(57)【要約】【課題】低電圧で安定して抵抗変化し、大容量化に適した抵抗変化型不揮発性記憶素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の抵抗変化型不揮発性素子は、第１の電極１０６と、第２の電極１０４と、両電極間に与えられる電気的信号に基づいて可逆的に抵抗値が変化する抵抗変化層１０５とを備え、抵抗変化層１０５はＭＯｘで表される組成を有する第１の遷移金属酸化物層１０５ｘと、ＭＯｙ（但し、ｘ＞ｙ）で表される組成を有する第２の遷移金属酸化物層１０５ｙと、ＭＯｚ（但し、ｙ＞ｚ）で表される組成を有する第３の遷移金属酸化物層１０５ｚとが、この順で積層された積層構造からなることを特徴とする。【選択図】図１
2010251352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に介在され、両電極間に与えられる電気的信号に基づいて可逆的に抵抗値が変化する抵抗変化層とを備え、
前記抵抗変化層はＭＯｘ（Ｍは遷移金属、Ｏは酸素を示す）で表される組成を有する第１の遷移金属酸化物層と、ＭＯｙ（但し、ｘ＞ｙ）で表される組成を有する第２の遷移金属酸化物層と、ＭＯｚ（但し、ｙ＞ｚ）で表される組成を有する第３の遷移金属酸化物層とが、この順で積層された構造からなることを特徴とする不揮発性記憶素子。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第１の遷移金属酸化物層が接続され、前記第２の電極と前記第３の遷移金属酸化物層が接続された不揮発性記憶素子において、
前記第１の電極と前記第２の電極は、異なる元素からなる材料によって構成され、前記第１の電極の標準電極電位Ｖ１と、前記第２の電極の標準電極電位Ｖ２と、前記第１、第２及び第３の遷移金属酸化物層を構成する遷移金属Ｍの標準電極電位Ｖｔとが、Ｖｔ＜Ｖ１かつＶ２＜Ｖ１を満足することを特徴とする請求項１に記載の不揮発性記憶素子。
【請求項３】
前記第１の電極が前記第２の電極の上方に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性記憶素子。
【請求項４】
前記第１の電極が前記第２の電極の下方に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の不揮発性記憶素子。
【請求項５】
前記第１の遷移金属酸化物層、前記第２の遷移金属酸化物層及び前記第３の遷移金属酸化物層はタンタルまたはハフニウムまたはジルコニウムの酸化物層を主たる抵抗変化材料とすることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性記憶素子。
【請求項６】
前記第１の遷移金属酸化物層、前記第２の遷移金属酸化物層及び前記第３の遷移金属酸化物層はタンタル酸化物層からなり、ＴａＯｘ、ＴａＯｙ、ＴａＯｚは、
２．１≦ｘ＜２．５
０．８≦ｙ≦１．９
ｚ＜０．８
を満足することを特徴とする請求項５に記載の不揮発性記憶素子。
【請求項７】
前記第１の遷移金属酸化物層、前記第２の遷移金属酸化物層及び前記第３の遷移金属酸化物層はハフニウム酸化物層からなり、ＨｆＯｘ、ＨｆＯｙ、ＨｆＯｚは、
１．８＜ｘ＜２．０
０．９≦ｙ≦１．６
ｚ＜０．９
を満足することを特徴とする請求項５に記載の不揮発性記憶素子。
【請求項８】
前記第１の遷移金属酸化物層、前記第２の遷移金属酸化物層及び前記第３の遷移金属酸化物層はジルコニウム酸化物層からなり、ＺｒＯｘ、ＺｒＯｙ、ＺｒＯｚは、
１．９  ＜ｘ＜２．０
０．９≦ｙ≦１．４
ｚ＜０．９
を満足することを特徴とする請求項５に記載の不揮発性記憶素子。
【請求項９】
基板上に第２の電極を形成する工程と、
前記第２の電極上にＭＯｚで表される組成を有する第３の遷移金属酸化物層を形成する工程と、
前記第３の遷移金属酸化物層上にＭＯｙ（但し、ｙ＞ｚ）で表される組成を有する第２の遷移金属酸化物層を形成する工程と、
前記第２の遷移金属酸化物層上にＭＯｘ（但し、ｘ＞ｙ）で表される組成を有する第１の遷移金属酸化物層を形成する工程と、
前記第１の遷移金属酸化物層上に第１の電極を形成する工程とを備え、
少なくとも前記第２の遷移金属酸化物層及び前記第３の遷移金属酸化物層は、酸素雰囲気中の反応性スパッタにより形成されたことを特徴とする不揮発性記憶素子の製造方法。
【請求項１０】
基板上に第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極上にＭＯｘで表される組成を有する第１の遷移金属酸化物層を形成する工程と、
前記第１の遷移金属酸化物層上にＭＯｙ（但し、ｘ＞ｙ）で表される組成を有する第２の遷移金属酸化物層を形成する工程と、
前記第３の遷移金属酸化物層上にＭＯｚ（但し、ｙ＞ｚ）で表される組成を有する第３の遷移金属酸化物層を形成する工程と、
前記第３の遷移金属酸化物層上に第２の電極を形成する工程とを備え、
前記第１の遷移金属酸化物層、前記第２の遷移金属酸化物層及び前記第３の遷移金属酸化物層は、酸素雰囲気中の反応性スパッタにより形成されたことを特徴とする不揮発性記憶素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の遷移金属酸化物層を酸化する工程をさらに有することを特徴とする請求項９または１０に記載の不揮発性記憶素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧パルスの印加により、抵抗値が変化する抵抗変化型の不揮発性記憶素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル技術の進展に伴って携帯情報機器や情報家電等の電子機器が、より一層高機能化している。これらの電子機器の高機能化に伴い、使用される半導体素子の微細化および高速化が急速に進んでいる。その中でも、フラッシュメモリに代表されるような大容量の不揮発性メモリの用途が急速に拡大している。更に、このフラッシュメモリに置き換わる次世代の新型不揮発性メモリとして、いわゆる抵抗変化素子を用いた抵抗変化型の不揮発性記憶装置の研究開発が進んでいる。ここで、抵抗変化素子とは、電気的信号によって抵抗値が可逆的に変化する性質を有し、さらにはこの抵抗値に対応した情報を、不揮発的に記憶することが可能な素子のことをいう。
