半导体存储装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供半导体存储装置及其制造方法，该半导体存储装置包括：第一电极，通过埋设在基板上形成的绝缘膜中而形成；第二电极，形成为与该第一电极相对；存储层，形成在该第一电极和该第二电极之间，该存储层设在第一电极侧；离子源层，形成在该存储层和该第二电极之间；以及扩散防止层，由该绝缘膜和该第一电极之间的氧化锰层形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
在诸如计算机的电子设备中，执行高速操作的高密度DRAM广泛地用作随机存取 存储器。 然而，DRAM的制造工艺比用于电子设备的普通逻辑电路LSI或信号处理LSI更加 复杂。结果，增加了DRAM的制造成本。此外，DRAM是挥发性存储器，并且在关断电源时失 掉其存储的信息。为此，DRAM必须经过不断地刷新操作(即读取写入的信息(数据)、再放 大信息和再一次将其写入的操作)。 考虑到这一点，作为即使断电也不失掉存储信息的非挥发存储器，已经提出了 F e -RAM(铁电存储器)和MRAM(磁存储器)等。在采用这些存储器之一的情况下，即使不 提供电源，所写入的信息也可以长期保留。此外，在采用这些存储器之一的情况下，由于其 非挥发性，刷新操作是不必要的，因此可以减少功率消耗。 然而，随着构成每个存储单元的存储元件尺寸的减少，对于上述非挥发存储器变 得难于保证其作为存储元件的特性。出于这样的原因，难于减少元件尺寸到设计规则或制 造工艺的限度。 考虑到这一点，作为具有适合于尺寸减少的的结构的存储器，已经提出了新型的 存储元件。该存储元件具有这样的结构，其中包含特定金属的离子导体夹设在两个电极之 间。通过使两个电极之一中包含离子导体(离子源)中的金属，当在两个电极之间施加电 压时，包含在电极中的金属作为离子扩散进入离子导体中。结果，改变诸如离子导体的电阻 值和电容的电特性。就特性改变的利用而言，可以构造存储装置(例如，见日本专利申请公 开No. 2006-173267，以及K.Aratani et al. :Proc. of IEEE IEDM 2007， p. p. 783-786)。 图9是示出电阻改变型半导体存储装置的基本结构的示意图。 如图9所示，在基板110上形成的绝缘膜140中形成第一配线151。在绝缘膜140 上，形成覆盖第一配线151的第一绝缘膜121。例如，第一绝缘膜121由硅碳氮化物膜122 和氧化硅(TEOS)膜123的层叠膜形成。 在第一绝缘膜121中，形成到达第一配线151的第一开口部分1220。在第一开口 部分1220中，形成连接到第一配线151的第一电极111。第一电极lll由钨(W)、氮化钨 (WN)或铜(Cu)等制作。第一电极111的表面和第一绝缘膜121的表面被平坦化以彼此近 似齐平。 在第一绝缘膜121上，形成覆盖第一电极111的存储层112。存储层112由金属 氧化物制作，如钽氧化物、铌氧化物、铝氧化物、铪氧化物和铬氧化物，或者由其混合材料制作。 在存储层112上，形成离子源层113。离子源层113包含铜(Cu)、银(Ag)和锌 (Zn)中的至少一个以及诸如碲(Te)、硒(Se)和硫(S)的硫族元素中的至少一个。例如，包含CuTe、 GeSbTe、 CuGeTe、 AgGeTe、 AgTe、 ZnTe、 ZnGeTe、 CuS、 CuGeS、 CuSe或CuGeSe等。此 外，可以包含硼(B)、稀土元素或硅(Si)。 此外，在离子源层113上，形成第二绝缘层1230。在第二绝缘层123中，在与第一电极111相对的位置上形成到达离子源层113的第二开口部分124。此外，通过第二开口部分124，在第一电极111上面的离子源层113上形成第二电极114。 现有技术中的电阻型的半导体存储装置101构造为如上所述。 为了进一步最小化未来的装置，就填充性能而言提出了铜(Cu)作为电极材料。具体地讲，形成铜扩散防止层(阻挡金属层)和种子层(铜供电层)，然后通过镀覆填充铜，由此通过形成配线的铜镶嵌工艺生产电极。 在此情况下，为第一电极的铜配线形成扩散防止层。对于扩散防止层，通常采用诸 如钽(Ta)和氮化钽(TaN)的钽基膜以及诸如钛(Ti)和氮化钛(TiN)的钛基膜。在此情况 下，本专利技术的应用显示了钽基膜或钛基膜使电阻型半导体存储装置性能降低的问题。性能 降低主要表现为重复操作数的减少。 可以想象，性能降低由给这些金属材料施加高强度电场时的扩散引起。就是说，金 属在存储层中或在离子源层中的扩散影响这些层的固有特性，这使其变质。
