WO2011161936A1 - 抵抗変化素子の製造方法 - Google Patents
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- the resistance change phenomenon in the resistance change layer 8 of the laminated structure of each material described above is caused by an oxidation-reduction reaction occurring in a minute filament (conductive path) formed in the transition metal oxide of the high resistance layer.
- the value changes and is thought to occur. That is, when a positive voltage is applied to the electrode connected to the high resistance layer of the resistance change layer 8 among the lower electrode 7 and the upper electrode 9, the oxygen in the resistance change layer 8 is applied. It is considered that ions are attracted to the high resistance layer side and an oxidation reaction occurs in the microfilament formed in the high resistance layer, thereby increasing the resistance of the microfilament.
- the upper part of the conductive plug 16 protrudes from the upper surface of the interlayer insulating film 14. Since the protruding portion on the upper side of the conductive plug 16 is joined to the lower electrode 7, the contact area between the lower electrode 7 and the conductive plug 16 can be increased as compared with the conventional element. Thereby, the electrical resistance in a contact surface can be made smaller, an electrical loss can be reduced, and the generated Joule heat can be suppressed. Furthermore, if the contact area between the lower electrode 7 and the conductive plug 16 is increased, the thermal resistance at the contact surface can be further reduced. When the thermal resistance is reduced, Joule heat generated in the lower electrode 7 or the conductive plug 16 when current is passed is efficiently radiated.
- a manufacturing method for manufacturing a plurality of variable resistance elements the step of forming an interlayer insulating film on a substrate, the step of forming a plurality of contact holes in the interlayer insulating film, and the inside of the plurality of contact holes And a step of depositing a conductive material on the interlayer insulating film; a step of forming a plurality of conductive plugs in the plurality of contact holes by removing the conductive material deposited on the interlayer insulating film;
- the plurality of conductive plugs are formed by removing recesses (recesses) in the interlayer insulating film generated around the conductive plugs and recesses (erosion) in the interlayer insulating film generated across the plurality of conductive plugs.
Abstract
Description
本発明の実施の形態1に係る抵抗変化素子の製造方法の一例について、図1のフローチャート、ならびに図2(a)~(e)および図3(a)~(e)の工程図を用いて説明する。
