(57)【要約】  本発明の抵抗変化素子は、抵抗変化膜と、抵抗変化膜の一方の面に接して配置される第１電極と、抵抗変化膜の他方の面に接して配置される第２電極と、を備え、第１および第２の電極はそれぞれ角部を有し、第１および第２の電極の角部間の距離が、第１および第２の電極間の最短距離となる抵抗変化素子とする。さらに、抵抗変化膜の一方の面に配置される第３の電極を有する。
2013136798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗変化膜と、
前記抵抗変化膜の一方の面に配置される第１電極と、
前記抵抗変化膜の他方の面に配置される第２電極と、を備え、
前記第１および第２の電極はそれぞれ角部を有し、
前記第１および第２の電極の角部間の距離が、前記第１および第２の電極間の最短距離となることを特徴とする抵抗変化素子。
【請求項２】
前記一方の面に配置される第３の電極を有することを特徴とする請求項１に記載の抵抗変化素子。
【請求項３】
バイポーラ型の抵抗変化素子であって、
前記第１電極は金属イオンの供給源となる材料を含み、
前記第２電極は前記第１電極よりもイオン化しにくい材料からなり、
前記抵抗変化素子膜は前記金属イオンが伝導可能なイオン伝導層であることを特徴とする請求項２に記載の抵抗変化素子。
【請求項４】
前記第１電極は銅配線を兼ね、
前記第１電極のうち前記抵抗変化膜と接していない面はバリアメタルで覆われていることを特徴とする請求項３に記載の抵抗変化素子。
【請求項５】
少なくとも前記第１電極の角部は銅を含む材料からなることを特徴とする請求項３または４に記載の抵抗変化素子。
【請求項６】
前記第３電極は銅配線を兼ね、
前記第３電極の前記抵抗変化膜と接していない面はバリアメタルで覆われていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の抵抗変化素子。
【請求項７】
多層配線のいずれか１層の配線層が前記第１電極を有し、
前記第１電極と前記抵抗変化膜との間には前記抵抗変化膜の一部が挿設された開口部を有する絶縁性バリア膜が設けられ、
前記第１電極は前記開口部を介して前記抵抗変化素子膜と接していることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の抵抗変化素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の抵抗変化素子を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
多層配線を有する半導体装置の製造方法であって、
前記多層配線に含まれる配線層の１つに設けられた２つの第１配線の上に絶縁性バリア膜を形成する絶縁性バリア膜形成工程と、
前記２つの第１配線から垂直方向に離れるにしたがって広くなるテーパ面を壁面に備え、前記２つの第１配線の上面の少なくとも一部を露出する開口部を前記絶縁性バリア膜に形成する開口部形成工程と、
少なくとも前記壁面を含む前記開口部に抵抗変化素子膜を形成する抵抗変化膜形成工程と、
前記抵抗変化膜の上に電極を形成する電極形成工程と、
前記多層配線のうち、前記２つの第１配線が形成された配線層とは異なる配線層に前記電極に接続する第２配線を形成する第２配線形成工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
第１および第２の電極の角部間の距離が前記第１および第２の電極間の最短距離となるように抵抗変化膜を挟持し、前記第１の電極が配置された面と同一の面に配置された第３の電極を有する抵抗変化素子のプログラミング方法であって、
前記第１および第２の電極間に電圧を印加した状態を初期状態とし、前記第３電極に電圧パルスを印加することによって前記抵抗変化膜の電気抵抗を変化させることを特徴とする抵抗変化素子のプログラミング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、抵抗変化型不揮発性素子（以下では、「抵抗変化素子」と称する）を有する半導体装置およびその製造方法に関する。さらに、その抵抗変化素子を用いたプログラミング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス（特に、シリコンデバイス）は、微細化（スケーリング則：Ｍｏｏｒｅの法則）によってデバイスの集積化・低電力化が進められ、３年で４倍のペースで集積化および低電力化の開発が進められてきた。近年、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のゲート長は２０ｎｍ以下となり、リソグラフィプロセスの高騰（装置価格およびマスクセット価格）、およびデバイス寸法の物理的限界（動作限界・ばらつき限界）により、これまでのスケーリング則とは異なるアプローチでのデバイス性能の改善が求められている。【０００３】
近年、ゲートアレイとスタンダードセルの中間的な位置づけとしてＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）と呼ばれる再書き換え可能なプログラマブルロジックデバイスが開発されている。ＦＰＧＡは、顧客自身がチップの製造後に任意の回路構成を行うことを可能とするものである。ＦＰＧＡは、抵抗変化素子を有し、顧客自身が任意に配線の電気的接続をできるようにしたものである。このようなＦＰＧＡを搭載した半導体装置を用いることで、回路の自由度を向上させることができるようになる。抵抗変化素子としては、遷移金属酸化物を用いたＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）や、イオン伝導体を用いた固体電解質スイッチ、原子スイッチなどがある。【０００４】
特許文献１、及び非特許文献１では、イオン伝導体（イオンが電界などの印加によって自由に動くことのできる固体）を介して２個の電極が配置され、それらの間の導通状態を制御する２端子型のスイッチング素子（抵抗変化素子）の場合の構成、動作、およびクロスバースイッチが開示されている。【０００５】
非特許文献１には、イオン伝導体中における金属イオン移動と電気化学反応とを利用したスイッチング素子が開示されている。非特許文献１に開示されたスイッチング素子は、イオン伝導層と、イオン伝導層を挟んで対向して設けられた第１電極および第２電極とを有する構成である。このうち、第１電極はイオン伝導層に金属イオンを供給するための役割を果たしている。第２電極からはイオン伝導層に金属イオンは供給されない。【０００６】
