[發明專利]半導體存儲器的制造方法

有效

• 申請號: 201080003876.1
• 申請日: 2010-07-23
• 公開（公告）號: CN102272927A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 能澤克彌
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01L27/10
• 分類號: H01L27/10;H01L21/8246;H01L27/105;H01L43/08
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 周欣;陳建全

技術領域

本發明涉及一種半導體存儲器的制造方法，所述半導體存儲器通過對電極間施加電壓、使電流流動來引起狀態變化，存儲信息。

背景技術

現在，作為大規模集成化的存儲元件，廣泛采用DRAM(動態隨機存儲器：Dynamic?Random?Access?Memory)和閃存器這兩種。

DRAM是能夠高速進行寫入及讀出、但為了保持存儲而需要消耗電力的所謂揮發性存儲器。所以，主要用于計算機的主存儲等短期存儲。閃存器是保持存儲不需要消耗電力的所謂不揮發性存儲器。這些存儲元件因有信息的寫入及改寫的速度低的缺陷，因此主要用于數碼照相機或音樂唱機用的長期存儲。

同時具有高速性和不揮發性的可大規模集成化的存儲元件如果能夠實用化，則不需要將元件按短期存儲和長期存儲分開使用。如果采用這樣的元件，能夠實現例如在通電的同時就能夠利用的計算機等。因而，要實現同時具有高速性和不揮發性的可大規模集成化的存儲元件，這樣的研究目前十分活躍。

為了克服DRAM或閃存器的缺陷，實現大規模集成的不揮發性高速存儲器，認為需要結構、工作原理與DRAM或閃存器不同的存儲器。現在，各式各樣的結構、原理的存儲器的研究十分活躍。其中，包括ReRAM(Resistance?Random?Access?Memory)和自旋注入式MRAM(Magnetic?Resistance?Random?Access?Memory)。

ReRAM和自旋注入式MRAM都是具有兩個電極的裝置。這些裝置在以電極間的電阻的差異而存儲信息這點上是共通的。此外，這些裝置在通過對電極間施加電壓來進行信息的寫入、改寫、讀出這點上也是共通的。

以下對各存儲器的特征進行論述。

(ReRAM)

圖21是表示ReRAM的結構的概略構成圖。ReRAM，如圖21所示，是具有在兩個電極2101、2103之間配置有電阻變化膜2102的結構的元件。以該電極間的電阻的差異來保持信息。在最基本的構成即1元件1位存儲的情況下，低電阻狀態和高電阻狀態這兩個電阻狀態分別與信息的0和1(或1和0)對應。信息的寫入及改寫通過將電極間的電阻變化為與信息對應的電阻值來進行。也就是說，為降低或提高電阻的行為。

在ReRAM中，根據引起電阻變化的方法不同，存在非極型和雙極型這兩種。

圖22是表示非極型的ReRAM的工作特性的圖示。在非極型時，如圖22所示，通過施加閾值電壓以上的電壓來引起從高電阻狀態向低電阻狀態的轉變。這是所謂絕緣破壞現象的一種。從低電阻狀態向高電阻狀態的轉變也可通過施加某一定以上的電壓來引起。但是，發生該從低電阻狀態向高電阻狀態的轉變的電壓2201低于發生從高電阻狀態向低電阻狀態的轉變的電壓2202。在非極型時，根據轉變前的元件的電阻狀態的差異，只要具有兩種轉變閾值電壓，通過施加同一方向的電壓就能夠發生從高電阻向低電阻、從低電阻向高電阻的任一個轉變。

圖23是表示雙極型的ReRAM的工作特性的圖示。在雙極型時，如圖23所示，與非極型相同，通過施加閾值電壓以上的電壓來引起電阻狀態的轉變。不同之處在于，引起從高電阻向低電阻的轉變的電壓2301的施加方向與引起從低電阻向高電阻的轉變的電壓2302的施加方向相反。即通過在兩個電極間分開施加正負兩種電壓來控制狀態間的轉變。

在為非極型、雙極型中的任一種時，即使對電極間施加比帶來電阻狀態的轉變的閾值低的電壓，元件電阻也不變化。所以，通過施加滿足該條件的電壓，使電流流動，能夠不破壞電阻值即存儲的信息地讀取。

(自旋注入式MRAM)

圖24是表示MRAM的結構的圖示。如圖24所示，MRAM具有在由強磁性體構成的兩個電極2401、2402之間配置了由MgO等構成的薄型隧道絕緣膜2403的結構。與ReRAM同樣，信息以該電極間的電阻的差異來保持。也就是說，低電阻狀態和高電阻狀態這兩個電阻狀態分別與信息的0和1(或1和0)對應。信息的寫入及改寫通過使電極2401、2402間的電阻變化為與信息對應的電阻值來進行。也就是說，為降低或提高電阻的行為。

在MRAM中，電阻由兩電極2401、2402的磁化方向而定。在兩個電極2401、2402的磁化方向平行時電阻低，在反平行時電阻高。通常，通過固定好一方電極的磁化方向，使另一方的磁化方向顛倒，來進行信息的改寫。