(57)【要約】【課題】不揮発性メモリ素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】スイッチング素子と、スイッチング素子に連結されたストレージノードとを備え、ストレージノードは、第１電極及び第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在されるものであって、遷移金属酸化物またはアルミニウム酸化物で形成されたデータ保存層と、データ保存層の上面と下面のうち少なくともいずれか一つの面に伝導性の金属酸化物で形成されて、データ保存層と第１、第２電極との間の界面特性を向上させるコンタクト層と、を備える不揮発性メモリ素子である。【選択図】図４
2007134724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と、前記スイッチング素子に連結されたストレージノードとを備える不揮発性メモリ素子において、
前記ストレージノードは、
第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と第２電極との間に介在されるものであって、遷移金属酸化物またはアルミニウム酸化物で形成されたデータ保存層と、
前記データ保存層の上面と下面のうち少なくともいずれか一つの面に伝導性の金属酸化物で形成されて、前記データ保存層と第１、第２電極との間の界面特性を向上させるコンタクト層と、を備えることを特徴とする不揮発性メモリ素子。
【請求項２】
前記伝導性の金属酸化物は、ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＳｒＲｕＯ３，ＭｏＯ２，ＯｓＯ２，ＲｅＯ２，ＲｈＯ２，ＷＯ２及びＩＴＯからなるグループから選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ素子。
【請求項３】
前記コンタクト層は、１０Åないし５００Å範囲の厚さに形成されたことを特徴とする請求項２に記載の不揮発性メモリ素子。
【請求項４】
前記遷移金属酸化物は、Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ及びＣｒからなるグループから選択されたいずれか一つの金属の酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ素子。
【請求項５】
前記第１及び第２電極は、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｗ，ＴｉＮ及びポリシリコンからなるグループから選択されたいずれか一つの物質で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ素子。
【請求項６】
前記スイッチング素子は、トランジスタまたはダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の不揮発性メモリ素子。
【請求項７】
スイッチング素子を準備する工程と、
前記スイッチング素子に連結される第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上に伝導性の金属酸化物で第１コンタクト層を形成する工程と、
前記第１コンタクト層上に遷移金属酸化物またはアルミニウム酸化物でデータ保存層を形成する工程と、
前記データ保存層上に第２電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項８】
前記伝導性の金属酸化物は、ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＳｒＲｕＯ３，ＭｏＯ２，ＯｓＯ２，ＲｅＯ２，ＲｈＯ２，ＷＯ２及びＩＴＯからなるグループから選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項７に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１コンタクト層は、１０Åないし５００Å範囲の厚さに形成されることを特徴とする請求項８に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記遷移金属酸化物は、Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ及びＣｒからなるグループから選択されたいずれか一つの金属の酸化物であることを特徴とする請求項７に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２電極は、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｗ，ＴｉＮ及びポリシリコンからなるグループから選択されたいずれか一つの物質で形成されることを特徴とする請求項７に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項１２】
前記スイッチング素子は、トランジスタまたはダイオードを含むことを特徴とする請求項７に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項１３】
前記データ保存層を形成する工程と第２電極を形成する工程との間に、
前記データ保存層上に伝導性の金属酸化物で第２コンタクト層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項１４】
