[发明专利]非易失性存储装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过施加电压脉冲而电阻值变化的电阻变化型的非易失性存储装置及其制造方法。

背景技术

近年来，随着数字技术的发展，便携式信息设备及信息家电等的电子设备更加高功能化。随着这些电子设备的高功能化，所使用的半导体元件的细微化及高速化迅速发展。其中，以闪存存储器为代表的大容量的非易失性存储器的用途迅速扩大。进而，作为代替该闪存存储器的下一代的新型非易失性存储器，所谓使用电阻变化型元件的非易失性存储装置的研究开发不断进展。这里，电阻变化型元件，是指具有电阻值根据电信号而可逆地变化的性质、而且能够将对应于该电阻值的信息非易失性地存储的元件。

在专利文献1中，公开了将含氧率不同的钽氧化物层层叠而用在电阻变化层中的电阻变化型元件。在图13中表示搭载有以往的电阻变化型元件的非易失性存储装置20。形成有：半导体基板200，形成有第1布线201；第1层间绝缘层202，覆盖第1布线201而形成在该半导体基板200上；以及第1接触孔203，贯通该第1层间绝缘层202而用来将第1布线201与第1电极层205电连接，在其内部中具有以钨为主成分而埋入的第1接触插塞204。并且，在第1层间绝缘层202上，覆盖第1接触插塞204而形成有由第1电极层205、电阻变化层206、第2电极层207构成的电阻变化型元件212。覆盖该电阻变化型元件212而形成第2层间绝缘层208，贯通该第2层间绝缘层208而形成用来将第2电极层207与第2布线211电连接的第2接触孔209，在其内部中形成有第2接触插塞210。在第2层间绝缘层208上，覆盖第2接触插塞210而形成有第2布线211。

电阻变化层206由第1钽氧化物层206x和第2钽氧化物层206y的层叠构造构成，第2钽氧化物层206y的含氧率比第1钽氧化物层206x的含氧率高。

此外，在非专利文献1中，公开了使用过渡金属氧化物作为电阻变化型元件的非易失性存储器。示出了：过渡金属氧化物薄膜是通常绝缘体，为了使电阻值脉冲变化而进行初始化处理，能够形成可切换高电阻状态和低电阻状态的导电路径。图15是表示在非专利文献1中表示的初始化电压与过渡金属氧化物的厚度依赖性的图。作为过渡金属氧化物，表示了NiO、TiO₂、HfO₂、ZrO₂的4种特性，需要的初始化电压取决于过渡金属氧化物的种类，过渡金属氧化物厚度越厚则越高。因此，公开了为了降低初始化电压而优选的是使过渡金属氧化物的厚度薄膜化。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2008/149484号

非专利文献

非专利文献1：I.G.Baek et al.，IEDM2004，p.587

发明概要

发明要解决的问题

在非易失性存储装置的制造过程中，在由铜或铝构成的布线的形成等中存在约400℃的加热工序。这样的加热工序从图13所示的构成电阻变化型元件212的第1电极层205或第2电极层207朝向电阻变化层206侧产生电极材料的小的突起(hillock)。在电阻变化型元件212的第2电极层207上产生了小的突起的情况下，在电阻变化层中产生的导电路径以突起为起点来产生。这是因为，通过向电阻变化层侧产生的突起，第2钽氧化物层206y的厚度部分性地变薄。此外，电阻变化型元件212的初始的绝缘状态不仅是根据过渡金属氧化物的厚度、还根据突起的形状、大小、密度而变动，并且初始电阻值的不均匀也增加。进而，突起的形状、大小、密度很大程度上依赖于电极材料或层间绝缘层的应力、温度等的工艺因素，所以其控制非常困难。因此，为了使电阻变化型元件的初始电阻值稳定，优选的是不在电阻变化型元件的电极上产生小的突起。