【０００３】
この抵抗変化素子の一例として、酸素含有率の異なる遷移金属酸化物を積層して抵抗変化層に用いた不揮発性記憶素子が提案されている。酸素含有率の高い抵抗変化層と接触する電極界面に酸化・還元反応を選択的に発生させ、抵抗変化を安定化することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図７に、従来の抵抗変化素子を搭載した抵抗変化型の不揮発性記憶素子３０を示す。基板１００上に第１の配線１０１が形成され、この第１の配線１０１を被覆して、第１の層間絶縁層１０２が形成されている。第１の層間絶縁層１０２を貫通して、第１の配線１０１に接続される第１のコンタクトプラグ１０３が形成されている。第１のコンタクトプラグ１０３を被覆して、第１の層間絶縁層１０２上に第２の電極（下部電極）１０４、抵抗変化層１０５、第１の電極（上部電極）１０６からなる抵抗変化素子が形成されている。この抵抗変化素子を被覆して、第２の層間絶縁層１０７が形成され、第２の層間絶縁層１０７を貫通した第２のコンタクトプラグ１０８は上部電極１０６と第２の配線１０９を接続している。抵抗変化層１０５は第１の抵抗変化層１０５ｘと第２の抵抗変化層１０５ｙの積層構造からなり、かつ抵抗変化層は同種の遷移金属酸化物からなり、第１の抵抗変化層１０５ｘを形成する遷移金属酸化物の酸素含有率は、第２の抵抗変化層１０５ｙを形成する遷移金属酸化物の酸素含有率より高い。
【０００５】
このような構造とすることで、抵抗変化素子に電圧を印加した場合には、酸素含有率が高く、より高い抵抗値を示す第１の抵抗変化層１０５ｘにほとんどの電圧が印加されることになる。また、この界面近傍では、反応に寄与できる酸素も豊富に存在する。よって、上部電極１０６と第１の抵抗変化層１０５ｘとの界面で、選択的に酸化・還元の反応が起こり、安定に抵抗変化を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００８／１４９４８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記で説明した従来構造は、下部電極１０４と第２の抵抗変化層１０５ｙとの界面近傍で酸素濃度が上昇する現象が観測された。その様子を図８に示す。図８は、上部電極１０６、抵抗変化層１０５、下部電極１０４からなる抵抗変化素子の深さ方向の酸素プロファイルをＡＥＳ分析によって解析したものである。ここでは、抵抗変化層として、タンタル酸化物を用いている。横軸は、ＡＥＳ分析法のスパッタ時間を示すもので、抵抗素子の深さ方向に対応する距離に相当する。縦軸は、タンタルと酸素の濃度比を示すもので、値が大きいほど酸素含有率が高いことを示す。また、データの本数はサンプルの数であり、図８では４つのサンプルの結果を示している（黒菱形、黒四角、黒三角、黒丸）。図８より、上部電極１０６側に形成された第１の抵抗変化層１０５ｘ（ＴａＯｘ）は第２の抵抗変化層１０５ｙ（ＴａＯｙ）より酸素含有率が高いことが分かる。
【０００８】
一方、下部電極１０４の界面に接する領域の第２の抵抗変化層１０５ｙ中に酸素が増加したピークが確認できる。これは、抵抗変化素子形成以降のポストプロセスの熱処理で酸素が拡散され、下部電極界面近傍で酸素が滞留したためである。また、拡散工程終了後の製品となった段階でも、正負のパルス電圧を印加するバイポーラ型の抵抗変化型の不揮発性記憶素子では、下部電極側に電気的に酸素イオンが移動し、電極界面領域の酸素が増加することも十分懸念される。
【０００９】
このような下部電極界面近傍で、酸素が増加すると、デバイス動作上、様々な不具合が生じる。一例として、抵抗変化を開始させるためのブレイク工程（高抵抗層となる第１の抵抗変化層１０５ｘにフィラメントパスを形成して、以降スムーズなパルス動作をさせるための工程）の弊害について述べる。
【００１０】
図９（ａ）に、従来の不揮発性記憶素子の抵抗−電圧特性を示したグラフ、図９（ｂ）はその電流―電圧特性を示したグラフを示した。図９（ａ）より、第１の抵抗変化層をブレイクする前は、７０ＭΩ前後の初期抵抗を示している（レベルＡ）。上部電極側に負の電圧を印加していくと、第１の抵抗変化層１０５ｘから酸素イオンが脱離して薄くなり、−２Ｖ付近でブレイクが発生し、２０ｋΩ前後のＬＲ抵抗を示す（レベルＬ１）。次に、正の電圧を印加すると、＋３Ｖ付近で抵抗変化し、２００ｋΩ前後のＨＲ抵抗を示す（レベルＨ１）。再び、負の電圧を印加していくと、−１Ｖ付近で抵抗変化し、９ｋΩ前後のＬＲ抵抗を示す（レベルＬ２）。更に、正の電圧を印加すると、先ほどより電圧が低い＋２Ｖ付近で抵抗変化し、２００ｋΩ前後のＨＲ抵抗を示す（レベルＨ１）。以降は、レベルＬ２のＬＲ抵抗と、レベルＨ１のＨＲ抵抗との間を安定に抵抗変化する。最初のブレイク時の挙動は、１回目の負の電圧の印加では、上部電極側の高抵抗層のみブレイクでき、下部電極界面近傍にも酸素濃度が高い領域からなる高抵抗層はブレイクできないことが推測される。そのために、本来到達すべきレベルＬ２に到達できずに、やや抵抗が高いレベルＬ１に留まっている。また、下部電極界面近傍の酸素濃度が増加した領域に印加電圧が分圧されるので、１回目に正の電圧を掛けた場合に動作電圧が上昇すると考えられる。これを、実際のセンスアンプを用いた判定に用いる図９（ｂ）の電流−電圧特性でみると、レベルＬ１はレベルＬ２とレベルＨ１の中間に位置し、読み出しウィンドウが大幅に低減している。