前記伝導性の金属酸化物は、ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＳｒＲｕＯ３，ＭｏＯ２，ＯｓＯ２，ＲｅＯ２，ＲｈＯ２，ＷＯ２及びＩＴＯからなるグループから選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１３に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２コンタクト層は、１０Åないし５００Å範囲の厚さに形成されることを特徴とする請求項１４に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記遷移金属酸化物は、Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ及びＣｒからなるグループから選択されたいずれか一つの金属の酸化物であることを特徴とする請求項１４に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２電極は、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｗ，ＴｉＮ及びポリシリコンからなるグループから選択されたいずれか一つの物質で形成されることを特徴とする請求項１４に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項１８】
スイッチング素子を準備する工程と、
前記スイッチング素子に連結される第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上に遷移金属酸化物またはアルミニウム酸化物でデータ保存層を形成する工程と、
前記データ保存層上に伝導性の金属酸化物でコンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層上に第２電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項１９】
前記伝導性の金属酸化物は、ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＳｒＲｕＯ３，ＭｏＯ２，ＯｓＯ２，ＲｅＯ２，ＲｈＯ２，ＷＯ２及びＩＴＯからなるグループから選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項２０】
前記コンタクト層は、１０Åないし５００Å範囲の厚さに形成されることを特徴とする請求項１９に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項２１】
前記遷移金属酸化物は、Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ及びＣｒからなるグループから選択されたいずれか一つの金属の酸化物であることを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２電極は、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｗ，ＴｉＮ及びポリシリコンからなるグループから選択されたいずれか一つの物質で形成されることを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【請求項２３】
前記スイッチング素子は、トランジスタまたはダイオードを含むことを特徴とする請求項１８に記載の不揮発性メモリ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗体を利用した不揮発性メモリ素子に係り、特にストレージノードで安定的なメモリスイッチング特性を有するようにその構造が改善された不揮発性メモリ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、抵抗体を利用した不揮発性メモリ素子としてＦＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ＲＡＭ）及びＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ  ＲＡＭ）などが開発された。ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  ＲＡＭ）やフラッシュメモリが電荷を利用して二進情報を保存する一方、それらの素子は、強誘電体物質の分極現象（ＦＲＡＭ）、強磁性体の磁化状態によるＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ＴｕｎｎｅｌＪｕｎｃｔｉｏｎ）薄膜の抵抗変化（ＭＲＡＭ）、相変化による抵抗変化（ＰＲＡＭ）などを利用して二進情報を保存する特徴を有する。特に、それらは、ＤＲＡＭが有する高集積特性とフラッシュメモリが有する不揮発性特性とをいずれも有していて従来の揮発性や不揮発性メモリを代替するほどの可能性がある素子として注目される。
【０００３】
