電流控制元件和使用其的非易失性存儲元件的製作方法

2023-06-09 05:40:11 1

專利名稱：電流控制元件和使用其的非易失性存儲元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及相對於施加電壓具有雙向的整流特性的電流控制元件、具有該電流控制元件的非易失性存儲元件。
背景技術：
近年來，伴隨著數位技術的不斷發展，可攜式信息設備、信息家電等電子設備進一步向高功能化發展。伴隨著電子設備的高功能化，所使用的非易失性存儲裝置的大規模化、高度集成化、高速化也得以迅速發展，並且其用途也迅速擴大。其中，已提出將電阻變化元件配置為陣列狀的形態的非易失性存儲裝置，並希望其不斷大規模化、高度集成化、高速化。電阻變化元件包括只能寫入一次的和能夠反覆寫入的。能夠反覆寫入的電阻變化元件有兩種。一種是通過施加相同極性的兩種電脈衝來產生從高電阻狀態至低電阻狀態的變化(以下稱為低電阻化)和從低電阻狀態至高電阻狀態的變化(以下稱為高電阻化)的電阻變化元件，這種一般被稱為單極(unipolar)型(或monopolar型)的電阻變化元件。另一種是通過施加不同極性的兩種電脈衝來產生低電阻化和高電阻化的電阻變化元件，這種一般被稱為雙極型的電阻變化元件。在將電阻元件配置為陣列狀的存儲裝置中，一般在電阻變化元件上串聯連接電晶體、整流元件等電流控制元件，通過防止迂迴電流所致的寫入幹擾和相鄰的存儲單元間的串擾等，來實現可靠的存儲動作。一般來說，單極型的電阻變化元件為了進行高電阻化和低電阻化，能夠利用同極性且不同大小的兩種電壓。當作為電流控制元件使用二極體時，能夠利用單向型的二極體(在一個方向的電壓極性中，具有非線性的電壓電流特性(開關特性)的二極體，本質上僅在一個方向使電流流過的二極體)。因此，能夠使包括電阻變化元件和電流控制元件的存儲單元的結構簡化。但是，單極型的電阻變化元件在復位(高電阻化)時存在電脈衝的脈衝寬度大、動作速度變慢的問題。另一方面，雙極型的電阻變化元件能夠在高電阻化和低電阻化的兩種狀態下利用脈衝寬度短的電脈衝，與單極型的電阻變化元件相比具有能夠高速動作的優點。但是，為了進行高電阻化和低電阻化，需要利用極性不同的兩種電壓。當作為電流控制元件利用二極體時，需要雙向型的二極體(在兩個方向的電壓極性中，具有非線性的電壓電流特性(開關特性)的二極體，能夠在兩個方向使電流流過的二極體)。專利文獻I公開了一種交叉點(crosspoint)型的存儲裝置，該存儲裝置具有作為電流控制元件將雙向型的二極體(以下也稱為「雙向二極體」)與電阻變化元件串聯連接的存儲單元。作為雙向型(雙極型)的二極體，例如已知有MIM 二極體(Metal-1nsulator-Metal:金屬-絕緣體-金屬)、MSM 二極體(Metal-Semiconductor-Metal:金屬_半導體-金屬)、如專利文獻I所示的變阻器(varistor)。
圖14是一般的雙向二極體的電壓電流特性圖。下面參照圖14說明雙向二極體的特性和所希望的性能。MIM 二極體、MSM 二極體、變阻器等雙向二極體表現為非線性的電壓電流特性，通過使插入電極材料或電極間的材料最優化，能夠在本質上使電壓電流特性對稱化。即，能夠實現針對正的施加電壓的電流的變化和針對負的施加電壓的電流的變化關於原點O本質上構成點對稱的雙向二極體。在雙向二極體中，在施加電壓為第一臨界電壓(圖14中的範圍A的下限電壓)以下且第二臨界電壓(圖14中的範圍B的上限電壓)以上的範圍(也就是圖14中的範圍C)，電阻非常高，超過第一臨界電壓，或者，低於第二臨界電壓時，電阻急劇下降。即，這些二端子元件在施加電壓為第二臨界電壓以上且第一臨界電壓以下時幾乎不使電流流過，在施加電壓超過第一臨界電壓或低於第二臨界電壓時使大電流流過，具有非線性的電阻特性(整流特性)。因此，通過將雙向型的二極體串聯連接至電阻變化元件構成存儲單元，能夠實現進行雙極動作的高速的交叉點型的非易失性存儲裝置。然而，在電阻變化型的存儲裝置中，通過在電阻變化元件上施加電脈衝來使電阻變化元件高電阻化或低電阻化，並通過使各個電阻狀態與各數據(例如O和I)對應，將數據寫入到電阻變化元件。此時，通常需要使電阻變化元件流過較大的電流。以下，將使電阻變化元件高電阻化或低電阻化所需的電流稱為電阻變化電流。例如，在專利文獻I中公開的存儲裝置中，當向電阻變化元件寫入數據時，使作為雙向二極體的變阻器以30000A/cm2(在0.8μπιΧ0.8μπι的電極面積下約為200 μ Α)以上的電流密度流過電流。在電阻變化型的存儲裝置中使用的雙向二極體要求具有使大於電阻變化電流的電流流過的能力(允許電流)。當雙向二極體的允許電流不滿足電阻變化電流時，元件的低電阻狀態不發生變化，構成動作不良的原因。即，當向電阻變化元件寫入或讀出數據時，需要所選擇的存儲單元使用圖14的範圍A或B (雙向二極體的ON狀態)，同時未被選擇的存儲單元則利用範圍C (雙向二極體的OFF狀態)來抑制洩漏電流(OFF電流)。如果不能充分抑制洩漏電流，則對所選擇的存儲單元的數據寫入或讀出會不能正常地進行。專利文獻2公開了雙向肖特基二極體(Schottky diode),其半導體層由非晶娃、多晶矽、InOx, ZnO等材料形成，並且與半導體層形成肖特基接觸的電極由Pt、Au、Ag、TiN、Ta、Ru、TaN等貴金屬或金屬化合物以及類似的材料形成。先行技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2006-203098號公報專利文獻2:日本特開2007-158325號公報

發明內容
發明要解決的課題但是，在現有的雙向肖特基二極體中，在實際製造時，電壓電流特性存在各個二極體之間變得參差不齊、發生低電流不良元件的問題。在正常的元件中，當施加2V電壓時，流過約100 μ A左右的電流，但是在不良元件中，當施加2V電壓時，僅流過InA左右的電流。若像這樣元件間的參差不齊較大，產生電流驅動能力低的元件，則在作為模塊裝入電阻變化型存儲裝置時，在與電流驅動能力低的二極體元件連接的電阻變化元件中，電阻狀態不發生變化，發生元件的動作不良。本發明是應對所述課題而開發的，其目的在於，在能夠用於電阻變化型的非易失性存儲裝置的雙向型的電流控制元件(對於施加電壓具有良好的雙向性的整流特性的元件)和使用其的非易失性存儲元件或非易失性存儲裝置中，抑制電壓電流特性在各個電流控制元件之間變得參差不齊的問題。用於解決課題的方法本發明人為了解決上述課題尤其是在允許電流大的雙向二極體中，電壓電流特性在各個二極體之間變得參差不齊的問題，進行了專心研究。結果發現，由於在製造工序中二極體的電極受到腐蝕，雙向二極體的電壓電流特性變得參差不齊，產生電流驅動能力低的元件。因此，通過例如在形成在導通孔(via hole)內部的接觸栓(contact plug:接觸式插塞)的下表面和二極體的上部電極之間，設置導電性的腐蝕抑制層，能夠抑制特性的參差不齊。