図10は、本発明の実施の形態2に係る1T1R型のメモリセル200の構成を模式的に示す断面図である。図10において、図4と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。実施の形態2に係る抵抗変化素子20は、電気パルスの印加に基づいて抵抗値が可逆的に変化する抵抗変化層8を下部電極70と上部電極9の間に挟持している。ただし、実施の形態2は、実施の形態1と異なり、下部電極70は第1の下部電極70aと第2の下部電極70bとで構成される積層構造を有している。この構成によって、研磨による平坦化が困難な材料を抵抗変化素子20の下部電極70に使用することができる。
図12(a)、(b)は、本発明の実施の形態3に係る1D1R型(1ダイオード1抵抗体)のメモリセル300、301の構成を模式的に示す断面図である。図12(a)、(b)において、図4と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。実施の形態3に係る1D1R型のメモリセル300は、図12(a)に示すように、実施の形態1と同様の構成を有する抵抗変化素子10の上に、電流制御素子30を備えている。また、実施の形態3に係る1D1R型のメモリセル301は、図12(b)に示すように、図12(a)と比べて、構成要素が逆順に積層された電流制御素子30の上に、構成要素が逆順に積層された抵抗変化素子10を備えている。
2、902 ソース領域
3、903 ドレイン領域
4、904 ゲート酸化膜
5、905 ゲート電極
6、906 選択トランジスタ
7、70、907 下部電極
8、908 抵抗変化層
9 上部電極(ダイオード電極)
10、20、40、910 抵抗変化素子
14、914 層間絶縁膜
15、915 コンタクトホール
16、916 導電性プラグ(導電材料)
17 上部電極
19 下部電極(ダイオード電極)
30、50 電流制御素子
31 電流制御層
32 ダイオード電極
33、912、913 金属配線
70a 第1の下部電極
70b 第2の下部電極
100、200、300、301、900 メモリセル
909 上部電極
917、918 導電性プラグ
Claims (8)
- 基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内にコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内および前記層間絶縁膜上に導電材料を堆積する工程と、
前記層間絶縁膜上に堆積した前記導電材料を除去することにより、前記コンタクトホール内に導電性プラグを形成する工程と、
前記導電性プラグ周囲に発生した前記層間絶縁膜の凹部、及び複数の前記導電性プラグに跨って発生した前記層間絶縁膜の凹部を除去して、前記導電性プラグの上部が前記層間絶縁膜の上面から突出するように、前記層間絶縁膜の上面を平坦にする工程と、
前記層間絶縁膜および前記導電性プラグ上に、前記導電性プラグと電気的に接続する下部電極層を形成する工程と、
前記下部電極層の上面の突出部を除去して、前記下部電極層の上面を平坦にする工程と、
前記下部電極層上に、電気パルスの印加に基づいて可逆的に抵抗値が変化する抵抗変化層を形成する工程と、
前記抵抗変化層上に上部電極層を形成する工程と、
前記下部電極層、前記抵抗変化層および前記上部電極層で構成される積層構造において、前記導電性プラグの近傍部分の前記積層構造を残して、その他の部分の積層構造を除去する工程と、
を含む、抵抗変化素子の製造方法。 - 前記層間絶縁膜の上面を平坦にする工程において、CMP法を用いる、
請求項1に記載の抵抗変化素子の製造方法。 - 前記下部電極層の上面を平坦にする工程において、CMP法を用いる、
請求項2に記載の抵抗変化素子の製造方法。 - 前記導電性プラグの近傍部分の前記積層構造を残して、その他の部分の積層構造を除去する工程において、ドライエッチング法を用いる、
請求項1に記載の抵抗変化素子の製造方法。 - 前記下部電極層は、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、及び窒化タングステン(WN)のいずれかで構成される、
請求項1に記載の抵抗変化素子の製造方法。 - 前記下部電極層を形成する工程は、前記層間絶縁膜および前記導電性プラグの上方に、前記導電性プラグと電気的に接続する第1の下部電極層を形成する工程と、
前記第1の下部電極層の上に、前記第1の下部電極層とは材料が異なる第2の下部電極層を形成する工程と、
を含む、請求項1に記載の抵抗変化素子の製造方法。 - 前記上部電極層の上に、半導体層または絶縁体層を形成する工程と、
前記半導体層または絶縁体層の上にダイオード電極層を形成する工程と、
を含む、請求項1に記載の抵抗変化素子の製造方法。 - 基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内にコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内および前記層間絶縁膜上に導電材料を堆積する工程と、
前記層間絶縁膜上に堆積した前記導電材料を除去することにより、前記コンタクトホール内に導電性プラグを形成する工程と、
前記導電性プラグ周囲に発生した前記層間絶縁膜の凹部、及び複数の前記導電性プラグに跨って発生した前記層間絶縁膜の凹部を除去して、前記導電性プラグの上部が前記層間絶縁膜の上面から突出するように、前記層間絶縁膜の上面を平坦にする工程と、
前記層間絶縁膜および前記導電性プラグ上に、前記導電性プラグと電気的に接続するダイオード電極層を形成する工程と、
前記ダイオード電極層の上面の突出部を除去して、前記ダイオード電極層の上面を平坦にする工程と、
前記ダイオード電極層上に、半導体層または絶縁体層を形成する工程と、
前記半導体層または絶縁体層上に下部電極層を形成する工程と、
前記下部電極層上に、電気パルスの印加に基づいて可逆的に抵抗値が変化する抵抗変化層を形成する工程と、
前記抵抗変化層上に上部電極層を形成する工程と、
前記ダイオード電極層、前記半導体層または絶縁体層、前記下部電極層、前記抵抗変化層および前記上部電極層で構成される積層構造において、前記導電性プラグの近傍部分の前記積層構造を残して、その他の部分の積層構造を除去する工程と、
を含む、抵抗変化素子の製造方法。
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