[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

本发明涉及非易失性存储装置，其具有稳定保持的电阻值通过电压脉冲的施加而变化的电阻变化元件。

背景技术

近年来，随着数字技术的发展，便携式信息设备和信息家电等电子设备进一步实现了高功能化。伴随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得到快速发展。其中，诸如以闪存为代表的大容量的非易失性存储器的用途快速扩大。另外，作为替换该闪存的下一代的新型非易失性存储器，正在推进使用电阻变化元件的非易失性存储装置（电阻变化型非易失性存储装置，或者简称为非易失性存储装置）的研发。其中，电阻变化元件是指具有电阻值根据电信号而可逆地变化的性质，并且能够非易失性地存储与该电阻值对应的信息的元件。

作为安装了该电阻变化元件的大容量非易失性存储器的一例，提出了交叉点型的非易失性存储元件。还公开了存储部使用电阻变化膜、开关元件使用二极管元件而构成的元件（例如，参照专利文献1）。

图23（a）和（b）表示过去的安装了电阻变化元件的非易失性存储装置80。图23（a）是由位线210和字线220、以及在它们的各个交点处形成的存储单元280构成的交叉点存储单元阵列200的立体图。此外，图23（b）是沿着位线方向的存储单元280以及位线210和字线220的剖视图。

根据基于电应力的电气电阻的变化来存储信息的电阻变化层230被夹在上部电极240与下部电极250之间，从而形成电阻变化元件260。在电阻变化元件260的上部形成有两端子的非线性元件270，非线性元件270具有使电流双向流过的非线性的电流-电压特性，由电阻变化元件260与非线性元件270的串联电路形成存储单元280。非线性元件270是两端子元件，具有如二极管等那样相对于电压变化的电流变化不固定的非线性的电流－电压特性。

另外，作为上部布线的位线210与非线性元件270电连接，作为下部布线的字线220与电阻变化元件260的下部电极250电连接。该非线性元件270采用例如双向对称且具有非线性的电流－电压特性的压敏电阻（ZnO或SrTiO₃等），以便在进行存储单元280的改写时能够双向流过电流。上述的结构能够流过进行电阻变化元件260的改写所需要的电流密度即30kA/cm²以上的电流，而且能够形成为高密度，因而能够实现大容量非易失性存储器。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2006－203098号公报

发明概要

发明要解决的问题

但是，上述说明的现行构造在加工位线210时，在沿着位线210的方向上同时对上部电极240、电阻变化层230、下部电极250、非线性元件270进行图案形成，并且在加工字线220时，在沿着字线220的方向上同时对上部电极240、电阻变化层230、下部电极250、非线性元件270进行图案形成。利用所谓双图案形成（double patterning）法仅在位线与字线交叉的位置形成存储单元280。

在这种制造方法中，由于进行图案形成的对象膜的膜厚变厚，而且需要同时形成由不同材料构成的多个元件膜图案等，因而基于蚀刻的图案形成比较困难，不能说是适合于细微化的构造。尤其是在上部电极240、下部电极250任意一方采用能够实现良好的电阻变化特性的标准电极电位较高的以白金（Pt）和铟（Ir）为代表的贵金属的情况下、或者位线210或字线220采用布线电阻较低的铜（Cu）的情况下，这些材料被公知为蚀刻困难材料，因而很难同时实现细微化和良好的设备特性。

另外，在采用Cu布线的情况下，受到在Cu布线的上层形成的布线层间绝缘膜（未图示）的应力的影响，时常在该Cu布线产生应力迁移（stress migration），在Cu布线内形成空隙。存储单元孔（hole）附近的Cu布线由于形成孔时的蚀刻而受到损伤，因而应力迁移耐性降低。另外，交叉点存储器的布线是直线形状、而且是较长的布线，因而担忧成为应力变化量增大、且局部容易产生迁移的布局。如果产生空隙，则布线电阻上升、而且其偏差也增大，这对于对布线电阻的变化极其敏感的交叉点存储器的设备而言是致命的问题。

发明内容

本发明正是为了解决上述问题而提出的，提出了在适合于细微化的孔构造（存储单元孔）的内部埋入电阻变化元件的构造。即，本发明的目的在于，提供一种低电压且电阻变化稳定、适合于细微化的电阻变化型的非易失性存储装置及其制造方法。

用于解决问题的手段