JP5154711B2 - 不揮発性記憶装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
[抵抗変化型不揮発性記憶装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係る不揮発性記憶装置10の構成例を示す平面図である(以降の不揮発性記憶装置20、30、40、50、60も、平面図において同一構成)。図1の1A−1A’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図を図2(a)に示し、図1の1B−1B’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図を図2(b)に示す。
次に、本実施の形態1に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を説明する。図3、図4、図5及び図6は、本実施の形態1に係る不揮発性記憶装置10の製造方法を示す断面図である。図3及び図4は、図1において1A−1A’の1点鎖線部を矢印方向に見た断面図、図5及び図6は、図1において1B−1B’の1点鎖線部を矢印方向に見た断面図である。これらを用いて、本実施の形態1の不揮発性記憶装置10の製造方法について説明する。
図7(a)、(b)は、本発明の実施の形態1の変形例に係る不揮発性記憶装置20の構成例を示す断面図である。図1の1A−1A’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図を図7(a)に示し、図1の1B−1B’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図を図7(b)に示す。
[抵抗変化型不揮発性記憶装置の構成]
図8(a)、(b)は、本発明の実施の形態2に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置30の構成例を示した断面図である。図8(a)は、図1の1A−1A’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図であり、図8(b)は、図1の1B−1B’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図である。
次に、本実施の形態2に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を説明する。図9、図10、図11及び図12は本実施の形態2に係る不揮発性記憶装置30の製造方法を示す断面図である。図9及び図10は、図1において1A−1A’の1点鎖線部を矢印方向に見た断面図、図11及び図12は、図1において1B−1B’の1点鎖線部を矢印方向に見た断面図である。これらを用いて、本実施の形態2の不揮発性記憶装置30の製造方法について説明する。
図13(a)、(b)は、本発明の実施の形態3に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置40の構成例を示した断面図である。図13(a)は、図1の1A−1A’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図であり、図13(b)は図1の1B−1B’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図である。
図14(a)、(b)は、本発明の実施の形態4に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置50の構成例を示した断面図である。図14(a)は、図1の1A−1A’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図であり、図14(b)は図1の1B−1B’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図である。
[抵抗変化型不揮発性記憶装置の構成]
図15(a)、(b)は、本発明の実施の形態5に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置60の構成例を示した断面図であり、図15(a)は、図1の1A−1A’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図、図15(b)は図1の1B−1B’で示された1点鎖線部を矢印方向に見た断面図である。
次に、本実施の形態5に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を説明する。図16、図17及び図18は本実施の形態5に係る不揮発性記憶装置60の製造方法を示す断面図である。いずれも、図1の1A−1A’の1点鎖線部を矢印方向に見た断面図である。これらを用いて、本実施の形態5に係る不揮発性記憶装置60の製造方法について説明する。なお、図16(a)より前の工程は、図4(a)から(d)、図6(a)から(d)と同様であるので、説明を省略する。
図19は、本発明の実施の形態6に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置70の構成例を示した断面図である。本発明の実施の形態6に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置70は、本発明の実施の形態5に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置60を3次元的に多層化したものである。
以下に、上述した各実施の形態において、一例として、抵抗変化層105にタンタル酸化物(膜厚は約50nm)を用いた抵抗変化素子が、良好な抵抗変化特性を示すことを確認した実験の結果について述べる。
20 本発明の実施の形態1の変形例における不揮発性記憶装置
30 本発明の実施の形態2における不揮発性記憶装置
40 本発明の実施の形態3における不揮発性記憶装置
50 本発明の実施の形態4における不揮発性記憶装置
60 本発明の実施の形態5における不揮発性記憶装置
70 本発明の実施の形態6における不揮発性記憶装置
80 従来の抵抗変化素子を搭載した不揮発性記憶装置
100 基板
101 第1の配線
101a 第1の配線の主層
101a’ メッキ層
101b、101b’ 第1の配線のバリアメタル層
101z 第1の配線を形成するための配線溝
101A 第1の領域(第1の配線のメモリセルホールが近傍に存在する領域)
101B 第2の領域(第1の配線の第1の領域以外の領域)
102 第1の電極
102a 第1の電極の上層(貴金属層)
102b 第1の電極の下層(密着層)
103a 第1の層間絶縁層
103b 第2の層間絶縁層
103c 第3の層間絶縁層
104 メモリセルホール
105 抵抗変化層
105a 第1の抵抗変化層
105b 第2の抵抗変化層
106 第2の配線
106a 第2の配線の主層
106b 第2の配線のバリアメタル層(ダイオードの電極)
106c 第2の配線の半導体層
107 コンタクトホール
108 導電プラグ
109 引き出し配線
109a 引き出し配線の主層
109b 引き出し配線のバリアメタル層
109c 引き出し配線の半導体層
110 第2の電極
110’ 第2の層間絶縁層中の凹部
111 半導体層
112 バリアメタル層
113 メッキ層
121 第1のメモリセル層
122 第2のメモリセル層
123 第3のメモリセル層
124 第4のメモリセル層
200 クロスポイントメモリセルアレイ
210 上部配線(ビット線)
220 下部配線(ワード線)
230 抵抗変化層
240 上部電極