不揮発性メモリ素子の一例として、ＰＲＡＭは、ＧｅＳｂＴｅ（ＧＳＴ）のような相変化物質が電気的なパルスによる局部的な熱発生により結晶質と非晶質状態に変化する特性を利用して、二進情報を記憶する素子である。ＰＲＡＭで、二進情報を記憶するメモリセルは、相変化層、レジスタ及びスイッチトランジスタから構成される。相変化層は、いわゆるＧＳＴベースの物質であって、カルコゲナイドという名称で呼ばれる。レジスタは、相変化層を加熱する目的で使われる。加熱される程度によって相変化層が結晶質と非晶質状態に相変化を起こして抵抗値が変わり、抵抗に流れる電流により電圧が変わるので、二進情報を保存及び読み取ることができる。
【０００４】
図１は、従来の不揮発性メモリ素子の概略的断面図であり、図２は、図１でストレージノードのスイッチング特性を示すグラフである。そして、図３Ａは、図１でストレージノードに印加されるセット／リセット電圧値の分布を示すグラフであり、図３Ｂは、図１でオン／オフ状態によるストレージノードの抵抗値分布を示すグラフである。
【０００５】
図１に示すように、従来のＮｉＯ薄膜を利用した不揮発性メモリ素子は、トランジスタ２０と、それに連結されたストレージノード２８とを備える。前記トランジスタ２０は、ソース１２Ｓ、ドレイン１２Ｄ、チャンネル１２Ｃ及びゲート電極１４を備える。前記ストレージノード２８は、上部電極２６、下部電極２４及びそれらの間に介在されたＮｉＯ薄膜２５を備え、前記ストレージノード２８とトランジスタ２０との間に絶縁層３０が介在される。そして、前記ストレージノード２８は、導電性のコンタクトプラグ２２により前記トランジスタ２０と連結され、前記上部電極２６上にプレート電極３２が配置される。
【０００６】
図示したように、従来のメモリ素子のストレージノード２８は、Ｍ−Ｉ−Ｍメモリセル構造を有する。ここで、“Ｍ”は、金属材質の上部及び下部電極を指し、“Ｉ”は、抵抗体物質のＮｉＯ層を指す。既存のＭ−Ｉ−Ｍメモリセル構造の抵抗体メモリ素子では、反復的なスイッチング時にストレージノードに印加されるセット／リセット電圧値Ｖｓｅｔ，Ｖｒｅｓｅｔの分布偏差が大きいという問題点があった。また、反復的なスイッチングの場合、オン／オフ状態によるストレージノードの抵抗値Ｒｏｎ，Ｒｏｆｆの分布が均一でないという問題点があった。
【０００７】
かかる問題点により、その結果、従来の不揮発性メモリ素子では、安定的なメモリスイッチング特性が具現されず、かかる問題点を改善するために、従来のストレージノードの構造を改善する必要性があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、前述した従来技術の問題点を改善するためのものであって、ストレージノードで安定的なメモリスイッチング特性を有するように、その構造が改善された不揮発性メモリ素子及びその製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による不揮発性メモリ素子は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に連結されたストレージノードとを備え、前記ストレージノードは、第１電極及び第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に介在されるものであって、遷移金属酸化物またはアルミニウム酸化物で形成されたデータ保存層と、前記データ保存層の上面と下面のうち少なくともいずれか一つの面に伝導性の金属酸化物で形成されて、前記データ保存層と第１、第２電極との間の界面特性を向上させるコンタクト層と、を備える。ここで、前記伝導性の金属酸化物は、ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＳｒＲｕＯ３，ＭｏＯ２，ＯｓＯ２，ＲｅＯ２，ＲｈＯ２，ＷＯ２及びＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）からなるグループから選択されたいずれか一つである。望ましくは、前記コンタクト層は、１０Åないし５００Å範囲の厚さを有する。そして、前記遷移金属酸化物は、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）及びクロム（Ｃｒ）からなるグループから選択されたいずれか一つの金属の酸化物である。また、前記第１及び第２電極は、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、窒化チタン（ＴｉＮ）及びポリシリコンからなるグループから選択されたいずれか一つの物質で形成されたものである。ここで、前記スイッチング素子は、トランジスタまたはダイオードを含む。
【００１０】
また、本発明による不揮発性メモリ素子の製造方法は、スイッチング素子を準備する工程と、前記スイッチング素子に連結される第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に伝導性の金属酸化物で第１コンタクト層を形成する工程と、前記第１コンタクト層上に遷移金属酸化物またはアルミニウム酸化物でデータ保存層を形成する工程と、前記データ保存層上に第２電極を形成する工程と、を含む。
【００１１】
望ましくは、前記データ保存層を形成する工程と第２電極を形成する工程との間に、前記データ保存層上に伝導性の金属酸化物で第２コンタクト層を形成する工程をさらに含みうる。
【００１２】
また、本発明による不揮発性メモリ素子の製造方法は、スイッチング素子を準備する工程と、前記スイッチング素子に連結される第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に遷移金属酸化物またはアルミニウム酸化物でデータ保存層を形成する工程と、前記データ保存層上に伝導性の金属酸化物でコンタクト層を形成する工程と、前記コンタクト層上に第２電極を形成する工程と、を含む。
