JP5873981B2 - 抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法及び抵抗変化型不揮発性記憶装置 - Google Patents
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Description
まず、本発明の実施の形態について説明する前に、本発明者が見出した、従来の抵抗変化型不揮発性記憶装置において生じる問題点について説明する。なお、以下の説明は、本発明を理解する上で一助となるものであるが、以下の種々の条件等は本発明を限定するものではない。
(抵抗変化型不揮発性記憶装置の構成)
図1は、実施の形態1に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置の構成を示す断面図である。図示の抵抗変化型不揮発性記憶装置10は、基板100、第1の配線101、第1の層間絶縁層102、第1のコンタクトプラグ103、MSMダイオード素子10a、抵抗変化素子10b、第2の層間絶縁層110、第2のコンタクトプラグ111及び第2の配線112を有している。
次に、本実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置10の製造方法について説明する。図2A〜図2Iは、実施の形態1に係る抵抗変化型不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示す断面図である。
(抵抗変化型不揮発性記憶装置の構成)
図3は、実施の形態2に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置の構成を示す断面図である。図3に示すように、本実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置20では、実施の形態1で説明した第1の酸素バリア層109aに加えて、第2の抵抗変化層107b及び第3の抵抗変化層107cの各々の側壁(外周部)を被覆するようにして、第2の酸素バリア層109bが形成されている。第2の酸素バリア層109bは、外部からの酸素が抵抗変化層107に拡散するのを防止する酸素バリアとしての機能を有する材料、例えば、窒化シリコン(SiN)又は窒化酸化シリコン(SiON)等で構成される。
次に、本実施形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置20の製造方法について説明する。図4A〜図4Dは、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の一部を示す断面図である。
10a,50a MSMダイオード素子
10b,50b 抵抗変化素子
100,500 基板
101,501 第1の配線
102,502 第1の層間絶縁層
103,503 第1のコンタクトプラグ
104 下部電極(第3の電極)
104’,504’ 第1の導電膜
105,505 半導体層
105’,505’ 半導体膜
106 上部電極(下部電極、第1の電極、第4の電極)
106’,506’ 第2の導電膜
107,507 抵抗変化層
107a,507a 第1の抵抗変化層
107a’,507a’ 第1の抵抗変化膜
107b,507b 第2の抵抗変化層
107b’,507b’ 第2の抵抗変化膜
107c,507c 第3の抵抗変化層
108 上部電極(第2の電極)
108’,508’ 第3の導電膜
109a 第1の酸素バリア層
109a’ 第1の酸素バリア膜
109b 第2の酸素バリア層
109b’ 第2の酸素バリア膜
110,510 第2の層間絶縁層
111,511 第2のコンタクトプラグ
112,512 第2の配線
504 下部電極
505a 側壁
506 上部電極(下部電極)
508 上部電極
Claims (18)
- 基板上に半導体層を有するダイオード素子を形成する工程と、
前記ダイオード素子上に、第1の電極、抵抗変化層及び第2の電極がこの順に積層されることにより構成された抵抗変化素子を形成する工程と、
前記ダイオード素子の前記半導体層の側壁を被覆するように、且つ、前記抵抗変化素子の前記抵抗変化層の側壁の少なくとも一部を被覆しないように、前記ダイオード素子の前記半導体層の前記側壁が酸化されることを防止するための第1の酸素バリア層を形成する工程と、
前記第1の酸素バリア層により被覆されずに露出された前記抵抗変化層の前記側壁を酸化する工程と、を含み、
前記ダイオード素子は、
前記基板上に第3の電極を形成し、
前記第3の電極の上に前記半導体層を形成し、
前記半導体層の上に第4の電極を形成することで形成されたMSMダイオード素子である
抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記抵抗変化層の前記側壁を酸化する工程において、前記抵抗変化層の前記側壁が絶縁化される
請求項1に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - さらに、前記抵抗変化層の前記側壁を酸化する工程の後で、当該側壁を被覆する第2の酸素バリア層を形成する工程を含む
請求項1又は2に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記第2の酸素バリア層は、外部からの酸素が前記抵抗変化層の前記側壁に拡散することを防止する
請求項3に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記第2の酸素バリア層は、さらに、前記第1の酸素バリア層を被覆する
請求項3又は4に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - さらに、前記ダイオード素子及び前記抵抗変化素子を被覆するように、層間絶縁層を形成する工程を含む
請求項1〜5のいずれか1項に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記抵抗変化素子を形成する工程において形成される前記抵抗変化層は、第1の金属酸化物で構成される第1の抵抗変化層と、前記第1の金属酸化物よりも酸素不足度が小さい第2の金属酸化物で構成される第2の抵抗変化層と、を有する
請求項1〜6のいずれか1項に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記抵抗変化層は、遷移金属酸化物又はアルミニウム酸化物で構成されている
請求項1〜7のいずれか1項に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記第1の電極と前記第4の電極とは、同一の電極を共用電極として形成される
請求項1〜8のいずれか1項に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - 基板と、
前記基板上に形成された、半導体層を有するダイオード素子と、
前記ダイオード素子上に形成された、抵抗変化層を有する抵抗変化素子と、を備え、
前記抵抗変化素子は、
第1の電極と、
前記第1の電極に対向して配置された第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置された前記抵抗変化層と、
前記ダイオード素子の前記半導体層の側壁を被覆するように、且つ、前記抵抗変化素子の前記抵抗変化層の側壁の少なくとも一部を被覆しないように形成された、前記ダイオード素子の前記半導体層の前記側壁が酸化されることを防止するための第1の酸素バリア層と、を備え、
前記抵抗変化素子の前記抵抗変化層の前記側壁のうち、前記第1の酸素バリア層に被覆されていない領域が絶縁化されており、
前記ダイオード素子は、
前記基板上に形成された第3の電極と、
前記第3の電極に対向して配置された第4の電極と、
前記第3の電極と前記第4の電極との間に配置された前記半導体層と、を有するMSMダイオード素子である
抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記抵抗変化素子は、さらに、酸化された前記抵抗変化層の前記側壁を被覆する第2の酸素バリア層を備える
請求項10に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記第2の酸素バリア層は、外部からの酸素が前記抵抗変化層の前記側壁に拡散することを防止する
請求項11に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記第2の酸素バリア層は、さらに、前記第1の酸素バリア層を被覆する
請求項11又は12に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記第1の酸素バリア層の表面には、酸化層が形成されている
請求項10〜13のいずれか1項に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記抵抗変化層は、遷移金属酸化物又はアルミニウム酸化物で構成されている
請求項10〜14のいずれか1項に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記抵抗変化層は、タンタル、ハフニウム及びジルコニウムのいずれかの遷移金属酸化物で構成されている
請求項15に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記抵抗変化素子の前記抵抗変化層は、第1の金属酸化物で構成される第1の抵抗変化層と、前記第1の金属酸化物よりも酸素不足度が小さい第2の金属酸化物で構成される第2の抵抗変化層と、を有する
請求項10〜14のいずれか1項に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 - 前記第1の電極と前記第4の電極とは、同一の電極を共用電極とする
請求項10〜17のいずれか1項に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
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