JP5636081B2 - 不揮発性記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態において、「酸素含有率」は、金属酸化物を構成する総原子数に対する含有酸素原子数の比率で示される。
本発明者らは、不揮発性記憶装置において、記憶素子の特性のばらつきを低減すべく、鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。なお、以下に述べる知見は、後述の実施形態を理解するための一助とするものである。したがって、本発明はこれらの図面及びその説明に限定されない。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
第1実施形態の不揮発性記憶装置は、第1電極と、第1電極の上に形成された抵抗変化層と、抵抗変化層の上に形成された第2電極と、第1電極の側壁と抵抗変化層の側壁と第2電極の側壁とを被覆し、絶縁性を有する側壁保護層と、第2電極と接触する導電層とを備え、導電層が、厚み方向から見て、第2電極の全部を覆うと共にさらに第2電極の外側にある側壁保護層の少なくとも一部を覆い、側壁保護層の上端が、側方から見て、第2電極の上端よりも上方にまで延びている。
図1は、第1実施形態にかかる不揮発性記憶装置の概略構成の一例を示す断面図である。図1に示すのは、一般的な半導体記憶装置においてメモリセルアレイおよびメモリ本体部などと呼ばれる部分である。以下、図1を参照しつつ、第1実施形態の不揮発性記憶装置100について説明する。
第1電極107は、例えば、厚さ50〜200nmのタンタル窒化物で構成されうる。この場合、タンタル窒化物が、第1電極材料となる。
抵抗変化層108は、第1電極107の上に形成されている。抵抗変化層108は、第1電極107と第2電極109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、当該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。
第2電極109は、抵抗変化層108の上に形成されている。第2電極109は、例えば、イリジウム(Ir)で構成してもよい。この場合、イリジウムが、第1電極材料となる。
側壁保護層112は、第1電極107の側壁と抵抗変化層108の側壁と第2電極109の側壁とを被覆し、絶縁性を有する。側壁保護層112の上端は、側方から見て、第2電極109の上端よりも上方にまで延びている。
導電層115は、第2電極109と接続される。導電層115は、例えば、銅で構成されうる。
以上のような構成とすることにより、側壁保護層112の上端は、側方から見て、第2電極109の上端よりも上方にまで延びているため、不揮発性記憶装置において、記憶素子(抵抗変化素子)の特性のばらつきを低減することができる。
図1に示す例では、層間絶縁層113は、抵抗変化素子110を覆うように形成されている。抵抗変化素子110が下端において層間絶縁層(図示せず)および基板(図示せず)等と接する場合、かかる層間絶縁層および基板等を覆うように層間絶縁層113が形成されていてもよい。層間絶縁層113は、例えば、厚さ100〜500nmのシリコン酸化物で構成されうる。
図2A〜図2Iは、第1実施形態にかかる不揮発性記憶装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。
第1実施形態の第1変形例にかかる不揮発性記憶装置の製造方法は、第1実施形態の不揮発性記憶装置およびその変形例のいずれかの製造方法であって、さらに、ハードマスクを除去する工程を有し、側壁保護層を形成する工程は、第1電極の側壁と抵抗変化層の側壁と第2電極の側壁とハードマスクの側壁とを被覆するように側壁保護材料層を形成する工程と、側壁保護材料層をエッチングして側壁保護材料層の一部を除去する工程とを有し、ハードマスクを除去する工程と、側壁保護材料層の一部を除去する工程とが、同時に実行される。
第1実施形態の第2変形例にかかる不揮発性記憶装置の製造方法は、第1実施形態およびその変形例のいずれかの不揮発性記憶装置の製造方法であって、さらに、ハードマスクと側壁保護層とを覆うように層間絶縁層を形成する工程と、第2電極を露出するように層間絶縁層に開口部を形成する工程と、ハードマスクを除去する工程と、を有し、開口部を形成する工程と、ハードマスクを除去する工程とが、同時に実行される。
の変形が可能である。
第2実施形態の不揮発性記憶装置は、第1実施形態およびそれらの変形例のいずれかの不揮発性記憶装置の製造方法であって、さらに、第1電極および第2電極の少なくともいずれか一方に接続されたダイオード素子を備える。
107 第1電極
107’ 第1電極材料層
108 抵抗変化層
108’ 抵抗変化材料層
108x 第1抵抗変化層
108x’ 第1抵抗変化材料層
108y 第2抵抗変化層
108y’ 第2抵抗変化材料層
109 第2電極
109’ 第2電極材料層
110 抵抗変化素子
110’ 抵抗変化素子材料層
111 ハードマスク
111’ ハードマスク材料層
112 側壁保護層
112’ 側壁保護材料層
113 層間絶縁層
115 導電層
