相変化メモリ及びその製造方法
【課題】相変化記録材料から熱を急速に拡散させるための構造を有する相変化メモリとその製造方法を提供する。
【解決手段】層間絶縁膜（１０、２０、３０）内に設けられた複数の導電プラグ（１２、１４）と、複数の導電プラグの夫々に接して設けられた相変化記録材料膜（１６）と、相変化記録材料膜に接して設けられた上部電極（１８）と、複数の導電プラグに接しないように導電プラグの側面領域に設けられた放熱のための金属材料部（２２）と、を有する相変化メモリ。
【解決手段】層間絶縁膜（１０、２０、３０）内に設けられた複数の導電プラグ（１２、１４）と、複数の導電プラグの夫々に接して設けられた相変化記録材料膜（１６）と、相変化記録材料膜に接して設けられた上部電極（１８）と、複数の導電プラグに接しないように導電プラグの側面領域に設けられた放熱のための金属材料部（２２）と、を有する相変化メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化メモリ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相変化メモリ（Ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、ＰＲＡＭ）は、ヒータに電流を流してメモリ部に相当する相変化記録材料（Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅの化合物であるＧＳＴ等）に熱を与えることで相変化を起こして抵抗値を変化させ、０／１の情報を読み書きする不揮発性メモリであり、加熱時には相変化記録材料近傍に設置されたヒータにより加熱され、冷却時には自然冷却される。
【０００３】
相変化メモリは、相変化記録材料近傍に設置されたヒータによって相変化記録材料がアモルファス相に変化する高温度（６１０℃以上）までヒータを熱し、急冷することにより相変化記録材料との接触部（Ｆｉｒｅｂａｌｌ）をアモルファス相へと変化させて抵抗値を上げるリセット動作と、相変化記録材料の結晶化温度（４５０℃以上）まで温度を上昇させたのちに徐冷して相変化記録材料を結晶化させることで抵抗値を下げるセット動作を組み合わせたメモリである。
【０００４】
図９にＦｌａｔ構造の相変化メモリ構造の一例（関連技術）を示す。図９の上側には縦断面図を、下側にはその点線位置での横断面図を示す。絶縁膜中に形成された下部接続電極（ＢＥＣ）の上にヒータ電極が形成され、さらにヒータ電極に接して相変化記録材料層（ＧＳＴ）が形成されている。相変化記録材料層にはさらに上部電極（ＴＥ）が接続されている。Ｆｌａｔ構造では、ヒータ電極の上面がヒータ電極周りの絶縁膜と同じ高さに形成されている。そしてその上に形成された相変化記録材料層の、ヒータ電極に接した部分が相変化（Ｆｉｒｅｂａｌｌ）を生じる。
【０００５】
なお、相変化メモリ構造としては、図９のようなＦｌａｔ構造のほか、ヒータ電極の上面がヒータ電極周りの絶縁膜の上面よりも低い高さに形成されて窪みを形成しており、相変化記録材料層がその窪み内まで形成されているＲｅｃｅｓｓ構造や、相変化記録材料層がヒータ電極周りの絶縁膜の内部のヒータ電極の上部に形成されたＣｙｌｉｎｄｅｒ構造などがある。さらにＦｌａｔ構造やＲｅｃｅｓｓ構造においては、相変化記録材料層が各ヒータ電極まわりにのみ形成されている場合と、絶縁膜前面にわたって形成されている場合とがある。
【０００６】
結晶状態からアモルファス状態へ変化させる際のリセット電流は大きいため、ヒータに流す電流値を減らすために下部電極でもあるヒータと相変化記録材料とのコンタクト領域の面積を小さくしたり、相変化記録材料そのものの面積を減らす努力が進められてきている。また、発熱効率を高める構造として、特開２００７−７３７７９号公報（特許文献１）に示すような構造が提案されている。
【０００７】
例えばＴｉＮ（窒化チタン）で形成されたヒータ電極は、ドライエッチングにより絶縁膜（例えばＳｉＮ膜）上にリソグラフィ技術を用いてホールを作製したのち、窒化膜を再度ホール内部に成膜させ、ドライエッチプロセスによりエッチバックを行い、２０〜５０ｎｍφのホール内に電極を形成する。相変化記録材料はその酸化されやすさから電極の側面は窒化膜で覆われていることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−７３７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
相変化記録材料をメモリセルとして使用する場合には、それぞれのセルから安定した抵抗の高低の読み出しを行うために、リセット時の抵抗とセット時の抵抗とを区別できるような安定した抵抗値を得ることが必要である。
【００１０】
ヒータ（電極）上に接するように設置された相変化記録材料のＦｉｒｅｂａｌｌをアモルファス相に変化させる際は、高温アモルファス相から結晶化が進む前に急冷する（結晶化が進まない１ｎｓ未満とされている）必要がある。加熱の際には、ヒータ電極側面の窒化膜、下部接続電極、相変化記録材料、さらに上部接続電極等の周りに熱が伝播しながら、相変化記録材料の相変化に必要な温度に達する。
【００１１】
一方、冷却の際にはヒータ電極に電流を流さない状態で冷却させるが、熱がヒータ電極及び相変化記録材料から側面の窒化膜、上部、下部の接続電極に自然に拡散するのを待つしかない。つまり、リセット動作は６１０℃から４５０℃まで１ｎｓｅｃ以下の時間で急冷されるプロセスが必要であるが、冷却速度は相変化記録材料電極周りの構造物によって決まってしまう。
【００１２】
メモリデバイスとして高速で繰り返し使用される環境では、ヒータ電極周りを含めメモリセル全体の温度が高くなった場合は相変化記録材料を急冷することが困難となり、正常な相変化動作を行うことができなくなるおそれがある。また、今後ＰＲＡＭが高密度実装になった際に近接するヒータ電極の発する熱が周辺セルにまで及び、メモリセルとしての機能が損なわれることも懸念される。したがって熱を急速に拡散させるための構造が期待されている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、窒化ケイ素（以下「ＳｉＮ」ともいう）等の絶縁物で覆われたヒータ電極（加熱用電極）に対し、絶縁物の周りにＴｉ、ＴｉＮ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ等の熱伝導率の高い金属材料をＣＶＤやプラズマスパッタにより成膜して囲われた放熱構造を形成した。
【００１４】
第１の視点において、本発明に係る相変化メモリは、層間絶縁膜内に設けられた複数の導電プラグと、複数の導電プラグの夫々に接して設けられた相変化記録材料膜と、相変化記録材料膜に接して設けられた上部電極と、複数の導電プラグに接しないように導電プラグの側面領域に設けられた放熱のための金属材料部と、を有する。相変化記録材料膜とは相変化材料を含む膜である。金属材料部は熱伝導率が高い金属材料からなる部分であり、本明細書においては金属材料とは金属又はその化合物（窒化物等）からなる材料を意味する。
【００１５】
導電プラグはメモリの一方の電極（下部電極）を構成するとともに、相変化記録材料膜を加熱して相変化を生じさせるためのヒータ電極をも含む構成である。メモリの他方の電極（上部電極）は相変化記録材料膜に接続されている。金属材料部は、複数の導電プラグの側面領域、即ち導電プラグと導電プラグとの間に、導電プラグに接しないように配置されており、導電プラグや相変化記録材料膜からの放熱に寄与するものである。本明細書でいう「側面領域」とは、導電プラグ、相変化記録材料膜、上部接続電極が接続される方向を縦方向として、その横方向に広がる領域をいう。したがって各図面の縦断面図でいえば左右方向に存在する領域である。
【００１６】
このような構造により、相変化記録材料がアモルファス相へと転移するのに必要な冷却能力に優れた構造が提供される。即ち、熱伝導性のよい金属材料部を形成した構造により、導電プラグまわりの放熱性を高め、温度制御を容易にする構造とし、正確な相変化材料の相変化を実現することができる。さらには、周辺メモリセルへの熱影響も少なくすることができる。
【００１７】
