JP2010062418A - Method of manufacturing nonvolatile storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性記憶装置の製造方法に関し、より詳細には、素子間を電気的に絶縁する素子間絶縁層を備えた不揮発性記憶装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nonvolatile memory device, and more particularly to a method for manufacturing a nonvolatile memory device including an inter-element insulating layer that electrically insulates elements.
トランジスタを用いたNAND型の不揮発性記憶装置においては、装置の微細化に伴い、いわゆる短チャネル効果の影響により、デバイス動作が困難となってきている。「短チャネル効果」とは、装置の微細化によってソース部とドレイン部との距離が近くなることによって生じる現象であり、具体例にはソースとドレインとの間に生じるリーク電流の増加等である。このため、トランジスタを用いた記憶装置に代わる記憶装置が求められており、その一つとして、遷移金属絶縁膜等に電界パルスを印加することで物質の抵抗が変化する特性を利用した不揮発性記憶装置(抵抗変化型メモリ、ReRAM)が検討されている。 In a NAND type nonvolatile memory device using a transistor, device operation has become difficult due to the influence of a so-called short channel effect as the device is miniaturized. The “short channel effect” is a phenomenon that occurs when the distance between the source part and the drain part becomes closer due to miniaturization of the device, and specific examples include an increase in leakage current generated between the source and the drain. . For this reason, a memory device that replaces a memory device using a transistor is required, and as one of them, a nonvolatile memory using a characteristic that the resistance of a substance is changed by applying an electric field pulse to a transition metal insulating film or the like. Devices (resistance-change memory, ReRAM) are being studied.
抵抗変化型メモリは、抵抗変化膜に電界パルスを印加することによって高抵抗状態と低抵抗状態との間を可逆的に変化させ、この特性を利用して情報を書き換え可能なように、かつ、電源を切っても情報が消えないように記憶する装置である。抵抗変化膜の高抵抗及び低抵抗の状態がそれぞれ安定であるため、不揮発性を実現することができる。抵抗変化型メモリは記憶部にトランジスタを用いないため、より高密度の集積化が可能であり、また上述した短チャネル効果の問題もない。
現在、ビット線とワード線とが交叉する部分に抵抗変化素子を配置したクロスポイント型の抵抗変化型メモリが検討されている。これによれば、セル面積を理論上NAND型不揮発性記憶装置と同じ4F2(「F」は、設計ルール(最小設計寸法))とすることができる。また、抵抗変化型メモリは、複数の記録部を積層することができるため集積度をさらに上げることができるという利点を有する。
The resistance change type memory reversibly changes between a high resistance state and a low resistance state by applying an electric field pulse to the resistance change film, so that information can be rewritten using this characteristic, and It is a device that stores information so that information is not lost even when the power is turned off. Since the high resistance state and the low resistance state of the variable resistance film are stable, non-volatility can be realized. Since the resistance change type memory does not use a transistor in the memory portion, it can be integrated with higher density, and there is no problem of the short channel effect described above.
Currently, a cross-point type resistance change memory in which a resistance change element is arranged at a portion where a bit line and a word line cross each other is being studied. According to this, the cell area can be 4F 2 (“F” is a design rule (minimum design dimension)) that is theoretically the same as that of the NAND-type nonvolatile memory device. Further, the resistance change type memory has an advantage that the degree of integration can be further increased because a plurality of recording portions can be stacked.
クロスポイントセルの作成においては、配線(ビット線/ワード線)方向にセルを加工した後に、異なる素子(セル)の間を電気的に分離するため、一般に素子間絶縁層が形成される。ここで、メモリの微細化を進めると、素子間絶縁層を形成する部分のアスペクト比(溝幅に対する深さの比)が大きくなる。アスペクト比が大きい場合には、素子間絶縁層を良好に堆積することが比較的難しく、これを考慮に入れた抵抗変化型メモリの製造方法がいくつか提案されている(例えば、特許文献1)。
本発明は、微細な構造でも安定して製造可能な不揮発性記憶装置の製造方法を提供する。 The present invention provides a method for manufacturing a nonvolatile memory device that can be stably manufactured even with a fine structure.
本発明の一態様によれば、第1の方向に延在する第1の配線と、前記第1の方向と非平行な第2の方向に延在する第2の配線と、前記第1の配線と前記第2の配線との間に挟持され、前記第1の配線と前記第2の配線とを介して供給される電流により、第1の状態と第2の状態との間を可逆的に遷移可能な記録層と、を有する不揮発性記憶装置の製造方法であって、前記第1の配線の層を形成する工程と、前記第1の配線の層の主面上に前記記録層の層を形成する工程と、前記記録層の層と前記第1の配線の層を選択的にエッチングして、前記第1の方向に延在する複数の積層体を形成する工程と、前記複数の積層体の間隙の表面に、気相成長法を用いて第1の絶縁層を形成する工程と、前記第1の絶縁層の上に、塗布法を用いて第2の絶縁層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする不揮発性記憶装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a first wiring extending in a first direction, a second wiring extending in a second direction non-parallel to the first direction, and the first wiring Reversible between the first state and the second state by a current sandwiched between the wiring and the second wiring and supplied through the first wiring and the second wiring. A non-volatile memory device having a recording layer capable of transitioning to the first wiring layer, the step of forming the first wiring layer, and the recording layer on the main surface of the first wiring layer. A step of forming a layer, a step of selectively etching the recording layer and the first wiring layer to form a plurality of stacked bodies extending in the first direction, and the plurality of layers A step of forming a first insulating layer on the surface of the gap of the stacked body using a vapor phase growth method; and a second insulating layer on the first insulating layer using a coating method. Method for manufacturing a nonvolatile memory device characterized by comprising a step, of forming is provided.
本発明によれば、微細な構造でも安定して製造可能な不揮発性記憶装置の製造方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a nonvolatile memory device that can be stably manufactured even with a fine structure.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and detailed description is abbreviate | omitted suitably.
図4〜図7は、本発明の実施の形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法を表す工程図である。本実施形態の製造方法を説明する前に、まず、本発明の実施形態に係る製造方法によって製造される不揮発性記憶装置の一例(具体例1)について、図1〜図3を参照しつつ説明する。 4 to 7 are process diagrams showing a method for manufacturing the nonvolatile memory device according to the embodiment of the present invention. Before describing the manufacturing method of the present embodiment, first, an example (specific example 1) of a nonvolatile memory device manufactured by the manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. To do.