このスイッチング素子の動作を簡単に説明する。第２電極を接地して第１電極に正電圧を印加すると、第１電極の金属が金属イオンになってイオン伝導層に溶解する。そして、イオン伝導層中の金属イオンがイオン伝導層中に金属になって析出し、析出した金属により第１電極と第２電極を接続する金属架橋（フィラメント、導電性パスとも呼ばれる）形成される。金属架橋で第１電極と第２電極が電気的に接続することで、スイッチがオン状態になる。一方、上記オン状態で第１電極を接地して第２電極に正電圧を印加すると、金属架橋の一部が切れる。これにより、第１電極と第２電極との電気的接続が切れ、スイッチがオフ状態になる。なお、電気的接続が完全に切れる前の段階から第１電極および第２電極間の抵抗が大きくなったり、電極間容量が変化したりするなど電気特性が変化し、最終的に電気的接続が切れる。また、上記オフ状態からオン状態にするには、再び第２電極を接地して第１電極に正電圧を印加すればよい。【０００７】
このようなスイッチング素子は、半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴなど）よりもサイズが小さく、オン抵抗（ＯＮ状態の抵抗値）が小さいという特徴がある。そのため、プログラマブルロジックデバイスへの適用に、そのスイッチング素子が有望であると考えられている。また、このスイッチング素子においては、その導通状態（オンまたはオフ）は印加電圧を与えなくてもそのまま維持されるので、不揮発性のメモリ素子としての応用も考えられる。例えば、トランジスタなどの選択素子１個とスイッチング素子１個とを含むメモリセルを基本単位として、このメモリセルを縦方向と横方向にそれぞれ複数配列する。このように配列することで、ワード線およびビット線で複数のメモリセルの中から任意のメモリセルを選択することが可能となる。そして、選択したメモリセルのスイッチング素子の導通状態をセンスし、スイッチング素子のオンまたはオフの状態から情報「１」または「０」のいずれの情報が格納されているかを読み取ることが可能な不揮発性メモリを実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１０１５３５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｓ．Ｋａｅｒｉｙａｍａ  ｅｔ  ａｌ．、“Ａ  Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｓｏｌｉｄ−Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ  Ｓｗｉｔｃｈ”、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ、Ｖｏｌ．４０（１）、ｐｐ．１６８−１７６（２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１および非特許文献１の抵抗変化素子は、低抵抗状態における電流の経路（フィラメント、ブリッジなどと呼ばれる）が、抵抗変化膜内部にランダムに生じるため、閾値電圧（プログラミング）のばらつきが大きいという課題がある。【００１１】
また、誤書き込みや誤動作を防止するためには、プログラミング電圧を高く維持する必要があり、結果として低電圧化が難しいという課題がある。【００１２】
本発明の目的は、上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、低電圧で高信頼性、かつ高密度化が可能な抵抗変化素子を搭載した抵抗変化素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の抵抗変化素子は、抵抗変化膜と、抵抗変化膜の一方の面に接して配置される第１電極と、抵抗変化膜の他方の面に接して配置される第２電極と、を備え、第１および第２の電極はそれぞれ角部を有し、第１および第２の電極の角部間の距離が、第１および第２の電極間の最短距離となる。【００１４】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、多層配線に含まれる配線層の１つに設けられた２つの第１配線の上に絶縁性バリア膜を形成する絶縁性バリア膜形成工程と、２つの第１配線から垂直方向に離れるにしたがって広くなるテーパ面を壁面に備え、２つの第１配線の上面の少なくとも一部を露出する開口部を絶縁性バリア膜に形成する開口部形成工程と、少なくとも壁面を含む開口部に抵抗変化素子膜を形成する抵抗変化膜形成工程と、抵抗変化膜の上に電極を形成する電極形成工程と、多層配線のうち、２つの第１配線が形成された配線層とは異なる配線層に電極に接続する第２配線を形成する工程と、を有する。【００１５】
また、本発明の抵抗変化素子のプログラミング方法は、第１および第２の電極の角部間の距離が第１および第２の電極間の最短距離となるように抵抗変化膜を挟持し、第１の電極が配置された面と同一の面に配置された第３の電極を有する抵抗変化素子のプログラミング方法であって、第１および第２の電極間に電圧を印加した状態を初期状態とし、第３電極に電圧パルスを印加することによって抵抗変化膜の電気抵抗を変化させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１電極、第２電極、における双方の角部間の最短距離が特定されることから、フィラメント（導電性パス）が形成される箇所が特定される。これにより、プログラミング動作が安定化し、プログラミング電圧のばらつきを小さく抑えられることから、プログラミング電圧を低電圧化することができる。【００１７】
加えて双方の電極が角部であることから、電界集中の効果によってプログラミング時の実効電界を増加させることができるため、プログラミング電圧を低電圧化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係るユニポーラ型抵抗変化素子の動作特性を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に係るユニポーラ型抵抗変化素子の動作特性を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態に係るユニポーラ型抵抗変化素子の動作特性を示す図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態に係るユニポーラ型抵抗変化素子の動作特性を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係るバイポーラ型抵抗変化素子の動作特性を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係るバイポーラ型抵抗変化素子の動作特性を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態に係るバイポーラ型抵抗変化素子の動作特性を示す図である。
