(57)【要約】      （修正有）【課題】スイッチング動作の再現性を高め、構造設計の容易化を可能にする可変抵抗素子を提供する。【解決手段】基板１１上に、第１電極１３、第２電極１６、及び両電極の間に形成される可変抵抗体１５を有し、両電極間に電圧パルスを印加することで両電極間の電気抵抗が可逆的に変化する可変抵抗素子であって、可変抵抗体１５が、所定の可変抵抗体膜で構成されるとともに、可変抵抗体膜の構成膜厚が他より厚い領域内において、第１電極１３から前記第２電極１６に向かう方向に延伸する少なくとも一つのシーム３２を有する構成である。可変抵抗体１５は、段差部または開口部に成膜されることでシームを有するように形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１電極、第２電極、及び前記両電極の間に形成される可変抵抗体を有し、前記両電極間に電圧パルスを印加することで前記両電極間の電気抵抗が可逆的に変化する可変抵抗素子であって、
前記可変抵抗体が、前記第１電極から前記第２電極に向かう方向に延伸する少なくとも一つのシームを有することを特徴とする可変抵抗素子。
【請求項２】
少なくとも一つの前記シームが、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されることでフィラメントパスの一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の可変抵抗素子。
【請求項３】
前記可変抵抗体が、前記基板面に平行に構成される第１構造部と、下端が前記第１構造部の端部と結合し前記基板面に垂直な方向に構成される第２構造部とを備え、前記第１構造部と前記第２構造部とが結合するコーナ領域に前記シームを有することを特徴とする請求項１または２に記載の可変抵抗素子。
【請求項４】
前記第１電極の一部上層に絶縁膜を有し、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、第１面が前記絶縁膜の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の可変抵抗素子。
【請求項５】
前記第１電極と同一層において前記第１電極よりも膜厚が厚い絶縁膜を有し、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、第１面が前記絶縁膜の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の可変抵抗素子。
【請求項６】
前記第１電極は、形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する構成であり、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、第１面が前記第１電極の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の可変抵抗素子。
【請求項７】
形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する絶縁膜を備え、
前記第１電極が、前記絶縁膜上に形成されることで最上位面に高さ位置の差異を有した状態で形成されており、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、第１面が前記第１電極の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の可変抵抗素子。
【請求項８】
絶縁膜を備え、
前記第１電極が前記絶縁膜の一部上層に形成されており、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、第１面が前記第１電極の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の可変抵抗素子。
【請求項９】
前記第１電極と同一層において前記第１電極よりも膜厚が薄い絶縁膜を有し、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、第１面が前記第１電極の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の可変抵抗素子。
【請求項１０】
前記可変抵抗体が、
前記基板面に平行に構成され前記第１構造部より高さ位置が高く、端部において前記第２構造部の上端と結合する第３構造部を備え、
前記第３構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の可変抵抗素子。
【請求項１１】
前記可変抵抗体が、
前記基板面に平行に構成され前記第１構造部より高さ位置が高く、端部において前記第２構造部の上端と結合する第３構造部を備え、
前記第３構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の可変抵抗素子。
【請求項１２】
前記第２構造部が、
前記基板面に平行な断面が環状に形成されるとともに、当該第２構造部の内側において下端と前記第１構造部の端部とが結合する構成であることを特徴とする請求項３に記載の可変抵抗素子。
【請求項１３】
前記第１電極の一部上層に絶縁膜を備え、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、外側面が前記絶縁膜の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の可変抵抗素子。
【請求項１４】
前記第１電極と同一層において前記第１電極よりも膜厚が厚い絶縁膜を有し、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、外側面が前記絶縁膜の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の可変抵抗素子。
【請求項１５】
前記第１電極は、形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する構成であり、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、外側面が前記第１電極の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の可変抵抗素子。
【請求項１６】
形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する絶縁膜を備え、
前記第１電極が、前記絶縁膜上に形成されることで最上位面に高さ位置の差異を有した状態で形成されており、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、外側面が前記第１電極の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の可変抵抗素子。
【請求項１７】
絶縁膜を備え、
前記第１電極が前記絶縁膜の一部上層に形成されており、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、外側面が前記第１電極の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の可変抵抗素子。
【請求項１８】
前記第１電極と同一層において前記第１電極よりも膜厚が薄い絶縁膜を有し、
前記可変抵抗体は、
前記第１構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、
前記第２構造部において、外側面が前記第１電極の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の可変抵抗素子。
【請求項１９】
前記可変抵抗体が、
前記基板面に平行に構成され前記第１構造部より高さ位置が高く、前記第２構造部の外側において端部が前記第２構造部の上端と結合する第３構造部を備え、
前記第３構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の可変抵抗素子。
【請求項２０】
前記可変抵抗体が、
前記基板面に平行に構成され前記第１構造部より高さ位置が高く、前記第２構造部の外側において端部が前記第２構造部の上端と結合する第３構造部を備え、
前記第３構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の可変抵抗素子。
【請求項２１】
前記可変抵抗体が、少なくとも外側面が同一の材料膜で囲まれた埋め込み領域内に埋め込まれて形成され、前記埋め込み領域内において高さ方向に延伸する前記シームを有する構成であって、
前記材料膜が、前記第１電極または絶縁膜で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変抵抗素子。
【請求項２２】
前記第１電極の一部上層に前記絶縁膜を備え、
前記可変抵抗体は、
前記埋め込み領域内において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、前記外側面が前記絶縁膜の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の可変抵抗素子。
【請求項２３】
前記第１電極は、形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する構成であり、
前記可変抵抗体は、
前記埋め込み領域内において、下面が前記第１電極の上面と接触し、前記外側面が前記第１電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の可変抵抗素子。
【請求項２４】
形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する絶縁膜を備え、
前記第１電極が、前記絶縁膜上に形成されることで最上位面に高さ位置の差異を有した状態で形成されており、
前記可変抵抗体は、
前記埋め込み領域内において、下面が前記第１電極の上面と接触し、前記外側面が前記第１電極の側面と接触するように形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の可変抵抗素子。
【請求項２５】
前記可変抵抗体が、
前記埋め込み領域の外側に係る埋め込み外領域内において、前記埋め込み領域内に形成されている当該可変抵抗体と連結し、且つ前記埋め込み領域内の最下面よりも最下面の高さ位置が高くなるように形成されており、前記埋め込み外領域内において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触することを特徴とする請求項２２に記載の可変抵抗素子。
【請求項２６】
前記可変抵抗体が、
前記埋め込み領域の外側に係る埋め込み外領域内において、前記埋め込み領域内に形成されている当該可変抵抗体と連結し、且つ前記埋め込み領域内の最下面よりも最下面の高さ位置が高くなるように形成されており、前記埋め込み外領域内において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触することを特徴とする請求項２３または２４に記載の可変抵抗素子。
【請求項２７】
請求項３〜１１のいずれか１項に記載の可変抵抗素子の製造方法であって、
前記基板上にシーム形成用段差を形成する段差形成工程と、
その後に、前記可変抵抗体を形成する可変抵抗体形成工程と、
その後に、前記第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有し、
前記段差形成工程が、
前記第１電極を形成する工程を含み、前記第１電極を形成することで、前記基板面に平行な第１上面、前記基板面に平行に構成され前記第１上面より高さ位置の低い第２上面、並びに上端が前記第１上面の端部と結合し下端が前記第２上面の端部と結合することで前記第１上面と前記第２上面とを前記基板面に垂直な方向に連絡する中間面を有するとともに少なくとも前記第２上面または前記中間面のいずれか一方の面が前記第１電極で構成された前記シーム形成用段差を形成する工程であり、
前記可変抵抗体形成工程が、
全面に可変抵抗体膜をスパッタリング法によって成膜するか、もしくは、全面に所定の材料膜をスパッタリング法によって成膜した後に酸化処理を行って可変抵抗体膜を形成することで、前記可変抵抗体膜が前記第２上面に接触する前記第１構造部、及び前記可変抵抗体膜が前記中間面に接触する前記第２構造部を含む前記可変抵抗体を形成するとともに、前記第１構造部と前記第２構造部とが結合する前記コーナ領域に係る前記可変抵抗体内に前記シームを形成する工程であり、
前記第２電極形成工程が、
前記シームが形成された前記可変抵抗体膜の上面に前記第２電極を形成する工程であることを特徴とする可変抵抗素子の製造方法。
【請求項２８】
前記段差形成工程において、
前記基板上に前記第１電極を形成し、
その後に、前記第１電極の上面に絶縁膜を成膜した後、前記絶縁膜に対して前記第１電極の一部上面が露出するまでエッチングを施すことで、前記絶縁膜で構成された前記第１上面及び前記中間面、並びに前記第１電極で構成された前記第２上面を有する前記シーム形成用段差を形成することを特徴とする請求項２７に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項２９】
前記段差形成工程において、
前記基板上の一部領域に前記第１電極を、前記基板上の前記第１電極の形成外領域に前記第１電極より膜厚の厚い絶縁膜を形成することで、前記絶縁膜で構成された前記第１上面及び前記中間面、並びに前記第１電極で構成された前記第２上面を有する前記シーム形成用段差を形成することを特徴とする請求項２７に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項３０】
前記段差形成工程において、
前記基板上に前記第１電極を構成する電極膜を成膜し、
その後に、一部領域に係る前記電極膜に対してエッチングを施すことで、前記第１上面、前記中間面、及び前記第２上面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用段差を形成することを特徴とする請求項２７に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項３１】
前記段差形成工程において、
前記基板上に絶縁膜を成膜した後、一部領域にエッチングを施すことで前記絶縁膜に段差を形成し、
その後に、前記段差が形成された前記絶縁膜の上面全面に前記第１電極を構成する電極膜を成膜することで、前記第１上面、前記中間面、及び前記第２上面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用段差を形成することを特徴とする請求項２７に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項３２】
前記段差形成工程において、
前記基板上に絶縁膜を形成し、
その後に、前記絶縁膜の上面に前記第１電極を構成する電極膜を成膜した後、前記電極膜に対して前記絶縁膜の一部上面が露出するまでエッチングを施して前記第１電極を形成することで、前記第１電極で構成された前記第１上面及び前記中間面、並びに前記絶縁膜で構成された前記第２上面を有する前記シーム形成用段差を形成することを特徴とする請求項２７に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項３３】
前記段差形成工程において、
前記基板上の一部領域に前記第１電極を形成するとともに、前記基板上の前記第１電極形成外領域に前記第１電極より膜厚の薄い絶縁膜を形成することで、前記第１電極で構成された前記第１上面及び前記中間面、並びに前記絶縁膜で構成された前記第２上面を有する前記シーム形成用段差を形成することを特徴とする請求項２７に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項３４】
請求項１２〜２０のいずれか１項に記載の可変抵抗素子の製造方法であって、
前記基板上にシーム形成用開口部を形成する開口部形成工程と、
その後に、前記可変抵抗体を形成する可変抵抗体形成工程と、
その後に、前記第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有し、
前記開口部形成工程が、
前記第１電極を形成する工程を含み、前記第１電極を形成することで、前記基板面に平行な断面が環状に形成された露出内側面、前記露出内側面の外側において前記露出内側面の上端と端部が結合する第１上面、並びに前記露出内側面の内側において前記露出内側面の下端と端部が結合する露出底面を有するとともに、少なくとも前記露出内側面または前記露出底面のいずれか一方の面が前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成する工程であり、
前記可変抵抗体形成工程が、
全面に可変抵抗体膜をスパッタリング法によって成膜するか、もしくは、全面に所定の材料膜をスパッタリング法によって成膜した後に酸化処理を行って前記シーム形成用開口部内を完全には充填しない膜厚条件下で可変抵抗体膜を形成することで、前記可変抵抗体膜が前記露出底面に接触する前記第１構造部、及び前記可変抵抗体膜が前記露出内側面に接触する前記第２構造部を含む前記可変抵抗体を形成するとともに、前記第１構造部と前記第２構造部とが結合する前記コーナ領域に係る前記可変抵抗体内に前記シームを形成する工程であり、
前記第２電極形成工程が、
前記シームが形成された前記可変抵抗体膜の上面に前記第２電極を形成する工程であることを特徴とする可変抵抗素子の製造方法。
【請求項３５】
