[发明专利]非易失性存储装置及其制造方法

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存储装置，特别是涉及一种将电阻变化元件集成于配线层的结构。

背景技术

近年来，随着电子设备中的数字技术的发展，为保存音乐、图像、信息等数据，而正在积极进行大容量且非易失性存储装置的开发。例如，以闪存存储器为代表的非易失性存储装置已经应用在许多领域。但是，该闪存存储器可以说已接近精细化极限，作为后闪存存储器，正在开发相变化存储器(PCRAM)、MRAM、FeRAM等各种存储器。其中，通过施加电脉冲使电阻值变化且使用了持续保持其状态的材料的ReRAM，在易于取得与通常的半导体工艺的匹配性，适合域精细化这一方面上令人瞩目。

例如已公开了以精细化、大容量为目的的交叉点型ReRAM(例如，参照专利文献1)。该ReRAM在基板上形成有条纹状的下部电极，覆盖下部电极且在整个面上形成有活性层。作为活性层使用通过电脉冲使电阻发生可逆变化的电阻变化层。在活性层上与下部电极正交地形成有条纹状的上部电极。像这样，夹着活性层使下部电极和上部电极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者位线的任一个发挥作用。通过做成这样的交叉点型结构，能够实现大容量化。

在交叉点型ReRAM的情况下，当读取形成于十字交叉的交点的电阻变化层的电阻值时，为避免其它的行和列的电阻变化层的影响而对电阻变化层串联地插入二极管。

例如已公开了一种ReRAM，其具备：相互平行的隔开间隔排列的两个以上的位线、相互平行的隔开间隔地形成于与上述位线交叉的方向上的两个以上的字线、在位线和字线交叉的位置且形成于位线上的电阻结构体、具备以使该电阻结构体和字线相接触的方式形成于电阻结构体上的二极管结构体的基板、形成于该基板上的下部电极、形成于下部电极上的电阻结构体、形成于电阻结构体上的二极管结构体、和形成于二极管结构体上的上部电极(例如，参照专利文献2)。

通过采用这样的结构，能够将单位单元结构做成一个二极管结构体和一个电阻结构体的连续层叠结构，进而也能够简单地实现阵列单元结构。

另外，作为共用配线的例子，已公开了一种在交叉点型结构的MRAM中共用字线，且在该配线的上下对称地形成有二极管元件、MTJ元件的构成(例如，参照专利文献3)。在此，通过在配线配置铂、在其上下配置硅，而形成肖特基二极管。

专利文献1：日本特开2003-68984号公报

专利文献2：日本特开2006-140489号公报

专利文献3：美国专利第6879508号说明书

在上述专利文献1公开了交叉点结构，但是，在该例的记载中，根本没有提及串联连接二极管及关于其具体结构的内容。

与此相对，在专利文献2中公开了下述的结构，即，在下部电极上形成有电阻结构体，并且在该电阻结构体上形成有二极管结构体，在该二极管结构体上形成有上部电极，并且公开了该二极管结构体利用由NiO、TiO₂等形成的p型氧化物和n型氧化物而组成。但是，在该专利文献2所记载的二极管结构体、电阻结构体中，由于在一个位单位同时蚀刻由至少四种不同的材料形成的结构体，因而非常难以确立对于精细化所需要的加工技术。更何况如果还要同时蚀刻上部电极或者下部电极就更加困难。另外，在专利文献2中，存在需要在交叉点存储器的每一层设置多个结构要素，而增加工艺步骤数目和增加工艺成本这一基本的课题。因此，难以替代工艺成本较低的闪存存储器而不易于扩大市场。

另外，在专利文献3中采用在上下的存储单元共用配线、在与配线的上下界面形成肖特基二极管的结构。但是，由于构成为一起形成电阻变化元件的上部电极、电阻变化元件、下部电极、二极管元件膜的结构，在一个位单位同时蚀刻由至少四种材料形成的结构体，因而在非常难以确立对于精细化所需的加工技术这一点上，与上述例没有差异。况且在使用与电阻变化元件的兼容性好的贵金属类的电极的情况下，该蚀刻极为困难，成为不适合精细化的结构。

我们在本发明之前，提出了一种将MSM二极管元件的一个电极兼用于交叉点的上层配线，再将另一个电极兼用于电阻变化元件的电极的结构(日本特愿2006-312590号)，实现了构成交叉点存储器的元件数的降低。而在本结构中，由于能够将二极管元件的有效面积扩大至比电阻变化元件的面积大，因此，在将二极管元件和电阻变化层进行组合的交叉点型结构中，能够确保充分的电流容量，实现了能够进行稳定的工作的ReRAM。