第２の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、を含む。また、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成するためのホールと、該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールをそれぞれ開口する工程と、を含む。さらに、該２種類のホールを同時に埋めるように、ヒータ電極及び金属材料部を形成する導電性材料を全面に堆積する工程と、該第２の絶縁膜が露出するまで該導電性材料を平坦化した後、該ヒータ電極上に形成された相変化記録材料膜を内部に含む第３の絶縁膜を形成する工程と、を含む。上部電極はこの相変化記録材料膜に接するように形成すればよい。この製造方法により、金属材料部とヒータ電極とを同時に形成することができる。
【００１８】
第３の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程を含む。また、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成するためのホールを開口し、ヒータ電極用の導電性材料を堆積する工程と、該第２の絶縁膜内の、該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールを開口し、金属材料部用の導電性材料を堆積する工程と、を含む。さらに該第２の絶縁膜、該ヒータ電極及び該金属材料部が露出するまで上面を平坦化した後、該ヒータ電極上に形成された相変化記録材料膜を内部に含む第３の絶縁膜を形成する工程と、を含む。上部電極はこの相変化記録材料膜に接するように形成する。２種類のホールにそれぞれ異なる導電性材料を堆積する方法は、公知の手順を繰り返すことにより実施できる。この製造方法では金属材料部とヒータ電極とを同時に形成することはできないが、それぞれを異なる材料で形成することができるというメリットがある。
【００１９】
第４の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成する工程と、該第２の絶縁膜上面と該ヒータ電極の上面を平坦化する工程と該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールを開口する工程と、該ホールに導電性材料を堆積して、金属材料部を形成する工程と、該第２の絶縁膜が露出するまで該導電性材料を平坦化した後、全面に相変化記録材料膜を堆積する工程と、を含む。上部電極はこの相変化記録材料膜に接するように形成する。
【００２０】
第５の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、を含む。また、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成する工程と、該第２の絶縁膜上面と該ヒータ電極の上面を平坦化する工程と、該平坦化した上面全体に相変化記録材料膜を形成する工程と、該導電プラグに接しないように、該相変化記録材料膜と該第２の絶縁膜とを開口して金属材料部用のホールを形成する工程と、全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積する工程と、
を含む。この製造方法により、金属材料部と上部電極を同時に形成することができる。
【００２１】
第６の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、を含む。また、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、ヒータ電極と相変化記録材料膜とをこの順に積層する工程と、該第２の絶縁膜内の、該導電プラグと該相変化記録材料膜に接しない位置に金属材料部用のホールを形成する工程と、全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積させる工程と、を含む。この製造方法によっても、金属材料部と上部電極を同時に形成することができる。
【００２２】
第７の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、ヒータ電極を積層する工程と、該第２の絶縁膜内に形成したヒータ電極の上面が露出するように、該第２の絶縁膜を平坦化する工程と、該平坦化した第２の絶縁膜の上面全体に第３の絶縁膜を形成する工程と、該第３の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、相変化記録材料膜を積層する工程と、該第２の絶縁膜内のヒータ電極と第３の絶縁膜内の該相変化記録材料膜に接しない位置に金属材料部用のホールを形成する工程と、全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積させる工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図２】本発明の実施例２に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図３】本発明の実施例３に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図４】本発明の実施例４に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図５】本発明の実施例５に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図６】本発明の実施例６に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図７】本発明の実施例７に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図８】本発明の実施例８に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図９】関連技術である相変化メモリ（Ｆｌａｔ構造）の概略断面構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
第１の視点において、前記金属材料部が接地されるか、又は所定の電位点に接続されることが好ましい。
【００２５】
また、前記金属材料部が前記上部電極と電気的に接続されていることが好ましい。
【００２６】
また、前記金属材料部は、前記相変化記録材料膜に接していてもよい。
【００２７】
また、前記複数の導電プラグが規則的に配置され、前記金属材料部は、該複数の導電プラグの間に直線状又は格子状に形成されていることが好ましい。
【００２８】
また、前記金属材料部は、前記導電プラグの側面領域から前記相変化記録材料膜の側面領域にわたって形成されていることが好ましい。
【００２９】
また、前記導電プラグの少なくとも一部と前記金属材料部とが同じ材料で形成されていることが好ましい。
【００３０】
また、前記金属材料部と前記上部電極とが同じ材料で形成されていることが好ましい。
【００３１】
また、前記層間絶縁膜は窒化ケイ素で形成されていることが好ましい。
【実施例】
【００３２】
以下に図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、各図において同等の要素は同じ符号で示している。
【００３３】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係るメモリ素子構造の概略図である。図１（Ａ）は図１（Ｂ）のＡ−Ａ縦断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ横断面図（平面図）である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の他の実施例の場合のＢ−Ｂ横断面図である。なお、「縦」とは下部接続電極１２、ヒータ電極１４（加熱用電極）、相変化記録材料膜１６が接続される方向をいい、「横」とはその直交方向を意味する。
【００３４】
図１（Ａ）では、絶縁層の中に下部（接続）電極１２、ヒータ電極１４、相変化記録材料膜１６、上部（接続）電極１８がこの順に接続された相変化メモリ構造が３つ図示されている。下部接続電極１２とヒータ電極１４とを合わせて導電プラグともいう。この実施例では、第１の絶縁膜１０の内部に下部接続電極１２が、第２の絶縁膜２０の内部にヒータ電極１４がそれぞれ埋め込まれた構造となっており、下部接続電極１２の上にヒータ電極１４が接続されている。そしてヒータ電極１４（と第２の絶縁膜２０）の上に相変化記録材料膜１６が接続され、さらにその上部に上部接続電極１８が接続されている。相変化記録材料膜１６と上部接続電極１８は第３の絶縁膜３０内に形成されている。なお、図１（Ａ）においては、第１の絶縁膜１０の内部に従来技術であるＭＯＳトランジスタ構造を図示しているが、それに限定されるわけではない。
