JP5442876B2 - 不揮発性記憶素子ならびに不揮発性記憶装置及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る不揮発性記憶素子10の構成例を示す断面図である。
本発明の実施の形態2では、ダイオード素子をさらに備える不揮発性記憶装置20に、本発明を適用した場合について説明する。
図21は、本発明の実施の形態3に係る不揮発性記憶装置30の構成例を示す断面図である。
20、30、40 不揮発性記憶装置
101 第1の層間絶縁層
102 第1のバリアメタル層
103 第1の金属配線
104 第1のライナー層
105 第2の層間絶縁層
106 第2のバリアメタル層
107 プラグ
108 第1電極
108a 第1電極層
109 第1の抵抗変化層
109a 第1の抵抗変化薄膜
110 第2の抵抗変化層
110a 第2の抵抗変化薄膜
111 第2電極
111a 第2電極層
112 抵抗層
113、113A 抵抗変化層
113a 抵抗変化薄膜
114、114A、114B、114C 抵抗変化素子
115、115C 側壁保護層
116 第3の層間絶縁層
117 第3のバリアメタル層
118 引き出しコンタクト
118a コンタクトホール
119 第2の金属配線
119a 配線溝
120 第2のライナー層
121 半導体層
121a 半導体薄膜
122 中間電極
122a 中間電極層
123、123C ダイオード素子
125 マスク
150、150A、150B、150C 積層体
Claims (24)
- 第1電極及び第2電極と、前記第1電極と前記第2電極とに挟持され、酸素不足型の遷移金属酸化物で構成され、前記第1電極と前記第2電極との間に与えられる電気的信号に基づいて、高抵抗状態と前記高抵抗状態より抵抗値が低い低抵抗状態との間を可逆的に変化する抵抗変化層とを含む不揮発性記憶素子であって、
第1の金属配線と、
前記第1の金属配線上に形成され、前記第1電極と前記第2電極と前記抵抗変化層とを含み、前記第1電極及び前記第2電極の一方が前記第1の金属配線に電気的に接続されている積層体と、
前記積層体上に形成され、前記第1電極及び前記第2電極の他方とプラグを介さずに直接接続される第2の金属配線と、
前記積層体の側壁を被覆し、かつ前記積層体の上面を被覆しない、絶縁性かつ酸素バリア性を有する側壁保護層と、を備え、
前記第2の金属配線の下面の一部は、前記積層体の上面より下側に存在し、
前記第2の金属配線の上面は平坦である
不揮発性記憶素子。 - 前記側壁保護層は、酸化物、窒化物、及び酸窒化物のいずれかを含む
請求項1に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記側壁保護層は、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物、及びチタン酸化物のいずれかを含む
請求項2に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記抵抗変化層は、
前記遷移金属酸化物で構成されている第1の抵抗変化層と、
前記遷移金属酸化物で構成されており、前記第1の抵抗変化層より酸素含有率が高い第2の抵抗変化層とを有する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記抵抗変化層は、
前記遷移金属酸化物で構成されている第1の抵抗変化層と、
前記遷移金属酸化物で構成されており、前記第1の抵抗変化層より酸素含有率が高い第2の抵抗変化層と、
前記第1の抵抗変化層及び前記第2の抵抗変化層の側壁に形成され、前記遷移金属酸化物で構成されており、前記第1の抵抗変化層より酸素含有率の高い抵抗層と、を有する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記抵抗変化層は、酸素不足型タンタル酸化物、酸素不足型ハフニウム酸化物、及び酸素不足型ジルコニウム酸化物のいずれかを含む
請求項1〜5のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記第2電極は、イリジウム、白金、パラジウム、銅、及びタングステンのいずれかの金属、もしくはこれらの金属の組み合わせ又はこれらの金属の合金を含み、
前記積層体の断面形状は、前記積層体の上面の延長線と前記積層体の側壁がなす角度90度未満の台形状である
請求項1〜6のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記不揮発性記憶素子は、さらに、
前記第1の金属配線上に形成され、前記第1の金属配線に接続されるプラグを備え、
前記積層体は、前記プラグ上に形成され、前記プラグが前記第1電極及び前記第2電極の一方と接続されている
請求項1〜7のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子を複数備えた不揮発性記憶装置であって、
前記不揮発性記憶装置は、
前記第1の金属配線を含む、第1方向に延設されている複数の第1の金属配線と、
前記第2の金属配線を含む、前記第1方向と交差する第2方向に延設されている複数の第2の金属配線と、
前記積層体を含む、ドット形状の複数の積層体とを備え、
前記複数の第1の金属配線と前記複数の第2の金属配線との立体交差点の各々に、前記積層体の各々が形成されており、
前記側壁保護層は、前記複数の積層体の側壁を被覆する
不揮発性記憶装置。 - 前記側壁保護層は、前記複数の積層体毎に分離して形成されている
請求項9に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記積層体は、さらに、
