非易失性存储元件和非易失性存储装置及它们的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的非易失性存储元件（10）具有：第1金属布线（103）；插塞（107），形成于第1金属布线（103）上，并与第1金属布线（103）连接；层叠体（150），包括第1电极（108）和第2电极（111）和电阻变化层（113），并形成于插塞（107）上，插塞（107）与第1电极（108）连接；第2金属布线（119），形成于层叠体（150）上，直接与第2电极（111）连接；以及侧壁保护层（115），具有绝缘性和氧阻隔性，覆盖层叠体（150）的侧壁，第2金属布线（119）的下表面的一部分位于层叠体（150）的上表面的下侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电阻变化型的非易失性存储元件、使用多个该非易失性存储元件的非易失性存储装置、以及它们的制造方法，所述非易失性存储元件具有电阻值根据电压脉冲的施加而变化的电阻变化元件。
技术介绍
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进一步实现了高功能化。伴随这些电子设备的高功能化，所使用的半导体元件的细微化及高速化得到快速发展。其中，诸如以闪存为代表的大容量的非易失性存储器的用途快速扩大。另外，作为替换该闪存的下一代的新型非易失性存储器，正在推进使用电阻变化元件的电阻变化型存储器(ReRAM:Resistive Random Access Memory)的研发。其中，电阻变化兀件是指具有电阻值根据电信号而可逆地变化的性质，并且能够非易失性地存储与该电阻值对应的信息的元件。该电阻变化型存储器使用电阻值变化的电阻变化层作为存储元件，通过对该电阻变化层施加电脉冲(例如电压脉冲)，使其电阻值从高电阻状态向低电阻状态或者从低电阻状态向高电阻状态变化。由此，电阻变化型存储器进行数据存储。在这种情况下，需要明确区分低电阻状态和高电阻状态这两个值，并且使在低电阻状态与高电阻状态之间快速地稳定变化，而且非易失性地保存这两个值。作为这种非易失性存储元件的一例，提出了使用将含氧率不同的过渡金属氧化物进行层叠得到的电阻变化层的非易失性存储元件。例如，专利文献I公开了通过有选择地使在与含氧率较高的过渡金属氧化物层接触的电极界面产生氧化反应和还原反应，使电阻变化现象变稳定。图23是具有专利文献I记载的非易失性存储元件55的电阻变化型的非易失性存储装置50的截面图。在图23所示的非易失性存储装置50中，在基板60上形成有第I布线61，还形成有覆盖该第I布线61的第I层间绝缘层62。并且，形成有贯通第I层间绝缘层62的与第I布线61连接的第I插塞64。另外，在第I层间绝缘层62上形成有覆盖第I插塞64的非易失性存储兀件55。该非易失性存储兀件55由下部电极65、电阻变化层66及上部电极67构成。并且，形成有覆盖该非易失性存储元件55的第2层间绝缘层68。并且，形成有贯通该第2层间绝缘层68的第2插塞70。该第2插塞70将上部电极67和第2布线71相连接。电阻变化层66是第I电阻变化层66x和第2电阻变化层66y的层叠构造。第I电阻变化层66x和第2电阻变化层66y由相同种类的过渡金属氧化物构成。并且，形成第2电阻变化层66y的过渡金属氧化物的含氧率高于形成第I电阻变化层66x的过渡金属氧化物的含氧率。通过形成这种构造，在对非易失性存储元件55施加电压的情况下，电压几乎都施加到含氧率较高、显示出更高的电阻值的第2电阻变化层66y上。并且，在第2电阻变化层66y的附近存在大量能够有助于反应的氧。因此，在上部电极67与第2电阻变化层66y的界面附近有选择地产生氧化或者还原反应，因而能够稳定地实现电阻变化。