JP4975887B2 - 不揮発性記憶素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
[不揮発性記憶素子の構成]
図1Aおよび図1Bは、本発明の実施の形態1に係る不揮発性記憶素子の構成を示す図である。図1Aは平面図を示しており、図1Bは図1AのA−A‘線の断面を矢印方向に見た断面図を示している。図1Aおよび図1Bは抵抗変化素子10が2つで構成される場合の例を示している。本実施の形態では、少なくとも上部電極層104を覆うように応力を低減させた絶縁層をストレス緩和領域層105として設ける。そして、このストレス緩和領域層105は、上部電極層104と第2の層間絶縁層19との界面での応力ストレスを緩和する機能を有する。
次に、以上のように構成された不揮発性記憶素子1の動作について説明する。
次に、本発明の実施の形態1に係る不揮発性記憶素子1の製造方法について説明する。
なお、ストレス緩和領域層105は、上述したように、応力を低減させたプラズマTEOS膜で構成されるに限られず、多孔質構造で構成されるとしてもよい。以下、これを実施の形態1の変形例として説明する。
[不揮発性記憶素子の構成]
図4Aおよび図4Bは、本発明の実施の形態2に係る不揮発性記憶素子の構成を示す図である。図4Aは平面図を示しており、図4Bは図4AのB−B‘線の断面を矢印方向に見た断面図を示している。なお、図4Aおよび図4Bは、不揮発性記憶素子2が2つで構成される場合の例を示している。
次に、本発明の実施の形態2に係る不揮発性記憶素子2の製造方法について説明する。
[不揮発性記憶素子の構成]
図6Aおよび図6Bは、本発明の実施の形態3に係る不揮発性記憶素子の構成を示す図である。図6Aは平面図を示しており、図6Bは図6AのC1−C1‘線の断面を矢印方向に見た断面図を示している。なお、図6Aおよび図6Bは不揮発性記憶素子3が2つで構成される場合の例を示している。
次に、本発明の実施の形態3に係る不揮発性記憶素子3の製造方法について説明する。
なお、ストレス緩和領域層305は、上述したように、上部電極層104の上面および側面、並びに、第2のコンタクト16を覆うように、上部電極層104の側面よりも上の全領域に形成されるとしたがそれに限られない。第2のコンタクト16を含む上部電極層104の上部近傍領域を直接覆うように形成されるとしてもよい。以下、これを実施の形態3の変形例として説明する。
次に、以上のように構成された本変形例の不揮発性記憶素子4の製造方法について説明する。
[不揮発性記憶素子]
図10Aおよび図10Bは、本発明の実施の形態4に係る不揮発性記憶素子の構成を示す図である。図10Aは平面図を示しており、図10Bは図10AのD−D‘線の断面を矢印方向に見た要部の断面図を示している。なお、10Aおよび図10Bは不揮発性記憶素子5が2つで構成される場合の例を示している。
次に、本発明の実施の形態4に係る不揮発性記憶素子5の製造方法について説明する。
10 抵抗変化素子
11 シリコン基板
12 ソースまたはドレイン層
13 ゲート層
14 第1の層間絶縁層
15 第1のコンタクト
16 第2のコンタクト
16A 第2のコンタクト開口部
17 第3のコンタクト
18 配線パターン
19、193、194、195 第2の層間絶縁層
102 下部電極層
103a 第1の抵抗変化層
103b 第2の抵抗変化層
104 上部電極層
105、205、305、405、505 ストレス緩和領域層
105a、305a、405a 開口部
801 抵抗変化素子
802 上部電極
803 抵抗変化層
804 下部電極
814、818 配線
815、816 コンタクト
819 層間絶縁層
901 突起
Claims (27)
- 基板と、
前記基板上に形成された下部電極層と、
前記下部電極層上に形成された金属酸化物で構成される第1の抵抗変化層と、
前記第1の抵抗変化層上に形成され、かつ前記第1の抵抗変化層より酸素不足度が小さい金属酸化物で構成される第2の抵抗変化層と、
前記第2の抵抗変化層上に形成された上部電極層と、
少なくとも前記下部電極層、前記第1の抵抗変化層および前記第2の抵抗変化層の側面を覆うように形成された層間絶縁層と、
少なくとも前記上部電極層の上面および側面を直接覆うように設けられ、前記層間絶縁層に用いられる絶縁層より応力が小さく、前記上部電極層に対する応力を緩和するストレス緩和領域層と、
上部電極層に至るように形成されたコンタクトと、
前記コンタクトに接続される配線パターンと、を備え、
前記ストレス緩和領域層は、多孔質構造を有する絶縁層である
不揮発性記憶素子。 - 前記層間絶縁層は、少なくとも前記上部電極層の上面および側面を、前記ストレス緩和領域層を介して覆うように形成されており、
前記コンタクトは、前記層間絶縁層および前記ストレス緩和領域層を貫通し、前記上部電極層に至るよう形成されており、
前記ストレス緩和領域層は、少なくとも前記上部電極層の上面および側面を直接覆うように前記上部電極層と前記層間絶縁層との間に設けられ、前記上部電極層に対する前記層間絶縁層の応力を緩和する
請求項1に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記ストレス緩和領域層は、少なくとも前記上部電極層の上面および側面、並びに、前記コンタクトの側面を直接覆うように設けられている
請求項1に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記上部電極層は、白金族元素の単体または合金である