前記開口部形成工程において、
前記基板上に前記第１電極を形成し、
その後に、前記第１電極の上面に絶縁膜を成膜した後、前記絶縁膜に対して前記第１電極の一部上面が露出するまでエッチングを施すことで、前記絶縁膜で構成された前記第１上面及び前記露出内側面、並びに前記第１電極で構成された前記露出底面を有する前記シーム形成用開口部を形成することを特徴とする請求項３４に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項３６】
前記開口部形成工程において、
前記基板上の一部領域に前記第１電極を、前記基板上の前記第１電極の形成領域の外周部に前記第１電極より膜厚の厚い絶縁膜を形成することで、前記絶縁膜で構成された前記第１上面及び前記露出内側面、並びに前記第１電極で構成された前記露出底面を有する前記シーム形成用開口部を形成することを特徴とする請求項３４に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項３７】
前記開口部形成工程において、
前記基板上に前記第１電極を構成する電極膜を成膜し、
その後に、一部領域に係る前記電極膜に対してエッチングを施すことで、前記第１上面、前記露出内側面、及び前記露出底面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成することを特徴とする請求項３４に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項３８】
前記開口部形成工程において、
前記基板上に絶縁膜を成膜した後、一部領域にエッチングを施すことで前記絶縁膜に開口部を形成し、
その後に、前記開口部が形成された前記絶縁膜の上面全面に前記開口部を充填しない範囲内の膜厚で前記第１電極を構成する電極膜を成膜することで前記第１電極を形成するとともに、前記第１上面、前記露出内側面、及び前記露出底面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成することを特徴とする請求項３４に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項３９】
前記開口部形成工程において、
前記基板上に絶縁膜を形成し、
その後に、前記絶縁膜の上面に前記第１電極を構成する電極膜を成膜した後、前記電極膜に対して前記絶縁膜の一部上面が露出するまでエッチングを施して前記第１電極を形成することで、前記第１電極で構成された前記第１上面及び前記露出内側面、並びに前記絶縁膜で構成された前記露出底面を有する前記シーム形成用開口部を形成することを特徴とする請求項３４に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項４０】
前記開口部形成工程において、
前記基板上の一部領域に絶縁膜を、前記基板上の前記絶縁膜の形成領域の外周部に前記絶縁膜より膜厚の厚い前記第１電極を形成することで、前記第１電極で構成された前記第１上面及び前記露出内側面、並びに前記絶縁膜で構成された前記露出底面を有する前記シーム形成用開口部を形成することを特徴とする請求項３４に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項４１】
請求項２１〜２６のいずれか１項に記載の可変抵抗素子の製造方法であって、
前記基板上にシーム形成用開口部を形成する開口部形成工程と、
その後に、前記可変抵抗体を形成する可変抵抗体形成工程と、
その後に、前記第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有し、
前記開口部形成工程が、
前記第１電極を形成する工程を含み、前記第１電極を形成することで、前記基板面に平行な断面が環状に形成された露出内側面、前記露出内側面の外側において前記露出内側面の上端と端部が結合する第１上面、並びに前記露出内側面の内側において前記露出内側面の下端と端部が結合する露出底面を有するとともに、少なくとも前記露出内側面か前記露出底面のいずれか一の面が前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成する工程であり、
前記可変抵抗体形成工程が、
全面に可変抵抗体膜をＣＶＤ法によって成膜するか、もしくは、全面に所定の材料膜をＣＶＤ法によって成膜した後に酸化処理を行って、前記シーム形成用開口部内において内側に開口部が残存しない膜厚条件下で前記可変抵抗体膜を形成することで、前記露出内側面を構成する材料膜で側面を囲まれた前記埋め込み領域内に前記可変抵抗体を形成するとともに、前記埋め込み領域に係る前記可変抵抗体内に高さ方向に延伸する前記シームを形成する工程であり、
前記第２電極形成工程が、
前記シームが形成された前記可変抵抗体膜の上面に前記第２電極を形成する工程であることを特徴とする可変抵抗素子の製造方法。
【請求項４２】
前記開口部形成工程において、
前記基板上に前記第１電極を形成し、
その後に、前記第１電極の上面に絶縁膜を成膜した後、前記絶縁膜に対して前記第１電極の一部上面が露出するまでエッチングを施すことで、前記絶縁膜で構成された前記第１上面及び前記露出内側面、並びに前記第１電極で構成された前記露出底面を有する前記シーム形成用開口部を形成することを特徴とする請求項４１に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項４３】
前記開口部形成工程において、
前記基板上に前記第１電極を構成する電極膜を成膜し、
その後に、一部領域に係る前記電極膜に対してエッチングを施すことで、前記第１上面、前記露出内側面、及び前記露出底面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成することを特徴とする請求項４１に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項４４】
前記開口部形成工程において、
前記基板上に絶縁膜を成膜した後、一部領域にエッチングを施すことで前記絶縁膜に開口部を形成し、
その後に、前記開口部が形成された前記絶縁膜の上面全面に、前記開口部を充填しない範囲内の膜厚で前記第１電極を構成する電極膜を成膜することで前記第１電極を形成するとともに、前記第１上面、前記露出内側面、及び前記露出底面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成することを特徴とする請求項４１に記載の可変抵抗素子の製造方法。
【請求項４５】
請求項１〜２６のいずれか１項に記載の可変抵抗素子の駆動方法であって、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで、少なくとも前記シームを介して前記可変抵抗体内にフィラメントパスを形成することを特徴とする可変抵抗素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１電極、第２電極、及び前記両電極の間に形成される可変抵抗体を有し、前記両電極間への電圧パルスを印加することで前記両電極間の電気抵抗が可逆的に変化する可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラッシュメモリに代わる高速動作可能な次世代不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ：Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）として、ＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ＲＡＭ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ＲＡＭ）、ＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ ＲＡＭ）等の様々なデバイス構造が提案され、高性能化、高信頼性化、低コスト化、及び、プロセス整合性という観点から、激しい開発競争が行われている。しかしながら、現状のこれらメモリデバイスには各々一長一短があり、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、フラッシュメモリの各利点を併せ持つ「ユニバーサルメモリ」の理想実現には未だ遠い。
【０００３】
これら既存技術に対して、電圧パルスを印加することによって可逆的に電気抵抗が変化する可変抵抗素子を用いた抵抗性不揮発性メモリＲＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）（登録商標）が提案されている。この構成を図５０に示す。
【０００４】
図５０に示されるように、従来構成の可変抵抗素子は、下部電極１０３と可変抵抗体１０２と上部電極１０１とが順に積層された構造となっており、上部電極１０１及び下部電極１０３間に電圧パルスを印加することにより、抵抗値を可逆的に変化させることができる性質を有する。この可逆的な抵抗変化動作（以下では「スイッチング動作」という）によって変化する抵抗値を読み出すことによって、新規な不揮発性半導体記憶装置が実現できる構成である。
【０００５】
この従来構成の可変抵抗素子としては、例えば、下記特許文献１において、半導体プロセスとの親和性が高く且つ単純な組成からなる２元系酸化物からなる抵抗変化型メモリが開示されている。具体的には、特許文献１には、「データ貯蔵物質層が、異なる電圧で異なる抵抗特性を有し、所定の電圧範囲で抵抗が急激に高くなる遷移金属酸化膜としてＮｉＯ、Ｖ２Ｏ５、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＷＯ３またはＣｏＯであることを特徴とする不揮発性メモリ装置」が開示されている。
【０００６】
また、下記非特許文献１には、上部電極および下部電極と、この２つの電極に挟まれた２元系遷移金属酸化物であるＮｉＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、またはＨｆＯ２とより構成される、不揮発性抵抗変化メモリ素子の例が報告されている。
【０００７】
これら特許文献１あるいは非特許文献１に開示されている２元系遷移金属酸化物からなる抵抗変化型メモリは、上述のように、半導体プロセスとの親和性が高く、且つ単純な構造・組成からなり、高集積不揮発メモリに適用し易いという利点がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３６３６０４号公報
【非特許文献１】Ｂａｅｋ，Ｉ．Ｇ．ほか、”Ｈｉｇｈｌｙ  Ｓｃａｌａｂｌｅ  Ｎｏｎ−ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  ｕｓｉｎｇ  Ｓｉｍｐｌｅ  Ｂｉｎａｒｙ  Ｏｘｉｄｅ  Ｄｒｉｖｅｎ  ｂｙ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｕｎｉｐｏｌａｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｐｕｌｓｅｓ”  ＩＥＤＭ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ．５８７−５９０，２００４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の各従来技術によれば、素子の構造は、基板上に下部電極、可変抵抗体、上部電極の順に形成された積層構造の可変抵抗素子である。その素子の抵抗変化は、電圧パルス印加条件により、可変抵抗素子に流れ込む電流による熱上昇によって可変抵抗体中に局所的に抵抗率が低下した領域（以下、適宜「フィラメントパス」という）が形成されたり、フィラメントパスが分解されたりすることで、低抵抗や高抵抗となる現象に基づくものであるとされている。そして、スイッチング動作に先立ち、このフィラメントパスを形成すべく、通常のスイッチング動作に用いるよりも大きな電圧を印加する「フォーミングプロセス」と呼ばれる電気的処理が必要となる。
【００１０】
このフォーミングプロセスは、例えば可変抵抗体がもともとほぼ絶縁体である金属酸化物である場合、通常のスイッチング動作に用いる電圧の数倍から１０倍もの大きな電圧を一定時間以上印加しなくてはならない。そして、フォーミングプロセスでは、絶縁体における絶縁破壊に似た現象により電流パスを形成するため、可変抵抗体中において最も電気的に脆弱であったであろうフィラメントパスの形成場所を限定することはできない。このことが、可変抵抗素子の構造設計を困難にしている。
【００１１】
また、フォーミングプロセス後の読み出し抵抗値にばらつきがあり、フォーミングプロセス後のフィラメントパスの状態制御はなされていない。フォーミングプロセス後の読み出し抵抗値が異なると、それぞれのスイッチング動作において、低抵抗状態の抵抗値、高抵抗状態の抵抗値、セット動作の電圧条件、リセット動作の電圧条件等が異なり、素子間の電気特性が均一性を欠いてしまう。
【００１２】
本発明は上記の問題点に鑑み、フォーミングプロセスによって形成されるフィラメントパスの形成領域を限定することで、スイッチング動作の再現性を高め、構造設計の容易化を可能にする可変抵抗素子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】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る可変抵抗素子は、基板上に、第１電極、第２電極、及び前記両電極の間に形成される可変抵抗体を有し、前記両電極間に電圧パルスを印加することで前記両電極間の電気抵抗が可逆的に変化する可変抵抗素子であって、前記可変抵抗体が、前記第１電極から前記第２電極に向かう方向に延伸する少なくとも一つのシームを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る可変抵抗素子の上記特徴によれば、可変抵抗体膜内において、第１電極から第２電極に向かう方向に延伸するシームが形成されているため、両電極間に電圧を印加したとき、このシームをフィラメントパスとして利用することができる。すなわち、シームでは可変抵抗体内部（バルク部）に比べて構造欠陥が多いため、電界集中が起こりやすい。このため、フォーミングプロセスを行うべく電圧を印加したとき、電界集中が起こりやすいシーム内あるいはその近傍においてフィラメントパスが容易に形成しやすい状況となる。このため、予め製造時に特定箇所にシームを意図的に形成しておくことで、フォーミングプロセスによって形成されるフィラメントパスの形成領域を特定範囲内に収めることができ、スイッチング動作の再現性を高めることができる。
【００１５】
また、前記のとおり、シーム内あるいはその近傍において電界集中が起こりやすい構成であるため、従来構成よりもフォーミングプロセス実行に要する電圧を低電圧化することができる。
【００１６】
なお、上記特徴において、シームの形状は線状、環状または離散した点状であっても良い。また、必ずしも第１電極及び第２電極の一方あるいは双方に接触するようにシームが形成される必要はなく、両電極の双方に接触することなく可変抵抗体膜内にシームが形成されていても良い。この場合であっても、フォーミングプロセスを実行することで、シーム形成領域においては、シーム内あるいはその近傍にフィラメントパスが形成されるため、シームが全く形成されていない従来構成と比較してフィラメントパスの形成領域が特定でき、再現性良くスイッチング動作を行うことができる。
【００１７】
また、上記可変抵抗体膜としては、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ等の金属の酸化物または酸窒化物を利用することができる。
【００１８】
このとき、前記可変抵抗体膜が局部的に厚膜化している厚膜領域内にシームが形成される構成としても構わない。ここでいう「厚膜領域」とは、可変抵抗体膜の表裏両面（一方の面は少なくとも一部が第１電極と接触し、他方の面は少なくとも一部が第２電極と接触する）の一方の面上において、当該面上の点か他方の面上の点までの最短距離が、堆積膜厚（表裏両面が平行して延在している部分の膜厚）より長くなっている領域を指す。例えば、段差部に形成された可変抵抗体膜においては、段差のコーナ領域に相当し、開口部内を充填されるように形成された可変抵抗体膜においては、当該開口部内の軸心領域に相当する。
【００１９】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、少なくとも一つの前記シームが、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されることでフィラメントパスの一部を形成することを別の特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記可変抵抗体が、前記基板面に平行に構成される第１構造部と、下端が前記第１構造部の端部と結合し前記基板面に垂直な方向に構成される第２構造部とを備え、前記第１構造部と前記第２構造部とが結合するコーナ領域に前記シームを有することを別の特徴とする。
【００２１】
このとき、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記第１電極の一部上層に絶縁膜を有し、前記可変抵抗体は、前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、第１面が前記絶縁膜の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００２２】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記第１電極と同一層において前記第１電極よりも膜厚が厚い絶縁膜を有し、前記可変抵抗体は、前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、第１面が前記絶縁膜の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００２３】
