JP5242864B1 - 不揮発性記憶素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施の形態を説明する前に、本発明の関連発明に係る不揮発性記憶装置の特徴、及び本発明者らが見出した、当該不揮発性記憶装置が有する問題点について説明する。なお、以下の説明は、本発明の実施の形態が解決しうる課題の1つを説明するためのものであり、本発明は以下の説明の具体的構成等によって限定されるものではない。
まず、図1(a)に示すように、トランジスタや下層配線などが形成されている基板100上に、アルミニウム等で構成される導電層(膜厚が例えば400nm以上600nm以下)を形成し、これをパターニングすることで下層配線101を形成する。
図2(a)〜(d)は、本発明の実施の形態2における不揮発性記憶素子の要部の製造方法を示す断面図である。図2(a)〜(d)において、図1(a)〜(j)と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図3(a)〜(d)は、本発明の実施の形態3における不揮発性記憶素子の要部の製造方法を示す断面図である。図3(a)〜(d)において、図1(a)〜(j)と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図4(a)〜(d)は、本発明の実施の形態4における不揮発性記憶素子の要部の製造方法を示す断面図である。図4(a)〜(d)において、図1(a)〜(j)と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図5(a)〜(c)は、本発明の実施の形態5における不揮発性記憶素子の要部の製造方法を示す断面図である。図5(a)〜(c)において、図1(a)〜(i)と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図6(a)〜(c)は、本発明の実施の形態6における不揮発性記憶素子の要部の製造方法を示す断面図である。図6(a)〜(c)において、図1(a)〜(i)と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図7(a)〜(g)は、本発明の実施の形態7における不揮発性記憶素子の要部の製造方法を示す断面図である。図7(a)〜(g)において、図1(a)〜(i)と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
101、201、301 下層配線
102、202、302 層間絶縁層
103、203、303 コンタクトホール
104、204、304 コンタクトプラグ
105、205、305 第1の電極
105’、205’、305’ 第1の導電膜
106、206 抵抗変化層(側部エッチング後)
106x、206y 第1の抵抗変化層(側部エッチング後)
106x’、206y’ 第1の抵抗変化層(側部エッチング前)
106x”、206y”、306x” 第1の抵抗変化膜
106y、206x 第2の抵抗変化層(側部エッチング後)
106y’、206x’ 第2の抵抗変化層(側部エッチング前)
106y”、206x”、306y” 第2の抵抗変化膜
107、207、307 第2の電極
107’、207’ 第2の導電膜
306 抵抗変化層(側部酸化後)
306x 第1の抵抗変化層(側部酸化後)
306x’ 第1の抵抗変化層(側部酸化前)
306y 第2の抵抗変化層(側部酸化後)
306y’ 第2の抵抗変化層(側部酸化前)
306z 絶縁領域
308 エッチングダメージ領域(側部酸化後)
308’ エッチングダメージ領域(側部酸化前)
Claims (13)
- 基板上に、第1の電極層を形成する工程と、
前記第1の電極層上に、第1の金属酸化物層、及び前記第1の金属酸化物層と酸素不足度が異なる第2の金属酸化物層の少なくとも2層から構成される金属酸化物層を形成する工程と、
前記金属酸化物層上に第2の電極層を形成する工程と、
前記第2の電極層をパターニングすることにより第2の電極を形成する工程と、
前記第1の金属酸化物層と前記第2の金属酸化物層とをパターニングすることにより、第1の抵抗変化層、及び前記第1の抵抗変化層と酸素不足度が異なる第2の抵抗変化層の少なくとも2層から構成される抵抗変化層を形成する工程と、
前記抵抗変化層の側部を前記基板の主面と平行な面内において前記第2の電極の輪郭よりも内方へ進入する位置まで除去する工程と、
前記抵抗変化層の側部を除去する工程の後、もしくは該工程と同一工程で、前記第1の電極層をパターニングすることにより、第1の電極を形成する工程と、
を含む不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記第1の電極を形成する工程において、前記基板の主面に垂直な方向から見て、輪郭が前記抵抗変化層の輪郭よりも大きい前記第1の電極を形成する
請求項1に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記抵抗変化層を形成する工程と前記抵抗変化層の側部を除去する工程とを、単一のエッチングプロセスで一度に行う、
請求項1記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記第1の電極を形成する工程と前記抵抗変化層の側部を除去する工程とを、単一のエッチングプロセスで一度に行う、
請求項1記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記抵抗変化層の側部を除去する工程において、前記抵抗変化層の側部をウエットエッチングによって除去する
請求項1記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記金属酸化物層を形成する工程は、
前記第1の電極層上に前記第1の金属酸化物層を形成する工程と、前記第1の金属酸化物層の上に前記第2の金属酸化物層を形成する工程とを含み、
前記抵抗変化層の側部を除去する工程において、前記第1の抵抗変化層の前記基板の主面と平行な断面の面積を、前記第2の抵抗変化層の前記基板の主面と平行な断面の面積より大きく形成する
請求項1記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記金属酸化物層を形成する工程は、
前記第1の電極層上に前記第1の金属酸化物層を形成する工程と、前記第1の金属酸化物層の上に前記第2の金属酸化物層を形成する工程とを含み、
前記抵抗変化層の側部を除去する工程において、前記第1の抵抗変化層の前記基板の主面と平行な断面の面積を、前記第2の抵抗変化層の前記基板の主面と平行な断面の面積より小さく形成する
請求項1記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記金属酸化物層を形成する工程において、前記第1の金属酸化物層及び前記第2の金属酸化物層の各々は遷移金属酸化物又はアルミニウム酸化物で構成される
請求項1に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記金属酸化物層を形成する工程において、前記遷移金属酸化物は、タンタル酸化物、ハフニウム酸化物、及びジルコニウム酸化物のいずれかで構成される
請求項8記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記第1の金属酸化物層及び前記第2の金属酸化物層は同一の母体金属で構成される
請求項9に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記第1の金属酸化物層及び前記第2の金属酸化物層は互いに異なる母体金属で構成される
請求項9に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - さらに、前記抵抗変化層に第1の電気パルスを印加することにより、前記第1の電気パルスよりも振幅が小さい第1の極性の第2の電気パルス、又は前記第1の電気パルスよりも振幅が小さい前記第1の極性と異なる第2の極性の第3の電気パルスを印加するに応じて抵抗値が可逆的に変化する領域を、前記抵抗変化層の中に形成する工程を含む
請求項1に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記抵抗値が可逆的に変化する領域は、前記第1の抵抗変化層及び前記第2の抵抗変化層のうち酸素不足度が小さい方の抵抗変化層中に形成される、導電性フィラメントを含む局所領域であり、
前記局所領域は、前記第2の電気パルス又は前記第3の電気パルスに応じて酸素不足度が可逆的に変化する
請求項12記載の不揮発性記憶素子の製造方法。
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