【００１３】
ここで、前記伝導性の金属酸化物は、ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＳｒＲｕＯ３，ＭｏＯ２，ＯｓＯ２，ＲｅＯ２，ＲｈＯ２，ＷＯ２及びＩＴＯからなるグループから選択されたいずれか一つである。望ましくは、前記第１及び第２コンタクト層は、１０Åないし５００Å範囲の厚さに形成される。そして、前記遷移金属酸化物は、Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ及びＣｒからなるグループから選択されたいずれか一つの金属の酸化物である。また、前記第１及び第２電極は、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｗ，ＴｉＮ及びポリシリコンからなるグループから選択されたいずれか一つの物質で形成される。ここで、前記スイッチング素子は、トランジスタまたはダイオードを含む。
【００１４】
前記のような構成を有する不揮発性メモリ素子は、ストレージノードで安定的なメモリスイッチング特性を有しうる。
【発明の効果】
【００１５】
前記のような構成を有する本発明による不揮発性メモリ素子は、ストレージノードで安定的なメモリスイッチング特性を有しうる。具体的に、本発明によれば、ＩｒＯ２のような伝導性の金属酸化物で形成されたコンタクト層を利用して、データ保存層とその上下部に設けられた電極との間の界面特性を向上させる。前記界面特性向上の結果により、反復スイッチングの場合、オン／オフ状態によるストレージノードの抵抗値の分布偏差が従来より画期的に減少し、また、前記ストレージノードに印加されるセット／リセット電圧値の分布偏差が従来より大きく減少して、その結果、安定的なメモリスイッチング特性が具現されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下では、本発明による不揮発性メモリ素子及びその製造方法の望ましい実施形態を、添付された図面を参照して詳細に説明する。この過程で、図面に示した層や領域の厚さは、詳細な説明のために誇張されて示したものである。
【００１７】
図４は、本発明の実施形態による不揮発性メモリ素子の概略的断面図であり、図５は、図４でストレージノードのスイッチング特性を示すグラフである。
【００１８】
図４及び図５に示すように、本発明の一実施形態による不揮発性メモリ素子は、スイッチング素子であるトランジスタ１２０と、前記トランジスタ１２０に連結されたストレージノード１２８とを備える。そして、前記ストレージノード１２８とトランジスタ１２０との間に絶縁層１３０が介在され、前記ストレージノード１２８は、導電性のコンタクトプラグ１２２により前記トランジスタ１２０と連結される。そして、前記ストレージノード１２８上にプレート電極１３２が配置されて、前記ストレージノード１２８と連結される。前記トランジスタ１２０は、ソース１１２Ｓ、ドレイン１１２Ｄ、チャンネル１１２Ｃ及びゲート電極１１４を備え、かかる半導体トランジスタ１２０の構造及び形成方法は周知されているので、これについての詳細な説明は省略する。また、ここで、トランジスタ１２０の代わりに他のスイッチング素子、例えばダイオードが利用され、かかるダイオードの構造及び製造方法は周知されているので、これについての詳細な説明は省略し、トランジスタスイッチを中心に本発明の実施形態を記述する。
【００１９】
本発明において、前記ストレージノード１２８は、第１電極１２３及び第２電極１２７、前記第１電極１２３と第２電極１２７との間に介在されたデータ保存層１２５、及び前記データ保存層１２５の上面と下面のうち少なくともいずれか一つの面に設けられたコンタクト層１２４，１２６を備えることを特徴とする。
【００２０】
前記データ保存層１２５は、それに印加される電圧の大きさによってリセット状態とセット状態とを有し（図５参照）、それぞれの状態で異なる抵抗値を有するため、かかる抵抗値の差を利用して二進情報を保存及び読み取ることができる。かかるデータ保存層１２５は、遷移金属酸化物またはアルミニウム酸化物で形成されうる。ここで、前記遷移金属酸化物は、Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ及びＣｒからなるグループから選択されたいずれか一つの金属の酸化物である。そして、前記第１及び第２電極１２３，１２７は、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｗ，ＴｉＮ及びポリシリコンからなるグループから選択されたいずれか一つの物質で形成されたものである。
【００２１】
前記コンタクト層１２４，１２６は、伝導性の金属酸化物で形成されたものであって、前記データ保存層１２５の上面と下面のうち少なくともいずれか一つの面に形成されて、前記データ保存層１２５と第１、第２電極１２３，１２７との間の界面特性を向上させる。前記伝導性の金属酸化物は、ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＳｒＲｕＯ３，ＭｏＯ２，ＯｓＯ２，ＲｅＯ２，ＲｈＯ２，ＷＯ２及びＩＴＯからなるグループから選択されたいずれか一つである。望ましくは、前記コンタクト層１２４，１２６は、１０Åないし５００Å範囲の厚さを有する。
【００２２】