図1は、具体例1に係る不揮発性記憶装置2の模式図である。図1(a)は、不揮発性記憶装置2の模式斜視図であり、図1(b)は、不揮発性記憶装置2の模式回路図である。また、図2は、不揮発性記憶装置2の模式断面図である。図2(a)は、不揮発性記憶装置2を第1の方向(X軸方向)から見た模式断面図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A線断面図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a
図1に表したように、不揮発性記憶装置2は、基板10と、基板10の主面上に設けられ、第1の方向(X軸方向)に延在する第1の配線20(ビット線BL)と、第1の方向と非平行な(交叉する)第2の方向(Y軸方向)に延在する第2の配線50(ワード線WL)と、第1の配線20と第2の配線50との間に挟持され、第1の配線20と第2の配線50とを介して供給される電流により、第1の状態と第2の状態との間を可逆的に遷移可能な記録層44と、を備える。また、第1の配線20と記録層44との間に、これらによって挟持される整流素子30を備えてもよい。ここで、「主面」とは、第1の配線20、整流素子30、記録層44などが積層する方向(図1において、Z軸方向、上下方向)に対して垂直な面(図1において、XY面)をいう。
As shown in FIG. 1, the
また、図2に表したように、記録層44のZ軸方向両側に、記録層44を挟持する電極層42、46を備えていてもよい。ここで、記録層44と、電極層42、46とを併せて「記録部40」と呼ぶこととする。また、第1の配線20と整流素子30との間に、後述するバリア層32を備えていてもよい。
In addition, as illustrated in FIG. 2,
配線L(第1の配線20及び第2の配線50)には、導電性を有する材料を用いることができ、さらに耐熱性を有する材料を用いることができる。具体的には、例えば、導電性と耐熱性とを具備するタングステン(W)が挙げられる。
For the wiring L (the
また、図1及び図2に表したように、記録層44(記録部40)と第2の配線50との間には、製造工程における平坦化工程で用いられるストッパー層52が設けられていてもよい。例えば、平坦化工程としてCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)を用いる場合には、ストッパー層52はCMPストッパー層となる。ストッパー層52は、必要に応じて設けられる。このため、例えば後述する電極層46の厚さを十分大きくして、ストッパー層の機能を電極層46に付与するのであれば、ストッパー層52を設ける必要はない。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
ここで、ストッパー層52及び第2の配線50の材料が同じである場合には、両者は一体化して第2の配線の機能を担うことになる。このような場合の第2の配線を、「第2の配線54」と呼ぶこととする。すなわち、第2の配線54は、各セルにおいて記録層44側に突出した突出部(突出部52)を有する。
Here, when the materials of the
整流素子30は、整流特性を有し、記録層44に印加される電圧の極性に方向性を持たせるために設けられる。整流素子30には、例えば、ツェナーダイオード、PN接合ダイオード、ショットキーダイオード等を用いることができる。図1では、整流素子30が、ビット線BLと電極層42との間に設けられている具体例を表したが、整流素子30は、ワード線WLと電極層46との間に設けられてもよい。また、整流素子30は、ビット線BLとワード線WLとが対向する領域以外の領域に設けてもよい。
The rectifying
第1の配線20と整流素子30との間には、両構成要素間の元素の拡散などを防止するバリア層32が設けられていてもよい。
記録部40については、後に詳述する。
1つの第1の配線20と1つの第2の配線50とが交叉する領域に設けられた1つの記録部40が1つの記録用単位要素であり、これを「セル」という。
A
The
One
第1の配線20と第2の配線50とに与える電位の組合せによって、各記録部40に印加される電圧が変化し、その時の記録部40の特性(例えば、抵抗値)によって、情報を記録したり消去したりすることができる。なお、各セルの間には、図2に表したように素子間絶縁層70が設けられている。
The voltage applied to each
また、セルの位置を基準として配線L(第1の配線20及び第2の配線50、ビット線BL及びワード線WL)の配線延在方向外側には、図示しないコンタクトプラグが取り付けられている。コンタクトプラグは、データの書込み及び読出しを行うための読出し/書込み回路等の周辺回路と接続している(図示せず)。記録部40には、コンタクトプラグ及び配線Lを通じて電流が流され、これにより記録部40の書込みや消去等の各種動作を行うことが可能となる。
A contact plug (not shown) is attached to the outside in the wiring extending direction of the wiring L (the
このように、不揮発性記憶装置2は、ビット線BLとワード線WLとが交叉する部分に記録部40が設けられた、いわゆるクロスポイント型不揮発性記憶装置(メモリ)である。
なお、上記の1層型の不揮発性記憶装置2は、Z軸方向に積層してもよく(いわゆる「多層型不揮発性記憶装置」)、これも具体例1に係る不揮発性記憶装置2に含まれる。以下、1層からなる不揮発性記憶装置2を「単位装置2A」と呼ぶことがある。
また、図1では、主面において第1の配線20及び第2の配線50がそれぞれ4本設けられており、セルは16設けられているが、これらは別の数だけ設けられていてもよい。
As described above, the
The single-layer
In FIG. 1, four
また、具体例1では、第1の配線20を「ビット線BL」、第2の配線50を「ワード線WL」と呼んでいるが、逆に、第1の配線20を「ワード線WL」、第2の配線50を「ビット線BL」と呼んでもよい。
不揮発性記憶装置2が多層型不揮発性記憶装置である場合、上下方向に隣接する単位装置2Aの構成要素(第1の配線20、整流素子30、記録層44、第2の配線50等)の配置関係は上下方向に同じであっても異なってもよい。特に、上下方向に対称であってもよい。
In the first specific example, the
When the
また、不揮発性記憶装置2が多層型不揮発性記憶装置である場合、上下方向に隣接する単位装置2A間で第1の配線20または第2の配線50が共有されていてもよく、共有されていなくてもよい。また、不揮発性記憶装置2の上下方向の両端においては、同種配線(2つのビット線BLまたは2つのワード線WL)が配置されてもよく、異種配線(ビット線BL及びワード線WL)が配置されてもよい。
Further, when the
次に、記録部40について、図3を参照しつつ説明する。
図3は、セルの構成の一例を表す模式断面図である。図3に表したように、記録部40は、記録層44と、記録層44を上下方向から挟持する電極層42、46とを有する。
Next, the
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a cell configuration. As shown in FIG. 3, the
電極層42、46は、記録層44に対して電気的な接続を得るために設けられ、必要に応じて設けられる。また、電極層42、46は、例えば、記録層44とその上下の構成要素との間の元素の拡散などを防止するバリア層としての機能を併有していてもよい。
The electrode layers 42 and 46 are provided to obtain electrical connection to the
また、リセット(消去)動作において記録層44の加熱を効率よく行うために、記録層44の陰極側(ここでは、ワード線WL側)に、ヒータ層(抵抗率が約10−5Ωcm以上の材料)を設けてもよい。この場合、ヒータ層とワード線WLとの間にバリア層を設けてもよい。
In order to efficiently heat the
次に、記録層44について説明する。
前述したように、本具体例に係る不揮発性記憶装置2は、第1の配線20と第2の配線50とに与える電位の組合せによって、各記録部40に印加される電圧が変化し、その時の記録部40の特性(例えば、抵抗値)によって、情報を記録したり消去したりすることができる。このため、記録層44には、印加される電圧によって特性が変化する任意の材料を用いることができる。例えば、抵抗値が可逆的に遷移可能な可変抵抗層や、印加される電圧によって結晶状態と非晶質状態との間で可逆的に遷移可能な相変化層などが挙げられる。
Next, the
As described above, in the
このような材料の具体例としては、例えば、金属酸化物が挙げられる。具体的には、例えば、クロム(Cr)、タングステン(W)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、トリウム(Tr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、あるいは、ランタン(La)からルテチウム(Lu)までのいわゆる希土類元素などの酸化物が挙げられる。また、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化銅(CuO)、酸化シリコン(SiO2)等も挙げられる。 Specific examples of such materials include metal oxides. Specifically, for example, chromium (Cr), tungsten (W), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), scandium (Sc) ), Yttrium (Y), thorium (Tr), manganese (Mn), iron (Fe), ruthenium (Ru), osmium (Os), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn) ), Cadmium (Cd), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), antimony (Sb), bismuth (Bi) Or oxides of so-called rare earth elements from lanthanum (La) to lutetium (Lu). Further, aluminum oxide (Al 2 O 3), copper oxide (CuO), also include silicon oxide (SiO 2) or the like.
