專利名稱：非易失性存儲裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及具有保持穩定的電阻值因電脈沖的施加而發生變化的電阻變化元件的電阻變化型的非易失性存儲裝置。
背景技術：
近年來，隨著數字技術的發展，便攜式信息設備、信息家電等電子設備更進一步高機能化。伴隨著這些電子設備的高機能化，所使用的半導體元件的微細化和高速化正在急速發展。其中，以閃存器(flash memory)為代表的大容量的非易失性存儲器的用途正在急速地擴大。并且，作為替換該閃存器的下一代的新型非易失性存儲器，所謂的使用了電阻變化元件的電阻變化型非易失性存儲裝置的研究開發正在進行。這里，電阻變化元件是指，具有電阻值根據電信號可逆地變化的性質，并且能將對應該電阻值的信息非易失地進行存儲的元件。作為搭載了該電阻變化元件的大容量非易失性存儲器的一個例子，提案有交叉點 (cross-point)型非易失性存儲元件。公開有使用了電阻變化膜作為存儲部、使用了二極管元件作為開關元件的結構的元件(例如，參照專利文獻1)。在圖14(a)和(b)中，表示搭載了現有技術中的電阻變化元件的非易失性存儲裝置50。圖14(a)表示由位線、字線和在他們的各交點處形成的存儲器單元組成的交叉存儲器單元陣列的立體圖，另外，圖14(b)表示沿著位線方向的存儲器單元觀0以及位線210和字線220的截面圖。通過由電的壓力(stress)引起的電阻變化來存儲信息的電阻變化層 230被夾在上部電極240和下部電極250之間，形成電阻變化元件％0。在電阻變化元件沈0的上部形成有具有使電流雙方向流動的非線形的電流、電壓特性的兩接頭的非線形元件270，由電阻變化元件260和非線形元件270的串連電路形成存儲器單元觀0。非線形元件270是像二極管等那樣具有相對于電壓變化的電流變化不是定值的非線形的電流、電壓特性的兩接頭元件。此外，成為上部配線的位線210與非線形元件270電連接，成為下部配線的字線220與電阻變化元件沈0的下部電極250電連接。該非線形元件270，為了在存儲器單元觀0改寫時能使電流雙方向地流動，使用例如在雙方向上對稱的具有非線形的電流、電壓特性的變阻器(varistor) (ZnO, SrTiO3等)。依據上述的結構，能使電阻變化元件 260改寫所需要的電流密度、30kA/cm2以上的電流流動，能實現大容量化。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2006-203098號公報
發明內容
發明概要發明要解決的問題可是，在上述說明的現有結構中，使上部電極M0、電阻變化層230、下部電極250、非線形元件270在加工位線210時沿著位線210的方向同時圖案化、在加工字線220時沿著字線的方向同時圖案化。通過所謂的雙圖案化，只在其交點處形成存儲器單元觀0。在該制造方法中，由于圖案化的對象膜的膜厚變厚，同時形成由不同材料構成的多個元件膜等， 因此利用蝕刻法的圖案化是困難的，不能認為是適合微細化的結構。本發明是解決上述問題，提出在適合微細化的孔結構的內部埋入電阻變化元件的結構。尤其，特別是，與第一電極連接，將氧含有率高的第一電阻變化層配置在存儲器單元孔的底部，在其上部配置氧含有率低的第二電阻變化層，因此能在第一電極的界面區域可靠地發生電阻變化，能得到穩定的存儲器特性。進而，由于電阻變化元件的第二電極用于成為開關元件的二極管元件的電極，因此除了配置在存儲器單元孔的底部的電阻變化元件， 也能夠在存儲器單元孔的上部埋入二極管元件。此外，根據本發明的制造方法，則由于在電阻變化層成膜后不使用利用干蝕刻進行的圖案化工序，因此能夠從原理上回避存在與蝕刻氣體的反應、氧還原的損傷、由充電(charge)引起的損傷的擔憂的蝕刻法而形成電阻變化層。即，本發明的目的是提供在低電壓下穩定而發生電阻變化，適合微細化的電阻變化型非易失性存儲裝置及其制造方法。解決問題的技術手段為達成上述目的，本發明的第一電阻變化型非易失性存儲裝置，特征是具備基板；形成于上述基板上的第一電極；形成于上述基板和上述第一電極上的層間絕緣層；在上述第一電極上的上述層間絕緣層形成的存儲器單元孔；第一電阻變化層，其形成于上述存儲器單元孔的至少底部，與上述第一電極連接；第二電阻變化層，其形成于上述存儲器單元孔的內部，形成于上述第一電阻變化層之上；和第二電極，其覆蓋上述第二電阻變化層， 形成于上述層間絕緣層上，上述第一電阻變化層和上述第二電阻變化層含有同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率(含氧率)比第二電阻變化層的氧含有率高。通過采用這樣的結構，由于能在適合微細化的孔結構中埋入電阻變化元件，因此能實現適合大容量、高集成化的電阻變化型非易失性存儲裝置。此外，由于與第一電極連接，在存儲器單元孔的底部配置氧含有率高的第一電阻變化層，在其上部配置氧含有率低的第二電阻變化層，因此在第一電極的界面區域能可靠地發生電阻變化，電阻變化的極性總是穩定的，所以能得到穩定的存儲器特性。電阻變化動作的機制是，在電極界面附近氧的氧化、還原支配性的存在，在有助于氧化、還原的氧較多的界面優先地動作。此外，本發明的第二電阻變化型非易失性存儲裝置，特征是具備基板；形成于上述基板上的第一電極；形成于上述基板和上述第一電極上的層間絕緣層；在上述第一電極上的上述層間絕緣層形成的存儲器單元孔；第一電阻變化層，其形成于上述存儲器單元孔的至少底部，與上述第一電極連接；第二電阻變化層，其形成于上述存儲器單元孔的內部， 形成于上述第一電阻變化層之上；第二電極，其形成于上述存儲器單元孔的內部，形成于上述第二電阻變化層之上；和第三電極，其覆蓋上述第二電極，形成于上述層間絕緣層上，上述第一電阻變化層和上述第二電阻變化層包含同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率比第二電阻變化層的氧含有率高。通過采用這樣的結構，由于能在適合微細化的孔結構中埋入電阻變化元件，因此能實現適合大容量、高集成化的電阻變化型非易失性存儲裝置。