このとき、前記可変抵抗体が、前記基板面に平行に構成され前記第１構造部より高さ位置が高く、端部において前記第２構造部の上端と結合する第３構造部を備え、前記第３構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００２４】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記第１電極は、形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する構成であり、前記可変抵抗体は、前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、第１面が前記第１電極の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００２５】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する絶縁膜を備え、前記第１電極が、前記絶縁膜上に形成されることで最上位面に高さ位置の差異を有した状態で形成されており、前記可変抵抗体は、前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、第１面が前記第１電極の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００２６】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、絶縁膜を備え、前記第１電極が前記絶縁膜の一部上層に形成されており、前記可変抵抗体は、前記第１構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、第１面が前記第１電極の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００２７】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記第１電極と同一層において前記第１電極よりも膜厚が薄い絶縁膜を有し、前記可変抵抗体は、前記第１構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、第１面が前記第１電極の側面と接触し、前記第１面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する第２面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００２８】
このとき、前記可変抵抗体が、前記基板面に平行に構成され前記第１構造部より高さ位置が高く、端部において前記第２構造部の上端と結合する第３構造部を備え、前記第３構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００２９】
さらに、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記第２構造部が、前記基板面に平行な断面が環状に形成されるとともに、当該第２構造部の内側において下端と前記第１構造部の端部とが結合する構成としても構わない。
【００３０】
このとき、本発明に係る可変抵抗素子は、前記第１電極の一部上層に絶縁膜を備え、前記可変抵抗体は、前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、外側面が前記絶縁膜の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００３１】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記第１電極と同一層において前記第１電極よりも膜厚が厚い絶縁膜を有し、前記可変抵抗体は、前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、外側面が前記絶縁膜の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００３２】
このとき、本発明に係る可変抵抗素子は、前記可変抵抗体が、前記基板面に平行に構成され前記第１構造部より高さ位置が高く、前記第２構造部の外側において端部が前記第２構造部の上端と結合する第３構造部を備え、前記第３構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００３３】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記第１電極は、形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する構成であり、前記可変抵抗体は、前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、外側面が前記第１電極の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００３４】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する絶縁膜を備え、前記第１電極が、前記絶縁膜上に形成されることで最上位面に高さ位置の差異を有した状態で形成されており、前記可変抵抗体は、前記第１構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、外側面が前記第１電極の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００３５】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、絶縁膜を備え、前記第１電極が前記絶縁膜の一部上層に形成されており、前記可変抵抗体は、  前記第１構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、外側面が前記第１電極の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００３６】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記第１電極と同一層において前記第１電極よりも膜厚が薄い絶縁膜を有し、前記可変抵抗体は、前記第１構造部において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触し、前記第２構造部において、外側面が前記第１電極の側面と接触し、前記外側面と当該可変抵抗体の膜厚を隔てて対向する内側面が前記第２電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００３７】
このとき、本発明に係る可変抵抗素子は、前記可変抵抗体が、前記基板面に平行に構成され前記第１構造部より高さ位置が高く、前記第２構造部の外側において端部が前記第２構造部の上端と結合する第３構造部を備え、前記第３構造部において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００３８】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記可変抵抗体が、少なくとも外側面が同一の材料膜で囲まれた埋め込み領域内に埋め込まれて形成され、前記埋め込み領域内において高さ方向に延伸する前記シームを有する構成であって、前記材料膜が、前記第１電極または絶縁膜で構成されているものとしても構わない。
【００３９】
このとき、さらに本発明に係る可変抵抗素子は、前記第１電極の一部上層に前記絶縁膜を備え、前記可変抵抗体は、前記埋め込み領域内において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、前記外側面が前記絶縁膜の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００４０】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記第１電極は、形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する構成であり、前記可変抵抗体は、前記埋め込み領域内において、下面が前記第１電極の上面と接触し、前記外側面が前記第１電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００４１】
このとき、本発明に係る可変抵抗素子は、前記可変抵抗体が、前記埋め込み領域の外側に係る埋め込み外領域内において、前記埋め込み領域内に形成されている当該可変抵抗体と連結し、且つ前記埋め込み領域内の最下面よりも最下面の高さ位置が高くなるように形成されており、前記埋め込み外領域内において、下面が前記絶縁膜の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触する構成としても構わない。
【００４２】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、上記特徴に加えて、前記第１電極は、形成膜厚が異なる領域を有することで段差を有する絶縁膜を備え、前記第１電極が、前記絶縁膜上に形成されることで最上位面に高さ位置の差異を有した状態で形成されており、前記可変抵抗体は、前記埋め込み領域内において、下面が前記第１電極の上面と接触し、前記外側面が前記第１電極の側面と接触するように形成されている厚が異なる領域を有することで段差を有する構成であり、前記可変抵抗体は、前記埋め込み領域内において、下面が前記第１電極の上面と接触し、前記外側面が前記第１電極の側面と接触するように形成されているものとしても構わない。
【００４３】
なお、ここで前記埋め込み領域内の可変抵抗体の形状は、柱状に限られるものではなく、例えば底面に行くほど基板面に平行な断面積が縮小する錐体状であっても構わないし、その他の形状であっても良い。
【００４４】
また、本発明に係る可変抵抗素子は、前記可変抵抗体が、前記埋め込み領域の外側に係る埋め込み外領域内において、前記埋め込み領域内に形成されている当該可変抵抗体と連結し、且つ前記埋め込み領域内の最下面よりも最下面の高さ位置が高くなるように形成されており、前記埋め込み外領域内において、下面が前記第１電極の上面と接触し、上面が前記第２電極の下面と接触するものとしても構わない。
【００４５】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、前記基板上にシーム形成用段差を形成する段差形成工程と、その後に、前記可変抵抗体を形成する可変抵抗体形成工程と、その後に、前記第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有し、前記段差形成工程が、前記第１電極を形成する工程を含み、前記第１電極を形成することで、前記基板面に平行な第１上面、前記基板面に平行に構成され前記第１上面より高さ位置の低い第２上面、並びに上端が前記第１上面の端部と結合し下端が前記第２上面の端部と結合することで前記第１上面と前記第２上面とを前記基板面に垂直な方向に連絡する中間面を有するとともに少なくとも前記第２上面または前記中間面のいずれか一方の面が前記第１電極で構成された前記シーム形成用段差を形成する工程であり、前記可変抵抗体形成工程が、全面に可変抵抗体膜をスパッタリング法によって成膜するか、もしくは、全面に所定の材料膜をスパッタリング法によって成膜した後に酸化処理を行って可変抵抗体膜を形成することで、前記可変抵抗体膜が前記第２上面に接触する前記第１構造部、及び前記可変抵抗体膜が前記中間面に接触する前記第２構造部を含む前記可変抵抗体を形成するとともに、前記第１構造部と前記第２構造部とが結合する前記コーナ領域に係る前記可変抵抗体内に前記シームを形成する工程であり、前記第２電極形成工程が、前記シームが形成された前記可変抵抗体膜の上面に前記第２電極を形成する工程であることを特徴とする。
【００４６】
本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記特徴によれば、段差形成工程において第２上面または中間面が第１電極で構成されるシーム形成用段差が形成された後、可変抵抗体膜を全面に成膜する。そして、このときシームが形成されないような措置を施すことなく可変抵抗体膜を成膜することが肝要である。これにより、可変抵抗体膜が第１電極に接触しながらも、第２上面から成長する可変抵抗体膜と中間面から成長する可変抵抗体膜とが結合するコーナ領域において、第２上面と中間面が結合する領域すなわち第１電極の形成側領域から第２上面の上方に向かう方向に延伸するシームを意図的に形成することができる。そして、このシームが形成された可変抵抗体膜の上面に第２電極を形成することで、第１電極と第２電極に狭持され、内部にシームを有する可変抵抗体を備える可変抵抗素子を製造することができる。
【００４７】
なお、上記可変抵抗体膜としては、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ等の金属の酸化物または酸窒化物を利用することができる。このとき、可変抵抗体形成工程では、金属酸化物または酸窒化物で構成される前記可変抵抗体膜をそのまま成膜する構成としても構わないし、金属膜または金属窒化物膜を成膜した後に酸化処理を施して上記可変抵抗体膜を形成するものとしても構わない。
【００４８】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記段差形成工程において、前記基板上に前記第１電極を形成し、その後に、前記第１電極の上面に絶縁膜を成膜した後、前記絶縁膜に対して前記第１電極の一部上面が露出するまでエッチングを施すことで、前記絶縁膜で構成された前記第１上面及び前記中間面、並びに前記第１電極で構成された前記第２上面を有する前記シーム形成用段差を形成するものとしても構わない。
【００４９】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記段差形成工程において、前記基板上の一部領域に前記第１電極を、前記基板上の前記第１電極の形成外領域に前記第１電極より膜厚の厚い絶縁膜を形成することで、前記絶縁膜で構成された前記第１上面及び前記中間面、並びに前記第１電極で構成された前記第２上面を有する前記シーム形成用段差を形成するものとしても構わない。
【００５０】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記段差形成工程において、前記基板上に前記第１電極を構成する電極膜を成膜し、その後に、一部領域に係る前記電極膜に対してエッチングを施すことで、前記第１上面、前記中間面、及び前記第２上面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用段差を形成するものとしても構わない。
【００５１】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記段差形成工程において、前記基板上に絶縁膜を成膜した後、一部領域にエッチングを施すことで前記絶縁膜に段差を形成し、その後に、前記段差が形成された前記絶縁膜の上面全面に前記第１電極を構成する電極膜を成膜することで、前記第１上面、前記中間面、及び前記第２上面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用段差を形成するものとしても構わない。
【００５２】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記段差形成工程において、前記基板上に絶縁膜を形成し、その後に、前記絶縁膜の上面に前記第１電極を構成する電極膜を成膜した後、前記電極膜に対して前記絶縁膜の一部上面が露出するまでエッチングを施して前記第１電極を形成することで、前記第１電極で構成された前記第１上面及び前記中間面、並びに前記絶縁膜で構成された前記第２上面を有する前記シーム形成用段差を形成するものとしても構わない。
【００５３】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記段差形成工程において、前記基板上の一部領域に前記第１電極を形成するとともに、前記基板上の前記第１電極形成外領域に前記第１電極より膜厚の薄い絶縁膜を形成することで、前記第１電極で構成された前記第１上面及び前記中間面、並びに前記絶縁膜で構成された前記第２上面を有する前記シーム形成用段差を形成するものとしても構わない。
