專利名稱：存儲器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為可變電阻非易失存儲器件的存儲器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
相關(guān)技術(shù)提出了可變電阻非易失存儲器件。作為一類可變電阻非易失存儲器件，相關(guān)技術(shù)披露了一種包括如下結(jié)構(gòu)的存儲器件在該結(jié)構(gòu)中，存儲層和離子源層層疊，存儲層通過電阻值的變化存儲信息，離子源層包含能作為離子移動(dòng)的元素(參照Aratani等的“A Novel Resistance Memory with High Scalability and NanosecondSwitching，，，IEDM2007)。例如，如在表示存儲器件的橫剖面的圖18中所示，通過在作為第一電極的下電極 52和作為第二電極的上電極55之間布置存儲層53和離子源層M來配置存儲器件。另外，在圖18中，附圖標(biāo)記51表示下電極52的下層，附圖標(biāo)記56表示絕緣層。離子源層M包含Cu、Ag和Si中的至少一種元素以及Te、S和％中的至少一種元
ο存儲層53是由鉭氧化物、鈮氧化物、鋁氧化物、鉿氧化物和鋯氧化物中的任一氧化物或其混合材料制成(例如，參照日本專利JP-A-2006-173267)。圖18所示的結(jié)構(gòu)是用于說明存儲器件的操作原理的結(jié)構(gòu)。如圖19所示，在實(shí)際器件中，特別是在進(jìn)行器件尺寸的小型化時(shí)，需要隔離各存儲單元的離子源層53和存儲層M。另外，在圖19中，附圖標(biāo)記51表示下電極52的下層，附圖標(biāo)記56表示覆蓋上電極55的層(絕緣層等)。另外，附圖標(biāo)記57表示隔離各存儲單元的絕緣層。另外，在圖19 中，以與圖18的結(jié)構(gòu)垂直翻轉(zhuǎn)的方式表示離子源層53和存儲層M。此時(shí)，包含在離子源層53或存儲層M中的諸如Cu之類的元素在金屬和絕緣膜中具有較大的擴(kuò)散系數(shù)，于是在器件的操作期間這些元素在存儲單元之間或在配線之間擴(kuò)散。這是阻止器件作為穩(wěn)定的存儲器件操作的原因。另外，隨著將來存儲器件的小型化，這個(gè)問題會變得更為顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對與常規(guī)方法和器件有關(guān)的上述及其它問題，期望提供一種即使在器件小型化時(shí)仍能夠穩(wěn)定操作的存儲器件及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種包括存儲層的存儲器件，每個(gè)存儲單元的所述存儲層均被隔離并通過電阻值的變化存儲信息。另外，所述存儲器件包括離子源層，所述離子源層形成為使得每個(gè)存儲單元的所述離子源層均被隔離并形成為層疊在所述存儲層上，所述離子源層包含Cu、Ag、Zn、Al和ττ中的至少一種元素以及Te、S和％中的至少一種元素。另外，所述存儲器件包括絕緣層和防擴(kuò)散阻擋部，所述絕緣層隔離每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層，所述防擴(kuò)散阻擋部設(shè)于每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層的周圍以防止元素的擴(kuò)散。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的所述存儲器件，所述防擴(kuò)散阻擋部設(shè)于每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層的周圍。因此，能夠通過所述防擴(kuò)散阻擋部抑制或防止包含在由所述存儲層和所述離子源層所形成的層疊結(jié)構(gòu)中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種存儲器件的制造方法。所述方法包括以下步驟在下電極上形成絕緣層并在所述絕緣層上開設(shè)到達(dá)所述下電極的孔。另外，所述方法包括以下步驟在表面上形成選自Ti、Ta、Ru、Mn、AL、Co和W的金屬元素的氮化物膜或氧化物膜或這些金屬元素的合金的氮化物膜或氧化物膜，所述氮化物膜或氧化物膜比所述孔的深度薄；及去除所述孔的下部中的所述氮化物膜或氧化物膜以暴露所述下電極。另外，所述方法包括以下步驟形成與所述下電極接觸并充當(dāng)所述存儲層的第一膜，所述第一膜比所述孔的深度薄。另外，所述方法包括以下步驟在所述第一膜上形成第二膜，所述第二膜掩埋于所述孔中并充當(dāng)離子源層，所述離子源層包含Cu、Ag、ai、Al和ττ中的至少一種元素以及Te、 S和％中的至少一種元素。另外，所述方法包括以下步驟平坦化表面以去除所述氮化物膜或氧化物膜、所述第一膜和所述第二膜中的每個(gè)膜的位于所述絕緣層上的部分而保留位于所述孔中的部分， 由此形成由所述氮化物膜或氧化物膜形成并防止元素?cái)U(kuò)散的防擴(kuò)散阻擋膜、由所述第一膜制成的存儲層和由所述第二膜制成的離子源層。另外，所述方法包括以下步驟在所述離子源層上形成上電極。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的存儲器件的所述制造方法，在開設(shè)在所述絕緣層中的所述孔的內(nèi)側(cè)處形成所述存儲層和所述離子源層。因此，所述存儲層和所述離子源層形成為通過所述絕緣層隔離每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層。另外，形成比所述孔的深度薄的所述氮化物膜或氧化物膜，去除位于所述孔的下部中的所述氮化物膜或氧化物膜，并去除位于所述絕緣層上的部分而保留位于所述孔中的部分，于是形成由所述氮化物膜或氧化物膜制成的所述防擴(kuò)散阻擋膜。因此，能夠在所述孔的側(cè)壁上形成防擴(kuò)散阻擋膜。另外，在所述氧化物膜或氮化物膜上形成充當(dāng)所述存儲層的所述第一膜和充當(dāng)所述離子源層的所述第二膜，去除所述第一膜和所述第二膜的位于所述絕緣層上的部分而保留位于所述孔中的部分以形成所述存儲層和所述離子源層。因此，在所述防擴(kuò)散阻擋膜的內(nèi)側(cè)形成所述存儲層和所述離子源層。即，能夠制造防擴(kuò)散阻擋膜形成在所述存儲層和所述離子源層的周圍的存儲器件。根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，提供一種存儲器件的制造方法。所述方法包括以下步驟在下電極上形成由氧化物制成的絕緣層，并在所述絕緣層中開設(shè)到達(dá)所述下電極的孔。另外，所述方法包括以下步驟形成與所述下電極接觸并充當(dāng)存儲層的膜，所述存儲層包含Mn或Al，充當(dāng)所述存儲層的所述膜比所述孔的深度薄。