JP6489480B2 - 不揮発性記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明者らは、抵抗変化素子を備える不揮発性記憶装置において、配線間容量が増大する可能性を低減するために鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
以下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。
第1実施形態の不揮発性記憶装置の製造方法は、第1導電層を形成するし、第1導電層を覆うように犠牲層を形成し、犠牲層を貫通して第1導電層に接するようにコンタクトを形成し、コンタクトを覆うように抵抗変化素子を形成し、平面視において犠牲層が存在しないように犠牲層をエッチングによって除去し、エッチングの後にコンタクトの側方から抵抗変化素子の側方に亘って連続的に一層の絶縁層を形成し、絶縁層の上に、かつ、抵抗変化素子を覆うように、第2導電層を形成する。
図2は、第1実施形態の変形例におけ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。以下、図2を参照しつつ、変形例にかかる不揮発性記憶装置100Aについて説明する。
以下に、第1実施形態の参考例に係る不揮発性記憶装置およびその製造方法の一例として、図3から図4Hを参照しつつ第1実施例を説明する。
先ず、第1実施例における不揮発性記憶装置1Aの構成について、図3A、図3Bを参照しつつ説明する。図3Aは、第1実施例における不揮発性記憶装置1Aの概略構成を示す断面図である。
以降に述べる各実施形態とその変形例、各実施例においては、説明の簡略化のために、1個の不揮発性記憶装置の構成図を示す。しかしながら、各実施形態とその変形例、各実施例における不揮発性記憶装置は、上面から見たとき、図3Bの平面図に示されるように、行方向と列方向とに多数の不揮発性記憶装置が配置され、この多数の不揮発性記憶装置によってメモリアレイが構成されている。
第1実施例における不揮発性記憶装置1Aの製造方法について、図4Aから図4Hを参照しつつ説明する。
第2実施形態の不揮発性記憶装置は、第1実施形態の不揮発性記憶装置と比較して、第1導電層の上に拡散防止層が形成されている点が異なる。
以下に、第2実施形態に係る不揮発性記憶装置およびその製造方法の一例として、図6〜図7Eを参照しつつ第2実施例を説明する。
先ず、不揮発性記憶装置1Bの構成について、図6を参照しつつ説明する。図6は、第2実施例における不揮発性記憶装置1Bの概略構成を示す断面図である。図6では、一般的な半導体記憶装置においてメモリセルアレイ又はメモリ本体部などと呼ばれる部分のうちの1個のメモリセルに関わる構成が、不揮発性記憶装置1Bとして示されている。
第2実施例における不揮発性記憶装置1Bの製造方法の一例について、図7Aから図7Eを参照しつつ説明する。
第3実施形態の不揮発性記憶装置は、第1実施形態の不揮発性記憶装置と比較して、抵抗変化素子の側壁に側壁保護層が形成されている点が異なる。
以下に、第3実施形態に係る不揮発性記憶装置1Cおよびその製造方法の一例として、図9〜図10Fを参照しつつ第3実施例を説明する。
まず、不揮発性記憶装置1Cの構成について、図9を参照しつつ説明する。図9は、第3実施例における不揮発性記憶装置1Cの概略構成を示す断面図である。図9では、一般的な半導体記憶装置においてメモリセルアレイ又はメモリ本体部などと呼ばれる部分のうちの1個のメモリセルに関わる構成が、不揮発性記憶装置1Cとして示されている。
第3実施例における不揮発性記憶装置1Cの製造方法の一例について、図10Aから図10Fを参照しつつ説明する。
第4実施形態の不揮発性記憶装置は、第3実施形態の不揮発性記憶装置と比較して、第1導電層の上に拡散防止層が形成されている点が異なる。
以下に、第4実施形態に係る不揮発性記憶装置およびその製造方法の一例として、図12から図13Cを参照しつつ第4実施例を説明する。
まず、不揮発性記憶装置1Dの構成について、図12を参照しつつ説明する。図12は、第4実施例における不揮発性記憶装置1Dの概略構成を示す断面図である。図12では、一般的な半導体記憶装置においてメモリセルアレイ又はメモリ本体部などと呼ばれる部分のうちの1個のメモリセルに関わる構成が、不揮発性記憶装置1Dとして示されている。
第4実施例における不揮発性記憶装置1Dの製造方法の一例について、図13Aから図13Cを参照しつつ説明する。
第5実施形態の不揮発性記憶装置は、第1実施形態の変形例にかかる不揮発性記憶装置と比較して、抵抗変化素子の側壁および犠牲層の側壁に側壁保護層が形成されている点が異なる。
以下に、第5実施形態に係る不揮発性記憶装置1Eおよびその製造方法の一例として、図15から図16Eを参照しつつ第5実施例を説明する。
