JP5161404B2 - 抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1の(a)、図1の(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置100の構成を説明する図であり、図1の(a)は平面図、図1の(b)は図1の(a)に示す1A−1A線に沿う抵抗変化型不揮発性記憶装置100の断面を矢印方向に見た断面図である。また、図2は、抵抗変化素子25の構成を示すための要部を拡大した断面図である。
図10は、本発明の第2の実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置200の構成を説明する図で、抵抗変化素子25の構成を示すための要部を拡大した断面図である。
図12の(a)、図12の(b)は、本発明の第3の実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置300の構成を説明する図で、図12の(a)は平面図、図12の(b)は図12の(a)に示す1A−1A線に沿う抵抗変化型不揮発性記憶装置300の断面を矢印方向に見た断面図を示す。また、図13は、抵抗変化素子25の構成を示すための要部を拡大した断面図である。
図16は、本発明の第4の実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置400の構成を説明する図で、抵抗変化素子25の構成を示すための要部を拡大した断面図である。図16に示される抵抗変化型不揮発性記憶装置400は、抵抗変化層23が第1抵抗変化層231と第2抵抗変化層232とから構成される積層構造である点で、第2の実施の形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置200と相違している。本実施の形態では、メモリセルホール内部に埋め込み形成される抵抗変化層23が、金属電極層22に接続されるように形成された第1抵抗変化層231と、第1抵抗変化層231上に形成された第2抵抗変化層232とで構成される積層構造である。第1抵抗変化層231及び第2抵抗変化層232は同種の金属酸化物であり、第1抵抗変化層231の酸素含有率は第2抵抗変化層232の酸素含有率より高い。なお、第1の実施の形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置100、または、第3の実施の形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置300においても、抵抗変化層23を類似の構成に変形できる。
図18の(a)及び図18の(b)は、本発明の5の実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置500の構成を説明する図であり、図18の(a)は断面図であり、図18の(b)は抵抗変化素子25とダイオード素子33の構成を示すための要部を拡大した断面図である。
本発明の第6の実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置は、図18の(a)に示す第5の実施の形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置500を基本構成としており、下層配線層、抵抗変化素子、ダイオード素子、及び上層配線を1つの構成単位として、この構成単位をこの基本構成の上にさらに1層以上積層して構成される。このように積層することにより、さらに大容量の抵抗変化型不揮発性記憶装置を実現することができる。
2 抵抗変化層
3 中間電極層
4 ダイオード層
5 ワード線
6 抵抗変化素子
7 ダイオード素子
8 層間絶縁層
11 基板
11a シリコン基板
12 能動素子
12a ソース領域
12b ドレイン領域
12c ゲート絶縁膜
12d ゲート電極
13 第1の層間絶縁層
14、17、27、40、51 埋め込み導体
15 回路配線
16 第2の層間絶縁層
18 下層配線(下層銅配線)
19 第3の層間絶縁層
19a メモリセルホールを形成した第3の層間絶縁層上に堆積した絶縁膜
19b 第5の層間絶縁層(SiN層間絶縁層)
20、20a、202、203 メモリセルホール
22、29 金属電極層
23 抵抗変化層
24 上層配線(第1上層配線、上層銅配線)
24a 銅薄膜層
25 抵抗変化素子(第1抵抗変化素子)
26 第4の層間絶縁層
30 中間電極層
30a 金属薄膜層
30b 凹部
31 半導体層
31a 半導体薄膜層
32 上部電極
32a 金属薄膜層
33 ダイオード素子(第1ダイオード素子)
41 層間絶縁層
42 第2金属電極層
43 第2抵抗変化層
44 中間電極
45 第2抵抗変化素子
46 第2半導体層
47 第2上部電極
48 第2ダイオード素子