另外，所述方法包括以下步驟在所述存儲層上形成第二膜，所述第二膜掩埋于所述孔中并充當(dāng)離子源層，所述離子源層包含Cu、Ag、ai、Al和ττ中的至少一種元素以及Te、 S和％中的至少一種元素。另外，所述方法包括以下步驟通過加熱處理在所述絕緣層的界面處擴(kuò)散包含在充當(dāng)所述存儲層的所述膜中的Mn或Al以形成防擴(kuò)散阻擋膜，所述防擴(kuò)散阻擋膜是由氧化物膜制成并防止元素的擴(kuò)散。另外，所述方法包括以下步驟平坦化表面以去除所述防擴(kuò)散阻擋膜、充當(dāng)所述存儲層的所述膜和所述第二膜中的每個(gè)膜的處于所述絕緣層上的部分而保留位于所述孔中的部分，由此形成由充當(dāng)所述存儲層的所述膜制成的存儲層及形成由所述第二膜制成的離子源層。另外，所述方法包括以下步驟在所述離子源層上形成上電極。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的存儲器件的所述制造方法，在開設(shè)在所述絕緣層中的所述孔的內(nèi)側(cè)形成所述存儲層和所述離子源層。因此，所述存儲層和所述離子源層形成為通過所述絕緣層隔離每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層。另外，形成比所述孔的深度薄并充當(dāng)包含Mn或Al的所述存儲層的膜，形成掩埋于所述孔中并充當(dāng)所述離子源層的第二膜。然后，通過加熱處理擴(kuò)散包含在充當(dāng)所述存儲層的所述膜中的Mn或Al以在所述絕緣層的界面處形成所述氧化物膜。另外，去除所述氧化物膜的位于所述絕緣層上的部分而保留位于所述孔中的部分以形成由所述氧化物膜制成的所述防擴(kuò)散阻擋膜。因此，能夠在所述孔的側(cè)壁上形成所述防擴(kuò)散阻擋膜。另外，去除充當(dāng)所述存儲層的所述膜和所述第二膜中的每個(gè)膜的位于所述絕緣層上的部分而保留位于所述孔中的部分以形成所述存儲層和所述離子源層。因此，在所述防擴(kuò)散阻擋膜的內(nèi)側(cè)形成所述存儲層和所述離子源層。即，能夠制造防擴(kuò)散阻擋膜形成在所述存儲層和所述離子源層的周圍的存儲器件。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提供一種存儲器件的制造方法。所述方法包括以下步驟在下電極上形成防擴(kuò)散阻擋層，并在所述防擴(kuò)散阻擋層中開設(shè)到達(dá)所述下電極的孔，所述防擴(kuò)散阻擋層是由絕緣層制成并防止元素的擴(kuò)散。另外，所述方法包括以下步驟形成與所述下電極接觸并充當(dāng)存儲層的第一膜，所述第一膜比所述孔的深度薄。另外，所述方法包括以下步驟在所述第一膜上形成第二膜，所述第二膜掩埋于所述孔中并充當(dāng)離子源層，所述離子源層包含Cu、Ag、ai、Al和ττ中的至少一種元素以及Te、 S和％中的至少一種元素。另外，所述方法包括以下步驟平坦化表面以去除所述第一膜和所述第二膜中的每個(gè)膜的位于所述防擴(kuò)散阻擋層上的部分而保留位于所述孔中的部分，由此形成由所述第一膜制成的存儲層和由所述第二膜制成的離子源層。另外，所述方法包括以下步驟在所述離子源層上形成上電極。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的存儲器件的所述制造方法，形成充當(dāng)所述存儲層的所述第一膜和充當(dāng)所述離子源層的所述第二膜，去除所述第一膜和第二膜中每個(gè)膜的位于所述防擴(kuò)散阻擋層上的部分而保留位于所述孔中的部分以形成所述存儲層和所述離子源層。 因此，在所述防擴(kuò)散阻擋層的內(nèi)側(cè)形成所述存儲層和所述離子源層。即，能夠制造所述防擴(kuò)散阻擋層形成在所述存儲層和所述離子源層的周圍的存儲器件。另外，在開設(shè)在由所述絕緣層制成的所述防擴(kuò)散阻擋層中的孔的內(nèi)側(cè)形成所述存儲層和所述離子源層。因此，所述存儲層和所述離子源層形成為通過所述防擴(kuò)散阻擋層隔離每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供一種存儲器件的制造方法。所述方法包括以下步驟在下電極上順序形成存儲層、離子源層和上電極，所述離子源層包含Cu、Ag、ai、Al和 Zr中的至少一種元素以及Te、S和％中的至少一種元素。另外，所述方法包括以下步驟將每個(gè)存儲單元的所述存儲層、所述離子源層和所述上電極圖案化成圖案，及以完全覆蓋所述存儲層、所述離子源層和所述上電極的方式形成防擴(kuò)散阻擋層，所述防擴(kuò)散阻擋層是由絕緣層制成并防止元素的擴(kuò)散。另外，所述方法包括以下步驟在所述防擴(kuò)散阻擋層中形成到達(dá)所述上電極的開根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的存儲器件的所述制造方法，將每個(gè)存儲單元的所述存儲層、所述離子源層和所述上電極圖案化成圖案，及以完全覆蓋所述存儲層、所述離子源層和所述上電極的方式形成由絕緣層制成的防擴(kuò)散阻擋層。因此，能夠制造所述防擴(kuò)散阻擋層形成在所述存儲層和所述離子源層的周圍的存儲器件。另外，每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層在被圖案化成圖案之后覆蓋有所述防擴(kuò)散阻擋層，所以所述防擴(kuò)散阻擋層形成在相鄰的存儲單元之間。因此，所述存儲層和所述離子源層形成為通過所述防擴(kuò)散阻擋層隔離每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層。根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例，能夠抑制或防止包含在由層疊所述存儲層和所述離子源層所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。因此，能夠抑制或防止元素?cái)U(kuò)散到鄰近的存儲單元中或在所述存儲單元之間擴(kuò)散。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠抑制存儲器件的諸如每個(gè)存儲單元的寫入電壓、 讀取電壓和耐重復(fù)之類的特性的變化。另外，由于能夠抑制由元素?cái)U(kuò)散到所述存儲單元的外部所引起的特性的劣化，所以，能夠改善耐重復(fù)的特性。另外，由于能夠通過抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化來降低用于可靠進(jìn)行寫入操作和讀取操作的寫入電壓和讀取電壓的裕度，所以能夠使寫入電壓和讀取電壓降低。另外，抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化，以便能夠可靠進(jìn)行寫入和讀取操作，由此，能夠穩(wěn)定地操作存儲器件。