250 下部電極
260 抵抗変化素子
270 非線形素子(バリスタ)
280 メモリセル
Claims (9)
- 基板と、
前記基板上に形成された第1の層間絶縁層と、
前記第1の層間絶縁層の配線溝内に形成され、前記配線溝の底面と側面とを被覆するバリアメタル層と、金属で構成され前記配線溝の内部を充填する主層とで構成される第1の配線と、
前記第1の配線の上面の前記主層と前記バリアメタル層を少なくとも被覆して形成された貴金属で構成される第1の電極と、
前記基板、前記第1の配線及び前記第1の電極上に形成された第2の層間絶縁層と、
前記第1の電極上の前記第2の層間絶縁層に形成された複数のメモリセルホールと、
前記メモリセルホール内に形成され、前記第1の電極に接続される抵抗変化層と、
前記抵抗変化層及び前記メモリセルホールを被覆して、前記第2の層間絶縁層上に形成された第2の配線とを備え、
前記第1の配線は、前記複数のメモリセルホールの外縁を連結して囲まれる領域である第1の領域と、前記第1の領域以外の第2の領域とに、前記第1の配線の長手方向に区分され、
前記第1の電極は前記複数のメモリセルホールに跨って形成され、
前記第1の領域の前記第1の配線の幅方向の任意断面において、前記第1の電極が前記第1の配線の前記バリアメタル層に接し、かつ前記第1の配線の前記主層が前記バリアメタル層及び前記第1の電極で覆われており、前記第1の領域における前記第1の配線は前記第2の層間絶縁層と直接接しない、
抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記抵抗変化層は、
前記メモリセルホールの少なくとも底部に形成され、前記第1の電極に接続される第1の酸素不足度を有する第1の遷移金属酸化物で構成される第1の抵抗変化層と、
前記メモリセルホールの内部かつ前記第1の抵抗変化層上に形成され、前記第1の抵抗変化層と同一遷移金属の遷移金属酸化物で構成され、前記第1の抵抗変化層より酸素不足度が大きい第2の遷移金属酸化物で構成される第2の抵抗変化層と、
で構成される請求項1に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記第1の電極は抵抗変化層を構成する遷移金属の標準電極電位よりも高い標準電極電位を有する材料で構成される請求項1または2に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
- 前記第1の電極の下層に密着層が配置される、
請求項1から請求項3のいずれかに記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記メモリセルホール内の、前記抵抗変化層上に、前記抵抗変化層と前記第2の配線に接する第2の電極をさらに有する、
請求項1から請求項3のいずれかに記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記第2の配線と前記第2の抵抗変化層との間に、整流作用を有するダイオード素子を有する、
請求項1から請求項3のいずれかに記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 基板上の第1の層間絶縁層上に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝の底面及び側面、並びに前記第1の層間絶縁層を被覆するバリアメタル層を形成する工程と、
前記バリアメタル層に接して、かつ前記配線溝の内部を充填する金属で構成される主層を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁層上の前記バリアメタル層及び前記主層を除去して、前記配線溝に前記バリアメタル層と前記主層とで構成される第1の配線を形成する工程と、
前記第1の配線の上面の前記主層と前記バリアメタル層とを少なくとも覆う貴金属で構成される第1の電極を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁層、前記第1の配線及び前記第1の電極上に第2の層間絶縁層を形成する工程と、
前記第1の電極上の前記第2の層間絶縁層に複数のメモリセルホールを形成する工程と、
前記メモリセルホールの少なくとも底部に、前記第1の電極に接続される遷移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、
前記メモリセルホールの内部かつ前記第1の抵抗変化層上に、前記第1の抵抗変化層と同一遷移金属の遷移金属酸化物で構成され、前記第1の抵抗変化層より酸素含有率が低い第2の抵抗変化層を形成する工程と、
前記第2の抵抗変化層及び前記メモリセルホールを被覆して、前記第2の層間絶縁層上に第2の配線を形成する工程とを有し、
前記第1の配線は、前記複数のメモリセルホールの外縁を連結して囲まれる領域である第1の領域と、前記第1の領域以外の第2の領域とに、前記第1の配線の長手方向に区分したとき、
前記第1の電極を形成する工程は、少なくとも前記第1の領域において、前記第1の電極を、前記バリアメタル層と前記主層とを覆うように形成する、
抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - 基板上の第1の層間絶縁層上に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝の底面及び側面、並びに前記第1の層間絶縁層を被覆するバリアメタル層を形成する工程と、
前記バリアメタル層に接して、かつ前記配線溝の内部を充填する金属で構成される主層を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁層上の前記主層を除去して、前記第1の層間絶縁層の表面に前記バリアメタル層を残した状態で、前記配線溝に前記バリアメタル層と前記主層とで構成される第1の配線を形成する工程と、
前記第1の配線の上面の前記主層と前記バリアメタル層とを少なくとも覆う貴金属で構成される第1の電極を形成した後、前記第1の層間絶縁層の表面の前記バリアメタル層で、前記第1の電極に覆われていない領域を除去する工程と、
前記第1の層間絶縁層、前記第1の配線及び前記第1の電極上に第2の層間絶縁層を形成する工程と、
前記第1の電極上の前記第2の層間絶縁層に複数のメモリセルホールを形成する工程と、
前記メモリセルホールの少なくとも底部に、前記第1の電極に接続される遷移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、
前記メモリセルホールの内部かつ前記第1の抵抗変化層上に、前記第1の抵抗変化層と同一遷移金属の遷移金属酸化物で構成され、前記第1の抵抗変化層より酸素含有率が低い第2の抵抗変化層を形成する工程と、
前記第2の抵抗変化層及び前記メモリセルホールを被覆して、前記第2の層間絶縁層上に第2の配線を形成する工程とを有し、
前記第1の配線は、前記複数のメモリセルホールの外縁を連結して囲まれる領域である第1の領域と、前記第1の領域以外の第2の領域とに、前記第1の配線の長手方向に区分したとき、
前記第1の電極を形成する工程は、少なくとも前記第1の領域において、前記第1の電極を、前記バリアメタル層と前記主層を覆うように形成する、
抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記第2の領域における前記第1の配線上に引き出しコンタクトを備え、前記引き出しコンタクトに接続して引き出し配線が形成されている請求項1記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
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