[发明专利]电阻变化型非易失性存储装置以及存储器单元的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有存储器单元的电阻变化型非易失性存储装置，以及该存储器单元的形成方法，所述存储器单元由电阻值根据电信号可逆地变化的电阻变化元件和晶体管所构成。

背景技术

近年来，在不断进行具有使用电阻变化元件构成的存储器单元的非易失性存储装置的研究开发。电阻变化元件是指下述元件：具有电阻值根据电信号进行可逆地变化的性质，进而能将与该电阻值对应的数据非易失性地存储。

作为使用了电阻变化元件的非易失性存储装置，公知有将被称为所谓1T1R型的存储器单元以矩阵状阵列设置而得到的非易失性存储装置，该存储器单元通过在以垂直的方式设置的位线与字线、源极线(源极线)的交点的位置将MOS晶体管与电阻变化元件串联连接而成。

在专利文献1中，公开了下述非易失性存储装置，其由使用了钙钛矿型晶体结构的氧化物作为电阻变化元件的1T1R型存储器单元构成。

图35是其中所示的存储器单元的截面示意图。

存储器单元1011是将晶体管1006和电阻变化元件1010以串联的方式电连接而形成的。

晶体管1006由在半导体基板1001上制作的作为第一扩散层区域的源极区域1002、作为第二扩散层区域的漏极区域1003、以及在栅极氧化膜1004上形成的栅极电极1005构成。

电阻变化元件1010将电阻值根据施加电压而变化的可变电阻层1008夹持在下部电极1007与上部电极1009之间。

漏极区域1003与下部电极1007电连接。

上部电极1009与成为位线1012的金属布线连接，栅极电极1005与字线连接，源极区域1002与成为源极线1013的金属布线连接。

这里，作为用于可变电阻层1008的材料，已经公开了Pr_1-xCa_xMnO₃，La_1-xCa_xMnO₃(PCMO)等，但是关于电极材料，没有特别言及。

此外，对于写入到存储器单元1011的方法，已经公开了若向上部电极1009施加Vpp、向源极区域1002施加Vss、向栅极电极施加规定的电压振幅Vwp的脉冲电压，则能从低电阻状态向高电阻状态变化，相反，若向上部电极1009施加Vss、向源极区域1002施加Vpp、向栅极电极施加规定的Vwe的脉冲电压，则能从高电阻状态向低电阻状态变化。

在专利文献2中，示出了由下述1T1R型存储器单元构成的非易失性存储装置，该1T1R型存储器单元使用了与上述的根据电信号发生电阻变化的电阻变化元件的电阻变化的原理不同的电阻变化元件。该存储装置被称为相变存储器。

在相变存储器中，利用被称为硫属元素化物材料的相变材料在晶体状态下和非晶状态下电阻不同，对数据进行存储。重写是通过对相变材料流通电流而在熔点附近使其发热，使状态变化来进行的。被称为复位动作的高电阻化(非晶化)通过在较高温度下进行保持的控制来进行，被称为设置动作的低电阻化(晶体化)通过较低温度下保持充分期间的控制来进行。

此外，公开了在相变存储器中，数据的重写所需要的电流在复位动作和设置动作中不同，复位动作需要较大的电流。

图36是专利文献2中公开的相变存储器的截面图。

存储器单元1021使用存储器1022和NMOS晶体管1027，以1T1R型构成。NMOS晶体管1027由与源极及漏极相对应的N型扩散层区域1029及N型扩散层区域1030、以及夹持在它们之间的栅极电极1031构成。

存储部1022中，以夹持相变元件1024的方式，由第二金属布线层1023形成上部侧，由接触孔(contact via)1025、第一金属布线层1026形成下部侧，并且存储部1022与NMOS晶体管1027的N型扩散层区域1029相连。

NMOS晶体管1027的相反侧的N型扩散层区域1030经由各布线层与第三金属布线层1028连接。

这里，第二金属布线层1023与源极线对应，第三金属布线层1028与位线对应，NMOS晶体管1027的栅极电极1031与字线对应。

在专利文献2中，公开了在相变存储器装置中引入控制源极线的机构，在设置动作时和复位动作时，切换流通电流的方向。

在需要流通较大的电流的复位动作时，将源极线设定为规定的高电平，将位线设定为低电平，在用较小的电流就足够的设置动作时，将位线设定为规定的高电平，将源极线设定为低电平。