【図２Ｄ】本発明の実施形態に係るバイポーラ型抵抗変化素子の動作特性を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の抵抗変化素子の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の抵抗変化素子の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の抵抗変化素子の変形例の断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態における密閉筺体の断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態における密閉筺体の斜視図である。
【図８】本発明の実施例１の抵抗変化素子の断面図である。
【図９】本発明の実施例１の抵抗変化素子の上面図である。
【図１０】本発明の実施例２の抵抗変化素子の断面図である。
【図１１】本発明の実施例２の抵抗変化素子の上面図である。
【図１２】本発明の実施例３の抵抗変化素子の断面図である。
【図１３】本発明の実施例３の抵抗変化素子の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
【００２０】
まず、本発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明に用いる用語の意味を説明する。
【００２１】
抵抗変化素子の動作特性として、ユニポーラ型とバイポーラ型の２種類がある。ユニポーラ型抵抗変化素子は、印加電圧により高抵抗状態（ＯＦＦ状態）と低抵抗状態（ＯＮ状態）とが切り替えられるスイッチング素子である。バイポーラ型抵抗変化素子は、印加する電圧の極性に応じて高抵抗状態と低抵抗状態とが切り替えられるスイッチング素子である。バイポーラ型抵抗変化素子はＲｅＲＡＭおよびＮａｎｏＢｒｉｄｇｅ（登録商標）で用いることが可能であり、ユニポーラ型抵抗変化素子はＲｅＲＡＭで用いることが可能である。
【００２２】
ユニポーラ型抵抗変化素子の動作を説明する。図１Ａ〜図１Ｄはユニポーラ型抵抗変化素子の動作特性を示す図である。ここでは、ユニポーラ型抵抗変化素子は、第１電極と、第２電極と、これら２つの電極に挟まれた抵抗変化素子とを有する構成である。
【００２３】
第１電極に正電圧を印加すると、図１Ａに示すように、所望のセット電圧Ｖsを閾値電圧として、抵抗変化素子は、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へ遷移する。ＯＦＦ状態は２つの電極間の抵抗値が高い状態（高抵抗状態）を意味し、ＯＮ状態は２つの電極間の抵抗値が低い状態（低抵抗状態）を意味する。閾値電圧は、抵抗変化層の膜厚、組成、密度などに依存する。
【００２４】
続いて、ＯＮ状態の抵抗変化素子において、再び第１電極に正電圧を印加すると、図１Ｂに示すように、所望の閾値電圧（リセット電圧Ｖr）において、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移する。さらに、第１電極に正電圧の印加を続けると、セット電圧Ｖsに達し、抵抗変化素子は、再びＯＦＦ状態からＯＮ状態へ遷移する。
【００２５】
一方、第１電極に負電圧を印加すると、図１Ｃに示すように、所望のセット電圧Ｖsを閾値電圧として、ＯＦＦ状態（高抵抗状態）からＯＮ状態（低抵抗状態）へ遷移する。続いて、ＯＮ状態の抵抗変化素子において、再び第１電極に負電圧を印加すると、図１Ｄに示すように、所望の閾値電圧（リセット電圧Ｖr）において、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移する。さらに、第１電極に負電圧の印加を続けると、セット電圧Ｖsに達し、抵抗変化素子は、再びＯＦＦ状態からＯＮ状態へ遷移する。
【００２６】
このように、この抵抗変化素子は、図１Ａ−図１Ｂの動作と図１Ｃ−図１Ｄの動作が対称であり、電圧の印加方向（極性）には依存せず、電圧のレベルにのみ依存して抵抗変化特性を示す。このような素子をユニポーラ型抵抗変化素子と定義する。
【００２７】
次に、バイポーラ型抵抗変化素子の動作を説明する。図２Ａ〜図２Ｄはバイポーラ型抵抗変化素子の動作特性を示す図である。ここでは、比較のために、バイポーラ型抵抗変化素子の構成が上述のユニポーラ型抵抗変化素子と同様であるときの電圧−電流特性を示す。
【００２８】
第１電極に正電圧を印加すると、図２Ａに示すように、所望のセット電圧Ｖsを閾値電圧として、抵抗変化素子はＯＦＦ状態（高抵抗状態）からＯＮ状態（低抵抗状態）へ遷移する。続いて、ＯＮ状態の抵抗変化素子において、再び第１電極に正電圧を印加した場合には、ユニポーラ型抵抗変化素子で見られた抵抗変化が生じることなく、図２Ｂに示すように、抵抗変化素子はＯＮ状態を維持してオーミックな電流−電圧特性を示す。
【００２９】
一方、ＯＮ状態の抵抗変化素子の第１電極に負電圧を印加すると（図２Ｃ）、所望のセット電圧Ｖsを閾値電圧として、ＯＮ状態（低抵抗状態）からＯＦＦ状態（高抵抗状態）へ遷移する。続いて、ＯＦＦ状態の抵抗変化素子において、再び第１電極に正電圧を印加すると、図２Ｄに示すように、リセット電圧Ｖrにおいて、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へ遷移する。
【００３０】
このように、このバイポーラ型抵抗変化素子は、第１電極に正電圧を印加した場合にのみ、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へ遷移し、第１電極に負電圧を印加した場合にのみ、ＯＮ状態からＯＦＦ状態への遷移が生じる。このような素子をバイポーラ型抵抗変化素子と定義する。
【００３１】