以上から、抵抗変化を発現させる界面と反対の界面での誤動作を抑制することは、読み出しウィンドウのマージンを向上させることにつながり、大容量、微細化に向けて、極めて重要なことである。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するもので、抵抗変化を発現させたくない電極との界面に酸素の増加が発生しないように、酸素含有率の低い抵抗変化層を設けることで、デバイスの誤動作を抑制し、その確率を極めて小さくするものである。即ち、大容量化に適した抵抗変化型の不揮発性記憶素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の不揮発性記憶素子は、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に介在され、両電極間に与えられる電気的信号に基づいて可逆的に抵抗値が変化する抵抗変化層とを備え、抵抗変化層はＭＯｘで表される組成を有する第１の遷移金属酸化物層と、ＭＯｙ（但し、ｘ＞ｙ）で表される組成を有する第２の遷移金属酸化物層と、ＭＯｚ（但し、ｙ＞ｚ）で表される組成を有する第３の遷移金属酸化物層とが、この順で積層された構造からなることを特徴とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、酸素含有率の最も高い第１の遷移金属酸化物層と一方の電極、酸素含有率の最も低い第３の遷移金属酸化物層を他方の電極と接続するように配置することで、前者の電極の界面領域で確実に抵抗変化をさせることができ、抵抗変化する極性が常に安定すると同時に、後者の電極の界面領域での誤動作を抑制し、安定なメモリ特性を得ることができる。抵抗変化動作のメカニズムは、電極界面近傍における酸素の酸化・還元が支配的であり、酸化・還元に寄与できる酸素が多い界面で優先的に動作するからである。
【００１４】
また、上述の不揮発性記憶素子において、第１の電極と第１の遷移金属酸化物層が接続され、第２の電極と第３の遷移金属酸化物層が接続する電極の構成において、第１の電極と第２の電極は、異なる元素からなる材料によって構成され、第１の電極の標準電極電位Ｖ１と、第２の電極の標準電極電位Ｖ２と、第１、第２及び第３の遷移金属酸化物層を構成する遷移金属Ｍの標準電極電位Ｖｔとが、Ｖｔ＜Ｖ１かつＶ２＜Ｖ１を満足する構成とすることが好ましい。
【００１５】
このような構成とすることにより、抵抗変化層の変化する領域をより高い標準電極電位Ｖ１を有する第１の電極との界面に固定することができ、第１の電極の標準電極電位Ｖ１より低い標準電極電位Ｖ２を有する第２の電極との界面での誤動作を抑制することができる。即ち、抵抗変化する極性が常に安定することで、より安定に抵抗変化動作をする不揮発性記憶素子を実現することができる。
【００１６】
また、上述の電極の構成を有する不揮発性記憶素子において、第１の電極が第２の電極の上方に配置してもよい。この場合は、標準電極電位の高い材料として代表される貴金属などはエッチングが困難であるので、これを上方に配置した第１の電極に用いた場合には、これをマスクにして抵抗変化素子を形成することが容易になるという長所がある。また、表層酸化、酸素のイオン注入などの上部からの製造方法を用いると、抵抗変化層中の酸素プロファイルを制御しやすいという長所がある。
【００１７】
また、反対に、上述の電極の構成を有する不揮発性記憶素子において、第１の電極を第２の電極の下方に配置してもよい。この場合は、抵抗変化層を形成する前に、下方に配置した第１の電極を高温で焼結するなど、ポストプロセスで第１の電極がマイグレーションすることがないように、事前に焼結して固めることができるので、第１の電極と第１の抵抗変化層の界面を安定させ、安定なデバイス動作を実現できるという長所がある。
【００１８】
上述の不揮発性記憶素子において、抵抗変化層をタンタルまたはハフニウムまたはジルコニウムの遷移金属酸化物を主たる抵抗変化材料とする構成としてもよい。このような構成とすることにより、動作の高速性に加えて可逆的に安定した書き換え特性と良好な抵抗値のリテンション特性を有する。また、通常のシリコン半導体プロセスと親和性の高い製造プロセスで製造できる。
【００１９】
とりわけ、タンタル酸化物については、ＴａＯｘ、ＴａＯｙ、ＴａＯｚは、
２．１≦ｘ＜２．５
０．８≦ｙ≦１．９
ｚ＜０．８
を満足することが好ましい。また、ハフニウム酸化物については、ＨｆＯｘ、ＨｆＯｙ、ＨｆＯｚは、
１．８＜ｘ＜２．０
０．９≦ｙ≦１．６
ｚ＜０．９
を満足することが好ましい。また、ジルコニウム酸化物については、ＺｒＯｘ、ＺｒＯｙ、ＺｒＯｚは、
１．９  ＜ｘ＜２．０
０．９≦ｙ≦１．４
ｚ＜０．９
を満足することが好ましい。一方の電極で酸化・還元反応を、他方の電極ではその抑制を確実にし、デバイスの安定動作を実現するためである。
【００２０】
本発明の第１の不揮発性記憶素子の製造方法は、基板上に第２の電極を形成する工程と、第２の電極上にＭＯｚで表される組成を有する第３の遷移金属酸化物層を形成する工程と、第３の遷移金属酸化物層上にＭＯｙ（但し、ｙ＞ｚ）で表される組成を有する第２の遷移金属酸化物層を形成する工程と、第２の遷移金属酸化物層上にＭＯｘ（但し、ｘ＞ｙ）で表される組成を有する第１の遷移金属酸化物層を形成する工程と、第１の遷移金属酸化物層上に第１の電極を形成する工程とを備え、少なくとも第２の遷移金属酸化物層及び第３の遷移金属酸化物層は、酸素雰囲気中の反応性スパッタにより形成されたことを特徴とする。第１の遷移金属酸化物層は、酸素雰囲気中の反応性スパッタにより形成してもよいし、第２の遷移金属酸化物層を酸化してもよい。
【００２１】
