[发明专利]非易失性半导体存储器件

说明书

技术领域

本发明涉及非易失性地存储由金属化合物的结晶状态和非结晶状态之间的相变来决定的电阻值的、可进行电重写的相变存储器装置。

背景技术

在非易失性存储器件中，有的存储器件将金属化合物的结晶状态和非结晶状态用作存储信息。作为该存储材料，通常使用碲化合物。利用它们反射率的差异来存储信息的原理广泛应用于如DVD(数字视盘)那样的光信息存储介质。

近年来，提出将该原理应用于电信息存储。该方法与光学方法不同，是用电流量或电压变化来检测非晶与结晶的电阻差、即非晶的高电阻状态与结晶的低电阻状态。应用于后者的电信息存储的存储器称为相变存储器，相变存储器的基本存储器单元的构造是将相变电阻元件和选择元件组合在一起的构造。相变存储器利用由对相变电阻元件施加电流而产生的焦耳热来使相变电阻元件的构成要素、即非易失性记录材料层为结晶状态或非结晶状态。相变存储器通过维持非易失性记录材料层的结晶状态或非结晶状态来存储保持信息。对于重写，在为电气的高电阻非结晶状态时，在施加大电流而使作为非易失性存储材料的电阻变化材料的温度为熔点以上之后，进行快速冷却即可，在为电气的低电阻非结晶状态时，限制施加的电流而使电阻变化材料的温度为低于熔点的结晶温度即可。通常非易失性记录材料层的电阻值会因为相变而发生2位数～3位数左右的变化。因此，相变存储器利用结晶或非晶而读出的信号有较大不同，易于进行读出工作。

专利文献1：US 2006/020354/A1

专利文献2：US 6,426,891B1

发明内容

在以往的相变存储器的重写中，从结晶状态相变到非结晶状态或从非结晶状态相变到结晶状态，因此非易失性记录材料层被加热到非常高的温度。因此，随着反复重写，存在构成与非易失性记录材料层接近的膜的原子从与非易失性记录材料层接近的膜扩散，重写条件发生变化的问题。

在现有技术、例如US 2006/020354/A1(专利文献1)所记载的技术中，在非易失性记录材料层与选择元件之间配置有电连接成为电阻的金属膜，但金属元素从金属膜向非易失性记录材料层扩散，重写条件发生变化，这成为一个问题。在US 6,426,891B1(专利文献2)中，在非易失性记录材料层与选择元件之间，为了防止在重写时发生的来自非易失性记录材料层的热扩散而配置导电性隔热膜，但存在难以进行非易失性记录材料层的非晶化所需的快速冷却这样的问题。本发明的目的在于提供一种相变存储器，其防止从与非易失性记录材料层相邻的层扩散原子、或即使发生了扩散也成为不影响重写条件的原子，进而还容易进行用于非晶化的快速冷却，从而保持稳定的重写条件。

例举本申请的代表性技术方案，本发明的非易失性半导体存储器件包括第一电极、第二电极、形成在第一电极和第二电极之间的非易失性记录材料层和选择元件、形成在非易失性记录材料层和选择元件之间的包括非易失性记录材料层所含元素的半导体层。以下，将形成在非易失性记录材料层和选择元件之间的包括非易失性记录材料层所含元素的半导体层简称为半导体层。

根据本发明，可得到重写条件稳定的相变存储器。例如实现可在重写时间为50ns以下进行10⁹次以上重写的非易失性存储器。

附图说明

图1是本发明实施方式1的存储器单元的要部剖视图。

图2是本发明实施方式2的存储器单元的要部剖视图。

图3是本发明实施方式3的存储器单元的要部剖视图。

图4是本发明实施方式4的存储器单元的要部剖视图。

图5表示本发明实施方式1的半导体器件的制造工序中的概观图。

图6是表示硅基板、外围电路部及存储器矩阵部的位置关系的图。

图7是表示硅基板、外围电路部及存储器矩阵部的位置关系的图。

图8是表示硅基板、外围电路部及存储器矩阵部的位置关系的图。

图9是接着图5的半导体器件的制造工序中的概观图。

图10是接着图9的半导体器件的制造工序中的概观图。

图11是接着图10的半导体器件的制造工序中的概观图。

图12是接着图11的半导体器件的制造工序中的概观图。

图13是接着图12的半导体器件的制造工序中的概观图。

图14是接着图13的半导体器件的制造工序中的概观图。

图15是接着图14的半导体器件的制造工序中的概观图。

图16是接着图15的半导体器件的制造工序中的概观图。

图17是接着图16的半导体器件的制造工序中的概观图。

图18是接着图17的半导体器件的制造工序中的概观图。