前記第1電極と前記抵抗変化層との間に形成され、前記第1電極に接続される半導体層と、
前記半導体層と前記抵抗変化層とに挟持される中間電極とを備え、
前記第1電極と前記半導体層と前記中間電極とは、ダイオード素子を構成し、
前記中間電極と前記抵抗変化層と前記第2電極とは、抵抗変化素子を構成する
請求項9又は10に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記半導体層は、窒素不足型シリコン窒化物を含む
請求項11に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記積層体は、さらに、
前記第1電極と前記抵抗変化層との間に形成され、前記第1電極及び前記抵抗変化層に接続される半導体層を備え、
前記第1電極及び前記抵抗変化層は、共に、前記半導体層よりも高い仕事関数を有する材料で構成されている
請求項9又は10に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記第2の金属配線の下面の一部は、前記抵抗変化層の上面より下側に存在する
請求項9〜13のいずれか1項に記載の不揮発性記憶装置。 - 第1電極及び第2電極と、前記第1電極と前記第2電極とに挟持され、酸素不足型の遷移金属酸化物で構成され、前記第1電極と前記第2電極との間に与えられる電気的信号に基づいて、高抵抗状態と前記高抵抗状態より抵抗値が低い低抵抗状態との間を可逆的に変化する抵抗変化層とを含む不揮発性記憶素子の製造方法であって、
第1の金属配線を形成する工程と、
前記第1の金属配線上に、前記第1電極と前記第2電極と前記抵抗変化層とを含み、前記第1電極及び前記第2電極の一方が前記第1の金属配線に電気的に接続されている積層体を形成する工程と、
前記積層体の側壁を被覆し、かつ前記積層体の上面を被覆しない、絶縁性かつ酸素バリア性を有する側壁保護層を形成する工程と、
前記積層体上に、前記第1電極及び前記第2電極の他方とプラグを介さずに直接接続される第2の金属配線を形成する工程と、
前記第2の金属配線の上面を平坦化する工程とを含み、
前記第2の金属配線の下面の一部は、前記積層体の上面より下側に存在する
不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記積層体を形成する工程において、前記第1の金属配線上にプラグを形成し、前記プラグ上に前記第1電極及び前記第2電極の一方を形成する
請求項15に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 請求項15に記載の不揮発性記憶素子の製造方法を含む、前記不揮発性記憶素子を複数備えた不揮発性記憶装置の製造方法であって、
前記第1の金属配線を形成する工程において、前記第1の金属配線を含む、第1方向に延設されている複数の第1の金属配線を形成し、
前記第2の金属配線を形成する工程において、前記第2の金属配線を含む、前記第1方向と交差する第2方向に延設されている複数の第2の金属配線を形成し、
前記積層体を形成する工程において、前記複数の第1の金属配線と前記複数の第2の金属配線との立体交差点となる位置の各々に、前記積層体を含む複数の積層体の各々を形成し、
前記側壁保護層を形成する工程では、前記複数の積層体の側壁を被覆する前記側壁保護層を形成する
不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記側壁保護層を形成する工程は、
前記側壁保護層を成膜する工程と、
前記積層体の側壁部分以外の前記側壁保護層を除去する工程とを含む
請求項17に記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記第2の金属配線は、前記積層体の上面全面と直接接続される
請求項1に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記側壁保護層は、前記積層体の側壁全面を被覆する
請求項1又は19に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記第2の金属配線の下面の一部は、前記側壁保護層の上面より下側に存在する
請求項1、19及び20のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記第2の金属配線の幅が、前記積層体の幅よりも大きい
請求項1、19〜21のいずれか1項に記載の不揮発性記憶素子。 - 前記不揮発性記憶素子の製造方法は、さらに、
前記側壁保護層を形成する工程の後であって、前記第2の金属配線を形成する工程の前に、前記積層体及び前記側壁保護層を覆う層間絶縁層を形成する工程と、前記層間絶縁層に配線溝を形成する工程とを含み、
前記第2の金属配線を形成する工程において、前記配線溝中に前記第2の金属配線を形成する
請求項15に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。 - 前記不揮発性記憶素子の製造方法は、さらに、
前記配線溝を形成する工程の後に、前記側壁保護層のエッチングレートが前記層間絶縁層のエッチングレートよりも大きい条件で、前記配線溝に露出した前記側壁保護層をエッチングする工程を含み、
前記配線溝を形成する工程では、
前記側壁保護層のエッチングレートが前記層間絶縁層のエッチングレートよりも小さい条件で、前記層間絶縁層をエッチングすることで前記配線溝を形成する、
請求項23に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。
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