[发明专利]半导体存储器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体存储器的制造方法，所述半导体存储器通过对电极间施加电压、使电流流动来引起状态变化，存储信息。

背景技术

现在，作为大规模集成化的存储元件，广泛采用DRAM(动态随机存储器：Dynamic Random Access Memory)和闪存器这两种。

DRAM是能够高速进行写入及读出、但为了保持存储而需要消耗电力的所谓挥发性存储器。所以，主要用于计算机的主存储等短期存储。闪存器是保持存储不需要消耗电力的所谓不挥发性存储器。这些存储元件因有信息的写入及改写的速度低的缺陷，因此主要用于数码照相机或音乐唱机用的长期存储。

同时具有高速性和不挥发性的可大规模集成化的存储元件如果能够实用化，则不需要将元件按短期存储和长期存储分开使用。如果采用这样的元件，能够实现例如在通电的同时就能够利用的计算机等。因而，要实现同时具有高速性和不挥发性的可大规模集成化的存储元件，这样的研究目前十分活跃。

为了克服DRAM或闪存器的缺陷，实现大规模集成的不挥发性高速存储器，认为需要结构、工作原理与DRAM或闪存器不同的存储器。现在，各式各样的结构、原理的存储器的研究十分活跃。其中，包括ReRAM(Resistance Random Access Memory)和自旋注入式MRAM(Magnetic Resistance Random Access Memory)。

ReRAM和自旋注入式MRAM都是具有两个电极的装置。这些装置在以电极间的电阻的差异而存储信息这点上是共通的。此外，这些装置在通过对电极间施加电压来进行信息的写入、改写、读出这点上也是共通的。

以下对各存储器的特征进行论述。

(ReRAM)

图21是表示ReRAM的结构的概略构成图。ReRAM，如图21所示，是具有在两个电极2101、2103之间配置有电阻变化膜2102的结构的元件。以该电极间的电阻的差异来保持信息。在最基本的构成即1元件1位存储的情况下，低电阻状态和高电阻状态这两个电阻状态分别与信息的0和1(或1和0)对应。信息的写入及改写通过将电极间的电阻变化为与信息对应的电阻值来进行。也就是说，为降低或提高电阻的行为。

在ReRAM中，根据引起电阻变化的方法不同，存在非极型和双极型这两种。

图22是表示非极型的ReRAM的工作特性的图示。在非极型时，如图22所示，通过施加阈值电压以上的电压来引起从高电阻状态向低电阻状态的转变。这是所谓绝缘破坏现象的一种。从低电阻状态向高电阻状态的转变也可通过施加某一定以上的电压来引起。但是，发生该从低电阻状态向高电阻状态的转变的电压2201低于发生从高电阻状态向低电阻状态的转变的电压2202。在非极型时，根据转变前的元件的电阻状态的差异，只要具有两种转变阈值电压，通过施加同一方向的电压就能够发生从高电阻向低电阻、从低电阻向高电阻的任一个转变。

图23是表示双极型的ReRAM的工作特性的图示。在双极型时，如图23所示，与非极型相同，通过施加阈值电压以上的电压来引起电阻状态的转变。不同之处在于，引起从高电阻向低电阻的转变的电压2301的施加方向与引起从低电阻向高电阻的转变的电压2302的施加方向相反。即通过在两个电极间分开施加正负两种电压来控制状态间的转变。

在为非极型、双极型中的任一种时，即使对电极间施加比带来电阻状态的转变的阈值低的电压，元件电阻也不变化。所以，通过施加满足该条件的电压，使电流流动，能够不破坏电阻值即存储的信息地读取。

(自旋注入式MRAM)

图24是表示MRAM的结构的图示。如图24所示，MRAM具有在由强磁性体构成的两个电极2401、2402之间配置了由MgO等构成的薄型隧道绝缘膜2403的结构。与ReRAM同样，信息以该电极间的电阻的差异来保持。也就是说，低电阻状态和高电阻状态这两个电阻状态分别与信息的0和1(或1和0)对应。信息的写入及改写通过使电极2401、2402间的电阻变化为与信息对应的电阻值来进行。也就是说，为降低或提高电阻的行为。

在MRAM中，电阻由两电极2401、2402的磁化方向而定。在两个电极2401、2402的磁化方向平行时电阻低，在反平行时电阻高。通常，通过固定好一方电极的磁化方向，使另一方的磁化方向颠倒，来进行信息的改写。