従来のＭ−Ｉ−Ｍメモリセル構造に比較してみるとき、本発明の実施形態によるメモリ素子のストレージノード１２８は、Ｍ−Ｂ−Ｉ−Ｂ−Ｍ、Ｍ−Ｂ−Ｉ−ＭまたはＭ−Ｉ−Ｂ−Ｍのうちいずれか一つのメモリセル構造を有する。ここで、“Ｍ”は、金属または伝導性材質の第１及び第２電極１２３，１２７を指し、“Ｉ”は、抵抗体物質であるデータ保存層１２５を指す。そして、Ｂは、コンタクト層１２４，１２６を指す。
【００２３】
従来のＭ−Ｉ−Ｍメモリセル構造の抵抗体メモリ素子では、反復的なスイッチング時にストレージノードに印加されるセット／リセット電圧値Ｖｓｅｔ，Ｖｒｅｓｅｔの分布偏差が大きいという問題点、及びオン／オフ状態によるストレージノードの抵抗値Ｒｏｎ，Ｒｏｆｆ分布が均一でないという問題点があったが、本発明によれば、前記データ保存層１２５と第１、第２電極１２３，１２７との間の界面特性向上の結果により、かかる問題点が改善されうる。具体的に、前記界面特性向上の結果により、反復的なスイッチングの場合、オン／オフ状態によるストレージノード１２８の抵抗値の分布偏差が従来より画期的に減少し、また、前記ストレージノード１２８に印加されるセット／リセット電圧値の分布偏差が従来より大きく減少する。したがって、その結果により、ストレージノード１２８で安定的なメモリスイッチング特性が具現されうる。本発明による不揮発性メモリ素子において、メモリスイッチング特性の向上は、図６Ａないし図７Ｂに開示されている。
【００２４】
図６Ａは、図４でストレージノードに印加されるセット／リセット電圧値の分布を示すグラフであり、図６Ｂは、図６Ａのヒストグラムグラフである。そして、図７Ａは、図４でオン／オフ状態によるストレージノードの抵抗値分布を示すグラフであり、図７Ｂは、図７Ａのヒストグラムグラフである。
【００２５】
図６Ａ及び図６Ｂを参照して、スイッチングサイクルに対するＶｓｅｔ及びＶｒｅｓｅｔの分布を見れば、本発明によるストレージノード１２８の構造でＶｓｅｔ及びＶｒｅｓｅｔの標準偏差が減少するということを確認できる。下記の表１は、従来のＭ−Ｉ−Ｍメモリセル構造及び本発明のＭ−Ｂ−Ｉ−Ｂ−Ｍメモリセル構造でＶｓｅｔ及びＶｒｅｓｅｔを測定して、前記Ｖｓｅｔ及びＶｒｅｓｅｔの平均値、標準偏差、最大値及び最小値などを比較して整理したデータ資料である。
【００２６】
【表１】
2007134724.tif 000003
【００２７】
図７Ａ及び図７Ｂを参照して、スイッチングサイクルに対するＲｏｎ及びＲｏｆｆの分布を見れば、本発明によるストレージノード１２８の構造でＲｏｎ及びＲｏｆｆの標準偏差が減少するということを確認できる。下記の表２は、従来のＭ−Ｉ−Ｍメモリセル構造及び本発明のＭ−Ｂ−Ｉ−Ｂ−Ｍメモリセル構造でＲｏｎ及びＲｏｆｆを測定して、前記Ｒｏｎ及びＲｏｆｆの平均値、標準偏差、最大値及び最小値などを比較して整理したデータ資料である。
【００２８】
【表２】
2007134724.tif 000004
【００２９】
下記の表３は、前記Ｖｓｅｔ、Ｖｒｅｓｅｔ、Ｒｏｎ及びＲｏｆｆの測定時に利用されたストレージノードの具体的な構造、及びＩｒＯ２コンタクト層の蒸着に対するスパッタリング蒸着条件を簡単に整理した資料である。
【００３０】
【表３】
2007134724.tif 000005
【００３１】
図８Ａないし図８Ｅは、本発明の実施形態による不揮発性メモリ素子の製造方法を示す工程フローチャートである。ここで、それぞれの積層物は、一般的に知られた真空蒸着法、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより形成されうる。もちろん、前記ＰＶＤは、スパッタリングを含む。前記実施形態による不揮発性メモリ素子は、スイッチング素子であるトランジスタ１２０と、前記トランジスタ１２０に連結されるストレージノード１２８とを備える。ここで、トランジスタ１２０の代わりに他のスイッチング素子、例えばダイオードが利用され、かかるダイオードの構造及び製造方法は周知のものであるので、これについての詳細な説明は省略し、トランジスタスイッチを中心に本発明の実施形態を詳述する。
【００３２】
図８Ａに示すように、まず、ソース１１２Ｓ、ドレイン１１２Ｄ、チャンネル１１２Ｃ及びゲート電極１１４を備えるトランジスタ１２０を準備した後、前記トランジスタ１２０上に絶縁層１３０を形成する。ここで、前記半導体トランジスタ１２０の構造及び形成方法は周知のものであるので、これについての詳細な説明は省略する。
【００３３】
次いで、前記絶縁層１３０に前記ソース１１２ｓまたはドレイン１１２ｄを露出させるコンタクトホールを形成した後、前記コンタクトホールを導電性物質で充填してコンタクトプラグ１２２を形成する。次いで、前記コンタクトプラグ１２２に接触されるように、前記絶縁層１３０上に第１電極１２３を形成する。前記第１電極１２３は、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｗ，ＴｉＮ及びポリシリコンからなるグループから選択されたいずれか一つの物質で形成されうる。
【００３４】
図８Ｂに示すように、前記第１電極１２３上に伝導性の金属酸化物で第１コンタクト層１２４を形成する。前記伝導性の金属酸化物は、ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＳｒＲｕＯ３，ＭｏＯ２，ＯｓＯ２，ＲｅＯ２，ＲｈＯ２，ＷＯ２及びＩＴＯからなるグループから選択されたいずれか一つであり、前記第１コンタクト層１２４は、１０Åないし５００Å範囲の厚さに形成される。
