JP2009289963A - 不揮発性記憶装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の配線と、第2の配線と、第1の状態と第2の状態との間を可逆的に遷移可能な記録部と、p型及びn型の少なくともいずれかの不純物を含む整流素子と、を有する単位メモリ層を複数積層した不揮発性記憶装置の製造方法であって、前記複数の単位メモリ層に用いられる、前記第1の配線と、前記第2の配線と、前記記録部と、前記p型及びn型の少なくともいずれかの不純物を含む非晶質物質の層とを、前記非晶質物質が実質的に結晶化する温度よりも低い温度で形成する工程と、前記複数の単位メモリ層に用いられる前記非晶質物質を一括して結晶化する工程と、前記複数の単位メモリ層に用いられる前記非晶質物質に含まれる前記不純物を一括して活性化する工程と、を備えたことを特徴とする不揮発性記憶装置の製造方法。
【選択図】図3
Description
まず、本発明の実施形態に係る不揮発性記憶装置の一例(具体例1)について、図1〜図3を参照しつつ説明する。
まず、配線L(第1の配線10及び第2の配線40)について説明する。
配線Lには、導電性を有する材料を用いることができ、例えば、タングステン(W)等の金属や、窒化タングステン、炭化タングステン等のタングステン化合物を用いることができる。配線Lに用いられる材料については、さらに後述する。
これら、電極層32、36、バリア層、ヒータ層は必要に応じて設けられ、省略可能である。
前述したように、本具体例に係る不揮発性記憶装置2は、第1の配線20と第2の配線40とに与える電位の組み合わせによって、各記録部30に印加される電圧が変化し、その時の記録部30の特性(例えば、抵抗値)によって、情報を記録したり消去したりすることができる。このため、記録層34には、印加される電圧によって特性が変化する任意の材料を用いることができる。例えば、印加される電圧によって結晶状態と非晶質状態との間で可逆的に遷移可能な相変化層や、抵抗値が可逆的に遷移可能な可変抵抗層などが挙げられる。
整流素子20は、整流特性を有し、記録層34に印加される電圧の極性に方向性を持たせるために設けられる。
第1の配線10と整流素子20との間には、両構成要素間の元素の拡散などを防止するバリア層が設けられていてもよい。
図3は、整流素子20の不純物の濃度分布について説明するためのグラフ図である。すなわち、図3(a)は、具体例1について、各層の整流素子20における深さ方向の不純物濃度を表す模式グラフ図である。また、図3(b)は、本実施形態と対比される比較例について、各層の整流素子20における深さ方向の不純物濃度を表す模式グラフ図である。ここで、比較例に係る不揮発性記憶装置は、具体例1に係る不揮発性記憶装置2に対して、次に説明するように整流素子20の不純物濃度分布が異なる。これ以外は、具体例1に係る不揮発性記憶装置2と同様の構成である。
(本実施形態の効果)
次に、本実施形態の効果について説明する。
具体例1に係る不揮発性記憶装置2は、(1)加工が容易である、及び(2)良好な動作特性が得られる、という効果を有する。以下、それぞれについて比較例と対比しつつ説明する。
前述したように、比較例では、各層ごとに整流素子20の結晶化及び不純物活性化のための熱処理が行われる。
一般に、PN接合ダイオードの特性は、p型半導体及びn型半導体における不純物プロファイル(不純物の濃度分布。不純物の拡散態様)、及び多結晶シリコンの結晶性で決定される。
次に、本実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法について、図4〜図8を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する不揮発性記憶装置の製造方法においては、単位メモリ層2Aが2層である場合として説明する。
図4及び図5は、製造方法例1を表す模式工程断面図である。本製造方法例では、階層ごとでセル特性が均一化された2層積層型クロスポイント型の不揮発性記憶装置2を製造する。
図4(d)に表したように、フォトリソグラフィとエッチング技術により、加工体に対してY軸方向に延在する帯状のエッチング加工を行う。エッチングは、第1の配線10と整流素子材料層22との界面深さまで行う。その後、エッチングにより生じた空間に、層間絶縁膜(素子間絶縁層60)を埋め込み、例えばCMPにより加工体上面を平坦化する。その後、加工体上面に第1の配線10となる層を形成する。
図5(a)に表したように、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により、加工体に対してX軸方向に延在する帯状のエッチング加工を行う。エッチングは、第2の配線40と記録部30との界面深さまで行う。その後、エッチングにより生じた空間に、層間絶縁膜(素子間絶縁層60)を埋め込み、例えばCMPにより加工体上面を平坦化する。
さらに多層化した不揮発性記憶装置を製造する場合には、上記と同様の工程を繰り返せばよい。
なお、図7(b)は、図7(a)のA−A’線断面図であり、図7(c)は、図7(b)のB−B’線断面図である。
なお、以下に説明する不揮発性記憶装置の製造方法においては、単位メモリ層2Aが2層である場合として説明する。
また、結晶核50に第1の配線10と同じ材料を用いれば、結晶核50による第1の配線10の汚染が回避されるという利点がある。
