[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

本发明涉及通过施加电压脉冲而电阻值变化的电阻变化型的非易失性存储装置。

背景技术

近年来，随着数字技术的发展，便携式信息设备和信息家电等电子设备的功能进一步提高。随着这些电子设备的功能提高，所使用的半导体元件的微细化及高速化飞速发展。其中，以闪存为代表的大容量的非易失性存储器的用途也飞速扩大。进而，作为代替该闪存的次世代的新型非易失性存储器，正在开展使用所谓电阻变化元件的电阻变化型的非易失性存储元件的研究开发。在此，所谓电阻变化元件，指的是具有电阻值由于电信号而可逆变化的性质、并能够非易失地存储与该电阻值对应的信息的元件。

作为该电阻变化元件的一例，提出了层叠含氧量不同的过渡金属氧化物来用于电阻变化层的非易失性存储装置。例如，在专利文献1中，公开了以下技术：使在与含氧量高的电阻变化层接触的电极界面处选择性地发生氧化·还原反应，来使电阻变化稳定。

上述现有的电阻变化元件构成为具有下部电极、电阻变化层和上部电极，二维或三维地配置该电阻变化元件来构成存储器阵列。在各个电阻变化元件中，电阻变化层由第1电阻变化层和第2电阻变化层的层叠构造构成，且第1及第2电阻变化层由同种的过渡金属氧化物构成。形成第2电阻变化层的过渡金属氧化物的含氧量比形成第1电阻变化层的过渡金属氧化物的含氧量高。通过设为这种构造，在对电阻变化元件施加了电压的情况下，大部分电压施加于含氧量高而示出较高的电阻值的第2电阻变化层。另外，在其界面附近，还大量存在能够对反应做出贡献的氧。由此，在上部电极与第2电阻变化层之间的界面处，氧化·还原反应选择性地发生，能够稳定地实现电阻变化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2008/149484号

发明概要

发明要解决的课题

但是，在上述现有的电阻变化型的非易失性存储装置中，存在以下问题：为了使其过渡到开始电阻变化的状态，在初始时对电阻变化元件施加的击穿(break)电压很高，另外，在构成存储器阵列的各电阻变化元件中，击穿电压不均匀。

发明内容

本发明为了解决上述课题而做出，目的在于提供一种电阻变化型的非易失性存储装置及其制造方法，与现有技术相比能够降低击穿电压，而且能够抑制击穿电压在各电阻变化元件中的不均匀。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明的第1非易失性存储装置的特征在于，具备：基板；下部电极，形成在基板上；第1电阻变化层，形成在下部电极上，由第1过渡金属氧化物构成；第2电阻变化层，形成在第1电阻变化层上，由含氧量比第1过渡金属氧化物的含氧量高的第2过渡金属氧化物构成；以及上部电极，形成在第2电阻变化层上；在第1电阻变化层与第2电阻变化层之间的界面处存在台阶，第2电阻变化层形成为覆盖台阶，且在台阶的上方具有弯曲部。在此，所谓弯曲部，指的是受到形成在基底的不连续的台阶的影响而第2电阻变化层在层叠方向上弯曲的部位，不包括由连续变化的平缓的台阶形状形成的部位。通过设为这种结构，反映出第1电阻变化层的台阶形状地在该台阶上的第2电阻变化层处形成弯曲部，因此以该弯曲部作为起点，由于电场集中，即使以低电压也能够产生击穿现象。另外，台阶形状能够通过有意地控制来形成，因此通过使第2电阻变化层的弯曲部的形状稳定，击穿电压的不均匀也不会增加。由此，能够兼顾降低击穿电压和抑制其不均匀，能够实现存储器的微细化·大容量化。

另外，优选在上述第1非易失性存储装置中，在下部电极的下方具有接触插塞，下部电极与第1电阻变化层之间的界面是平坦的。通过设为这种结构，即使在接触插塞上方发生凹进，该凹进的上方的下部电极变厚，因此能够使下部电极的表面平坦。弯曲部处的第2电阻变化层的形状及膜厚仅依赖于第1电阻变化层的台阶形状，不受更下层的基底的形状影响。由此，能够减少由基底引起的各比特的电阻变化特性的不均匀。