ここで、バイポーラ型抵抗変化素子に用いられる電極について、次のように定義する。図２Ａ〜図２Ｄで説明したように、正電圧を印加した場合にＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移する電極を「第１の電極」または「活性電極」と定義する。逆に正電圧を印加した場合にＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移する電極を「第２の電極」または「不活性電極」と定義する。
【００３２】
〔第１の実施形態〕本発明の第１の実施形態の半導体装置に用いられる抵抗変化素子１００の構成を説明する。図３は、本実施形態の半導体装置に用いられる抵抗変化素子の一構成例を示す図である。
【００３３】
〔構造の説明〕図３に示した抵抗変化素子１００は、例えばバイポーラ型の抵抗変化動作を示す固体電解質スイッチ（原子スイッチ）である。第１電極１０１（活性電極）と、第２電極１０２（不活性電極）と、これらの電極に挟まれた抵抗変化膜１０３とを有する構成である。これらは半導体基板（図示せず）上の絶縁膜１０５内部に形成されている。抵抗変化膜１０３は、例えば、非特許文献１に開示されたイオン伝導体である。
【００３４】
第１電極１０１は、第１電極の角部１０６を有し、第２電極１０２は第２電極の角部１０７を有する。なお、本発明の実施形態の電極の角部とは、２つの電極が有するいくつかの角部のうち、一方の電極において他方の電極に最も近接した部位に位置する角部のことを示す。
【００３５】
第１電極の角部１０６と第２電極の角部１０７の距離は、角部間の距離１０８で示される。このとき、角部間の距離１０８は、第１電極１０１と第２電極１０２の電極間距離の最短経路と一致する。
【００３６】
例えば、第１電極１０１がＣｕ、第２電極１０２がＲｕ、抵抗変化膜１０３がポリマー固体電解質である場合に、高抵抗状態（ＯＦＦ状態）から低抵抗状態（ＯＮ状態）に遷移させる場合（セット動作）について説明する。なお、第１電極１０１はＣｕを主成分としていればよく、Ｃｕを含む合金であってもよい。
【００３７】
〔動作の説明〕第２電極１０２を０Ｖに接地し、第１電極１０１に正電圧を印加する。第１電極−第２電極間に印加された電圧により誘起される電界（単位面積あたりの電気力線の本数）は、角部間の距離１０８上で最大となる。これにより第１電極−第２電極間に介在する抵抗変化膜１０３内にＣｕイオンが析出する経路が角部間の距離１０８に同定され、Ｃｕ架橋が形成されて低抵抗状態（ＯＮ状態）へ遷移する。
【００３８】
つづいて、低抵抗状態（ＯＮ状態）から高抵抗状態（ＯＦＦ状態）に遷移させる場合（リセット動作）について説明する。第１電極１０１を０Ｖに接地し、第２電極１０２に正電圧を印加する。第１電極−第２電極間に印加された電圧により流れる電流は、角部間の距離１０８上で最大となる。これにより第１電極−第２電極間に介在する抵抗変化膜１０３内に形成されたＣｕ架橋の形成箇所と一致する。これにより、電流経路が角部間の距離１０８上に同定され、閾値電流（あるいは電圧）に達すると高抵抗状態（ＯＦＦ状態）へ遷移する。
【００３９】
〔作用・効果の説明〕このように、第１電極、および第２電極の角部が規定されることで、電界集中の生じる箇所を固定し、安定したスイッチング動作ができるようになる。さらに電界集中を利用することで、角部を有しない抵抗変化素子と比較して、低電圧でのプログラミングが可能になる。
【００４０】
このとき、第１電極、および第２電極のいずれか一方が角部を有することも可能であるが、この場合はセット動作、あるいはリセット動作のいずれか一方のプログラミング時に電界集中を生じさせることのみに有効である。本発明の実施形態では、双方の電極が角部を有することで、角部同士の最短経路がはじめて一義的に決まり、導電パスの形成位置を特定することができるようになる。これにより、これまでいずれか一方の電極のみが角部を有する素子では得られなかったプログラミング動作の安定化が達成され、これにより低電圧化をすることができるようになる。
【００４１】
本発明の第１の実施形態の抵抗変化素子によれば、第１電極、第２電極における双方の角部間の最短距離が特定されることから、フィラメント（導電性パス）が形成される箇所が特定される。これにより、プログラミング動作が安定化し、プログラミング電圧のばらつきを小さく抑えられることから、プログラミング電圧を低電圧化することができる。
【００４２】
また、双方の電極が角部であることから、電界集中の効果によってプログラミング時の実効電界を増加させることができるため、プログラミング電圧を低電圧化することができる。
【００４３】
〔第２の実施形態〕本発明の第２の実施形態の半導体装置に用いられる抵抗変化素子２００の構成を説明する。図４は本実施形態の半導体装置に用いられる抵抗変化素子の一構成例を示す図である。
【００４４】
〔構造の説明〕図４に示したように、第２の実施形態は、第１電極２０１の上面と第２電極２０２の下面の位置が一致していること以外の構成は実施形態１と同じである。抵抗変化素子２００は、例えばバイポーラ型の抵抗変化動作を示す固体電解質スイッチ（原子スイッチ）である。第１電極２０１（活性電極）と、第２電極２０２（不活性電極）と、これらの電極に挟まれた抵抗変化膜２０３とを有する構成である。これらは半導体基板（図示せず）上の絶縁膜２０５内部に形成されている。抵抗変化膜２０３は、例えば、非特許文献１に開示されたイオン伝導体である。
【００４５】
第１電極２０１は第１電極の角部２０６を有し、第２電極２０２は第２電極の角部２０７を有する。第１電極の角部２０６と第２電極の角部２０７の距離は、角部間の距離２０８で示される。このとき、角部間の距離２０８は、第１電極２０１と第２電極２０２の電極間距離の最短経路と一致する。抵抗変化素子のプログラミング方法は実施の形態１と同じなので省略する。
【００４６】
図５は、第２の実施形態の変形例である。本変形例の抵抗変化素子３００は、第２の実施形態の抵抗変化素子２００と同様に、第１電極３０１と、第２電極３０２と、抵抗変化膜３０３と、絶縁膜３０５とを有し、第２電極３０２の形状のみが異なる。第２電極３０２は、図５のように抵抗変化膜３０３に沿うように形成される。また、第１電極３０１には第１電極の角部３０６、第２電極３０２には第２電極の角部３０７が形成されている。第１電極の角部３０６と第２電極の角部３０７の距離は、角部間の距離３０８で示される。なお、第２電極３０２の形状以外は第２の実施形態と同じなので、その他の構成に関する詳細な説明は省略する。
【００４７】
