抗体膜16に変化する。このとき、第5実施形態と同様、圧力条件、温度条件、及び処理時間を所定の条件にして酸化処理を行うことで、段差部52の上段位置である第1層間絶縁膜13の上面に形成されているTiN膜14、及び段差部52の下段位置である半導体基板11の上面に形成されているTiN膜14を完全には酸化せず、当該領域に夫々一部未酸化のTiN膜14を残存させる。当該ステップ#65によって、TiN膜14は、可変抵抗体膜16を介して段差部52の上段位置(第1層間絶縁膜13の上面)に形成されている電極(第1電極)14aと、段差部52の下段位置(半導体基板11の上面)に形成されている電極(第2電極)14bとに分離される。尚、一例としては、第3実施形態と同様に、常圧(760Torr)で300℃の条件下で、40分程度の熱酸化処理を施すものとして良い。 Next, as shown in FIG. 18E, for example, the TiN film 14 is oxidized by thermal oxidation in an atmosphere containing oxygen at 250 to 450 ° C., and a TiO 2 film as an example of a variable resistor is formed. 16 is formed (step # 65). At this time, the thermal oxidation reaches from the surface of the TiN film 14 deposited on the outer wall portion of the step portion 52 to the interface of the first interlayer insulating film 13 and the interface of the semiconductor substrate 11 (in other words, at least locally In the thin film region, the TiN film 14 corresponding to the thickness of the TiN film 14 of the local thin film region is oxidized), whereby the TiN film 14 in a part of the outer wall portion of the stepped portion 52 is changed to the variable resistor film 16. . At this time, as in the fifth embodiment, the oxidation process is performed under predetermined conditions of the pressure condition, the temperature condition, and the processing time, thereby forming the upper surface of the first interlayer insulating film 13 that is the upper position of the stepped portion 52. The TiN film 14 formed and the TiN film 14 formed on the upper surface of the semiconductor substrate 11 at the lower position of the stepped portion 52 are not completely oxidized, and partially unoxidized TiN films 14 are respectively formed in the regions. Remain. By the step # 65, the TiN film 14 is stepped from the electrode (first electrode) 14a formed at the upper position of the stepped portion 52 (the upper surface of the first interlayer insulating film 13) via the variable resistor film 16. It is separated into an electrode (second electrode) 14b formed at the lower position of the portion 52 (the upper surface of the semiconductor substrate 11). As an example, as in the third embodiment, thermal oxidation treatment may be performed for about 40 minutes at 300 ° C. under normal pressure (760 Torr).

次に、図18(f)に示すように、SiO等の保護用層間絶縁膜17をCVD法にて700nm堆積し、公知のCMP法等による平坦化技術で平坦化される(ステップ#67)。 Next, as shown in FIG. 18F, a protective interlayer insulating film 17 such as SiO 2 is deposited by a CVD method to a thickness of 700 nm and flattened by a flattening technique such as a known CMP method (step # 67). ).

本実施形態においても、第1〜第5の各実施形態と同様、可変抵抗体膜16は、TiN膜14を酸化させることで形成される。そして、当該可変抵抗体膜16が形成される結果、TiN膜14が2つの部分(第1電極14aと第2電極14b)とに分断され、これによって2つの電極間に可変抵抗体16が狭持されてなる可変抵抗素子が形成される。従って、両電極14a及び14bと可変抵抗体膜16との界面がガスや大気等に晒されることがないため、従来方法のように成膜プロセスにおける雰囲気の影響を受けて接触抵抗にバラツキが生じるということがなく、同一ウェハ内の各メモリセル間、並びに異なるウェハ間において接触抵抗を安定化させることができる。これにより、可変抵抗体膜16の両端にかかる電圧を均一化することができ、安定したスイッチング動作を有する可変抵抗素子を再現良く形成できる。   Also in this embodiment, the variable resistor film 16 is formed by oxidizing the TiN film 14 as in the first to fifth embodiments. As a result of the formation of the variable resistor film 16, the TiN film 14 is divided into two parts (first electrode 14a and second electrode 14b), whereby the variable resistor 16 is narrowed between the two electrodes. A held variable resistance element is formed. Accordingly, the interface between the electrodes 14a and 14b and the variable resistor film 16 is not exposed to gas, air, or the like, so that the contact resistance varies due to the influence of the atmosphere in the film forming process as in the conventional method. In other words, the contact resistance can be stabilized between the memory cells in the same wafer and between different wafers. Thereby, the voltage applied to both ends of the variable resistor film 16 can be made uniform, and a variable resistor element having a stable switching operation can be formed with good reproducibility.

なお、本実施形態においてTiN膜14(14a、14b)及び可変抵抗体膜16に対してパターニング処理を行う場合には、第3〜第5実施形態と同様、パターニング処理実行前に予め所定の酸化防止絶縁膜を成膜することが好ましい。   In the present embodiment, when the patterning process is performed on the TiN film 14 (14a, 14b) and the variable resistor film 16, a predetermined oxidation is performed before the patterning process is executed, as in the third to fifth embodiments. It is preferable to form a prevention insulating film.

図20及び図21は、本実施形態の別の製造工程に係る概略断面図及びフローチャートである。図20(f)に示すように、熱酸化処理(ステップ#65)終了後、SiON、SiN、SiOC、SiC等の酸化防止絶縁膜18をCVD法にて50nm程度堆積する(ステップ#67)。その後、図20(g)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクとして、公知のエッチング技術によって酸化防止絶縁膜18、可変抵抗体膜16、並びにTiN膜14(14a、14b)をパターニングする(ステップ#68)。その後、図20(g)に示すように、図18(f)と同様、保護用層間絶縁膜17を堆積し、平坦化処理をする(ステップ#66)。   20 and 21 are a schematic cross-sectional view and a flowchart according to another manufacturing process of the present embodiment. As shown in FIG. 20F, after the thermal oxidation process (step # 65) is finished, an oxidation-preventing insulating film 18 such as SiON, SiN, SiOC, or SiC is deposited to a thickness of about 50 nm by the CVD method (step # 67). Thereafter, as shown in FIG. 20 (g), using a resist formed by a known photolithography technique as a mask, the antioxidant insulating film 18, the variable resistor film 16, and the TiN film 14 (14a, 14b) by a known etching technique. ) Is patterned (step # 68). Thereafter, as shown in FIG. 20G, a protective interlayer insulating film 17 is deposited and planarized as in FIG. 18F (step # 66).