即，為了解決上述的課題，本發明的電流控制元件的製造方法包括:形成下部配線的步驟；以與下部配線電連接的方式形成第一電極層的步驟；在第一電極層之上，以與第一電極層物理接觸的方式形成電流控制層的步驟；在電流控制層之上，以與電流控制層物理接觸的方式形成第二電極層的步驟；在第二電極層之上，由與第二電極層不同的材料形成腐蝕抑制層的步驟；以覆蓋腐蝕抑制層、第二電極層、電流控制層和第一電極層的方式形成層間絕緣層的步驟；在層間絕緣層中，以下部開口全部在腐蝕抑制層上開口的方式形成導通孔的步驟；和用含有水的洗淨液將導通孔的內部洗淨的步驟。在所述的結構中，二極體的第二電極層(上部電極層)被腐蝕抑制層保護，從而第二電極層不會露出在導通孔的底部。當形成與二極體的第二電極連接的接觸栓時，即使將導通孔內部洗淨，第二電極層也由於被腐蝕抑制層保護而不被腐蝕，並能夠避免電壓電流特性在各個電流控制元件之間變得參差不齊的問題。另外，本發明的電流控制元件的另一個製造方法包括:形成下部配線的步驟；以與下部配線電連接的方式形成第一電極層的步驟；在第一電極層之上，以與第一電極層物理接觸的方式形成電流控制層的步驟；在電流控制層之上，以與電流控制層物理接觸的方式形成第二電極層的步驟；在第二電極層之上，由與第二電極層不同的材料形成腐蝕抑制層的步驟；以覆蓋腐蝕抑制層、第二電極層、電流控制層和第一電極層的方式形成層間絕緣層的步驟；在層間絕緣層中，以在下部開口腐蝕抑制層露出、第二電極層不露出的方式形成槽的步驟；和用含有水的洗淨液將槽的內部洗淨的步驟。在所述的結構中，二極體的第二電極層(上部電極層)被腐蝕抑制層保護，從而第二電極層不會露出在槽的底部。當形成與二極體的第二電極連接的上部配線時，即使將槽內部洗淨，第二電極層也由於被腐蝕抑制層保護而不被腐蝕，並且能夠避免電壓電流特性在各個電流控制元件之間變得參差不齊的問題。在上述電流控制元件的製造方法中，形成導通孔的步驟也可以是，以從層間絕緣層的厚度方向觀察，腐蝕抑制層在導通孔的下部開口的整個外周向外側伸出的方式形成導通孔的步驟。在上述電流控制元件的製造方法中，形成腐蝕抑制層的步驟也可以是，由具有比構成第二電極層的材料的標準電極電位高的標準電極電位的材料形成腐蝕抑制層的步驟。在上述電流控制元件的製造方法中，形成腐蝕抑制層的步驟也可以是，由具有O以上的標準電極電位的材料形成腐蝕抑制層的步驟。在上述電流控制元件的製造方法中，形成腐蝕抑制層的步驟也可以是，由貴金屬形成腐蝕抑制層的步驟。在上述電流控制元件的製造方法中，形成腐蝕抑制層的步驟也可以是，由具有導電性的金屬氧化物形成腐蝕抑制層的步驟。在上述電流控制元件的製造方法中，形成第一電極層的步驟也可以是，由選自氮化鉭、氮化鈦、鎢和金屬氧化物中的至少一種材料形成第一電極層的步驟；形成電流控制層的步驟是，由氮化矽形成電流控制層的步驟；形成第二電極層的步驟也可以是，由選自氮化鉭、氮化鈦、鎢和金屬氧化物中的至少一種材料形成第一電極層的步驟。另外，本發明的非易失性存儲元件的製造方法包括:通過上述電流控制元件的製造方法形成電流控制元件的步驟；和形成雙極型的電阻變化元件的步驟，該雙極型的電阻變化元件與電流控制元件串聯連接，通過被施加極性不同的兩種電脈衝，在高電阻狀態和低電阻狀態之間可逆地變化。本發明的電流控制元件為以覆蓋形成在層間絕緣層的導通孔的下部開口的方式形成的電流控制元件，該電流控制元件包括:腐蝕抑制層，其在導通孔的下部開口的下部，以覆蓋下部開口的全部的方式形成；第二電極層，其形成在腐蝕抑制層之下並由與腐蝕抑制層不同的材料構成；電流控制層，其形成在第二電極層之下並與第二電極層物理接觸；和第一電極層，其形成在電流控制層之下並與電流控制層物理接觸，由第一電極層、電流控制層和第二電極層構成MSM 二極體和MIM 二極體中的任一個，第一電極層與下部配線電連接。在所述的結構中，二極體的第二電極層(上部電極層)被腐蝕抑制層保護，從而第二電極層不會露出在導通孔的底部。當形成與二極體的第二電極連接的接觸栓時，即使將導通孔內部洗淨，第二電極層也由於被腐蝕抑制層保護而不被腐蝕，並能夠避免電壓電流特性在各個電流控制元件之間變得參差不齊的問題。其中，「下部開口 」是指形成在導通孔的上下兩端的兩個開口中下側的開口，「下部開口的下部」是指上述下側的開口的下方。另外，本發明的另一個電流控制元件包括:下部配線；與下部配線電連接的第一電極層；電流控制層，其形成在第一電極層上並與第一電極層物理接觸；第二電極層，其形成在電流控制層上並與電流控制層物理接觸；腐蝕抑制層，其形成在第二電極層上並由與第二電極層不同的材料構成；和上部配線，其構成為填充形成在層間絕緣層中的槽，使得在該槽的下部開口腐蝕抑制層露出，由第一電極層、電流控制層和第二電極層構成MSM 二極體和MIM 二極體中的任一個，第二電極層經由腐蝕抑制層與上部配線電連接，第二電極層不與上部配線物理接觸。在所述的結構中，二極體的第二電極層(上部電極層)被腐蝕抑制層保護，從而第二電極層不會露出在槽的底部。當形成與二極體的第二電極連接的上部配線時，即使將槽內部洗淨，第二電極層也由於被腐蝕抑制層保護而不被腐蝕，並且能夠避免電壓電流特性在各個電流控制元件之間變得參差不齊的問題。在上述電流控制元件中，腐蝕抑制層也可以形成為，從層間絕緣層的厚度方向觀察，在導通孔的下部開口的整個外周向外側伸出。在上述電流控制元件中，也可以構成腐蝕抑制層的材料的標準電極電位，比構成第二電極層的材料的標準電極電位高。在上述電流控制元件中，也可以構成腐蝕抑制層的材料的標準電極電位為O以上。在上述電流控制元件中，構成腐蝕抑制層的材料也可以為貴金屬。在上述電流控制元件中，構成腐蝕抑制層的材料也可以為具有導電性的金屬氧化物。在上述電流控制元件中，也可以第一電極層和第二電極層由選自氮化鉭、氮化鈦、鎢和金屬氧化物中的至少一種材料構成。在上述電流控制元件中，電流控制層也可以由氮化矽構成。上述電流控制元件也可以構成為通過與下部配線電連接來帶電。在本發明的非易失性存儲元件具有上述電流控制元件和雙極型的電阻變化元件，該雙極型的電阻變化元件與電流控制元件串聯連接，通過被施加極性不同的兩種電脈衝，在高電阻狀態和低電阻狀態之間可逆地變化。本發明的非易失性存儲裝置包括:存儲器陣列，上述非易失性存儲元件配置為矩陣狀；選擇電路，其從存儲陣列中選擇至少一個非易失性存儲元件；寫入電路，其通過在由選擇電路選擇的非易失性存儲元件上施加極性不同的兩種電脈衝來使非易失性存儲元件所含的電阻變化元件的電阻狀態在高電阻狀態和低電阻狀態之間可逆變化。本發明的上述目的、其它目的、特徵和優點能夠通過參照附圖在以下的優選實施方式的詳細說明中變得明白。發明的效果本發明具有如上所述的結構，能夠用於電阻變化型的非易失性存儲裝置的雙向型的電流控制元件(對於施加電壓具有良好的雙向性的整流特性的元件)和使用其的非易失性存儲元件或非易失性存儲裝置，能夠抑制電壓電流特性在各個電流控制元件之間變得參差不齊的問題。