結晶核50の形成方法としては、例えばDC(直流)スパッタリング法等のスパッタリング法が挙げられる。また、第1の配線10と結晶核50とを同時に形成してもよい。
その後、整流素子材料層22の層を形成する。
そして、ここで、上記の工程は全て、整流素子材料層22に含まれる非晶質物質の結晶化温度より低い温度で行う。これにより、全ての単位メモリ層2Aにおいて、整流素子材料層22の非晶質物質は非晶質状態に保たれる。
なお、図6〜図8において、結晶核50は層状の形態で模式的に描いたが、結晶核50はかかる形態に限られず、加工体上面に点在するなどしてもよい。
次に、本実施形態に係る不揮発性記憶装置の実施例について、図9〜図13を参照しつつ説明する。
まず、本実施例に係る不揮発性記憶装置について、図13を参照しつつ説明する。
図13は、本実施例に係る不揮発性記憶装置2Pの構成を例示する模式斜視図である(また、後述するように模式工程斜視図でもある)。
加工体上面に、ダイオードの結晶成長の核となる物質である例えばNiを、1×1013cm−2〜3×1014cm−2の濃度で形成する(図示せず)。
次に、RTP(Rapid Thermal Process:急速昇降温処理)を用いて、例えば1000℃で10秒のアニールを行う。これにより、各層のダイオードを構成する不純物が一括して活性化され、ダイオード形成が完了する。
なお、上記で説明した各種の膜の厚みは一例であり、種々の変形が可能である。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
2P 不揮発性記憶装置
5 基板
10 第1の配線
20 整流素子
30 記録部
32 電極層
34 記録層
36 電極層
40 第2の配線
50 結晶核
60 素子間絶縁層
101 タングステン膜
102 窒化チタン膜
103 NiOx層
104 窒化チタン
105 Pドープ非晶質シリコン膜
106 Bドープ非晶質シリコン膜
107 窒化チタン膜
108 タングステン膜
109 層間絶縁膜
110 タングステン膜
111 窒化チタン膜
112 Bドープ非晶質シリコン膜
113 Pドープ非晶質シリコン膜
114 窒化チタン膜
115 NiOx膜
116 窒化チタン膜
117 タングステン膜
118 層間絶縁膜
119 タングステン膜
120 窒化チタン膜
121 NiOx膜
122 窒化チタン膜
123 Pドープ非晶質シリコン膜
124 Bドープ非晶質シリコン膜
125 窒化チタン膜
126 タングステン膜
127 層間絶縁膜
128 タングステン膜
129 窒化チタン膜
130 Bドープ非晶質シリコン膜
131 Pドープ非晶質シリコン膜
132 窒化チタン膜
133 NiOx膜
134 窒化チタン膜
135 タングステン膜
136 層間絶縁膜
137 タングステン膜
BL ビット線
C セル
WL ワード線
Claims (5)
- 第1の方向に延在する第1の配線と、
前記第1の方向に対して非平行な第2の方向に延在する第2の配線と、
前記第1の配線と前記第2の配線との間に挟持され、前記第1の配線と前記第2の配線とを介して供給される電流により、第1の状態と第2の状態との間を可逆的に遷移可能な記録部と、
前記第1の配線と前記記録部との間に挟持され、p型及びn型の少なくともいずれかの不純物を含む整流素子と、
を有する単位メモリ層を複数積層した不揮発性記憶装置の製造方法であって、
前記複数の単位メモリ層に用いられる、前記第1の配線と、前記第2の配線と、前記記録部と、前記p型及びn型の少なくともいずれかの不純物を含む非晶質物質の層と、を、前記非晶質物質が実質的に結晶化する温度よりも低い温度で形成する工程と、
前記複数の単位メモリ層に用いられる前記非晶質物質を一括して結晶化する工程と、
前記複数の単位メモリ層に用いられる前記非晶質物質に含まれる前記不純物を一括して活性化する工程と、
を備えたことを特徴とする不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記非晶質物質の結晶成長の核となる物質をさらに形成することを特徴とする請求項1記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
- 前記結晶核を、前記第1及び第2の配線の少なくともいずれかを形成する時に形成することを特徴とする請求項2記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
- 前記非晶質物質の層を、スパッタリングにより形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
- 複数の単位メモリ層を積層した不揮発性記憶装置であって、
前記単位メモリ層のそれぞれは、
第1の方向に延在する第1の配線と、
前記第1の方向に対して非平行な第2の方向に延在する第2の配線と、
前記第1の配線と前記第2の配線との間に設けられた記録層と、
前記第1の配線と前記第2の配線との間に設けられた整流素子と、
を有し、
前記整流素子は、p型及びn型の少なくともいずれかの不純物を含み、
前記複数の単位メモリ層が有する前記整流素子における前記不純物の濃度分布及び結晶性は、略同一であることを特徴とする不揮発性記憶装置。
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