JP5527321B2 - 抵抗変化素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
銅を含む第1の電極と、
バルブメタルの酸化膜と、
酸素を含むイオン伝導層と、
第2の電極と、
をこの順に積層した抵抗変化素子である。
前記第1の電極上にバルブメタル膜を形成する工程と、
前記イオン伝導層を酸素存在下で形成しつつ、前記バルブメタル膜を酸化する工程と、
を有することが好ましい。
銅を主成分とする金属からなる第1の電極と、
バルブメタルの酸化膜と、
酸素を含むイオン伝導層と、
第2の電極と、
をこの順で積層した抵抗変化素子である。
本発明の実施形態に係る半導体装置について図面を用いて説明する。
本発明における第1の電極は、銅を含む。第1の電極はイオン伝導層に銅イオンを供給するための役割を果たしている。
前記第1の電極に接してチタンやアルミニウムなどのバルブメタルの酸化膜(酸化チタン膜や酸化アルミニウム膜)が形成されている。バルブメタルは不動体(不動態)を形成しやすい金属である。
本発明におけるイオン伝導層は、酸素を含有する。また、イオン伝導層は、少なくともTa、Zr又はHfのいずれかを主成分とする酸化物であることが好ましい。
第2の電極は、特に限定するものではないが、Ru、Ni又はPtを含むことが好ましい。
次に、抵抗変化素子の製造方法の実施形態について図2を参照にして詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
本実施形態では、実施形態3に係る半導体装置の製造方法について図面を用いて説明する。図4〜図7は、実施形態3に係る抵抗変化素子の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
上述のように、Taを主成分とする酸化物はスパッタリング法以外にもアトミックレイヤーデポジション法(ALD法)を用いて形成することもできる。例えばTa2O5膜の形成方法の例を以下に示す。
実施形態4に示した方法により形成した抵抗変化素子の断面TEM観察結果を図8に示す。酸化チタン膜とイオン伝導層が銅の上面に直接積層されていることがわかる。
102a チタン膜
102b 酸化チタン膜
103 イオン伝導層
104 上部電極
1 半導体基板
2 層間絶縁膜
3 バリア絶縁膜
4 層間絶縁膜
5、5a、5b 第1配線(配線、下部電極)
5c TaN/Ru積層下部電極(第2下部電極)
6、6a、6b バリアメタル
7 絶縁性バリア膜
8 酸化チタン膜
9 イオン伝導層
10 第1上部電極
11 第2上部電極
12 ハードマスク膜
13、23、28 ハードマスク膜(第2ハードマスク膜)
14、14´、24、29 保護絶縁膜
15 層間絶縁膜
16 エッチングストッパ膜
17 層間絶縁膜
18、18a、18b 第2配線
19、19a、19b プラグ
20、20a、20b バリアメタル
21 バリア絶縁膜
22、22´、25、26、30、31 抵抗変化素子
32、34 層間絶縁膜
33 エッチングストッパ膜
35 銅配線
36 バリアメタル
37 バリア絶縁膜
38、40 層間絶縁膜
39 エッチングストッパ膜
41 銅配線
42 バリアメタル
43 バリア絶縁膜
44、46 層間絶縁膜
45 エッチングストッパ膜
47 銅配線
48 バリアメタル
49 バリア絶縁膜
50、52 層間絶縁膜
51 エッチングストッパ膜
53 銅配線
54 バリアメタル
55 バリア絶縁膜
56、58 層間絶縁膜
57 エッチングストッパ膜
59 銅配線
60 バリアメタル
61 バリア絶縁膜
62 シリコン酸化膜
63 シリコン窒化酸化膜
64 AlCu配線
65、66 Ti/TiN膜
67 タングステンプラグ
68 TiN膜
70 選択トランジスタ
71a、71b ビアホール
72a、72b 溝
Claims (12)
- 銅を主成分とする金属からなる第1の電極と、
バルブメタルの酸化膜と、
酸素を含むイオン伝導層と、
第2の電極と、
をこの順に積層し、
前記バルブメタルの酸化膜が酸化チタンである抵抗変化素子。 - 前記イオン伝導層は、Ta、Zr及びHfの少なくともいずれかを主成分とする酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の抵抗変化素子。
- 前記イオン伝導層は、TaとSiとの複合酸化物、ZrとSiとの複合酸化物、又はHfとSiとの複合酸化物であることを特徴とする請求項2に記載の抵抗変化素子。
- 前記イオン伝導層は、TaとSiとの複合酸化物であることを特徴とする請求項3に記載の抵抗変化素子。
- 前記バルブメタルの酸化膜の膜厚が4nm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の抵抗変化素子。
- 前記第2の電極は、Ru、Ni又はPtを含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の抵抗変化素子。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の抵抗変化素子を有する半導体装置。
- 銅を主成分とする金属からなる第1の電極上にバルブメタル膜を形成する工程と、
前記バルブメタル膜の上にイオン伝導層を酸素存在下で形成しつつ、前記バルブメタル膜を酸化する工程と、
前記イオン電導層の上に第2の電極を形成する工程と、
をこの順に有することを特徴とする抵抗変化素子の製造方法。 - 前記イオン伝導層はスパッタリング法又はALD法により形成されることを特徴とする請求項8に記載の抵抗変化素子の製造方法。
- 前記バルブメタル膜はチタン膜又はアルミニウム膜である請求項8又は9に記載の抵抗変化素子の製造方法。
- 前記バルブメタル膜はチタン膜である請求項10に記載の抵抗変化素子の製造方法。
- 前記バルブメタルの酸化膜の膜厚が4nm以下であることを特徴とする請求項11に記載の抵抗変化素子の製造方法。
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