圖1A是表示第一實施方式的電流控制元件的概略結構的一個例子的截面圖。圖1B是從層間絕緣層的厚度方向觀察第一實施方式的電流控制元件的概略結構的平面圖。圖2是表示使用氮化鉭電極的MSM 二極體元件的概略結構的一個例子的示意圖。圖3是表示圖2的MSM 二極體元件的電壓電流特性的圖。圖4A是表示在第一實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，形成第一電極層的步驟的圖。圖4B是表示在第一實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，在第一電極層上以與第一電極層物理接觸的方式形成電流控制層的步驟的圖。圖4C是表示在第一實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，在電流控制層上以與電流控制層物理接觸的方式形成第二電極層的步驟的圖。圖5A是表示在第一實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，在第二電極層上由與第二電極層不同的材料形成腐蝕抑制層的步驟的圖。圖5B是表示在第一實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，對第一電極層、電流控制層、第二電極層以及腐蝕抑制層進行圖案形成的步驟的圖。圖5C是表示在第一實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，以覆蓋腐蝕抑制層的方式形成層間絕緣層的步驟的圖。圖6A是表示在第一實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，在層間絕緣層，以其全部的下部開口被腐蝕抑制層覆蓋的方式形成導通孔的步驟的圖。圖6B是表示在第一實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，利用含有水的洗淨液將導通孔的內部洗淨的步驟的圖。圖6C是表示在第一實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，在導通孔的內部形成接觸栓的步驟的圖。圖7A是表示實驗例I中測定的配線圖案I中的電壓電流特性的圖。圖7B是表示實驗例I中測定的配線圖案2中的電壓電流特性的圖。圖8A是表示觀察實驗例I中的配線圖案2的電流控制元件的截面的結果的掃描型電子顯微鏡照片。圖8B是對圖8A進行描摹的圖。圖9A是表示實驗例2中的電流控制元件的觀察結果的、截面的掃描型電子顯微鏡照片。圖9B是圖9A的點I和點2中的掃描型俄歇電子能譜分析裝置所測定的能譜。圖1OA是表示實驗例3中測定的設置有腐蝕抑制層的電流控制元件的電壓電流特性的圖。圖1OB是表示實驗例3中測定的未設置腐蝕抑制層的電流控制元件的電壓電流特性的圖。圖1IA是表示觀察實驗例3中的電流控制元件的截面的結果的掃描型電子顯微鏡照片。圖1lB是對圖1lA進行描摹的圖。圖12是表示實驗例4中測定的電壓電流特性的圖。圖13A是表示第一實施方式的變形例的非易失性存儲元件的概略結構的一個例子的截面圖。圖13B是圖13A的等效電路圖。圖14是一般的雙向二極體的電壓電流特性圖。圖15A是表示第二實施方式的電流控制元件的概略結構的一個例子的圖，並且為沿圖15C的A-A』線截斷的截面圖。圖15B是表示第二實施方式的電流控制元件的概略結構的一個例子的圖，並且為沿圖15C的B-B』線截斷的截面圖。
圖15C是表示第二實施方式的電流控制元件的概略結構的一個例子的圖，並且為從層間絕緣層的厚度方向觀察的平面圖。圖16A是表示在第二實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，形成第一電極層的步驟的圖。圖16B是表示在第二實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，在第一電極層上以與第一電極層物理接觸的方式形成電流控制層的步驟的圖。圖16C是表示在第二實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，在電流控制層上以與電流控制層物理接觸的方式形成第二電極層的步驟的圖。圖17A是表示在第二實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，在第二電極層上由與第二電極層不同的材料形成腐蝕抑制層的步驟的圖。圖17B是表示在第二實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，對第一電極層、電流控制層、第二電極層和腐蝕抑制層進行圖案形成的步驟的圖。圖17C是表示在第二實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，以覆蓋腐蝕抑制層的方式形成層間絕緣層的步驟的圖。圖18A是表示在第二實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，在層間絕緣層中以在其下部開口使腐蝕抑制層露出的方式形成槽的步驟的圖。圖18B是表示在第二實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，以含有水的洗淨液將槽的內部洗淨的步驟的圖。圖18C是表示在第二實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子中，在槽的內部形成上部配線的步驟的圖。圖19A是表示第二實施方式的變形例的非易失性存儲元件的概略結構的一個例子的截面圖。圖19B是圖19A的等效電路圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。(第一實施方式)[結構]圖1是表示本發明的實施方式的電流控制元件的概略結構的一個例子的圖，圖1A為截面圖，圖1B為從層間絕緣層的厚度方向觀察的平面圖。如圖1A所示，電流控制元件100是以覆蓋形成於層間絕緣層102的導通孔104的下部開口的方式形成的電流控制元件，其包括:以覆蓋導通孔104的整個下部開口 105的方式形成的腐蝕抑制層106 ;形成在腐蝕抑制層106之下並且由與腐蝕抑制層106不同的材料構成的第二電極層108 (此處為上部電極108);形成在第二電極層108之下並且與第二電極層108物理接觸的電流控制層110 ;和形成在電流控制層110之下並且與電流控制層110物理接觸的第一電極層112 (此處為下部電極112)，其中由第一電極層112、電流控制層110和第二電極層108構成MSM 二極體和MM 二極體中的任一個。如圖1B所示，腐蝕抑制層106優選形成為，從層間絕緣層102的厚度方向觀察，在導通孔104的下部開口 105的整個外周向外側伸出。