請求項1から3のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記白金族元素は、白金またはパラジウムである
請求項4に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記金属酸化物は、タンタル酸化物TaOx(0<x<2.5)で構成される
請求項1から5のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記金属酸化物は、タンタル酸化物からなり、
前記第1の抵抗変化層をTaOx、前記第2の抵抗変化層をTaOyと表したとき、0.8≦x≦1.9、かつ、2.1≦y<2.5である
請求項1から5のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 基板と、
前記基板上に形成された下部電極層と、
前記下部電極層上に形成された金属酸化物で構成される第1の抵抗変化層と、
前記第1の抵抗変化層上に形成され、かつ前記第1の抵抗変化層より酸素不足度が小さい金属酸化物で構成される第2の抵抗変化層と、
前記第2の抵抗変化層上に形成された上部電極層と、
少なくとも前記下部電極層、前記第1の抵抗変化層および前記第2の抵抗変化層の側面を覆うように形成された層間絶縁層と、
少なくとも前記上部電極層の上面および側面を直接覆うように設けられ、前記層間絶縁層に用いられる絶縁層より応力が小さく、前記上部電極層に対する応力を緩和するストレス緩和領域層と、
上部電極層に至るように形成されたコンタクトと、
前記コンタクトに接続される配線パターンと、を備え、
前記ストレス緩和領域層は、空気層である
不揮発性記憶素子。 - 前記層間絶縁層は、少なくとも前記上部電極層の上面および側面を、前記ストレス緩和領域層を介して覆うように形成されており、
前記コンタクトは、前記層間絶縁層および前記ストレス緩和領域層を貫通し、前記上部電極層に至るよう形成されており、
前記ストレス緩和領域層は、少なくとも前記上部電極層の上面および側面を直接覆うように前記上部電極層と前記層間絶縁層との間に設けられ、前記上部電極層に対する前記層間絶縁層の応力を緩和する
請求項8に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記ストレス緩和領域層は、少なくとも前記上部電極層の上面および側面、並びに、前記コンタクトの側面を直接覆うように設けられている
請求項8に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記上部電極層は、白金族元素の単体または合金である
請求項8から10のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記白金族元素は、白金またはパラジウムである
請求項11に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記金属酸化物は、タンタル酸化物TaOx(0<x<2.5)で構成される
請求項8から12のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記金属酸化物は、タンタル酸化物からなり、
前記第1の抵抗変化層をTaOx、前記第2の抵抗変化層をTaOyと表したとき、0.8≦x≦1.9、かつ、2.1≦y<2.5である
請求項8から12のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 基板上に下部電極層を形成する第1工程と、
前記下部電極層上に金属酸化物で構成される第1の抵抗変化層を形成する第2工程と、
前記第1の抵抗変化層より酸素不足度が小さい金属酸化物で構成される第2の抵抗変化層を前記第1の抵抗変化層上に形成する第3工程と、
前記第2の抵抗変化層上に上部電極層を形成する第4工程と、
少なくとも前記上部電極層の上面および側面を直接覆うように、前記上部電極層に対する応力を緩和するストレス緩和領域層を設ける第5工程と、
少なくとも前記下部電極層、前記第1の抵抗変化層および前記第2の抵抗変化層の側面を覆うように層間絶縁層を形成する第6工程と、
上部電極層に至るようコンタクト形成する第7工程と、
前記コンタクトに接続される配線パターンを形成する第8工程と、を含み、
前記第5工程において、前記ストレス緩和領域層は、前記層間絶縁層に用いられる絶縁層より応力が小さい絶縁層であって多孔質構造を有する絶縁層で設けられる
不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記第5工程において、
前記ストレス緩和領域層は、少なくとも前記上部電極層の上面および側面を直接覆うように、前記多孔質構造を有する絶縁層で設けられ、
前記第6工程において、
前記層間絶縁層は、前記ストレス緩和領域層を介して、少なくとも前記上部電極層の上面および側面を覆うように形成され、
前記第7工程において、
前記コンタクトは、前記層間絶縁層および前記ストレス緩和領域層を貫通し、前記上部電極層に至るように形成される
請求項15に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記第6工程では、
前記上部電極層、前記第1の抵抗変化層、前記第2の抵抗変化層および前記下部電極層を覆うように前記層間絶縁層と同じ材料の絶縁層を形成する工程と、
