(57)【要約】【課題】  優れた性能を有する抵抗変化型の不揮発性記憶装置を提供する。【解決手段】  実施形態に係る不揮発性記憶装置は、第１の導電部１４と、第１の導電部の側面を囲む絶縁膜１６と、第１の導電部上及び絶縁膜上に設けられた中間層１７と、中間層上に設けられた第１の部分と、中間層内であって且つ第１の導電部の上縁部の外側に設けられた少なくとも１つの第２の部分とを含む第１の膜１８であって、第１の抵抗状態及び第１の抵抗状態の抵抗よりも抵抗の高い第２の抵抗状態を有する抵抗変化部分１８ｐを第１の導電部の上方に含む第１の膜と、少なくとも抵抗変化部分上に設けられた第２の導電部１３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電部と、
前記第１の導電部の側面を囲む絶縁膜と、
前記第１の導電部上及び前記絶縁膜上に設けられた中間層と、
前記中間層上に設けられた第１の部分と、前記中間層内であって且つ前記第１の導電部の上縁部の外側に設けられた少なくとも１つの第２の部分とを含む第１の膜であって、第１の抵抗状態及び第１の抵抗状態の抵抗よりも抵抗の高い第２の抵抗状態を有する抵抗変化部分を前記第１の導電部の上方に含む第１の膜と、
少なくとも前記抵抗変化部分上に設けられた第２の導電部と、
を備えることを特徴とする不揮発性記憶装置。
【請求項２】
前記抵抗変化部分は、相変化によって前記第１の抵抗状態及び前記第２の抵抗状態の一方を呈する
ことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性記憶装置。
【請求項３】
前記第１の膜は、Ｓｂ2Ｔｅ3 及びＧｅＴｅを含む超格子膜で形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性記憶装置。
【請求項４】
前記第１の導電部の上面に対して垂直な方向から見て、前記抵抗変化部分は前記第１の導電部の上面の中央部に位置する
ことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性記憶装置。
【請求項５】
前記抵抗変化部分は、前記第１の膜に含まれる３つの結晶粒の結晶粒界が集まった箇所に対応した箇所に位置する
ことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性記憶装置。
【請求項６】
前記中間層は、金属酸化物で形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性記憶装置。
【請求項７】
前記第１の導電部の上面に対して垂直な方向から見て、前記少なくとも１つの第２の部分は、前記第１の導電部をリング状に囲んでいる
ことを特徴とする請求項６に記載の不揮発性記憶装置。
【請求項８】
前記金属酸化物に含有されている金属元素は、前記第１の導電部に含有されている金属元素よりもイオン化傾向が高い
ことを特徴とする請求項６に記載の不揮発性記憶装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第２の部分の数は３である
ことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性記憶装置。
【請求項１０】
第３の導電部と、前記第１の導電部と前記第３の導電部との間に接続された整流素子と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性記憶装置。
【請求項１１】
第１の導電部と、前記第１の導電部の側面を囲む第１の絶縁膜と、を含む構造を形成する工程と、
前記第１の導電部の上縁部の外側に少なくとも１つの穴を有する中間層を、前記第１の導電部上及び前記第１の絶縁膜上に形成する工程と、
前記中間層上及び前記少なくとも１つの穴内に第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜上であって且つ少なくとも前記第１の導電部の上方に、第２の導電部を形成する工程と、
前記第１の導電部と前記第２の導電部との間に電圧を印加して前記中間層を絶縁破壊させることで、前記第１の膜の前記第１の導電部の上方に位置する部分を、第１の抵抗状態及び第１の抵抗状態の抵抗よりも抵抗の高い第２の抵抗状態を有する抵抗変化部分とする工程と、
を備えることを特徴とする不揮発性記憶装置の製造方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの穴を有する中間層を形成する工程は、
前記第１の導電部及び前記第１の絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜を腐食させて、前記第１の導電部の上面に対して垂直な方向から見て前記第１の導電部を囲むリング状の穴を形成する工程と、