【００５４】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、前記基板上にシーム形成用開口部を形成する開口部形成工程と、その後に、前記可変抵抗体を形成する可変抵抗体形成工程と、その後に、前記第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有し、前記開口部形成工程が、前記第１電極を形成する工程を含み、前記第１電極を形成することで、前記基板面に平行な断面が環状に形成された露出内側面、前記露出内側面の外側において前記露出内側面の上端と端部が結合する第１上面、並びに前記露出内側面の内側において前記露出内側面の下端と端部が結合する露出底面を有するとともに、少なくとも前記露出内側面または前記露出底面のいずれか一方の面が前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成する工程であり、前記可変抵抗体形成工程が、全面に可変抵抗体膜をスパッタリング法によって成膜するか、もしくは、全面に所定の材料膜をスパッタリング法によって成膜した後に酸化処理を行って前記シーム形成用開口部内を完全には充填しない膜厚条件下で可変抵抗体膜を形成することで、前記可変抵抗体膜が前記露出底面に接触する前記第１構造部、及び前記可変抵抗体膜が前記露出内側面に接触する前記第２構造部を含む前記可変抵抗体を形成するとともに、前記第１構造部と前記第２構造部とが結合する前記コーナ領域に係る前記可変抵抗体内に前記シームを形成する工程であり、前記第２電極形成工程が、前記シームが形成された前記可変抵抗体膜の上面に前記第２電極を形成する工程であることを特徴とする。
【００５５】
本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記特徴によれば、開口部形成工程において露出内側面または露出底面が第１電極で構成されるシーム形成用開口部が形成された後、シーム形成用開口部内を完全には充填しない膜厚条件下で可変抵抗体膜を全面に成膜する。このときシームが形成されないような措置を施すことなく可変抵抗体膜を成膜することが肝要である。これにより、可変抵抗体膜が第１電極に接触しながらも、露出底面から成長する可変抵抗体膜と露出内側面から成長する可変抵抗体膜とが結合するコーナ領域において、露出底面と露出内側面が結合する領域すなわち第１電極の形成側領域から露出底面の上方に向かう方向に延伸するシームを意図的に形成することができる。そして、このシームが形成された可変抵抗体膜の上面に第２電極を形成することで、第１電極と第２電極に狭持され、内部にシームを有する可変抵抗体を備える可変抵抗素子を製造することができる。
【００５６】
なお、上記可変抵抗体膜としては、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ等の金属の酸化物または酸窒化物を利用することができる。このとき、可変抵抗体形成工程では、金属酸化物または酸窒化物で構成される前記可変抵抗体膜をそのまま成膜する構成としても構わないし、金属膜または金属窒化物膜を成膜した後に酸化処理を施して上記可変抵抗体膜を形成するものとしても構わない。
【００５７】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記開口部形成工程において、前記基板上に前記第１電極を形成し、その後に、前記第１電極の上面に絶縁膜を成膜した後、前記絶縁膜に対して前記第１電極の一部上面が露出するまでエッチングを施すことで、前記絶縁膜で構成された前記第１上面及び前記露出内側面、並びに前記第１電極で構成された前記露出底面を有する前記シーム形成用開口部を形成するものとしても構わない。
【００５８】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記開口部形成工程において、前記基板上の一部領域に前記第１電極を、前記基板上の前記第１電極の形成領域の外周部に前記第１電極より膜厚の厚い絶縁膜を形成することで、前記絶縁膜で構成された前記第１上面及び前記露出内側面、並びに前記第１電極で構成された前記露出底面を有する前記シーム形成用開口部を形成するものとしても構わない。
【００５９】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記開口部形成工程において、前記基板上に前記第１電極を構成する電極膜を成膜し、その後に、一部領域に係る前記電極膜に対してエッチングを施すことで、前記第１上面、前記露出内側面、及び前記露出底面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成するものしても構わない。
【００６０】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記開口部形成工程において、前記基板上に絶縁膜を成膜した後、一部領域にエッチングを施すことで前記絶縁膜に開口部を形成し、その後に、前記開口部が形成された前記絶縁膜の上面全面に前記開口部を充填しない範囲内の膜厚で前記第１電極を構成する電極膜を成膜することで前記第１電極を形成するとともに、前記第１上面、前記露出内側面、及び前記露出底面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成するものとしても構わない。
【００６１】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記開口部形成工程において、前記基板上に絶縁膜を形成し、その後に、前記絶縁膜の上面に前記第１電極を構成する電極膜を成膜した後、前記電極膜に対して前記絶縁膜の一部上面が露出するまでエッチングを施して前記第１電極を形成することで、前記第１電極で構成された前記第１上面及び前記露出内側面、並びに前記絶縁膜で構成された前記露出底面を有する前記シーム形成用開口部を形成するものとしても構わない。
【００６２】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記開口部形成工程において、前記基板上の一部領域に絶縁膜を、前記基板上の前記絶縁膜の形成領域の外周部に前記絶縁膜より膜厚の厚い前記第１電極を形成することで、前記第１電極で構成された前記第１上面及び前記露出内側面、並びに前記絶縁膜で構成された前記露出底面を有する前記シーム形成用開口部を形成するものとしても構わない。
【００６３】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、前記基板上にシーム形成用開口部を形成する開口部形成工程と、その後に、前記可変抵抗体を形成する可変抵抗体形成工程と、その後に、前記第２電極を形成する第２電極形成工程と、を有し、前記開口部形成工程が、前記第１電極を形成する工程を含み、前記第１電極を形成することで、前記基板面に平行な断面が環状に形成された露出内側面、前記露出内側面の外側において前記露出内側面の上端と端部が結合する第１上面、並びに前記露出内側面の内側において前記露出内側面の下端と端部が結合する露出底面を有するとともに、少なくとも前記露出内側面か前記露出底面のいずれか一の面が前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成する工程であり、前記可変抵抗体形成工程が、全面に可変抵抗体膜をＣＶＤ法によって成膜するか、もしくは、全面に所定の材料膜をＣＶＤ法によって成膜した後に酸化処理を行って、前記シーム形成用開口部内において内側に開口部が残存しない膜厚条件下で前記可変抵抗体膜を形成することで、前記露出内側面を構成する材料膜で側面を囲まれた前記埋め込み領域内に前記可変抵抗体を形成するとともに、前記埋め込み領域に係る前記可変抵抗体内に高さ方向に延伸する前記シームを形成する工程であり、前記第２電極形成工程が、前記シームが形成された前記可変抵抗体膜の上面に前記第２電極を形成する工程であることを特徴とする。
【００６４】
本発明に係る可変抵抗素子の製造方法の上記特徴によれば、開口部形成工程において露出内側面または露出底面が第１電極で構成されるシーム形成用開口部が形成された後、前記シーム形成用開口部内において内側に開口部が残存しない膜厚条件下で可変抵抗体膜を全面に成膜する。そして、このときシームが形成されないような措置を施すことなく可変抵抗体膜を成膜することが肝要である。これにより、前記シーム形成用開口部の内側壁の最外面から内側に成長する可変抵抗体膜が結合する領域、すなわち、前記最外面に囲まれた領域のほぼ中央領域（軸心近傍）において高さ方向に延伸するシームを意図的に形成することができる。そして、このシームが形成された可変抵抗体膜の上面に第２電極を形成することで、第１電極と第２電極に狭持され、内部にシームを有する可変抵抗体を備える可変抵抗素子を製造することができる。
【００６５】
なお、上記可変抵抗体膜としては、Ｔｉ，Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ等の金属の酸化物または酸窒化物を利用することができる。このとき、可変抵抗体形成工程では、金属酸化物または酸窒化物で構成される前記可変抵抗体膜をそのまま成膜する構成としても構わないし、金属膜または金属窒化物膜を成膜した後に酸化処理を施して上記可変抵抗体膜を形成するものとしても構わない。
【００６６】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記開口部形成工程において、前記基板上に前記第１電極を形成し、その後に、前記第１電極の上面に絶縁膜を成膜した後、前記絶縁膜に対して前記第１電極の一部上面が露出するまでエッチングを施すことで、前記絶縁膜で構成された前記第１上面及び前記露出内側面、並びに前記第１電極で構成された前記露出底面を有する前記シーム形成用開口部を形成するものとしても構わない。
【００６７】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記開口部形成工程において、前記基板上に前記第１電極を構成する電極膜を成膜し、その後に、一部領域に係る前記電極膜に対してエッチングを施すことで、前記第１上面、前記露出内側面、及び前記露出底面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成するものとしても構わない。
【００６８】
また、本発明に係る可変抵抗素子の製造方法は、上記特徴に加えて、前記開口部形成工程において、前記基板上に絶縁膜を成膜した後、一部領域にエッチングを施すことで前記絶縁膜に開口部を形成し、その後に、前記開口部が形成された前記絶縁膜の上面全面に、前記開口部を充填しない範囲内の膜厚で前記第１電極を構成する電極膜を成膜することで前記第１電極を形成するとともに、前記第１上面、前記露出内側面、及び前記露出底面が全て前記第１電極で構成された前記シーム形成用開口部を形成するものとしても構わない。
【００６９】
なお、上記特徴を有する可変抵抗素子の製造方法において、前記開口部形成工程で形成される前記開口部は、必ずしも内側面が基板面に垂直な方向に形成される筒状に限られるものではなく、例えば上面に行くほど基板面に平行な断面積が拡大する錐体状であっても構わないし、その他の形状であっても良い。
【００７０】
また、本発明に係る可変抵抗素子の駆動方法は、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで、少なくとも前記シームを介して前記可変抵抗体内にフィラメントパスを形成することを特徴とする。
【００７１】
本発明に係る可変抵抗素子の駆動方法によれば、可変抵抗体内にシームが形成された可変抵抗素子に対して電圧印加を行ってフィラメントパスが形成されるため、可変抵抗体内においてシームそのものまたはシーム形成領域近傍においてフィラメントパスが形成される。これにより、フィラメントパスを特定の領域内に形成することができ、スイッチング動作の再現性を高めることができる。また、シームを介してフィラメントパスを形成するため、フィラメントパスを形成するために必要な印加電圧を低くすることができる。
【発明の効果】
【００７２】
本発明の可変抵抗素子によれば、フォーミングプロセスによって形成されるフィラメントパスの形成領域が限定される。これにより、製造される各可変抵抗素子間のスイッチング動作の再現性が高まるため、構造設計を容易化することができる。また、フォーミングプロセス時に可変抵抗体内においてシームが形成されているため、従来構成と比べてフォーミングプロセス時に必要な印加電圧を低電圧化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
以下において、本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の各実施形態について図面を参照して説明する。
【００７４】
［第１実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第１実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図１〜図３の各図を参照して説明する。なお、以下の各図面は、あくまで模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致するものではない。また、各工程で堆積させる各膜の膜厚の数値はあくあまで一例であって、この値に限定されるものではない。以下の各実施形態においても同様とする。
【００７５】
図１は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図であり、また図２は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃１〜＃５は図２内の各ステップを表す。
【００７６】
まず、図１（ａ）に示すように、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に導電性材料膜１３（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃１）。本ステップ＃１によって第１電極１３が形成される。
【００７７】
次に、絶縁性材料膜（例えばＳｉＯ２膜）１４をＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法にて約３００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃２）。その後、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、第１電極１３の一部上面が露出するまでＳｉＯ２膜１４をパターニングする（ステップ＃３）。本ステップ＃３によって、図１（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の上面及び側面、並びに第１電極１３の露出した上面によって段差部２２が形成される。図３は、ステップ＃３終了後の平面模式図であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図１（ｂ）に相当する。
【００７８】
次に、図１（ｃ）に示すように、段差部２２が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃４）。本ステップ＃４によって、段差部２２で、絶縁膜１４の側面と、露出した第１電極１３の上面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３２が形成される。
【００７９】
次に、図１（ｄ）に示すように、シーム３２が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃５）。本ステップ＃５によって第２電極１６が形成される。
【００８０】
本実施形態によれば、ステップ＃４に係る可変抵抗体膜成膜工程の直前において、既に段差部２２（シーム形成用段差に相当）が形成されている。この段差部２２は、基板１１の基板面に平行な第１上面、基板面に平行に構成され前記第１上面より高さ位置の低い第２上面、並びに上端が前記第１上面の端部と結合し下端が前記第２上面の端部と結合することで前記第１上面と前記第２上面とを前記基板面に垂直な方向に連絡する中間面によって構成されている。そして、このうち、絶縁膜１４の上面によって前記第１上面が構成され、絶縁膜１４の側面によって前記中間面が構成され、第１電極１３の露出した上面によって前記第２上面が構成される。
【００８１】
このような状態の下で、可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜を成膜することで、中間面（絶縁膜１４の側面）から成長する膜と、第２上面（第１電極１３の露出した上面）から成長する膜が接合する領域において、成長膜同士が重なり合うことでシーム３２が形成される。このシーム３２は、図１（ｃ）に示すように、前記中間面と前記第２上面とが結合するコーナ領域から、露出した第１電極１３の上面の上方に向かう方向に延伸する。
【００８２】
そして、本発明の特徴として、このシーム３２をそのまま残存させたまま、ステップ＃５に係る第２電極形成工程を実行する。すなわち、第２電極１６が形成された時点において、依然として可変抵抗体膜１５内にはシーム３２が形成されたままの状態となっている。また、前記のように、シーム３２は、第１電極１３と絶縁膜１４によって挟まれたコーナ領域に形成されているところ、第１電極１３から第２電極１６に向かう方向に延伸するように形成されることとなる。
【００８３】
このようにシーム３２が可変抵抗体膜１５内に形成されたままの状態で、第１電極１３と第２電極１６の間に電圧パルスを印加した場合、シーム３２では、バルクの可変抵抗体膜１５に比べ構造欠陥が多いため電界集中が起こり易い。このため、フォーミングプロセスを行うべく電圧を印加したとき、電界集中が起こりやすいシーム内あるいはその近傍においてフィラメントパスが容易に形成しやすい状況となる。このため、予め製造時に特定箇所にシーム３２を意図的に形成しておくことで、フォーミングプロセスによって形成されるフィラメントパスの形成領域を特定範囲内に収めることができ、スイッチング動作の再現性を高めることができる。さらに、シーム３２内あるいはその近傍において電界集中が起こりやすい構成であるため、従来構成よりもフォーミングプロセス実行に要する電圧を低電圧化することができる。
【００８４】