另外，专利文献I公开了由使用过渡金属氧化物作为电阻变化层的1T1R(1晶体管I电阻)型存储器单元构成的非易失性存储器。过渡金属氧化物薄膜通常是绝缘体。因此，在初始状态下进行电阻变化层的击穿(初始击穿)，由此形成能够在高电阻状态与低电阻状态之间切换电阻值的导电路径，以便使电阻值进行脉冲变化。另外，所谓“初始击穿(initialbreakdown ) ”，是使制造后的电阻变化层变为能够根据施加的电压值(或者施加的电压的极性)可逆地转变为高电阻状态和低电阻状态的状态的处理。具体地讲，初始击穿是指对具有极高的电阻值的制造后的电阻变化层或者包含电阻包含层的非易失性存储元件施加大于写入电压的电压(初始击穿电压)。通过该初始击穿，电阻变化层能够可逆地转变为高电阻状态和低电阻状态，并且其电阻值降低。现有技术文献专利文献专利文献1:国际公开2008/149484号专利文献2:国际公开2008/059701号非专利文献非专利文献1:1.G.Baek 等，IEDM2004, p.587专利技术概要专利技术要解决的问题但是，在图23所示的结构中，对于不经由插塞而直接将电阻变化元件的上部电极和上层布线连接的构造，存在将形成电流从上层布线不经由电阻变化元件的上部电极即直接流向电阻变化层的泄漏路径的担忧。如果形成这种电流不经由上部电极即流向电阻变化层的泄漏路径，将不会对电阻变化层施加足够的击穿电压。因此，产生电阻变化元件不会被初始击穿的情况，因而初始击穿率下降。其结果是成品率下降。这样，在现有的非易失性存储元件中，具有由于在布线形成步骤中形成泄漏路径，因而初始击穿电压具有偏差的问题。
技术实现思路
本专利技术正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种能够防止布线形成步骤中的泄漏路径的形成的非易失性存储元件、非易失性存储装置以及它们的制造方法。 用于解决问题的手段为了达到上述目的，本专利技术的一个方式的非易失性存储元件，包括第I电极和第2电极和电阻变化层，所述电阻变化层由氧不足型的过渡金属氧化物构成，被夹持在所述第I电极和所述第2电极之间，并且根据提供到所述第I电极和所述第2电极之间的电信号在高电阻状态和电阻值低于所述高电阻状态的低电阻状态之间可逆地变化，所述非易失性存储元件具有 第I金属布线；插塞，形成于所述第I金属布线上，并与所述第I金属布线连接；层叠体，包括所述第I电极和所述第2电极和所述电阻变化层，形成于所述插塞上，所述插塞与所述第I电极和所述第2电极中的一方连接；第2金属布线，形成于所述层叠体上，直接与所述第I电极和所述第2电极中的另一方连接；以及侧壁保护层，具有绝缘性和氧阻隔性，覆盖所述层叠体的侧壁，所述第2金属布线的下表面的一部分位于所述层叠体的上表面的下侧。根据这种结构，在本专利技术的一个方式的非易失性存储元件中，包含电阻变化元件的层叠体的侧壁被侧壁保护层覆盖。由此，本专利技术的一个方式的非易失性存储元件能够防止在布线形成步骤中在第2金属布线与电阻变化层之间形成泄漏路径。另外，也可以是，所述侧壁保护层包含氧化物、氮化物及氮氧化物中的任意一种。另外，也可以是，所述侧壁保护层包含硅氮化物、铝氧化物及钛氧化物中的任意一种。另外，也可以是，所述电阻变化层具有 第I电阻变化层，由所述过渡金属氧化物构成；以及第2电阻变化层，由所述过渡金属氧化物构成，含氧率高于所述第I电阻变化层。另外，也可以是，所述电阻变化层具有 第I电阻变化层，由所述过渡金属氧化物构成;第2电阻变化层，由所述过渡金属氧化物构成，含氧率高于所述第I电阻变化层；以及电阻层，形成于所述第I电阻变化层和所述第2电阻变化层的侧壁，由所述过渡金属氧化物构成，含氧率高于所述第I电阻变化层。