このように、ステップ#68に係るパターニング処理前に予め酸化防止絶縁膜18を成膜することで、可変抵抗体膜16に対する、パターニング工程におけるレジストアッシング処理等による酸化の影響を防止することができ、前記可変抵抗体の特性を劣化させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   As described above, by forming the oxidation-preventing insulating film 18 in advance before the patterning process according to Step # 68, it is possible to prevent the influence of oxidation on the variable resistor film 16 due to the resist ashing process or the like in the patterning process. A variable resistance element can be manufactured without degrading the characteristics of the variable resistor.

[第7実施形態]
本発明方法の第7実施形態(以下、適宜「本実施形態」と記載)について、図22〜図25の各図を参照して説明を行う。図22は、本実施形態において、半導体装置を製造する際の各工程における概略断面図を模式的に示したものであり、工程毎に図22(a)〜図22(f)に分けて図示している。又、図23は本実施形態の製造工程をフローチャートにしたものであり、以下の文中の各ステップは図23に示されるフローチャートの各ステップを表すものとする。
[Seventh Embodiment]
A seventh embodiment of the method of the present invention (hereinafter referred to as “this embodiment” as appropriate) will be described with reference to FIGS. FIG. 22 schematically shows a schematic cross-sectional view in each step when manufacturing a semiconductor device in the present embodiment, and is divided into FIGS. 22A to 22F for each step. Show. FIG. 23 is a flowchart of the manufacturing process of the present embodiment, and each step in the following sentence represents each step of the flowchart shown in FIG.

まず、図22(a)に示すように、トランジスタ回路等(図示せず)を適宜形成した半導体基板11上にSiO膜(第1層間絶縁膜)13をCVD法にて、200nmの厚みで全面に堆積し(ステップ#71)、更に第1層間絶縁膜13の上面にSiN膜(第2層間絶縁膜)61をCVD法にて、200nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#72)。 First, as shown in FIG. 22 (a), a SiO 2 film (first interlayer insulating film) 13 is formed with a thickness of 200 nm on a semiconductor substrate 11 on which a transistor circuit or the like (not shown) is appropriately formed by a CVD method. A SiN film (second interlayer insulating film) 61 is deposited on the entire surface of the first interlayer insulating film 13 to a thickness of 200 nm by the CVD method (step # 72).

次に、図22(b)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジスト(レジスト膜51)をマスクに、公知のエッチング技術によって、第1層間絶縁膜13及び第2層間絶縁膜61をパターニングし、段差部62を形成する(ステップ#73)。   Next, as shown in FIG. 22B, the first interlayer insulating film 13 and the second interlayer insulating film 61 are formed by a known etching technique using a resist (resist film 51) formed by a known photolithography technique as a mask. Is patterned to form a stepped portion 62 (step # 73).

次に、図22(c)に示すように、レジスト膜51をアッシング除去しない状態でHF等の薬液で数分間ウェットエッチングを行う(ステップ#74)。このとき、第1層間絶縁膜13の材料であるSiOは第2層間絶縁膜61の材料であるSiNよりHFのウェットエッチレートが速いため、第2層間絶縁膜61と比較して第1層間絶縁膜13の方がエッチング除去量が多く、この結果、段差部62は下層である第1層間絶縁膜13と比較して上層となる第2層間絶縁膜61の方が外側に突出している逆階段形状に加工される。 Next, as shown in FIG. 22C, wet etching is performed with a chemical solution such as HF for several minutes without removing the resist film 51 by ashing (step # 74). At this time, since SiO 2 which is the material of the first interlayer insulating film 13 has a faster wet etch rate of HF than SiN which is the material of the second interlayer insulating film 61, the first interlayer insulating film 61 is compared with the first interlayer insulating film 61. The insulating film 13 has a larger amount of etching removal, and as a result, the stepped portion 62 is opposite to the first interlayer insulating film 13 that is the lower layer, and the second interlayer insulating film 61 that is the upper layer protrudes outward. Processed into a staircase shape.

次に、図22(d)に示すように、レジスト膜51を剥離後、半導体基板11上に導電性薄膜の一例としてのTiN膜14をスパッタ法にて60nmの厚みで全面に堆積する(ステップ#75)。このとき、段差部62が逆階段形状を有しているため、段差部62の上層部(第2層間絶縁膜61の側壁)外側に堆積されるTiN膜14の膜厚と比較して下層部(第1層間絶縁膜13の側壁)外側に堆積されるTiN膜14の膜厚が薄くなるように成膜することができ、第3〜第6実施形態と同様、TiN膜14内において他の領域よりも膜厚が薄い局部薄膜領域を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 22D, after the resist film 51 is removed, a TiN film 14 as an example of a conductive thin film is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 11 to a thickness of 60 nm by sputtering (step) # 75). At this time, since the stepped portion 62 has a reverse staircase shape, the lower layer portion is compared with the thickness of the TiN film 14 deposited outside the upper layer portion (side wall of the second interlayer insulating film 61) of the stepped portion 62. (Side wall of the first interlayer insulating film 13) The TiN film 14 deposited on the outside can be formed so as to be thin, and in the TiN film 14, other films can be formed in the same manner as in the third to sixth embodiments. A local thin film region having a smaller film thickness than the region can be formed.