49 層間絶縁層
50 第2上層配線
52 層間絶縁層
53 第3金属電極層
54 第3抵抗変化層
55 第3中間電極
56 第3抵抗変化素子
57 第3半導体層
58 第3上部電極
59 第3ダイオード素子
60 層間絶縁層
61 第3上層配線
100、200、300、400、500 抵抗変化型不揮発性記憶装置
231 第1抵抗変化層
231a 第1抵抗薄膜層
232 第2抵抗変化層
232a 第2抵抗薄膜層
Claims (8)
- 基板上に複数の下層配線を形成する工程と、
前記複数の下層配線上及び前記基板上に層間絶縁層を形成する工程と、
前記層間絶縁層に、前記下層配線の表面まで貫通して、上部近傍の開口径が底部近傍の開口径よりも小さい複数のメモリセルホールを形成する工程と、
前記複数のメモリセルホールの少なくとも底部にスパッタリングにより金属電極層を形成する工程と、
前記金属電極層に接続されるように前記複数のメモリセルホール内に抵抗変化層を埋め込み形成する工程と、
前記層間絶縁層上及び前記抵抗変化層上に、前記複数のメモリセルホール内に埋め込み形成された前記抵抗変化層のそれぞれに接続される複数の上層配線を形成する工程と
を含む抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記複数のメモリセルホールを形成する工程は、
前記層間絶縁層に、前記下層配線の表面まで貫通して、上部近傍の開口径が底部近傍の開口径と同等か、もしくは底部近傍の開口径よりも大きい複数のメモリセルホールを形成する工程と、
前記複数のメモリセルホールを形成する工程において形成されたメモリセルホールの底部の径よりも、当該メモリセルホールの上部近傍の開口径が小さくなるように、当該メモリセルホールの上部内壁に絶縁膜を形成する工程と、を含む
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。 - 前記絶縁膜を形成する工程は、前記絶縁膜としてSiO2、SiN、TaOx、NbOx、及びSrOxからなる群より選択される少なくとも1種を堆積する
請求項2に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 - 前記層間絶縁層を形成する工程は、前記層間絶縁層として、前記下層配線上及び前記基板上の下層層間絶縁層と、当該下層層間絶縁層上の上層層間絶縁層とを形成する工程を含み、
前記複数のメモリセルホールを形成する工程は、
前記下層層間絶縁層および前記上層層間絶縁層に、前記下層配線の表面まで貫通する複数のメモリセルホールを形成する工程と、
前記複数のメモリセルホールを形成する工程において形成されたメモリセルホールの前記上層層間絶縁層を貫通する部分の開口径が、前記下層層間絶縁層を貫通する部分の開口径よりも小さくなるように、ウエットエッチングにより、前記下層層間絶縁層を貫通する部分の径を、前記上層層間絶縁層を貫通する部分の径より広くする工程と、を含む
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。 - 前記抵抗変化層を埋め込み形成する工程は、前記金属電極層上に第1抵抗変化層を形成する工程と、前記第1抵抗変化層上に第2抵抗変化層を形成する工程と、を含み、
前記第1抵抗変化層及び前記第2抵抗変化層は同種の金属酸化物であり、
前記第1抵抗変化層の酸素含有率は、前記第2抵抗変化層の酸素含有率より高い
請求項1から4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。 - 前記金属電極層を形成する工程では、前記底部とともに、前記メモリセルホールの底部近傍の内壁部に前記金属電極層が形成されるように、前記金属電極層を形成する
請求項1から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。 - 前記金属電極層は、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、及びルテニウム(Ru)からなる群より選択される少なくとも1種の金属を含む
請求項1から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。 - さらに、前記抵抗変化層上に当該抵抗変化層に接続されるダイオード素子を形成する工程を含み、
前記複数の下層配線を形成する工程では、前記基板上に複数のストライプ形状の前記複数の下層配線を形成し、
前記複数の上層配線を形成する工程では、前記ダイオード素子の上部電極と接続され、前記下層配線に立体交差する複数のストライプ形状の前記複数の上層配線を形成する
請求項1から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。
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