[发明专利]存储元件及其制造方法和半导体存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及存储元件及其制造方法以及半导体存储装置。

背景技术

包括非易失性存储器单元(诸如EEPROM(电可擦写和可编程ROM)和闪存等)的半导体装置现在被用在各种电子装置中。改善半导体装置的诸如重写次数和数据保持耐受性等以及使半导体装置的结构小型化是重要的挑战。

对于市场上已经能够买到的以浮动型为代表的闪存结构，由于电阻改变型存储器从可靠性和小型化的观点来看具有优势，所以电阻改变型存储器已经引起了注意。电阻改变型存储器包括ARAM、RRAM、PCRAM、MRAM以及Spin RAM等。这种电阻改变型存储器被认为与简单结构、高速重写性能以及多值技术结合而适合于更高的性能、更高的集成度，并因此引起了注意。

在上述电阻改变型非易失性存储元件中，下电极与可变电阻层的接触面积越小，电流密度增加得越多并且电场可以更加集中。因此可以有助于改善重写性能和特性变化的稳定性。

但是，下电极与可变电阻层的接触面积的减小受到光刻性能的限制，这使得小型化变得困难。此外，一般和广泛使用的钨埋入型接触结构具有由于在中央部分中产生的缝隙(孔)而引起特性变化产生的问题。此外，难以增大在电流流过造成电阻改变时产生的热的辐射效率。

作为参照示例，举例来说，以线状从下电极突起的突起电极物形成在下电极的两侧的侧壁上，并且可变电阻层(可变电阻器)形成在突起电极物的上部上。公开了具有形成在可变电阻层的上部上的上电极的电阻改变元件(例如，见日本专利公报No.2007-180473和日本专利公报No.2007-180474，下文中分别称作专利文献1和2)。通过对突起电极物的一部分进行氧化的方法形成可变电阻层，由此限制了电阻材料的选择。此外，因为可变电阻层形成在形成为线状的突起电极物的上部上，所以电场趋向于集中在突起电极物在平面图观察时的角部分处，并且因此电场不能均匀地集中在与可变电阻层接触的部分的整个区域中。因此，容易地产生特性变化。

发明内容

所解决的问题是电场不能均匀地集中在下电极的与可变电阻层相接触的部分的整个区域上，并且因此容易发生特性变化。

期望通过将电场均匀地集中在下电极的与可变电阻层相接触的部分的整个区域上，来消除特性变化。

根据本发明的实施例，提供了一种存储元件，包括：第一电极；形成在与第一电极相对的位置的第二电极；以及形成为置于第一电极与第二电极之间的可变电阻层。第一电极为管状物，并且形成为在与可变电阻层相反的一侧上比在可变电阻层的一侧上更厚。

在根据本发明的上述实施例的存储元件中，第一电极形成为在与可变电阻层相反的一侧上比在可变电阻层的一侧上更厚。换言之，可变电阻层一侧形成为比与可变电阻层相反的一侧更薄。因此，电场容易集中在第一电极的可变电阻层一侧上。此外，因为第一电极形成为管状物，所以可以均匀地升高电流密度并且将电场集中在第一电极的与可变电阻层相接触的部分的整个区域处。因此，可以消除由于电场集中在角部分处而引起的特性变化。此外，因为与可变电阻层相反的一侧形成为比可变电阻层的一侧更厚，所以在可变电阻层中产生的热容易辐射到第一电极的下部。即，改善了热辐射特性。

根据本发明的实施例，提供了一种制造存储元件的方法，所述方法包括以下步骤：在层间绝缘膜中形成孔；在孔的内表面上以及层间绝缘膜的表面上形成电极形成膜；通过对电极形成膜进行回蚀并且在孔的侧壁上留下电极形成膜，以使得电极形成膜在孔的底部的一侧上比在孔的开口部的一侧上更厚，来形成第一电极；将绝缘膜埋入孔中；在层间绝缘膜上形成与第一电极的上部相连接的可变电阻层；以及在可变电阻层上形成第二电极。

在根据本发明的上述实施例的制造存储元件的方法中，通过对电极形成膜进行回蚀并且在孔的侧壁上留下电极形成膜，以使得电极形成膜在孔的底部的一侧上比在孔的开口部的一侧上更厚，来形成第一电极。换言之，第一电极形成为在孔的开口部的一侧上比在孔的底部的一侧上更薄。因此，第一电极的可变电阻层一侧形成为有助于电场集中的形状。此外，因为第一电极形成为管状物，所以电场可以均匀地集中在第一电极的与可变电阻层相接触的上表面部分的整个区域处。因此，可以消除由于电场集中在角部分而引起的特性变化。此外，因为通过留下电极形成膜，使得电极形成膜在孔的底部的一侧上比在孔的开口部的一侧上更厚来形成第一电极，所以在可变电阻层中产生的热容易辐射到第一电极的下部。即，改善了热辐射特性。