[发明专利]非易失性存储元件的制造方法及非易失性存储元件

说明书

技术领域

本发明涉及电阻变化型的非易失性存储元件的制造方法及非易失性存储元件，该非易失性存储元件具有通过施加电脉冲而电阻值变化的电阻变化元件。

背景技术

近年来，随着数字技术的进步，便携式信息设备以及信息家电等电子设备的功能进一步提高。随着这些电子设备的高功能化，使用的半导体元件的微细化以及高速化急速进展。其中，以闪存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，作为取代该闪存器的下一代新型非易失性存储器，开展了使用电阻变化元件的电阻变化型存储器（ReRAM：Resistive Random Access Memory）的研究开发。在此，所谓电阻变化元件指的是以下元件，该元件具有通过电信号而电阻值可逆地变化的性质，进而能够非易失性地存储与该电阻值对应的信息。

该电阻变化型存储器将电阻值变化的电阻变化层用作存储元件，通过对该电阻变化层施加电脉冲（例如电压脉冲），使其电阻值从高电阻状态向低电阻状态变化、或者从低电阻状态向高电阻状态变化。由此，电阻变化型存储器进行数据存储。在该情况下，需要明确地区分低电阻状态以及高电阻状态这2个值，并在低电阻状态与高电阻状态之间高速且稳定地变化，而且非易失性地保持这2个值。

作为该电阻变化元件的一例，提出了将含氧率不同的过渡金属氧化物层叠并用于电阻变化区域的半导体存储装置。例如，在专利文献1中公开了以下技术：在与含氧率较高的电阻变化区域接触的电极界面上选择性地发生氧化·还原反应，使电阻变化稳定化。

上述以往的电阻变化元件构成为具有第1电极、电阻变化区域和第2电极，将该电阻变化元件在二维上或三维上配置，构成存储器阵列。在各个电阻变化元件中，电阻变化区域由第1电阻变化区域与第2电阻变化区域的层叠构造构成，而且第1及第2电阻变化区域由同种过渡金属氧化物构成。形成第2电阻变化区域的过渡金属氧化物的含氧率高于形成第1电阻变化区域的过渡金属氧化物的含氧率。通过采用这样的构造，在向电阻变化元件施加电压的情况下，在含氧率较高且表现出更高的电阻值的第2电阻变化区域中施加绝大部分电压。另外，在该界面附近，还大量存在能够有助于反应的氧。由此，在第2电极与第2电阻变化区域的界面上，选择性地发生氧化·还原反应，能够稳定地实现电阻变化。

构成第2电阻变化区域的过渡金属氧化物在制造之后通常为绝缘体。因此，为了成为能够通过施加电脉冲来切换高电阻状态与低电阻状态的元件，需要通过初始击穿工序在电阻变化层中形成包含导电性细丝（filament）的局部区域。另外，所谓“初始击穿”是指，使制造后的电阻变化元件或电阻变化型的非易失性存储元件变化为能够按照施加的电压（或施加的电压的极性）而在高电阻状态与低电阻状态间可逆地迁移的状态的处理。具体而言，所谓初始击穿，指的是对具有极高的电阻值的制造后的电阻变化元件或电阻变化型的非易失性存储元件施加比通常的写入电压大的电压（初始击穿电压）。通过该初始击穿，电阻变化元件或电阻变化型的非易失性存储元件成为能够在高电阻状态与低电阻状态间可逆地迁移的状态，并且其电阻值降低。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2008/149484号

发明的概要

发明所要解决的课题

在上述非易失性存储元件中，存在以下问题：初始击穿电压较高，并且初始击穿电压在构成存储器阵列的每个电阻变化元件中不均匀。

发明内容

本发明用于解决上述课题，其目的在于，提供一种电阻变化型的半导体存储装置的制造方法，能够实现稳定的初始击穿，而且能够实现构成存储器阵列的每个电阻变化元件的初始击穿时的低电压化及短时间化。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明的非易失性存储元件的制造方法的一个方式包括：在基板上形成第1电极层的工序；在所述第1电极层上，形成由第1金属氧化物层以及缺氧度与所述第1金属氧化物层不同的第2金属氧化物层的至少2层构成的金属氧化物层的工序；在所述金属氧化物层上形成第2电极层的工序；通过对所述第2电极层进行构图，来形成第2电极的工序；通过对所述第1金属氧化物层和所述第2金属氧化物层进行构图，形成由第1电阻变化层以及缺氧度与所述第1电阻变化层不同的第2电阻变化层的至少2层构成的电阻变化层的工序；将所述电阻变化层的侧部除去至在与所述基板的主面平行的面内比所述第2电极的轮廓更向内侧进入的位置的工序；以及在将所述电阻变化层的侧部除去的工序之后、或者在与该工序相同的工序中，通过对所述第1电极层进行构图，来形成第1电极的工序。

发明的效果：