まず、第5実施例における抵抗変化素子110および側壁保護層112を備える不揮発性記憶装置1Eの構成について、図15を参照しつつ説明する。図15は、第5実施例における不揮発性記憶装置1Eの概略構成を示す断面図である。図15では、一般的な半導体記憶装置においてメモリセルアレイ又はメモリ本体部などと呼ばれる部分のうちの1個のメモリセルに関わる構成が、不揮発性記憶装置1Eとして示されている。
第5実施例における不揮発性記憶装置1Eの製造方法の一例について、図16Aから図16Eを参照しつつ説明する。
第6実施形態の不揮発性記憶装置は、第5実施形態の不揮発性記憶装置と比較して、第1導電層の上に拡散防止層が形成されている点で異なる。
以下に、第6実施形態に係る不揮発性記憶装置およびその製造方法の一例として、図18〜図19Bを参照しつつ第6実施例を説明する。
先ず、第6実施例における抵抗変化素子110および側壁保護層112を備える不揮発性記憶装置1Fの構成について、図18を参照しつつ説明する。図18は、第6実施例における不揮発性記憶装置1Fの構成例を示す断面図である。図18では、一般的な半導体記憶装置においてメモリセルアレイ又はメモリ本体部などと呼ばれる部分のうちの1個のメモリセルに関わる構成が、不揮発性記憶装置1Fとして示されている。
第6実施例における不揮発性記憶装置1Fの製造方法の一例について、図19Aおよび図19Bを参照しつつ説明する。
図16Eに示す工程と同様に、第2導電層115、第2絶縁層113、引き出しコンタクト114を形成した後、最後に、第2拡散防止層117を形成する。この際には、第2絶縁層113と第2導電層115とを形成した後、プラズマCVD等を用いて窒化シリコン層を30〜200nm、例えば50nm程度堆積させる。これによって、第2導電層115および第2絶縁層113を覆う第2拡散防止層117を形成する。
第1実施例〜第6実施例では、基板上に、第1電極107、第1抵抗変化層108x、第2抵抗変化層108y、第2電極109の順に各層を積層する場合を例に説明したが、積層する順序が逆であってもよい。即ち、基板上に、第2電極109、第2抵抗変化層108y、第1抵抗変化層108x、第1電極107の順に各層を積層してもよい。
1A 不揮発性記憶装置
1B 不揮発性記憶装置
1C 不揮発性記憶装置
1D 不揮発性記憶装置
1E 不揮発性記憶装置
1F 不揮発性記憶装置
3 絶縁層
4 拡散防止層
5 犠牲層
6 コンタクト
7 第1電極
8 抵抗変化層
9 第2電極
10 抵抗変化素子
12 側壁保護層
13 絶縁層
15 第2導電層
100 不揮発性記憶装置
100A 不揮発性記憶装置
101 第1絶縁層
102 第1バリアメタル層
103 第1導電層
104 第1拡散防止層
105 犠牲層
105’ 犠牲材料層
106 コンタクト
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
111 ハードマスク
111’ ハードマスク膜
112 側壁保護層
112’ 側壁保護材料層
113 第2絶縁層
114 引き出しコンタクト
114’ コンタクトホール
115 第2導電層
115’ 溝
116 第2バリアメタル層
117 第2拡散防止層
200 不揮発性記憶装置
300 不揮発性記憶装置
400 不揮発性記憶装置
500 不揮発性記憶装置
600 不揮発性記憶装置
Claims (19)
- 第1導電層を形成し、
前記第1導電層を覆うように犠牲層を形成し、
前記犠牲層を貫通して前記第1導電層に接するようにコンタクトを形成し、
前記コンタクトを覆うように抵抗変化素子を形成し、
平面視において前記犠牲層が存在しないように前記犠牲層をエッチングによって除去し、
前記エッチングの後に前記コンタクトの側方から前記抵抗変化素子の側方に亘って連続的に均質な絶縁層を形成し、
前記絶縁層の上に、かつ、前記抵抗変化素子を覆うように、第2導電層を形成する、
不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記エッチングは、平面視において前記抵抗変化素子の外縁と前記犠牲層の外縁とが一致するように前記犠牲層を除去する、
請求項1に記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 - さらに、前記抵抗変化素子を形成した後、前記エッチングをする前に、絶縁材料を用いて前記抵抗変化素子の側壁を覆うように側壁保護層を形成し、
前記エッチングは、平面視において前記側壁保護層の外縁と前記犠牲層の外縁とが一致するように前記犠牲層を除去する、
請求項1に記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記エッチングは、平面視において前記抵抗変化素子の外縁と前記犠牲層の外縁とが一致するように前記犠牲層を除去し、
さらに、前記エッチングの後、前記第2導電層を形成する前に、絶縁材料を用いて前記抵抗変化素子の側壁および前記犠牲層の側壁を覆うように側壁保護層を形成する、
請求項1に記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 - さらに、前記犠牲層を形成する前に、前記第1導電層を覆うように拡散防止層を形成し、
