[发明专利]非易失性存储装置的制造方法、非易失性存储元件、及非易失性存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过电信号的施加而电阻值可逆地变化的电阻变化型的非易失性存储元件、具备该元件的非易失性存储装置、以及该非易失性存储装置的制造方法。

背景技术

近年来，随着电气设备中的数字技术的发展，为了保存音乐、图像、信息等的数据，对于大容量且非易失性的存储装置的需求提高。作为对应于这样的需求的1个对策，将因被施加的电脉冲而发生电阻值的变化且一直保持其状态的电阻变化层利用于存储元件的、非易失性存储装置(以下，称为ReRAM)被注目。这是因为，具有如下特征的缘故，即，作为存储元件的结构比较简单、容易实现高密度化、以及与以往的半导体过程容易匹配等。在这样的ReRAM中，需要确定即使将存储元件细微化也能够稳定且高再现性地产生设计的电阻值的变化的材料、以及其制作过程。这样的材料和制作过程的研究开发非常积极。

在ReRAM中，作为能够进行更高密度的集成化的构造，提出了层叠构造的存储装置。在图14中表示有关专利文献1、2、3中记载的以往例的非易失性存储装置的剖视图。该存储装置由将多个导电层1413和多个层间绝缘膜1417交替地层叠而得到的层叠体、相对于层叠体垂直地交叉而形成的圆筒状的电阻变化层1414、和接触在电阻变化层1414的内周上而形成的柱状电极1412构成。

此外，在图15中表示有关专利文献4中记载的以往例的非易失性存储装置的剖视图。该存储装置由相对于基板1511平行的层间绝缘膜1517、相对于基板1511平行的条状的导电层1513、相对于基板1511垂直地交叉的柱状电极1512、和夹在柱状电极1512与导电层1513间的电阻变化层1514构成。

电阻变化层1514通过将导电层1513中的、导电层1513与柱状电极1512交叉的重叠（overlap）区域氧化而形成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－81251号公报

专利文献2：日本特开2009－135489号公报

专利文献3：日本特开2009－135328号公报

专利文献4：日本特开2009－224778号公报

发明概要

发明要解决的技术问题

但是，在专利文献1、2、3的结构中，向接触孔中埋入希望的材料的工序对于电阻变化层1414及柱状电极1412一共需要两次，工艺变得复杂。此外，具有难以将形成的电阻变化层1414的膜厚遍及接触孔的深度方向均匀地控制的问题。

此外，在专利文献4的结构中，为了将电阻变化层1514形成为条状，需要布图、蚀刻的工序。进而，在蚀刻工序中，由于导电层1513的侧壁露出，所以有导电层1513的一部分通过自然氧化而氧化的情况。由此，在导电层1513上产生寄生电阻，并且该寄生电阻的电阻值在存储装置内的多个电阻变化元件的各自中不同。结果，有难以调整使电阻值变化的驱动电压值、电阻变化变得不稳定的问题。

除此以外，由于电阻变化层1514通过将导电层1513的一部分（与柱状电极1512交叉的重叠区域）氧化而形成，所以通常电阻变化层1514以图15（b）那样的形状形成。当对柱状电极1512与导电层1513之间施加电压时，电阻变化层1514的电压施加方向的厚度不一致，所以在电阻变化层1514的更薄的区域中流过更多的电流。结果，还有通过电流的集中而电阻变化元件容易劣化的问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题、提供一种工艺简单、具有稳定的存储性能的非易失性存储元件、非易失性存储装置、及其制造方法。

用于解决技术问题的手段

为了解决上述以往的问题，本发明的一技术方案的非易失性存储装置的制造方法，包括：工序（a），在基板上层叠含有过渡金属的多个导电层和由绝缘材料构成的多个层间绝缘膜，形成层叠构造体；工序（b），形成将上述层叠构造体贯通、并且使上述各导电层的一部分露出的接触孔；工序（c），将上述各导电层的露出在上述接触孔中的部分氧化，形成电阻值基于施加的电信号可逆地变化的多个电阻变化层；工序（d），在上述接触孔中埋入导电材料，在上述接触孔中形成与上述各电阻变化层连接的柱状电极。

此外，上述非易失性存储装置的制造方法也可以是，在上述工序（b）中，将包括上述接触孔的多个接触孔形成在设定在上述层叠构造体上的二维矩阵的各行列位置；在上述工序（b）以后，还包括：工序（e），形成将上述层叠构造体按照上述二维矩阵的规定的数量的行、规定的数量的列、或由规定的数量的行及规定的数的列构成的单位而分离的1个以上的槽；工序（f），向上述各槽埋入绝缘材料。