JP5061469B2 - 不揮発性記憶素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1から図7は、本発明の第1の実施の形態を示す図である。図1に示すように、本実施の形態の不揮発性記憶素子20は、基板21上に所定方向Xに伸張するように第1の配線22が、ストライプ形状に複数本設けられている。第1の配線22上には下から順に下部電極27、可変抵抗膜24および上部電極28が設けられている。上部電極28の上には第1の配線22の伸張方向Xと交差する所定方向Yに伸張するように第2の配線26がストライプ形状に複数本設けられている。なお、第1の配線22と第2の配線26の交差する領域に上下2つのコンタクトホールが設けられている。これらのコンタクトホール内には、第1の層間絶縁膜23を貫通して下部電極27が埋め込まれており、第2の層間絶縁膜25を貫通して上部電極28が埋め込まれている。したがって、第1の配線22と第2の配線26とが交差する領域において、可変抵抗膜24は下部電極27と上部電極28とで挟まれて、その挟まれた可変抵抗膜24の一部が記憶部29となる。
図8に本発明の第2の実施の形態に係る不揮発性記憶素子35の断面図を示す。本実施形態では、可変抵抗膜24が隣接する下部電極27間で分離して、記憶部34が形成されている点が第1の実施の形態での図2の不揮発性記憶素子20と異なる。図2での記憶部29は、成膜後パターニングされていない可変抵抗膜24の下部電極27と上部電極28とで挟まれた部分である。一方、本実施の形態では可変抵抗膜24は、成膜後にパターニングされて、図8に示すように、隣接する記憶部34の間で分離される。記憶部34以外の不揮発性記憶素子35の構成要素については、図2で示した第1の実施の形態の不揮発性記憶素子20と同じ構成要素である。
図10に本発明の第3の実施の形態における不揮発性記憶素子40の断面図を示す。第2の実施の形態での図8の不揮発性記憶素子35では隣接する記憶部34の間が分離されているため、広い範囲の可変抵抗材料を使える利点があるが、素子の分離のための領域が確保される必要がある。この分離のための領域を記憶部34間に確保しようとすると、記憶部34間が少し離れてしまい、素子の微細化および高集積化が限られる。
14 第2の配線の幅
15 上部電極,記憶部の断面形状での幅
16 下部電極の断面形状での幅
17 下部電極の断面形状での高さ
18 上部電極の断面形状での高さ
19 可変抵抗膜の厚さ
20,35,40 不揮発性記憶素子
21 基板
22 第1の配線
23 第1の層間絶縁膜
24 可変抵抗膜
25 第2の層間絶縁膜
26 第2の配線
27 下部電極
28 上部電極
29,34,39 記憶部
30 コンタクト電極
31,32,33 コンタクトホール
36 第1の層間絶縁膜表面
37 コンタクトホール内のリセス
38 溝
Claims (11)
- 基板上に形成された第1の配線と、
前記第1の配線上に形成された第1の層間絶縁膜と、
前記第1の層間絶縁膜に形成された複数の第1のコンタクトホール中に埋め込まれ、前記第1の配線と接続する下部電極と、
前記下部電極上に形成された、複数の前記下部電極にわたって連続的に形成された可変抵抗膜と、
前記第1の層間絶縁膜上に形成された第2の層間絶縁膜と、
前記第2の層間絶縁膜に形成された複数の第2のコンタクトホール中に埋め込まれ、前記可変抵抗膜と接続する上部電極と、
前記第2の層間絶縁膜上において前記上部電極と接続する第2の配線とを備え、
前記上部電極と前記下部電極とに挟まれた領域の前記可変抵抗膜が、電気的パルスもしくは磁気的パルスの印加により抵抗値を増加または減少する特性を有する記憶部を構成し、前記抵抗値の変化により情報を記憶または読み出しを行うことを特徴とする不揮発性記憶素子。 - 隣接する不揮発性記憶素子間の可変抵抗層は、異なる2つの抵抗値のうち高い抵抗値で構成されることを特徴とする請求項1記載の不揮発性記憶素子。
- 前記第1の配線はストライプ形状を有し、前記第2の配線は、前記第2の層間絶縁膜上において前記第1の配線と交差する方向に形成されていることを特徴とする請求項1記載の不揮発性記憶素子。
- 前記可変抵抗膜は、複数の前記下部電極にわたり連続的に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性記憶素子。
- 前記第2の配線が、前記上部電極と同じ材料で前記第2の層間絶縁膜中に埋め込まれて形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。
- 前記上部電極および前記下部電極の少なくとも一方のアスペクト比が1から10の範囲であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。
- 前記第1の配線上に前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜を貫通する第3のコンタクトホールが形成され、前記第3のコンタクトホール内に電極材料が埋め込まれることで、前記第3のコンタクトホール内に埋め込まれた電極材料上に形成された前記第2の配線と、前記第1の配線とが接続されたことを特徴とする請求項3に記載の不揮発性記憶素子。