【００３５】
図８Ｃ及び図８Ｄに示すように、前記第１コンタクト層１２４上に遷移金属酸化物またはアルミニウム酸化物でデータ保存層１２５を形成する。ここで、前記遷移金属酸化物は、Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕ及びＣｒからなるグループから選択されたいずれか一つの金属の酸化物である。次いで、前記データ保存層１２５上に伝導性の金属酸化物で第２コンタクト層１２６を形成する。ここでも、同様に、伝導性の金属酸化物は、ＩｒＯ２，ＲｕＯ２，ＳｒＲｕＯ３，ＭｏＯ２，ＯｓＯ２，ＲｅＯ２，ＲｈＯ２，ＷＯ２及びＩＴＯからなるグループから選択されたいずれか一つであり、前記第２コンタクト層１２６は、１０Åないし５００Å範囲の厚さに形成される。次いで、前記第２コンタクト層１２６上にＩｒ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｗ，ＴｉＮ及びポリシリコンからなるグループから選択されたいずれか一つの物質で第２電極１２７を形成する。
【００３６】
図８Ｅに示すように、順次に積層された第１電極１２３、第１コンタクト層１２４、データ保存層１２５、第２コンタクト層１２６及び第２電極１２７を備えるストレージノード１２８を埋め込む絶縁層１３０を形成する。次いで、前記絶縁層１３０に第２電極１２７を露出させるコンタクトホールを形成した後、前記コンタクトホール及び絶縁層１３０上にプレート電極１３２を形成する。前記のような工程過程を通じて、ストレージノードで安定的なメモリスイッチング特性を有する不揮発性メモリ素子が得られる。本実施形態において、前記ストレージノード１２８は、第１及び第２コンタクト層１２４，１２６をいずれも備えているが、本発明の他の実施形態として、前記ストレージノード１２８は、前記第１及び第２コンタクト層１２４，１２６のうちいずれか一つのみを備えることもできる。
【００３７】
このような本願発明の理解を助けるために、幾つかの模範的な実施形態が説明されて添付された図面に示されたが、このような実施形態は、単に広い発明を例示し、これを制限しないという点が理解されねばならず、また、本発明は、図示されて説明された構造及び配列に限定されないという点が理解されねばならず、これは、多様な他の修正が当業者によって行われるためである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、不揮発性メモリ素子関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の不揮発性メモリ素子の概略的断面図である。
【図２】図１でストレージノードのスイッチング特性を示すグラフである。
【図３Ａ】図１でストレージノードに印加されるセット／リセット電圧値の分布を示すグラフである。
【図３Ｂ】図１でオン／オフ状態によるストレージノードの抵抗値分布を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態による不揮発性メモリ素子の概略的断面図である。
【図５】図４でストレージノードのスイッチング特性を示すグラフである。
【図６Ａ】図４でストレージノードに印加されるセット／リセット電圧値の分布を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ａのヒストグラムグラフである。
【図７Ａ】図４でオン／オフ状態によるストレージノードの抵抗値分布を示すグラフである。
【図７Ｂ】図７Ａのヒストグラムグラフである。
【図８Ａ】本発明の実施形態による不揮発性メモリ素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【図８Ｂ】本発明の実施形態による不揮発性メモリ素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【図８Ｃ】本発明の実施形態による不揮発性メモリ素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【図８Ｄ】本発明の実施形態による不揮発性メモリ素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【図８Ｅ】本発明の実施形態による不揮発性メモリ素子の製造方法を示す工程フローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１１２Ｃ  チャンネル
１１２Ｄ  ドレイン
１１２Ｓ  ソース
１１４  ゲート電極
１２０  トランジスタ
１２２  コンタクトプラグ
１２３  第１電極
１２４  第１コンタクト層
１２５  データ保存層
１２６  第２コンタクト層
１２７  第２電極
１２８  ストレージノード
１３０  絶縁層
１３２  プレート電極
【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５】
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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８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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