另外，也可以是，所述电阻变化层包含氧不足型钽氧化物、氧不足型铪氧化物及氧不足型锆氧化物中的任意一种。根据这种结构，能够缩小在初始击穿时电流流过的电阻变化层的实效截面面积。其结果是流向电阻变化层的电流密度提高，因而能够降低初始击穿电压。另外，流向电阻变化层的电流密度的偏差 降低，由此能够防止非易失性存储元件的成品率的下降，并且能够提闻可罪性。另外，也可以是，所述第2电极包含铱、钼、钯、铜及钨中的任意一种金属、或者这些金属的组合、或者这些金属的合金，所述层叠体的截面形状是所述层叠体的上表面的延长线与所述层叠体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.03 JP 2010-2707641.一种非易失性存储元件，包括第I电极和第2电极和电阻变化层，所述电阻变化层由氧不足型的过渡金属氧化物构成，被夹持在所述第I电极和所述第2电极之间，并且根据提供到所述第I电极和所述第2电极之间的电信号在高电阻状态和电阻值低于所述高电阻状态的低电阻状态之间可逆地变化，所述非易失性存储元件具有: 第I金属布线； 插塞，形成于所述第I金属布线上，并与所述第I金属布线连接； 层叠体，包括所述第I电极和所述第2电极和所述电阻变化层，形成于所述插塞上，所述插塞与所述第I电极和所述第2电极中的一方连接； 第2金属布线，形成于所述层叠体上，直接与所述第I电极和所述第2电极中的另一方连接；以及 侧壁保护层，具有绝缘性和氧阻隔性，覆盖所述层叠体的侧壁， 所述第2金属布线的下表面的一部分位于所述层叠体的上表面的下侧。2.根据权利要求1所述的非易失性存储元件， 所述侧壁保护层包含氧化物、氮化物及氮氧化物中的任意一种。3.根据权利要求2所述的非易失性存储元件， 所述侧壁保护层包含硅氮化物、铝氧化物及钛氧化物中的任意一种。4.根据权利要求1 3中任意一项所述的非易失性存储元件， 所述电阻变化层具有: 第I电阻变化层，由所述过渡金属氧化物构成；以及 第2电阻变化层，由所述过渡金属氧化物构成，含氧率高于所述第I电阻变化层。5.根据权利要求1 3中任意一项所述的非易失性存储元件， 所述电阻变化层具有: 第I电阻变化层，由所述过渡金属氧化物构成； 第2电阻变化层，由所述过渡金属氧化物构成，含氧率高于所述第I电阻变化层；以及电阻层，形成于所述第I电阻变化层和所述第2电阻变化层的侧壁，由所述过渡金属氧化物构成，含氧率高于所述第I电阻变化层。6.根据权利要求1 5中任意一项所述的非易失性存储元件， 所述电阻变化层包含氧不足型钽氧化物、氧不足型铪氧化物及氧不足型锆氧化物中的任意一种。7.根据权利要求1 6中任意一项所述的非易失性存储元件， 所述第2电极包含铱、钼、钯、铜及钨中的任意一种金属、或者这些金属的组合、或者这些金属的合金， 所述层叠体的截面形状是所述层叠体的上表面的延长线与所述层叠体的侧壁所形成的夹角小于90度的梯形。8.一种非易失性存储装置，具有多个权利要求1 7中任意一项所述的非易失性存储元件，所述非易失性存储装置具有: 多条第I金属布线，沿第I方向延伸设置，包括所述第I金属布线； 多条第2金属布线，沿与所述第I方向交叉的第2方向延伸设置，包括所述第2金属布线.-^4 ，多个插塞，包括所述插塞；以及 点形状的多个层叠体，包括所述层叠体， 在所述多条第I金属布线与所述多条第2金属布线的各个立体交叉点分别形成有所述插塞与所述层叠体构成的各个组， 所述侧壁保护层覆盖所述多个层叠体的侧壁。9.根据权利要求8所述的非易失性存储装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬野敦史，空田晴之，早川幸夫，三河巧，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：