電流控制元件和使用其的非易失性存儲元件制造技術

本發明專利技術提供一種電流控制元件（100），其為以覆蓋形成于層間絕緣層（102）的導通孔（104）的下部開口（105）的方式形成的電流控制元件，該電流控制元件包括：腐蝕抑制層（106），其在導通孔的下部開口的下部以覆蓋全部的下部開口的方式形成；第二電極層（108），其形成在腐蝕抑制層之下，并由與腐蝕抑制層不同的材料構成；電流控制層（110），其形成在第二電極層之下，并與第二電極層物理接觸；和第一電極層（112），其形成在電流控制層之下，并與電流控制層物理接觸，其中，由第一電極層、電流控制層和第二電極層構成MSM二極管和MIM二極管中的任一個。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及相對于施加電壓具有雙向的整流特性的電流控制元件、具有該電流控制元件的非易失性存儲元件。
技術介紹
近年來，伴隨著數字技術的不斷發展，便攜式信息設備、信息家電等電子設備進一步向高功能化發展。伴隨著電子設備的高功能化，所使用的非易失性存儲裝置的大規模化、高度集成化、高速化也得以迅速發展，并且其用途也迅速擴大。其中，已提出將電阻變化元件配置為陣列狀的形態的非易失性存儲裝置，并希望其不斷大規模化、高度集成化、高速化。電阻變化元件包括只能寫入一次的和能夠反復寫入的。能夠反復寫入的電阻變化元件有兩種。一種是通過施加相同極性的兩種電脈沖來產生從高電阻狀態至低電阻狀態的變化(以下稱為低電阻化)和從低電阻狀態至高電阻狀態的變化(以下稱為高電阻化)的電阻變化元件，這種一般被稱為單極(unipolar)型(或monopolar型)的電阻變化元件。另一種是通過施加不同極性的兩種電脈沖來產生低電阻化和高電阻化的電阻變化元件，這種一般被稱為雙極型的電阻變化元件。在將電阻元件配置為陣列狀的存儲裝置中，一般在電阻變化元件上串聯連接晶體管、整流元件等電流控制元件，通過防止迂回電流所致的寫入干擾和相鄰的存儲單元間的串擾等，來實現可靠的存儲動作。一般來說，單極型的電阻變化元件為了進行高電阻化和低電阻化，能夠利用同極性且不同大小的兩種電壓。當作為電流控制元件使用二極管時，能夠利用單向型的二極管(在一個方向的電壓極性中，具有非線性的電壓電流特性(開關特性)的二極管，本質上僅在一個方向使電流流過的二極管)。因此，能夠使包括電阻變化元件和電流控制元件的存儲單元的結構簡化。但是，單極型的電阻變化元件在復位(高電阻化)時存在電脈沖的脈沖寬度大、動作速度變慢的問題。另一方面，雙極型的電阻變化元件能夠在高電阻化和低電阻化的兩種狀態下利用脈沖寬度短的電脈沖，與單極型的電阻變化元件相比具有能夠高速動作的優點。但是，為了進行高電阻化和低電阻化，需要利用極性不同的兩種電壓。當作為電流控制元件利用二極管時，需要雙向型的二極管(在兩個方向的電壓極性中，具有非線性的電壓電流特性(開關特性)的二極管，能夠在兩個方向使電流流過的二極管)。專利文獻I公開了一種交叉點(crosspoint)型的存儲裝置，該存儲裝置具有作為電流控制元件將雙向型的二極管(以下也稱為“雙向二極管”)與電阻變化元件串聯連接的存儲單元。作為雙向型(雙極型)的二極管，例如已知有MIM 二極管(Metal-1nsulator-Metal:金屬-絕緣體-金屬)、MSM 二極管(Metal-Semiconductor-Metal:金屬_半導體-金屬)、如專利文獻I所示的變阻器(varistor)。圖14是一般的雙向二極管的電壓電流特性圖。下面參照圖14說明雙向二極管的特性和所希望的性能。MIM 二極管、MSM 二極管、變阻器等雙向二極管表現為非線性的電壓電流特性，通過使插入電極材料或電極間的材料最優化，能夠在本質上使電壓電流特性對稱化。即，能夠實現針對正的施加電壓的電流的變化和針對負的施加電壓的電流的變化關于原點O本質上構成點對稱的雙向二極管。