此外，因為由于與第一電極連接，在存儲器單元孔的底部配置氧含有率高的第一電阻變化層，在其上部配置氧含有率低的第二電阻變化層，因此在第一電極的界面區域能可靠地發生電阻變化，電阻變化的極性總是穩定的，所以能得到穩定的存儲器特性。進而，通過將第二電極埋入存儲器單元孔內，能降低第二電阻變化層的膜厚，此外由于第一和第二電阻變化層中的電場變強，因此能在低電壓下動作。此外，也能夠根據用途針對第二電極選擇易于埋入的導電材料，針對第三電極選擇能抑制配線電阻的上升的低電阻率的導電材料。此外，本發明的第三電阻變化型非易失性存儲裝置，特征是具備基板；形成于上述基板上的第一電極；形成于上述基板和上述第一電極上的層間絕緣層；在上述第一電極上的上述層間絕緣層形成的存儲器單元孔；第一電阻變化層，其形成于上述存儲器單元孔的至少底部，與上述第一電極連接；第二電阻變化層，其形成于上述存儲器單元孔的內部， 形成于上述第一電阻變化層之上；第二電極，其形成于上述存儲器單元孔的內部，形成于上述第二電阻變化層之上；半導體層或者絕緣體層，其覆蓋上述第二電極，形成于上述層間絕緣層上；和第三電極，其形成為至少覆蓋上述第二電極上的上述半導體層或者絕緣體層，上述第一電阻變化層和上述第二電阻變化層包含同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率比第二電阻變化層的氧含有率高。通過采用這樣的結構，除了將電阻變化元件埋入存儲器單元孔的底部，還能在存儲器單元孔的上部形成由第二電極和第三電極夾著的半導體層或者絕緣體層構成的雙方向二極管。因此，不需配置晶體管等的開關元件，能實現能大容量、高集成化的電阻變化型非易失性存儲裝置。此外，因為由于與第一電極連接，在存儲器單元孔的底部配置氧含有率高的第一電阻變化層，在其上部配置氧含有率低的第二電阻變化層，因此能在第一電極的界面區域可靠地發生電阻變化，電阻變化的極性總是穩定的，所以能得到穩定的存儲器特性。進而，在上述二極管元件的結構中，第三電極與半導體層或者絕緣體層的接觸面積， 因為比第二電極與半導體層或者絕緣體層的接觸面積大，所以電力線擴大到第二電極的周圍，能提高電流的驅動能力。依據以上情況，能充分確保穩定地發生電阻變化所必要的電流。此外，在上述第一、第二和第三電阻變化型非易失性存儲裝置的電阻變化層的結構中，第一電阻變化層的特征是除了在存儲器單元孔的底部形成，至少還能形成于存儲器單元孔的側壁的一部分。通過采用這樣的結構，在形成于存儲器單元的側壁的氧含有率高的成為高電阻的第一電阻變化層處單元電流幾乎不流動。因為單元電流集中在形成于其內側的電阻低的第二電阻變化層而電流流動，因此能在存儲器單元孔的中央附近的底部更穩定地發生電阻變化。進而，因為在存儲器單元孔的側壁的第一電阻變化層處單元電流不流動，所以具有單元電流降低、消費電力降低的効果。此外，由于不只在存儲器單元的底部，在側壁也配置第一電阻變化層，因此能通過濺射法、CVD法等形成電阻變化層，在制造方法上也有優點。這里，第一電阻變化層和第二電阻變化層也可以由氧不足型的過渡金屬氧化物構成。更具體而言，第一電阻變化層和第二電阻變化層也可以由鉭或者鉿的過渡金屬氧化物構成。通過采用這樣的結構，除了動作的高速性，還有可逆的穩定改寫特性和良好的電阻值的保持(retention)特性。特別是在使用了鉭氧化物的情況下，能通過與通常的Si半導體工序親和性高的制造工序制造。此外，在上述第一、第二和第三電阻變化型非易失性存儲裝置的電阻變化元件的電極的結構中，優選第一電極和第二電極由包含不同元素的材料構成，第一電極的標準電極電位VI、第二電極的標準電極電位V2以及上述第一和第二電阻氧化層的標準電極電位 Vt滿足Vt < Vl且V2 < Vl的關系。通過采用這樣的結構，能將電阻變化層的變化區域固定在與具有更高標準電極電位Vl的與第一電極的界面處，能抑制與具有比第一電極的標準電極電位Vl低的標準電極電位V2的與第二電極的界面處的誤動作。即，由于電阻變化的極性總是穩定的，因此能實現更穩定地進行電阻變化動作的電阻變化型非易失性存儲裝置。這里，也可以是第一電極由Pt、Ir、Pd、Cu中的任一種金屬，或者這些金屬的組合以及合金構成，第二電極由TaN、TiN、W中的任一種金屬構成的結構。Pt(l. 188eV ；表示標準電極電位。以下相同。單位是electron volt)、 Ir(l. 156eV)、Pd(0. 951eV)、Cu(0. 521eV)等，% Ta(-0. 6eV), Hf (-1. 55eV)相比標準電極電位相對大，優選作為在界面使電阻變化發生的第一電極的候補。特別也有Pt、 Cu等利用電鍍和CMP(Chemical-mechanical polishing,化學機械研磨)的鑲嵌工藝的制造方法，實用性也高。另一方面，TaN(0.48eV)、TiN (0. 55eV), ff(-0. 12eV)通過與第一電極的組合能設定相對低的標準電極電位，優選作為第二電極的候補。此外， 也因為這些電極作為MSM (Metal-semiconductor-metal，金屬-半導體-金屬)或者 MIMWetal-insulator-metel，金屬-絕緣體-金屬)二極管的電極，其特性被確認，所以優選作為第二電極。此外，在上述第三電阻變化型非易失性存儲裝置的MSM 二極管元件的半導體層的結構中，半導體層優選由氮缺乏型氮化硅構成。由于因使氮的缺乏量小，更大的電流流動， 且能使電流雙方向流動，因此適于作為開關元件。此外，在上述第三電阻變化型非易失性存儲裝置中，也可以是以下結構多個第一電極相互平行形成為條形狀，多個第三電極相互平行形成為條形狀，在存儲器單元孔上第一電極和第三電極交叉地形成。通過采用這樣的結構，能提供一種除了使電阻變化動作穩定地進行，還能降低泄漏電流，能實現大容量的高集成的交叉式存儲器型非易失性存儲裝置。本發明的第一電阻變化型非易失性存儲裝置的制造方法，特征是具備在基板上形成第一電極的工序；在上述基板和上述第一電極上形成層間絕緣層的工序；在上述層間絕緣層的上述第一電極上的規定位置形成存儲器單元孔的工序；在上述存儲器單元孔的至少底部以與上述第一電極連接的方式埋入形成第一電阻變化層的工序；在上述存儲器單元孔的內部的上述第一電阻變化層上形成第二電阻變化層的工序；和覆蓋上述第二電阻變化層在上述層間絕緣層上形成第二電極的工序，上述第一電阻變化層和上述第二電阻變化層含有同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率比第二電阻變化層的氧含有率高。