前記リング状の穴を有する前記金属膜を酸化して前記中間層を形成する工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの穴を有する中間層を形成する工程は、
前記第１の導電部及び前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の前記第１の導電部の上端部の外側の部分に３つの穴を形成する工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの穴を有する中間層を形成する工程は、
前記第１の導電部及び前記第１の絶縁膜上に、第１の方向に延伸する第１の芯材パターンを形成する工程と、
前記第１の芯材パターンの両側壁に一対の第１の側壁絶縁パターンを形成する工程と、
前記第１の芯材パターンを除去して前記一対の第１の側壁絶縁パターンを残す工程と、
前記一対の第１の側壁絶縁パターン間の領域及び前記一対の第１の側壁絶縁パターンの外側の領域に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記一対の第１の側壁絶縁パターン及び第２の絶縁膜上に、第２の方向に延伸する第２の芯材パターンを形成する工程と、
前記第２の芯材パターンの両側壁に一対の第２の側壁絶縁パターンを形成する工程と、
前記第２の芯材パターンを除去して前記一対の第２の側壁絶縁パターンを残す工程と、
前記一対の第２の側壁絶縁パターン間の領域及び前記一対の第２の側壁絶縁パターンの外側の領域に第３の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜に対して選択的に前記一対の第１の側壁絶縁パターン及び前記一対の第２の側壁絶縁パターンを除去する工程と、
を備える
ことを特徴とする請求項１１に記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、不揮発性記憶装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗変化型の不揮発性記憶装置として、超格子型のＩＰＣＭ（interfacial phase change memory）が提案されている。
【０００３】
しかしながら、従来は、低電流化等の観点から見て、必ずしも優れた性能を有する抵抗変化型の不揮発性記憶装置が得られているとは言えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０３２９４号公報
【特許文献２】特開２００９−１３０１７６号公報
【特許文献３】国際公開第２００８／０１０２９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
優れた性能を有する抵抗変化型の不揮発性記憶装置及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る不揮発性記憶装置は、第１の導電部と、前記第１の導電部の側面を囲む絶縁膜と、前記第１の導電部上及び前記絶縁膜上に設けられた中間層と、前記中間層上に設けられた第１の部分と、前記中間層内であって且つ前記第１の導電部の上縁部の外側に設けられた少なくとも１つの第２の部分とを含む第１の膜であって、第１の抵抗状態及び第１の抵抗状態の抵抗よりも抵抗の高い第２の抵抗状態を有する抵抗変化部分を前記第１の導電部の上方に含む第１の膜と、少なくとも前記抵抗変化部分上に設けられた第２の導電部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置の構成を模式的に示した平面図である。
【図３Ａ】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の詳細な構成を模式的に示した断面図である。
【図３Ｂ】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の詳細な構成を模式的に示した平面図である。
【図４】六方晶系の結晶構造を模式的に示した図である。
【図５Ａ】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図５Ｂ】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図６Ａ】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図６Ｂ】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図７Ａ】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図７Ｂ】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図８Ａ】