由此，即使進(jìn)行器件的小型化時(shí)，仍能夠?qū)崿F(xiàn)可穩(wěn)定操作的存儲器件。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第一類型存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第二類型存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)；圖4A 圖4C是說明圖3的存儲器件的制造方法的制造過程圖；圖5D 圖5F是說明圖3的存儲器件的制造方法的制造過程圖；圖6G 圖61是說明圖3的存儲器件的制造方法的制造過程圖；圖7J和圖7K是說明圖3的存儲器件的制造方法的制造過程圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)；圖9F 圖9H是說明圖8的存儲器件的制造方法的制造過程圖；圖101和圖IOJ是說明圖8的存儲器件的制造方法的制造過程圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)；圖12A 圖12C是說明圖11的存儲器件的制造方法的制造過程圖；圖13D 圖13F是說明圖11的存儲器件的制造方法的制造過程圖；圖14G 圖141是說明圖11的存儲器件的制造方法的制造過程圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)；圖16D 圖16F是說明圖15的存儲器件的制造方法的制造過程圖；圖17G 圖171是說明圖15的存儲器件的制造方法的制造過程圖；圖18是相關(guān)技術(shù)披露的存儲器件的剖面圖；及圖19是說明隔離圖18的存儲器件中的各存儲單元時(shí)的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例(在下文中，稱為“實(shí)施例”)。將以以下順序進(jìn)行說明。1.本發(fā)明的概述2.第--實(shí)施例
3.第二二實(shí)施例
4.第三Ξ實(shí)施例5.第四實(shí)施例1.本發(fā)明的概述首先，在說明本發(fā)明的具體實(shí)施例之前對本發(fā)明進(jìn)行概述。在本發(fā)明的實(shí)施例中，作為一類上述可變電阻非易失存儲器件的存儲器件采用如下結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，根據(jù)電阻的變化存儲信息的存儲層和包含能夠作為離子移動(dòng)的元素的離子源層層疊。在本發(fā)明的實(shí)施例中，隔離各存儲單元的存儲層和離子源層，以使存儲器件小型化。對于電阻值變化的存儲層的材料，可使用諸如Ta、Nb、Al、Hf、Zr、Ni、Co和Ce之類的金屬元素的氧化物。包含能作為離子移動(dòng)的元素的離子源層配置成包含Cu、Ag、ai、Al和ττ中的至少一種元素以及iTed和k中的至少一種元素。使用上述材料構(gòu)成存儲層和離子源層，于是離子源層所包含的Cu、Ag、ai、Al和ττ中的至少一種元素能作為離子移動(dòng)。以上述方式來配置根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的存儲器件，以便存儲器件以下述方式操作并能夠存儲信息。首先，在存儲層的電阻值高的狀態(tài)下，當(dāng)向存儲層和離子源層施加電壓以使存儲器件的離子源層側(cè)為正電位時(shí)，包含在離子源層中的能作為離子移動(dòng)的元素被離子化，并擴(kuò)散到存儲層的內(nèi)部。擴(kuò)散的離子殘留在存儲層的內(nèi)部或與連接到存儲層側(cè)的電極部分處的電子結(jié)合以析出，于是在存儲層的內(nèi)側(cè)處形成導(dǎo)電路徑，由此，存儲層的電阻值變低。另外，在存儲層的電阻值變低的狀態(tài)下，當(dāng)施加電壓以使離子源層側(cè)為負(fù)電位時(shí)， 存儲層中擴(kuò)散的元素再次被離子化以返回到離子源層中，由此，存儲層的電阻值變高。如上所述，由于存儲層的電阻值變化并維持變化的電阻值的狀態(tài)，所以能夠根據(jù)存儲層的電阻值存儲信息。存儲層之外的每個(gè)層的電阻值充分低于存儲層的電阻值。由此，存儲單元的電阻值連同存儲層的電阻值一起變化，于是能夠通過檢測存儲單元的電阻值來讀取存儲在存儲單元中的信息。另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，在存儲單元的存儲層和離子源層的周圍處設(shè)置防擴(kuò)散阻擋部，以防止上述Cu等的擴(kuò)散。具體地，以下述方式配置兩種類型的存儲器件。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第一類型存儲器件中，在各存儲單元的存儲層和離子源層的側(cè)壁與用于隔離各存儲單元的絕緣層之間形成相對薄的防擴(kuò)散阻擋部。對于這種類型的防擴(kuò)散阻擋部的材料，可使用諸如Ti、Ta、RU、Mn、Al、C0和W等金屬的氧化物或氮化物以及這些金屬的合金的氧化物或氮化物、非晶SiN或非晶SiCN等。圖1表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第一類型存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)。圖1所示的存儲器件的結(jié)構(gòu)對應(yīng)于圖19所示的存儲器件的結(jié)構(gòu)。在下層11上形成由層間絕緣層17隔離的每個(gè)存儲單元的下電極12、存儲層13和離子源層14。在離子源層14上形成公共的上電極15。在每個(gè)存儲單元的存儲層13和離子源層14的側(cè)壁與用于隔離每個(gè)存儲單元的層間絕緣層17之間形成防擴(kuò)散阻擋膜18。另外，圖1的附圖標(biāo)記16表示覆蓋上電極15的層(絕緣層等)。另外，對于下層 11，包含諸如半導(dǎo)體基板、布線和插頭層等導(dǎo)電層和用于絕緣和隔離導(dǎo)電層的絕緣層。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第一類型存儲器件中，如圖1所示，在每個(gè)存儲單元的存儲層13和離子源層14的側(cè)壁與用于隔離每個(gè)存儲單元的層間絕緣層17之間形成防擴(kuò)散阻擋膜18。因此，能夠通過防擴(kuò)散阻擋膜18抑制或防止包含在存儲層13或離子源層14 中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。即，能夠抑制或防止該元素?cái)U(kuò)散到鄰近的存儲單元或存儲單元之間的層間絕緣層17中。因此，能夠抑制存儲器件的諸如每個(gè)存儲單元的寫入電壓、讀取電壓和耐重復(fù)之類的特性的變化。