【００３５】
実施例１では、第２の絶縁膜２０の上面とヒータ電極１４の上面は同じ高さ（同一平面内）で形成されている。これをＦｌａｔ構造という。そして第２の絶縁膜２０の内部であって、ヒータ電極１４と接していない位置に金属材料部２２が形成されている。この金属材料部２２は、相変化記録材料膜１６やヒータ電極１４からの熱を拡散させる機能を有する。したがって熱伝導率が高い材料で形成することが好ましい。具体的には、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ等の金属やＴｉＮなどの金属窒化物が好ましい。本明細書ではこれらを金属材料という。図１（Ａ）中の白抜き矢印は、ヒータ電極１４から金属材料部２２への熱拡散の様子を模式的に表したものである。
【００３６】
相変化記録材料膜１６は相変化材料を含む膜である。相変化材料としては、いわゆるＧＳＴ（Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅの化合物材料）を中心とするカルコゲナイド材料を用いることができるが、それに限定されるわけではなく、公知の材料を用いることができる。また、第１〜第３の絶縁膜や各電極については、その材質は公知の材料を用いることができ、同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。ただし、ＧＳＴは酸化されやすいので、それに接する絶縁膜にはＳｉＮを用いることが好ましい。
【００３７】
図１（Ｂ）に示すように、ヒータ電極１４は正方格子点を構成するように規則的に配置されている。そして金属材料部２２は、これらのヒータ電極１４の間を碁盤目状（Ｘ方向とＹ方向の両方）に配置されている。この金属材料部２２の幅は、ヒータ電極間距離をＬ、ヒータ電極１４まわりのサイドウォール幅をｄとすると、Ｌ−２ｄの幅となる。また、碁盤目状ではなく、直線状（Ｙ方向又はＸ方向のみ、あるいは一部のみ両方向を混在）に形成してもよい。図１（Ｃ）は、Ｙ方向のみ形成する例である。
【００３８】
ヒータ電極１４と金属材料部２２との間隔は、絶縁性能としては厚いほうが良いが、放熱性能としては薄いほうが好ましい。最終的にはリーク電流や印加電圧等を考慮して決めることになるが、１桁〜２桁ｎｍ程度である。
【００３９】
また、金属材料部２２は、接地するか、所定の電位点に接続することが好ましい。これは浮遊電極が存在しないようにするためである。所定の電位とは、特に上部接続電極１８にかかる電位と同じ電位である。
【００４０】
（製造方法１）
次に、実施例１に係る相変化メモリの製造方法を説明する。ここで、ヒータ電極１４と金属材料部２２とを同じ材料で同時に形成する方法と、異なる材料で別々に形成する方法とがある。まず前者の方法を説明する。
【００４１】
第１の絶縁膜１０の中に下部接続電極１２を形成してこれらの上面を平坦化する工程までは公知の方法で製造可能であるので省略する。その後、下部接続電極１２の上にヒータ電極１４の長さに応じた第２の絶縁膜２０を成膜する。第２の絶縁膜２０としては、ＳｉＮやＳｉＯ２等が考えられる。
【００４２】
次に、ヒータ電極１４のためのホールを下部接続電極１２上に作製する。そしてヒータ径に合わせて例えばＳｉＮサイドウォール膜を形成し、ヒータ径を小さく所定の寸法に調整する。
【００４３】
次にヒータ電極１４に接しないように、放熱用の金属材料部２２を形成するためのパターンをドライエッチングにより形成する。エッチバックしたあと、ヒータ電極１４のためのホール及び金属材料部２２のパターンに例えばＴｉＮを堆積する。次いでＣＭＰプロセスにより、ヒータ電極１４及び金属材料部２２であるＴｉＮ及び第２の絶縁膜２０であるＳｉＮ（又はＳｉＯ２）を露出させる。
【００４４】
以上の手順により、ヒータ電極１４と金属材料部２２とを同じ材料で同時に形成することができる。この方法は、ヒータ電極１４と金属材料部２２とを同じ材料で形成しても良い場合であれば、別々に形成する場合に比べて工程数を減らすことができる。
【００４５】
（製造方法２）
次にヒータ電極１４と金属材料部２２とを異なる材料で別々に形成する方法を説明する。下部接続電極１２の上にヒータ電極１４の長さに応じた第２の絶縁膜２０を成膜し、ヒータ電極１４のためのホールを下部接続電極１２上に作製する。そしてヒータ径に合わせて例えばＳｉＮサイドウォール膜を形成し、ヒータ径を小さく所定の寸法に調整するところまでは製造方法１と同じである。
【００４６】
次に、上面をエッチバックしたのち、ヒータ電極１４となる例えばＴｉＮをホールに堆積させ、ＣＭＰプロセスにより、ヒータ電極１４であるＴｉＮ及び第２の絶縁膜２０であるＳｉＮ（又はＳｉＯ２）を露出させる。
【００４７】
次にヒータ電極１４に接しないように、放熱用の金属材料部２２を形成するためのパターンをドライエッチングにより形成する。エッチバックしたあと、金属材料部２２のためのパターンにＴｉＮとは異なる金属材料を堆積する。さらにＣＭＰプロセスにより、ヒータ電極１４、金属材料部２２及び第２の絶縁膜２０を露出させる。
【００４８】
このような製造方法２は、隣接メモリセルの熱影響をより効果的に防ぐために、ヒータ電極１４のための材料とは異なる熱伝導率のより高い材料を金属材料部２２に用いる場合や、隣接メモリセルへの熱拡散を防ぐ構造を他に形成する場合等に有効である。
【００４９】
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２に係る相変化メモリの概略縦断面図である。実施例１はＦｌａｔ構造であったが、実施例２はＲｅｃｅｓｓ構造の例を示した。即ち、第２の絶縁膜２０の上面高さに比べて、ヒータ電極１４の上面高さが低くなって窪んでいる。それ以外の構造は図１と同じである。このような構造であっても、実施例１と同様に、第２の絶縁膜２０の内部であって、ヒータ電極１４と接していない位置に金属材料部２２が形成されている。その効果は実施例１と同様である。また金属材料部２２が碁盤目状でも直線状でもよいことは実施例１と同様である。
【００５０】
（実施例３）
図３は、本発明の実施例３に係る相変化メモリの概略縦断面図である。実施例３はＦｌａｔ構造であるが、図１の構造と異なる点は、ヒータ電極１４と第２の絶縁膜２０の上面全体に相変化記録材料膜１６が形成されていることである。そしてさらに相変化記録材料膜１６の上面に上部接続電極１８が形成されている。このような構造であっても、実施例１と同様に、第２の絶縁膜２０の内部であって、ヒータ電極１４と接していない位置に金属材料部２２が形成されている。その効果は実施例１と同様である。また金属材料部２２が碁盤目状でも直線状でもよいことは実施例１と同様である。
【００５１】
（実施例４）
図４は、本発明の実施例４に係る相変化メモリの概略縦断面図である。実施例４では、金属材料部２２を除く構造は実施例３と同じである。異なる点は、金属材料部２２が、第２の絶縁膜２０のみならず、相変化記録材料膜１６内にも形成されており、さらに上部接続電極１８とつながっていることである。これにより、さらに放熱効率の増加が見込める。この場合、上部接続電極１８と金属材料部２２とは同じ材料であっても異なる材料であってもよいが、金属材料部２２と同時に上部接続電極１８を形成することが工程の簡略化につながることになり、その場合には両者が同じ材料で形成されることになる（図４では上部接続電極１８と金属材料部２２とは同じ材料で同時に形成した場合の断面を示している）。またこの構造の場合、金属材料部２２には上部接続電極１８と同じ電圧が印加されることになる。
【００５２】
（実施例５）
図５は、本発明の実施例５に係る相変化メモリの概略縦断面図である。図５はＣｙｌｉｎｄｅｒ構造の例であり、さらに金属材料部２２と同時に上部接続電極１８を形成する製造方法で製造した場合の構造を示した。したがって図４と同様、上部接続電極１８と金属材料部２２とは同じ材料で構成されている。この構造も、実施例４と同じように放熱効率の増加が見込め、金属材料部２２には上部接続電極１８と同じ電圧が印加されることになる。