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図８Ｂ】第１の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図９】第２の実施形態に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図１０】第２の実施形態に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置の構成を模式的に示した平面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図１３】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図１４】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図１５】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図１６】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図１７】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図１８】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図１９】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した平面図である。
【図２０Ａ】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図２０Ｂ】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図２０Ｃ】第２の実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【０００９】
（実施形態１）
図１は、第１の実施形態に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置の構成を模式的に示した断面図である。図２は、第１の実施形態に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置の構成を模式的に示した平面図である。
【００１０】
半導体基板（シリコン基板）１１上には、複数のワード線（第３の導電部）１２が設けられている。ワード線１２は、Ｘ方向に延伸しており、Ｘ方向に対して垂直なＹ方向に配列されている。ワード線１２は、タングステン（Ｗ）によって形成されている。
【００１１】
ワード線の上方には、複数のビット線（第２の導電部）１３が設けられている。ビット線１３は、Ｙ方向に延伸しており、Ｘ方向に配列されている。ビット線１３は、抵抗変化記憶素子の上部電極としても機能する。ビット線１３は、タングステン（Ｗ）によって形成されている。
【００１２】
ワード線１２とビット線１３との間には、抵抗変化記憶素子の下部電極（第１の導電部）１４が設けられている。具体的には、ワード線１２とビット線１３との交差する位置に、下部電極１４が設けられている。下部電極１４は、タングステン（Ｗ）によって形成されている。
【００１３】
ワード線１２と下部電極１４との間には、セレクタとして機能する整流素子１５が設けられている。この整流素子１５は、双方向ダイオードとして機能するＯＴＳ（ovonic threshold switch）によって形成されている。
【００１４】
ワード線１２、下部電極１４及び整流素子１５の側面は、層間絶縁膜１６によって囲まれている。層間絶縁膜１６には、シリコン酸化膜が用いられる。
【００１５】
下部電極１４上及び層間絶縁膜１６上には、中間層１７が設けられている。中間層１７は、下部電極１４の上縁部の近傍にリング状の穴１７ｈを有している。下部電極１４の上面に対して垂直な方向から見て、リング状の穴１７ｈは下部電極１４を囲んでいる。本実施形態では、中間層１７は、チタン酸化物（ＴｉＯx ）等の絶縁性の金属酸化物で形成されている。
【００１６】
中間層１７上及び穴１７ｈ内には、所定材料膜（第１の膜）１８が設けられている。言い換えると、所定材料膜（第１の膜）１８は、中間層１７上に設けられた第１の部分と、中間層内であって且つ下部電極１４の上縁部の外側に設けられた少なくとも１つの第２の部分とを含む。所定材料膜１８は、Ｓｂ2Ｔｅ3 及びＧｅＴｅを含む超格子膜で形成されている。この所定材料膜１８は、第１の抵抗状態（低抵抗状態）及び第１の抵抗状態の抵抗よりも抵抗の高い第２の抵抗状態（高抵抗状態）を有する抵抗変化部分１８ｐを、下部電極１４の上方に有している。具体的には、抵抗変化部分１８ｐは、相変化によって第１の抵抗状態（低抵抗状態）及び第２の抵抗状態（高抵抗状態）の一方を呈する。