另外，由于能夠抑制由元素?cái)U(kuò)散到存儲單元的外部所導(dǎo)致的特性的劣化，所以能夠改善耐重復(fù)的特性。另外，由于能夠通過抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化來降低用于可靠進(jìn)行寫入操作和讀取操作的寫入電壓和讀取電壓的裕度，所以能夠使寫入電壓和讀取電壓降低。另外，抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化，以便能夠可靠進(jìn)行寫入和讀取操作，由此，能夠穩(wěn)定地操作存儲器件。由此，即使進(jìn)行器件的小型化時(shí)，仍能夠?qū)崿F(xiàn)可穩(wěn)定操作的存儲器件。第二類型存儲器件將用于隔離每個(gè)存儲單元的絕緣層用作防擴(kuò)散阻擋部。對于防擴(kuò)散阻擋部的材料，可使用含氮樹脂材料、非晶SiN或非晶SiCN等。圖2表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第二類型存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)。圖2中所示的存儲器件的結(jié)構(gòu)對應(yīng)于圖19所示的存儲器件的結(jié)構(gòu)。在下層11上形成每個(gè)存儲單元的由絕緣層所隔離的下電極12、存儲層13和離子源層14。在離子源層14上形成公共的上電極15。圖2的附圖標(biāo)記16表示覆蓋上電極15 的層(絕緣層等)。防擴(kuò)散阻擋層19形成為用于隔離每個(gè)存儲單元的絕緣層。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第二類型存儲器件中，如圖2所示，防擴(kuò)散阻擋層19形成為用于隔離每個(gè)存儲單元的絕緣層，于是能夠抑制或防止包含在存儲層13或離子源層 14中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。因此，能夠抑制存儲器件的諸如每個(gè)存儲單元的寫入電壓、讀取電壓和耐重復(fù)之類的特性的變化。另外，由于能夠抑制由元素?cái)U(kuò)散到存儲單元的外部所導(dǎo)致的特性的劣化，所以能夠改善耐重復(fù)的特性。另外，由于能夠通過抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化來降低用于可靠進(jìn)行寫入操作和讀取操作的寫入電壓和讀取電壓的裕度，所以能夠使寫入電壓和讀取電壓降低。另外，抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化，于是能夠可靠進(jìn)行寫入和讀取操作，由此，能夠穩(wěn)定地操作存儲器件。由此，即使進(jìn)行器件的小型化時(shí)，仍能夠?qū)崿F(xiàn)可穩(wěn)定操作的存儲器件。2.第一實(shí)施例接下來，將說明本發(fā)明的存儲器件的具體實(shí)施例。圖3表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)。該實(shí)施例是圖1所示的第一類型存儲器件的具體實(shí)施例。另外，圖3表示一個(gè)存儲單元的剖面圖，但事實(shí)上存儲器件是由多個(gè)存儲單元構(gòu)成的。在第一實(shí)施例的存儲器件中，如圖3所示，在多晶硅插頭層22上依次形成存儲單元的下電極12、存儲層13和離子源層14，多晶硅插頭層22形成為掩埋在諸如硅氧化物層之類的絕緣層21中。在這些部件上形成與相鄰的存儲單元公共的上電極15。在圖3中，附圖標(biāo)記16表示覆蓋上電極15的層(絕緣層等)。絕緣層21和多晶硅插頭層22對應(yīng)于圖 1中的形成在下電極12下方的下層11。多晶硅插頭層22連接到形成在其下方用于選擇存儲單元的晶體管等(未圖示)。通過層間絕緣層17隔離相鄰的存儲單元。下電極12形成為使得其上表面的一部分為凹形。在下述制造方法中的蝕刻時(shí)形成這個(gè)凹部。另外，下電極12的上表面形成為具有比存儲層13寬的圖案。如上所述，上表面形成為具有比存儲層13寬的圖案，于是即使在下電極12和存儲層13之間出現(xiàn)對準(zhǔn)偏差時(shí)，存儲層13的下表面仍能夠整體與下電極12接觸。存儲層13形成為掩埋下電極12的上表面中的凹部并具有U形截面。在存儲層13上和存儲層13的具有U形截面的內(nèi)部形成離子源層14。對于下電極12和上電極15的材料，可使用W、WN、Ti或TiN等。另外，也可使用用作半導(dǎo)體材料的其它電極材料。對于存儲層13的材料，可使用諸如Ta、Nb、Al、Hf、Zr、Ni、Co和Ce之類的金屬元素的氧化物。對于離子源層14的材料，可使用包括Cu、Ag、Si、Al和rLx中的至少一種元素以及 1^、S和％中的至少一種元素的材料。例如，可使用CuI1e或AlI1e等。在這個(gè)實(shí)施例中，具體地，在存儲層13的側(cè)壁和用于隔離每個(gè)存儲單元的層間絕緣層17之間形成防擴(kuò)散阻擋膜18。對于防擴(kuò)散阻擋膜18的材料，可使用諸如Ti、Ta、Ru、Mn、Al、Co和W等金屬的氧化物或氮化物和這些金屬的合金的氧化物或氮化物、非晶SiN或非晶SiCN等。因此，能夠抑制或防止包含在存儲層13或離子源層14中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。例如，能夠按如下方式制造該實(shí)施例的存儲器件。首先，如圖4A所示，在諸如硅氧化物層之類的絕緣層21中，連接到晶體管(未圖示)的多晶硅插頭層22形成為掩埋在絕緣層21中。然后，如圖4B所示，通過干蝕刻使多晶硅插頭層22的上部比相鄰的絕緣層21進(jìn)一步凹陷。將CxFy(x = 1 6，y = 1 8)、&或稀有氣體用于干蝕刻，將普通的磁控管型蝕刻裝置用作蝕刻裝置。接下來，通過RF濺射過程將由W、WN、Ti或TiN等制成的金屬膜掩埋在多晶硅插頭層22的開口中。另外，通過使用CMP (化學(xué)機(jī)械研磨)方法或干蝕刻去除保留在絕緣層21上的金屬膜，于是如圖4C所示，在多晶硅插頭層22上形成由金屬膜制成的下電極12。接下來，厚度為20 300nm的層間絕緣層形成為完全覆蓋絕緣層21和多晶硅插頭層22。對于層間絕緣層的材料，例如，可使用SiO2或31仏另外，對于形成層間絕緣層的方法，可使用等離子體CVD(化學(xué)氣相沉淀)方法或旋轉(zhuǎn)涂敷方法。通過上述方式，在下電極12上形成層間絕緣層。另外，如圖5D所示，在層間絕緣層17上形成抗蝕劑掩模23。通過使用抗蝕劑掩模 23進(jìn)行光刻和干蝕刻，以開設(shè)在層間絕緣層17中的方式形成到達(dá)下電極12的孔。這些過程可使用相關(guān)技術(shù)中的半導(dǎo)體制造方法中所使用的方法。對于光刻，可使用KrF曝光裝置、ArF曝光裝置或浸液ArF曝光裝置圖案化抗蝕劑掩模23。另外，對于干蝕刻，可將CxFy(x = 1 6，y = 1 8)、O2或稀有氣體用作蝕刻氣體，將普通的磁控管型蝕刻裝置用作蝕刻裝置。在蝕刻層間絕緣層17之后，例如，如圖5E所示，通過使用氧等離子體作為基的灰化過程或有機(jī)胺系列化學(xué)過程完全去除抗蝕劑掩模23和在蝕刻過程時(shí)產(chǎn)生的殘留附著材料。