〔作用・効果の説明〕第１の実施形態では、電極間の最短経路の長さが、第１電極１０１と第２電極１０２の位置（距離）、すなわちリソグラフィの重ね精度によって決まるため、抵抗変化膜１０３の膜厚よりも大きくなる場合がある。そのため、角部を用いない場合と比較した場合、の低電圧化の効果が安定化しない問題がある。これに対して、第２の実施形態の構造を用いることで、電極間の最短距離と角部間距離を一致させ、かつ抵抗変化膜２０３の膜厚とも一致することができるようになり、より低電圧化することができるようになる。
【００４８】
加えて、第２の実施形態に記載の方法では、第１電極２０１と第２電極２０２の距離は抵抗変化膜２０３の膜厚によって規定されるため、リソグラフィプロセスのアライメントよりもマージンを大きく保つことができる。そのため、結果として閾値電圧のばらつきを小さく維持することができるようになる。
【００４９】
また、図５の変形例ように、抵抗変化膜３０３に沿って第２電極３０２が形成された場合にも、電極間の最短距離と、角部間の距離３０８を一致させ、かつ抵抗変化膜３０３の膜厚とも一致することができるようになる。
【００５０】
本発明の第２の実施形態の抵抗変化素子によれば、第１の実施形態と同様に、第１電極、第２電極における双方の角部間の最短距離が特定されることから、フィラメント（導電性パス）が形成される箇所が特定される。これにより、プログラミング動作が安定化し、プログラミング電圧のばらつきを小さく抑えられることから、プログラミング電圧を低電圧化することができる。
【００５１】
また、双方の電極が角部であることから、電界集中の効果によってプログラミング時の実効電界を増加させることができるため、プログラミング電圧を低電圧化することができる。
【００５２】
さらに、第２の実施形態にかかる変形例では、角部間の最短距離と抵抗変化膜の膜厚を一致させているため、第１の実施形態よりも閾値電圧のばらつきを小さく維持することができる。
【００５３】
〔第３の実施形態〕次に、本発明の第３の実施形態の半導体装置に用いられる抵抗変化素子４００の構成を説明する。図６は、本発明の第３の実施形態の半導体装置に用いられる抵抗変化素子の一構成例を示す図である。
【００５４】
〔構造の説明〕図６の抵抗変化素子４００は、例えばバイポーラ型の抵抗変化動作を示す固体電解質スイッチ（原子スイッチ）である。抵抗変化素子４００は、第１電極４０１（活性電極）と、第２電極４０２（不活性電極）と、これらの電極に挟まれた抵抗変化膜４０３と、第３電極４０４とを有する。これらは半導体基板（図示せず）上の絶縁膜４０５内部に形成されている。抵抗変化膜４０３は、例えば、非特許文献１に開示されたイオン伝導体である。
【００５５】
第１電極４０１は第１電極の角部４０６を有し、第２電極４０２は第２電極の角部４０７を有する。第１電極の角部４０６と第２電極の角部４０７の距離は、角部間の距離４０８で示される。このとき、角部間の距離４０８は、第１電極４０１と第２電極４０２の電極間距離の最短経路と一致する。
【００５６】
第３電極４０４は、抵抗変化膜４０３に対して第１電極４０１と同じ側に設けられており、第１電極と水平面が同じになるように配置されている。また、第３電極４０４は、第３電極の角部４０９を有する。
【００５７】
〔動作の説明〕次に、第３の実施形態に係る抵抗変化素子４００の動作を説明する。
【００５８】
例えば、第１電極４０１および第３電極４０４がＣｕ、第２電極４０２がＲｕ、抵抗変化膜４０３がポリマー固体電解質である場合に、高抵抗状態（ＯＦＦ状態）から低抵抗状態（ＯＮ状態）に遷移させる動作（セット動作）について説明する。なお、第１電極４０１および第３電極４０４は、Ｃｕを主成分としていればよく、Ｃｕを含む合金であってもよい。
【００５９】
このとき与える電圧は、第１電極４０１の電位をＶ１とし、第２電極４０２はＶ２、第３電極４０４はＶ３とする。
【００６０】
第１電極−第２電極間をＯＮ状態とする場合には、例えば、Ｖ１＝２Ｖ、Ｖ２＝１Ｖ、Ｖ３＝１Ｖとする。このとき、第１電極−第２電極間の電位差は、閾値電圧よりも低く設定する必要がある。
【００６１】
続いて、第３電極４０４にパルスを印加し、Ｖ３＝０Ｖとする。このとき、第３電極の角部４０９が接地されたことによって、第１電極の角部４０６での電界密度が増加する。これにより、第１電極−第２電極間に印加された電圧により誘起される電界（単位面積あたりの電気力線の本数）は、第１電極の角部４０６で最大となり、第１電極−第２電極間に金属架橋を形成し、ＯＮ状態へ遷移することができる。
【００６２】
第１電極−第２電極間をＯＮ状態とする別のプログラミング方法としては、例えば、Ｖ１＝１Ｖ、Ｖ２＝０Ｖ、Ｖ３＝０Ｖとする。このとき、第１電極−第２電極間の電位差は閾値電圧のよりも低く設定する必要がある。
【００６３】
続いて、第３電極４０４にパルスを印加し、Ｖ３＝３Ｖとする。このとき、第３電極の角部４０９にＶ２よりも高い電圧が印加されたことによって、第１電極の角部４０６での電界密度が増加する。これにより、第１電極−第２電極間に印加された電圧により誘起される電界（単位面積あたりの電気力線の本数）は、第１電極の角部４０６で最大となり、第１電極−第２電極間に金属架橋を形成し、ＯＮ状態へ遷移することができる。
【００６４】
〔効果の説明〕本発明の第３の実施形態の抵抗変化素子によれば、第１の実施形態と同様に、第１電極、第２電極における双方の角部間の最短距離が特定されることから、フィラメント（導電性パス）が形成される箇所が特定される。これにより、プログラミング動作が安定化し、プログラミング電圧のばらつきを小さく抑えられることから、プログラミング電圧を低電圧化することができるようになる。
【００６５】
また、双方の電極が角部であることから、電界集中の効果によってプログラミング時の実効電界を増加させることができるため、プログラミング電圧を低電圧化することができるようになる。
【００６６】
なお、本実施形態で示した電圧値は、本実施形態の半導体装置の動作を説明するための数値であり、本発明に係る抵抗変化素子を用いた半導体装置の動作に限定を加えるものではない。
【００６７】
〔第４の実施形態〕次に、本発明の第４の実施形態を説明する。図７は、第４の実施形態の半導体装置５０５を説明するための図である。なお、以下の抵抗変化素子としては、図６の構成のものを用いる。
【００６８】
〔構造の説明〕図７に示した本発明の第４の実施形態に係る半導体装置５０５は、第３の実施形態に係る抵抗変化素子４００と同じ構成の第１抵抗変化素子５０１を備える。第１抵抗変化素子５０１は、第１電極４０１、第２電極４０２、第３電極４０４および抵抗変化膜４０３有する。なお、各電極の符号には、図６の符号を用いる。
【００６９】