【００１７】
上述したように、ワード線１２とビット線１３との交差する位置に下部電極１４及び整流素子１５が設けられており、下部電極１４とビット線１３との間に所定材料膜１８が設けられている。このような構成により、抵抗変化型の不揮発性メモリセルが構成されている。具体的には、ワード線１２とビット線１３とに挟まれた箇所に、所定材料膜１８の抵抗変化部分１８ｐが位置している。したがって、抵抗変化部分１８ｐの抵抗状態（低抵抗状態及び高抵抗状態）に応じて、ワード線１２とビット線１３との間の抵抗が変化する。この抵抗の変化に基づいて２値情報が記憶される。
【００１８】
図３Ａは、上述した不揮発性記憶装置の詳細な構成を模式的に示した断面図である。図３Ｂは、上述した不揮発性記憶装置の詳細な構成を模式的に示した平面図である。
【００１９】
すでに述べたように、中間層１７は、下部電極１４の上縁部の近傍に穴１７ｈを有している。具体的には、中間層１７は、下部電極１４の上面に対して垂直な方向から見て、下部電極１４を囲むリング状の穴（リング状の溝）１７ｈを有している。所定材料膜１８は、リング状の穴（リング状の溝）１７ｈを起点として結晶成長する。その結果、下部電極１４の上面に対して垂直な方向から見て、リングの３分割点Ｄ１、Ｄ２及びＤ３をそれぞれ中心とする３つの正六角形状の結晶粒１９が形成される。そのため、３つの結晶粒１９の結晶粒界が集まったトリプルポイント１９ｔが得られる。所定材料膜１８は、例えば、六方晶系を有するＳｂ2Ｔｅ3 を最下層とする。六方晶系は、図４に示すような結晶構造を有する。本実施形態では、３つの結晶粒１９はｃ軸方向に配向している。３つの結晶粒１９のｃ軸を中心とする回転方向は互いに異なっている。
【００２０】
上述したトリプルポイント１９ｔには結晶粒界が集中しているため、トリプルポイント１９ｔでは電気抵抗が低い。そのため、ワード線１２とビット線１３との間（下部電極１４とビット線１３との間）に電圧を印加すると、トリプルポイント１９ｔの位置において絶縁性の中間層１７が絶縁破壊（静電破壊）され、ピンホールが生じる。このピンホールが電流パスとして機能し、ピンホールを通して電流を流すことで、トリプルポイント１９ｔには結晶粒１９に含まれている元素（Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅ）が析出し、合金型相変化メモリと同様の機能を果たす。その結果、所定材料膜１８のピンホール近傍の領域が抵抗変化部分１８ｐとなる。すなわち、所定材料膜１８に含まれる３つの結晶粒の結晶粒界が集まったトリプルポイント１９ｔに対応する箇所に抵抗変化部分１８ｐが得られる。この抵抗変化部分１８ｐは、下部電極１４の上面に対して垂直な方向から見て、下部電極１４の上面の中央部に位置する。
【００２１】
上述した不揮発性記憶装置では、一般的な抵抗変化型の不揮発性記憶素子と同様の動作を行うことが可能である。すなわち、所定材料膜１８の抵抗変化部分１８ｐに印加する電圧パルス（電流パルス）を制御することで、抵抗変化部分１８ｐを結晶状態（低抵抗状態）及びアモルファス状態（高抵抗状態）の一方に設定することが可能である。したがって、所望の抵抗状態を設定することで、２値情報を記憶させることができる。
【００２２】
次に、本実施形態に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置の製造方法を、図５Ａ〜図８Ａ（断面図）及び図５Ｂ〜図８Ｂ（平面図）を参照して説明する。
【００２３】
まず、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ワード線（図示せず）上に整流素子（図示せず）及び下部電極（厚さ１０ｎｍ）１４を円柱状に形成し、ワード線、整流素子及び下部電極１４の周囲に層間絶縁膜１６を形成する。下部電極１４にはタングステン（Ｗ）が用いられ、層間絶縁膜１６にはシリコン酸化膜が用いられる。このようにして、下部電極（第１の導電部）１４と、第１の導電部の側面を囲む層間絶縁膜１６とを含む下部構造が形成される。
【００２４】
次に、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、図５Ａ及び図５Ｂの工程で形成された下部構造上に金属膜２０を形成する。具体的には、金属膜２０として厚さ４ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜を形成する。
【００２５】
次に、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、金属膜２０を腐食させる。これにより、下部電極１４の上面に対して垂直な方向から見て、下部電極１４を囲むリング状の穴２０ｈが形成される。すなわち、金属膜２０として用いるチタン（Ｔｉ）は、下部電極１４として用いるタングステン（Ｗ）よりもイオン化傾向が高い。そのため、層間絶縁膜１６に含有されている水分（Ｈ2Ｏ）により局所電池効果が生じ、下部電極１４近傍の金属膜２０が腐食する。その結果、下部電極１４近傍の金属膜２０が除去されて、リング状（円状）の穴（溝）２０ｈが形成される。