前記コンタクトは、前記犠牲層と前記拡散防止層とを貫通して前記第1導電層に接するように形成される、
請求項1から4のいずれかに記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記絶縁層の比誘電率が2.2以上3.0以下である、請求項1から5のいずれかに記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
- 前記絶縁層の空孔直径の平均が2nm以上6nm以下である、請求項1から6のいずれかに記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
- 前記絶縁層の炭素濃度が原子組成の百分率で10%以上30%以下である、請求項1から7のいずれかに記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
- 前記絶縁層の機械的強度が、前記犠牲層の機械的強度よりも低い、請求項1から8のいずれかに記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
- 前記抵抗変化素子は、第1電極と抵抗変化層と第2電極とがこの順に積層された構造を備える、
請求項1から9のいずれかに記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 - 第1導電層と、
前記第1導電層の上に前記第1導電層に接続されるコンタクトと、
前記コンタクトを覆うように形成された抵抗変化素子と、
前記コンタクトの側方から前記抵抗変化素子の側方に亘る均質な絶縁層と、
前記絶縁層の上に前記抵抗変化素子を覆うように形成された第2導電層と、
前記抵抗変化素子と前記第1導電層との間に配置され前記第1導電層上に形成された犠牲層と、を備え、
前記コンタクトは前記犠牲層を貫通し、
平面視において、前記抵抗変化素子の外縁と前記犠牲層の外縁とが一致し、
前記絶縁層は、前記抵抗変化素子および前記犠牲層と接している、
不揮発性記憶装置。 - 第1導電層と、
前記第1導電層の上に前記第1導電層に接続されるコンタクトと、
前記コンタクトを覆うように形成された抵抗変化素子と、
前記コンタクトの側方から前記抵抗変化素子の側方に亘る均質な絶縁層と、
前記絶縁層の上に前記抵抗変化素子を覆うように形成された第2導電層と、
絶縁材料を用いて前記抵抗変化素子の側壁を覆うように形成された側壁保護層と、
前記抵抗変化素子および側壁保護層と前記第1導電層との間に配置され前記第1導電層上に形成された犠牲層と、を備え、
前記コンタクトは前記犠牲層を貫通し、
平面視において、前記側壁保護層の外縁と前記犠牲層の外縁とが一致し、
前記絶縁層は、前記側壁保護層および前記犠牲層と接している、
不揮発性記憶装置。 - 第1導電層と、
前記第1導電層の上に前記第1導電層に接続されるコンタクトと、
前記コンタクトを覆うように形成された抵抗変化素子と、
前記コンタクトの側方から前記抵抗変化素子の側方に亘る均質な絶縁層と、
前記絶縁層の上に前記抵抗変化素子を覆うように形成された第2導電層と、
前記抵抗変化素子と前記第1導電層との間に配置され前記第1導電層上に形成された犠牲層と、
絶縁材料を用いて前記抵抗変化素子および前記犠牲層の側壁を覆うように形成された側壁保護層と、を備え、
前記コンタクトは前記犠牲層を貫通し、
平面視において、前記抵抗変化素子の外縁と前記犠牲層の外縁とが一致し、
前記絶縁層は、前記側壁保護層と接している、
不揮発性記憶装置。 - さらに、前記第1導電層を覆うように形成された拡散防止層を備え、
前記コンタクトは、前記拡散防止層を貫通して前記第1導電層に接している、
請求項11から13のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。 - 前記絶縁層の比誘電率が2.2以上3.0以下である、請求項11から14のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
- 前記絶縁層の空孔直径の平均が2nm以上6nm以下である、請求項11から15のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
- 前記絶縁層の炭素濃度が原子組成の百分率で10%以上30%以下である、請求項11から16のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
- 前記絶縁層の機械的強度が、前記犠牲層の機械的強度よりも低い、請求項11から17のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
- 前記抵抗変化素子は、第1電極と抵抗変化層と第2電極とがこの順に積層された構造を備える、
請求項11から18のいずれかに記載の不揮発性記憶装置。
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