在雙向二極管中，在施加電壓為第一臨界電壓(圖14中的范圍A的下限電壓)以下且第二臨界電壓(圖14中的范圍B的上限電壓)以上的范圍(也就是圖14中的范圍C)，電阻非常高，超過第一臨界電壓，或者，低于第二臨界電壓時，電阻急劇下降。即，這些二端子元件在施加電壓為第二臨界電壓以上且第一臨界電壓以下時幾乎不使電流流過，在施加電壓超過第一臨界電壓或低于第二臨界電壓時使大電流流過，具有非線性的電阻特性(整流特性)。因此，通過將雙向型的二極管串聯連接至電阻變化元件構成存儲單元，能夠實現進行雙極動作的高速的交叉點型的非易失性存儲裝置。然而，在電阻變化型的存儲裝置中，通過在電阻變化元件上施加電脈沖來使電阻變化元件高電阻化或低電阻化，并通過使各個電阻狀態與各數據(例如O和I)對應，將數據寫入到電阻變化元件。此時，通常需要使電阻變化元件流過較大的電流。以下，將使電阻變化元件高電阻化或低電阻化所需的電流稱為電阻變化電流。例如，在專利文獻I中公開的存儲裝置中，當向電阻變化元件寫入數據時，使作為雙向二極管的變阻器以30000A/cm2(在0.8μπιΧ0.8μπι的電極面積下約為200 μ Α)以上的電流密度流過電流。在電阻變化型的存儲裝置中使用的雙向二極管要求具有使大于電阻變化電流的電流流過的能力(允許電流)。當雙向二極管的允許電流不滿足電阻變化電流時，元件的低電阻狀態不發生變化，構成動作不良的原因。即，當向電阻變化元件寫入或讀出數據時，需要所選擇的存儲單元使用圖14的范圍A或B (雙向二極管的ON狀態)，同時未被選擇的存儲單元則利用范圍C (雙向二極管的OFF狀態)來抑制泄漏電流(OFF電流)。如果不能充分抑制泄漏電流，則對所選擇的存儲單元的數據寫入或讀出會不能正常地進行。專利文獻2公開了雙向肖特基二極管(Schottky diode),其半導體層由非晶娃、多晶硅、InOx, ZnO等材料形成，并且與半導體層形成肖特基接觸的電極由Pt、Au、Ag、TiN、Ta、Ru、TaN等貴金屬或金屬化合物以及類似的材料形成。先行技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2006-203098號公報專利文獻2:日本特開2007-158325號公報
技術實現思路
專利技術要解決的課題但是，在現有的雙向肖特基二極管中，在實際制造時，電壓電流特性存在各個二極管之間變得參差不齊、發生低電流不良元件的問題。在正常的元件中，當施加2V電壓時，流過約100 μ A左右的電流，但是在不良元件中，當施加2V電壓時，僅流過InA左右的電流。若像這樣元件間的參差不齊較大，產生電流驅動能力低的元件，則在作為模塊裝入電阻變化型存儲裝置時，在與電流驅動能力低的二極管元件連接的電阻變化元件中，電阻狀態不發生變化，發生元件的動作不良。本專利技術是應對所述課題而開發的，其目的在于，在能夠用于電阻變化型的非易失性存儲裝置的雙向型的電流控制元件(對于施加電壓具有良好的雙向性的整流特性的元件)和使用其的非易失性存儲元件或非易失性存儲裝置中，抑制電壓電流特性在各個電流控制元件之間變得參差不齊的問題。用于解決課題的方法本專利技術人為了解決上述課題尤其是在允許電流大的雙向二極管中，電壓電流特性在各個二極管之間變得參差不齊的問題，進行了專心研究。結果發現，由于在制造工序中二極管的電極受到腐蝕，雙向二極管的電壓電流特性變得參差不齊，產生電流驅動能力低的元件。因此，通過例如在形成在導通孔(via hole)內部的接觸栓(contact plug:接觸式插塞)的下表面和二極管的上部電極之間，設置導電性的腐蝕抑制層，能夠抑制特性的參差不齊。