【００２６】
次に、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、リング状の穴を有する金属膜２０をアッシングによって酸化して、絶縁性の金属酸化物層（中間層１７）を形成する。具体的には、中間層１７としてチタン酸化物（ＴｉＯx ）層が形成される。中間層１７は、リング状（円状）の穴（溝）１７ｈを有している。このようにして、下部電極１４の上縁部の近傍にリング状の穴１７ｈを有する中間層１７が形成される。
【００２７】
次に、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、中間層１７上及びリング状の穴１７ｈに、所定材料膜１８を形成する。具体的には、所定材料膜１８として、Ｓｂ2Ｔｅ3 及びＧｅＴｅを含む超格子膜（厚さ４０ｎｍ）を形成する。すでに説明したように、所定材料膜１８は、リング状の穴（リング状の溝）１７ｈを起点として結晶成長する。その結果、下部電極１４の上面に対して垂直な方向から見て、リングの３分割点Ｄ１、Ｄ２及びＤ３をそれぞれ中心とする３つの正六角形状の結晶粒が形成される。そのため、３つの結晶粒の結晶粒界が集まったトリプルポイント１９ｔが得られる。
【００２８】
さらに、所定材料膜１８上であって且つ下部電極１４の上方にビット線（図示せず）のパターンを形成する。その後、ワード線１２とビット線１３との間（下部電極１４とビット線１３との間）に電圧を印加する。その結果、トリプルポイント１９ｔの位置において中間層１７が絶縁破壊（静電破壊）され、ピンホールが生じる。このピンホールが電流パスとして機能し、所定材料膜１８のピンホール近傍の領域が抵抗変化部分１８ｐとなる。
【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、中間層１７に形成された穴１７ｈを起点として所定材料膜１８が形成され、所定材料膜１８にはトリプルポイント１９ｔが形成される。このトリプルポイント１９ｔに対応した位置に設けられる所定材料膜１８の抵抗変化部分１８ｐを利用することで、抵抗変化型の不揮発性メモリ素子を得ることができる。その結果、低電流化等の観点から優れた性能を有する抵抗変化型の不揮発性記憶装置を得ることができる。
【００３０】
（実施形態２）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。
【００３１】
上述した第１の実施形態では、イオン化傾向の違いを利用して形成されたリング状の穴１７ｈを起点として所定材料膜１８を結晶成長させることで、トリプルポイント１９ｔを形成していた。本実施形態では、リソグラフィを用いて形成された穴を用いてトリプルポイント１９ｔを形成するようにしている。
【００３２】
図９は、第２の実施形態に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置の構成を模式的に示した断面図である。図１０は、第２の実施形態に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置の構成を模式的に示した平面図である。
【００３３】
本実施形態では、中間層１７は、下部電極１４の上縁部の近傍に３つの穴１７ｈを有している。３つの穴１７ｈは、３つの穴１７ｈを直線で結んで形成される正三角形の３つの頂点に位置している。また、第１の実施形態と同様に、抵抗変化部分１８ｐが、下部電極１４の上面に対して垂直な方向から見て、下部電極１４の上面の中央部に位置している。
【００３４】
図１１〜図１９は、本実施形態に係る抵抗変化型の不揮発性記憶装置の製造方法を模式的に示した平面図である。
【００３５】
まず、図１１に示すように、第１の実施形態と同様にして、ワード線（図示せず）上に整流素子（図示せず）及び下部電極（厚さ１０ｎｍ）１４を円柱状に形成し、ワード線、整流素子及び下部電極１４の周囲に層間絶縁膜（図示せず）を形成する。
【００３６】
次に、図１２に示すように、下部電極１４及び層間絶縁膜（図示せず）上に、リソグラフィによって第１の芯材パターン２１を形成する。この第１の芯材パターン２１は、所定のピッチで配列されており、第１の方向に延伸している。
【００３７】
次に、図１３に示すように、第１の芯材パターン２１の側壁に一対の第１の側壁絶縁パターン２２を形成する。具体的には、第１の側壁絶縁パターン２２用の絶縁膜を全面に形成した後、この絶縁膜を異方性エッチングすることで、一対の第１の側壁絶縁パターン２２が形成される。
【００３８】