次に、図22(e)に示すように、例えば、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14を酸化させて、可変抵抗体の一例としてのTiO膜16を形成する(ステップ#76)。このとき、熱酸化は、段差部62の外壁部分に堆積されているTiN膜14の表面から第1層間絶縁膜13或いは第2層間絶縁膜61の界面、並びに半導体基板11の界面まで到達するように(言い換えれば、少なくとも局部薄膜領域において、当該局部薄膜領域が有するTiN膜14の膜厚分を酸化するように)実施され、これによって段差部62の外壁部分の一部のTiN膜14が可変抵抗体膜16に変化する。このとき、圧力条件、温度条件、及び処理時間を所定の条件にして酸化処理を行うことで、段差部52の上段位置である第2層間絶縁膜61の上面に形成されているTiN膜14、及び段差部52の下段位置である半導体基板11の上面に形成されているTiN膜14を完全には酸化せず、当該領域に夫々一部未酸化のTiN膜14を残存させる。当該ステップ#76によって、TiN膜14は、可変抵抗体膜16を介して段差部52の上段位置(第2層間絶縁膜61の上面)に形成されている電極(第1電極)14aと、段差部52の下段位置(半導体基板11の上面)に形成されている電極(第2電極)14bとに分離される。尚、一例としては、第3実施形態と同様に、常圧(760Torr)で300℃の条件下で、40分程度の熱酸化処理を施すものとして良い。 Next, as shown in FIG. 22E, for example, the TiN film 14 is oxidized by thermal oxidation in an atmosphere containing oxygen at 250 to 450 ° C., and a TiO 2 film as an example of a variable resistor is formed. 16 is formed (step # 76). At this time, the thermal oxidation reaches the interface of the first interlayer insulating film 13 or the second interlayer insulating film 61 and the interface of the semiconductor substrate 11 from the surface of the TiN film 14 deposited on the outer wall portion of the stepped portion 62. (In other words, at least in the local thin film region, the film thickness of the TiN film 14 included in the local thin film region is oxidized), whereby the TiN film 14 in a part of the outer wall portion of the stepped portion 62 is variable. It changes to the resistor film 16. At this time, the TiN film 14 formed on the upper surface of the second interlayer insulating film 61 that is the upper position of the stepped portion 52 by performing oxidation treatment under predetermined conditions of the pressure condition, the temperature condition, and the processing time, In addition, the TiN film 14 formed on the upper surface of the semiconductor substrate 11 at the lower position of the stepped portion 52 is not completely oxidized, and partially unoxidized TiN films 14 are left in the regions. By the step # 76, the TiN film 14 is stepped from the electrode (first electrode) 14a formed at the upper position of the stepped portion 52 (the upper surface of the second interlayer insulating film 61) via the variable resistor film 16. It is separated into an electrode (second electrode) 14b formed at the lower position of the portion 52 (the upper surface of the semiconductor substrate 11). As an example, as in the third embodiment, thermal oxidation treatment may be performed for about 40 minutes at 300 ° C. under normal pressure (760 Torr).

次に、図22(f)に示すように、SiO等の保護用層間絶縁膜17をCVD法にて700nm堆積し、公知のCMP法等による平坦化技術で平坦化する(ステップ#77)。 Next, as shown in FIG. 22F, a protective interlayer insulating film 17 such as SiO 2 is deposited by 700 nm by the CVD method, and is flattened by a flattening technique by a known CMP method or the like (step # 77). .

本実施形態においても、第1〜第6の各実施形態と同様、可変抵抗体膜16は、TiN膜14を酸化させることで形成される。そして、当該可変抵抗体膜16が形成される結果、TiN膜14が2つの部分(第1電極14aと第2電極14b)とに分断され、これによって2つの電極間に可変抵抗体16が狭持されてなる可変抵抗素子が形成される。従って、両電極14a及び14bと可変抵抗体膜16との界面がガスや大気等に晒されることがないため、従来方法のように成膜プロセスにおける雰囲気の影響を受けて接触抵抗にバラツキが生じるということがなく、同一ウェハ内の各メモリセル間、並びに異なるウェハ間において接触抵抗を安定化させることができる。これにより、可変抵抗体膜16の両端にかかる電圧を均一化することができ、安定したスイッチング動作を有する可変抵抗素子を再現良く形成できる。   Also in this embodiment, the variable resistor film 16 is formed by oxidizing the TiN film 14 as in the first to sixth embodiments. As a result of the formation of the variable resistor film 16, the TiN film 14 is divided into two parts (first electrode 14a and second electrode 14b), whereby the variable resistor 16 is narrowed between the two electrodes. A held variable resistance element is formed. Accordingly, the interface between the electrodes 14a and 14b and the variable resistor film 16 is not exposed to gas, air, or the like, so that the contact resistance varies due to the influence of the atmosphere in the film forming process as in the conventional method. In other words, the contact resistance can be stabilized between the memory cells in the same wafer and between different wafers. Thereby, the voltage applied to both ends of the variable resistor film 16 can be made uniform, and a variable resistor element having a stable switching operation can be formed with good reproducibility.

なお、本実施形態においてTiN膜14(14a、14b)及び可変抵抗体膜16に対してパターニング処理を行う場合には、第3〜第6実施形態と同様、パターニング処理実行前に予め所定の酸化防止絶縁膜を成膜することが好ましい。   In the present embodiment, when the patterning process is performed on the TiN film 14 (14a, 14b) and the variable resistor film 16, a predetermined oxidation is performed before the patterning process is performed, as in the third to sixth embodiments. It is preferable to form a prevention insulating film.

図24及び図25は、本実施形態の別の製造工程に係る概略断面図及びフローチャートである。図24(f)に示すように、熱酸化処理(ステップ#76)終了後、SiON、SiN、SiOC、SiC等の酸化防止絶縁膜18をCVD法にて50nm程度堆積する(ステップ#78)。その後、図24(g)に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクとして、公知のエッチング技術によって酸化防止絶縁膜18、可変抵抗体膜16、並びにTiN膜14(14a、14b)をパターニングする(ステップ#79)。その後、図24(h)に示すように、図22(f)と同様、保護用層間絶縁膜17を堆積し、平坦化処理をする(ステップ#77)。   24 and 25 are a schematic cross-sectional view and a flowchart according to another manufacturing process of the present embodiment. As shown in FIG. 24F, after the thermal oxidation process (step # 76) is finished, an oxidation-preventing insulating film 18 such as SiON, SiN, SiOC, or SiC is deposited to about 50 nm by the CVD method (step # 78). Thereafter, as shown in FIG. 24G, with the resist formed by a known photolithography technique as a mask, the antioxidant insulating film 18, the variable resistor film 16, and the TiN film 14 (14a, 14b) are known by a known etching technique. ) Is patterned (step # 79). Thereafter, as shown in FIG. 24H, a protective interlayer insulating film 17 is deposited and planarized as in FIG. 22F (step # 77).