また、シーム３２は、必ずしも第１電極１３と第２電極１６の両者に接触するように形成される必要はなく、一方の電極のみに接触して形成されるものとしても構わないし、両電極に接触せず可変抵抗体１３内に形成されるものとしても構わない。少なくとも可変抵抗体１３内にシーム３２が形成されていれば、当該シーム３２形成領域においてフィラメントパスが容易に形成しやすくなるため、フィラメントパスの形成領域を特定することができるという効果を奏する。
【００８５】
なお、本実施形態において、第１電極１３と第２電極１６をともにＰｔ膜としたが、電極としての機能を果たす材料であれば、Ｐｔ膜には限られず、例えば、ＡｌやＴｉＮ等の他の導電性材料（金属を含む）であっても構わない。また、半導体基板１１と第１電極１３の間、および、可変抵抗体１５と第２電極の間には、密着層として、例えば、Ｔｉなどを用いてもよい。以下の各実施形態においても同様とする。
【００８６】
また、絶縁膜１４を本実施形態ではＳｉＯ２膜としたが、この絶縁体層はＳｉＯ２膜に限られたものではなく、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＦ膜、ＳｉＯＣ膜等の耐酸化性を有する任意の適切な絶縁膜を用いることが可能である。さらに、ステップ＃２では、絶縁膜１４をＣＶＤ法で堆積するものとしたが、パルス化レーザ堆積、ｒｆ−スパッタリング、電子ビーム蒸発、熱蒸発、スピンオン堆積等の任意の適切な堆積技術を用いて堆積することも可能である。以下の各実施形態においても、特に断らない限り同様とする。
【００８７】
また、本実施形態においてＰｔ膜１３を成膜する下地となる半導体基板１１はトランジスタ回路等が適宜形成されているものとしたが、必ずしも当該回路が形成されている必要はない。以下の各実施形態においても同様とする。
【００８８】
さらに、本実施形態では、可変抵抗体膜１５としてＣｏＯ膜を用いているが、可変抵抗性を示す材料であればＣｏＯに限られるものではなく、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の金属の酸化物または酸窒化物を利用するものとしても構わない。以下の各実施形態においても同様とする。
【００８９】
なお、本実施形態では、ステップ＃４に係る可変抵抗体膜成膜工程において、可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜を成膜するものとしたが、Ｃｏ膜を全体に堆積した後、酸化処理を施すことでＣｏＯ膜を形成するものとしても構わない。このとき、堆積する材料膜は、可変抵抗体膜１５として形成する材料に応じて適宜選択可能である。以下の各実施形態においても同様とする。
【００９０】
また、特に段差部２２の高さを１００ｎｍ以上とし、ステップ＃４に係る可変抵抗体膜成膜工程において、この段差部２２がスパッタターゲットに対して背面位置となるような位置関係でスパッタを実行することで、より大きなシーム３２を形成することが可能となる。以下の第２〜第１２実施形態においても同様とする。
【００９１】
［第２実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第２実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図４〜図５の各図を参照して説明する。
【００９２】
図４は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図５は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃１１〜＃１７は図５内の各ステップを表す。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００９３】
まず、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に絶縁性材料膜（例えばＳｉＯ２膜）１４を堆積する（ステップ＃１１）。その後、ＳｉＯ２膜１４をエッチングして、半導体基板１１の一部上面を露出させる（ステップ＃１２）。その後、導電性材料膜（例えばＰｔ膜）１３を全面に堆積した後（ステップ＃１３）、公知の平坦化技術を用いてＳｉＯ２膜１４（以下、絶縁膜１４という）とＰｔ膜１３の上面を露出させる（ステップ＃１４、図４（ａ）参照）。
【００９４】
なお、このとき、まず全面にＰｔ膜１３を堆積した後、Ｐｔ膜１３をエッチングして半導体基板１１の一部上面を露出させ、その後にＳｉＯ２膜１４を全面に堆積した後、公知の平坦化技術を用いてＳｉＯ２膜１４とＰｔ膜１３の上面を露出させるものとしても良い。
【００９５】
次に、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、Ｐｔ膜１３をエッチバックして段差部２２を形成する（ステップ＃１５）。本ステップ＃１５によって、第１電極１３が形成されるとともに、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の上面及び側面、並びに第１電極１３の露出した上面によって段差部２２が形成される。なお、本実施形態におけるステップ＃１５終了後の平面模式図は、図３に示す第１実施形態のステップ＃３終了後の平面模式図と同一であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図４（ｂ）に相当する。
【００９６】
その後は、図４（ｃ）に示すように、第１実施形態のステップ＃４と同様、段差部２２が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃１６）。本ステップ＃１６によって、段差部２２で、絶縁膜１４の側面と、第１電極１３の上面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３２が形成される。
【００９７】
その後、図４（ｄ）に示すように、第１実施形態のステップ＃５と同様、シーム３２が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃１７）。本ステップ＃１６によって第２電極１６が形成される。
【００９８】
本実施形態の場合も、第１実施形態と同様、ステップ＃１６に係る可変抵抗体膜成膜工程の直前において、既に段差部２２（シーム形成用段差に相当）が形成されている。この段差部２２は、基板１１の基板面に平行な第１上面、基板面に平行に構成され前記第１上面より高さ位置の低い第２上面、並びに上端が前記第１上面の端部と結合し下端が前記第２上面の端部と結合することで前記第１上面と前記第２上面とを前記基板面に垂直な方向に連絡する中間面によって構成されている。そして、このうち、絶縁膜１４の上面によって前記第１上面が構成され、絶縁膜１４の側面によって前記中間面が構成され、第１電極１３の露出した上面によって前記第２上面が構成される。
【００９９】
このような状態の下で、可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜を成膜することで、中間面（絶縁膜１４の側面）から成長する膜と、第２上面（第１電極１３の露出した上面）から成長する膜が接合する領域において、成長膜同士が重なり合うことでシーム３２が形成される。このシーム３２は、図４（ｃ）に示すように、前記中間面と前記第２上面とが結合するコーナ領域から、露出した第１電極１３の上面の上方に向かう方向に延伸する。そして、このシーム３２をそのまま残存させたまま、ステップ＃１７に係る第２電極形成工程を実行することで、第２電極１６が形成された時点において、依然として可変抵抗体膜１５内にはシーム３２が形成されたままの状態となっている。また、前記のように、シーム３２は、第１電極１３と絶縁膜１４によって挟まれたコーナ領域に形成されているところ、第１電極１３から第２電極１６に向かう方向に延伸するように形成されることとなる。
【０１００】
従って、本実施形態の場合も、第１実施形態と同様、シーム３２が可変抵抗体膜１５内に形成されたままの状態で、第１電極１３と第２電極１６の間に電圧パルスを印加した場合、シーム３２では、バルクの可変抵抗体膜１５に比べ構造欠陥が多いため電界集中が起こり易い。このため、フォーミングプロセスを行うべく電圧を印加したとき、電界集中が起こりやすいシーム内あるいはその近傍においてフィラメントパスが容易に形成しやすい状況となる。このため、予め製造時に特定箇所にシーム３２を意図的に形成しておくことで、フォーミングプロセスによって形成されるフィラメントパスの形成領域を特定範囲内に収めることができ、スイッチング動作の再現性を高めることができる。さらに、シーム３２内あるいはその近傍において電界集中が起こりやすい構成であるため、従来構成よりもフォーミングプロセス実行に要する電圧を低電圧化することができる。以下の第３〜第６実施形態においても同様であるため、適宜説明を省略する。
【０１０１】
［第３実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第３実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図６〜図８の各図を参照して説明する。
【０１０２】
図６は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図７は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃２１〜＃２４は図７内の各ステップを表す。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１０３】
まず、図６（ａ）に示すように、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に導電性材料膜１３（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約４００ｎｍの厚みで全面に堆積する（ステップ＃２１）。なお、本ステップ＃２１では、第１実施形態のステップ＃１よりも厚い膜厚で堆積する。
【０１０４】
次に、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、Ｐｔ膜１３に例えば高低差３００ｎｍ程度の段差部２５を形成する（ステップ＃２２）。本ステップ＃２２によって、第１電極１３が形成されるとともに、図６（ｂ）に示すように、高さ位置の高い第１電極１３の上面、第１電極１３の側面、並びに高さ位置の低い第１電極１３の上面によって段差部２５が形成される。図８は、ステップ＃２２終了後の平面模式図であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図６（ｂ）に相当する。
【０１０５】
その後は、図６（ｃ）に示すように、第１実施形態のステップ＃４と同様、段差部２２（シーム形成用段差に相当）が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃２３）。本ステップ＃２３によって、段差部２５で、高さ位置の低い第１電極１３の上面、及び第１電極１３の側面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３２が形成される。
【０１０６】
その後、図６（ｄ）に示すように、第１実施形態のステップ＃５と同様、シーム３２が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃２４）。本ステップ＃１６によって第２電極１６が形成される。
【０１０７】
［第４実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第４実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図９〜図１０の各図を参照して説明する。
【０１０８】
図９は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図１０は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃３１〜＃３５は図１０内の各ステップを表す。
【０１０９】
まず、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に絶縁性材料膜１４（例えばＳｉＯ２膜）をスパッタ法にて例えば約４００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積した後（ステップ＃３１）、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、絶縁性材料膜１４に例えば高低差３００ｎｍ程度の段差部２６を形成する（ステップ＃３２、図９（ａ）参照）。
【０１１０】
次に、段差部２６が形成されている絶縁性材料膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の上層全面に導電性材料膜１３（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍの厚みで全面に堆積する（ステップ＃３３）。本ステップ＃３３によって、第１電極１３が形成されるとともに、図９（ｂ）に示すように、高さ位置の高い第１電極１３の上面、第１電極１３の側面、並びに高さ位置の低い第１電極１３の上面によって段差部２５が形成される。なお、本実施形態におけるステップ＃３３終了後の平面模式図は、図８に示す第３実施形態のステップ＃２２終了後の平面模式図と同一であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図９（ｂ）に相当する。
【０１１１】
その後は、図９（ｃ）に示すように、第１実施形態のステップ＃４と同様、段差部２５（シーム形成用段差に相当）が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃３４）。本ステップ＃３４によって、段差部２５で、高さ位置の低い第１電極１３の上面、及び第１電極１３の側面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３２が形成される。
【０１１２】
その後、図９（ｄ）に示すように、第１実施形態のステップ＃５と同様、シーム３２が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃３５）。本ステップ＃３５によって第２電極１６が形成される。
【０１１３】
［第５実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第５実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図１１〜図１２の各図を参照して説明する。
【０１１４】
図１１は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図１２は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃４１〜＃４５は図１２内の各ステップを表す。
【０１１５】
まず、図１１（ａ）に示すように、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に絶縁性材料膜１４（例えばＳｉＯ２膜）をスパッタ法にて例えば約１００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃４１）。
【０１１６】
次に、導電性材料膜１３（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約３００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃４２）。その後、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、絶縁性材料膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の一部上面が露出するまでＰｔ膜１３をパターニングする（ステップ＃４３）。本ステップ＃４３によって、第１電極１３が形成されるとともに、図１１（ｂ）に示すように、第１電極１３の上面及び側面、並びに絶縁膜１４の露出した上面によって段差部２２が形成される。図１３は、ステップ＃４３終了後の平面模式図であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図１１（ｂ）に相当する。
【０１１７】
その後は、図１１（ｃ）に示すように、第１実施形態のステップ＃４と同様、段差部２２（シーム形成用段差に相当）が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃４４）。本ステップ＃３４によって、段差部２２で、第１電極１３の側面、及び絶縁膜１４の上面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３２が形成される。
【０１１８】
その後、図１１（ｄ）に示すように、第１実施形態のステップ＃５と同様、シーム３２が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃４５）。本ステップ＃４５によって第２電極１６が形成される。
【０１１９】
［第６実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第６実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図１４〜図１５の各図を参照して説明する。
【０１２０】