また、複合酸化物として、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)及びチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)の他、チタン酸カルシウム(CaTiO3)、ニオブ酸カリウム(KNbO3)、ビスマス酸化鉄(BiFeO3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、バナジウム酸ナトリウム(Na3VO4)、バナジウム酸鉄(FeVO3)、チタン酸バナジウム(TiVO3)、クロム酸バナジウム(CrVO3)、バナジウム酸ニッケル(NiVO3)、バナジウム酸マグネシウム(MgVO3)、バナジウム酸カルシウム(CaVO3)、バナジウム酸ランタン(LaVO3)、モリブデン酸バナジウム(VMoO5)、モリブデン酸バナジウム(V2MoO8)、バナジウム酸リチウム(LiV2O5)、珪酸マグネシウム(Mg2SiO4)、珪酸マグネシウム(MgSiO3)、チタン酸ジルコニウム(ZrTiO4)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、マグネシウム酸鉛(PbMgO3)、ニオブ酸鉛(PbNbO3)、ホウ酸バリウム(BaB2O4)、クロム酸ランタン(LaCrO3)、チタン酸リチウム(LiTi2O4)、銅酸ランタン(LaCuO4)、チタン酸亜鉛(ZnTiO3)、タングステン酸カルシウム(CaWO4)等が薄膜形成可能となる。 Moreover, as complex oxides, for example, barium titanate (BaTiO 3 ) and strontium titanate (SrTiO 3 ), calcium titanate (CaTiO 3 ), potassium niobate (KNbO 3 ), bismuth iron oxide (BiFeO 3 ). , lithium niobate (LiNbO 3), sodium vanadate (Na 3 VO 4), vanadium iron (FeVO 3), titanate vanadium (TiVO 3), chromic acid vanadium (CRVO 3), vanadium, nickel (NiVO 3) , magnesium vanadate (MgVO 3), calcium vanadate (Cavo 3), vanadium lanthanum (LaVO 3), molybdate vanadium (VMoO 5), molybdate vanadium (V 2 MoO 8), lithium vanadate (LiV 2 O 5), magnesium silicate (Mg 2 SiO 4), magnesium silicate (MgSiO 3), zirconium titanate (ZrTiO 4), strontium titanate (SrTiO 3), magnesium lead (PbMgO 3), lead niobate (PbNbO 3 ), Barium borate (BaB 2 O 4 ), lanthanum chromate (LaCrO 3 ), lithium titanate (LiTi 2 O 4 ), lanthanum cuprate (LaCuO 4 ), zinc titanate (ZnTiO 3 ), calcium tungstate ( CaWO 4 ) and the like can be formed into a thin film.
また、カルコゲナイド系の可変抵抗材料も挙げられる。カルコゲナイドとは、Se、Te等の16族元素を含む化合物の総称であり、16族元素がカルコゲンと呼ばれることに由来する。このカルコゲナイド系材料は、電圧を印加することによって結晶状態と非晶質状態との間で変化する、可変抵抗材料の一種である。 In addition, chalcogenide-based variable resistance materials are also included. Chalcogenide is a general term for compounds containing group 16 elements such as Se and Te, and is derived from the fact that group 16 elements are called chalcogens. This chalcogenide-based material is a kind of variable resistance material that changes between a crystalline state and an amorphous state by applying a voltage.
次に、メモリセルの記録、再生、及び消去動作を実行する場合について説明する。
記録(セット動作)は、選択されたメモリセルに電圧を印加し、そのメモリセル内に電位勾配を発生させて電流パルスを流せばよい。例えば、ワード線WLの電位がビット線BLの電位よりも相対的に低い状態を作る。例えば、ビット線BLを接地電位とすれば、ワード線WLに負の電位を与えればよい。選択されたメモリセルは、相変化等により電子伝導性を有するようになるため、記録(セット動作)が完了する。
Next, the case where the memory cell recording, reproducing, and erasing operations are executed will be described.
Recording (set operation) may be performed by applying a voltage to a selected memory cell, generating a potential gradient in the memory cell, and passing a current pulse. For example, a state in which the potential of the word line WL is relatively lower than the potential of the bit line BL is created. For example, if the bit line BL is set to the ground potential, a negative potential may be applied to the word line WL. Since the selected memory cell has electronic conductivity due to phase change or the like, recording (set operation) is completed.
記録のための電流パルスは、ワード線WLの電位がビット線BLの電位よりも相対的に高い状態を作ることにより発生させてもよい。 The current pulse for recording may be generated by creating a state in which the potential of the word line WL is relatively higher than the potential of the bit line BL.
再生に関しては、電流パルスを選択されたメモリセルに流し、そのメモリセルの抵抗値を検出することにより行う。ただし、電流パルスは、メモリセルを構成する材料が抵抗変化を起こさない程度の微小な値とすることが必要である。 Reproduction is performed by passing a current pulse through the selected memory cell and detecting the resistance value of the memory cell. However, the current pulse needs to have a minute value that does not cause a change in resistance of the material constituting the memory cell.
消去(リセット)動作に関しては、選択されたメモリセルを大電流パルスによりジュール加熱して、そのメモリセルの抵抗状態を元に戻せばよい。 Regarding the erase (reset) operation, the selected memory cell may be Joule-heated with a large current pulse to restore the resistance state of the memory cell.
(不揮発性記憶装置の製造方法)
(製造方法例1)
次に、不揮発性記憶装置2の製造方法の一例(製造方法例1)について、図4〜図7を参照しつつ説明する。
本実施形態に係る不揮発性記憶装置2の製造方法は、第1の配線20の層を形成する工程と、第1の配線20の層の主面上に記録層44の層を形成する工程と、加工体をエッチングして第1の方向に延在する複数の積層体を形成する工程と、複数の積層体の間隙(エッチングにより生じた空間)に素子間絶縁層70を形成する工程と、を備える。
(Nonvolatile memory device manufacturing method)
(Production Method Example 1)
Next, an example (manufacturing method example 1) of a method for manufacturing the
The method for manufacturing the
ここで、素子間絶縁層70を形成する工程は、エッチングにより生じた空間を形成する表面に気相成長法(気相堆積法)を用いて第1の絶縁層70Aを形成する工程と、第1の絶縁層70Aの表面に塗布法を用いて第2の絶縁層70Bを形成する工程とを有する。気相成長法としては、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相堆積)、熱CVD、ALD(Atomic Layer Deposition:原子層堆積)等が挙げられる。また、塗布法としては、例えば、スピンコート法等が挙げられる。塗布法に用いる塗布剤としては、例えば、ケイ素、酸素、及び窒素を含む材料が挙げられ、具体的にはポリシラザンやHSQ(水素シルセスキオキサン)などが挙げられる。
Here, the step of forming the inter-element insulating
また、記録層44の層を形成する工程と、エッチングする工程との間に、加工体の主面上に、第2の配線50の材料と同じ材料からなる平坦化のストッパー層52を形成する工程をさらに備えてもよい。この場合、第2の絶縁層70Bを形成する工程の後に、ストッパー層52が露出するまで加工体の主面を平坦化する。その後、加工体の主面に第2の配線50の層を形成することにより、ストッパー層52と第2の配線50とは一体化して、各セルにおいて記録層44側に突出した突出部52を有する第2の配線54が形成される。
Further, between the step of forming the
以下、具体的な製造方法について説明する。
図4〜図7は、製造方法例1を表す模式工程断面図である。本製造方法例では、周辺回路を作製した後の配線形成工程において、図2に関して前述したクロスポイント型の不揮発性記憶装置2を作製する。また、ストッパー層52は、第2の配線50(ワード線)と同じ材料からなり、第2の配線54が形成される。
Hereinafter, a specific manufacturing method will be described.