通過采用這樣的制造方法，由于能在適合微細化的孔結構中埋入電阻變化元件， 因此能制造適合大容量、高集成化的電阻變化型非易失性存儲裝置。此外，由于與第一電極連接，在存儲器單元孔的底部配置氧含有率高的第一電阻變化層，在其上部配置氧含有率低的第二電阻變化層，因而能在第一電極的界面區域可靠地發生電阻變化，電阻變化的極性總是穩定的，所以能得到穩定的存儲器特性。本發明的第二電阻變化型非易失性存儲裝置的制造方法，特征是具備在基板上形成第一電極的工序；在上述基板和上述第一電極上形成層間絕緣層的工序；在上述層間絕緣層的上述第一電極上的規定位置形成存儲器單元孔的工序；在上述存儲器單元孔的至少底部以與上述第一電極連接的方式埋入形成第一電阻變化層的工序；在上述存儲器單元孔的內部的上述第一電阻變化層上形成第二電阻變化層的工序；在上述存儲器單元孔的內部并且在上述第二電阻變化層上形成第二電極的工序；和覆蓋上述第二電極在上述層間絕緣層上形成第三電極的工序，上述第一電阻變化層和上述第二電阻變化層含有同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率比第二電阻變化層的氧含有率高。通過采用這樣的制造方法，由于能在適合微細化的孔結構中埋入電阻變化元件， 因此能制造適合大容量、高集成化的電阻變化型非易失性存儲裝置。此外，由于能在第一電極的界面區域可靠地發生電阻變化，電阻變化的極性總是穩定的，因此能得到穩定的存儲器特性。進而，因為通過將第二電極埋入存儲器單元孔內，能降低第二電阻變化層的膜厚， 第一和第二電阻變化層中的電場進一步變強，所以能在低電壓下動作。此外，也能夠根據用途對第二電極選擇易于埋入的導電材料，對第三電極選擇能抑制配線電阻的上升的低電阻率的導電材料。本發明的第三電阻變化型非易失性存儲裝置的制造方法，特征是具備在基板上形成第一電極的工序；在上述基板和上述第一電極上形成層間絕緣層的工序；在上述層間絕緣層的上述第一電極上的規定位置形成存儲器單元孔的工序；在上述存儲器單元孔的至少底部以與上述第一電極連接的方式埋入形成第一電阻變化層的工序；在上述存儲器單元孔的內部的上述第一電阻變化層上形成第二電阻變化層的工序；在上述存儲器單元孔的內部并且在上述第二電阻變化層上形成第二電極的工序；覆蓋上述第二電極在上述層間絕緣層上形成半導體層或者絕緣體層的工序；和覆蓋至少上述第二電極上的上述半導體層或者絕緣體層地形成第三電極的工序，其中，上述第一電阻變化層和上述第二電阻變化層含有同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率比第二電阻變化層的氧含有率高。通過采用這樣的制造方法，除了將電阻變化元件埋入在存儲器單元孔的底部，還能在存儲器單元孔的上部形成由第二電極和第三電極夾著的半導體層構成的雙方向二極管。由此，在不配置晶體管等開關元件的狀態下，能實現大容量、高集成化的電阻變化型非易失性存儲裝置。此外，由于能在第一電極的界面區域可靠地發生電阻變化，電阻變化的極性總是穩定的，因此能得到穩定的存儲器特性。進而，在上述二極管元件的結構中，由于第三電極與半導體層或者絕緣體層的接觸面積，比第二電極與半導體層或者絕緣體層的接觸面積大，所以電力線擴大到第二電極的周圍，能提高電流的驅動能力。根據以上情況，能充分確保穩定地引起電阻變化所需要的電流。此外，在上述第一、第二和第三電阻變化型非易失性存儲裝置的制造方法中，第一電阻變化層，除了在存儲器單元孔的底部，也可以還形成于存儲器單元孔的至少側壁的一部分。通過采用這樣的制造方法，能通過實用性高的濺射法、CVD法形成電阻變化層，也能使膜厚的偏差變小，在制造方法上有優點。本發明的上述目的、其他的目的、特征和優點，參照附圖，在以下優選實施形態的詳細說明中得以明確。發明的效果
本發明的電阻變化型非易失性存儲裝置，將電阻變化元件埋入適合微細化的孔結構，與第一電極連接，將氧含有率高的第一電阻變化層配置在存儲器單元孔的底部，在其上部配置氧含有率低的第二電阻變化層，由此能得到在第一電極的界面區域可靠地發生電阻變化而得到穩定的存儲器特性的效果。進而，通過將電阻變化元件的第二電極用于成為開關元件的二極管元件的電極，而在存儲器單元孔的上部也形成二極管元件，由此具有能實現適合大容量、高集成化的電阻變化型非易失性存儲裝置的效果。
圖1是表示本發明的實施方式1的電阻變化型非易失性存儲裝置的結構的例子的截面圖。圖2(a) 圖2(d)是表示本發明的實施方式1的電阻變化型非易失性存儲裝置的主要部分的制造方法的截面圖。圖3(a) 圖3(c)是表示本發明的實施方式1的電阻變化型非易失性存儲裝置的主要部分的制造方法的截面圖。圖4是表示本發明的實施方式2的電阻變化型非易失性存儲裝置的結構的例子的截面圖。圖5(a)是表示簡易結構的電阻變化元件的附圖，圖5(b)是表示該元件的電流-電壓特性的圖表，圖5(c)是表示其電阻變化特性的圖表。圖6(a) 圖6(d)是表示本發明的實施方式2的電阻變化型非易失性存儲裝置的主要部分的制造方法的截面圖。圖7(a) 圖7(c)是表示本發明的實施方式2的電阻變化型非易失性存儲裝置的主要部分的制造方法的截面圖。圖8是表示本發明的實施方式3的電阻變化型非易失性存儲裝置的結構的例子的截面圖。圖9(a) 圖9(d)是表示本發明的實施方式3的電阻變化型非易失性存儲裝置的主要部分的制造方法的截面圖。圖10(a)和圖10(b)是表示本發明的實施方式4的電阻變化型非易失性存儲裝置的結構的例子的截面圖。圖11是表示本發明的實施方式4的電阻變化型非易失性存儲裝置的結構的例子的平面圖。圖12(a) 圖12(d)是表示本發明的實施方式4的電阻變化型非易失性存儲裝置的主要部分的制造方法的截面圖。圖13(a) 圖13(c)是表示本發明的實施方式4的電阻變化型非易失性存儲裝置的主要部分的制造方法的截面圖。圖14(a)和圖14(b)是現有技術中一般的非易失性存儲裝置的截面圖。