このように、ステップ#79に係るパターニング処理前に予め酸化防止絶縁膜18を成膜することで、可変抵抗体膜16に対する、パターニング工程におけるレジストアッシング処理等による酸化の影響を防止することができ、前記可変抵抗体の特性を劣化させることなく可変抵抗素子を製造することができる。   As described above, by forming the oxidation-preventing insulating film 18 in advance before the patterning process in Step # 79, it is possible to prevent the influence of the oxidation due to the resist ashing process or the like in the patterning process on the variable resistor film 16. A variable resistance element can be manufactured without degrading the characteristics of the variable resistor.

尚、上述の第1及び第2実施形態におけるTiN膜14の堆積工程(ステップ#11、#23)は、スパッタ法に限られず、パルス化レーザ堆積、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するものとしても構わない。   The TiN film 14 deposition step (steps # 11 and # 23) in the first and second embodiments described above is not limited to the sputtering method, and pulsed laser deposition, e-beam evaporation, thermal evaporation, and organometallic deposition. , Using any suitable deposition technique, including spin-on deposition, and metal organic chemical vapor deposition.

一方、上述の第3〜第7実施形態におけるTiN膜14の堆積工程(ステップ#33、#45、#53、#64、#75)においては、2つの電極(第1電極14a、第2電極14b)におけるTiN膜14の膜厚と、可変抵抗体16を構成する局部薄膜領域の膜厚とに格差を設けるため(局部薄膜領域に堆積されるTiN膜14の膜厚を両電極の膜厚よりも十分薄くするため)、コリメートスパッタ、ロングスロースパッタ、イオン化スパッタ等の指向性スパッタ成膜法を使用して堆積するのが好ましい。更に、CVD法とスパッタ法の積層膜を用いることにより可変抵抗体16の膜厚を制御することも可能である。   On the other hand, in the deposition process (steps # 33, # 45, # 53, # 64, # 75) of the TiN film 14 in the third to seventh embodiments described above, two electrodes (first electrode 14a, second electrode) 14b) in order to provide a difference between the film thickness of the TiN film 14 and the film thickness of the local thin film region constituting the variable resistor 16 (the film thickness of the TiN film 14 deposited in the local thin film region is the film thickness of both electrodes). For this purpose, it is preferable to deposit using a directional sputtering film forming method such as collimated sputtering, long throw sputtering, or ionized sputtering. Further, the film thickness of the variable resistor 16 can be controlled by using a laminated film of the CVD method and the sputtering method.

又、上述の各実施形態における酸化工程(ステップ#16、#26、#34、#46、#54、#65、#76)としては、ガス種にO、O、HO、NO、NO等酸素を含んだ分子を用いた熱酸化法の他、プラズマ酸化法或いはイオン注入法等を用いるものとしても構わない。 In addition, as the oxidation step (steps # 16, # 26, # 34, # 46, # 54, # 65, # 76) in each of the above-described embodiments, the gas types include O 2 , O 3 , H 2 O, N Other than the thermal oxidation method using molecules containing oxygen such as 2 O and NO, a plasma oxidation method or an ion implantation method may be used.

又、上述の各実施形態では、可変抵抗体膜16をTiO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−X膜とすることも可能である。更に、導電性薄膜14をTiN膜としたが、Cu、Ni,V、Zn、Nb、Ti、W、Co等の遷移金属、若しくは遷移金属の窒化物で形成することも可能である。このとき、可変抵抗体膜16は、導電性薄膜14として用いられた材料が酸化されることで形成される金属酸化物又は金属酸窒化物で構成される。 In each of the above-described embodiments, the variable resistor film 16 is a TiO 2 film. However, a TiO 2 -X N X film having variable resistance characteristics can be obtained by appropriately adjusting oxidation conditions such as an oxidation temperature and an oxygen concentration. It is also possible. Furthermore, although the conductive thin film 14 is a TiN film, it may be formed of a transition metal such as Cu, Ni, V, Zn, Nb, Ti, W, Co, or a nitride of a transition metal. At this time, the variable resistor film 16 is made of a metal oxide or metal oxynitride formed by oxidizing the material used as the conductive thin film 14.