4 to 7 are schematic process cross-sectional views showing Manufacturing Method Example 1. FIG. In this example of the manufacturing method, the cross-point type
まず、図4(a)に表したように、基板10の上に、第1の配線20(ビット線)、バリア層32、整流素子30、電極層42、記録層44、電極層46、ストッパー層52、及びエッチングマスク60の層を、下からこの順番で形成する。形成方法としては、例えばスパッタリングや熱CVD、プラズマCVDが挙げられる。
First, as shown in FIG. 4A, the first wiring 20 (bit line), the
第1の配線20の材料としては、例えばタングステンが挙げられる。整流素子30としては、例えばPIN(p型半導体/絶縁体/n型半導体)ダイオードやMIM(金属/絶縁体/金属)キャパシタ(コンデンサ)が挙げられる。ストッパー層52の材料には、第2の配線50(ワード線)の材料と同じ材料を用いる(例えば、タングステンなど)。エッチングマスク60の材料としては、例えばSiO2が挙げられる。バリア層32、及び電極層42、46は、必要に応じて設けるものである。これらの材料としては、例えば、チタンや窒化チタンが挙げられる。
An example of the material of the
次に、図4(b)に表したように、加工体に第1の方向(X軸方向)のエッチング加工を行う。エッチングは、基板10と第1の配線20との界面深さまで行う。ここで、エッチングにより生じた領域を、「素子分離領域80」と呼ぶこととする。
Next, as shown in FIG. 4B, the processed body is etched in the first direction (X-axis direction). The etching is performed up to the interface depth between the
次に、図4(c)に表したように、素子分離領域80を形成する表面に、例えばプラズマCVDを用いて第1の絶縁層70Aを形成する。原料ガスとしては、例えばSiH4/O2が挙げられる。これにより、記録部40や整流素子30の側面を含むセル側壁に、不純物の少ない高品質な絶縁層が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 4C, the first insulating
第1の絶縁層70Aは、素子分離領域80を形成する表面と、エッチングマスク60の主面とに形成される。この結果、素子分離領域80及びその近傍に、溝90が形成される。
The first insulating
ここで、プラズマCVDは、溝90の開口部90aが第1の絶縁層70Aによって閉塞される前に停止する。具体的には、開口部90aの幅(開口部幅L1)が、後の塗布工程において塗布剤が通過し得る幅(例えば、5nm程度以上)である時に停止する。以下、塗布工程における塗布剤が通過することのできる幅を、「塗布剤通過幅」という。
Here, the plasma CVD is stopped before the
なお、この段階でプラズマCVDを停止しなければ、第1の絶縁層70Aは開口部90aに比較的多く堆積すると考えられるところ、開口部90aが第1の絶縁層70Aによって閉塞された時点において素子分離領域80には空隙が生じている可能性がある。特に、素子分離領域80のアスペクト比が高い場合には、空隙が生じやすいと考えられる。これにより、素子分離領域80の絶縁性が低下するおそれがある。
Note that if plasma CVD is not stopped at this stage, the first insulating
ここで、溝90を適切な形状に形成するため、プラズマCVDによる堆積の異方性を高める、すなわち、原料ガスが素子分離領域80の底面等の主面上に比較的多く堆積するようにすることができる。これにより、開口部90aは第1の絶縁層70Aによって閉塞されにくくなる。異方性を高めるには、例えば、バイアス電力やガス圧力などの工程条件を変えてプラズマ雰囲気中のイオンの比率を高めることができる。
Here, in order to form the
その後、必要に応じ、適切な開口部幅L1を確保するために、例えばCMPを用いて加工体上面(加工体の主面)の平坦化を行ったり、素子分離領域80にエッチングを行ってもよい(図示せず)。
Thereafter, in order to secure an appropriate opening width L1 as necessary, the upper surface of the processed body (main surface of the processed body) may be planarized using CMP, for example, or the
次に、図4(d)に表したように、第1の絶縁層70Aの表面に、例えばスピンコート法を用いて第2の絶縁層70Bを形成する。塗布剤としては、例えばポリシラザンが挙げられる。この結果、溝90には塗布剤が充填され、素子分離領域80は第1の絶縁層70Aと第2の絶縁層70Bとによって閉塞される。これにより、X軸方向の素子間絶縁層70が形成される。
Next, as shown in FIG. 4D, the second insulating
次に、図5(a)に表したように、加工体上面を、例えばCMPを用いて平坦化する。平坦化は、ストッパー層52が露出するように行う。これにより、X軸方向の加工が完了する。
Next, as illustrated in FIG. 5A, the upper surface of the processed body is planarized using, for example, CMP. The planarization is performed so that the
次に、Y軸方向の加工を行う。図5(b)は、図5(a)に表した加工体のA−A線断面図である。
図5(c)に表したように、加工体上面に第2の配線50の層を形成する。形成方法としては、例えばスパッタリングが挙げられる。前述したように、第2の配線50(ワード線)及びストッパー層52には同じ材料を用い、これらは一体化して第2の配線54を形成する。その後、図6(a)に表したように、加工体上面に、例えばプラズマCVDを用いてエッチングマスク60の層を形成する。
Next, processing in the Y-axis direction is performed. FIG.5 (b) is the sectional view on the AA line of the processed body represented to Fig.5 (a).
As shown in FIG. 5C, a layer of the
次に、図6(b)に表したように、加工体に第2の方向(Y軸方向)のエッチング加工を行う。エッチングは、第1の配線20とバリア層32との界面深さまで行う。この結果、Y軸方向の素子分離領域80が形成される。
Next, as shown in FIG. 6B, the processed body is etched in the second direction (Y-axis direction). Etching is performed up to the interface depth between the
次に、図6(c)に表したように、素子分離領域80を形成する表面に、例えばプラズマCVDを用いて第1の絶縁層70Aを形成する。原料ガスとしては、例えばSiH4/O2が挙げられる。これにより、記録部40や整流素子30の側面を含むセル側壁に、不純物の少ない高品質な絶縁層が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 6C, the first insulating
第1の絶縁層70Aは、素子分離領域80を形成する表面と、エッチングマスク60の主面とに形成される。この結果、素子分離領域80及びその近傍に、溝90が形成される。ここで、図4(c)に関して前述したように、プラズマCVDは、開口部90aが第1の絶縁層70Aによって閉塞される前に停止する。具体的には、開口部幅L1が塗布剤通過幅(例えば、5nm程度以上)である時に停止する。
The first insulating
ここで、前述したように、溝90を適切な形状に形成するため、プラズマCVDによる堆積の異方性を高めることができる。
その後、必要に応じ、適切な開口部幅L1を確保するために、例えばCMPを用いて加工体上面の平坦化を行ったり、素子分離領域80にエッチングを行ってもよい(図示せず)。
Here, as described above, since the
Thereafter, if necessary, in order to ensure an appropriate opening width L1, the upper surface of the processed body may be planarized using, for example, CMP, or the
次に、図7(a)に表したように、第1の絶縁層70Aの表面に、例えばスピンコート法を用いて第2の絶縁層70Bを形成する。塗布剤としては、例えばポリシラザンが挙げられる。この結果、溝90には塗布剤が充填され、素子分離領域80は第1の絶縁層70Aと第2の絶縁層70Bとによって閉塞される。これにより、Y軸方向の素子間絶縁層70が形成される。
Next, as shown in FIG. 7A, the second insulating
次に、図7(b)に表したように、加工体上面を、例えばCMPを用いて平坦化する。平坦化は、第2の配線54が露出するように行う。これにより、Y軸方向の加工が完了する。
その後、必要に応じ、塗布法によって形成された第2の絶縁層70Bの質を改善するため、例えば400℃以下の低温アニール等の熱処理を行う。
Next, as illustrated in FIG. 7B, the upper surface of the processed body is planarized using, for example, CMP. The planarization is performed so that the
Thereafter, in order to improve the quality of the second insulating
以上の工程により、不揮発性記憶装置2が作製される。多層型不揮発性記憶装置を作製する場合には、上記の手順を繰り返せばよい。
なお、プラズマCVDによって形成される第1の絶縁層70Aと、スピンコート法によって形成される第2の絶縁層70Bとの界面には、低温アニール等の熱処理により、第2の絶縁層70Bのポリシラザンに含まれる窒素(N)が析出する可能性がある。しかし、この窒素は絶縁性に影響を与えることはなく、絶縁性は十全に確保される。
The
Note that the polysilazane of the second insulating
(本実施形態の効果)
次に、本実施形態の効果について、図8〜図10を参照しつつ説明する。
図8は、本実施形態と対比される比較例(比較例1)に係る不揮発性記憶装置2の製造方法を表す模式工程断面図である。
(Effect of this embodiment)
Next, the effect of this embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a schematic process cross-sectional view showing a method for manufacturing the
比較例1では、気相成長法のみを用いて素子間絶縁層を形成する。
まず、図4(a)及び図4(b)に関して前述した工程を実施する(図8(a))。これにより、X軸方向に素子分離領域80が形成される。次に、図8(b)に表したように、素子分離領域80を形成する表面に、プラズマCVDのみを用いて絶縁層100を形成する。ここで、図4(c)に関して前述したように、素子分離領域80及びその近傍に溝90が形成されるが、プラズマCVDは、溝90の開口部90aが絶縁層100によって閉塞されるまで行う。これにより、X軸方向の素子間絶縁層が形成される。
In Comparative Example 1, the inter-element insulating layer is formed using only the vapor phase growth method.