【００５３】
（実施例６）
図６は、本発明の実施例６に係る相変化メモリの概略縦断面図である。実施例６は実施例５の変形例であり、金属材料部２２と上部接続電極１８とを異なる材料で形成したものである。実施例６に比べて製造工程が増えることになるが、隣接セルの熱の影響をより防ぐために、より熱伝導率の高い材料を金属材料部２２に用いることができる。
【００５４】
（実施例７）
図７は、本発明の実施例７に係る相変化メモリの概略縦断面図である。図７はＣｙｌｉｎｄｅｒ構造の例であり、ヒータ電極１４を第２の絶縁膜２０の層内で、相変化記録材料膜１６を第３の絶縁膜３０の層内で、それぞれ形成する方法で作成した場合の構造を示した。この構造ではヒータ電極１４のサイズ径に対する相変化記録材料膜１６のサイズ径を制御良く行うことができる。第２の絶縁膜２０と第３の絶縁膜３０は別々に形成することになるが、いずれも例えばＳｉＮが好ましい。
【００５５】
（実施例８）
図８は、本発明の実施例８に係る相変化メモリの概略縦断面図である。実施例８は実施例７の変形例であり、金属材料部２２と上部接続電極１８とを異なる材料で形成したものである。実施例７に比べて製造工程が増えることになるが、隣接セルの熱の影響をより防ぐために、より熱伝導率の高い材料を金属材料部２２に用いることができる。
【００５６】
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明の全開示（請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施例ないし実施形態の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 第１の絶縁膜
１２ 下部（接続）電極
１４ ヒータ電極
１６ 相変化記録材料膜
１８ 上部（接続）電極
２０ 第２の絶縁膜
２２ 金属材料部
３０ 第３の絶縁膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化メモリ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相変化メモリ（Ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、ＰＲＡＭ）は、ヒータに電流を流してメモリ部に相当する相変化記録材料（Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅの化合物であるＧＳＴ等）に熱を与えることで相変化を起こして抵抗値を変化させ、０／１の情報を読み書きする不揮発性メモリであり、加熱時には相変化記録材料近傍に設置されたヒータにより加熱され、冷却時には自然冷却される。
【０００３】
相変化メモリは、相変化記録材料近傍に設置されたヒータによって相変化記録材料がアモルファス相に変化する高温度（６１０℃以上）までヒータを熱し、急冷することにより相変化記録材料との接触部（Ｆｉｒｅｂａｌｌ）をアモルファス相へと変化させて抵抗値を上げるリセット動作と、相変化記録材料の結晶化温度（４５０℃以上）まで温度を上昇させたのちに徐冷して相変化記録材料を結晶化させることで抵抗値を下げるセット動作を組み合わせたメモリである。
【０００４】
図９にＦｌａｔ構造の相変化メモリ構造の一例（関連技術）を示す。図９の上側には縦断面図を、下側にはその点線位置での横断面図を示す。絶縁膜中に形成された下部接続電極（ＢＥＣ）の上にヒータ電極が形成され、さらにヒータ電極に接して相変化記録材料層（ＧＳＴ）が形成されている。相変化記録材料層にはさらに上部電極（ＴＥ）が接続されている。Ｆｌａｔ構造では、ヒータ電極の上面がヒータ電極周りの絶縁膜と同じ高さに形成されている。そしてその上に形成された相変化記録材料層の、ヒータ電極に接した部分が相変化（Ｆｉｒｅｂａｌｌ）を生じる。
【０００５】
なお、相変化メモリ構造としては、図９のようなＦｌａｔ構造のほか、ヒータ電極の上面がヒータ電極周りの絶縁膜の上面よりも低い高さに形成されて窪みを形成しており、相変化記録材料層がその窪み内まで形成されているＲｅｃｅｓｓ構造や、相変化記録材料層がヒータ電極周りの絶縁膜の内部のヒータ電極の上部に形成されたＣｙｌｉｎｄｅｒ構造などがある。さらにＦｌａｔ構造やＲｅｃｅｓｓ構造においては、相変化記録材料層が各ヒータ電極まわりにのみ形成されている場合と、絶縁膜前面にわたって形成されている場合とがある。
【０００６】
結晶状態からアモルファス状態へ変化させる際のリセット電流は大きいため、ヒータに流す電流値を減らすために下部電極でもあるヒータと相変化記録材料とのコンタクト領域の面積を小さくしたり、相変化記録材料そのものの面積を減らす努力が進められてきている。また、発熱効率を高める構造として、特開２００７−７３７７９号公報（特許文献１）に示すような構造が提案されている。
【０００７】
例えばＴｉＮ（窒化チタン）で形成されたヒータ電極は、ドライエッチングにより絶縁膜（例えばＳｉＮ膜）上にリソグラフィ技術を用いてホールを作製したのち、窒化膜を再度ホール内部に成膜させ、ドライエッチプロセスによりエッチバックを行い、２０〜５０ｎｍφのホール内に電極を形成する。相変化記録材料はその酸化されやすさから電極の側面は窒化膜で覆われていることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−７３７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
相変化記録材料をメモリセルとして使用する場合には、それぞれのセルから安定した抵抗の高低の読み出しを行うために、リセット時の抵抗とセット時の抵抗とを区別できるような安定した抵抗値を得ることが必要である。
【００１０】
ヒータ（電極）上に接するように設置された相変化記録材料のＦｉｒｅｂａｌｌをアモルファス相に変化させる際は、高温アモルファス相から結晶化が進む前に急冷する（結晶化が進まない１ｎｓ未満とされている）必要がある。加熱の際には、ヒータ電極側面の窒化膜、下部接続電極、相変化記録材料、さらに上部接続電極等の周りに熱が伝播しながら、相変化記録材料の相変化に必要な温度に達する。
【００１１】
一方、冷却の際にはヒータ電極に電流を流さない状態で冷却させるが、熱がヒータ電極及び相変化記録材料から側面の窒化膜、上部、下部の接続電極に自然に拡散するのを待つしかない。つまり、リセット動作は６１０℃から４５０℃まで１ｎｓｅｃ以下の時間で急冷されるプロセスが必要であるが、冷却速度は相変化記録材料電極周りの構造物によって決まってしまう。
【００１２】
メモリデバイスとして高速で繰り返し使用される環境では、ヒータ電極周りを含めメモリセル全体の温度が高くなった場合は相変化記録材料を急冷することが困難となり、正常な相変化動作を行うことができなくなるおそれがある。また、今後ＰＲＡＭが高密度実装になった際に近接するヒータ電極の発する熱が周辺セルにまで及び、メモリセルとしての機能が損なわれることも懸念される。したがって熱を急速に拡散させるための構造が期待されている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、窒化ケイ素（以下「ＳｉＮ」ともいう）等の絶縁物で覆われたヒータ電極（加熱用電極）に対し、絶縁物の周りにＴｉ、ＴｉＮ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ等の熱伝導率の高い金属材料をＣＶＤやプラズマスパッタにより成膜して囲われた放熱構造を形成した。
【００１４】
第１の視点において、本発明に係る相変化メモリは、層間絶縁膜内に設けられた複数の導電プラグと、複数の導電プラグの夫々に接して設けられた相変化記録材料膜と、相変化記録材料膜に接して設けられた上部電極と、複数の導電プラグに接しないように導電プラグの側面領域に設けられた放熱のための金属材料部と、を有する。相変化記録材料膜とは相変化材料を含む膜である。金属材料部は熱伝導率が高い金属材料からなる部分であり、本明細書においては金属材料とは金属又はその化合物（窒化物等）からなる材料を意味する。
【００１５】