優選與構成第二電極層108的材料的標準電極電位(以標準氫電極為基準(OV)的電位)相比，構成腐蝕抑制層106的材料的標準電極電位較高。即，構成腐蝕抑制層106的材料優選由與構成第二電極層108的材料相比更難以氧化的材料構成。或者，構成腐蝕抑制層106的材料優選由與構成第二電極層108的材料相比耐腐蝕性更高的材料構成。另外，構成腐蝕抑制層106的材料的標準電極電位優選為0以上。腐蝕抑制層106優選由導電性材料構成，更優選由銥(標準電極電位:1.16V)構成。構成腐蝕抑制層106的材料可以是貴金屬，也可以是具有導電性並且與構成第二電極層108的材料的標準電極電位相比具有更高的標準電極電位的金屬氧化物(例如，IrO2, MoO2, RuO2等金屬氧化物)。基板能夠使用矽單晶基板或半導體基板，但理所當然並不限於此。電流控制元件100能夠以較低的基板溫度形成，所以能夠在樹脂材料等上形成電流控制元件100。在導通孔104的內部也可以形成有接觸栓114。腐蝕抑制層106和導通孔104的內部的接觸栓114在下部開ロ 105物理接觸。第ニ電極層108例如能夠經由腐蝕抑制層106和接觸栓114連接至上部配線(無圖示)。第一電極層112和第二電極層108分別由與構成電流控制層110的材料相比功函數(work function)更大的材料構成,構成腐蝕抑制層的材料優選為貴金屬。例如，當電流控制層110由氮化矽構成時，第一電極層112和第二電極層108可以分別由選自氮化鉭、氮化鈦和鎢中的至少ー種材料構成。另外，第一電極層112和第二電極層108也可以分別由與構成電流控制層110的材料相比功函數更大的金屬氧化物構成。作為ー個例子，電流控制層110由氮化矽(SiNx，X的值滿足0〈x彡0.85)構成，第一電極層112由氮化鉭(TaN，Ta和N的摩爾比優選為Ta:N=l:l)構成，第二電極層108由氮化鉭(TaN，Ta和N的摩爾比優選為Ta:N=l: 1，標`準電極電位優選為0.48V)構成。在上述結構中，在第一電極層112和電流控制層110之間形成肖特基接觸，在第二電極層108和電流控制層110之間形成肖特基接觸，由此電流控制元件100作為MSM ニ極管發揮作用。MSM ニ極管是在雙向的電壓極性上，具有當電壓的絕對值小時電阻變大而當電壓的絕對值超過規定值變大時電阻急劇減小的非線性的電壓電流特性「開關(0N/0FF)特性」的ニ極管，其能夠使電流雙向流過。SiNx中的X的值為相對於I摩爾的Si原子的氮原子的摩爾數，表示氮化的程度(組成比)。SiNx的導電特性根據X的值而發生大的變化。具體而言，在所謂的化學計量學組成(x=l.33，即Si3N4)上是絕緣體，但是當使氮的比率小於上述比例時(S卩，使X的值減小)，SiNx也隨之作為半導體發揮作用。MSM ニ極管為在金屬電極間插入半導體的結構，能夠通過金屬和半導體層的肖特基結形成，並且能夠實現比MM ニ極管更高的電流供給能力。MSM ニ極管或MIM ニ極管由於不像變阻器那樣使用晶界等特性，於是難以被製造エ序中的熱過程所左右，並能夠期待得到參差不齊小的電流控制元件。當這樣在MSM ニ極管的電流控制層110利用SiNx時，與電流控制層110接觸的第一電極層112和第二電極層108優選為由可以與SiNx得到良好的肖特基界面的氮化鉭構成。氮化鉭由於比Cu配線匹配性更佳，所以本發明人對由氮化鉭構成的電極進行了專心研究。圖2是表示使用氮化鉭電極的MSM ニ極管元件101的概略結構的一個例子的示意圖。圖3是表示圖2的MSM ニ極管元件的電壓電流特性的圖。在圖2中，對MSM ニ極管元件101和圖1的電流控制元件100中共同的部件，標註相同的符號和名稱，省略說明。構成MSM ニ極管元件101的電流控制層110的SiNx中的X為0.3，電流控制層110的厚度為10nm，第一電極層112與電流控制層110接觸的部分的大小和第一電極層112與第二電極層108接觸的部分的大小全都為0.5iimX0.5iim。如圖3所示，在1.75V的電壓中能夠確保300 ii A以上的電流值。這時的電流密度為120000A/cm2。從以上的結果可知，通過組合由氮化鉭構成的電極和由SiNx構成的電流控制層，能夠得到允許電流(電流驅動能力)大的雙向型的MSM ニ極管元件。[製造方法]圖4、圖5、圖6是表示本發明的第一實施方式的電流控制元件的製造方法的ー個例子的圖。下面，參照圖4、圖5、圖6來說明本實施方式的電流控制元件的製造方法。首先，如圖4A所示，例如在由單晶矽構成的基板(無圖示)上形成下部配線118，以覆蓋下部配線118的方式例如通過熱氧化法形成由SiO2構成的厚度為200nm的層間絕緣層115，以貫通層間絕緣層而到達下部配線118的方式形成接觸栓116，並以覆蓋接觸栓116的上端面的方式，通過在氬和氮的混合氣體氣氛下對Ta靶進行濺射，形成例如由TaN構成的厚度為IOOnm的第一電極層112 (形成第一電極層的步驟)。接著，如圖4B所示，在第一電極層112上，以與第一電極層112物理接觸的方式，通過在IS和氮的混合氣體氣氛下對多晶娃祀進行派射，形成例如由SiNx構成的厚度為IOnm的電流控制層110 (在第一電極層上以與第一電極層物理接觸的方式形成電流控制層的步驟)。SiNx中的X的值能夠通過改變濺射條件(氬和氮的氣體流量比等)來改變。接著，如圖4C所示，在電流控制層110上，以與電流控制層110物理接觸的方式，通過在IS和氮的混合氣體氣氛下對Ta祀進行派射,形成例如由TaN構成的厚度為50nm的第二電極層108 (在電流控制層上以與電流控制層物理接觸的方式形成第二電極層的步驟)。接著，如圖5A所示，在第二電極層108上，例如通過濺射法形成與第二電極層108不同的材料(例如銥)的腐蝕抑制層106 (在第二電極層上，由與第二電極層不同的材料形成腐蝕抑制層的步驟)。其中，第一電極層112、電流控制層110、第二電極層108、腐蝕抑制層106的形成方法並不受到特別的限定，也可以不用濺射法。接著，如圖5B所示，對第一電極層112、電流控制層110、第二電極層108和腐蝕抑制層106進行圖案形成(對第一電極層、電流控制層、第二電極層和腐蝕抑制層進行圖案形成的步驟)。接著，如圖5C所示，以覆蓋腐蝕抑制層106、第二電極層108、電流控制層110和第一電極層112的方式，形成層間絕緣層102，使其例如由SiO2構成並使腐蝕抑制層106上的最終完成的膜厚為200nm (以覆蓋腐蝕抑制層的方式形成層間絕緣層的步驟)。接著，如圖6A所示，在層間絕緣層102上以使其全部的下部開ロ被腐蝕抑制層106覆蓋的方式形成導通孔104(在層間絕緣層上，以使其全部的下部開ロ在腐蝕抑制層上開ロ的方式形成導通孔的步驟)。接著，如圖6B所示，利用含有水的溶劑(洗浄液)將導通孔104的內部洗浄(利用含有水的溶劑洗淨導通孔的內部的步驟)。接著，如圖6C所示，在導通孔104的內部形成接觸栓114(在導通孔的內部形成接觸栓的步驟)。具體而言，例如通過CVD法依次形成作為緊貼層的IOnm的T1、作為是配線的主材料的W的阻擋層的IOnm的TiN，之後，通過CVD法用鎢來填埋導通孔104的內部。其中，代替鎢，例如也可以使用銅。