具體實施例方式以下，針對本發明的實施方式的非易失性存儲裝置和其制造方法，參照附圖進行說明。而且，在附圖中賦予相同符號的部件有時省略說明。此外，為了易于理解附圖，模式化地表示各個結構要素，因此對形狀、尺寸等并非正確的表示。(實施方式1)圖1是表示本發明的實施方式1的電阻變化型非易失性存儲裝置10的結構的例子的截面圖。如圖1中所示的，本實施方式1的電阻變化型非易失性存儲裝置10具有 形成有第一電極101的基板100 ；在該基板100上由覆蓋第一電極101而形成的硅氧化膜 (150 500nm)構成的層間絕緣層102 ；和貫穿該層間絕緣層102而形成的存儲器單元孔 103、接觸孔106(都是50 300nmcp )。而且，在存儲器單元孔103的底部，與第一電極 101連接形成第一電阻變化層10 (1 lOnm)，在其上方形成第二電阻變化層104b (150 500nm)，由兩者充填存儲器單元孔103。此外，在接觸孔106中充填以鎢為主要成分的導電柱(插頭)107，第一電極101、導電柱107和引出配線108電連接。在層間絕緣層102上， 覆蓋形成于存儲器單元孔103內的第二電阻變化層104b而形成第二電極105，與形成于接觸孔106內的導電柱107連接而形成引出配線108。電阻變化元件由第一電極101、第一電阻變化層104a、第二電阻變化層104b、第二電極105構成。這里，電阻變化元件的電阻變化層104，由氧不足型鉭氧化物組成的過渡金屬氧化物或者氧不足型鉿氧化物組成的過渡金屬氧化物構成。這里，氧不足型過渡金屬氧化物是， 在使過渡金屬為M、氧元素為0，將過渡(躍遷)金屬氧化物用MOx來表示的情況下，氧元素 0的組成χ為比化學計量中穩定的狀態少的組成時的氧化物。通過使用由上述氧不足型鉭氧化物或者氧不足型鉿氧化物形成的過渡金屬氧化物的電阻變化層，能得到具有可逆的穩定的改寫的特性，利用電阻變化現象的非易失性存儲元件。對于這些，分別作為相關專利申請，在國際公開2008/059701號公報、日本特愿2007-267584號中有詳細的說明。此外，針對氧不足型鉭氧化物、氧不足型鉿氧化物通過高濃度氧含有層和低濃度氧含有層的兩層層疊的形態，在日本特愿2008-535819號和日本特愿2008-180946號中有詳細的說明。在本實施方式中，第一電阻變化層(高濃度氧含有層)104a的氧含有率為65 SOatm^，第二電阻變化層(低濃度氧含有層)104b的氧含有率為50 65atm%。其目的在于通過將第一電極101附近的氧含有率設計得高而容易發現由在第一電極界面的氧化、還原引起的電阻變化。由此，能夠得到能低電壓驅動的良好的存儲器單元特性。成為電阻變化元件的下部電極的第一電極101使用了鉬(白金)，成為上部電極的第二電極105使用了鉭氮化物。鉬的標準電極電位Vl = 1. 188eV，鉭氮化物的標準電極電位V2 = 0.48eV。一般，標準電極電位是氧化難易程度的一個指標，意味著若該值大則氧化難，若小則氧化容易。因為電極與電阻變化層的標準電極電位的差越大電阻變化越容易發生，隨著差變小，電阻變化的發生變難，所以推測氧化的難易程度對電阻變化現象的機制起大作用。因為表示鉭的氧化、還原的難易程度的標準電極電位Vt = -0. 6eV，或者表示鉿的氧化、還原的難易程度的標準電極電位Vt = -1.5MV，而使用鉭、鉿中的任一個作為電阻變化層，都要滿足Vt < Vl的關系，所以在由鉬組成的第一電極101與第一電阻變化層10 的界面處，發生氧化、還原反應，進行氧的授受，發現電阻變化現象。此外，因為滿足Vl >V2 的關系，所以該氧化、還原反應，與包含鉭氮化物(由鉭氮化物組成)的第二電極105與第二電阻變化層104b的界面相比，優先發現于在由鉬組成的第一電極101與第一電阻變化層 104a的界面。即，能將發現電阻變化現象的界面固定在一方的界面，能防止伴隨在另一方電極上的電阻變化現象的誤動作。此外，因為第一電極能夠實現作為配線的功能(電阻率低)，所以作為第一電極，也可以是下層為銅，上層為鉬的層疊結構。此外，也可以在存儲器單元孔103內的底部形成第一電極101的一部分。圖2(a) (d)和圖3(a) (c)是表示本實施方式一的電阻變化型非易失性存儲裝置10的主要部分的制造方法的截面圖。用這些附圖來說明其制造方法。首先，如圖2 (a)所示，在形成有晶體管和下層配線等的基板100上，使用希望的掩膜形成由鉬(白金)組成的第一電極101。接著，如圖2(b)所示，覆蓋第一電極101形成整個面由硅氧化膜構成的層間絕緣層102之后，貫穿該層間絕緣層102形成與第一電極101連接的開口(存儲器單元孔)。接著，如圖2(c)所示，通過無電場(非電解)鍍層法僅在(從)存儲器單元孔103 的底部露出的第一電極101上以選擇成長的方式形成金屬(這里使用鉭)。將該金屬在氧氛圍中GOO 450°C )氧化形成由鉭氧化物構成的第一電阻變化層10如。因為完全氧化， 所以其氧含有率為接近Ta2O5的化學計量學(化學計量組成)的72atm%的程度。此外，這里，為了從金屬完全地氧化成金屬氧化物，使用了效率好的熱氧化。接著，如圖2 (d)所示，在存儲器單元孔內形成氧含有率比第一電阻變化層10 低的第二電阻變化層104b的鉭氧化物，該形成是將鉭靶(target)在氬與氧氣氛圍中進行濺射，通過所謂反應性濺射而形成。其氧含有率在65atm%左右。直到將存儲器單元孔103內完全充填，通過濺射成膜，之后將層間絕緣層102上的無用的鉭氧化物通過CMP除去，只在存儲器單元孔103內形成第二電阻變化層104b。對于鉿氧化物，也同樣的將鉿靶在氬與氧氣氛圍中進行濺射通過反應性濺射來形成。通過以上的圖2(c)和(d)的工序，由于存儲器單元孔已經進行了圖案化，因此在將電阻變化層成膜時，電阻變化層在包括存儲器單元孔內部的整個晶片堆疊。之后，只需通過CMP除去存儲器單元孔外的無用的電阻變化層，電阻變化層的圖案化完成。因而，由于不需要蝕刻的工序，因此能在原理上回避存在與蝕刻氣體的反應、氧還原的損傷、由充電引起的損傷的擔憂的蝕刻法而形成電阻變化層。接著，如圖3(a)所示，貫穿層間絕緣層102形成與第一電極101連接的開口(接觸孔)。接著，如圖3(b)所示，在接觸孔內的底部和側面的整個面通過濺射法形成密接層 (上層鈦氮化物/下層鈦；未圖示)，之后進一步通過CVD使鎢成膜。