First, the steps described above with reference to FIGS. 4A and 4B are performed (FIG. 8A). Thereby, the
その後、図示しないが、図5(a)〜図6(b)に関して前述した工程を実施し、さらにその後、Y軸方向の素子分離領域80に、X軸方向と同様にプラズマCVDのみを用いて絶縁層100を形成する。プラズマCVDは、開口部90aが絶縁層100によって閉塞されるまで行う。これにより、Y軸方向の素子間絶縁層が形成される。
Thereafter, although not shown, the steps described above with reference to FIGS. 5A to 6B are performed, and thereafter, only the plasma CVD is used in the
この場合、前述したように、プラズマCVDによる絶縁層100は開口部90aに比較的多く堆積すると考えられる。このため、図8(b)に表したように、素子分離領域80に空隙(ボイド)94が生じる可能性がある。特に、素子分離領域80のアスペクト比が高い場合(例えば、アスペクト比が10程度以上の場合)には、空隙94が生じやすいと考えられる。この結果、素子分離領域80の絶縁性を十全に確保することが困難となる。
In this case, as described above, it is considered that a relatively large amount of the insulating
これに対し、本実施形態によれば、素子分離領域80は第1の絶縁層70Aと第2の絶縁層70Bとによって閉塞され、これにより素子分離領域80の絶縁性は十全に確保される。
On the other hand, according to the present embodiment, the
次に、別の比較例(比較例2)と対比しつつ説明する。
図9は、比較例2に係る不揮発性記憶装置2の製造方法を表す模式工程断面図である。
Next, it demonstrates, contrasting with another comparative example (comparative example 2).
FIG. 9 is a schematic process cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the
比較例2では、比較例1に係る問題、すなわち、素子分離領域80に空隙94が生じるという問題を解消するために、エッチングを行うものである。
まず、図9(a)に表したように、比較例1と同様に、X軸方向の素子分離領域80にプラズマCVDのみを用いて絶縁層100Aを形成する。プラズマCVDは、開口部90aが絶縁層100Aによって閉塞されるまで行う。この結果、比較例1に関して前述したように、素子分離領域80に空隙94Aが生じる可能性がある。
In Comparative Example 2, etching is performed to solve the problem related to Comparative Example 1, that is, the problem that the
First, as shown in FIG. 9A, as in Comparative Example 1, the insulating
次に、図9(b)に表したように、素子分離領域80にエッチングを行う。エッチングは、空隙94Aが開口するまで行う。これにより、溝90が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 9B, the
次に、図9(c)に表したように、絶縁層100Aの表面に、再度プラズマCVDのみを用いて絶縁層100Bを形成する。プラズマCVDは、開口部90aが絶縁層100Bによって閉塞されるまで行う。この結果、素子分離領域80に空隙94Bが生じる可能性がある。ただし、空隙94Bの大きさは、図9(a)に関して前述した工程において発生する空隙94Aより小さくなる。その後、同様の手順を繰り返して、素子分離領域80を絶縁層100A、100B、100C等からなる絶縁層100で閉塞する。これにより、X軸方向の素子間絶縁層が形成される。
Next, as shown in FIG. 9C, the insulating
その後、図示しないが、図5(a)〜図6(b)に関して前述した工程を実施し、さらにその後、Y軸方向の素子分離領域80に、X軸方向と同様の手順で絶縁層100A、100B、100C等を形成し、素子分離領域80を絶縁層100で閉塞する。これにより、Y軸方向の素子間絶縁層が形成される。
Thereafter, although not shown, the steps described above with reference to FIGS. 5A to 6B are performed, and then the insulating
このように、比較例2では、X軸方向及びY軸方向のそれぞれにおいて、プラズマCVD及びエッチングをそれぞれ複数回行うことになる。このため、工程費用が比較的高くなる。
これに対し、本実施形態によれば、X軸方向及びY軸方向のそれぞれにおいて、気相成長法及び塗布法をそれぞれ1回行うだけでよい。このため、工程費用は比較的低い。
As described above, in Comparative Example 2, plasma CVD and etching are performed a plurality of times in each of the X-axis direction and the Y-axis direction. For this reason, process cost becomes comparatively high.
On the other hand, according to this embodiment, the vapor phase growth method and the coating method need only be performed once in each of the X-axis direction and the Y-axis direction. For this reason, process costs are relatively low.
次に、さらに別の比較例(比較例3)と対比しつつ説明する。
図10は、比較例3に係る不揮発性記憶装置2の製造方法を表す模式工程断面図である。
Next, description will be made while comparing with still another comparative example (Comparative Example 3).
FIG. 10 is a schematic process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the
比較例3では、塗布法のみを用いて素子間絶縁層を形成する。
まず、図4(a)及び図4(b)に関して前述した工程を実施する(図10(a))。これにより、X軸方向に素子分離領域80が形成される。次に、図10(b)に表したように、素子分離領域80に、スピンコート法のみを用いて絶縁層104を形成する。これにより、X軸方向の素子間絶縁層が形成される。
In Comparative Example 3, the inter-element insulating layer is formed using only the coating method.
First, the steps described above with reference to FIGS. 4A and 4B are performed (FIG. 10A). Thereby, the
その後、図示しないが、図5(a)〜図6(b)に関して前述した工程を実施し、さらにその後、Y軸方向の素子分離領域80に、X軸方向と同様にスピンコート法のみを用いて絶縁層104を形成する。これにより、Y軸方向の素子間絶縁層が形成される。
Thereafter, although not shown in the drawing, the steps described above with reference to FIGS. 5A to 6B are performed, and thereafter, only the spin coat method is used for the
ここで、スピンコート法によって形成される絶縁層は、プラズマCVDによって形成される絶縁層と異なり、例えば炭素などの不純物を比較的多く含む。このため、記録部40や整流素子30の側面を含むセル側壁に、比較的不純物の多い塗布層が形成される。この結果、不純物が記録部40等に拡散し、動作特性の劣化を招来するおそれがある。
Here, unlike an insulating layer formed by plasma CVD, an insulating layer formed by spin coating includes a relatively large amount of impurities such as carbon. Therefore, a coating layer having a relatively large amount of impurities is formed on the cell sidewall including the side surfaces of the
これに対し、本実施形態によれば、セル側壁には、プラズマCVDによって形成される不純物の少ない高品質な第1の絶縁層70Aが形成される。このため、良好な動作特性が確保される。
On the other hand, according to the present embodiment, the high-quality first insulating
なお、本実施形態で用いるプラズマCVD、ALD等の気相成長法やスピンコート法等の塗布法は、室温等の比較的低温で実施することができる。このため、本実施形態によれば、熱による素子の劣化が抑制され、良好な動作特性が確保される。 Note that a vapor deposition method such as plasma CVD or ALD or a coating method such as spin coating used in this embodiment can be performed at a relatively low temperature such as room temperature. For this reason, according to the present embodiment, deterioration of the element due to heat is suppressed, and good operating characteristics are ensured.