さらに、半導体装置５０５には、第１電極４０１に接続する第１制御線５０２、第２電極４０２に接続する第２制御線５０３、第３電極４０４に接続する第３制御線５０４が追設されている。このとき、第３制御線５０４は、第１制御線５０２、第２制御線５０３のいずれとも非平行に設置することが可能である。
【００７０】
また、第１電極４０１は第１制御電極５０６に、第２電極４０２は第２制御電極５０７に、第３電極４０４は第３制御電極５０８に接続されている。
【００７１】
〔動作の説明〕このような半導体装置５０５の動作を説明する。まず、プログラミング方法として、第１制御線５０２と第２制御線５０３を導通させ、第１抵抗変化素子５０１をＯＮ状態として、信号の伝達を行う場合の手順について説明する。したがって、前提として第１抵抗変化素子５０１はＯＦＦ状態にある。
【００７２】
第１制御電極５０６にセット電圧Ｖs以下の正極性の電圧を印加（例えば２Ｖ）し、第２制御電極５０７には第１制御電極５０６よりも低い電圧（例えば１Ｖ）、第３制御電極５０８には第２制御電極５０７と同じ電圧（例えば１Ｖ）を印加する。この状態を第１抵抗変化素子５０１のプリセット状態（初期状態）と定義する。
【００７３】
つづいて、第３制御電極５０８の電位をプリセット状態よりも低い電圧、あるいは第１制御線５０２に印加された電圧とは逆極性の電圧を印加（例えば０Ｖ）する。これにより、第１抵抗変化素子５０１はＯＮ状態となる。その後、プリセットされた第１制御電極５０６、および第２制御電極５０７に印加された電圧を解除する。
【００７４】
第１制御線５０２と第２制御線５０３を遮断する場合には、第２制御電極５０７にリセット電圧Ｖr以下の正極性の電圧を印加（例えば１．５Ｖ）し、第１制御電極５０６には第２制御電極５０７よりも低い電圧（例えば１Ｖ）、第３制御電極５０８には第２制御電極５０７と同じ電圧（例えば１．５Ｖ）を印加する。これにより第１抵抗変化素子５０１はプリセット状態となる。
【００７５】
つづいて、第３制御電極５０８の電位をプリセット状態よりも低い電圧、あるいは第２制御線５０３に印加された電圧とは逆極性の電圧を印加（例えば０Ｖ）する。これにより、第１抵抗変化素子５０１はＯＦＦ状態となる。その後、プリセットされた第１制御電極５０６、および第２制御電極５０７に印加された電圧を解除する。
【００７６】
あるいは、第３制御電極５０８に電圧を印加しない方法としては、第２制御電極５０７にリセット電圧Ｖr以上の正極性の電圧を印加（例えば２．５Ｖ）し、第１制御電極５０６には第２制御電極５０７よりも低い電圧（例えば０Ｖ）、を印加する。これにより第１抵抗変化素子５０１はＯＦＦ状態となる。
【００７７】
〔作用・効果の説明〕このように、第４の実施形態の半導体装置５０５を用いれば、トランジスタなどの選択素子１個と抵抗変化素子１個とを含むメモリセルを基本単位として、このメモリセルを縦方向と横方向にそれぞれ複数配列することができる。このように配列することで、ワード線およびビット線で複数のメモリセルの中から任意のメモリセルを選択することが可能となる。そして、選択したメモリセルの抵抗変化素子の導通状態をセンスし、抵抗変化素子のオンまたはオフの状態から情報「１」または「０」のいずれの情報が格納されているかを読み取ることが可能な不揮発性メモリを実現できる。
【００７８】
また、第４の実施形態の抵抗変化素子をＵＬＳＩ（Ｕｌｔｒａ  Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の信号線の伝達に用いるクロスバースイッチに用いることを考えた場合、高抵抗状態の抵抗変化素子が信号の論理振幅によって誤書き込みされてしまう問題（ＯＦＦディスターブ）の発生を抑制することができる。特に、ロジックＬＳＩの動作電圧に近づけるために抵抗変化素子のプログラミング電圧を低電圧化した場合であっても、ディスターブ問題を解決することができる。そのため、プログラミング電圧の低電圧化と高信頼化を両立することができる。
【００７９】
なお、本実施形態で示した電圧値は、本実施形態の半導体装置の動作を説明するための数値であり、本発明に係る抵抗変化素子を用いた半導体装置の動作に限定を加えるものではない。
【００８０】
以上のように、本発明の実施形態によれば、第１電極、第２電極、における双方の角部間の最短距離が特定されることから、フィラメント（導電性パス）が形成される箇所が特定される。これにより、プログラミング動作が安定化し、プログラミング電圧のばらつきを小さく抑えられることから、プログラミング電圧を低電圧化することができる。加えて双方の電極が角部であることから、電界集中の効果によってプログラミング時の実効電界を増加させることができるため、プログラミング電圧を低電圧化することができる。
【００８１】
〔実施例１〕本発明の第１の実施形態に係る抵抗変化素子６００に関する実施例１を説明する。なお、実施例１の動作は、第１の実施形態の動作と同様である。図８は実施例１の抵抗変化素子６００の一構成例を示す断面図であり、図９は上面図である。
【００８２】
〔構造の説明〕図８及び図９に示した本実施例の抵抗変化素子６００は、銅配線６０１ａ、バリアメタル６０１ｂからなる配線兼第１電極６０１を有する。
【００８３】
配線兼第１電極６０１は、第１層間絶縁膜６０２内部に形成されている。配線兼第１電極６０１の上面には絶縁性バリア膜６０３が形成されており、その上に第２層間絶縁膜６０４が形成されている。
【００８４】
第１および第２層間絶縁膜６０２、６０４は、半導体基板上に形成された絶縁膜である。例えば、第１および第２層間絶縁膜６０２、６０４は、例えば、シリコン酸化膜、または、シリコン酸化膜よりも比誘電率の低い膜である低誘電率膜（例えば、ＳｉＯＣＨ膜）等を用いることが可能である。また、第１および第２層間絶縁膜は、単層に限らず、複数の絶縁膜を積層したものであってもよい。
【００８５】
バリアメタル６０１ｂは、Ｔａ、Ｔｉ、およびそれらの窒素化合物との積層構造としたものを用いることができる。図に示したように、バリアメタル６０１ｂは、銅電極６０１ａの側面部を覆うように配置されている。
【００８６】
絶縁性バリア膜６０３は、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、あるいはそれらの積層構造からなる。絶縁性バリア膜６０３には、基板の表面に対して垂直上方から見て逆テーパのホール６１０が形成されている。
【００８７】
さらに、本実施例の抵抗変化素子６００は、配線兼第１電極６０１と接する抵抗変化膜６０５を有し、その上には第２電極６０６、および上部電極６０７を有する。
【００８８】