之后，通過CMP除去層間絕緣層102上無用的鎢等，只在接觸孔106內形成導電柱107。最后，如圖3(c)所示，在層間絕緣層102上，將覆蓋存儲器單元孔103內的第二電阻變化層104b的第二電極105，和與接觸孔106內的導電柱107連接的引出配線108通過希望的掩膜來進行圖案化。通過采用這樣的制造方法，電阻變化元件，由第一電極101、第一電阻變化層l(Ma、第二電阻變化層104b、第二電極105構成，能實現以適合微細化的孔埋入型，且穩定地進行電阻變化動作的電阻變化型非易失性存儲裝置。(實施方式2)圖4是表示本發明的實施方式2的電阻變化型非易失性存儲裝置20的結構的例子的截面圖。與本實施方式1的非易失性存儲裝置20的不同點在于，電阻變化元件的第一電阻變化層10 不只在存儲器單元孔103的底部，在側壁也形成。若俯視，則沿著存儲器單元孔103的內壁環狀地形成有第一電阻變化層104a，進而在其內側形成有第二電阻變化層104b。第一電阻變化層104a，氧含有率高，與第二電阻變化層104b相比是相對的高電阻，所以單元電流幾乎不通過形成于存儲器單元孔103的側壁部的第一電阻變化層10 流動。單元電流在形成于其內側的電阻相對低的第二電阻變化層104b處集中而電流流動， 所以在存儲器單元孔的中央附近的底部能更穩定地發生電阻變化。由于電流的流動面積變小，因此具有單元電流降低、消耗電力(功率)降低的效果。此外，由于不只在存儲器單元的底部，在側壁也配置第一電阻變化層，能夠通過濺射法、CVD法等形成電阻變化層，在制造方法方面也有優點。另外，對于電阻變化型非易失性存儲裝置20的其他的結構要素的代表例子，因為與電阻變化型非易失性存儲裝置10相同，所以省略說明。以下針對使用了鉭氧化物作為電阻變化層104(膜厚約50nm)時的電阻變化元件的單體的特性進行說明。圖5(a)是這次評價的簡易結構的電阻變化元件的結構圖，(b)是表示電阻變化元件的電流-電壓特性的圖表，(C)是表示電阻變化元件的由電脈沖引起的電阻變化的圖表。 如圖5(a)所示，在第一電極105上依次形成氧含有率高的第一電阻變化層104a、氧含有率低的第二電阻變化層104b，進而在其上形成有第二電極105。如圖5 (b)所示，在對第一電極 101施加了正電位(以第二電極105的電位為基準時對第一電極101施加正電壓)時，在A 點從低電阻狀態向高電阻狀態變化。這時的電阻變化開始電壓是+0.9V的程度。接著，在從該狀態對第一電極101施加負電位(以第二電極105的電位為基準時對第一電極101施加負電壓)時，在C點從高電阻狀態向低電阻狀態變化。這時的電阻變化開始電壓是-0. 7V 的程度。這樣，通過施加極性不同的電壓，表示存在高電阻狀態和低電阻狀態這兩個狀態的電阻變化特性。此外，圖5(c)是，在第一電極101與第二電極105之間交替施加脈沖寬度為lOOnsec、以第二電極105為基準在第一電極101上具有+1. 5V和-1. 2V電壓的電脈沖時的電阻的測定結果。這種情況下，由于施加+1. 5V電壓的電脈沖而電阻值為1200 1500 Ω 的程度，在施加-1.2V電壓的電脈沖時為150 Ω的程度，表示約一個數位(十倍)的電阻變化。圖6(a) (d)和圖7(a) (c)是表示本實施方式二的電阻變化型非易失性存儲裝置20的主要部分的制造方法的截面圖。用這些針對其制造方法進行說明。首先，如圖6 (a)所示，在形成有晶體管和下層配線等的基板100上，用希望的掩膜形成由鉬構成的第一電極101。接著，如圖6(b)所示，覆蓋第一電極101在整個面上形成由硅氧化膜構成的層間絕緣層102之后，貫穿該層間絕緣層102形成與第一電極101連接的開口(存儲器單元孔)。接著，如圖6(c)所示，將鉭靶在氬和氧氣的氛圍中進行濺射，通過所謂的反應性濺射使鉭氧化物在存儲器單元孔103的底部、側壁部和層間絕緣層102上成膜。之后，通過 CMP除去層間絕緣層102上的無用的鉭氧化物，只在存儲器單元孔103內的底部和側壁形成第一電阻變化層10如。在反應性濺射法中，若將成膜時的氧流量提高，則能使氧含有率提高，這里在氬為34SCCm、氧為Msccm、功率為1. 6kW的條件下，形成了氧含有率為72atm%程度的第一電阻變化層10如。接著，如圖6(d)所示，在表面形成了有第一電阻變化層10 的存儲器單元孔的內部，形成氧含有率比第一電阻變化層10 低的第二電阻變化層104b的鉭氧化物。該形成過程，與形成第一電阻變化層10 相同地通過反應性濺射而形成。直到將存儲器單元孔103內完全充填，通過濺射法成膜，之后通過CMP除去層間絕緣層102上無用的鉭氧化物，只在存儲器單元孔103內形成第二電阻變化層104b。這里在氬為!Msccm、氧為20. kccm、功率 1. 6kff的條件下，形成了氧含有率為程度的第二電阻變化層104b。依據以上的圖6(c)和(d)的工序，由于存儲器單元孔已經進行圖案化，因此在將電阻變化層成膜時，電阻變化層在包括存儲器單元孔內部的整個晶片堆疊。之后，只需通過 CMP除去存儲器單元孔外的無用的電阻變化層，電阻變化層的圖案化完成。因而，由于不需要蝕刻的工序，因此能在原理上回避存在與蝕刻氣體的反應、氧還原的損傷、由充電引起的損傷的擔憂的蝕刻法而形成電阻變化層。接著，如圖7(a)所示，形成貫穿層間絕緣層102與第一電極101連接的開口(接觸孔)。接著，如圖7(b)所示，在接觸孔內的底部和側面的整個面通過濺射法形成密接層 (上層鈦氮化物/下層鈦；未圖示)，之后進一步通過CVD使鎢成膜，之后，通過CMP除去層間絕緣層102上無用的鎢等，只在接觸孔106內形成導電柱107。最后，如圖7(c)所示，在層間絕緣層102上，將覆蓋存儲器單元孔103內的第一電阻變化層10 和第二電阻變化層104b的第二電極105，還有與接觸孔106內的導電柱107 連接的引出配線108用希望的掩膜來進行圖案化。通過采用這樣的制造方法，電阻變化元件由第一電極101、第一電阻變化層104a、第二電阻變化層104b、第二電極105構成，能實現以適合微細化的孔埋入型的、且穩定地進行電阻變化動作的電阻變化型非易失性存儲裝置。(實施方式3)圖8是表示本發明的實施方式3的電阻變化型非易失性存儲裝置30的結構例子的截面圖。