本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第1実施形態の製造工程における各工程毎の概略断面図The schematic sectional drawing for every process in the manufacturing process of 1st Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第1実施形態の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows the manufacturing process of 1st Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第2実施形態の製造工程における各工程毎の概略断面図Schematic sectional view for each step in the manufacturing process of the second embodiment of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第2実施形態の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows the manufacturing process of 2nd Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第3実施形態の製造工程における各工程毎の概略断面図Schematic sectional view for each step in the manufacturing process of the third embodiment of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第3実施形態の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows the manufacturing process of 3rd Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第3実施形態の別の製造工程における各工程毎の概略断面図Schematic cross-sectional view for each step in another manufacturing step of the third embodiment of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第3実施形態の別の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows another manufacturing process of 3rd Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第4実施形態の製造工程における各工程毎の概略断面図Schematic sectional view for each step in the manufacturing process of the fourth embodiment of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第4実施形態の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows the manufacturing process of 4th Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る第4実施形態の製造方法の製造工程に基づいて製造された可変抵抗素子のスイッチング特性を示すグラフThe graph which shows the switching characteristic of the variable resistance element manufactured based on the manufacturing process of the manufacturing method of 4th Embodiment concerning this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第4実施形態の別の製造工程における各工程毎の概略断面図Schematic sectional view for each step in another manufacturing step of the fourth embodiment of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第4実施形態の別の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows another manufacturing process of 4th Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第5実施形態の製造工程における各工程毎の概略断面図Schematic sectional view for each step in the manufacturing process of the fifth embodiment of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第5実施形態の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows the manufacturing process of 5th Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第5実施形態の別の製造工程における各工程毎の概略断面図Schematic sectional view for each step in another manufacturing step of the fifth embodiment of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第5実施形態の別の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows another manufacturing process of 5th Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第6実施形態の製造工程における各工程毎の概略断面図Schematic sectional view for each step in the manufacturing process of the sixth embodiment of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第6実施形態の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows the manufacturing process of 6th Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第6実施形態のもう一つの製造工程における各工程毎の概略断面図Schematic cross-sectional view for each step in another manufacturing process of the sixth embodiment of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第6実施形態のもう一つの製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows another manufacturing process of 6th Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第7実施形態の製造工程における各工程毎の概略断面図Schematic sectional view for each step in the manufacturing process of the seventh embodiment of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第7実施形態の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows the manufacturing process of 7th Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第7実施形態のもう一つの製造工程における各工程毎の概略断面図Schematic sectional view for each step in another manufacturing process of the seventh embodiment of the variable resistance element manufacturing method according to the present invention. 本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の第7実施形態のもう一つの製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows another manufacturing process of 7th Embodiment of the manufacturing method of the variable resistance element which concerns on this invention. 従来構成の可変抵抗素子の概略構造図Schematic structure diagram of variable resistance element with conventional configuration 1T/1R型メモリセルの一構成例を示す等価回路図Equivalent circuit diagram showing one configuration example of 1T / 1R type memory cell 1T/1R型メモリセルの断面模式図Cross-sectional schematic diagram of 1T / 1R type memory cell 1R型のメモリセルの一構成例を示す等価回路図Equivalent circuit diagram showing one configuration example of 1R type memory cell 1R型メモリセルの断面模式図Cross-sectional schematic diagram of 1R type memory cell

符号の説明Explanation of symbols

11: 半導体基板
13: 第1層間絶縁膜(SiO膜)
13a: 第1層間絶縁膜
14: 導電性薄膜(TiN膜)
14a: 第1電極
14b: 第2電極
15: 開口部
15a: 開口部(第1電極形成予定位置)
15b: 開口部(第2電極形成予定位置)
16: 可変抵抗体膜(TiO膜)
17: 保護用層間絶縁膜
18: 酸化防止絶縁膜
21: メタル配線
22: 開口部
31: サイドウォール形成用絶縁膜
31a: サイドウォール
32: 開口部
41: 段差部
51: レジスト膜
52: 段差部
61: 第2層間絶縁膜(SiN膜)
62: 段差部
101: 上部電極
102: 可変抵抗体
103: 下部電極
104: メモリセルアレイ
106: ワード線デコーダ
107: ソース線デコーダ
111: 半導体基板
112: 素子分離領域
113: ゲート絶縁膜
114: ゲート電極
115: ドレイン拡散層領域
116: ソース拡散層領域
117: コンタクトプラグ
118: 下部電極
119: 可変抵抗体
120: 上部電極
121: コンタクトプラグ
123: ビット線配線
124: ソース線配線
131: メモリセルアレイ
132: ビット線デコーダ
133: ワード線デコーダ
141: 下部電極配線
142: 可変抵抗体
143: 上部電極配線
BL1〜BLm: ビット線
R: 可変抵抗素子
SL1〜SLn: ソース線
T: 選択トランジスタ
WL1〜WLn: ワード線
11: Semiconductor substrate 13: First interlayer insulating film (SiO 2 film)
13a: first interlayer insulating film 14: conductive thin film (TiN film)
14a: 1st electrode 14b: 2nd electrode 15: Opening part 15a: Opening part (1st electrode formation plan position)
15b: Opening (second electrode formation planned position)
16: Variable resistor film (TiO 2 film)
17: Protective interlayer insulating film 18: Antioxidation insulating film 21: Metal wiring 22: Opening part 31: Side wall forming insulating film 31a: Side wall 32: Opening part 41: Step part 51: Resist film 52: Step part 61 : Second interlayer insulating film (SiN film)
62: Stepped portion 101: Upper electrode 102: Variable resistor 103: Lower electrode 104: Memory cell array 106: Word line decoder 107: Source line decoder 111: Semiconductor substrate 112: Element isolation region 113: Gate insulating film 114: Gate electrode 115 : Drain diffusion layer region 116: source diffusion layer region 117: contact plug 118: lower electrode 119: variable resistor 120: upper electrode 121: contact plug 123: bit line wiring 124: source line wiring 131: memory cell array 132: bit line Decoder 133: Word line decoder 141: Lower electrode wiring 142: Variable resistor 143: Upper electrode wiring BL1-BLm: Bit line R: Variable resistance element SL1-SLn: Source line T: Select transistor WL1-WLn Word line

Claims (18)