此時先形成對於銅的阻擋層(例如Ta或TaN)。其中，在圖5B的步驟(對第一電極層112、電流控制層110、第二電極層108和腐蝕抑制層106進行圖案形成的步驟)中，同時(利用相同的掩模)進行圖案形成不是必須的。例如也可以在分別形成第一電極層112、電流控制層110、第二電極層108或腐蝕抑制層106時對各層分別進行圖案形成。此時，第一電極層112、電流控制層110、第二電極層108和腐蝕抑制層106不被統一形成圖案，從而不需要圖5B的步驟。另外，在圖6C中，在導通孔104的內部形成的部件，並不一定為埋入導通孔內使表面被平坦化的接觸栓114，也可以形成通常的導通孔部(via)(配線的一部分在導通孔內與下層的配線連接的部分)。[實驗例I]在實驗例I中，關於與下部電極連接的配線(浮置(floating)配線，未接地的下部配線)的面積不同的兩種結構(配線圖案1、配線圖案2)，製作多個電流控制元件，確認電壓電流特性。首先，在Si基板上使鋁沉積，並通過圖案形成來形成下部配線118。在配線圖案I中，使下部配線118的面積為約69iim2。在配線圖案2中，使下部配線118的面積為約6700 u m2。在形成有該下部配線118的基板上，形成由SiOjQ成的層間絕緣層115 (下部配線上的最終膜厚:200nm)。之後，通過掩模和蝕刻，以在底部露出配線的方式，形成直徑為
0.26um的下部導通孔，通過幹法蝕刻形成下部導通孔，並使用弱氫氟酸類洗淨液去除由幹法蝕刻生成的聚合物(polymer)的蝕刻殘渣。在形成有下部導通孔的狀態下，(出於去除汙染物質的目的)對晶片的表面和背面通過純水實施旋轉(spin)洗浄。之後，使鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)依次沉積，進ー步由鎢(W)填充其內部，從而形成下部接觸栓116。使層間絕緣層115和下部接觸栓116的上端面通過CMP露出在同一平面上，之後，使氮化鈦(TiN，厚度為20nm)、氮化鉭(TaN，Ta和N的摩爾比為Ta:N=l: 1，厚度為IOOnm,第一電極層112)、氮化矽(SiNx，Si和N的摩爾比為S1:N=l:0.3，厚度為IOnm,電流控制層110)、氮化鉭(TaN，Ta和N的摩爾比為Ta:N=l:l，厚度為50nm，第二電極層108)依次沉積。以與下部接觸栓116重疊的方式,通過在0.5iimX0.5iim的正方形上進行圖案形成來形成電流控制元件(MSM ニ極管)。進一歩，以覆蓋電流控制元件的方式，形成由SiO2構成的層間絕緣層102 (厚度為600nm)o之後，通過掩模和蝕刻，以在底部露出電流控制元件的第二電極層108的方式，通過幹法蝕刻形成直徑為0.26 的上部導通孔104，並且使用弱氫氟酸類洗淨液去除由幹法蝕刻生成的聚合物的蝕刻殘渣。在電流控制元件的上部電極108上形成有導通孔104的狀態下(出於去除汙染物質的目的)，對晶片的表面和背面通過水進行旋轉洗浄。之後，使鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)依次沉積，進ー步以鎢(W)填充其內部，從而形成接觸栓114。最後使鋁沉積,並通過圖案形成來形成上部配線。在以上的方法中，分別關於配線圖案I和配線圖案2，在I個晶片上形成44個電流控制元件，對各個元件測定電壓電流特性。對於配線圖案I來說，使電流變化為10_8A、IO-7A,5 X 1(T7A、1(T6A、5 X 1(T6A、1(T5A、2 X 1(T5A、5 X 1(T5A、1(T4A，測定下部(第一)電極 112 和上部(第二)電極108之間的電壓。對於配線圖案2來說，即使是相同的電流，電壓在44個元件之間也會有很大的參差不齊，所以將電壓設為0.25V、0.5V、0.75V、1V、1.25V、1.5V、1.75V、2V，測定下部電極和上部電極之間的電流。圖7A和圖7B是表示實驗例I中製作並且測定的電壓電流特性的圖，其中圖7A是表示配線圖案I的電壓電流特性的圖，圖7B是表示配線圖案2的電壓電流特性的圖。如圖7A和圖7B所示，在配線圖案I中電壓電流特性大致均勻，而與此相比，在配線圖案2中，44個元件之間的電壓電流特性表現出大的參差不齊。另外，也看到幾個即使將電壓上升為2V、電流也在10_9A以下、基本上不流過的元件(電流的驅動能力低的元件)。為了研究在配線圖案2中在電壓電流特性上產生較大的參差不齊的原因，使用掃描型電子顯微鏡觀察元件的截面。圖8是觀察實驗例I中的配線圖案2的電流控制元件的截面的結果，其中圖8A是掃描型電子顯微鏡照片，圖8B是對圖8A進行描摹的圖。在圖8中，1002為層間絕緣層(SiO2), 1004為鎢區域(W)，1006為阻擋層(TiN)，1008為緊貼層(Ti)，1010為上部電極(TaN)中的變色的部分，1012為上部電極(TaN)中的沒有變色的部分，1014為電流控制層(SiNx), 1016為下部電極(TaN)，1018為阻擋層(TiN)，1020為緊貼層(Ti)，1022為阻擋層(TiN)，1024為鎢區域(W)。如圖8所示，在配線圖案2的電流控制元件中，在上部導通孔的附近，假定上部電極108 (TaN)變色，TaN變質。通過上述變質，上部電極108的電阻值等變得參差不齊，結果，推斷出電壓電流特性產生大的參差不齊。[實驗例2]在實驗例2中，為了研究在實驗例I中在上部電極發生變質的原因，使用掃描型俄歇電子能譜分析裝置(SAM:Scanning Auger Microprobe)進行測定。在實驗例2中，在與實驗例I的配線圖案2同樣結構的、使用與實驗例I同樣的製造方法製成的樣品之中，對電壓電流特性特別差的樣品(測定困難的樣品)進行了測定。這是因為電壓電流特性差的樣品被認為是在上部電極108的變質更加激烈。圖9是表示實驗例2中的電流控制元件的觀察結果的圖。圖9A表示截面的掃描型電子顯微鏡照片，圖9B表示圖9A的點I和點2處的基於掃描型俄歇電子能譜分析裝置的測定能譜。在圖9B中，橫軸是所發射的俄歇電子的動能(Kinetic Energy),縱軸為其相對強度(Intensity)。如圖9A所示，可以知道，在實驗例2中測定的樣品中，上部電極的變質更加激烈，本應位於圖中的B的位置的上部電極108的上端面根據位置隆起至圖中的A的位置。另外，可以知道，上部電極108中變色的部分1010與導通孔104的底面相比更加擴展至外側。觀察這樣的變質的狀態，可以推測，變質並不是由形成導通孔104時的幹法蝕刻所致的，而是由形成導通孔104之後的導通孔洗浄引起的。如圖9B所示，與作為幾乎不含氧的區域(接觸栓)的點I處測定的能譜的氧的峰