與本實施方式2的非易失性存儲裝置20的不同點是，在存儲器單元孔103的上方埋入形成第二電極105。進而，與第二電極105連接地形成第三電極109。通過采用這樣的結構，能使第二電阻變化層104b的膜厚降低將第二電極105埋入到存儲器單元孔內的部分(20 IOOnm)。由此，因為第一電阻變化層10 和第二電阻變化層104b中的電場變強，所以能在更低電壓下進行動作。此外，在本實施方式中，因為容易埋入且標準電極電位相對小，所以第二電極105使用了鉭氮化物。此外，為了抑制配線電阻的上升，第三電極使用了以鋁為主要成分的導電材料，但是也可以通過鑲嵌工藝(damascene) 使用以銅為主要成分的導電材料。如以上那樣，對第二電極105和第三電極109能夠根據用途進行選擇。并且，對于電阻變化型非易失性存儲裝置30的其他的結構要素的代表例子， 由于與實施方式1中敘述的電阻變化型非易失性存儲裝置10相同，所以省略說明。圖9(a) (d)是表示本實施方式3的電阻變化型非易失性存儲裝置30的主要部分的制造方法的截面圖。用這些附圖針對其制造方法進行說明。并且，圖9(a)之前的工序的制造方法與圖6(a) (d)相同，所以省略。圖6(d)的工序之后，如圖9(a)所示，對于在存儲器單元孔103中的底部和側壁形成有第一電阻變化層10 以及在其內部埋入形成有第二電阻變化層104b的基礎上，第一電阻變化層10 和第二電阻變化層104b在與層間絕緣層102比較選擇性地蝕刻的條件下進行凹蝕(回蝕，etch back)。由此，在存儲器單元孔103處形成凹部110。凹部的深度為 20 IOOnm的程度。此外，這里，使用凹蝕形成了凹部110，但是作為圖6 (d)的工序的延長，進而還可以實施CMP的過(over)研磨形成凹部。在這種情況下，使層間絕緣層102為層疊結構，更優選在上層側配置難以通過CMP研磨的硅氮化膜。原因是在由金屬氧化物構成的第一電阻變化層104a、第二電阻變化層104b被研磨的條件下，硅氮化膜難以被研磨，容易產生凹部110。其次，如圖9(b)所示，覆蓋存儲器單元孔103的凹部110在整個面上形成鉭氮化物之后，通過CMP除去層間絕緣層102上無用的鉭氮化物，僅在存儲器單元孔103內形成由鉭氮化物構成的第二電極105。這里，鉭氮化物是將鉭靶在氬和氮氣氛圍中進行濺射，通過所謂的反應性濺射而形成。接著，如圖9 (c)所示，首先，形成貫穿層間絕緣層102與第一電極101連接的接觸孔106。之后，在整個面上通過濺射法形成密接層(上層鈦氮化物/下層鈦；未圖示)，通過 CVD使鎢成膜，通過CMP除去層間絕緣層102上無用的鎢等，只在接觸孔106內形成導電柱 107。最后，如圖9(d)所示，在層間絕緣層102上，將與存儲器單元孔103內的第二電極 105連接的第三電極109，還有與接觸孔106內的導電柱107連接的引出配線108，通過希望的掩膜進行圖案化。第三電極109、引出配線108使用電阻率低的鋁。通過采用這樣的制造方法，電阻變化元件由第一電極101、第一電阻變化層104a、第二電阻變化層104b、第二電極105構成，能實現以適合微細化的孔埋入型的、且穩定地進行電阻變化動作的電阻變化型非易失性存儲裝置。(實施方式4)圖10(a)、(b)是表示本發明的實施方式4的電阻變化型非易失性存儲裝置40的結構例子的截面圖。此外，圖11是表示本發明的實施方式4的電阻變化型非易失性存儲裝置的結構例子的平面圖，圖11中的IA表示的點劃線的截面從箭頭方向看的截面圖相當于圖10(a)，圖11中的IB表示的點劃線的截面從箭頭方向觀察的截面圖相當于圖10(b)。如圖11的平面圖所示，本實施方式4中，在相互平行形成為條形狀的多個第一電極101與相互平行形成為條形狀的多個第三電極109交叉的位置上形成有存儲器單元孔103。如圖10(a)和(b)所示，本實施方式4的電阻變化型非易失性存儲裝置40包括 形成有第一電極101的基板100 ；在該基板100上由覆蓋第一電極101形成的硅氧化膜 (150 500nm)而形成的層間絕緣層102 ；貫穿該層間絕緣層102、與第一電極101電連接地形成的存儲器單元孔103、接觸孔106(都是50 300nmcp)。而且，在存儲器單元孔103的底部和側壁，與第一電極101連接地形成有第一電阻變化層10 (1 lOnm)，在其上方并且在內側形成有第二電阻變化層104b。在存儲器單元孔103的上方設置凹部(20 IOOnm)， 在該凹部，覆蓋第一電阻變化層10 和第二電阻變化層104b地埋入形成第二電極105。進而，在層間絕緣層102上，形成由硅氧化膜構成的配線間層間絕緣層112，在形成于配線間層間絕緣層的配線槽的底部和側壁，覆蓋第二電極105地形成半導體層111，至少覆蓋該第二電極105上的半導體層111地形成第三電極109。另一方面，在形成于層間絕緣層102中的接觸孔106，形成由銅構成的引出配線 108作為與第三電極109的密接層。引出配線108，將配線和接觸柱作為一體地形成，一直形成到存儲器單元孔103的上方。電阻變化元件由第一電極101、第一電阻變化層104a、第二電阻變化層104b、第二電極105構成，二極管元件由第二電極105、半導體層111、第三電極109構成。俯視上述電阻變化型非易失性存儲裝置時，如圖11所示，由第一電極101構成的下層配線層和由第三電極109、半導體層111、引出配線108構成的上層配線層分別具有條形狀，相互垂直。在其交差點通過存儲器單元孔103形成有電阻變化元件、二極管元件。此外第一電極101，通過接觸孔106與引出配線108連接，構成交叉點式存儲器陣列。通過采用這樣的結構，除了能將電阻變化元件埋入存儲器單元孔103的底部之外，還能將由第二電極105與第三電極109夾著的半導體層111構成的雙方向二極管形成于存儲器單元孔的上部。由此，在不配置晶體管等開關元件的狀態下，能實現能大容量、高集成化的電阻變化型非易失性存儲裝置。此外，因為由于與第一電極101連接地將氧含有率高的第一電阻變化層10 配置在存儲器單元孔103的底部，在其上部配置氧含有率低的第二電阻變化層104b，因而能在第一電極101的界面區域可靠地發生電阻變化，電阻變化的極性總是穩定的，所以能得到穩定的存儲器特性。