図１４は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図１５は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃５１〜＃５７は図１４内の各ステップを表す。
【０１２１】
まず、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に導電性材料膜（例えばＰｔ膜）１３を堆積形成する（ステップ＃５１）。その後、Ｐｔ膜１３をエッチングして、半導体基板１１の一部上面を露出させるとともに第１電極１３を形成する（ステップ＃５２）。その後、絶縁性材料膜（例えばＳｉＯ２膜）１４を全面に堆積した後（ステップ＃５３）、公知の平坦化技術を用いてＳｉＯ２膜１４（以下、絶縁膜１４という）と第１電極１３の上面を露出させる（ステップ＃５４、図１４（ａ）参照）。
【０１２２】
なお、このとき、まず全面にＳｉＯ２膜１４を堆積した後、ＳｉＯ２膜１４をエッチングして半導体基板１１の一部上面を露出させ、その後にＰｔ膜１３を全面に堆積した後、公知の平坦化技術を用いてＳｉＯ２膜１４とＰｔ膜１３の上面を露出させるものとしても良い。
【０１２３】
次に、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、ＳｉＯ２膜１４をエッチバックして段差部２２を形成する（ステップ＃５５）。本ステップ＃５５によって、図１４（ｂ）に示すように、第１電極１３の上面及び側面、並びにＳｉＯ２膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の露出した上面によって段差部２２が形成される。なお、本実施形態におけるステップ＃５５終了後の平面模式図は、図１３に示す第５実施形態のステップ＃４３終了後の平面模式図と同一であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図１４（ｂ）に相当する。
【０１２４】
その後は、図１４（ｃ）に示すように、第１実施形態のステップ＃４と同様、段差部２２（シーム形成用段差に相当）が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃５６）。本ステップ＃５６によって、段差部２２で、第１電極１３の側面と、絶縁膜１４の上面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３２が形成される。
【０１２５】
その後、図１４（ｄ）に示すように、第１実施形態のステップ＃５と同様、シーム３２が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃５７）。本ステップ＃５７によって第２電極１６が形成される。
【０１２６】
［第７実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第６実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図１６〜図１８の各図を参照して説明する。
【０１２７】
図１６は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図１７は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃６１〜＃６５は図１７内の各ステップを表す。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１２８】
まず、図１６（ａ）に示すように、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に導電性材料膜１３（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃６１）。本ステップ＃６１によって第１電極１３が形成される。
【０１２９】
次に、絶縁性材料膜（例えばＳｉＯ２膜）１４をＣＶＤ法にて約３００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃６２）。その後、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、第１電極１３の一部上面が露出するまでＳｉＯ２膜１４をパターニングする（ステップ＃６３）。本ステップ＃６３によって、図１６（ｂ）に示すように、露出した第１電極１３の上面を底面とし、ＳｉＯ２膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の側面を内側面とする開口部２０が形成される。図１８は、ステップ＃６３終了後の平面模式図であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図１６（ｂ）に相当する。
【０１３０】
次に、図１６（ｃ）に示すように、開口部２０が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて、開口部２０内を完全には充填しない膜厚条件下（例えば約１００ｎｍ程度）の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃６４）。本ステップ＃６４によって、開口部２０の内側面を構成する絶縁膜１４の側面と、開口部２０の底面を構成する露出した第１電極１３の上面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３０が形成される。
【０１３１】
次に、図１６（ｄ）に示すように、シーム３０が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃６５）。本ステップ＃６５によって第２電極１６が形成される。
【０１３２】
本実施形態の場合、ステップ＃６４に係る可変抵抗体膜成膜工程の直前において、既に開口部２０（シーム形成用開口部に相当）が形成されている。この開口部２０は、前記基板面に平行な断面が環状に形成された露出内側面、前記露出内側面の外側において前記露出内側面の上端と端部が結合する第１上面、並びに前記露出内側面の内側において前記露出内側面の下端と端部が結合する露出底面によって構成されている。そして、このうち、絶縁膜１４の上面によって前記第１上面が構成され、絶縁膜１４の側面によって前記露出内側面が構成され、第１電極１３の露出した上面によって前記露出底面が構成される。
【０１３３】
このような状態の下で、可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜を成膜することで、露出内側面（絶縁膜１４の側面）から成長する膜と、露出底面（第１電極１３の露出した上面）から成長する膜が接合する領域において、成長膜同士が重なり合うことでシーム３０が形成される。このシーム３０は、図１６（ｃ）に示すように、前記露出内側面と前記露出底面とが結合するコーナ領域から、露出した第１電極１３の上面の上方に向かう方向に延伸する。そして、このシーム３０をそのまま残存させたまま、ステップ＃６５に係る第２電極形成工程を実行することで、第２電極１６が形成された時点において、依然として可変抵抗体膜１５内にはシーム３０が形成されたままの状態となっている。また、前記のように、シーム３０は、第１電極１３と絶縁膜１４によって挟まれたコーナ領域に形成されているところ、第１電極１３から第２電極１６に向かう方向に延伸するように形成されることとなる。
【０１３４】
従って、本実施形態の場合も、第１実施形態と同様、シーム３０が可変抵抗体膜１５内に形成されたままの状態で、第１電極１３と第２電極１６の間に電圧パルスを印加した場合、シーム３０では、バルクの可変抵抗体膜１５に比べ構造欠陥が多いため電界集中が起こり易い。このため、フォーミングプロセスを行うべく電圧を印加したとき、電界集中が起こりやすいシーム内あるいはその近傍においてフィラメントパスが容易に形成しやすい状況となる。このため、予め製造時に特定箇所にシーム３０を意図的に形成しておくことで、フォーミングプロセスによって形成されるフィラメントパスの形成領域を特定範囲内に収めることができ、スイッチング動作の再現性を高めることができる。さらに、シーム３０内あるいはその近傍において電界集中が起こりやすい構成であるため、従来構成よりもフォーミングプロセス実行に要する電圧を低電圧化することができる。以下の第８〜第１２実施形態においても同様であるため、適宜説明を省略する。
【０１３５】
［第８実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第８実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図１９〜図２０の各図を参照して説明する。
【０１３６】
図１９は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図２０は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃７１〜＃７７は図２０内の各ステップを表す。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１３７】
まず、第２実施形態のステップ＃１１〜ステップ＃１４と同様に、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に絶縁性材料膜（例えばＳｉＯ２膜）１４を堆積し（ステップ＃７１）、ＳｉＯ２膜１４をエッチングして、半導体基板１１の一部上面を露出させ（ステップ＃７２）、導電性材料膜（例えばＰｔ膜）１３を全面に堆積した後（ステップ＃７３）、公知の平坦化技術を用いてＳｉＯ２膜１４（以下、絶縁膜１４という）とＰｔ膜１３の上面を露出させる（ステップ＃７４、図１９（ａ）参照）。このとき、まず全面にＰｔ膜１３を堆積した後、Ｐｔ膜１３をエッチングして半導体基板１１の一部上面を露出させ、その後にＳｉＯ２膜１４を全面に堆積した後、公知の平坦化技術を用いてＳｉＯ２膜１４とＰｔ膜１３の上面を露出させるものとしても良い。
【０１３８】
次に、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、Ｐｔ膜１３をエッチバックして開口部２０を形成する（ステップ＃７５）。本ステップ＃７５によって、第１電極１３が形成されるとともに、図１９（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の上面及び側面、並びに第１電極１３の露出した上面によって開口部２０が形成される。より具体的には、露出した第１電極１３を底面とし、絶縁膜１４を内側面とする開口部２０が形成される。なお、本実施形態におけるステップ＃７５終了後の平面模式図は、図１８に示す第７実施形態のステップ＃６３終了後の平面模式図と同一であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図１９（ｂ）に相当する。
【０１３９】
その後は、図１９（ｃ）に示すように、第７実施形態のステップ＃６４と同様、開口部２０（シーム形成用開口部に相当）が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて開口部２０内を完全には充填しない膜厚条件下（例えば約１００ｎｍ程度）の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃７６）。本ステップ＃７６によって、開口部２０の内側面を構成する絶縁膜１４の側面と、開口部２０の底面を構成する第１電極１３の上面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３０が形成される。
【０１４０】
その後、図１９（ｄ）に示すように、第７実施形態のステップ＃６５と同様、シーム３０が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃７７）。本ステップ＃７７によって第２電極１６が形成される。
【０１４１】
［第９実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第９実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図２１〜図２３の各図を参照して説明する。
【０１４２】
図２１は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図２２は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃８１〜＃８４は図２２内の各ステップを表す。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１４３】
まず、図２１（ａ）に示すように、第３実施形態のステップ＃２１と同様、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に導電性材料膜１３（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約４００ｎｍの厚みで全面に堆積する（ステップ＃８１）。
【０１４４】
次に、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、Ｐｔ膜１３に例えば高低差３００ｎｍ程度の開口部２３を形成する（ステップ＃８２）。本ステップ＃８２によって、第１電極１３が形成されるとともに、図２１（ｂ）に示すように、第１電極１３の側面を内側面とし、高さ位置の低い第１電極１３の上面を底面とする開口部２３が形成される。図２３は、ステップ＃８２終了後の平面模式図であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図２１（ｂ）に相当する。
【０１４５】
その後は、図２１（ｃ）に示すように、第７実施形態のステップ＃６４と同様、開口部２３（シーム形成用開口部に相当）が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて開口部２３内を完全には充填しない膜厚条件下（例えば約１００ｎｍ程度）の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃８３）。本ステップ＃８３によって、開口部２３の内側面を構成する第１電極１３の側面と、開口部２３の底面を構成する第１電極１３の高さ位置の低い側の上面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３０が形成される。
【０１４６】
その後、図２１（ｄ）に示すように、第７実施形態のステップ＃６５と同様、シーム３０が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃８４）。本ステップ＃８４によって第２電極１６が形成される。
【０１４７】
［第１０実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第９実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図２４〜図２５の各図を参照して説明する。
【０１４８】
図２４は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図２５は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃９１〜＃９５は図２５内の各ステップを表す。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１４９】
まず、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に絶縁性材料膜１４（例えばＳｉＯ２膜）をスパッタ法にて例えば約４００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積した後（ステップ＃９１）、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、絶縁性材料膜１４に例えば高低差３００ｎｍ程度の開口部２９を形成する（ステップ＃９２、図２４（ａ）参照）。
【０１５０】
次に、開口部２９が形成されている絶縁性材料膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の上層全面に導電性材料膜１３（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍの厚みで全面に堆積する（ステップ＃９３）。本ステップ＃９３によって、図２４（ｂ）に示すように、Ｐｔ膜１３（以下、第１電極１３という）の側面を内側面とし、高さ位置の低い第１電極１３の上面を底面とする開口部２３が形成される。なお、本実施形態におけるステップ＃９３終了後の平面模式図は、図２３に示す第９実施形態のステップ＃８２終了後の平面模式図と同一であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図２４（ｂ）に相当する。
【０１５１】
その後は、図２４（ｃ）に示すように、第７実施形態のステップ＃６４と同様、開口部２３（シーム形成用開口部に相当）が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて開口部２３内を完全には充填しない膜厚条件下（例えば約１００ｎｍ程度）の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃９４）。本ステップ＃９４によって、開口部２３の内側面を構成する第１電極１３の側面と、開口部２３の底面を構成する第１電極１３の高さ位置の低い側の上面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３０が形成される。