(I)相比，作為上部電極108的變色的部分1010的點2處測定的能譜的氧的峰(2)更大。由此可推測，上部電極108的變色部分1010是因氧化而變質的。已知就Ta而言通過在表面形成氧化被膜所致的鈍態，提高耐蝕性。然而，在形成接觸吋，TaN的氧化層或Ta氧化物的被膜構成高電阻層，所以必須要去除。可以認為，不具備氧化被膜的Ta容易被腐蝕，在導通孔104內的洗淨時的水洗過程中，形成Ta氧化物。在電流控制元件的製造中，在洗浄上部導通孔104的時刻，上部電極108經由下部電極112和下部接觸栓116，與下部配線118電連接。在實驗例2或實驗例I的配線圖案2中，下部配線118的面積大，容易帶電。儲存在下部配線118中的電荷流入至上部電極108，使上部電極108帶電。並且，由於利用洗浄液洗浄上部導通孔104內，所以帶電、水和氧複合作用而在金屬表面生成局部電池，上部電極108被氧化,發生變質。Ta氧化的總反應式為2Ta + 5H20 + 5/202 — 2Ta (OH) 5化學反應式為2Ta — 2Ta5 + + 10e —(陽極反應)5/202 + 5H20 + 10e—— IO(OH)—(陰極反應)被氧化的Ta和TaN形成2Ta(0H)5或TaON，電流控制元件的上部電極108的電阻變大。其結果是，電壓電流特性變得參差不齊。在實用化的器件的製造過程中，在洗浄上部導通孔104的時刻，與元件電連接的下部配線118的面積也變大，而常常變得容易帶電。如果由於大面積的下部配線118，而容易發生電流控制元件的上部電極108的變質，電壓電流特性的參差不齊變大，則實用化的器件的製造過程中有可能產生嚴重的問題。為了解決相關的問題，需要抑制上部電極108的氧化所致的變質。實驗例I和實驗例2的配線圖案2為作為下部配線118具有大的焊點(pad)的結構，但是，在其結構為不是焊點而是長的配線為浮置(floating)配線(未接地的配線)的情況下，也有可能產生同樣的問題。於是，本發明人想到在上部電極108上通過將難以氧化的材料作為腐蝕抑制層106進行配置並保護上部電極108，能夠解決上述的問題。一般來說，標準電極電位被用作氧化容易程度的一個指標，意味著如果該值越大就越難以氧化，該值越小就越容易被氧化。Ta的標準電極電位為-0.6 (V),電極電位比氫的電位低，從而可以推測容易被氧化。作為腐蝕抑制層106的材料，優選為具有導電性並且難以氧化的材料。具體而言，優選為比上部電極108的材料，氧化還原電位(標準電極電位)更高的材料，例如優選使用標準電極電位為0以上的材料或貴金屬(鉬、鈀、銥等)。另外，作為腐蝕抑制層106的材料，也可以使用因為已經被氧化所以難以氧化的材料。例如，也可以使用具有導電性的Ir02、MoO2> RuO2等的金屬氧化物或含有貴金屬的化合物。下面作為實驗例3說明研究腐蝕抑制層106的有無所致的電壓電流特性的參差不齊的區別的結果。[實驗例3]在實驗例3的電流控制元件中，將下部配線118設為與實驗例I的配線圖案2同樣的結構。實驗例3中的電流控制元件的製造方法中，在使構成上部電極108的氮化鉭的層沉積之後，在對電流控制元件進行圖案形成之前，使構成腐蝕抑制層106的銥(Ir)的層沉積，除此之外，與實驗例I相同。實驗例3中的電流控制元件的結構中，在上部電極108上，配置有由銥構成的腐蝕抑制層106，除此之外，與實驗例I相同。腐蝕抑制層106的厚度為30nmo在實驗例3中，在一個晶片上形成44個電流控制元件，對各個元件測定電壓電流特性。圖10是表示實驗例3中測定的電壓電流特性的圖，圖1OA是表示設置有腐蝕抑制層106的電流控制元件的電壓電流特性的圖，圖1OB是表示未設置腐蝕抑制層的電流控制元件的電壓電流特性的圖。其中，圖1OB與圖7B是相同的圖。如圖1OA所示，通過設置腐蝕抑制層106，電流控制元件的電壓電流特性的參差不齊急劇減小。圖11是觀察實驗例3中的電流控制元件的截面的結果，圖1lA是掃描型電子顯微鏡照片，圖1lB是對圖1lA進行描摹的圖。圖11中，1102為層間絕緣層(Si02)、1104為鎢區域(W)、1106為阻擋層(TiN)、1108為緊貼層(Ti)UllO為腐蝕抑制層(Ir)、1112為上部電極(TaN)、1114為電流控制層(SiNx)、1116為下部電極(TaN)、1118為阻擋層(TiN)、1120為緊貼層(Ti)、1122為阻擋層(TiN)、1124 為鎢區域(W)。如圖11所示，在實驗例3的元件中，在上部電極108中不存在如圖6中觀察到的變色的部分。由此可知，在實驗例3中，上部電極108的變質受到抑制。在上部導通孔104的底部露出有腐蝕抑制層106 (Ir)，導通孔104未到達上部電極108 (TaN)的上表面。即，當洗浄上部導通孔104的內部時，上部電極108通過腐蝕抑制層106受到保護。其結果是可以認為，上部電極108的氧化所致的變質受到了抑制。[實驗例4]接著，研究與實驗例3同樣結構的使構成電流控制層110的SiNx的X的值變化時的整流特性。電流控制層110 (SiNx層)的厚度設為10nm，x的值設為0.3、0.45、0.6。圖12是表示實驗例4中測定的電壓電流特性的圖。當元件的電流值為200 ii A (電流密度為80000A/cm2)吋，電壓分別為，當SiNx中的X的值為x=0.3時電壓為2V，x=0.45時電壓為2.45V,x=0.6時電壓為3.15V，從而得到了良好的雙向型ニ極管(在兩方向的電壓極性中，具有非線性的開關特性)特性。[變形例]圖13是表示本發明的第一實施方式的變形例的非易失性存儲元件的概略結構的一個例子的圖，圖13A為截面圖，圖13B為等效電路圖。如圖13所示，通過將本實施方式的電流控制元件與通過施加極性不同的兩種電脈衝而使高電阻狀態和低電阻狀態可逆地變化的雙極型的電阻變化元件150 (例如，包括下部電極120、電阻變化層121、上部電極122)的組合，即通過作為雙向型的電流控制元件使用，能夠實現使用雙極型的電阻變化元件150的交叉點型的非易失性存儲元件160。電流控制元件的第一電極層112和電阻變化元件150的上部電極122通過接觸栓116連接。電阻變化元件150的下部電極120和下部配線118通過接觸栓119連接。下部配線118例如能夠設為字線，上部配線103例如能夠設為位線。雙極型的非易失性存儲元件160以不同極性的兩種閾值電壓控制電阻變化。在本實施方式中形成的電流控制元件能夠通過改變SiNx的組成(氮的濃度)(使電極和半導體層的電位屏障變化)來調整電壓電流特性，所以能夠容易實現與電阻變化元件相應的電壓電流特性(ON/OFF區域的設定)。電阻變化元件150的結構為由下部電極120和上部電極122夾著電阻變化層121的結構。作為電阻變化層121使用缺氧型的鉭氧化物(以下標記為Ta氧化物)。在此，缺氧型的Ta氧化物是指與具有化學計量學組成的鉭氧化物相比較，氧的含量(原子比:氧原子數佔總原子數的比例)少的鉭氧化物。通常，具有化學計量學組成的氧化物是絕緣體或者具有非常高的電阻值。在Ta氧化物的情況下，化學計量學上的氧化物的組成為Ta2O5, Ta與0的原子數的比例(0/Ta)為2.5。從而，在缺氧型的Ta氧化物中，Ta與0的原子比比0大，比2.5小。另外，在夾著電阻變化層121的上部電極122中使用銥(Ir)，在下部電極120中使用氮化鉭(TaN)。電阻變化元件150為雙極型的電阻變化元件。