進而，在上述二極管元件的結構中，因為第三電極109與半導體層111的接觸面積比第二電極105與半導體層111的接觸面積大， 所以電力線擴大到第二電極105的周圍，能提高電流的驅動能力。根據以上情況，能充分確保穩定地產生電阻變化所需要的電流。這里，二極管元件的結構，使用了鉭氮化物作為第二電極105和第三電極109，使用了氮缺乏型硅氮化膜作為半導體層111。因為鉭氮化物的工作系數為4. 76eV以及硅的電子親和力遠高于3. 78eV，所以能在界面形成肖特基勢壘(khottky-barrier) ( 二極管)， 能實現雙方向的MSM 二極管。除此之外，由鉭氮化物構成的第二電極105，由于作為使電阻變化元件的電阻變化不發生的電極，因此與第一電極相比較標準電極電位低，如前所述。此外，由鉭氮化物構成的第二電極105，作為由銅構成的引出配線108的種(seed)層非常相符 (密合性好)。而且，電阻變化型非易失性存儲裝置40的其他的結構要素的代表例子，因為與電阻變化型非易失性存儲裝置10相同，所以省略說明。圖12(a) (d)和圖13(a) (c)是表示本實施方式4的電阻變化型非易失性存儲裝置40的主要部分的制造方法的截面圖。用這些附圖針對其制造方法進行說明。而且， 因為圖12(a)之前的工序的制造方法與圖6(a) (d)、圖9 (a)、(b)相同，所以省略。圖12(a)與已經敘述的圖9(b)相同。S卩，如圖12(a)所示，覆蓋存儲器單元孔103 的凹部在整個面上形成鉭氮化物之后，通過CMP除去層間絕緣層102上無用的鉭氮化物，只在存儲器單元孔103內形成由鉭氮化物構成的第二電極105。接著，如圖12(b)所示，在層間絕緣層102上使由硅氧化膜構成的配線間絕緣層 112(膜厚100 300nm)成膜，將為了埋入后面的引出配線108等的配線槽108a通過希望的掩膜進行圖案化。這時，在配線槽108a的底部，第二電極105露出。接著，如圖12(c)所示，在包含露出了第二電極105的配線槽108a的整個面形成由氮缺乏型硅氮化膜構成的半導體層111a。氮缺乏型硅氮化膜是將硅靶在氬和氮氣的氛圍中進行濺射，通過所謂的反應性濺射法而形成。其氮含有率為25 40atm%。接著，如圖12(d)所示，形成貫穿層間絕緣層102和形成于配線槽108a中的半導體層Illa的、與第一電極101連接的開口(接觸孔)106。接著，如圖13(a)所示，覆蓋配線槽108a上、配線間絕緣膜112上的半導體層Illa 和接觸孔106在整個面形成由鉭氮化物構成的第三電極109a。
接著，如圖13(b)所示，覆蓋配線槽108a上、配線間絕緣膜112上和接觸孔106上的第三電極109a在整個面形成由銅構成的引出配線層108b。最后，如圖13(c)所示，通過CMP除去配線間絕緣層112上無用的銅、鉭氮化物、氮缺乏型硅氮化膜，只在配線槽108a內形成由氮缺乏型硅氮化膜構成的半導體層111、由鉭氮化物構成的第三電極109、引出配線108。其另一方面，在接觸孔106內，形成起密接層作用的由鉭氮化物構成的第三電極109、引出配線108。通過采用這種制造方法，由于電阻變化元件由第一電極101、第一電阻變化層 104a、第二電阻變化層104b、第二電極105構成，能在第一電極101的界面區域可靠地發生電阻變化，電阻變化的極性通常是穩定的，因此能得到穩定的存儲器特性。此外，由于二極管元件由第二電極105、半導體層111、第三電極109構成，能使雙方向二極管形成于存儲器單元孔的上部，所以沒有必要配置晶體管等的開關元件。依據以上情況，能實現適合微細化的孔埋入型的、能夠實現大容量、高集成化的電阻變化型非易失性存儲裝置。通過上述說明，對于本領域技術人員，本發明的多種改良和其他的實施方式是明確的。因此，上述說明只解釋為舉例說明，目的是指導本領域技術人員實施本發明的優選形態。在不脫離本發明的主旨的情況下，能夠將其結構和/或者功能的詳細內容進行實質的變更。產業上的可利用性本發明提供適合微細化的電阻變化型非易失性存儲裝置的結構及其制造方法，由于能實現存儲器容量極大的非易失性存儲器，因此在使用非易失性存儲裝置的各種電子設備領域中是有用的。
0107]符號說明0108]10、20、30、40、50電阻變化型非易失性存儲裝置0109]100基板0110]101第一電極0111]102層間絕緣層0112]103存儲器單元孔0113]104a第一電阻變化層0114]104b第二電阻變化層0115]105第二電極0116]106接觸孔0117]107導電柱0118]108、108a、108b 引出配線0119]109、109a第三電極0120]110層間絕緣層中的凹部0121]IlUllla半導體層0122]112配線間層間絕緣層0123]113電路連接配線0124]210上部配線(位線)0125]220下部配線(字線)
230電阻變化層
240上部電極
250下部電極
260電阻變化元件
270非線形元件(變阻器)
280存儲器單元
權利要求
1.一種電阻變化型非易失性存儲裝置，其特征在于，包括 基板；形成于所述基板上的第一電極；形成于所述基板和所述第一電極上的層間絕緣層；在所述第一電極上的所述層間絕緣層形成的存儲器單元孔；第一電阻變化層，其形成于所述存儲器單元孔的至少底部，與所述第一電極連接；第二電阻變化層，其形成于所述存儲器單元孔的內部，形成于所述第一電阻變化層上；和第二電極，其覆蓋所述第二電阻變化層，形成于所述層間絕緣層上，其中所述第一電阻變化層和所述第二電阻變化層含有同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率比第二電阻變化層的氧含有率高。
2.—種電阻變化型非易失性存儲裝置，其特征在于，包括 基板；形成于所述基板上的第一電極；形成于所述基板和所述第一電極上的層間絕緣層；在所述第一電極上的所述層間絕緣層形成的存儲器單元孔；第一電阻變化層，其形成于所述存儲器單元孔的至少底部，與所述第一電極連接；第二電阻變化層，其形成于所述存儲器單元孔的內部，形成于所述第一電阻變化層上；第二電極，其形成于所述存儲器單元孔的內部，形成于所述第二電阻變化層上；和第三電極，其覆蓋所述第二電極而形成于所述層間絕緣層上，其中所述第一電阻變化層和所述第二電阻變化層含有同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率比第二電阻變化層的氧含有率高。