以上説明したように、本実施形態によれば、高アスペクト比を有する素子分離領域80(特に、メモリセル部の側壁近傍)に、高品質な素子間絶縁層70Aを導入することができる。これにより、スイッチング特性の劣化やばらつきを抑制することができる。また、素子間絶縁層70の形成加工が比較的容易である。さらに、比較的低温で素子間絶縁層70を形成することができるため、熱による素子の劣化を抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, the high-quality inter-element insulating
すなわち、本実施形態によれば、良好な動作特性を有するとともに加工が容易な不揮発性記憶装置及びその製造方法が提供される。 That is, according to the present embodiment, a non-volatile memory device having good operating characteristics and easy to process and a method for manufacturing the same are provided.
(製造方法例2)
次に、不揮発性記憶装置2の製造方法の他の例(製造方法例2)について、図11及び図12を参照しつつ説明する。
製造方法例2は、製造方法例1と基本的に同じであるが、第1の絶縁層70Aを形成する工程と、第2の絶縁層70Bを形成する工程との間に、加工体の主面を平坦化する工程をさらに備えている。
(Production Method Example 2)
Next, another example (manufacturing method example 2) of the method for manufacturing the
Manufacturing method example 2 is basically the same as manufacturing method example 1, except that the main body of the workpiece is between the step of forming first insulating
以下、具体的な製造方法について説明する。
図11及び図12は、製造方法例2を表す模式工程断面図である。本製造方法例では、製造方法例1と同様に、周辺回路を作製した後の配線形成工程において、図2に関して前述したクロスポイント型の不揮発性記憶装置2を作製する。また、ストッパー層52は、第2の配線50(ワード線)と同じ材料からなり、第2の配線54が形成される。
Hereinafter, a specific manufacturing method will be described.
11 and 12 are schematic process cross-sectional views showing Manufacturing Method Example 2. FIG. In the present manufacturing method example, similarly to the manufacturing method example 1, the cross-point type
まず、図11(a)に表したように、基板10の上に、第1の配線20(ビット線)、バリア層32、整流素子30、電極層42、記録層44、電極層46、ストッパー層52、及びエッチングマスク60の層を、下からこの順番で形成する。形成方法としては、例えばスパッタリングや熱CVD、プラズマCVDが挙げられる。それぞれの材料等は、製造方法例1に関して前述した通りである。
First, as shown in FIG. 11A, the first wiring 20 (bit line), the
次に、図11(b)に表したように、加工体にX軸方向のエッチング加工を行う。エッチングは、基板10と第1の配線20との界面深さまで行う。この結果、素子分離領域80が形成される。
Next, as shown in FIG. 11B, the processed body is etched in the X-axis direction. The etching is performed up to the interface depth between the
次に、図11(c)に表したように、素子分離領域80を形成する表面に、例えばプラズマCVDを用いて第1の絶縁層70Aを形成する。原料ガスとしては、例えばSiO2が挙げられる。これにより、記録部40や整流素子30の側面を含むセル側壁に、不純物の少ない高品質な絶縁層が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 11C, the first insulating
ここで、図4(c)に関して前述したように、素子分離領域80及びその近傍に溝90が形成されるが、プラズマCVDは、溝90の開口部90aが第1の絶縁層70Aによって閉塞されるまで行う。これにより、工程管理が容易になる。すなわち、製造方法例1においては、図4(c)に関して前述した工程において、プラズマCVDは開口部90aが第1の絶縁層70Aによって閉塞される前に停止するところ、本製造方法例ではかかる工程停止時期の制限がない。このため、工程停止時期は、比較的広い範囲から選択することができる。
Here, as described above with reference to FIG. 4C, the
これにより、比較例1と同様に(図8(b))、素子分離領域80に空隙94が生じる可能性がある。
ここで、空隙94を適切な形状に形成するため、プラズマCVDによる堆積の異方性を高める、すなわち、原料ガスが素子分離領域80の底面等の主面上に比較的多く堆積するようにすることができる。これにより、開口部90aは比較的遅い段階で第1の絶縁層70Aによって閉塞され、空隙94の上端(Z軸正側端)は、比較的上方(Z軸正側)に位置すると考えられる。異方性を高めるには、例えば、バイアス電力やガス圧力などの工程条件を変えてプラズマ雰囲気中のイオンの比率を高めることができる。
Thereby, the
Here, in order to form the
空隙94の幅(空隙幅L2)は、塗布剤通過幅を有してもよく、後述するディッシングの効果により、有さなくてもよい。塗布剤通過幅を有する場合、空隙幅L2が塗布剤通過幅である部分のZ軸上の位置は、ストッパー層52やエッチングマスク60などの比較的上方(Z軸正側)に存在してよく、あるいはこれより下方(Z軸負側)に存在してもよい。
The width of the gap 94 (gap width L2) may have a coating agent passage width, or may not be present due to the effect of dishing described later. In the case of having a coating agent passage width, the position on the Z axis where the gap width L2 is the coating agent passage width may exist relatively above (the Z axis positive side) such as the
次に、図12(a)に表したように、加工体上面を、例えばCMPを用いて平坦化する。平坦化は、空隙94が開口し、溝90が形成されるまで行う。具体的には、Z軸方向において、ストッパー層52内の位置であって、開口部幅L1が塗布剤通過幅(例えば、5nm程度以上)となる位置まで行う。
Next, as illustrated in FIG. 12A, the upper surface of the processed body is planarized using, for example, CMP. The planarization is performed until the
ここで、溝90が形成された後のCMPにおいては、開口部90aの部分がより多く研磨される可能性がある。本明細書において、この現象を「ディッシング」と呼ぶこととする。このため、平坦化された面(加工体上面)が、空隙幅L2が塗布剤通過幅である部分のZ軸上の位置に達する前に、すなわち、この位置よりも上方(Z軸正側)に位置する時に、開口部幅L1が塗布剤通過幅に達し得ると考えられる。あるいは、空隙幅L2が塗布剤通過幅を有さない場合であっても、ディッシングにより、塗布剤通過幅を有する開口部幅L1を持つ溝90が形成される場合があると考えられる。
Here, in the CMP after the
なお、平坦化を行うことにより、溝90のアスペクト比が小さくなり、後の塗布工程において第2の絶縁層70Bが容易に形成され得る。
その後、CMPで使用した薬液を、洗浄により除去する。
Note that by performing planarization, the aspect ratio of the
Thereafter, the chemical solution used in CMP is removed by cleaning.