例えば、抵抗変化膜６０５は、ＴａＯ、ＴａＳｉＯ、ＨｆＯ、ＺｒＯ、ＡｌＯなどの酸化物系イオン電導層や有機ポリマーからなるイオン電導層を用いることができる。また、抵抗変化膜６０５は、あらかじめ可動イオンとなるＣｕをドープしたＧｅＳｅＴｅ、ＧｄＴｅなどのカルコゲナイド系イオン電導層を用いることができる。
【００８９】
第２電極６０６、および上部電極６０７は電極形状６１１となるように加工されている。第２電極６０６は可動イオン（銅）に対して不活性な電極であることが好ましく、ＲｕやＰｔなどの貴金属系電極を用いることが好ましい。
【００９０】
上部電極６０７は、加工中の第２電極６０６を保護する役割を果たし、Ｔａ、Ｔｉ、およびそれらの窒素化合物を用いることができる。
【００９１】
抵抗変化素子６００は、配線兼第１電極の角部６０８および第２電極の角部６０９を有する。このとき、角部間の距離は、配線兼第１電極６０１と第２電極６０６間の最短距離と一致する。なお、配線兼第１電極の角部６０８は、Ｃｕ配線６０１ａの角に相当する（図９）。
【００９２】
〔作用・効果の説明〕以上の実施例１の抵抗変化素子６００において、配線兼第１電極の角部６０８と第２電極の角部６０９との距離は、配線兼第１電極６０１と第２電極６０６間の最短距離として一義的に決まる。すなわち、第１の実施形態のスイッチング動作を行った際に、電解集中の生じる箇所を配線兼第１電極の角部６０８と第２電極の角部６０９とに固定でき、導電パスの形成位置を特定することができる。
【００９３】
すなわち、本発明の実施例１の抵抗変化素子を用いれば、導電パスの形成位置を特定することができない抵抗変化素子と比較してプログラミング動作が安定し、より低電圧でのプログラミングが可能となる。
【００９４】
〔実施例２〕本発明の第２の実施形態に係る抵抗変化素子８００に関する実施例２を説明する。なお、実施例２の動作は、第１の実施形態の動作と同様である。図１０は実施例２の抵抗変化素子８００の一構成例を示す断面図であり、図１１は上面図である。
【００９５】
〔構造の説明〕図１０及び図１１に示した実施例２の抵抗変化素子８００は、配線兼第１電極８０１と、第２電極８０６と、第１層間絶縁膜８０２と、第２層間絶縁膜８０４と、絶縁性バリア膜８０３と、抵抗変化膜８０５と、上部電極８０７とを有する。また、配線兼第１電極８０１は配線兼第１電極の角部８０８を有し、第２電極８０６は第２電極の角部８０９を有する。
【００９６】
第２電極８０６、および上部電極８０７は電極形状８１１となるように加工されている。また、絶縁性バリア膜８０３には、基板の表面に対して垂直上方から見て逆テーパのホール８１０が形成されている。なお、配線兼第１電極の角部８０８の形状が異なること以外は実施例１と同一なので、同一箇所の説明は省略する。
【００９７】
本実施例の抵抗変化素子８００は、配線兼第１電極の角部８０８および第２電極の角部８０９を有し、角部間の距離は配線兼第１電極８０１と第２電極８０６間の最短距離と一致する。このとき、配線兼第１電極の角部８０８において、バリアメタル８０１ａは、ドライエッチングにより実施例１の抵抗変化素子６００のバリアメタル６０１ａよりも下面に位置する。そのため、配線兼第１電極の角部８０８は銅配線８０１ｂのみで構成される（図１１）。
【００９８】
〔作用・効果の説明〕以上の実施例２の抵抗変化素子８００において、配線兼第１電極の角部８０８と第２電極の角部８０９との距離は、配線兼第１電極８０１と第２電極８０６間の最短距離として一義的に決まる。すなわち、第１の実施形態のスイッチング動作を行った際に、電解集中の生じる箇所を配線兼第１電極の角部８０８と第２電極の角部８０９とに固定でき、導電パスの形成位置を特定することができる。
【００９９】
すなわち、本発明の実施例２の抵抗変化素子を用いれば、導電パスの形成位置を特定することができない抵抗変化素子と比較してプログラミング動作が安定し、より低電圧でのプログラミングが可能となる。
【０１００】
本発明の実施例２の抵抗変化素子を用いると、実施例１の抵抗変化素子を用いた場合と比較して、可動イオンを含む銅配線部のみに電界が集中することになるので、より低い電圧でプログラミングを実現することができる。
【０１０１】
〔実施例３〕本発明の第３の実施形態に係る抵抗変化素子に関する実施例３を説明する。なお、実施例３の動作は、第３の実施形態の動作と同様である。図１２は実施例１の抵抗変化素子の一構成例を示す断面図であり、図１３は上面図である。
【０１０２】
〔構造の説明〕図１２及び図１３に示した実施例３の抵抗変化素子１０００は、配線兼第１電極１００１と、第２電極１００６と、配線兼第３電極１０１０と、第１層間絶縁膜１００２と、第２層間絶縁膜１００４と、絶縁性バリア膜１００３と、抵抗変化膜１００５と、上部電極１００７とを有する。配線兼第１電極１００１は、銅配線１００１ａとバリアメタル１００１ｂからなる。なお、配線兼第３電極１０１０を有すること以外は実施例１と同一なので、同一箇所の説明は省略する。
【０１０３】
本実施例の抵抗変化素子１０００は、第３電極を兼ねる銅配線１０１０ａおよびバリアメタル１０１０ｂからなる配線兼第３電極１０１０を有する。配線兼第３電極１０１０は抵抗変化膜１００８と接している。また、配線兼第１電極１００１と配線兼第３電極１０１０とは、抵抗変化膜１００５に対して同じ側にあり、水平面が同じになる。
【０１０４】
第２電極１００６および上部電極１００７は電極形状１１０１となるように加工されている。第２電極１００６は可動イオン（銅）に対して不活性な電極であることが好ましく、Ｒｕ、Ｐｔなどの貴金属系電極を用いることが好ましい。上部電極１００７は加工中の第２電極１００６を保護する役割を果たし、Ｔａ、Ｔｉ、およびそれらの窒素化合物を用いることができる。また、絶縁性バリア膜１００３には、基板の表面に対して垂直上方から見て逆テーパのホール１１００が形成されている。
【０１０５】
抵抗変化素子１０００は、配線兼第１電極の角部１００８および第２電極の角部１００９を有する。なお、配線兼第１電極の角部１００８は、Ｃｕ配線１００１ａの角に相当する（図１３）。
【０１０６】
〔作用・効果の説明〕このとき、角部間の距離は、配線兼第１電極１００１と第２電極１００６間の最短距離と一致し、角部における電界強度は、第３電極１０１０に印加する電圧によって制御される。
【０１０７】
以上の実施例３の抵抗変化素子１０００において、配線兼第１電極の角部１００８と第２電極の角部１００９との距離は、配線兼第１電極１００１と第２電極１００６間の最短距離として一義的に決まる。すなわち、第３の実施形態のスイッチング動作を行った際に、電解集中の生じる箇所を配線兼第１電極の角部１００８と、第２電極の角部１００９とに固定でき、導電パスの形成位置を特定することができる。