第1電極と第2電極と可変抵抗体とを備え、前記可変抵抗体が前記第1電極と前記第2電極とに狭持された領域に存し、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧パルスを印加することにより、前記第1電極と前記第2電極との間の電気抵抗が変化する可変抵抗素子の製造方法であって、
半導体基板上に前記第1電極と前記第2電極と前記可変抵抗体の前駆体となる一の導電膜を堆積する導電膜堆積工程と、
前記導電膜に対して酸化処理を施すことで、前記導電膜の一部領域を前記可変抵抗体に変化させると共に、当該可変抵抗体によって前記導電膜を分断することで前記第1電極及び前記第2電極を形成する酸化工程と、
前記酸化工程終了後、全面に保護用層間絶縁膜を堆積する保護絶縁膜堆積工程と、を有することを特徴とする可変抵抗素子の製造方法。
A first electrode, a second electrode, and a variable resistor, wherein the variable resistor is in a region sandwiched between the first electrode and the second electrode, and the first electrode, the second electrode, A method of manufacturing a variable resistance element in which an electrical resistance between the first electrode and the second electrode changes by applying a voltage pulse between the first electrode and the second electrode,
A conductive film deposition step of depositing a first conductive film on the semiconductor substrate as a precursor of the first electrode, the second electrode, and the variable resistor;
By subjecting the conductive film to an oxidation treatment, a part of the conductive film is changed to the variable resistor, and the conductive film is divided by the variable resistor so that the first electrode and the first electrode are separated. An oxidation step to form two electrodes;
And a protective insulating film deposition step of depositing a protective interlayer insulating film on the entire surface after the oxidation step is completed .
前記導電膜堆積工程終了後で前記酸化工程開始前に、
前記導電膜の上面を含むように第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、
前記第1絶縁膜堆積工程終了後、前記第1層間絶縁膜の一部を開口して前記導電膜の一部の上面を露出する開口部形成工程と、を有し、
前記酸化工程によって、前記開口部を介して露出されている前記導電膜の周辺領域が酸化されることを特徴とする請求項に記載の可変抵抗素子の製造方法。
After completion of the conductive film deposition process and before the oxidation process starts,
A first insulating film deposition step of depositing a first interlayer insulating film so as to include an upper surface of the conductive film;
An opening forming step of opening a part of the first interlayer insulating film and exposing a part of the upper surface of the conductive film after the first insulating film deposition process is completed;
The method of manufacturing a variable resistance element according to claim 1 , wherein a peripheral region of the conductive film exposed through the opening is oxidized by the oxidation step.
前記開口部形成工程終了後で前記酸化工程開始前に、前記開口部を介して露出されている前記導電膜の露出部分の一部を除去することで前記開口部底面に位置する前記導電膜の膜厚を薄くする薄膜化工程を有することを特徴とする請求項に記載の可変抵抗素子の製造方法。 After the opening forming process is completed and before the oxidation process is started, by removing a part of the exposed portion of the conductive film exposed through the opening, the conductive film located on the bottom surface of the opening is removed. The method of manufacturing a variable resistance element according to claim 2 , further comprising a thinning step for reducing the film thickness. 前記導電膜堆積工程前に、前記半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、前記第1層間絶縁膜の所定領域を開口して少なくとも2つの分離された開口部を形成する開口部形成工程と、を有し、
前記導電膜堆積工程終了後で前記酸化工程開始前に、前記開口部以外の領域に堆積された前記導電膜が完全には除去されない範囲内で、前記導電膜の膜厚を薄くする薄膜化工程を有し、
前記導電膜堆積工程が、前記2つの開口部を完全に充填するように前記導電膜を堆積する工程であり、
前記酸化工程が、前記開口部以外の領域に堆積されている前記導電膜の膜厚以上であって、上面位置から前記開口部の底面まで堆積されている前記導電膜の膜厚未満の厚み分だけ前記導電膜を酸化することで前記可変抵抗体を形成する工程であることを特徴とする請求項に記載の可変抵抗素子の製造方法。
Before the conductive film deposition step, a first insulating film deposition step for depositing a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate, and at least two separated openings by opening a predetermined region of the first interlayer insulating film And forming an opening.
Before the oxidation step starts after the completion of the conductive film depositing step, to the extent that the conductive film deposited on a region other than the opening is not completely removed, it thinned to reduce the film thickness before Kishirubedenmaku Having a process,
The conductive film deposition step is a step of depositing the conductive film so as to completely fill the two openings;
The oxidation step is equal to or greater than the thickness of the conductive film deposited in a region other than the opening and less than the thickness of the conductive film deposited from the upper surface position to the bottom surface of the opening. manufacturing method for a variable resistance element according to claim 1, characterized in that the step of only forming the variable resistor by oxidizing the conductive film.
前記導電膜堆積工程で堆積される前記導電膜が、一部に他より膜厚の薄い局部薄膜領域を有する堆積形状となるよう、前記導電膜堆積工程前に、予め前記導電膜の下地層に対して所定の導電膜堆積前処理を実行することを特徴とする請求項に記載の可変抵抗素子の製造方法。 Before the conductive film deposition step, the conductive film deposited in the conductive film deposition step is preliminarily formed on the underlying layer of the conductive film so that the conductive film deposited in the conductive film deposition step has a partial thin film region with a thinner thickness than others. The method for manufacturing a variable resistance element according to claim 1 , wherein a predetermined pretreatment for conductive film deposition is performed on the conductive film. 前記導電膜堆積前処理が、半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、前記第1層間絶縁膜の所定領域に下方へ進むほど開口面積が狭くなるテーパ形状の開口部を形成する開口部形成工程と、を有し、
前記導電膜堆積工程が、前記開口部の内部を完全には充填しないように前記導電膜を全面に堆積し、前記開口部の内側側壁の少なくとも一部に前記局部薄膜領域を形成する工程であり、
前記酸化工程が、前記導電膜を露出面側から酸化することで前記可変抵抗体を形成すると共に、少なくとも前記局部薄膜領域を酸化させることで、酸化されて前記可変抵抗体に変化した前記局部薄膜領域によって前記開口部の底面側に形成されている前記導電膜と前記局部薄膜領域より上側の領域に形成されている前記導電膜とを分断し、前記第1電極及び前記第2電極を形成する工程であることを特徴とする請求項に記載の可変抵抗素子の製造方法。
The conductive film deposition pretreatment includes a first insulating film deposition step of depositing a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and a tapered shape in which an opening area becomes narrower as it proceeds downward to a predetermined region of the first interlayer insulating film. An opening forming step for forming the opening, and