前記層間絶縁層と同じ材料の絶縁層をエッチング除去し、少なくとも前記上部電極層を露出させることで、前記層間絶縁層を形成する工程とを含み、
前記第5工程において、
前記ストレス緩和領域層は、前記第6工程の後に、少なくとも前記上部電極層の上面および側面、並びに、前記コンタクトの側面を直接覆うように、前記多孔質構造を有する絶縁層で形成され、
前記第7工程において、前記コンタクトは、前記ストレス緩和領域層を貫通し、前記上部電極層に至るよう形成される
請求項15に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記第4工程において、前記上部電極層は、白金族元素の単体または合金で形成される
請求項15から17のいずれかに1項に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記白金族元素は、白金またはパラジウムである
請求項18に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記第2工程および前記第3工程において、
前記金属酸化物は、タンタル酸化物からなり、
前記第1の抵抗変化層をTaOx、前記第2の抵抗変化層をTaOyと表したとき、前記第1の抵抗変化層および前記第2の抵抗変化層は、0.8≦x≦1.9、かつ、2.1≦y<2.5を満たすように形成される
請求項15から19のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 基板上に下部電極層を形成する工程と、
前記下部電極層上に金属酸化物で構成される第1の抵抗変化層を形成する工程と、
前記第1の抵抗変化層上に、前記第1の抵抗変化層より酸素不足度が小さい金属酸化物で構成される第2の抵抗変化層を形成する工程と、
前記第2の抵抗変化層上に上部電極層を形成する工程と、
少なくとも前記上部電極層の上面および側面を直接覆うように、前記上部電極層に対する応力を緩和するストレス緩和領域層を設ける工程と、
少なくとも前記下部電極層、前記第1の抵抗変化層および前記第2の抵抗変化層の側面を覆うように層間絶縁層を形成する工程と、
上部電極層に至るようコンタクト形成する工程と、
前記コンタクトに接続される配線パターンを形成する工程と、を含み、
前記ストレス緩和領域層を設ける工程において、
前記ストレス緩和領域層は、前記層間絶縁層に用いられる絶縁層より応力が小さい空気層で設けられる
不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記ストレス緩和領域層を設ける工程において、
前記ストレス緩和領域層は、少なくとも前記上部電極層の上面および側面と前記層間絶縁層との間に形成され、
前記コンタクトを形成する工程において、
前記コンタクトは、前記層間絶縁層および前記ストレス緩和領域層を貫通し、前記上部電極層に至るように形成される
請求項21に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記層間絶縁層を形成する工程の前に、少なくとも前記上部電極層の上面および側面を直接覆うように犠牲層を形成する工程をさらに含み、
前記層間絶縁層を形成する工程において、前記層間絶縁膜は、少なくとも前記上部電極層の上面および側面を、前記犠牲層を介して覆うように形成され、
前記層間絶縁層を形成する工程の後に、前記層間絶縁層および前記犠牲層を貫通し、前記上部電極層に至るようにコンタクト開口部を形成する工程をさらに含み、
前記ストレス緩和領域を設ける工程において、前記コンタクト開口部からエッチングにより前記犠牲層を除去することにより前記空気層を形成し、
前記コンタクトを形成する工程において、前記コンタクト開口部に前記コンタクトを形成する
請求項21に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記ストレス緩和領域を設ける工程は、前記コンタクトを形成する工程の後に行われ、
前記ストレス緩和領域を設ける工程において、
前記層間絶縁層の一部をエッチング除去し、少なくとも前記上部電極層を露出させることで、前記空気層を形成する
請求項21に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記上部電極層を形成する工程において、前記上部電極層は、白金族元素の単体または合金で形成される
請求項21から24のいずれかに1項に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記白金族元素は、白金またはパラジウムである
請求項25に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記第1の抵抗変化層を形成する工程および前記第2の抵抗変化層を形成する工程において、
前記金属酸化物は、タンタル酸化物からなり、
前記第1の抵抗変化層をTaOx、前記第2の抵抗変化層をTaOyと表したとき、前記第1の抵抗変化層および前記第2の抵抗変化層は、0.8≦x≦1.9、かつ、2.1≦y<2.5を満たすように形成される
請求項21から24のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。
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