接下來，如圖5F所示，通過RF濺射過程在層間絕緣層17和下電極12的表面上形成氮化物膜或氧化物膜對，氮化物膜或氧化物膜M比孔的深度薄，并充當(dāng)防擴(kuò)散阻擋膜 18。具體地，例如，在Ar/隊(duì)氣體環(huán)境或ArA)2氣體環(huán)境下，將氮化物膜或氧化物膜M形成為厚度為5 50nm的Ti、Ta、Ru、Mn、Al、Co和W的氮化物或氧化物。另外，通過反向?yàn)R射方法(通過將RF應(yīng)用到基板將稀有氣體離子發(fā)射到基板表面并物理去除表面上的雜質(zhì)的方法)，去除氮化物膜或氧化物膜24 (金屬氮化物或金屬氧化物)，于是如圖6G所示形成孔的底表面。此時(shí)，下電極12暴露，將下電極12的暴露于金屬膜的開口的一部分切除，于是形成凹部。接下來，如圖6H所示，通過相同的RF濺射過程形成與下電極12接觸的厚度為1 50nm的第一膜25 (即，鉭氧化物膜或鈮氧化物膜等)，第一膜25比孔的深度薄并充當(dāng)存儲層13。因此，使用充當(dāng)存儲層13的第一膜25來掩埋下電極12的凹部，第一膜25形成在孔的下部和側(cè)壁上。隨后，如圖61所示，通過RF濺射過程在第一膜25上形成厚度為5 300nm的第二膜沈(即，CuTe膜等)，第二膜沈掩埋在孔中并充當(dāng)離子源層14。接下來，通過CMP方法平坦化第二膜沈的表面，由此，去除氮化物膜或氧化物膜 M、第一膜25和第二膜沈中的每個(gè)膜的位于層間絕緣層17上的一部分，而保留位于孔中的部分。因此，如圖7J所示，在孔中形成由氮化物膜或氧化物膜M制成的防擴(kuò)散阻擋膜 18、由第一膜25制成的存儲層13和由第二膜制成的離子源層14。然后，如圖7K所示，通過RF濺射過程在離子源層14、存儲層13、防擴(kuò)散阻擋膜18 和層間絕緣層17的表面上形成上電極15。因此，上電極15形成為連接到離子源層14的表面。另外，形成覆蓋上電極15的層16 (絕緣層等)，于是能夠制造如圖3所示的存儲器件。另外，即使使用非晶SiN或非晶SiCN替代金屬氧化物或金屬氮化物作為防擴(kuò)散阻擋膜18，仍可以通過上述相同的過程形成防擴(kuò)散阻擋膜18。具體地，可通過等離子體CVD方法形成非晶SiN或非晶SiCN，可通過上述蝕刻氣體和蝕刻裝置去除位于孔的下部的非晶SiN或非晶SiCN。根據(jù)上述實(shí)施例的存儲器件的結(jié)構(gòu)，在存儲層13的側(cè)壁與用于隔離每個(gè)存儲單元的層間絕緣層17之間形成防擴(kuò)散阻擋膜18。因此，能夠抑制或防止包含在存儲層13或離子源層14中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。因此，根據(jù)本實(shí)施例的存儲器件的結(jié)構(gòu)，能夠抑制存儲器件的諸如每個(gè)存儲單元的寫入電壓、讀取電壓和耐重復(fù)之類的特性的變化。另外，由于能夠抑制由元素?cái)U(kuò)散到存儲單元的外部所導(dǎo)致的特性的劣化，所以能夠改善耐重復(fù)的特性。另外，由于能夠通過抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化來降低用于可靠進(jìn)行寫入操作和讀取操作的寫入電壓和讀取電壓的裕度，所以能夠使寫入電壓和讀取電壓降低。另外，抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化，以便能夠可靠進(jìn)行寫入和讀取操作，由此，能夠穩(wěn)定地操作存儲器件。
由此，即使進(jìn)行器件的小型化時(shí)，仍能夠?qū)崿F(xiàn)可穩(wěn)定操作的存儲器件。3.第二實(shí)施例圖8表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)。該實(shí)施例是圖1所示的第一類型存儲器件的具體實(shí)施例，其結(jié)構(gòu)稍微不同于圖3 所示的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。另外，如同第一實(shí)施例的圖3，圖8也表示一個(gè)存儲單元的剖面圖，但事實(shí)上存儲器件是由多個(gè)存儲單元構(gòu)成的。在第二實(shí)施例的存儲器件中，如圖8所示，不在下電極12的上表面上形成凹部，下電極12的上表面形成為與絕緣層21的上表面齊平的平坦表面。在平坦的下電極12的上表面上形成存儲層13。其它結(jié)構(gòu)基本上與圖3所示的第一實(shí)施例的存儲器件的結(jié)構(gòu)相同。S卩，在存儲層13的側(cè)壁與用于隔離每個(gè)存儲單元的層間絕緣層17之間形成防擴(kuò)散阻擋膜18。因此，能夠抑制或防止包含在存儲層13或離子源層14中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。另外，在該實(shí)施例中，通過采用下述制造方法，將氧化物用于層間絕緣層17，通過諸如Mn和Al及這些金屬的合金之類的金屬的氧化物形成防擴(kuò)散阻擋膜18。對于下電極12、上電極15、存儲層13和離子源層14中每個(gè)部分的材料，可使用第一實(shí)施例中所述的作為示例的材料。例如，能夠按如下方式制造該實(shí)施例的存儲器件。從形成層間絕緣層17的開口的過程至去除抗蝕劑掩模23的過程中的每個(gè)過程基本上與圖4A 圖5E所示的第一實(shí)施例的這些過程相同。因此，采用圖4A 圖5E所示的過程，省略了對其的說明。在這個(gè)實(shí)施例中，從與圖5E所示的狀態(tài)相同的狀態(tài)開始，如圖9F所示，通過RF濺射過程形成與下電極12接觸的厚度為1 50nm的第三膜27，第三膜27比孔的深度薄并充當(dāng)存儲層13。因此，在孔的底部和側(cè)壁上形成第三膜27。此時(shí)，使用合金靶或多個(gè)合金靶，以便在諸如鉭氧化物膜和鈮氧化物膜之類的第三膜27中混合1 20原子百分比的Mn或Al。這種結(jié)構(gòu)不同于第一實(shí)施例的第一膜25的結(jié)構(gòu)。接下來，如圖9G所示，通過相同的RF濺射過程在第三膜27上形成厚度為5 300nm的第二膜沈(即，CuTe膜等)，第二膜沈掩埋在孔中并充當(dāng)離子源層14。然后，通過使用諸如加熱板或火爐之類的加熱裝置在惰性氣體環(huán)境下以250 400°C的溫度對所獲得的產(chǎn)品持續(xù)加熱30分鐘。此時(shí)，包含在充當(dāng)存儲層13的第三膜27 中的Mn或Al在第三膜27中擴(kuò)散，并在層間絕緣層17的界面處與氧氣反應(yīng)，如圖9H所示， 于是形成厚度為1 IOnm的氧化物膜觀。接下來，通過CVD方法平坦化表面，由此，去除氧化物膜觀、第三膜27和第二膜沈的每個(gè)部分的處于層間絕緣層17上的部分，而保留位于孔中的部分。由此，如圖101所示， 在孔中形成由氧化物膜觀制成的防擴(kuò)散阻擋膜18、由第三膜27制成的存儲層13和由第二膜沈制成的離子源層14。