當在由上述Ta氧化物構成的電阻變化層121上施加規定的極性不同的電脈衝(電壓的絕對值為規定值的極性不同的電脈衝)吋，電阻值在低電阻狀態和高電阻狀態發生可逆遷移。即，當以下部電極120為基準在上部電極122施加電壓的絕對值為第一值並且具有第一極性的第一電脈衝時，電阻變化兀件150從低電阻狀態(下部電極120和上部電極122之間的電阻較小的狀態)變化為高電阻狀態(下部電極120和上部電極122之間的電阻較大的狀態)，而當以下部電極120為基準在上部電極122施加電壓的絕對值為第二值(可以與第一值相等，也可以不同)並且具有與第一極性不同的第二極性的第二電脈衝時，從高電阻狀態變化為低電阻狀態。將此稱為雙極型的電阻變化(電阻變化)，通過將雙極型的電阻變化元件與雙極型(雙向型)的電流控制元件組合，能夠構成本變形例的非易失性存儲元件 160。其中，電阻變化層121並不限於缺氧型的Ta氧化物，也可以在電阻變化層中使用鎳(Ni)、鈮(Nb)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鈷(Co)、鐵(Fe)、銅(Cu)、鉻(Cr)等過渡金屬的缺氧型的氧化膜。另外，電阻變化元件的下部電極120和上部電極122，除Ir之外，還可以使用Pt、Pd、Ag、Cu等，以及它們的合金。另外，電流控制元件也可以配置在電阻變化元件之下。(第二實施方式)[結構]圖15是表示本發明的實施方式的電流控制元件的概略結構的ー個例子的圖，圖15A是沿圖15C的A-A』線截斷的截面圖，圖15B是沿圖15C的B-B』線截斷的截面圖，圖15C是從層間絕緣層的厚度方向觀察的平面圖。如圖15A和圖15B所示，電流控制元件200包括:下部配線218;與下部配線218電連接的第一電極層212 ;形成在第一電極層212上並與第一電極層212物理接觸的電流控制層210 ;形成在電流控制層210上並與電流控制層210物理接觸的第二電極層208 ;形成在第二電極層208上並與由與第二電極層不同的材料構成的腐蝕抑制層206 ;和上部配線214，其構成為填充形成在層間絕緣層202中的槽204使得在下部開ロ 205腐蝕抑制層206露出，由第一電極層212、電流控制層210和第二電極層構成MSM ニ極管和MM ニ極管中的任ー個，第二電極層208構成為經由腐蝕抑制層206與上部配線214電連接，第二電極層208不與上部配線214物理接觸。在圖15A和圖15B所示的例中，上部配線214與腐蝕抑制層206物理接觸，腐蝕抑制層206與第二電極層208物理接觸。下部配線218與第一電極層212通過接觸栓216電連接，但是接觸栓216不是必須的，也可以省略。另外，也可以由同一部件構成下部配線218和第一電極層212。「槽」是指細長線狀的開ロ。優選在一條槽的下側形成有多個電流控制元件200。在圖15C所示的例子中，腐蝕抑制層206形成為，從層間絕緣層202的厚度方向觀察，在上部配線214的短邊方向伸出至上部配線214的外側，但是也可以從層間絕緣層202的厚度方向觀察，腐蝕抑制層206完全由上部配線214覆蓋。或者，也可以形成為從層間絕緣層202的厚度方向觀察，上部配線214向腐蝕抑制層206的短邊方向的外側伸出。如圖15C所例示，本實施方式的電流控制元件也可以形成在第一平面中沿第一方向相互平行延伸的多個下部配線218和與第一平面平行的第二平面中沿與第一方向交叉的第二方向相互平行延伸的多個上部配線214之間的各個立體交叉點上。上部配線214例如能夠由以Cu作為主成分的導電層構成。上部配線的寬度和厚度例如能夠設為250nm和300nm。第一電極層212、電流控制層210、第二電極層208、腐蝕抑制層206、層間絕緣層202、下部配線218和接觸栓216能夠設為與第一實施方式中的第一電極層112、電流控制層110、第二電極層108、腐蝕抑制層106、層間絕緣層102、下部配線118、接觸栓116相同的結構，所以省略詳細說明。[製造方法]圖16、圖17、圖18是表示本發明的第二實施方式的電流控制元件的製造方法的一個例子的圖。下面，參照圖16、圖17、圖18，說明本實施方式的電流控制元件的製造方法。圖16A、圖16B、圖16C、圖17A、圖17B、圖17C所示的エ序能夠設為與第一實施方式中圖4A、圖4B、圖4C、圖5A、圖5B、圖5C所示的エ序一祥，所以省略詳細說明。圖17C所示的エ序之後，如圖18A所示，在層間絕緣層202，以在其下部開ロ露出腐蝕抑制層206並且不露出第二電極208的方式形成槽204(在層間絕緣層，以在其下部開ロ露出腐蝕抑制層的方式形成槽的步驟)。此時,優選從基板到槽204的底部的高度一定，並且與從基板到腐蝕抑制層206的上端面的高度一致。接著，如圖18B所示，以含有水的洗浄液洗淨槽204的內部(以含有水的洗浄液洗淨槽的內部的步驟)。接著，如圖18C所示，在槽204的內部形成上部配線214 (在槽的內部形成上部配線的步驟)。具體而言，例如通過CVD法依次形成作為緊貼層的IOnm的T1、作為是配線的主材料的W的阻擋層的IOnm的TiN，之後，通過CVD法用鎢來填埋導通孔104的內部。其中，代替鎢，例如也可以使用銅。此時先形成對於銅的阻擋層(例如Ta或TaN)。其中，圖18C所示的步驟不是必須的，也可以省略。[變形例]圖19表示本發明的第二實施方式的變形例的非易失性存儲元件的概略結構的一個例子，圖19A表示截面圖，圖19B表示等效電路圖。如圖19所示，在本變形例中，將電流控制元件與通過施加極性不同的兩種電脈衝而使高電阻狀態和低電阻狀態可逆地變化的雙極型的電阻變化元件250(例如，包括下部電極220、電阻變化層221、上部電極)組合。在上述結構中，通過作為雙向型的電流控制元件使用本實施方式的電流控制元件，能夠實現使用雙極型的電阻變化元件250的交叉點型的非易失性存儲元件260。電流控制元件的第一電極層212和電阻變化元件250的上部電極由同一部件構成。即，使第一電極層212作為電阻變化元件250的上部電極發揮作用。其中，第一電極層212和電阻變化元件250的上部電極也可以為不同部件。進一歩，也可以在第一電極層212和電阻變化元件250的上部電極之間配置接觸栓。電阻變化元件250的下部電極220和下部配線218由接觸栓219連接，但是接觸栓219也可以省略。下部配線218例如能夠為字線，上部配線214例如能夠為位線。在雙極型的非易失性存儲元件260中，上述以外的結構能夠與第一實施方式的變形例中的非易失性存儲元件160—祥。因此，省略詳細說明。由上述說明，對於本領域技術人員來說，能夠對本發明進行多種改良或提出其他的實施方式。因此，上述說明僅應該作為例示解釋，是為了將執行本發明的最好的方式教給本領域技術人員而提供的。能夠不脫離本發明的精神地實質上變更其結構和/或功能的詳細內容。產業上的可利用性本發明的電流控制元件、非易失性存儲元件適用於個人計算機和可攜式電話機等各種電子設備中使用的非易失性的存儲裝置等。符號的說明100電流控制元件102層間絕緣層103上部配線104導通孔105 下部開ロ106腐蝕抑制層108第二電極層110電流控制層112第一電極層114接觸栓115層間絕緣層116接觸栓118下部配線119接觸栓120下部電極121電阻變化層122上部電極150電阻變化元件160非易失性存儲元件