また、本発明の第２の不揮発性記憶素子の製造方法は、基板上に第１の電極を形成する工程と、第１の電極上にＭＯｘで表される組成を有する第１の遷移金属酸化物層を形成する工程と、第１の遷移金属酸化物層上にＭＯｙ（但し、ｘ＞ｙ）で表される組成を有する第２の遷移金属酸化物層を形成する工程と、第３の遷移金属酸化物層上にＭＯｚ（但し、ｙ＞ｚ）で表される組成を有する第３の遷移金属酸化物層を形成する工程と、第３の遷移金属酸化物層上に第２の電極を形成する工程とを備え、第１の遷移金属酸化物層、第２の遷移金属酸化物層及び第３の遷移金属酸化物層は、酸素雰囲気中の反応性スパッタにより形成されたことを特徴とする。
【００２２】
以上の製造方法とすることにより、酸素流量に応じて酸素含有率が異なる遷移金属酸化物を形成することができ、第１、第２及び第３の遷移金属酸化物を作り分けることができる。よって、第１の製造方法では、上部電極側で、第２の製造方法では、下部電極側で、酸化・還元反応を選択的に生じさせ、抵抗変化する極性が常に安定すると同時、反対電極の界面領域での誤動作を抑制し、安定なメモリ特性を得ることができる不揮発性記憶素子を製造することができる。
【００２３】
また、上述の第１及び第２の不揮発性記憶素子の製造方法に加えて、第１の遷移金属酸化物層を酸化する工程をさらに有することを特徴とする。
【００２４】
このような製造方法とすることにより、第１の遷移金属酸化物層の酸素含有率をより高くすることができ、リーク電流の抑制に効果がある。また、ポストプロセスの熱処理による酸素の拡散の影響も小さくすることができ、より確実に一方の電極で酸化・還元反応を生じさせることができるという長所がある。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の不揮発性記憶素子は、抵抗変化を発現する電極と接して酸素含有率の最も高い第１の遷移金属酸化物層と、その第１の遷移金属酸化物層に酸素を供給する母体となる第２の遷移金属酸化物層と、抵抗変化を発現しない電極に接して酸素含有率の最も低い第３の遷移金属酸化物層とからなる３層構造からなる抵抗変化層と配置することで、一方の電極の界面領域で確実に抵抗変化をさせ、他方の電極の界面領域での誤動作を抑制し、安定なメモリ特性を得るという効果を奏する。すなわち、抵抗変化しない電極界面近傍で酸素が増加することを未然に防止し、初期ブレイクの安定動作を実現、動作電圧の上昇を防止できる。特に、ギガビット（Ｇｂｉｔ）級大容量メモリの一部のビットの誤動作の確率を極めて低減することができるので、大容量の不揮発性メモリを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る不揮発性記憶素子の構成例を示す断面図
【図２】（ａ）から（ｆ）は、本発明の実施の形態１に係る不揮発性記憶素子の要部の製造方法を示す断面図
【図３】（ａ）から（ｃ）は、不揮発性記憶素子のタンタル酸化物からなる抵抗変化層中の酸素プロファイルを示すグラフ
【図４】（ａ）から（ｃ）は、不揮発性記憶素子の下部電極での抵抗変化特性を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態２に係る不揮発性記憶素子の構成例を示す断面図
【図６】（ａ）から（ｆ）は、本発明の実施の形態２に係る不揮発性記憶素子の要部の製造方法を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態１に係る不揮発性記憶素子の構成例を示す断面図
【図８】従来の不揮発性記憶素子の抵抗変化層ＴａＯ中の酸素プロファイルを示すグラフ
【図９】（ａ）は従来の不揮発性記憶素子の抵抗−電圧特性を示したグラフ、（ｂ）は電流―電圧特性を示したグラフ
【図１０】本発明の実施の形態１に係る不揮発性記憶素子の抵抗値とパルス回数特性を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態に係る不揮発性記憶素子とその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状などについては正確な表示ではない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る抵抗変化型の不揮発性記憶素子１０の構成例を示した断面図である。図１に示すように、本実施の形態１の抵抗変化型不揮発性記憶素子１０は、第１の配線１０１が形成された基板１００と、この基板１００上に第１の配線１０１を覆って形成されたシリコン酸化膜（３００〜５００ｎｍ）からなる第１の層間絶縁層１０２と、この第１の層間絶縁層１０２を貫通して形成され、第１の配線１０１と電気的に接続された、タングステンを主成分とした第１のコンタクトプラグ１０３（５０〜３００ｎｍφ）を有している。そして、第１のコンタクトプラグ１０３を被覆して、第１の層間絶縁層１０２上には、第２の電極（下部電極）１０４（５〜１００ｎｍ）、抵抗変化層１０５（２０〜１００ｎｍ）、第１の電極（上部電極）１０６（５〜１００ｎｍ）からなる抵抗変化素子が形成されている。この抵抗変化素子を被覆して、シリコン酸化膜（３００〜５００ｎｍ）からなる第２の層間絶縁層１０７が形成され、この第２の層間絶縁層１０７を貫通して、上部電極１０６と電気的に接続された、タングステンを主成分とした第２のコンタクトプラグ１０８（５０〜３００ｎｍφ）が形成されている。第２のコンタクトプラグ１０８を被覆して、第２の層間絶縁層１０７上には、第２の配線１０９が形成されている。
【００２９】
ここで、抵抗変化層は、第１の抵抗変化層１０５ｘ、第２の抵抗変化層１０５ｙ及び第３の抵抗変化層１０５ｚの３層からなる積層構造からなり、第１の抵抗変化層１０５ｘが上部電極１０６と、第３の抵抗変化層１０５ｚが下部電極１０４と接するように配置されている。これらの抵抗変化層は同種の遷移金属酸化物であり、第１の抵抗変化層１０５ｘを形成する遷移金属酸化物の酸素含有率は、第２の抵抗変化層１０５ｙを形成する遷移金属酸化物の酸素含有率より高く、第３の抵抗変化層１０５ｚを形成する遷移金属酸化物の酸素含有率は、第２の抵抗変化層１０５ｙを形成する遷移金属酸化物の酸素含有率より低い構成としている。