次に、図12(b)に表したように、第1の絶縁層70Aの表面に、例えばスピンコート法を用いて第2の絶縁層70Bを形成する。塗布剤としては、例えばポリシラザンが挙げられる。この結果、溝90には塗布剤が充填され、素子分離領域80は第1の絶縁層70Aと第2の絶縁層70Bとによって閉塞される。これにより、X軸方向の素子間絶縁層70が形成される。
Next, as shown in FIG. 12B, the second insulating
次に、図12(c)に表したように、加工体上面を、例えばCMPを用いて平坦化する。平坦化は、ストッパー層52が露出するように行う。これにより、X軸方向の加工が完了する。
Next, as illustrated in FIG. 12C, the upper surface of the processed body is planarized using, for example, CMP. The planarization is performed so that the
その後、図示しないが、図5(a)〜図6(b)に関して前述した工程を実施し、さらにその後、Y軸方向の加工を上記X軸方向の加工と同様に行う。その後、必要に応じ、塗布法によって形成された第2の絶縁層70Bの質を改善するため、例えば400℃以下の低温アニール等の熱処理を行う。
Thereafter, although not shown, the steps described above with reference to FIGS. 5A to 6B are performed, and then the processing in the Y-axis direction is performed similarly to the processing in the X-axis direction. Thereafter, in order to improve the quality of the second insulating
以上の工程により、不揮発性記憶装置2が作製される。多層型不揮発性記憶装置を作製する場合には、上記の手順を繰り返せばよい。
なお、製造方法例1と同様に、第1の絶縁層70Aと第2の絶縁層70Bとの界面には、窒素が析出する可能性があるが、これにより絶縁性が損なわれることはない。
The
As in Manufacturing Method Example 1, nitrogen may be deposited at the interface between the first insulating
本製造方法例でも、製造方法例1と同じ効果が得られる。すなわち、高アスペクト比を有する素子分離領域80(特に、メモリセル部の側壁近傍)に高品質な素子間絶縁層70Aを導入することにより、スイッチング特性の劣化やばらつきが抑制される。また、素子間絶縁層70の形成加工が比較的容易である。さらに、比較的低温で素子間絶縁層70を形成することができるため、熱による素子の劣化を抑制することができる。すなわち、良好な動作特性を有するとともに加工が容易な不揮発性記憶装置及びその製造方法が提供される。
Even in this manufacturing method example, the same effects as in manufacturing method example 1 can be obtained. That is, by introducing the high-quality inter-element insulating
(製造方法例3)
次に、不揮発性記憶装置2の製造方法の他の例(製造方法例3)について、図13を参照しつつ説明する。
製造方法例3は、製造方法例1と基本的に同じであるが、第1の絶縁層70Aを形成する工程と、第2の絶縁層70Bを形成する工程との間に、素子分離領域80にエッチングを行う工程をさらに備えている。すなわち、製造方法例2で導入された平坦化工程の代わりに、エッチング工程を導入するものである。
(Production Method Example 3)
Next, another example (manufacturing method example 3) of the method for manufacturing the
Manufacturing method example 3 is basically the same as manufacturing method example 1, but between the step of forming first insulating
以下、具体的な製造方法について説明する。
図13は、製造方法例3を表す模式工程断面図である。
図13(a)に表したように、製造方法例2に係る図11(a)〜(c)に関して前述した要領で、第1の絶縁層70Aを形成する。この結果、素子分離領域80に空隙94が形成される。
Hereinafter, a specific manufacturing method will be described.
FIG. 13 is a schematic process cross-sectional view illustrating Manufacturing Method Example 3.
As illustrated in FIG. 13A, the first insulating
次に、図13(b)に表したように、素子分離領域80にエッチングを行う。エッチングは、空隙94が開口し、溝90が形成されるまで行う。具体的には、Z軸方向において、ストッパー層52内の位置であって、開口部幅L1が塗布剤通過幅(例えば、5nm程度以上)となる位置まで行う。
Next, as illustrated in FIG. 13B, the
エッチングは、RIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)、CDE(Chemical Dry Etching:化学ドライエッチング)等のドライエッチングや、ウェットエッチングを用いることができる。ドライエッチングの場合、エッチング方向に異方性があるため、セル側壁部のエッチングを抑え、開口部90a近傍のみをエッチングすることができる。一方ウェットエッチングは、工程費用が比較的低いという利点がある。
For the etching, dry etching such as RIE (Reactive Ion Etching), CDE (Chemical Dry Etching), or wet etching can be used. In the case of dry etching, since there is anisotropy in the etching direction, it is possible to suppress the etching of the cell side wall and etch only the vicinity of the
次に、図13(c)に表したように、第1の絶縁層70Aの表面に、例えばスピンコート法を用いて第2の絶縁層70Bを形成する。塗布剤としては、例えばポリシラザンが挙げられる。この結果、溝90には塗布剤が充填され、素子分離領域80は第1の絶縁層70Aと第2の絶縁層70Bとによって閉塞される。これにより、素子間絶縁層70が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 13C, the second insulating
その後、図示しないが、図5(a)〜図6(b)に関して前述した工程を実施し、さらにその後、Y軸方向の加工を上記X軸方向の加工と同様に行う。その後、必要に応じ、塗布法によって形成された第2の絶縁層70Bの質を改善するため、例えば400℃以下の低温アニール等の熱処理を行う。
Thereafter, although not shown, the steps described above with reference to FIGS. 5A to 6B are performed, and then the processing in the Y-axis direction is performed similarly to the processing in the X-axis direction. Thereafter, in order to improve the quality of the second insulating
以上の工程により、不揮発性記憶装置2が作製される。多層型不揮発性記憶装置を作製する場合には、上記の手順を繰り返せばよい。
なお、製造方法例1と同様に、第1の絶縁層70Aと第2の絶縁層70Bとの界面には、窒素が析出する可能性があるが、これにより絶縁性が損なわれることはない。
The
As in Manufacturing Method Example 1, nitrogen may be deposited at the interface between the first insulating
本製造方法例でも、製造方法例1と同じ効果が得られる。すなわち、高アスペクト比を有する素子分離領域80(特に、メモリセル部の側壁近傍)に高品質な素子間絶縁層70Aを導入することにより、スイッチング特性の劣化やばらつきが抑制される。また、素子間絶縁層70の形成加工が比較的容易である。さらに、比較的低温で素子間絶縁層70を形成することができるため、熱による素子の劣化を抑制することができる。すなわち、良好な動作特性を有するとともに加工が容易な不揮発性記憶装置及びその製造方法が提供される。
Even in this manufacturing method example, the same effects as in manufacturing method example 1 can be obtained. That is, by introducing the high-quality inter-element insulating
なお、上記では、気相成長法にプラズマCVDを、塗布法にスピンコート法を用いた場合を中心に説明したが、これら以外の気相成長法及び塗布法を用いてもよい。 In the above description, the case where the plasma CVD is used as the vapor deposition method and the spin coating method is used as the coating method has been mainly described. However, other vapor deposition methods and coating methods may be used.
(応用例)
以下、本実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法の応用例について説明する。
本実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造方法を、プローブメモリに適用した場合及びフラッシュメモリに適用した場合について説明する。
(Application examples)
Hereinafter, application examples of the method for manufacturing the nonvolatile memory device according to the present embodiment will be described.
A case where the method for manufacturing a nonvolatile memory device according to the present embodiment is applied to a probe memory and a case where it is applied to a flash memory will be described.
(プローブメモリ)
まず、プローブメモリに適用した場合について説明する。
図14及び図15は、本実施形態に係るプローブメモリを表す模式図である。
XYスキャナー160上には、図1〜図3に関して前述した記録部が設けられた記録媒体が配置される。この記録媒体に対向する形で、プローブアレイが配置される。
(Probe memory)
First, a case where it is applied to a probe memory will be described.
14 and 15 are schematic views showing the probe memory according to the present embodiment.