115’ 開口
118 第3電極
119 半導体層
120 第4電極
130 ダイオード素子
300 不揮発性記憶装置
400 不揮発性記憶装置
Claims (13)
- 第1電極と、
前記第1電極の上に形成された抵抗変化層と、
前記抵抗変化層の上に形成された第2電極と、
前記第1電極の側壁と前記抵抗変化層の側壁と前記第2電極の側壁とを被覆し、絶縁性を有する側壁保護層と、
前記第2電極と接触する導電層とを備え、
前記側壁保護層の上端が、側方から見て、前記第2電極の上端よりも上方にまで延びて突出部をなしており、
前記導電層が、厚み方向から見て、前記第2電極の上面の全部と、前記突出部の上面と、を物理的に接触しつつ覆っている、不揮発性記憶装置。 - 前記側壁保護層は、酸化物、窒化物、および酸窒化物からなる群より選ばれる少なくともいずれか1つを含む、
請求項1に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記側壁保護層は、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物、およびチタン酸化物からなる群より選ばれる少なくともいずれか1つを含む、
請求項2に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記側壁保護層は、第1電極の下端を通る水平面からの高さxの位置における厚さaと、第1電極の下端からの高さyの位置における厚さbが、x<yであればa>bとなっている、
請求項1ないし3のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。 - 前記抵抗変化層は、
第1金属酸化物で構成されている第1抵抗変化層と、
前記第1金属酸化物より酸素含有率が高い第2金属酸化物で構成されている第2抵抗変化層とを含む、少なくとも2層を備える、
請求項1ないし4のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。 - 前記抵抗変化層を構成する前記第1金属酸化物および前記第2金属酸化物は、それぞれ、遷移金属酸化物およびアルミニウム酸化物からなる群より選ばれる少なくともいずれか1つを含む、
請求項5に記載の不揮発性記憶装置。 - 前記抵抗変化層を構成する前記第1金属酸化物および前記第2金属酸化物は、それぞれ、タンタル酸化物、ハフニウム酸化物、およびジルコニウム酸化物からなる群より選ばれる少なくともいずれか1つを含む、
請求項5または6のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。 - さらに、前記第1電極および前記第2電極の少なくともいずれか一方に接続されたダイオード素子を備える、
請求項1ないし7のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。 - 第1電極材料層と、抵抗変化材料層と、第2電極材料層とがこの順に積層された積層構造の上にハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクを用いて前記積層構造をエッチングすることにより、前記ハードマスクを残しつつ、第1電極と抵抗変化層と第2電極とを形成する工程と、
前記第2電極の上に前記ハードマスクが残った状態で、前記第1電極の側壁と前記抵抗変化層の側壁と前記第2電極の側壁と前記ハードマスクの側壁とを被覆するように側壁保護層を形成する工程と、
前記ハードマスクを除去する工程と、を有する、
不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記ハードマスクを除去する工程は、ウェットエッチングである、
請求項9に記載の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、前記第1電極の側壁と前記抵抗変化層の側壁と前記第2電極の側壁と前記ハードマスクの側壁とを被覆するように側壁保護材料層を形成する工程と、前記側壁保護材料層をエッチングして前記側壁保護材料層の一部を除去する工程とを有し、
前記ハードマスクを除去する工程と、前記側壁保護材料層の一部を除去する工程とが、同時に実行される、
請求項9または10に記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 - さらに、前記ハードマスクと前記側壁保護層とを覆うように層間絶縁層を形成する工程と、
前記第2電極を露出するように前記層間絶縁層に開口部を形成する工程と、を有し、
前記開口部を形成する工程と、前記ハードマスクを除去する工程とが、同時に実行される、
請求項9ないし11のいずれかに記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記ハードマスクを形成する工程は、導電性材料を用いて前記ハードマスクを形成する工程である、
請求項9に記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
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