【００３０】
上述の実施形態において、抵抗変化層としてタンタル酸化物を用いる場合の酸素含有率について検討する。本件出願人は国際公開２００８／０５９７０１号において、酸素欠損状態を示すタンタル酸化物を単層の抵抗変化層として用いる場合には、その酸素含有率が、０．８以上１．９以下の範囲で高抵抗値が低抵抗値の５倍以上の安定動作をすることを報告している。また、国際公開２００８／１４９４８４号において、電極界面近傍に２．１以上２．５未満のタンタル酸化物を挿入して積層構造とすることで、フォーミング動作が不要で、一回目の電圧印加から安定なパルス動作が実現できることを報告している。
【００３１】
以上を鑑み、第１の抵抗変化層ＴａＯｘには、フォーミング動作が不要となる選択的に酸化・還元反応を促進できる２．１≦ｘ＜２．５の組成範囲、第２の抵抗変化層ＴａＯｙには、母体として安定に抵抗変化を生じさせることができる０．８≦ｙ≦１．９の組成範囲、第３の抵抗変化層ＴａＯｚには、酸素含有率が低くて抵抗変化しにくいｚ＜０．８の組成範囲とすることが好ましい。
【００３２】
また、上述の実施形態において、抵抗変化層としてハフニウム酸化物を用いる場合の酸素含有率について検討する。本件出願人は特願２００８−１８０９４６号において、酸素欠損状態を示すハフニウム酸化物を単層の抵抗変化層として用いる場合には、その酸素含有率が、０．９以上１．６以下の範囲で抵抗変化を示すことを報告している。電極界面部分に１．８より大きく２．０未満のハフニウム酸化物を挿入して積層構造とすることで、フォーミング動作が不要で、一回目の電圧印加から安定なパルス動作が実現できることも報告している。
【００３３】
以上を鑑み、第１の抵抗変化層ＨｆＯｘには、フォーミング動作が不要となる選択的に酸化・還元反応を促進できる１．８＜ｘ＜２．０の組成範囲、第２の抵抗変化層ＨｆＯｙには、母体として安定に抵抗変化を生じさせることができる０．９≦ｙ≦１．６の組成範囲、第３の抵抗変化層ＨｆＯｚには、酸素含有率が低くて抵抗変化しにくいｚ＜０．９の組成範囲とすることが好ましい。
【００３４】
また、上述の実施形態において、抵抗変化層としてジルコニウム酸化物を用いる場合の酸素含有率について検討する。本件出願人は特願２００８−１８０９４４号において、酸素欠損状態を示すジルコニウム酸化物を単層の抵抗変化層として用いる場合には、その酸素含有率が、０．９以上１．４以下の範囲で抵抗変化を示すことを報告している。電極界面部分に１．９より大きく２．０未満のジルコニウム酸化物を挿入して積層構造とすることで、フォーミング動作が不要で、一回目の電圧印加から安定なパルス動作が実現できることも報告している。
【００３５】
以上のことを鑑みると、第１の抵抗変化層ＺｒＯｘには、フォーミング動作が不要となる選択的に酸化・還元反応を促進できる１．９  ＜ｘ＜２．０の組成範囲、第２の抵抗変化層ＺｒＯｙには、母体として安定に抵抗変化を生じさせることができる０．９≦ｙ≦１．４の組成範囲、第３の抵抗変化層ＺｒＯｚには、酸素含有率が低くて抵抗変化しにくいｚ＜０．９の組成範囲とすることが好ましい。
【００３６】
図２（ａ）から（ｆ）は本実施の形態１の抵抗変化型の不揮発性記憶素子１０の要部の製造方法を示す断面図である。これらを用いて、本実施の形態１の抵抗変化型の不揮発性記憶素子１０の要部の製造方法について説明する。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、下部電極１０４を形成する工程において、トランジスタや下層配線などが形成されている基板１００上にパターニング後に第２の電極（下部電極）１０４となるタンタル窒化物からなる導電層１０４’を形成する。
【００３８】
次に、図２（ｂ）に示すように、第３の抵抗変化層１０５ｚを形成する工程において、導電層１０４’上に、酸素含有率が最も低い遷移金属酸化物からなる第３の抵抗変化層１０５ｚ’を形成する。ここでは、タンタルターゲットをアルゴンと酸素ガス雰囲気中でスパッタリングする、いわゆる、反応性スパッタ法で形成した（パワー；１６００Ｗ、成膜圧力；０．１６Ｐａ、ガス流量；Ａｒ／Ｏ２＝４３／１２ｓｃｃｍ）。その酸素含有率はｚ＝０．６８、その抵抗率は０．３３ｍΩ、膜厚は１０ｎｍである。
【００３９】
次に、図２（ｃ）に示すように、第２の抵抗変化層１０５ｙを形成する工程において、第３の抵抗変化層１０５ｚ’上に、遷移金属酸化物からなる第２の抵抗変化層１０５ｙ’を形成する。同様にして、タンタルターゲットを酸素ガス雰囲気中でスパッタリングする反応性スパッタ法で形成した（パワー；１６００Ｗ、成膜圧力；０．１６Ｐａ、ガス流量；Ａｒ／Ｏ２＝３４．７／２０．３ｓｃｃｍ）。その酸素含有率はｙ＝１．２９、その抵抗率は６ｍΩ、膜厚は３５ｎｍである。
【００４０】
次に、図２（ｄ）に示すように、第１の抵抗変化層１０５ｘを形成する工程において、第２の抵抗変化層１０５ｙ’上に、酸素含有率が最も高い遷移金属酸化物からなる第１の抵抗変化層１０５ｘ’を形成する。同様にして、タンタルターゲットを酸素ガス雰囲気中でスパッタリングする反応性スパッタ法で形成した（パワー；１６００Ｗ、成膜圧力；０．１６Ｐａ、ガス流量；Ａｒ／Ｏ２＝３０／２５ｓｃｃｍ）。その酸素含有率はｘ＝２．４、その抵抗率は１Ｅ７ｍΩ、膜厚は５ｎｍである。ここでは、反応性スパッタを用いて形成したが、プラズマ酸化で表層を酸化して、酸素含有率が最も高い遷移金属酸化物層を形成してもかまわない。スパッタ法では、ストイキオメトリー以上の酸素を含有させることは困難であるが、プラズマ酸化処理を行うと、酸素がタンタル酸化物の粒界、欠陥などに注入され、より高い酸素含有率を有する遷移金属酸化物層を形成することができるので、リーク電流の抑制に効果がある。例えば、成膜温度３００℃、パワー２００Ｗ、１５秒の処理で、ｘ＝２．４、膜厚５ｎｍ前後のタンタルからなる遷移金属酸化物層を形成することが可能である。また、タンタル酸化物ターゲットを酸素ガス雰囲気中でスパッタリングする反応性スパッタ法を用いてもよい。