The conductive film deposition step is a step of depositing the conductive film on the entire surface so as not to completely fill the inside of the opening, and forming the local thin film region on at least a part of the inner side wall of the opening. ,
In the oxidation step, the variable resistor is formed by oxidizing the conductive film from the exposed surface side, and at least the local thin film region is oxidized to be oxidized and changed into the variable resistor. The conductive film formed on the bottom side of the opening and the conductive film formed in the region above the local thin film region are divided by the region to form the first electrode and the second electrode. The method of manufacturing a variable resistance element according to claim 5 , wherein the method is a process.
前記導電膜堆積前処理が、半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、前記第1層間絶縁膜の所定領域に開口部を形成する開口部形成工程と、前記開口部の側壁面内に下方に進むほど幅広となるサイドウォール絶縁膜を形成するサイドウォール絶縁膜形成工程と、を有し、
前記導電膜堆積工程が、前記開口部の内部を完全には充填しないように導電膜を全面に堆積し、前記サイドウォール絶縁膜の外側側壁の少なくとも一部に前記局部薄膜領域を形成する工程であり、
前記酸化工程が、前記導電膜を露出面側から酸化することで前記可変抵抗体を形成すると共に、少なくとも前記局部薄膜領域を酸化させることで、酸化されて前記可変抵抗体に変化した前記局部薄膜領域によって前記開口部の底面側に形成されている前記導電膜と前記局部薄膜領域より上側の領域に形成されている前記導電膜とを分断し、前記第1電極及び前記第2電極を形成する工程であることを特徴とする請求項に記載の可変抵抗素子の製造方法。
The conductive film deposition pretreatment includes a first insulating film deposition step of depositing a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate, an opening forming step of forming an opening in a predetermined region of the first interlayer insulating film, A sidewall insulating film forming step of forming a sidewall insulating film that becomes wider as it goes downward in the side wall surface of the opening, and
The conductive film deposition step is a step of depositing a conductive film on the entire surface so as not to completely fill the inside of the opening, and forming the local thin film region on at least a part of the outer side wall of the sidewall insulating film. Yes,
In the oxidation step, the variable resistor is formed by oxidizing the conductive film from the exposed surface side, and at least the local thin film region is oxidized to be oxidized and changed into the variable resistor. The conductive film formed on the bottom side of the opening and the conductive film formed in the region above the local thin film region are divided by the region to form the first electrode and the second electrode. The method of manufacturing a variable resistance element according to claim 5 , wherein the method is a process.
前記導電膜堆積前処理が、隣接する上面の高さ位置が相異なる段差部領域を一部に有する第1層間絶縁膜を半導体基板上に堆積する第1絶縁膜堆積工程を有し、
前記導電膜堆積工程が、前記段差部領域を含む全面に前記導電膜を堆積することで、当該段差部領域を構成する上段面及び下段面を連結する側壁部分と前記下段面の交わる角部に近付くほど膜厚が薄くなる形状の前記局部薄膜領域を有する前記導電膜を形成する工程であり、
前記酸化工程が、前記導電膜を露出面側から酸化することで前記可変抵抗体を形成すると共に、少なくとも前記局部薄膜領域を酸化させることで、酸化されて前記可変抵抗体に変化した前記局部薄膜領域によって前記上段面に堆積されている前記導電膜と前記下段面に堆積されている前記導電膜とを分断し、前記第1電極及び前記第2電極を形成する工程であることを特徴とする請求項に記載の可変抵抗素子の製造方法。
The conductive film deposition pre-treatment includes a first insulating film deposition step of depositing on the semiconductor substrate a first interlayer insulating film partially including a stepped region having different height positions of adjacent upper surfaces;
In the conductive film deposition step, the conductive film is deposited on the entire surface including the stepped portion region, so that a side wall portion connecting the upper step surface and the lower step surface constituting the stepped portion region and a corner portion where the lower step surface intersects. The step of forming the conductive film having the local thin film region of a shape that the film thickness becomes thinner as approaching,
In the oxidation step, the variable resistor is formed by oxidizing the conductive film from the exposed surface side, and at least the local thin film region is oxidized to be oxidized and changed into the variable resistor. The conductive film deposited on the upper stage surface and the conductive film deposited on the lower stage surface are divided by a region to form the first electrode and the second electrode. The manufacturing method of the variable resistance element of Claim 5 .
前記導電膜堆積前処理が、上層方向に行くほど膜密度が高くなるように第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、所定領域以外の前記第1層間絶縁膜を剥離することで隣接する上面の高さ位置が相異なる段差部領域を形成すると共に、当該段差部領域を構成する上段面と下段面とを連結する側壁部分を上層方向に行くほど外側に突出する逆テーパ形状とするパターニング工程と、を有し、
前記導電膜堆積工程が、前記段差部領域を含む全面に前記導電膜を堆積することで、前記側壁部分と前記下段面の交わる角部に近付くほど膜厚が薄くなる楔形形状の前記局部薄膜領域を有する前記導電膜を形成する工程であり、
前記酸化工程が、前記導電膜を露出面側から酸化することで前記可変抵抗体を形成すると共に、少なくとも前記局部薄膜領域を酸化させることで、酸化されて前記可変抵抗体に変化した前記局部薄膜領域によって前記上段面に堆積されている前記導電膜と前記下段面に堆積されている前記導電膜とを分断し、前記第1電極及び前記第2電極を形成する工程であることを特徴とする請求項に記載の可変抵抗素子の製造方法。
In the conductive film deposition pretreatment, a first insulating film deposition step for depositing a first interlayer insulating film so that the film density increases in the upper layer direction, and the first interlayer insulating film other than a predetermined region is peeled off. In the reverse taper shape, a stepped region is formed in which the height positions of the adjacent upper surfaces are different from each other, and the side wall portion connecting the upper step surface and the lower step surface constituting the stepped portion region protrudes outward toward the upper layer direction. And a patterning step,
The wedge-shaped local thin film region where the conductive film deposition step deposits the conductive film over the entire surface including the stepped portion region, and the film thickness becomes thinner toward the corner portion where the side wall portion and the lower step surface intersect. Forming the conductive film having:
In the oxidation step, the variable resistor is formed by oxidizing the conductive film from the exposed surface side, and at least the local thin film region is oxidized to be oxidized and changed into the variable resistor. The conductive film deposited on the upper stage surface and the conductive film deposited on the lower stage surface are divided by a region to form the first electrode and the second electrode. The manufacturing method of the variable resistance element of Claim 5 .
前記第1絶縁膜堆積工程が、基板温度を連続的又は断続的に上昇させながら前記第1層間絶縁膜を堆積させる工程であることを特徴とする請求項に記載の可変抵抗素子の製造方法。 10. The method of manufacturing a variable resistance element according to claim 9 , wherein the first insulating film deposition step is a step of depositing the first interlayer insulating film while continuously or intermittently increasing the substrate temperature. . 前記パターニング工程が、ウェットエッチングによって行われることを特徴とする請求項又は請求項10に記載の可変抵抗素子の製造方法。 The patterning step, the manufacturing method of the variable resistance element according to claim 9 or claim 10 characterized in that it is carried out by wet etching. 前記導電膜堆積前処理が、半導体基板上に第1層間絶縁膜を堆積する第1絶縁膜堆積工程と、前記第1層間絶縁膜の上面に前記第1層間絶縁膜よりエッチングレートの遅い第2層間絶縁膜を堆積する第2絶縁膜堆積工程と、所定領域以外の前記第1及び第2層間絶縁膜を剥離することで隣接する上面の高さ位置が相異なる段差部領域を形成すると共に、当該段差部領域を構成する上段面と下段面とを連結する側壁部分を、前記第2層間絶縁膜で構成されている領域が前記第1層間絶縁膜で構成されている領域よりも外側に突出する逆階段形状とするパターニング工程と、を有し、
前記導電膜堆積工程が、前記段差部領域を含む全面に前記導電膜を堆積することで、前記側壁部分と前記下段面の交わる角部に近付くほど膜厚が薄くなる楔形形状の前記局部薄膜領域を有する前記導電膜を形成する工程であり、
前記酸化工程が、前記導電膜を露出面側から酸化することで前記可変抵抗体を形成すると共に、少なくとも前記局部薄膜領域を酸化させることで、酸化されて前記可変抵抗体に変化した前記局部薄膜領域によって前記上段面に堆積されている前記導電膜と前記下段面に堆積されている前記導電膜とを分断し、前記第1電極及び前記第2電極を形成する工程であることを特徴とする請求項に記載の可変抵抗素子の製造方法。
The conductive film deposition pretreatment includes a first insulating film deposition step of depositing a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and a second etching rate lower than that of the first interlayer insulating film on the upper surface of the first interlayer insulating film. A second insulating film deposition step for depositing an interlayer insulating film and a stepped region where the height positions of adjacent upper surfaces are different by peeling the first and second interlayer insulating films other than the predetermined region, A side wall portion that connects the upper and lower surfaces constituting the stepped portion region has a region formed of the second interlayer insulating film protruding outward from a region formed of the first interlayer insulating film. And a patterning process to make an inverted staircase shape,
The wedge-shaped local thin film region where the conductive film deposition step deposits the conductive film over the entire surface including the stepped portion region, and the film thickness becomes thinner toward the corner portion where the side wall portion and the lower step surface intersect. Forming the conductive film having:
The oxidation process, thereby forming the variable resistor by oxidizing the exposed surface side of the conductive film, by oxidizing at least the local thin film region, the local film and changed to the variable resistor is oxidized The conductive film deposited on the upper stage surface and the conductive film deposited on the lower stage surface are divided by a region to form the first electrode and the second electrode. The manufacturing method of the variable resistance element of Claim 5 .
前記第1絶縁膜堆積工程が、SiO膜を堆積する工程であり、
前記第2絶縁膜堆積工程が、SiN膜を堆積する工程であり、
前記パターニング工程が、HF薬液によるウェットエッチングによって行われることを特徴とする請求項12に記載の可変抵抗素子の製造方法。
The first insulating film deposition step is a step of depositing a SiO 2 film;
The second insulating film deposition step is a step of depositing a SiN film;
The method of manufacturing a variable resistance element according to claim 12 , wherein the patterning step is performed by wet etching using an HF chemical solution.
前記酸化工程終了後に、前記可変抵抗体の上面を覆うように酸化防止絶縁膜を堆積する酸化防止絶縁膜堆積工程を有し、
前記酸化防止絶縁膜堆積工程終了後に、前記酸化防止絶縁膜、前記可変抵抗体、及び前記導電膜に対してパターニング処理を行うパターニング工程を有することを特徴とする請求項〜請求項13の何れか1項に記載の可変抵抗素子の製造方法。
An anti-oxidation insulating film deposition step of depositing an anti-oxidation insulating film so as to cover the upper surface of the variable resistor after the oxidation step;
Wherein after completion oxidation-preventing insulating film deposition process, the oxidation-preventing insulating film, any of the variable resistor, and claims 5 to claim 13, characterized in that it comprises a patterning step of patterning process to the conductive film A method for manufacturing the variable resistance element according to claim 1.
前記酸化防止絶縁膜が窒素もしくは炭素を含む絶縁膜であることを特徴とする請求項14に記載の可変抵抗素子の製造方法。 The method for manufacturing a variable resistance element according to claim 14 , wherein the antioxidant insulating film is an insulating film containing nitrogen or carbon. 前記導電膜堆積工程が、指向性スパッタ成膜法によって前記導電膜を堆積する工程であることを特徴とする請求項〜請求項15の何れか1項に記載の可変抵抗素子の製造方法。 Manufacturing method for a variable resistance element according to any one of claims 5 to claim 15, wherein the conductive film deposition step, characterized in that a step of depositing the conductive layer by directional sputtering method. 前記導電膜堆積工程が、CVD成膜とスパッタ成膜の積層法によって前記導電膜を堆積する工程であることを特徴とする請求項〜請求項15の何れか1項に記載の可変抵抗素子の製造方法。 The variable resistance element according to any one of claims 5 to 15 , wherein the conductive film deposition step is a step of depositing the conductive film by a lamination method of CVD film formation and sputter film formation. Manufacturing method. 前記導電膜は窒化チタンであることを特徴とする請求項1〜請求項17の何れか1項に記載の可変抵抗素子の製造方法。
Manufacturing method for a variable resistance element according to any one of claims 1 to 17, wherein the conductive film is titanium nitride.
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