然后，如圖IOJ所示，通過RF濺射過程在離子源層14、存儲層13、防擴(kuò)散阻擋膜18 和層間絕緣層17的表面上形成上電極15。由此，上電極15形成為連接到離子源層14的表另外，形成覆蓋上電極15的層16 (絕緣層等)，于是能夠制造圖8所示的存儲器件。根據(jù)上述實(shí)施例的存儲器件的結(jié)構(gòu)，在存儲層13的側(cè)壁和用于隔離每個(gè)存儲單元的層間絕緣層17之間形成防擴(kuò)散阻擋膜18。因此，能夠抑制或防止包含在存儲層13或離子源層14中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。由此，根據(jù)本實(shí)施例的存儲器件，能夠抑制存儲器件的諸如每個(gè)存儲單元的寫入電壓、讀取電壓和耐重復(fù)之類的特性的變化。另外，由于能夠抑制由元素?cái)U(kuò)散到存儲單元的外部所導(dǎo)致的特性的劣化，所以能夠改善耐重復(fù)的特性。另外，由于能夠通過抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化來降低用于可靠進(jìn)行寫入操作和讀取操作的寫入電壓和讀取電壓的裕度，所以能夠使寫入電壓和讀取電壓降低。另外，抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化，以便能夠可靠進(jìn)行寫入和讀取操作，由此，能夠穩(wěn)定地操作存儲器件。由此，即使進(jìn)行器件的小型化時(shí)，仍能夠?qū)崿F(xiàn)可穩(wěn)定操作的存儲器件。4.第三實(shí)施例圖11表示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)。該實(shí)施例是圖2所示的第二類型存儲器件的具體實(shí)施例。另外，圖11也表示一個(gè)存儲單元的剖面圖，但事實(shí)上存儲器件是由多個(gè)存儲單元構(gòu)成的。在第三實(shí)施例的存儲器件中，如圖11所示，在多晶硅插頭層22上依次形成存儲單元的下電極12、存儲層13和離子源層14，多晶硅插頭層22形成為掩埋在諸如硅氧化物層之類的絕緣層21中。在這些部件上形成與相鄰的存儲單元公共的上電極15。在圖11中， 附圖標(biāo)記16表示覆蓋上電極15的層(絕緣層等)。下電極12的上表面形成為具有比存儲層13寬的圖案。如上所述，上表面形成為具有比存儲層13寬的圖案，于是即使在電極12和存儲層13之間出現(xiàn)對準(zhǔn)偏差時(shí)，存儲層 13的下表面仍能夠整體與下電極12接觸。存儲層13形成為具有U形截面。在存儲層13上和存儲層13的具有U形截面的內(nèi)部形成離子源層14。對于下電極12、上電極15、存儲層13和離子源層14的材料，可使用第一實(shí)施例中所述的作為示例的材料。在這個(gè)實(shí)施例中，具體地，防擴(kuò)散阻擋層19形成為用于隔離每個(gè)存儲單元的絕緣層。對于防擴(kuò)散阻擋層19的材料，可使用含氮樹脂材料、非晶SiN或非晶SiCN等。因此，能夠抑制或防止包含在存儲層13或離子源層14中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。例如，能夠按如下方式制造該實(shí)施例的存儲器件。
首先，如圖12A所示，在諸如硅氧化物層之類的絕緣層21中，連接到下層晶體管 (未圖示)的多晶硅插頭層22形成為掩埋在絕緣層21中。然后，如圖12B所示，通過干蝕刻使多晶硅插頭層22的上部比相鄰的絕緣層21進(jìn)一步凹陷。將CxFy(x = 1 6，y = 1 8)、&或稀有氣體用于干蝕刻，將普通的磁控管型蝕刻裝置用作蝕刻裝置。接下來，通過RF濺射過程在多晶硅插頭層22的開口中掩埋由W、WN、Ti或TiN等制成的金屬膜。另外，通過使用CMP (化學(xué)機(jī)械研磨)方法或干蝕刻去除保留在絕緣層21上的金屬膜，于是如圖12C所示，在多晶硅插頭層22上形成由金屬膜制成的下電極12。接下來，如圖13D所示，厚度為20 300nm的防擴(kuò)散阻擋層19形成為完全覆蓋絕緣層21和多晶硅插頭層22。由此，在下電極12上形成防擴(kuò)散阻擋層19。對于防擴(kuò)散阻擋層19的材料，例如，可使用諸如BCB(苯并環(huán)丁烯，benzocyclobutene)之類的樹脂材料或非晶SiC或SiCN。另外，對于形成防擴(kuò)散阻擋層19的方法，可使用等離子體CVD (化學(xué)氣相沉積)方法或旋轉(zhuǎn)涂敷方法。隨后，通過光刻和干蝕刻，到達(dá)下電極12的孔形成為在防擴(kuò)散阻擋層19中開口。這些過程可使用相關(guān)技術(shù)中的半導(dǎo)體制造方法中所使用的方法。對于光刻，使用KrF曝光裝置、ArF曝光裝置或浸液ArF曝光裝置圖案化抗蝕劑掩模。另外，對于干蝕刻，將CxFy(x = 1 6，y = 1 8)、&或稀有氣體用作干蝕刻氣體，將普通的磁控管型蝕刻裝置用作蝕刻裝置。在蝕刻防擴(kuò)散阻擋層19之后，例如，通過使用氧等離子體作為基的灰化過程或有機(jī)胺系列化學(xué)過程完全去除抗蝕劑掩模和在蝕刻過程時(shí)產(chǎn)生的殘留附著材料。圖13E表示了這種狀態(tài)。接下來，如圖13F所示，通過RF濺射過程形成與下電極12接觸的厚度為1 50nm 的第一膜25 ( S卩，鉭氧化物膜或鈮氧化物膜等)，第一膜25比孔的深度薄并充當(dāng)存儲層13。 由此，在孔的下部和側(cè)壁上形成第一膜25。隨后，如圖14G所示，通過RF濺射過程在第一膜25上形成掩埋在孔中并充當(dāng)離子源層14的厚度為5 300nm的第二膜沈(S卩，CuTe膜等)。接下來，通過CMP方法平坦化第二膜沈的表面，由此，去除第一膜25和第二膜沈中的每個(gè)膜的位于防擴(kuò)散阻擋層19上的部分，而保留孔中的部分。因此，如圖14H所示，在孔中形成由第一膜25制成的存儲層13和由第二膜沈制成的離子源層14。然后，如圖141所示，通過RF濺射過程在離子源層14、存儲層13和防擴(kuò)散阻擋層 19的表面上形成上電極15。因此，上電極15形成為連接到離子源層14的表面。另外，形成覆蓋上電極15的層16 (絕緣層等)，于是能夠制造如圖11所示的存儲器件。根據(jù)上述實(shí)施例的存儲器件的結(jié)構(gòu)，防擴(kuò)散阻擋層19形成為用于隔離每個(gè)存儲單元的絕緣層。由此，能夠抑制或防止包含在存儲層13或離子源層14中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。因此，根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的存儲器件的結(jié)構(gòu)，能夠抑制存儲器件的諸如每個(gè)存儲單元的寫入電壓、讀取電壓和耐重復(fù)之類的特性的變化。