【００４１】
次に、図２（ｅ）に示すように、第１の電極（上部電極）１０６を形成する工程において、第１の抵抗変化層１０５ｘ’上に、パターニング後に上部電極１０６となる白金からなる導電層１０６’を形成する。
【００４２】
最後に、図２（ｆ）に示すように、抵抗変化素子を形成する工程において、所望のマスクを用いて、導電層１０４’、第３の抵抗変化層１０５ｚ’、第２の抵抗変化層１０５ｙ’、第１の抵抗変化層１０５ｘ’及び導電層１０６’をパターニングして、第３の抵抗変化層１０５ｚ、第２の抵抗変化層１０５ｙ、第１の抵抗変化層１０５ｘの３層積層からなる抵抗変化層１０５を下部電極１０４、上部電極１０６で挟持した抵抗変化素子を形成する。標準電極電位の高い材料として代表される貴金属などはエッチングが困難であるので、上部電極に用いた場合に、これをハードマスクにして抵抗変化素子を形成することもできる。本工程では、同じマスクを用いて、一括してパターニングを行ったが、工程ごとにパターニングを行ってもかまわない。
【００４３】
以上の製造方法とすることにより、酸素流量に応じて酸素含有率が異なる遷移金属酸化物を形成することができ、第１、第２及び第３の遷移金属酸化物を作り分けることができる。即ち、上部電極の界面領域で、酸化・還元反応を選択的に生じさせ、抵抗変化する極性が常に安定すると同時に、下部電極の界面領域での誤動作を抑制し、安定なメモリ特性を得ることができる不揮発性記憶素子を製造することができる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、上部電極１０６と第１の抵抗変化層１０５ｘが接続され、下部電極１０４と第３の抵抗変化層１０５ｚが接続されているが、この場合に、上部電極と下部電極は異なる元素からなる材料とし、上部電極の標準電極電位Ｖ１と、下部電極の標準電極電位Ｖ２と、第１、第２及び第３の遷移金属酸化物層を構成する遷移金属Ｍの標準電極電位Ｖｔとが、Ｖｔ＜Ｖ１かつＶ２＜Ｖ１を満足する構成とすることが好ましい。本実施形態においては、上部電極１０６と第１の抵抗変化層１０５ｘが接続され、下部電極１０４と第３の抵抗変化層１０５ｚが接続されており、上部電極１０６には白金（Ｐｔ）、下部電極１０４にはタンタル窒化物（ＴａＮ）を用いた。白金の標準電極電位Ｖ１＝１．１８８Ｖ、タンタル窒化物の標準電極電位Ｖ２＝０．４８Ｖとなる。今回抵抗変化層に用いたタンタル酸化物のタンタルの酸化・還元のしやすさを示す標準電極電位Ｖｔ＝−０．６Ｖであるので、Ｖｔ＜Ｖ１であり、さらに、Ｖ２＜Ｖ１の関係を満たす。以上のような標準電極電位の関係（Ｖｔ＜Ｖ１  かつＶ２＜Ｖ１）を満足することで、抵抗変化する領域を上部電極と第１の抵抗変化層１０５ｘとの界面に固定することが一層容易となり、下部電極１０４と第３の抵抗変化膜１０５ｚとの界面での誤動作を抑制することが一層容易となる。
【００４５】
また、ハフニウム酸化物のハフニウムの標準電極電位Ｖｔ＝−１．５５Ｖ、ジルコニウム酸化物のジルコニウムの標準電極電位Ｖｔ＝−１．５３４Ｖなので、いずれの抵抗変化層として用いたとしても、Ｖｔ＜Ｖ１、さらに、Ｖ２＜Ｖ１の関係を満たす。
【００４６】
以上から、白金からなる上部電極１０６と酸素含有率の高い第１の抵抗変化層１０５ｘとの間で、確実に酸化・還元反応が起こり、抵抗変化現象が発現することを示している。また、Ｖ１＞Ｖ２の関係を満たすことから、この酸化・還元反応が、白金からなる上部電極１０６と第１の抵抗変化層１０５ｘの界面に優先的に発現し、下部電極１０４と酸素含有率の低い第３の抵抗変化層１０５ｚでは、酸化・還元反応は生じず、抵抗変化現象に伴う誤動作を防止することができる。上部電極は、白金の他に、イリジウム（Ｉｒ；標準電極電位＝１．１５６Ｖ）、パラジウム（Ｐｄ；標準電極電位＝０．９５１Ｖ）、銅（Ｃｕ；標準電極電位＝０．５２１Ｖ）のいずれかの金属、もしくはこれらの金属の組み合わせ及び合金から構成され、下部電極は、タンタル窒化物（ＴａＮ）の他に、チタン窒化物（ＴｉＮ；標準電極電位＝０．５５Ｖ）、タングステン（Ｗ；標準電極電位＝−０．１２Ｖ）、チタン（Ｔｉ；標準電極電位＝−１．６３Ｖ）のいずれかの金属からなる構成としてもよい。すなわち、これらの候補から、標準電極電位に関して、Ｖ１＞Ｖ２、かつＶｔ＜Ｖ１の関係を満足する電極を選択すればよい。
【００４７】
図３（ａ）から（ｃ）は、不揮発性記憶素子のタンタル酸化物からなる抵抗変化層中の酸素プロファイルを示すグラフである。図３（ａ）は、第１の抵抗変化層ＴａＯｘと第２の抵抗変化層ＴａＯｙの積層からなる抵抗変化層を有する従来の不揮発性記憶素子の抵抗変化層中の酸素プロファイル、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、第１の抵抗変化層ＴａＯｘ、第２の抵抗変化層ＴａＯｙ、第３の抵抗変化層ＴａＯｚの３層からなる抵抗変化層を有する本発明の不揮発性記憶素子の抵抗変化層中の酸素プロファイルである。いずれもトータルの抵抗変化層の膜厚は５０ｎｍであり、横軸方向に点線で示した１区間が１０ｎｍに相当する。図３（ａ）では、ＴａＯｚの膜厚が０ｎｍ、図３（ｂ）では、ＴａＯｚの膜厚が１０ｎｍ、図３（ｃ）ではＴａＯｚの膜厚は２０ｎｍである。ＡＥＳ分析なので、界面領域での分解能の精度は高くないが、図３（ｂ）及び図３（ｃ）では、第３の抵抗変化層ＴａＯｚの存在がしっかり確認でき、酸素流量を制御した反応性スパッタ法で第３の抵抗変化層を形成できることがわかる。
【００４８】