次に、図１４に示すように、第１の芯材パターン２１を除去する。その結果、第１の側壁絶縁パターン２２が残る。
【００３９】
次に、図１５に示すように、第１の側壁絶縁パターン２２間の領域を第１の絶縁膜２３で埋めた後、第１の側壁絶縁パターン２２上及び第１の絶縁膜２３上にリソグラフィによって第２の芯材パターン３１を形成する。この第２の芯材パターン３１は、所定のピッチで配列されており、第１の側壁絶縁パターン２２の延伸方向（第１の方向）に対して６０度の角度で第２の方向に延伸している。
【００４０】
次に、図１６に示すように、第２の芯材パターン３１の側壁に一対の第２の側壁絶縁パターン３２を形成する。具体的には、第２の側壁絶縁パターン３２用の絶縁膜を全面に形成した後、この絶縁膜を異方性エッチングすることで、一対の第２の側壁絶縁パターン３２が形成される。
【００４１】
次に、図１７に示すように、第２の芯材パターン３１を除去する。その結果、第２の側壁絶縁パターン３２が残る。
【００４２】
次に、図１８に示すように、第２の側壁絶縁パターン３２間の領域を第２の絶縁膜３３で埋めた後、第１の側壁絶縁パターン２２及び第２の側壁絶縁パターン３２を、第１の絶縁膜２３及び第２の絶縁膜３３に対して選択的にエッチングする。その結果、第１の側壁絶縁パターン２２と第２の側壁絶縁パターン３２とが交差していた位置に穴１７ｈが形成される。すなわち、第１の側壁絶縁パターン２２、第１の絶縁膜２３及び第２の絶縁膜３３で形成された中間層１７に穴１７ｈが形成される。第１の側壁絶縁パターン２２と第２の側壁絶縁パターン３２とは６０度の角度で交差しているため、第１の側壁絶縁パターン２２の位置及びピッチ並びに第２の側壁絶縁パターン３２の位置及びピッチを最適化することで、下部電極１４の上縁部の近傍に３つの穴１７ｈを形成することができる。これらの３つの穴１７ｈは、下部電極１４のパターンの中心から等距離で配置されており、３つの穴１７ｈを直線で結んで形成される正三角形の３つの頂点に３つの穴１７ｈが位置している。
【００４３】
次に、図１９に示すように、上述した第２の絶縁膜３３上及び穴１７ｈ内に所定材料膜１８を形成する。所定材料膜１８は、３つの穴１７ｈを起点として結晶成長する。上述したように、３つの穴１７ｈは正三角形の３つの頂点に配置されている。そのため、下部電極１４の上面に対して垂直な方向から見て、３つの穴１７ｈをそれぞれ中心とする３つの正六角形状の結晶粒１９が形成される。その結果、３つの結晶粒１９の結晶粒界が集まったトリプルポイント１９ｔが得られる。
【００４４】
図２０Ａ、図２０Ｂ及び図２０Ｃはそれぞれ、図１９のＡ−Ａ線に沿った断面、Ｂ−Ｂ線に沿った断面、及びＣ−Ｃ線に沿った断面を示している。
【００４５】
さらに、所定材料膜１８上であって且つ下部電極１４の上方にビット線（図示せず）のパターンを形成する。その後、ワード線１２とビット線との間（下部電極１４とビット線との間）に電圧を印加する。その結果、トリプルポイント１９ｔの位置において中間層１７が絶縁破壊（静電破壊）され、ピンホールが生じる。このピンホールが電流パスとして機能し、所定材料膜１８のピンホール近傍の領域が抵抗変化部分１８ｐとして設定される。
【００４６】
以上のように、本実施形態によれば、中間層１７に形成された３つの穴１７ｈを起点として所定材料膜１８を形成することで、トリプルポイント１９ｔを確実に制御性よく形成することができる。このトリプルポイント１９ｔに対応した位置で得られる所定材料膜１８の抵抗変化部分１８ｐを利用することで、抵抗変化型の不揮発性メモリ素子を得ることができる。その結果、低電流化等の観点から優れた性能を有する抵抗変化型の不揮発性記憶装置を得ることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、第１の側壁絶縁パターン２２及び第２の側壁絶縁パターン３２を利用して穴１７ｈを形成するため、穴パターンを高密度で形成することができ、高集積化された集積回路を得ることが可能となる。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１１…半導体基板      １２…ワード線（第３の導電部）
１３…ビット線（第２の導電部）      １４…下部電極（第１の導電部）
１５…整流素子      １６…層間絶縁膜
１７…中間層      １７ｈ…穴
１８…所定材料膜      １８ｐ…抵抗変化部分
１９…結晶粒      １９ｔ…トリプルポイント
２０…金属膜      ２１…第１の芯材パターン
２２…第１の側壁絶縁パターン      ２３…第１の絶縁膜
２１…第２の芯材パターン      ２２…第２の側壁絶縁パターン
２３…第２の絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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