導電プラグはメモリの一方の電極（下部電極）を構成するとともに、相変化記録材料膜を加熱して相変化を生じさせるためのヒータ電極をも含む構成である。メモリの他方の電極（上部電極）は相変化記録材料膜に接続されている。金属材料部は、複数の導電プラグの側面領域、即ち導電プラグと導電プラグとの間に、導電プラグに接しないように配置されており、導電プラグや相変化記録材料膜からの放熱に寄与するものである。本明細書でいう「側面領域」とは、導電プラグ、相変化記録材料膜、上部接続電極が接続される方向を縦方向として、その横方向に広がる領域をいう。したがって各図面の縦断面図でいえば左右方向に存在する領域である。
【００１６】
このような構造により、相変化記録材料がアモルファス相へと転移するのに必要な冷却能力に優れた構造が提供される。即ち、熱伝導性のよい金属材料部を形成した構造により、導電プラグまわりの放熱性を高め、温度制御を容易にする構造とし、正確な相変化材料の相変化を実現することができる。さらには、周辺メモリセルへの熱影響も少なくすることができる。
【００１７】
第２の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、を含む。また、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成するためのホールと、該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールをそれぞれ開口する工程と、を含む。さらに、該２種類のホールを同時に埋めるように、ヒータ電極及び金属材料部を形成する導電性材料を全面に堆積する工程と、該第２の絶縁膜が露出するまで該導電性材料を平坦化した後、該ヒータ電極上に形成された相変化記録材料膜を内部に含む第３の絶縁膜を形成する工程と、を含む。上部電極はこの相変化記録材料膜に接するように形成すればよい。この製造方法により、金属材料部とヒータ電極とを同時に形成することができる。
【００１８】
第３の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程を含む。また、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成するためのホールを開口し、ヒータ電極用の導電性材料を堆積する工程と、該第２の絶縁膜内の、該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールを開口し、金属材料部用の導電性材料を堆積する工程と、を含む。さらに該第２の絶縁膜、該ヒータ電極及び該金属材料部が露出するまで上面を平坦化した後、該ヒータ電極上に形成された相変化記録材料膜を内部に含む第３の絶縁膜を形成する工程と、を含む。上部電極はこの相変化記録材料膜に接するように形成する。２種類のホールにそれぞれ異なる導電性材料を堆積する方法は、公知の手順を繰り返すことにより実施できる。この製造方法では金属材料部とヒータ電極とを同時に形成することはできないが、それぞれを異なる材料で形成することができるというメリットがある。
【００１９】
第４の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成する工程と、該第２の絶縁膜上面と該ヒータ電極の上面を平坦化する工程と該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールを開口する工程と、該ホールに導電性材料を堆積して、金属材料部を形成する工程と、該第２の絶縁膜が露出するまで該導電性材料を平坦化した後、全面に相変化記録材料膜を堆積する工程と、を含む。上部電極はこの相変化記録材料膜に接するように形成する。
【００２０】
第５の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、を含む。また、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成する工程と、該第２の絶縁膜上面と該ヒータ電極の上面を平坦化する工程と、該平坦化した上面全体に相変化記録材料膜を形成する工程と、該導電プラグに接しないように、該相変化記録材料膜と該第２の絶縁膜とを開口して金属材料部用のホールを形成する工程と、全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積する工程と、
を含む。この製造方法により、金属材料部と上部電極を同時に形成することができる。
【００２１】
第６の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、を含む。また、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、ヒータ電極と相変化記録材料膜とをこの順に積層する工程と、該第２の絶縁膜内の、該導電プラグと該相変化記録材料膜に接しない位置に金属材料部用のホールを形成する工程と、全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積させる工程と、を含む。この製造方法によっても、金属材料部と上部電極を同時に形成することができる。
【００２２】
第７の視点において、本発明に係る相変化メモリの製造方法は、絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜を平坦化する工程と、該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、ヒータ電極を積層する工程と、該第２の絶縁膜内に形成したヒータ電極の上面が露出するように、該第２の絶縁膜を平坦化する工程と、該平坦化した第２の絶縁膜の上面全体に第３の絶縁膜を形成する工程と、該第３の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、相変化記録材料膜を積層する工程と、該第２の絶縁膜内のヒータ電極と第３の絶縁膜内の該相変化記録材料膜に接しない位置に金属材料部用のホールを形成する工程と、全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積させる工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図２】本発明の実施例２に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図３】本発明の実施例３に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図４】本発明の実施例４に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図５】本発明の実施例５に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図６】本発明の実施例６に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図７】本発明の実施例７に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図８】本発明の実施例８に係る相変化メモリの概略断面構造図である。
【図９】関連技術である相変化メモリ（Ｆｌａｔ構造）の概略断面構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
第１の視点において、前記金属材料部が接地されるか、又は所定の電位点に接続されることが好ましい。
【００２５】
また、前記金属材料部が前記上部電極と電気的に接続されていることが好ましい。
【００２６】
また、前記金属材料部は、前記相変化記録材料膜に接していてもよい。
【００２７】
また、前記複数の導電プラグが規則的に配置され、前記金属材料部は、該複数の導電プラグの間に直線状又は格子状に形成されていることが好ましい。
【００２８】
また、前記金属材料部は、前記導電プラグの側面領域から前記相変化記録材料膜の側面領域にわたって形成されていることが好ましい。
【００２９】
また、前記導電プラグの少なくとも一部と前記金属材料部とが同じ材料で形成されていることが好ましい。
【００３０】
また、前記金属材料部と前記上部電極とが同じ材料で形成されていることが好ましい。
【００３１】
また、前記層間絶縁膜は窒化ケイ素で形成されていることが好ましい。
【実施例】
【００３２】
以下に図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、各図において同等の要素は同じ符号で示している。