図１０に、図２のプロセスフローに従って作成した本実施形態の抵抗変化素子に、下部電極を基準にして上部電極に−２．０Ｖ（低抵抗化時）と＋４．０Ｖ(高抵抗化時)の電圧パルスを印加したときの抵抗変化の状態のグラフを示す。縦軸は抵抗変化素子の抵抗値、横軸は印加したパルスの回数である。通常は、ほぼ同じ絶対値の正パルスと負パルスを印加するが、ここでは、下部電極近傍での抵抗変化を誘導するため、正パルスの電圧を負パルスの電圧に対して２倍大きくして抵抗変化素子を動作させた。図１０より、９００回以上のパルス印加に対しても、安定に約1桁の抵抗変化していることがわかる。
【００４９】
最後に、図４（ａ）から（ｃ）に、本発明に係る不揮発性記憶素子の下部電極近傍（抵抗変化させたくない側）について、この近傍部での抵抗変化特性を、従来の構造と実験的に比較検証した結果を示す。いずれも、上部電極近傍での抵抗変化を抑制するため、意図的に第1の抵抗変化層ＴａＯｘは形成していない。図４（ａ）は、上部電極Ｐｔ、第２の抵抗変化層ＴａＯｙからなる抵抗変化層、下部電極ＴａＮを有する不揮発性記憶素子で、従来の２層構造（ＴａＯｘ／ＴａＯｙ）時の下部電極近傍での抵抗変化特性を確認するための構造、図４（ｂ）は、上部電極Ｐｔ、第２の抵抗変化層ＴａＯｙ、第３の抵抗変化層ＴａＯｚの積層からなる抵抗変化層、下部電極ＴａＮを有する本発明の効果を検証する不揮発性記憶素子で、本発明に係る第３の抵抗変化層ＴａＯｚを下部電極との界面に設けた構造、図４（ｃ）は、上部電極Ｐｔ、第２の抵抗変化層ＴａＯｙ、第３の抵抗変化層ＴａＯｚの積層からなる抵抗変化層、下部電極Ｔｉを有する本発明の効果を検証する不揮発性記憶素子で、下部電極を、ＴａＮよりさらに抵抗変化しにくい電極材料であるＴｉで構成した構造の特性である。いずれの素子においても、上部電極側に第１の抵抗変化層ＴａＯｘを設けないことで、上部電極界面での動きに埋没することなく、下部電極近傍の動きをエンハンスして抽出することができる。横軸には、下部電極に負のパルス、上部電極に正のパルスを印加したトータルのパルス印加回数、縦軸には、その時の抵抗値を示している。図４（ａ）より、従来の不揮発性素子のＴａＮの下部電極の界面では、パルス印加回数が４５回に至るまで、界面での動きが抵抗変化となって観測される。ところが、図４（ｂ）では、酸素含有率が低い第３の抵抗変化層ＴａＯｚを挿入することで、パルス印加回数が１７回で、その動きが収束し以降は変化していない。また、図４（ｃ）では、標準電極電位がＴａＮよりも低いＴｉを下部電極に用いると、パルス印加回数が５回程度で、その動きは収束している。これらの結果より、酸素含有率の最も低い第３の抵抗変化層ＴａＯｚを酸化・還元反応を抑制したい電極と接続するように配置することで、電極の界面領域での誤動作を抑制し、より安定なメモリ特性を得ることができる。また、標準電極の低い電極と組み合わせることで相乗効果も期待できる。
【００５０】
以上に示した本発明の実施の形態１にかかる抵抗変化型の不揮発性記憶素子においては、抵抗変化層がプレーナー型のシンプルな構造を示したが、この構造に限ることではない。例えば、微細化に有利なホール型の構造を考えた場合に、酸化・還元を促進させたい一方の電極には、酸素含有率が高い第１の抵抗変化層が接し、酸化・還元を抑制したい他方の電極には、酸素含有率が低い第３の抵抗変化層が接するように形成されていて、その第１の抵抗変化層と第３の抵抗変化層の間の一部の領域に、第２の抵抗変化層が形成されていれば、どのような形状であってもかまわない。
【００５１】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る抵抗変化型の不揮発性記憶素子２０の構成例を示した断面図である。図１に示した本発明の実施の形態１に係る抵抗変化型の不揮発性記憶素子１０との違いは、抵抗変化層の各層、および第１と第２の電極が上下反対に配置されていることである。図５に示すように、本実施の形態２の抵抗変化型不揮発性記憶素子２０の抵抗変化層も、第１の抵抗変化層１０５ｘ、第２の抵抗変化層１０５ｙ及び第３の抵抗変化層１０５ｚの３層からなる積層構造であるが、第１の抵抗変化層１０５ｘが第１の電極（下部電極）１０６と、第３の抵抗変化層１０５ｚが第２の電極（上部電極）１０４と接するように配置されている。これらの遷移金属酸化物は同種の遷移金属の酸化物であり、第１の抵抗変化層１０５ｘを形成する遷移金属酸化物の酸素含有率は、第２の抵抗変化層１０５ｙを形成する遷移金属酸化物の酸素含有率より高く、第３の抵抗変化層１０５ｚを形成する遷移金属酸化物の酸素含有率は、第２の抵抗変化層１０５ｙを形成する遷移金属酸化物の酸素含有率より低い構成としている。
【００５２】
図６（ａ）から（ｆ）は本実施の形態２の抵抗変化型の不揮発性記憶素子２０の要部の製造方法を示す断面図である。これらを用いて、本実施の形態２の抵抗変化型の不揮発性記憶素子２０の要部の製造方法について説明する。
【００５３】
図６（ａ）に示すように、下部電極１０４を形成する工程において、トランジスタや下層配線などが形成されている基板１００上にパターニング後に第１の電極（下部電極）１０６となる白金からなる導電層１０６’を形成する。このとき、導電層１０６’を高温で焼結する（４００℃）など、ポストプロセスで下部電極が熱によるストレスマイグレーションすることがないように事前に焼結することができるので、下部電極１０６と第１の抵抗変化層１０５ｘの界面を安定させ、安定なデバイス動作を実現できるという長所がある。
【００５４】