- 基板上に第1の配線を形成する工程と、
前記第1の配線を覆う第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の配線上に複数の下部電極を形成する工程と、
前記複数の下部電極上に前記複数の下部電極にわたって連続的に可変抵抗膜を形成する抵抗膜形成工程と、
少なくとも前記第1の層間絶縁膜上に第2の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記可変抵抗膜上に複数の上部電極を形成する工程と、
少なくとも前記上部電極上に前記第1の配線と交差する第2の配線を形成する工程とを具備し、
前記下部電極を形成する工程は、
前記第1の配線上に前記第1の層間絶縁膜を貫通する複数の第1のコンタクトホールを形成する工程と、
前記複数の第1のコンタクトホールに電極材料を埋めかつ前記第1の層間絶縁膜上にまで前記電極材料を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜上の前記電極材料を除去して前記第1の層間絶縁膜の表面および前記下部電極の上面を平坦化する平坦化工程とを含み、
前記上部電極を形成する工程は、
前記下部電極上の前記可変抵抗膜上に前記第2の層間絶縁膜を貫通する複数の第2のコンタクトホールを形成する工程と、
前記複数の第2のコンタクトホールに電極材料を埋めかつ前記第2の層間絶縁膜上にまで前記電極材料を形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜上の前記電極材料を除去して前記第2の層間絶縁膜の表面および前記上部電極の上面を平坦化する工程と
を含む不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記第1の配線上に前記第1の層間絶縁膜と前記第2の層間絶縁膜を貫通する第3のコンタクトホールを形成する工程と、
前記複数の第2のコンタクトホールと同時に前記第3のコンタクトホールに電極材料を埋める工程と、
前記第2の層間絶縁膜上の前記電極材料を除去して前記第2の層間絶縁膜の表面と前記上部電極の上面および前記第3のコンタクトホール内に埋め込まれた電極材料の上面を平坦化する工程と、
前記複数の第2のコンタクトホール内に埋め込まれた電極材料上および前記第3のコンタクトホール内に埋められた電極材料上に前記第2の配線を形成する工程と
を含む、
ことを特徴とする、請求項8に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 基板上に第1の配線を形成する第1配線形成工程と、
前記第1の配線を覆う第1の層間絶縁膜を形成する第1絶縁膜形成工程と、
前記第1の配線上に複数の下部電極を形成する工程と、
前記複数の下部電極上に前記複数の下部電極にわたって連続的に可変抵抗膜を形成する抵抗膜形成工程と、
少なくとも前記第1の層間絶縁膜上に第2の層間絶縁膜を形成する第2絶縁膜形成工程と、
前記可変抵抗膜上に複数の上部電極を形成して、かつ少なくとも前記複数の上部電極上に前記第1の配線と交差する第2の配線を形成する第2配線形成工程とを具備し、
前記下部電極を形成する工程は、
前記第1の配線上に前記第1の層間絶縁膜を貫通する複数の第1のコンタクトホールを形成する工程と、
前記複数の第1のコンタクトホールに電極材料を埋めかつ前記第1の層間絶縁膜上にまで前記電極材料を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜上の前記電極材料を除去して前記第1の層間絶縁膜の表面および前記下部電極の上面を平坦化する平坦化工程とを含み、
前記第2絶縁膜形成工程は、
前記第2の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜の表面に前記第2の配線を配置する溝を前記第1の配線と交差するように形成する工程と、
前記溝から前記第2の層間絶縁膜を貫通して前記可変抵抗膜に到達する前記複数の第2のコンタクトホールを形成する工程とを含み、
前記第2配線形成工程は、
前記複数の第2のコンタクトホールと前記溝に前記電極材料を埋めかつ前記第2の層間絶縁膜上にまで前記電極材料を形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜上の前記電極材料を除去して前記第2の層間絶縁膜の表面および前記上部電極一体型の第2の配線を平坦化することにより、前記第2の層間絶縁膜中に前記上部電極一体型の第2の配線を形成する工程と
を含む不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記抵抗膜形成工程は、前記可変抵抗膜を成膜する工程と、前記可変抵抗膜を選択的に除去する工程とを含む請求項8または請求項10に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。
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