【００３３】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係るメモリ素子構造の概略図である。図１（Ａ）は図１（Ｂ）のＡ−Ａ縦断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ横断面図（平面図）である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の他の実施例の場合のＢ−Ｂ横断面図である。なお、「縦」とは下部接続電極１２、ヒータ電極１４（加熱用電極）、相変化記録材料膜１６が接続される方向をいい、「横」とはその直交方向を意味する。
【００３４】
図１（Ａ）では、絶縁層の中に下部（接続）電極１２、ヒータ電極１４、相変化記録材料膜１６、上部（接続）電極１８がこの順に接続された相変化メモリ構造が３つ図示されている。下部接続電極１２とヒータ電極１４とを合わせて導電プラグともいう。この実施例では、第１の絶縁膜１０の内部に下部接続電極１２が、第２の絶縁膜２０の内部にヒータ電極１４がそれぞれ埋め込まれた構造となっており、下部接続電極１２の上にヒータ電極１４が接続されている。そしてヒータ電極１４（と第２の絶縁膜２０）の上に相変化記録材料膜１６が接続され、さらにその上部に上部接続電極１８が接続されている。相変化記録材料膜１６と上部接続電極１８は第３の絶縁膜３０内に形成されている。なお、図１（Ａ）においては、第１の絶縁膜１０の内部に従来技術であるＭＯＳトランジスタ構造を図示しているが、それに限定されるわけではない。
【００３５】
実施例１では、第２の絶縁膜２０の上面とヒータ電極１４の上面は同じ高さ（同一平面内）で形成されている。これをＦｌａｔ構造という。そして第２の絶縁膜２０の内部であって、ヒータ電極１４と接していない位置に金属材料部２２が形成されている。この金属材料部２２は、相変化記録材料膜１６やヒータ電極１４からの熱を拡散させる機能を有する。したがって熱伝導率が高い材料で形成することが好ましい。具体的には、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ等の金属やＴｉＮなどの金属窒化物が好ましい。本明細書ではこれらを金属材料という。図１（Ａ）中の白抜き矢印は、ヒータ電極１４から金属材料部２２への熱拡散の様子を模式的に表したものである。
【００３６】
相変化記録材料膜１６は相変化材料を含む膜である。相変化材料としては、いわゆるＧＳＴ（Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅの化合物材料）を中心とするカルコゲナイド材料を用いることができるが、それに限定されるわけではなく、公知の材料を用いることができる。また、第１〜第３の絶縁膜や各電極については、その材質は公知の材料を用いることができ、同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。ただし、ＧＳＴは酸化されやすいので、それに接する絶縁膜にはＳｉＮを用いることが好ましい。
【００３７】
図１（Ｂ）に示すように、ヒータ電極１４は正方格子点を構成するように規則的に配置されている。そして金属材料部２２は、これらのヒータ電極１４の間を碁盤目状（Ｘ方向とＹ方向の両方）に配置されている。この金属材料部２２の幅は、ヒータ電極間距離をＬ、ヒータ電極１４まわりのサイドウォール幅をｄとすると、Ｌ−２ｄの幅となる。また、碁盤目状ではなく、直線状（Ｙ方向又はＸ方向のみ、あるいは一部のみ両方向を混在）に形成してもよい。図１（Ｃ）は、Ｙ方向のみ形成する例である。
【００３８】
ヒータ電極１４と金属材料部２２との間隔は、絶縁性能としては厚いほうが良いが、放熱性能としては薄いほうが好ましい。最終的にはリーク電流や印加電圧等を考慮して決めることになるが、１桁〜２桁ｎｍ程度である。
【００３９】
また、金属材料部２２は、接地するか、所定の電位点に接続することが好ましい。これは浮遊電極が存在しないようにするためである。所定の電位とは、特に上部接続電極１８にかかる電位と同じ電位である。
【００４０】
（製造方法１）
次に、実施例１に係る相変化メモリの製造方法を説明する。ここで、ヒータ電極１４と金属材料部２２とを同じ材料で同時に形成する方法と、異なる材料で別々に形成する方法とがある。まず前者の方法を説明する。
【００４１】
第１の絶縁膜１０の中に下部接続電極１２を形成してこれらの上面を平坦化する工程までは公知の方法で製造可能であるので省略する。その後、下部接続電極１２の上にヒータ電極１４の長さに応じた第２の絶縁膜２０を成膜する。第２の絶縁膜２０としては、ＳｉＮやＳｉＯ２等が考えられる。
【００４２】
次に、ヒータ電極１４のためのホールを下部接続電極１２上に作製する。そしてヒータ径に合わせて例えばＳｉＮサイドウォール膜を形成し、ヒータ径を小さく所定の寸法に調整する。
【００４３】
次にヒータ電極１４に接しないように、放熱用の金属材料部２２を形成するためのパターンをドライエッチングにより形成する。エッチバックしたあと、ヒータ電極１４のためのホール及び金属材料部２２のパターンに例えばＴｉＮを堆積する。次いでＣＭＰプロセスにより、ヒータ電極１４及び金属材料部２２であるＴｉＮ及び第２の絶縁膜２０であるＳｉＮ（又はＳｉＯ２）を露出させる。
【００４４】
以上の手順により、ヒータ電極１４と金属材料部２２とを同じ材料で同時に形成することができる。この方法は、ヒータ電極１４と金属材料部２２とを同じ材料で形成しても良い場合であれば、別々に形成する場合に比べて工程数を減らすことができる。
【００４５】
（製造方法２）
次にヒータ電極１４と金属材料部２２とを異なる材料で別々に形成する方法を説明する。下部接続電極１２の上にヒータ電極１４の長さに応じた第２の絶縁膜２０を成膜し、ヒータ電極１４のためのホールを下部接続電極１２上に作製する。そしてヒータ径に合わせて例えばＳｉＮサイドウォール膜を形成し、ヒータ径を小さく所定の寸法に調整するところまでは製造方法１と同じである。
【００４６】
次に、上面をエッチバックしたのち、ヒータ電極１４となる例えばＴｉＮをホールに堆積させ、ＣＭＰプロセスにより、ヒータ電極１４であるＴｉＮ及び第２の絶縁膜２０であるＳｉＮ（又はＳｉＯ２）を露出させる。
【００４７】
次にヒータ電極１４に接しないように、放熱用の金属材料部２２を形成するためのパターンをドライエッチングにより形成する。エッチバックしたあと、金属材料部２２のためのパターンにＴｉＮとは異なる金属材料を堆積する。さらにＣＭＰプロセスにより、ヒータ電極１４、金属材料部２２及び第２の絶縁膜２０を露出させる。
【００４８】
このような製造方法２は、隣接メモリセルの熱影響をより効果的に防ぐために、ヒータ電極１４のための材料とは異なる熱伝導率のより高い材料を金属材料部２２に用いる場合や、隣接メモリセルへの熱拡散を防ぐ構造を他に形成する場合等に有効である。
【００４９】
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２に係る相変化メモリの概略縦断面図である。実施例１はＦｌａｔ構造であったが、実施例２はＲｅｃｅｓｓ構造の例を示した。即ち、第２の絶縁膜２０の上面高さに比べて、ヒータ電極１４の上面高さが低くなって窪んでいる。それ以外の構造は図１と同じである。このような構造であっても、実施例１と同様に、第２の絶縁膜２０の内部であって、ヒータ電極１４と接していない位置に金属材料部２２が形成されている。その効果は実施例１と同様である。また金属材料部２２が碁盤目状でも直線状でもよいことは実施例１と同様である。
【００５０】
（実施例３）
図３は、本発明の実施例３に係る相変化メモリの概略縦断面図である。実施例３はＦｌａｔ構造であるが、図１の構造と異なる点は、ヒータ電極１４と第２の絶縁膜２０の上面全体に相変化記録材料膜１６が形成されていることである。そしてさらに相変化記録材料膜１６の上面に上部接続電極１８が形成されている。このような構造であっても、実施例１と同様に、第２の絶縁膜２０の内部であって、ヒータ電極１４と接していない位置に金属材料部２２が形成されている。その効果は実施例１と同様である。また金属材料部２２が碁盤目状でも直線状でもよいことは実施例１と同様である。
【００５１】
（実施例４）