次に、図６（ｂ）に示すように、第１の抵抗変化層１０５ｘを形成する工程において、下部電極１０６上に、酸素含有率が最も高い遷移金属酸化物からなる第１の抵抗変化層１０５ｘ’を形成する。タンタルターゲットを酸素ガス雰囲気中でスパッタリングする反応性スパッタ法で形成した（パワー；１６００Ｗ、成膜圧力；０．１６Ｐａ、ガス流量；Ａｒ／Ｏ２＝３０／２５ｓｃｃｍ）。その酸素含有率はｘ＝２．４、その抵抗率は１Ｅ７ｍΩ、膜厚は５ｎｍである。ここでは、反応性スパッタを用いて形成したが、プラズマ酸化の工程を追加してもよい。スパッタ法では、ストイキオメトリー以上の酸素を含有させることは困難であるが、プラズマ酸化処理を行うと、酸素がタンタル酸化物の粒界、欠陥などに注入され、より高い酸素含有率を有する遷移金属酸化物層を形成することができるので、リーク電流の抑制に効果がある。例えば、成膜温度３００℃、パワー２００Ｗ、１５秒の処理で、ｘ＝２．４、膜厚５ｎｍ前後のタンタルからなる遷移金属酸化物層を形成することが可能である。
【００５５】
次に、図６（ｃ）に示すように、第２の抵抗変化層１０５ｙを形成する工程において、第１の抵抗変化層１０５ｘ’上に、遷移金属酸化物からなる第２の抵抗変化層１０５ｙ’を形成する。同様にして、タンタルターゲットを酸素ガス雰囲気中でスパッタリングする反応性スパッタ法で形成した（パワー；１６００Ｗ、成膜圧力；０．１６Ｐａ、ガス流量；Ａｒ／Ｏ２＝３４．７／２０．３ｓｃｃｍ）。その酸素含有率はｙ＝１．２９、その抵抗率は６ｍΩ、膜厚は３５ｎｍである。
【００５６】
次に、図６（ｄ）に示すように、第３の抵抗変化層１０５ｚを形成する工程において、第２の抵抗変化層１０５ｙ’上に、酸素含有率が最も低い遷移金属酸化物からなる第３の抵抗変化層１０５ｚ’を形成する。ここでは、タンタルターゲットをアルゴンと酸素ガス雰囲気中でスパッタリングする反応性スパッタ法で形成した（パワー；１６００Ｗ、成膜圧力；０．１６Ｐａ、ガス流量；Ａｒ／Ｏ２＝４３／１２ｓｃｃｍ）。その酸素含有率はｚ＝０．６８、その抵抗率は０．３３ｍΩ、膜厚は１０ｎｍである。
【００５７】
上記の各抵抗変化層の形成には、タンタルターゲットを用いたが、事前に酸素含有量を調整したタンタル酸化物ターゲットを用いてもよい。
【００５８】
次に、図６（ｅ）に示すように、上部電極１０６を形成する工程において、第３の抵抗変化層１０５ｚ’上に、パターニング後に第２の電極（上部電極）１０４となるタンタル窒化物からなる導電層１０４’を形成する。
【００５９】
最後に、図６（ｆ）に示すように、抵抗変化素子を形成する工程において、所望のマスクを用いて、導電層１０６’、第１の抵抗変化層１０５ｘ’、第２の抵抗変化層１０５ｙ’、第３の抵抗変化層１０５ｚ’、及び導電層１０４’をパターニングして、第１の抵抗変化層１０５ｘ、第２の抵抗変化層１０５ｙ、第３の抵抗変化層１０５ｚの３層積層からなる抵抗変化層１０５を下部電極１０６、上部電極１０４で挟持した抵抗変化素子を形成する。本工程では、同じマスクを用いて、一括してパターニングを行ったが、工程ごとにパターニングを行ってもかまわない。
【００６０】
以上の製造方法とすることにより、酸素流量に応じて酸素含有率が異なる遷移金属酸化物を形成することができ、第１、第２及び第３の遷移金属酸化物を作り分けることができる。即ち、下部電極の界面領域で、酸化・還元反応を選択的に生じさせ、抵抗変化する極性が常に安定すると同時に、上部電極の界面領域での誤動作を抑制し、安定なメモリ特性を得ることができる不揮発性記憶素子を製造することができる。
【００６１】
なお、上述した実施形態においては、第１、第２、第３の遷移金属酸化物としては、タンタル、ハフニウム、ジルコニウムの場合について説明したが、上下電極間に挟まれる第１〜第３の遷移金属酸化物層としては、抵抗変化を発現する主たる抵抗変化層として、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム等の酸化物層が含まれていればよく、これ以外に例えば微量の他元素が含まれていても構わない。抵抗値の微調整等で、他元素を少量、意図的に含めることも可能であり、このような場合も本発明の範囲に含まれるものである。また、スパッタリングにて抵抗膜を形成した際に、残留ガスや真空容器壁からのガス放出などにより、意図しない微量の元素が抵抗膜に混入することがあるが、このような微量の元素が抵抗膜に混入した場合も本発明の範囲に含まれることは当然である。
【００６２】
さらに、タンタル、ハフニウム、ジルコニウムの酸化物以外の遷移金属酸化物においても、抵抗変化が、電極との界面付近に高酸素濃度の前記遷移金属酸化物層を形成することにより発現する材料であれば、同様の効果を奏することができると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、大容量に適した抵抗変化型の不揮発性記憶素子及びその製造方法を提供するものであり、安定動作し、信頼性の高い不揮発性メモリを実現することができるので、不揮発性メモリを用いる種々の電子機器分野に有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１０    本発明の実施の形態１に係る抵抗変化型不揮発性記憶素子
２０    本発明の実施の形態２に係る抵抗変化型不揮発性記憶素子
３０    従来の抵抗変化型不揮発性記憶素子
１００    基板
１０１    第１の配線
１０２    第１の層間絶縁層
１０３    第１のコンタクトプラグ
１０４    第２の電極
１０４’    第２の電極となる導電層
１０５    抵抗変化層
１０５ｘ，１０５ｘ’    第１の抵抗変化層
１０５ｙ，１０５ｙ’    第２の抵抗変化層
１０５ｚ，１０５ｚ’    第３の抵抗変化層
１０６    第１の電極
１０６’    第１の電極となる導電層
１０７    第２の層間絶縁層
１０８    第２のコンタクトプラグ
１０９    第２の配線
【図１】
2010251352.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図８】
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