技术实现思路
存在铜扩散防止层的材料使用钽基膜或钛基膜引起电阻改变型半导体存储装置 性能下降的问题。 考虑到上述情况，所希望的是，通过采用不引起电阻改变型半导体存储装置性能 下降的材料，能够形成铜扩散防止层。 根据本专利技术的实施例，所提供的半导体存储装置包括第一电极、第二电极、存储 层、离子源层和扩散防止层。第一电极通过埋设在基板上形成的绝缘膜中而形成。第二电 极形成为与第一电极相对。存储层形成在第一电极和第二电极之间，存储层设在第一电极 侧。离子源层形成在存储层和第二电极之间。扩散防止层由绝缘膜和第一电极之间的氧化 锰层形成。 根据本专利技术的另一个实施例，所提供的半导体存储装置包括第一电极、第二电极、 存储层、离子源层和扩散防止层。第一电极通过埋设在基板上形成的绝缘膜中而形成。第 二电极形成为与第一电极相对。存储层由第一电极和第二电极之间的氧化锰层形成，存储 层设在第一电极侧。离子源层形成在存储层和第二电极之间。扩散防止层由钨层、氮化钨 层、钌层和氮化钌层中的至少一种形成，并且扩散防止层形成在绝缘膜和第一电极之间，且 与存储层连接。 根据本专利技术的另一个实施例，所提供的半导体存储装置的制造方法包括在基板 上形成的绝缘膜中形成开口部分；在开口部分的内表面上形成种子层，种子层由铜锰合金 层形成；隔着种子层在开口部分中埋设铜膜，并且在绝缘膜上形成铜膜；通过热处理，在绝 缘膜侧的种子层的表面中形成氧化锰层；通过去除绝缘膜上多余的铜膜和形成在铜膜上的 氧化锰层，隔着扩散防止层在开口部分中形成第一电极，第一电极由铜膜形成，扩散防止层 由氧化锰层形成；在第一电极和绝缘层上形成存储层；在存储层上形成离子源层；以及在 离子源层上形成第二电极。5 根据本专利技术的另一个实施例，所提供的半导体存储装置的制造方法包括在基板 上形成的绝缘膜中形成开口部分；在开口部分的内表面上形成种子层，种子层由铜锰合金 层形成；隔着种子层在开口部分中埋设铜膜，并且在绝缘膜上形成铜膜；通过热处理，在种 子层的绝缘膜侧的表面中形成氧化锰层；通过去除绝缘膜上多余的铜膜和形成在铜膜上的 氧化锰层，隔着扩散防止层在开口部分中形成第一电极，第一电极由铜膜形成，扩散防止层 由氧化锰层形成；通过热处理在第一电极的表面上形成氧化锰层；在绝缘膜上以及隔着形 成于第一电极表面上的氧化锰层在第一电极上形成存储层；在存储层上形成离子源层；以 及在离子源层上形成第二电极。 根据本专利技术的另一个实施例，所提供的半导体存储装置的制造方法包括在基板 上形成的绝缘膜中形成开口部分；在开口部分的内表面上形成种子层，种子层由铜锰合金 层形成；隔着种子层在开口部分中埋设铜膜，并且在绝缘膜上形成铜膜；通过热处理，在种 子层的绝缘膜侧的表面中形成氧化锰层；通过去除绝缘膜上多余的铜膜和形成在铜膜上的 氧化锰层，隔着扩散防止层在开口部分中形成第一电极，第一电极由铜膜形成，扩散防止层 由氧化锰层形成；通过热处理在第一电极的表面上形成由氧化锰层形成存储层；在存储层 上形成离子源层；以及在离子源层上形成第二电极。 根据本专利技术的另一个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体存储装置，包括：第一电极，通过埋设在形成于基板上的绝缘膜中而形成；第二电极，形成为与该第一电极相对；存储层，形成在该第一电极和该第二电极之间，该存储层设在该第一电极侧；离子源层，形成在该存储层和该第二电极之间；以及扩散防止层，由该绝缘膜和该第一电极之间的氧化锰层形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：高桥新吾，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]