[发明专利]非易失性半导体存储装置和其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用电阻变化层的交叉点型非易失性半导体存储装置，特别涉及在将二极管集成于配线层的情况下的引出接触部的结构。

背景技术

近年来，随着电子设备的数字技术的发展，为了保存音乐、图像、信息等数据，积极地进行大容量且非易失性的半导体存储装置的开发。例如，使用强电介质作为电容元件的非易失性半导体存储装置已经应用于很多领域。进一步，相比于这种使用强电介质电容器的非易失性半导体存储装置，使用电阻值由于电脉冲的施加而改变且持续保持该状态的材料的非易失性半导体存储装置(以下，称其为ReRAM)，由于其容易获得与通常的半导体处理的匹配性的优点而广受注目。

例如，公开有一种在由1个晶体管和1个存储部构成的ReRAM中，能够直接使用现有的DRAM工序的装置结构(例如，参照专利文献1)。该ReRAM由晶体管和与该晶体管的漏极连结的非易失性的存储部构成。而且，该存储部构成为在上部电极与下部电极之间夹着电阻根据电流脉冲而可逆地变化的电阻变化层。作为电阻变化层，使用镍氧化膜(NiO)、钒氧化膜(V₂O₅)、锌氧化膜(ZnO)、铌氧化膜(Nb₂O₅)、钛氧化膜(TiO₂)、钨氧化膜(WO₃)、或钴氧化膜(CoO)等。这样的过渡金属氧化膜具有下述特征：在被施加阈值以上的电压或电流时显示特定的电阻值，并且持续保持该电阻值直到被施加新的电压或电流，而且，能够直接使用现有的DRAM工序进行制作。

上述例子还公开有一种由1个晶体管和1个非易失性存储部构成，但是使用钙钛矿型构造材料的交叉点型的ReRAM(例如，参照专利文献2)。在该ReRAM中，在基板之上形成有条纹状的下部电极，以覆盖下部电极的方式在整个面上形成有有源层。作为有源层，使用电阻通过电脉冲可逆地改变的电阻变化层。在有源层之上，与下部电极正交地形成有条纹状的上部电极。这样，下部电极和上部电极夹着有源层而交叉的区域成为存储部，下部电极和上部电极分别作为字线或位线的任一种发挥作用。通过采用这样的交叉点型结构，能够实现大容量化。

在交叉点型的ReRAM的情况下，在读取形成于交叉的交点的电阻变化层的电阻值时，为了避免其它行、列的电阻变化层的影响，与电阻变化层串联地插入二极管。

例如，公开有一种ReRAM(例如，参照专利文献3)，其包括：相互平行且隔开间隔排列的2个以上的位线；相互平行且隔开间隔地在与上述位线交叉的方向形成的2个以上的字线；在位线与字线交叉的位置、且在位线上形成的电阻构造体；和以与该电阻构造体和字线接触的方式在电阻构造体上形成的二极管构造体，该ReRAM包括：基板；在该基板上形成的下部电极；在下部电极上形成的电阻构造体；在电阻构造体上形成的二极管构造体；和在二极管构造体上形成的上部电极。

通过采用这样的结构，能够使单位单元构造为1个二极管构造体与1个电阻构造体的连续叠层构造，还能够简单地实现阵列单元构造。

此外，还公开有以下结构(例如，参照专利文献4)：在交叉点型结构的ReRAM中，在X方向的导电阵列线210与Y方向的导电阵列线215的交点部分形成有存储器插件(plug)。在该专利文献4中，如图11所示，该存储器插件构成为7层，由被2层电极层220、230夹着的复合金属氧化物225构成的存储元件255，和由在该存储元件255上形成的金属层235、绝缘物层240和金属层245的叠层结构构成的金属-绝缘物-金属(MIM)构造的非欧姆性元件260，通过电极层250形成在插件内。

专利文献1：日本特开2004-363604号公报

专利文献2：日本特开2003-68984号公报

专利文献3：日本特开2006-140489号公报

专利文献4：美国专利第6,753,561号说明书

发明内容

在上述专利文献1中，虽然也记载了具有开关功能的1个二极管和1个电阻体的结构，但是对于电阻体和二极管的具体构造没有任何记载和暗示。进一步，在专利文献2中公开有一种交叉点结构，但是与上述专利文献1同样，在该例中对于串联连接二极管或其具体的构造没有任何记载和暗示。