図４は、本発明の実施例４に係る相変化メモリの概略縦断面図である。実施例４では、金属材料部２２を除く構造は実施例３と同じである。異なる点は、金属材料部２２が、第２の絶縁膜２０のみならず、相変化記録材料膜１６内にも形成されており、さらに上部接続電極１８とつながっていることである。これにより、さらに放熱効率の増加が見込める。この場合、上部接続電極１８と金属材料部２２とは同じ材料であっても異なる材料であってもよいが、金属材料部２２と同時に上部接続電極１８を形成することが工程の簡略化につながることになり、その場合には両者が同じ材料で形成されることになる（図４では上部接続電極１８と金属材料部２２とは同じ材料で同時に形成した場合の断面を示している）。またこの構造の場合、金属材料部２２には上部接続電極１８と同じ電圧が印加されることになる。
【００５２】
（実施例５）
図５は、本発明の実施例５に係る相変化メモリの概略縦断面図である。図５はＣｙｌｉｎｄｅｒ構造の例であり、さらに金属材料部２２と同時に上部接続電極１８を形成する製造方法で製造した場合の構造を示した。したがって図４と同様、上部接続電極１８と金属材料部２２とは同じ材料で構成されている。この構造も、実施例４と同じように放熱効率の増加が見込め、金属材料部２２には上部接続電極１８と同じ電圧が印加されることになる。
【００５３】
（実施例６）
図６は、本発明の実施例６に係る相変化メモリの概略縦断面図である。実施例６は実施例５の変形例であり、金属材料部２２と上部接続電極１８とを異なる材料で形成したものである。実施例６に比べて製造工程が増えることになるが、隣接セルの熱の影響をより防ぐために、より熱伝導率の高い材料を金属材料部２２に用いることができる。
【００５４】
（実施例７）
図７は、本発明の実施例７に係る相変化メモリの概略縦断面図である。図７はＣｙｌｉｎｄｅｒ構造の例であり、ヒータ電極１４を第２の絶縁膜２０の層内で、相変化記録材料膜１６を第３の絶縁膜３０の層内で、それぞれ形成する方法で作成した場合の構造を示した。この構造ではヒータ電極１４のサイズ径に対する相変化記録材料膜１６のサイズ径を制御良く行うことができる。第２の絶縁膜２０と第３の絶縁膜３０は別々に形成することになるが、いずれも例えばＳｉＮが好ましい。
【００５５】
（実施例８）
図８は、本発明の実施例８に係る相変化メモリの概略縦断面図である。実施例８は実施例７の変形例であり、金属材料部２２と上部接続電極１８とを異なる材料で形成したものである。実施例７に比べて製造工程が増えることになるが、隣接セルの熱の影響をより防ぐために、より熱伝導率の高い材料を金属材料部２２に用いることができる。
【００５６】
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明の全開示（請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施例ないし実施形態の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 第１の絶縁膜
１２ 下部（接続）電極
１４ ヒータ電極
１６ 相変化記録材料膜
１８ 上部（接続）電極
２０ 第２の絶縁膜
２２ 金属材料部
３０ 第３の絶縁膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層間絶縁膜内に設けられた複数の導電プラグと、該複数の導電プラグの夫々に接して設けられた相変化記録材料膜と、該相変化記録材料膜に接して設けられた上部電極と、該複数の導電プラグに接しないように該導電プラグの側面領域に設けられた放熱のための金属材料部と、を有する相変化メモリ。
【請求項２】
前記金属材料部が接地されるか、又は所定の電位点に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の相変化メモリ。
【請求項３】
前記金属材料部が前記上部電極と電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の相変化メモリ。
【請求項４】
前記金属材料部は、前記相変化記録材料膜に接していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項５】
前記複数の導電プラグが規則的に配置され、前記金属材料部は、該複数の導電プラグの間に直線状又は格子状に形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項６】
前記金属材料部は、前記導電プラグの側面領域から前記相変化記録材料膜の側面領域にわたって形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項７】
前記導電プラグの少なくとも一部と前記金属材料部とが同じ材料で形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項８】
前記金属材料部と前記上部電極とが同じ材料で形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項９】
前記層間絶縁膜は窒化ケイ素で形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項１０】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成するためのホールと、該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールをそれぞれ開口する工程と、
該２種類のホールを同時に埋めるように、ヒータ電極及び金属材料部を形成する導電性材料を全面に堆積する工程と、
該第２の絶縁膜が露出するまで該導電性材料を平坦化した後、該ヒータ電極上に形成された相変化記録材料膜を内部に含む第３の絶縁膜を形成する工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【請求項１１】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成するためのホールを開口し、ヒータ電極用の導電性材料を堆積する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールを開口し、金属材料部用の導電性材料を堆積する工程と、
該第２の絶縁膜、該ヒータ電極及び該金属材料部が露出するまで上面を平坦化した後、該ヒータ電極上に形成された相変化記録材料膜を内部に含む第３の絶縁膜を形成する工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【請求項１２】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成する工程と、
該第２の絶縁膜上面と該ヒータ電極の上面を平坦化する工程と、
該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールを開口する工程と、
該ホールに導電性材料を堆積して、金属材料部を形成する工程と、
該第２の絶縁膜が露出するまで該導電性材料を平坦化した後、全面に相変化記録材料膜を堆積する工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【請求項１３】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成する工程と、
該第２の絶縁膜上面と該ヒータ電極の上面を平坦化する工程と、
該平坦化した上面全体に相変化記録材料膜を形成する工程と、
該導電プラグに接しないように、該相変化記録材料膜と該第２の絶縁膜とを開口して金属材料部用のホールを形成する工程と、
全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積する工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【請求項１４】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、ヒータ電極と相変化記録材料膜とをこの順に積層する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該導電プラグと該相変化記録材料膜に接しない位置に金属材料部用のホールを形成する工程と、