即，為了解決上述的課題，本專利技術的電流控制元件的制造方法包括:形成下部配線的步驟；以與下部配線電連接的方式形成第一電極層的步驟；在第一電極層之上，以與第一電極層物理接觸的方式形成電流控制層的步驟；在電流控制層之上，以與電流控制層物理接觸的方式形成第二電極層的步驟；在第二電極層之上，由與第二電極層不同的材料形成腐蝕抑制層的步驟；以覆蓋腐蝕抑制層、第二電極層、電流控制層和第一電極層的方式形成層間絕緣層的步驟；在層間絕緣層中，以下部本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.09.17 JP 2010-2092741.一種電流控制元件的制造方法，其特征在于，包括: 形成下部配線的步驟； 以與所述下部配線電連接的方式形成第一電極層的步驟； 在所述第一電極層之上，以與所述第一電極層物理接觸的方式形成電流控制層的步驟； 在所述電流控制層之上，以與所述電流控制層物理接觸的方式形成第二電極層的步驟； 在所述第二電極層之上，由與所述第二電極層不同的材料形成腐蝕抑制層的步驟； 以覆蓋所述腐蝕抑制層、第二電極層、電流控制層和第一電極層的方式形成層間絕緣層的步驟； 在所述層間絕緣層中，以下部開口全部在所述腐蝕抑制層上開口的方式形成導通孔的步驟；和 用含有水的洗凈液將所述導通孔的內部洗凈的步驟。2.一種電流控制元件的制造方法，其特征在于，包括: 形成下部配線的步驟； 以與所述下部配線電連接的方式形成第一電極層的步驟； 在所述第一電極層之上，以與所述第一電極層物理接觸的方式形成電流控制層的步驟； 在所述電流控制層之上，以與所述電流控制層物理接觸的方式形成第二電極層的步驟； 在所述第二電極層之上，由與所述第二電極層不同的材料形成腐蝕抑制層的步驟； 以覆蓋所述腐蝕抑制層、第二電極層、電流控制層和第一電極層的方式形成層間絕緣層的步驟； 在所述層間絕緣層中，以在下部開口所述腐蝕抑制層露出、第二電極層不露出的方式形成槽的步驟；和 用含有水的洗凈液將所述槽的內部洗凈的步驟。3.按權利要求1所述的電流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述導通孔的步驟是，以從所述層間絕緣層的厚度方向觀察，所述腐蝕抑制層在所述導通孔的下部開口的整個外周向外側伸出的方式形成導通孔的步驟。4.按權利要求1或2所述的電流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述腐蝕抑制層的步驟是，由具有比構成所述第二電極層的材料的標準電極電位高的標準電極電位的材料形成腐蝕抑制層的步驟。5.按權利要求1或2所述的電流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述腐蝕抑制層的步驟是，由具有O以上的標準電極電位的材料形成腐蝕抑制層的步驟。6.按權利要求1或2所述的電流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述腐蝕抑制層的步驟是，由貴金屬形成腐蝕抑制層的步驟。7.按權利要求1或2所述的電流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述腐蝕抑制層的步驟是，由具有導電性的金屬氧化物形成腐蝕抑制層的步驟。8.按權利要求1或2所述的電流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述第一電極層的步驟是，由選自氮化鉭、氮化鈦、鎢和金屬氧化物中的至少一種材料形成第一電極層的步驟； 形成所述電流控制層的步驟是，由氮化硅形成電流控制層的步驟； 形成所述第二電極層的步驟是，由選自氮化鉭、氮化鈦、鎢和金屬氧化物中的至少一種材料形成第一電極層的步驟。9.一種非易失性存儲元件的制造方法，其特征在于，包括:通過權利要求1或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宮永良子，三河巧，早川幸夫，二宮健生，有田浩二，
申請(專利權)人：松下電器產業株式會社，
類型：
國別省市：