另外，由于能夠抑制由元素?cái)U(kuò)散到存儲單元的外部所導(dǎo)致的特性的劣化，所以能夠改善耐重復(fù)的特性。另外，由于能夠通過抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化來降低用于可靠進(jìn)行寫入操作和讀取操作的寫入電壓和讀取電壓的裕度，所以能夠使寫入電壓和讀取電壓降低。另外，抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化，以便能夠可靠進(jìn)行寫入和讀取操作，由此，能夠穩(wěn)定地操作存儲器件。由此，即使進(jìn)行器件的小型化時(shí)，仍能夠?qū)崿F(xiàn)可穩(wěn)定操作的存儲器件。5.第四實(shí)施例圖15表示根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的存儲器件的示意結(jié)構(gòu)圖(剖面圖)。該實(shí)施例是圖2所示的第二類型存儲器件的具體實(shí)施例。另外，圖15也表示一個(gè)存儲單元的剖面圖，但事實(shí)上存儲器件是由多個(gè)存儲單元構(gòu)成的。在第四實(shí)施例的存儲器件中，如圖15所示，在多晶硅插頭層22上依次形成存儲單元的下電極12、存儲層13、離子源層14和上電極15，多晶硅插頭層22形成為掩埋在諸如硅氧化物層之類的絕緣層21中。下電極12的上表面形成為具有比存儲層13寬的圖案。如上所述，下電極12的上表面形成為具有比存儲層13寬的圖案，于是即使在下電極12和存儲層13之間出現(xiàn)對準(zhǔn)偏差時(shí)，存儲層13的下表面仍能夠整體與下電極12接觸。另外，存儲層13、離子源層14和上電極15形成為具有相同的平面圖案。對于下電極12、上電極15、存儲層13和離子源層14的材料，可使用第一實(shí)施例中所述的作為示例的材料。在這個(gè)實(shí)施例中，具體地，防擴(kuò)散阻擋層19形成為用于隔離每個(gè)存儲單元的絕緣層。對于防擴(kuò)散阻擋層19的材料，可使用含氮樹脂材料、非晶SiN或非晶SiCN等。因此，能夠抑制或防止包含在存儲層13或離子源層14中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。例如，能夠按如下方式制造該實(shí)施例的存儲器件。從開始至形成下電極12的過程中的每個(gè)過程基本上與圖12A 圖12C所示的第三實(shí)施例的制造方法相同。由此，采用圖12A 圖12C所示的過程，并省略了其說明。在這個(gè)實(shí)施例中，從與圖12C所示的狀態(tài)相同的狀態(tài)開始，如圖16D所示，通過RF 濺射過程順序形成厚度為1 50nm的存儲層13、厚度為5 IOOnm的離子源層14和厚度為20 IOOnm的上電極15。接下來，通過使用等離子體CVD方法形成厚度為10 200nm的SW2膜30，SiO2膜 30充當(dāng)用于處理上電極15的金屬層的硬掩模。然后，如圖16E所示，通過使用ArF曝光裝置或KrF曝光裝置進(jìn)行抗蝕劑圖案化， 以在SiA膜30上形成抗蝕劑掩模31。接下來，如圖16F所示，通過使用離子銑蝕或干蝕刻將上電極15至存儲層13中的每個(gè)層圖案化成每個(gè)存儲單元的圖案。此時(shí)，在離子銑蝕的情況下使用Ar離子，在干蝕刻的情況下使用鹵素氣體或使用鹵素氣體和稀有氣體。
接下來，如圖17G所示，通過以完全覆蓋存儲層13、離子源層14和上電極15的方式形成厚度為20 300nm的防擴(kuò)散阻擋層19，防擴(kuò)散阻擋層19是由絕緣層制成并防止元素的擴(kuò)散。對于防擴(kuò)散阻擋層19的材料，例如，可使用諸如BCB(苯并環(huán)丁烯， benzocyclobutene)之類的樹脂材料或非晶SiC或SiCN。另外，對于形成防擴(kuò)散阻擋層19 的方法，可使用等離子體CVD (化學(xué)氣相沉積)方法或旋轉(zhuǎn)涂敷方法。接下來，如圖17H所示，通過使用CMP方法平坦化防擴(kuò)散阻擋層19的表面。另外，如圖171所示，通過使用光刻或干蝕刻方法在防擴(kuò)散阻擋層19中形成到達(dá)上電極15的開口，在上電極15上形成上部結(jié)構(gòu)(未圖示)和接觸孔。于是，能夠制造圖15 所示的存儲器件。根據(jù)上述實(shí)施例的存儲器件的結(jié)構(gòu)，防擴(kuò)散阻擋層19形成為用于隔離每個(gè)存儲單元的絕緣層。由此，能夠抑制或防止包含在存儲層13或離子源層14中的諸如Cu之類的具有高擴(kuò)散系數(shù)的元素的擴(kuò)散。因此，根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的存儲器件的結(jié)構(gòu)，能夠抑制存儲器件的諸如每個(gè)存儲單元的寫入電壓、讀取電壓和耐重復(fù)之類的特性的變化。另外，由于能夠抑制由元素?cái)U(kuò)散到存儲單元的外部所導(dǎo)致的特性的劣化，所以能夠改善耐重復(fù)的特性。另外，由于能夠通過抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化來降低用于可靠進(jìn)行寫入操作和讀取操作的寫入電壓和讀取電壓的裕度，所以能夠使寫入電壓和讀取電壓降低。另外，抑制每個(gè)存儲單元的特性的變化，以便能夠可靠進(jìn)行寫入和讀取操作，由此，能夠穩(wěn)定地操作存儲器件。由此，即使進(jìn)行器件的小型化時(shí)，仍能夠?qū)崿F(xiàn)可穩(wěn)定操作的存儲器件。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的存儲器件中，優(yōu)選地，每個(gè)存儲單元以一對一的關(guān)系電連接至用于選擇每個(gè)存儲單元的晶體管。另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過層疊下電極、存儲層、離子源層和上電極中各層所配置的結(jié)構(gòu)不限于圖1、圖2和上述實(shí)施例所示的結(jié)構(gòu)，也可采用其他結(jié)構(gòu)。例如，在上述實(shí)施例中，離子源層14層疊在存儲層13上。本發(fā)明包括以下結(jié)構(gòu) 存儲層層疊在離子源層上，且隔離每個(gè)存儲單元的離子源層和存儲層。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可實(shí)現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素，可以在本發(fā)明所附的權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、組合、次組合及改變。