權利要求
1.一種電流控制元件的製造方法，其特徵在於，包括: 形成下部配線的步驟； 以與所述下部配線電連接的方式形成第一電極層的步驟； 在所述第一電極層之上，以與所述第一電極層物理接觸的方式形成電流控制層的步驟； 在所述電流控制層之上，以與所述電流控制層物理接觸的方式形成第二電極層的步驟； 在所述第二電極層之上，由與所述第二電極層不同的材料形成腐蝕抑制層的步驟； 以覆蓋所述腐蝕抑制層、第二電極層、電流控制層和第一電極層的方式形成層間絕緣層的步驟； 在所述層間絕緣層中，以下部開口全部在所述腐蝕抑制層上開口的方式形成導通孔的步驟；和 用含有水的洗淨液將所述導通孔的內部洗淨的步驟。
2.一種電流控制元件的製造方法，其特徵在於，包括: 形成下部配線的步驟； 以與所述下部配線電連接的方式形成第一電極層的步驟； 在所述第一電極層之上，以與所述第一電極層物理接觸的方式形成電流控制層的步驟； 在所述電流控制層之上，以與所述電流控制層物理接觸的方式形成第二電極層的步驟； 在所述第二電極層之上，由與所述第二電極層不同的材料形成腐蝕抑制層的步驟； 以覆蓋所述腐蝕抑制層、第二電極層、電流控制層和第一電極層的方式形成層間絕緣層的步驟； 在所述層間絕緣層中，以在下部開口所述腐蝕抑制層露出、第二電極層不露出的方式形成槽的步驟；和 用含有水的洗淨液將所述槽的內部洗淨的步驟。
3.按權利要求1所述的電流控制元件的製造方法，其特徵在於: 形成所述導通孔的步驟是，以從所述層間絕緣層的厚度方向觀察，所述腐蝕抑制層在所述導通孔的下部開口的整個外周向外側伸出的方式形成導通孔的步驟。
4.按權利要求1或2所述的電流控制元件的製造方法，其特徵在於: 形成所述腐蝕抑制層的步驟是，由具有比構成所述第二電極層的材料的標準電極電位高的標準電極電位的材料形成腐蝕抑制層的步驟。
5.按權利要求1或2所述的電流控制元件的製造方法，其特徵在於: 形成所述腐蝕抑制層的步驟是，由具有O以上的標準電極電位的材料形成腐蝕抑制層的步驟。
6.按權利要求1或2所述的電流控制元件的製造方法，其特徵在於: 形成所述腐蝕抑制層的步驟是，由貴金屬形成腐蝕抑制層的步驟。
7.按權利要求1或2所述的電流控制元件的製造方法，其特徵在於: 形成所述腐蝕抑制層的步驟是，由具有導電性的金屬氧化物形成腐蝕抑制層的步驟。
8.按權利要求1或2所述的電流控制元件的製造方法，其特徵在於: 形成所述第一電極層的步驟是，由選自氮化鉭、氮化鈦、鎢和金屬氧化物中的至少一種材料形成第一電極層的步驟； 形成所述電流控制層的步驟是，由氮化矽形成電流控制層的步驟； 形成所述第二電極層的步驟是，由選自氮化鉭、氮化鈦、鎢和金屬氧化物中的至少一種材料形成第一電極層的步驟。
9.一種非易失性存儲元件的製造方法，其特徵在於，包括:通過權利要求1或2所述的電流控制元件的製造方法形成電流控制元件的步驟；和形成雙極型的電阻變化元件的步驟，該雙極型的電阻變化元件與所述電流控制元件串聯連接，通過被施加極性不同的兩種電脈衝，在高電阻狀態和低電阻狀態之間可逆地變化。
10.一種電流控制元件，其為以覆蓋形成於層間絕緣層的導通孔的下部開口的方式形成的電流控制元件，所述電流控制元件的特徵在於，包括: 腐蝕抑制層，其在所述導通孔的下部開口的下部，以覆蓋所述下部開口的全部的方式形成； 第二電極層，其形成在所述腐蝕抑制層之下並由與所述腐蝕抑制層不同的材料構成； 電流控制層，其形成在所述第二電極層之下並與所述第二電極層物理接觸；和 第一電極層，其形成在所述電流控制層之下並與所述電流控制層物理接觸， 由所述第一電極層、所述電流控制層和所述第二電極層構成MSM 二極體和MIM 二極體中的任一個， 所述第一電極層與下部配線電連接。
11.一種電流控制元件，其特徵在於，包括: 下部配線； 與所述下部配線電連接的第一電極層； 電流控制層，其形成在所述第一電極層上並與所述第一電極層物理接觸； 第二電極層，其形成在所述電流控制層上並與所述電流控制層物理接觸； 腐蝕抑制層，其形成在所述第二電極層上並由與所述第二電極層不同的材料構成；和上部配線，其構成為填充形成在層間絕緣層中的槽，使得在該槽的下部開口腐蝕抑制層露出， 由所述第一電極層、所述電流控制層和所述第二電極層構成MSM 二極體和MIM 二極體中的任一個， 所述第二電極層經由所述腐蝕抑制層與所述上部配線電連接， 所述第二電極層不與所述上部配線物理接觸。
12.按權利要求10所述的電流控制元件，其特徵在於: 所述腐蝕抑制層形成為，從所述層間絕緣層的厚度方向觀察，在所述導通孔的下部開口的整個外周向外側伸出。
13.按權利要求10或11所述的電流控制元件，其特徵在於: 構成所述腐蝕抑制層的材料的標準電極電位，比構成所述第二電極層的材料的標準電極電位高。
14.按權利要求10或11所述的電流控制元件，其特徵在於:構成所述腐蝕抑制層的材料的標準電極電位為O以上。
15.按權利要求10或11所述的電流控制元件，其特徵在於: 構成所述腐蝕抑制層的材料為貴金屬。
16.按權利要求10或11所述的電流控制元件，其特徵在於: 構成所述腐蝕抑制層的材料為具有導電性的金屬氧化物。
17.按權利要求10或11所述的電流控制元件，其特徵在於: 所述第一電極層和所述第二電極層由選自氮化鉭、氮化鈦、鎢和金屬氧化物中的至少一種材料構成， 所述電流控制層由氮化矽構成。
18.按權利要求10或11所述的電流控制元件，其特徵在於: 通過與所述下部配線電連接而帶電。
19.一種非易失性存儲元件，其特徵在於，包括: 權利要求10至18中的任一項所述的電流控制元件；和 雙極型的電阻變化元件，其與所述電流控制元件串聯連接，通過被施加極性不同的兩種電脈衝，在高電阻 狀態和低電阻狀態之間可逆地變化。
全文摘要
本發明提供一種電流控制元件(100)，其為以覆蓋形成於層間絕緣層(102)的導通孔(104)的下部開口(105)的方式形成的電流控制元件，該電流控制元件包括腐蝕抑制層(106)，其在導通孔的下部開口的下部以覆蓋全部的下部開口的方式形成；第二電極層(108)，其形成在腐蝕抑制層之下，並由與腐蝕抑制層不同的材料構成；電流控制層(110)，其形成在第二電極層之下，並與第二電極層物理接觸；和第一電極層(112)，其形成在電流控制層之下，並與電流控制層物理接觸，其中，由第一電極層、電流控制層和第二電極層構成MSM二極體和MIM二極體中的任一個。
文檔編號H01L49/02GK103098252SQ20118004424
公開日2013年5月8日 申請日期2011年9月16日 優先權日2010年9月17日
發明者宮永良子, 三河巧, 早川幸夫, 二宮健生, 有田浩二 申請人:松下電器產業株式會社