【０１５２】
その後、図２４（ｄ）に示すように、第７実施形態のステップ＃６５と同様、シーム３０が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃９５）。本ステップ＃９５によって第２電極１６が形成される。
【０１５３】
［第１１実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第９実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図２６〜図２８の各図を参照して説明する。
【０１５４】
図２６は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図２７は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃１０１〜＃１０５は図２７内の各ステップを表す。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１５５】
まず、図２６（ａ）に示すように、第５実施形態のステップ＃４１と同様、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に絶縁性材料膜１４（例えばＳｉＯ２膜）をスパッタ法にて例えば約１００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃１０１）。
【０１５６】
次に、導電性材料膜１３（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約３００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積した後（ステップ＃１０２）、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、絶縁性材料膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の一部上面が露出するまでＰｔ膜１３をパターニングする（ステップ＃１０３）ことで、開口部２０を形成する。本ステップ＃１０３によって、図２６（ｂ）に示すように、Ｐｔ膜１３（以下、適宜「第１電極１３」という）の側面を内側面とし、絶縁膜１４の露出した上面を底面とする開口部２０が形成される。図２８は、ステップ＃１０３終了後の平面模式図であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図２６（ｂ）に相当する。
【０１５７】
その後は、図２６（ｃ）に示すように、第７実施形態のステップ＃６４と同様、開口部２０（シーム形成用開口部に相当）が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて開口部２０内を完全には充填しない膜厚条件下（例えば約１００ｎｍ程度）の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃１０４）。本ステップ＃１０４によって、開口部２０の内側面を構成する第１電極１３の側面と、開口部２０の底面を構成する絶縁膜１４の露出した上面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３０が形成される。
【０１５８】
その後、図２６（ｄ）に示すように、第７実施形態のステップ＃６５と同様、シーム３０が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃１０５）。本ステップ＃１０５によって第２電極１６が形成される。
【０１５９】
［第１２実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第１２実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図２９〜図３０の各図を参照して説明する。
【０１６０】
図２９は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図３０は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃１１１〜＃１１７は図３０内の各ステップを表す。
【０１６１】
まず、第６実施形態のステップ＃５１〜＃５４と同様、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に導電性材料膜（例えばＰｔ膜）１３を堆積形成し（ステップ＃１１１）、Ｐｔ膜１３をエッチングして、半導体基板１１の一部上面を露出させるとともに第１電極１３を形成し（ステップ＃１１２）、絶縁性材料膜（例えばＳｉＯ２膜）１４を全面に堆積した後（ステップ＃１１３）、公知の平坦化技術を用いてＳｉＯ２膜１４（以下、絶縁膜１４という）と第１電極１３の上面を露出させる（ステップ＃１１４、図２９（ａ）参照）。
【０１６２】
なお、このとき、まず全面にＳｉＯ２膜１４を堆積した後、ＳｉＯ２膜１４をエッチングして半導体基板１１の一部上面を露出させ、その後にＰｔ膜１３を全面に堆積した後、公知の平坦化技術を用いてＳｉＯ２膜１４とＰｔ膜１３の上面を露出させるものとしても良い。
【０１６３】
次に、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、ＳｉＯ２膜１４をエッチバックして開口部２０を形成する（ステップ＃１１５）。本ステップ＃１１５によって、図２９（ｂ）に示すように、第１電極１３の側面を内側面とし、並びにＳｉＯ２膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の露出した上面を底面とする開口部２０が形成される。なお、本実施形態におけるステップ＃１１５終了後の平面模式図は、図２８に示す第１１実施形態のステップ＃１０３終了後の平面模式図と同一であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図２９（ｂ）に相当する。
【０１６４】
その後は、図２９（ｃ）に示すように、第７実施形態のステップ＃６４と同様、開口部２０（シーム形成用開口部に相当）が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をスパッタ法にて開口部２０内を完全には充填しない膜厚条件下（例えば約１００ｎｍ程度）の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃１１６）。本ステップ＃１１６によって、開口部２０の内側面を構成する第１電極１３の側面と、開口部２０の底面を構成する絶縁膜１４の露出した上面のそれぞれから成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、シーム３０が形成される。
【０１６５】
その後、図２９（ｄ）に示すように、第７実施形態のステップ＃６５と同様、シーム３０が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃１１７）。本ステップ＃１１７によって第２電極１６が形成される。
【０１６６】
［第１３実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第１３実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図３１〜図３４の各図を参照して説明する。
【０１６７】
図３１は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図３２は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃１２１〜＃１２５は図３２内の各ステップを表す。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１６８】
まず、図３１（ａ）に示すように、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に導電性材料膜１３（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃１２１）。本ステップ＃１２１によって第１電極１３が形成される。
【０１６９】
次に、絶縁性材料膜（例えばＳｉＯ２膜）１４をＣＶＤ法にて約３００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積する（ステップ＃１２２）。その後、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、第１電極１３の一部上面が露出するまでＳｉＯ２膜１４をパターニングする（ステップ＃１２３）。本ステップ＃１２３によって、図３１（ｂ）に示すように、露出した第１電極１３の上面を底面とし、ＳｉＯ２膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の側面を内側面とする開口部２１が形成される。図３３は、ステップ＃１２３終了後の平面模式図であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図３１（ｂ）に相当する。
【０１７０】
次に、図３１（ｃ）に示すように、開口部２１が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をＬＰ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）−ＣＶＤ法にて、開口部２１内を完全に充填するような膜厚条件下で全面に堆積する（ステップ＃１２４）。本ステップ＃１２４によって、開口部２１の内側面を構成する絶縁膜１４の側面から開口部２１の軸心方向に成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、高さ方向（鉛直方向）に延伸するシーム３１が形成される。図３３は、ステップ＃１２４終了後の平面模式図であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図３１（ｃ）に相当する。
【０１７１】
その後、図３１（ｄ）に示すように、シーム３１が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃１２５）。本ステップ＃１２５によって第２電極１６が形成される。
【０１７２】
本実施形態の場合も、第７実施形態と同様、ステップ＃１２４に係る可変抵抗体膜成膜工程の直前において、既に開口部２１（シーム形成用開口部に相当）が形成されている。この開口部２１は、前記基板面に平行な断面が環状に形成された露出内側面、前記露出内側面の外側において前記露出内側面の上端と端部が結合する第１上面、並びに前記露出内側面の内側において前記露出内側面の下端と端部が結合する露出底面によって構成されている。そして、このうち、絶縁膜１４の上面によって前記第１上面が構成され、絶縁膜１４の側面によって前記露出内側面が構成され、第１電極１３の露出した上面によって前記露出底面が構成される。
【０１７３】
このような状態の下で、可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜をＣＶＤ法で成膜することで、露出内側面（絶縁膜１４の側面）から成長する膜と、露出底面（第１電極１３の露出した上面）から成長する膜が接合する領域において、成長膜同士が重なり合うことでシーム３１が形成される。ＣＶＤ法によって可変抵抗体膜を成膜することで、下地面（開口部２１の内側面及び底面）に沿って均一に膜成長し、この結果、図３１（ｃ）に示すように、開口部２１の軸心近傍において、高さ方向（鉛直方向）に延伸するようにシーム３１が形成される。そして、このシーム３１をそのまま残存させたまま、ステップ＃１２５に係る第２電極形成工程を実行することで、第２電極１６が形成された時点において、依然として可変抵抗体膜１５内にはシーム３１が形成されたままの状態となっている。また、前記のように、シーム３１は、軸心近傍において鉛直方向に延伸するように形成されているところ、第１電極１３から第２電極１６に向かう方向に延伸するように形成されることとなる。
【０１７４】
従って、本実施形態の場合も、第１実施形態と同様、シーム３１が可変抵抗体膜１５内に形成されたままの状態で、第１電極１３と第２電極１６の間に電圧パルスを印加した場合、シーム３１では、バルクの可変抵抗体膜１５に比べ構造欠陥が多いため電界集中が起こり易い。このため、フォーミングプロセスを行うべく電圧を印加したとき、電界集中が起こりやすいシーム内あるいはその近傍においてフィラメントパスが容易に形成しやすい状況となる。このため、予め製造時に特定箇所にシーム３１を意図的に形成しておくことで、フォーミングプロセスによって形成されるフィラメントパスの形成領域を特定範囲内に収めることができ、スイッチング動作の再現性を高めることができる。さらに、シーム３１内あるいはその近傍において電界集中が起こりやすい構成であるため、従来構成よりもフォーミングプロセス実行に要する電圧を低電圧化することができる。以下の第１４〜第１５実施形態においても同様であるため、適宜説明を省略する。
【０１７５】
［第１４実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第８実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図３５〜図３９の各図を参照して説明する。
【０１７６】
図３５は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図３６は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃１３１〜＃１３４は図３６内の各ステップを表す。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１７７】
まず、図３５（ａ）に示すように、第３実施形態のステップ＃２１と同様、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に導電性材料膜１３（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約４００ｎｍの厚みで全面に堆積する（ステップ＃１３１）。
【０１７８】
次に、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、Ｐｔ膜１３に例えば高低差３００ｎｍ程度の開口部２４を形成する（ステップ＃１３２）。本ステップ＃１３２によって、第１電極１３が形成されるとともに、図３５（ｂ）に示すように、第１電極１３の側面を内側面とし、高さ位置の低い第１電極１３の上面を底面とする開口部２４が形成される。図３７は、ステップ＃１３２終了後の平面模式図であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図３５（ｂ）に相当する。
【０１７９】
次に、第１３実施形態のステップ＃１２４と同様、図３５（ｃ）に示すように、開口部２４（シーム形成用開口部に相当）が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をＬＰ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）−ＣＶＤ法にて、開口部２４内を完全に充填するような膜厚条件下で全面に堆積する（ステップ＃１３３）。本ステップ＃１３３によって、開口部２４の内側面を構成する第１電極１３の側面から開口部２４の軸心方向に成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、鉛直方向に延伸するシーム３１が形成される。図３８は、ステップ＃１３３終了後の平面模式図であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図３５（ｃ）に相当する。
【０１８０】
その後、図３５（ｄ）に示すように、シーム３１が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃１３４）。本ステップ＃１３４によって第２電極１６が形成される。
【０１８１】
なお、本実施形態では、図３５（ｂ）に示すように開口部２４が筒状に形成される場合を例に挙げて説明したが、開口部２４の形状はこのような形状に限られない。図３９には、開口部２４が錐形状に形成される場合を例示しているが、このような場合においてもステップ＃１３１〜＃１３４の各工程を経てシーム３１を可変抵抗体１５内に有する可変抵抗素子を形成することができる。
【０１８２】
［第１５実施形態］
本発明に係る可変抵抗素子及びその製造方法、並びにその駆動方法の第８実施形態（以下、適宜「本実施形態」という）につき、図４０〜図４２の各図を参照して説明する。
【０１８３】
図４０は、本実施形態における可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図である。また、図４１は、該製造方法における工程手順を示すフローチャートであり、以下の文中の各ステップ＃１４１〜＃１４５は図４１内の各ステップを表す。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１８４】
まず、第１０実施形態のステップ＃９１〜＃９２と同様、トランジスタ回路等（図示せず）を適宜形成した半導体基板１１上に絶縁性材料膜１４（例えばＳｉＯ２膜）をスパッタ法にて例えば約４００ｎｍ程度の膜厚で全面に堆積した後（ステップ＃１４１）、公知のフォトリソグラフィ技術によって形成したレジストをマスクに、公知のエッチング技術によって、絶縁性材料膜１４に例えば高低差３００ｎｍ程度の開口部２８を形成する（ステップ＃１４２、図４０（ａ）参照）。