1權(quán)利要求
1.一種存儲器件，其包括存儲層，每個(gè)存儲單元的所述存儲層均被隔離，所述存儲層通過電阻值的變化存儲信息；離子源層，其形成為使得所述每個(gè)存儲單元的所述離子源層均被隔離，并形成為層疊在所述存儲層上，所述離子源層包含Cu、Ag、ai、Al和ττ中的至少一種元素以及Te、S和％ 中的至少一種元素；絕緣層，其隔離所述每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層；及防擴(kuò)散阻擋部，其設(shè)于所述每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層的周圍以防止元素的擴(kuò)散。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲器件，其中，在所述存儲層和所述離子源層所形成的共同體與所述絕緣層之間形成所述防擴(kuò)散阻擋部。
3.如權(quán)利要求1所述的存儲器件，其中，所述絕緣層還充當(dāng)所述防擴(kuò)散阻擋部。
4.如權(quán)利要求2所述的存儲器件，其中，所述防擴(kuò)散阻擋部是由Ti、Ta、Ru、Mn、Al、Co 和W中的金屬元素的氧化物膜或氮化物膜或這些金屬元素的合金的氧化物膜或氮化物膜形成。
5.如權(quán)利要求2所述的存儲器件，其中，所述防擴(kuò)散阻擋部是由非晶SiN或非晶SiCN 形成。
6.如權(quán)利要求3所述的存儲器件，其中，所述防擴(kuò)散阻擋部是由含氮樹脂材料形成。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的存儲器件，其中，所述存儲層包括氧化物層。
8.如權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的存儲器件，其中，當(dāng)向所述存儲層和所述離子源層施加電壓時(shí)，包含在所述離子源層中的元素被離子化后作為離子擴(kuò)散到所述存儲層的內(nèi)部，在所述存儲層中形成導(dǎo)電路徑，由此所述存儲層的電阻值變低。
9.一種存儲器件的制造方法，其包括以下步驟在下電極上形成絕緣層，并在所述絕緣層中開設(shè)到達(dá)所述下電極的孔； 在表面上形成Ti、Ta、Ru、Mn、Al、Co和W中的金屬元素的氮化物膜或氧化物膜或這些金屬元素的合金的氮化物膜或氧化物膜，所述氮化物膜或氧化物膜比所述孔的深度??； 去除所述孔的下部中的所述氮化物膜或氧化物膜，暴露所述下電極； 形成與所述下電極接觸并充當(dāng)存儲層的第一膜，所述第一膜比所述孔的深度??； 在所述第一膜上形成第二膜，所述第二膜掩埋于所述孔中并充當(dāng)離子源層，所述離子源層包含Cu、Ag、ZruAl和&中的至少一種元素以及Te、S和％中的至少一種元素；通過平坦化表面去除所述氮化物膜或氧化物膜、所述第一膜和所述第二膜中的每個(gè)膜的位于所述絕緣層上的部分而保留位于所述孔中的部分，由此形成由所述氮化物膜或氧化物膜形成并防止元素?cái)U(kuò)散的防擴(kuò)散阻擋膜、由所述第一膜制成的所述存儲層和由所述第二膜制成的所述離子源層；以及在所述離子源層上形成上電極。
10.一種存儲器件的制造方法，其包括以下步驟在下電極上形成由氧化物制成的絕緣層，并在所述絕緣層中開設(shè)到達(dá)所述下電極的孔；形成與所述下電極接觸并充當(dāng)存儲層的膜，所述存儲層包含Mn或Al，充當(dāng)所述存儲層的所述膜比所述孔的深度薄；在充當(dāng)所述存儲層的所述膜上形成第二膜，所述第二膜掩埋于所述孔中并充當(dāng)離子源層，所述離子源層包含Cu、Ag、Zn、Al和rLx中的至少一種元素以及Te、S和Se中的至少一種元素；通過加熱處理使得包含在充當(dāng)所述存儲層的所述膜中的Mn或Al擴(kuò)散，在充當(dāng)所述存儲層的所述膜與所述絕緣層之間的界面處形成氧化物膜，該氧化物膜構(gòu)成防止元素?cái)U(kuò)散的防擴(kuò)散阻擋膜；通過平坦化表面去除所述防擴(kuò)散阻擋膜、充當(dāng)所述存儲層的所述膜和所述第二膜中的每個(gè)膜的處于所述絕緣層上的部分而保留位于所述孔中的部分，由此形成由充當(dāng)所述存儲層的所述膜制成的所述存儲層及形成由所述第二膜制成的所述離子源層；及在所述離子源層上形成上電極。
11.一種存儲器件的制造方法，其包括以下步驟在下電極上形成防擴(kuò)散阻擋層，并在所述防擴(kuò)散阻擋層中開設(shè)到達(dá)所述下電極的孔， 所述防擴(kuò)散阻擋層是由絕緣層制成并防止元素的擴(kuò)散；形成與所述下電極接觸并充當(dāng)存儲層的第一膜，所述第一膜比所述孔的深度??； 在所述第一膜上形成第二膜，所述第二膜掩埋于所述孔中并充當(dāng)離子源層，所述離子源層包含Cu、Ag、ZruAl和&中的至少一種元素以及Te、S和％中的至少一種元素；通過平坦化表面去除所述第一膜和所述第二膜中的每個(gè)膜的位于所述防擴(kuò)散阻擋層上的部分而保留位于所述孔中的部分，由此形成由所述第一膜制成的所述存儲層和由所述第二膜制成的所述離子源層；及在所述離子源層上形成上電極。
12.—種存儲器件的制造方法，其包括以下步驟在下電極上依次形成以下各層存儲層、離子源層和上電極，所述離子源層包含Cu、 Ag、ZruAl和ττ中的至少一種元素以及Te、S和％中的至少一種元素；將所述存儲層、所述離子源層和所述上電極圖案化成每個(gè)存儲單元的圖案； 以完全覆蓋所述存儲層、所述離子源層和所述上電極的方式形成防擴(kuò)散阻擋層，所述防擴(kuò)散阻擋層是由絕緣層制成并防止元素的擴(kuò)散；及在所述防擴(kuò)散阻擋層中形成到達(dá)所述上電極的開口。
全文摘要
本發(fā)明涉及存儲器件及其制造方法。該存儲器件包括存儲層，每個(gè)存儲單元的所述存儲層均被隔離，所述存儲層通過電阻值的變化存儲信息；離子源層，其形成為使得每個(gè)存儲單元的所述離子源層均被隔離，并形成為層疊在所述存儲層上，所述離子源層包含Cu、Ag、Zn、Al和Zr中的至少一種元素以及Te、S和Se中的至少一種元素；絕緣層，其隔離每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層；及防擴(kuò)散阻擋部，其設(shè)于每個(gè)存儲單元的所述存儲層和所述離子源層的周圍以防止元素的擴(kuò)散。根據(jù)本發(fā)明的存儲器件即使在器件小型化時(shí)仍能夠穩(wěn)定操作。
文檔編號G11C13/00GK102214789SQ20111007577
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者香川恵永 申請人:索尼公司