3.—種電阻變化型非易失性存儲裝置，其特征在于，包括 基板；形成于所述基板上的第一電極；形成于所述基板和所述第一電極上的層間絕緣層；在所述第一電極上的所述層間絕緣層形成的存儲器單元孔；第一電阻變化層，其形成于所述存儲器單元孔的至少底部，與所述第一電極連接；第二電阻變化層，其形成于所述存儲器單元孔的內部，形成于所述第一電阻變化層上；第二電極，其形成于所述存儲器單元孔的內部，形成于所述第二電阻變化層上； 半導體層或者絕緣體層，其覆蓋所述第二電極而形成于所述層間絕緣層上；和第三電極，其至少覆蓋所述第二電極上的所述半導體層或者絕緣體層而形成，其中所述第一電阻變化層和所述第二電阻變化層含有同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率比第二電阻變化層的氧含有率高。
4.如權利要求1 3中任一項所述的電阻變化型非易失性存儲裝置，其特征在于所述第一電阻變化層，除了形成于所述存儲器單元孔的底部，還形成于所述存儲器單元孔的側壁的至少一部分。
5.如權利要求1 4中任一項所述的電阻變化型非易失性存儲裝置，其特征在于 所述第一電阻變化層和所述第二電阻變化層含有鉭或者鉿的氧化物層。
6.如權利要求1 3中任一項所述的電阻變化型非易失性存儲裝置，其特征在于所述第一電極和所述第二電極由包含不同的元素的材料構成，所述第一電極的標準電極電位VI、所述第二電極的標準電極電位V2、以及所述第一電阻氧化層和所述第二電阻氧化層的標準電極電位Vt滿足如下關系Vt < Vl且V2 < VI。
7.如權利要求6所述的電阻變化型非易失性存儲裝置，其特征在于所述第一電極由Pt、Ir、Pd、Cu中的任一種金屬、或者這些金屬的組合及合金構成，所述第二電極由TaN、TiN、W中的任一種金屬構成。
8.如權利要求3所述的電阻變化型非易失性存儲裝置，其特征在于 所述半導體層由氮缺乏型氮化硅構成。
9.如權利要求3所述的電阻變化型非易失性存儲裝置，其特征在于具有相互平行形成為條形狀的多個所述第一電極和相互平行形成為條形狀的多個所述第三電極，在所述存儲器單元孔上所述第一電極和所述第三電極交叉地形成。
10.如權利要求1 4中任一項所述的電阻變化型非易失性存儲裝置，其特征在于 所述第一電阻變化層和所述第二電阻變化層包含氧不足型的過渡金屬氧化物。
11.一種電阻變化型非易失性存儲裝置的制造方法，其特征在于，包括 在基板上形成第一電極的工序；在所述基板和所述第一電極上形成層間絕緣層的工序； 在所述層間絕緣層的所述第一電極上的規定位置形成存儲器單元孔的工序； 在所述存儲器單元孔的至少底部以與所述第一電極連接的方式埋入形成第一電阻變化層的工序；在所述存儲器單元孔的內部的所述第一電阻變化層上形成第二電阻變化層的工序；和覆蓋所述第二電阻變化層在所述層間絕緣層上形成第二電極的工序，其中所述第一電阻變化層和所述第二電阻變化層含有同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率比第二電阻變化層的氧含有率高。
12.—種電阻變化型非易失性存儲裝置的制造方法，其特征在于，包括 在基板上形成第一電極的工序；在所述基板和所述第一電極上形成層間絕緣層的工序； 在所述層間絕緣層的所述第一電極上的規定位置形成存儲器單元孔的工序； 在所述存儲器單元孔的至少底部以與所述第一電極連接的方式埋入形成第一電阻變化層的工序；在所述存儲器單元孔的內部的所述第一電阻變化層上形成第二電阻變化層的工序； 在所述存儲器單元孔的內部并且在所述第二電阻變化層上形成第二電極的工序；和覆蓋所述第二電極在所述層間絕緣層上形成第三電極的工序，其中所述第一電阻變化層和所述第二電阻變化層含有同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率比第二電阻變化層的氧含有率高。
13.—種電阻變化型非易失性存儲裝置的制造方法，其特征在于，包括 在基板上形成第一電極的工序；在所述基板和所述第一電極上形成層間絕緣層的工序； 在所述層間絕緣層的所述第一電極上的規定位置形成存儲器單元孔的工序； 在所述存儲器單元孔的至少底部以與所述第一電極連接的方式埋入形成第一電阻變化層的工序；在所述存儲器單元孔的內部的所述第一電阻變化層上形成第二電阻變化層的工序； 在所述存儲器單元孔的內部并且在所述第二電阻變化層上形成第二電極的工序； 覆蓋所述第二電極在所述層間絕緣層上形成半導體層或者絕緣體層的工序；和至少覆蓋所述第二電極上的所述半導體層或者絕緣體層而形成第三電極的工序，其中所述第一電阻變化層和所述第二電阻變化層含有同種金屬氧化物，第一電阻變化層的氧含有率比第二電阻變化層的氧含有率高。
14.如權利要求11 13中任一項所述的電阻變化型非易失性存儲裝置的制造方法，其特征在于所述第一電阻變化層除了形成于所述存儲器單元孔的底部，還形成于所述存儲器單元孔的側壁的至少一部分。
15.如權利要求11 14中任一項所述的電阻變化型非易失性存儲裝置的制造方法，其特征在于所述第一電阻變化層和所述第二電阻變化層包含氧不足型的過渡金屬氧化物。
全文摘要
本發明提供一種在低電壓下穩定地發生電阻變化，適合微細化的電阻變化型非易失性存儲裝置及其制造方法。非易失性存儲裝置包括基板(100)；第一電極(101)；層間絕緣層(102)；形成于層間絕緣層的存儲器單元孔(103)；第一電阻變化層(104a)，其形成于存儲器單元孔的至少底部，與第一電極連接；第二電阻變化層(104b)，其形成于存儲器單元孔(103)內的第一電阻變化層(104a)上；和第二電極(105)，第一電阻變化層(104a)和第二電阻變化層(104b)由同種金屬氧化物構成，第一電阻變化層(104a)的氧含有率比第二電阻變化層(104b)的氧含有率高。
文檔編號H01L49/00GK102239557SQ20098014857
公開日2011年11月9日 申請日期2009年6月30日 優先權日2008年12月3日
發明者三河巧, 姬野敦史, 川島良男 申請人:松下電器產業株式會社