【０１０８】
すなわち、本発明の実施例３の抵抗変化素子を用いれば、導電パスの形成位置を特定することができない抵抗変化素子と比較してプログラミング動作が安定し、より低電圧でのプログラミングが可能となる。
【０１０９】
さらに、実施例３の抵抗変化素子を用いれば、プログラミング電圧を配線兼第３電極にも印加するプログラミング方法を用いることができる。すなわち、第１電極−第２電極間のＯＦＦディスターブは高く維持することができるようになるため、より高信頼かつ低電圧化が可能な抵抗変化素子とすることができる。
【０１１０】
なお、上述の実施形態および実施例では、イオン電導層を用いた抵抗変化素子について具体的に説明したが、その他の抵抗変化素子を用いることもできる。
【０１１１】
上述の実施形態および実施例では、本発明の適用例として、本願発明者によってなされた発明の背景となった利用分野であるＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）回路を有する半導体製造装置技術に関して詳しく説明し、半導体基板上の銅多層配線内部に抵抗変化素子を形成する構成について説明した。しかし、本発明はその技術に限定されるものではなく、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、抵抗変化型メモリ、バイポーラトランジスタ等のようなメモリ回路を有する半導体製品、マイクロプロセッサなどの論理回路を有する半導体製品、あるいはそれらを同時に掲載したボードやパッケージの銅配線上へも適用することができる。また、本発明は半導体装置への、電子回路装置、光回路装置、量子回路装置、マイクロマシン、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）などの接合にも適用することができる。また、上述の実施形態および実施例では、スイッチ機能での実施例を中心に説明したが、不揮発性と抵抗変化特性の双方を利用したメモリ素子などに用いることもできる。
【０１１２】
また、製造後のデバイスからも本発明による抵抗変化素子の構造を確認することが可能である。具体的には、観察対象のデバイスの断面をＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：透過型電子顕微鏡）観察することで、多層配線に銅配線が用いられていることを確認することができる。ＴＥＭを用いれば、抵抗変化素子が搭載されている場合には、抵抗変化素子における電極を同定し、電極が角部を有し、かつ角部間が電極同士の最短距離と一致しているかを観察することで確認することができ、本発明に記載の構造であるかを確認できる。さらに、ＴＥＭに加えＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：エネルギー分散型Ｘ線分光法）、ＥＥＬＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ−Ｌｏｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：電子エネルギー損失分光法）などの組成分析を行うことで、本発明に含まれる材料であるかを確認することができる。
【０１１３】
以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明してきたが、本願発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、当業者であれば、上述の実施形態および実施例の説明を読めば、これらの実施形態および実施例に含まれる内容と等価な構成要素や技術による数多くの変更および置換が容易であるが、このような変更および置換は、本願発明のスコープに属する。
【０１１４】
この出願は、２０１２年３月１６日に出願された日本出願特願２０１２−６０８６４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１１５】
１０１    第１電極
１０２    第２電極
１０３    抵抗変化膜
１０５    絶縁膜
１０６    第１電極の角部
１０７    第２電極の角部
１０８    角部間の距離
４０４    第３電極
４０９    第３電極の角部
５０１    第１抵抗変化素子
５０２    第１制御線
５０３    第２制御線
５０４    第３制御線
５０５    半導体装置
５０６    第１制御電極
５０７    第２制御電極
５０８    第３制御電極
６０１    配線兼第１電極
６０１ａ    銅配線
６０１ｂ    バリアメタル
６０２    第１層間絶縁膜
６０３    絶縁性バリア膜
６０５    抵抗変化膜
６０６    第２電極
６０７    上部電極
６０８    配線兼第１電極の角部
６０９    第２電極の角部
１００１    配線兼第１電極
１００１ａ    銅配線
１００１ｂ    バリアメタル
１００２    第１層間絶縁膜
１００３    絶縁性バリア膜
１００５    抵抗変化膜
１００６    第２電極
１００７    上部電極
１００８    配線兼第１電極の角部
１００９    第２電極の角部
１０１０    配線兼第３電極
【図１Ａ】
2013136798.tif 000003
【図１Ｂ】
2013136798.tif 000004
【図１Ｃ】
2013136798.tif 000005
【図１Ｄ】
2013136798.tif 000006
【図２Ａ】
2013136798.tif 000007
【図２Ｂ】
2013136798.tif 000008
【図２Ｃ】
2013136798.tif 000009
【図２Ｄ】
2013136798.tif 000010
【図３】
2013136798.tif 000011
【図４】
2013136798.tif 000012
【図５】
2013136798.tif 000013
【図６】
2013136798.tif 000014
【図７】
2013136798.tif 000015
【図８】
2013136798.tif 000016
【図９】
2013136798.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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