【０１８５】
次に、開口部２８が形成されている絶縁性材料膜１４（以下、適宜「絶縁膜１４」という）の上層全面に導電性材料膜１３（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍの厚みで全面に堆積する（ステップ＃１４３）。本ステップ＃１４３によって、第１電極１３が形成されるとともに、図４０（ｂ）に示すように、Ｐｔ膜１３（以下、第１電極１３という）の側面を内側面とし、高さ位置の低い第１電極１３の上面を底面とする開口部２４が形成される。なお、本実施形態におけるステップ＃１４３終了後の平面模式図は、図３７に示す第１４実施形態のステップ＃１３２終了後の平面模式図と同一であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図４０（ｂ）に相当する。
【０１８６】
次に、第１３実施形態のステップ＃１２４と同様、図４０（ｃ）に示すように、開口部２４（シーム形成用開口部に相当）が形成されている状態の下で、可変抵抗体膜１５（例えばＣｏＯ膜）をＬＰ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）−ＣＶＤ法にて、開口部２４内を完全に充填するような膜厚条件下で全面に堆積する（ステップ＃１４４）。本ステップ＃１４４によって、開口部２４の内側面を構成する第１電極１３の側面から開口部２４の軸心方向に成長する可変抵抗体膜としてのＣｏＯ膜１５が接合する部分において、鉛直方向に延伸するシーム３１が形成される。なお、本実施形態におけるステップ＃１４４終了後の平面模式図は、図３８に示す第１４実施形態のステップ＃１３３終了後の平面模式図と同一であり、Ｗ−Ｗ’断面が、図４０（ｃ）に相当する。
【０１８７】
その後、図４０（ｄ）に示すように、シーム３１が形成された可変抵抗体膜１５の上面全面に導電性材料膜１６（例えばＰｔ膜）をスパッタ法にて約１００ｎｍ程度の膜厚で堆積する（ステップ＃１４５）。本ステップ＃１４５によって第２電極１６が形成される。
【０１８８】
なお、本実施形態では、図４０（ａ），（ｂ）に示すように開口部２８，２４がそれぞれ筒状に形成される場合を例に挙げて説明したが、開口部２４の形状はこのような形状に限られない。図４２には、開口部２８，２４が錐形状に形成される場合を例示しているが、このような場合においてもステップ＃１４１〜＃１４５の各工程を経てシーム３１を可変抵抗体１５内に有する可変抵抗素子を形成することができる。
【０１８９】
以上、各実施形態において説明したように、本発明に係る可変抵抗素子は、可変抵抗体内に意図的にシームを形成し、更に、そのシームを除去することなく可変抵抗体上層に電極（第２電極）を形成することで、シームをフィラメントパスの一部または全部として活用することを図るものである。
【０１９０】
すなわち、可変抵抗体内にシームが形成されている状態の下でフォーミングプロセスを実行することで、電界集中の起こりやすいシーム形成領域並びにその近傍において容易にフィラメントパスが形成されることとなる。つまり、可変抵抗体膜内に形成されたシームをフィラメントパスの一部または全部として利用することができる。このことは、フォーミングプロセスによって生成されるフィラメントパスの生成箇所を特定することができるとともに、フォーミングプロセス時に印加すべき電圧を低電圧化することができることを意味するものである。
【０１９１】
従って、上記各実施形態によれば、製造時に可変抵抗体内の特定箇所にシームを形成することで、当該シーム形成領域並びにその近傍にフィラメントパスが形成されるため、同一箇所にシームを形成する条件下で可変抵抗素子を製造することで、各可変抵抗素子間において形成されるフィラメントパスの形成領域を同一領域にすることができ、これによって再現性の高い可変抵抗素子を製造することができるとともに構造設計の容易化を実現できる。
【０１９２】
［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。
【０１９３】
〈１〉  上述の第１〜第６実施形態（図１，図４，図６，図９，図１１，図１４）では、可変抵抗体１５が段差のコーナ部近傍において堆積膜厚よりも局部的に厚膜化しており、当該厚膜化している領域内にシーム３２が形成される構造としたが、コーナ部近傍の可変抵抗体１５の膜厚が堆積膜厚よりも薄く形成される場合であって、同様にコーナ部近傍にシーム３２が形成される構造であっても良い。例えば、第１実施形態においてステップ＃１〜＃５に係る各工程を実行した場合、図１（ｄ）のような構造ではなく、図４３に示すような構造となる場合も想定され、かかる場合においても上述した第１実施形態の場合と同様の効果が奏される。第２〜第６実施形態においても同様である。
【０１９４】
さらに、上述の第７〜第１２実施形態（図１６，図１９，図２１，図２４，図２６，図２９）においても、開口部の内側壁と底面とが接合するコーナ部近傍において、堆積膜厚が局部的に厚膜化しており、当該厚膜化している領域内にシーム３０が形成される構造としたが、コーナ部近傍の可変抵抗体１５の膜厚が堆積膜厚よりも薄く形成される場合であって、同様にコーナ部近傍にシーム３０が形成される構造であっても良い。例えば、第７実施形態においてステップ＃６１〜＃６５に係る各工程を実行した場合に、図１６（ｄ）のような構造ではなく、図４４に示すような構造となる場合も想定され、かかる場合においても上述した第７実施形態の場合と同様の効果が奏される。第８〜第１２実施形態においても同様である。
【０１９５】
なお、図１６（ｄ）では、可変抵抗体膜１５が、開口部底面上の堆積膜厚と、開口部内側壁を構成する絶縁膜１４上の堆積膜厚とが同程度となるように図示されているが、図４４に示したように、開口部底面上の堆積膜厚が絶縁膜１４上の堆積膜厚よりも薄膜化している構造であっても良い。このとき、開口部底面上の堆積膜厚は、中央付近が最も厚く、中央付近から離れるほど、すなわちコーナ領域に近付くほど堆積膜厚が薄膜化する構造となるものとして構わない。第８〜第１２実施形態においても同様である。
【０１９６】
〈２〉  上述の第１実施形態（図１）では、段差の側壁を構成する絶縁膜１４の上面にも可変抵抗体膜１５が堆積する構成としたが、図４５に示すように、絶縁膜１４の上面には可変抵抗体膜１５が堆積されない構成としても良い。この場合、ステップ＃４に係る可変抵抗体膜１５の堆積後、絶縁膜１４上に堆積した可変抵抗体膜１５を例えばＣＭＰ法によって絶縁膜１４の上面が露出するまで研磨した後、第２電極１６を形成することで実現される。第２，第７，第８実施形態についても同様とする。なお、第７実施形態（図１６）の場合に、可変抵抗体膜１５を堆積後に絶縁膜１４の上面に堆積した可変抵抗体膜１５を研磨除去すると、図４６に示すような構造となる。
【０１９７】
また、第３実施形態（図６）のように、段差の側壁を構成するのが第１電極１３の場合には、可変抵抗体膜１５を堆積後、高さ位置の高い第１電極１３の上面に堆積した可変抵抗体膜１５を研磨除去し、次に第２電極１６を構成する電極膜を形成後、同様に高さ位置の高い第１電極１３の上面に堆積した当該電極膜を研磨除去し、その後に絶縁膜４１を堆積することで、図４７に示すような構造を実現しても良い。なお、図４５の場合と比べ、第２電極１６を構成する電極膜についても研磨除去するのは、第１電極１３と第２電極１６とが接触することでショート状態とならないようにするための措置である。第３〜第６，第９〜第１１実施形態についても同様とする。
【０１９８】
〈３〉  第１３実施形態において、可変抵抗体膜１５が、開口部側壁を構成する絶縁膜１４の上面に堆積される構成としたが、図４８に示すように、可変抵抗体膜１５が絶縁膜１４の上面には堆積されない構成であっても構わない。この場合、可変抵抗体膜１５を堆積後、絶縁膜１４の上面が露出するまで研磨除去した後、第２電極１３を形成することで実現される。なお、当該研磨工程を実行することによって、図４８に示すように、可変抵抗体膜１５の上面が絶縁膜１４の上面の高さ位置より低くなっても良い。このような場合においても、可変抵抗体膜１５のほぼ中央部（開口部２１の軸心近傍）にシーム３１が形成される。第１４，第１５実施形態においても同様とする。
【０１９９】
なお、第１４，第１５実施形態の場合には、第１電極１３と第２電極１６とが接触するのを防止すべく、第２電極１６を構成する電極膜を堆積後、一部をエッチング除去するものとしても良い。例えば、第１４実施形態の場合、可変抵抗体膜１５を堆積後、第１電極１３の上面に堆積した可変抵抗体膜１５を研磨除去し、その後に第２電極１６を構成する電極膜を堆積した後、第１電極１３と接触している第２電極１６の電極膜をエッチング除去するものとしても良い。その後に、絶縁膜４１を堆積することで、図４９に示すような構造が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】本発明の第１実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図２】本発明の第１実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図３】本発明の第１実施形態の可変抵抗素子が形成される領域を示した平面模式図
【図４】本発明の第２実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図５】本発明の第２実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図６】本発明の第３実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図７】本発明の第３実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図８】本発明の第３実施形態の可変抵抗素子が形成される領域を示した平面模式図
【図９】本発明の第４実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図１０】本発明の第４実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図１１】本発明の第５実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図１２】本発明の第５実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図１３】本発明の第５実施形態の可変抵抗素子が形成される領域を示した平面模式図
【図１４】本発明の第６実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図１５】本発明の第６実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図１６】本発明の第７実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図１７】本発明の第７実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図１８】本発明の第７実施形態の可変抵抗素子が形成される領域を示した平面模式図
【図１９】本発明の第８実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図２０】本発明の第８実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図２１】本発明の第９実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図２２】本発明の第９実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図２３】本発明の第９実施形態の可変抵抗素子が形成される領域を示した平面模式図
【図２４】本発明の第１０実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図２５】本発明の第１０実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図２６】本発明の第１１実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図２７】本発明の第１１実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図２８】本発明の第１１実施形態の可変抵抗素子が形成される領域を示した平面模式図
【図２９】本発明の第１２実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図３０】本発明の第１２実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図３１】本発明の第１３実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図３２】本発明の第１３実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図３３】本発明の第１３実施形態の可変抵抗素子が形成される領域を示した平面模式図
【図３４】本発明の第１３実施形態のシームが形成される領域を示した平面模式図
【図３５】本発明の第１４実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図３６】本発明の第１４実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図３７】本発明の第１４実施形態の可変抵抗素子が形成される領域を示した平面模式図
【図３８】本発明の第１４実施形態のシームが形成される領域を示した平面模式図
【図３９】本発明の第１４実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す別の工程断面図
【図４０】本発明の第１５実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す工程断面図
【図４１】本発明の第１５実施形態の可変抵抗素子の製造工程を示すフローチャート
【図４２】本発明の第１４実施形態の可変抵抗素子の製造方法を示す別の工程断面図
【図４３】本発明の別実施形態の可変抵抗素子の概略構造図
【図４４】本発明の別実施形態の可変抵抗素子の別の概略構造図
【図４５】本発明の別実施形態の可変抵抗素子のさらに別の概略構造図
【図４６】本発明の別実施形態の可変抵抗素子のさらに別の概略構造図
【図４７】本発明の別実施形態の可変抵抗素子のさらに別の概略構造図
【図４８】本発明の別実施形態の可変抵抗素子のさらに別の概略構造図
【図４９】本発明の別実施形態の可変抵抗素子のさらに別の概略構造図
【図５０】従来構成の可変抵抗素子の概略構造図
【符号の説明】
【０２０１】
１１：    半導体基板
１３：    第１電極
１４：    絶縁膜
１５：    可変抵抗体（膜）
１６：    第２電極
２０：    開口部
２１：    開口部
２２：    段差部
２３：    開口部
２４：    開口部
２５：    段差部
２８：    開口部
２９：    開口部
３０：    シーム
３１：    シーム
３２：    シーム
４１：    絶縁膜
１０１：    上部電極
１０２：    可変抵抗体
１０３：    下部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010062265.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010062265.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010062265.tif 000011
【図１０】
2010062265.tif 000012
【図１１】
2010062265.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2010062265.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2010062265.tif 000017
【図１６】
2010062265.tif 000018
【図１７】
2010062265.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2010062265.tif 000021
【図２０】
2010062265.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
2010062265.tif 000032
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
2010062265.tif 000036
【図３５】
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【図３６】
2010062265.tif 000038
【図３７】
2010062265.tif 000039
【図３８】
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【図３９】
2010062265.tif 000041
【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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