全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積させる工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【請求項１５】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、ヒータ電極を積層する工程と、
該第２の絶縁膜内に形成したヒータ電極の上面が露出するように、該第２の絶縁膜を平坦化する工程と、
該平坦化した第２の絶縁膜の上面全体に第３の絶縁膜を形成する工程と、
該第３の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、相変化記録材料膜を積層する工程と、
該第２の絶縁膜内のヒータ電極と第３の絶縁膜内の該相変化記録材料膜に接しない位置に金属材料部用のホールを形成する工程と、
全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積させる工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【請求項１】
層間絶縁膜内に設けられた複数の導電プラグと、該複数の導電プラグの夫々に接して設けられた相変化記録材料膜と、該相変化記録材料膜に接して設けられた上部電極と、該複数の導電プラグに接しないように該導電プラグの側面領域に設けられた放熱のための金属材料部と、を有する相変化メモリ。
【請求項２】
前記金属材料部が接地されるか、又は所定の電位点に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の相変化メモリ。
【請求項３】
前記金属材料部が前記上部電極と電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の相変化メモリ。
【請求項４】
前記金属材料部は、前記相変化記録材料膜に接していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項５】
前記複数の導電プラグが規則的に配置され、前記金属材料部は、該複数の導電プラグの間に直線状又は格子状に形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項６】
前記金属材料部は、前記導電プラグの側面領域から前記相変化記録材料膜の側面領域にわたって形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項７】
前記導電プラグの少なくとも一部と前記金属材料部とが同じ材料で形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項８】
前記金属材料部と前記上部電極とが同じ材料で形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項９】
前記層間絶縁膜は窒化ケイ素で形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の相変化メモリ。
【請求項１０】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成するためのホールと、該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールをそれぞれ開口する工程と、
該２種類のホールを同時に埋めるように、ヒータ電極及び金属材料部を形成する導電性材料を全面に堆積する工程と、
該第２の絶縁膜が露出するまで該導電性材料を平坦化した後、該ヒータ電極上に形成された相変化記録材料膜を内部に含む第３の絶縁膜を形成する工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【請求項１１】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成するためのホールを開口し、ヒータ電極用の導電性材料を堆積する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールを開口し、金属材料部用の導電性材料を堆積する工程と、
該第２の絶縁膜、該ヒータ電極及び該金属材料部が露出するまで上面を平坦化した後、該ヒータ電極上に形成された相変化記録材料膜を内部に含む第３の絶縁膜を形成する工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【請求項１２】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成する工程と、
該第２の絶縁膜上面と該ヒータ電極の上面を平坦化する工程と、
該導電プラグに接しない位置に金属材料部を形成するためのホールを開口する工程と、
該ホールに導電性材料を堆積して、金属材料部を形成する工程と、
該第２の絶縁膜が露出するまで該導電性材料を平坦化した後、全面に相変化記録材料膜を堆積する工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【請求項１３】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面にヒータ電極を形成する工程と、
該第２の絶縁膜上面と該ヒータ電極の上面を平坦化する工程と、
該平坦化した上面全体に相変化記録材料膜を形成する工程と、
該導電プラグに接しないように、該相変化記録材料膜と該第２の絶縁膜とを開口して金属材料部用のホールを形成する工程と、
全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積する工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【請求項１４】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、ヒータ電極と相変化記録材料膜とをこの順に積層する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該導電プラグと該相変化記録材料膜に接しない位置に金属材料部用のホールを形成する工程と、
全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積させる工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【請求項１５】
絶縁膜中に、下部接続電極とヒータ電極とからなる導電プラグ、相変化記録材料膜及び上部電極がこの順に積層され、該導電プラグと接しない位置に放熱用の金属材料部が形成された構造を含む相変化メモリの製造方法であって、
第１の絶縁膜内に形成した下部接続電極の上面が露出するように、該第１の絶縁膜を平坦化する工程と、
該平坦化した第１の絶縁膜の上面全体に第２の絶縁膜を形成する工程と、
該第２の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、ヒータ電極を積層する工程と、
該第２の絶縁膜内に形成したヒータ電極の上面が露出するように、該第２の絶縁膜を平坦化する工程と、
該平坦化した第２の絶縁膜の上面全体に第３の絶縁膜を形成する工程と、
該第３の絶縁膜内の、該下部接続電極の上面に、相変化記録材料膜を積層する工程と、
該第２の絶縁膜内のヒータ電極と第３の絶縁膜内の該相変化記録材料膜に接しない位置に金属材料部用のホールを形成する工程と、
全面に金属材料部を形成する導電性材料を堆積させる工程と、
を含む、相変化メモリの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５８５８１（Ｐ２０１３−５８５８１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５５７４（Ｐ２０１１−１９５５７４）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（５００１７４２４７）エルピーダメモリ株式会社 (2,599)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（５００１７４２４７）エルピーダメモリ株式会社 (2,599)
【Ｆターム（参考）】
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