[發明專利]非易失性存儲裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201180004244.1
• 申請日: 2011-08-11
• 公開（公告）號: CN102576709A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 空田晴之;二宮健生;三河巧;早川幸夫
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01L27/105
• 分類號: H01L27/105;H01L45/00;H01L49/00
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及使用了電阻變化層的可擦寫的非易失性存儲裝置及其制造方法。

背景技術

以非易失性存儲器為代表的閃存(flash?memory)，裝載于USB存儲器、存儲卡、便攜式電話、硅音頻播放器(silicon?audio)等，主要作為保存動態圖像、音樂、數字數據的存儲裝置(storage)使用。近年來，在因動態圖像、圖像的高精細化發展而使數據容量增大的過程中，作為筆記本PC的硬盤代替品也進入視野，對于閃存的大容量化的要求越來越高。

但是，在閃存的大容量化中從微細化和可靠性的觀點看有極限，代替閃存能夠大容量化的新型非易失性存儲器的開發變得更加積極。其中之一有電阻變化型存儲器(ReRAM：Resistive?Random?Access?Memory)。電阻變化型存儲器將電阻值變化的電阻變化層用作存儲元件的材料，通過電的脈沖(例如電壓脈沖)的施加，使其電阻值從高電阻狀態向低電阻狀態、或者從低電阻狀態向高電阻狀態變化，進行數據存儲。在這種情況下，明確地區別低電阻狀態和高電阻狀態的2值，另外在低電阻狀態和高電阻狀態之間使其高速而穩定地變化，需要將這2值保持為非易失性。作為該非易失性存儲元件的一個例子，提案有將含氧率不同的過渡金屬氧化物層疊而用于電阻變化層的非易失性存儲元件。公開有：在與含氧率高的過渡金屬氧化層接觸的電極界面有選擇地發生氧化反應和還原反應，使電阻變化現象穩定(例如，參照專利文獻1)。

圖16是表示具有專利文獻1記載的非易失性存儲元件55的電阻變化型的非易失性存儲裝置50的截面圖。在圖16所示的非易失性存儲裝置50中，在基板60上形成有第一配線61，覆蓋該第一配線61地形成有第一層間絕緣層62。貫穿第一層間絕緣層62，形成有與第一配線61連接的第一插頭64。而且，以覆蓋第一插頭(conductive?plug：導電插頭)64的方式在第一層間絕緣層62上形成有由下部電極65、電阻變化層66、上部電極67構成的非易失性存儲元件55。以覆蓋該非易失性存儲元件55的方式形成有第二層間絕緣層68。以貫穿該第二層間絕緣層68的方式形成有第二插頭70，該第二插頭70將上部電極67和第二配線71連接。電阻變化層66由第一電阻變化層66x和第二電阻變化層66y的層疊結構構成，且電阻變化層66由同種的過渡金屬氧化物構成，形成第一電阻變化層66x的過渡金屬氧化物的含氧率，比形成第二電阻變化層66y的過渡金屬氧化物的含氧率高。

通過采用這樣的結構，在對非易失性存儲元件55施加電壓的情況下，對含氧率高、顯示更高的電阻值的第一電阻變化層66x施加絕大部分的電壓。另外，在第一電阻變化層66x附近，還存在豐富的能夠有助于反應的氧。由此，在上部電極67與第一電阻變化層66x的界面附近，有選擇地引起氧化、還原反應，能夠穩定地實現電阻變化。

在非專利文獻1中，公開有由將過渡金屬氧化物用作電阻變化層的1T1R(以一個晶體管和一個電阻構成單位單元(cell))型存儲單元(memory?cell)構成的非易失性存儲器。公開有：過渡金屬氧化物薄膜是通常絕緣體，為了使電阻值發生脈沖變化，初始進行電阻變化層的擊穿(初始擊穿)，形成能夠在高電阻狀態和低電阻狀態之間切換的導電通路。其中，所謂“初始擊穿(initial?breakdown)”，是指使制造后的電阻變化層根據施加的電壓或者施加的電壓的極性，成為能夠在高電阻狀態和低電阻狀態之間可逆地遷移的使狀態變化的處理，具體而言，對具有極高的電阻值的制造后的電阻變化層、或者含有電阻變化層的非易失性存儲元件，施加比寫入電壓大的電壓(初始擊穿電壓)。利用該初始擊穿，電阻變化層的高電阻狀態和低電阻狀態能夠可逆地遷移，其電阻值降低。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2008/149484號

非專利文獻

非專利文獻1：“Highly?Scalable?Non-volatile?Resistive?Memory?using?Simple?Binary?Oxide?Driven?by?Asymmetric?Unipolar?Voltage?Pulses”I.G.Baek?et?al.，IEDM2004，p.587

發明內容

發明要解決的課題