On the
プローブアレイは、基板230と、基板230の一面側にアレイ状に配置される複数のプローブ(ヘッド)240と、を有する。複数のプローブ240の各々は、例えば、カンチレバーから構成され、マルチプレクスドライバ250,260により駆動される。
複数のプローブ240は、それぞれ、基板230内のマイクロアクチュエータを用いて個別に動作可能であるが、ここでは、全てをまとめて同じ動作をさせて記録媒体のデータエリアに対するアクセスを行う例を説明する。
The probe array includes a
Each of the plurality of
まず、マルチプレクスドライバ250,260を用いて、全てのプローブ240をX方向に一定周期で往復動作させ、記録媒体のサーボエリアからY方向の位置情報を読み出す。Y方向の位置情報は、ドライバ150に転送される。
ドライバ150は、この位置情報に基づいてXYスキャナー160を駆動し、記録媒体をY方向に移動させ、記録媒体とプローブとの位置決めを行う。
両者の位置決めが完了したら、データエリア上のプローブ240の全てに対して、同時、かつ、連続的に、データの読み出しまたは書き込みを行う。
First, using the
The
When the positioning of both is completed, data reading or writing is performed simultaneously and continuously on all the
データの読み出し及び書き込みは、プローブ240がX方向に往復動作していることから連続的に行われる。また、データの読み出し及び書き込みは、記録媒体のY方向の位置を順次変えることにより、データエリアに対して、一行ずつ、実施される。
なお、記録媒体をX方向に一定周期で往復運動させて記録媒体から位置情報を読み出し、プローブ240をY方向に移動させるようにしてもよい。
Data reading and writing are continuously performed because the
Note that the recording medium may be reciprocated in the X direction at a constant period to read position information from the recording medium, and the
記録媒体は、例えば、基板200と、基板200上の電極層210と、電極層210上の記録層220とから構成される。
記録層220は、複数のデータエリア、並びに、複数のデータエリアのX方向の両端にそれぞれ配置されるサーボエリアを有する。複数のデータエリアは、記録層220の主要部を占める。
The recording medium includes, for example, a
The
サーボエリア内には、サーボバースト信号が記録される。サーボバースト信号は、データエリア内のY方向の位置情報を示している。
記録層220内には、これらの情報の他に、さらに、アドレスデータが記録されるアドレスエリア及び同期をとるためのプリアンブルエリアが配置される。
データ及びサーボバースト信号は、記録ビット(電気抵抗変動)として記録層220に記録される。記録ビットの“1”,“0”情報は、記録層220の電気抵抗を検出することにより読み出す。
A servo burst signal is recorded in the servo area. The servo burst signal indicates position information in the Y direction within the data area.
In addition to these pieces of information, an address area in which address data is recorded and a preamble area for synchronization are arranged in the
The data and servo burst signal are recorded on the
本例では、1つのデータエリアに対応して1つのプローブ(ヘッド)が設けられ、1つのサーボエリアに対して1つのプローブが設けられる。
データエリアは、複数のトラックから構成される。アドレスエリアから読み出されるアドレス信号によりデータエリアのトラックが特定される。また、サーボエリアから読み出されるサーボバースト信号は、プローブ240をトラックの中心に移動させ、記録ビットの読み取り誤差をなくすためのものである。
ここで、X方向をダウントラック方向、Y方向をトラック方向に対応させることにより、HDDのヘッド位置制御技術を利用することが可能になる。
In this example, one probe (head) is provided corresponding to one data area, and one probe is provided for one servo area.
The data area is composed of a plurality of tracks. A track in the data area is specified by an address signal read from the address area. The servo burst signal read from the servo area is used to move the
Here, by making the X direction correspond to the down-track direction and the Y direction correspond to the track direction, it becomes possible to use the head position control technology of the HDD.
次に、このプローブメモリの記録/再生動作について説明する。
図16は、記録(セット動作)時の状態を説明するための概念図である。
記録媒体は、基板(例えば、半導体チップ)200の上に一様に設けられた電極層210と、電極層210の上に設けられた複数のセル状の記録層220及び電極層130と、複数のセルの間に設けられた素子間絶縁層700と、電極層130及び素子間絶縁層700の上に設けられたコンタクト電極層130Cと、コンタクト電極層130Cの上に設けられた保護層130Bとから構成されるものとする。保護層130Bは、例えば、薄い絶縁体から構成される。
Next, the recording / reproducing operation of the probe memory will be described.
FIG. 16 is a conceptual diagram for explaining a state during recording (set operation).
The recording medium includes an
記録動作は、記録層220表面に電圧を印加し、記録層220に電位勾配を発生させることにより行う。具体的には、電流/電圧パルスを記録層220に与えればよい。
再生に関しては、電流パルスを記録層220に流し、記録層220の抵抗値を検出することにより行う。ただし、電流パルスは、記録層220を構成する材料が抵抗変化を起こさない程度の微小な値とする。
The recording operation is performed by applying a voltage to the surface of the
Reproduction is performed by passing a current pulse through the
例えば、センスアンプS/Aにより発生した読み出し電流(電流パルス)をプローブ240から記録層220に流し、センスアンプS/Aにより記録層220の抵抗値を測定する。
なお、再生では、記録媒体上をプローブ240により走査(スキャン)することで、連続再生が可能となる。
For example, a read current (current pulse) generated by the sense amplifier S / A is passed from the
In reproduction, continuous reproduction is possible by scanning the recording medium with the
消去(リセット)動作に関しては、記録層220を大電流パルスによりジュール加熱して、記録層220の抵抗状態を元に戻せばよい。あるいは、セット動作時とは逆向きの電位差を与えるパルスを印加してもよい。
消去動作は、セルごとに行うことができ、複数のセルをまとめて行うこともできる。
Regarding the erasing (reset) operation, the
The erasing operation can be performed for each cell, and a plurality of cells can be performed together.
ここで、素子間絶縁層700は、本実施形態に係る製造方法を用いて作製する。これにより、前述した効果が得られる。すなわち、高アスペクト比を有する素子分離領域(特に、メモリセル部の側壁近傍)に高品質な素子間絶縁層700Aを導入することにより、スイッチング特性の劣化やばらつきが抑制される。また、素子間絶縁層700の形成加工が比較的容易である。さらに、比較的低温で素子間絶縁層700を形成することができるため、熱による素子の劣化を抑制することができる。すなわち、良好な動作特性を有するとともに加工が容易な不揮発性記憶装置及びその製造方法が提供される。
Here, the inter-element
(フラッシュメモリ)
上記では、クロスポイント型の抵抗変化型または相変化型の不揮発性記憶装置を取り上げて説明したが、本実施形態の適用対象は、かかる装置に限られない。本実施形態は、素子間を電気的に絶縁することが求められる任意の記憶装置に適用することができる。以下、本実施形態をフラッシュメモリに適用した場合について説明する。
図17は、本実施形態に係るフラッシュメモリのメモリセルを表す模式断面図である。
(Flash memory)
In the above description, the cross-point type resistance change type or phase change type nonvolatile memory device has been described. However, the application target of the present embodiment is not limited to such a device. The present embodiment can be applied to any storage device that is required to electrically insulate elements. Hereinafter, a case where the present embodiment is applied to a flash memory will be described.
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a memory cell of the flash memory according to the present embodiment.
フラッシュメモリのメモリセルは、MIS(metal-insulator-semiconductor)トランジスタから構成される。
半導体基板410の表面領域には、拡散層420が形成される。拡散層420の間のチャネル領域上には、ゲート絶縁層430が形成される。ゲート絶縁層430上には、図1〜図3に関して前述した記録部440(記録層(RRAM:Resistive RAM)及び上下電極層)が形成される。記録部440上には、コントロールゲート電極450が形成される。
The memory cell of the flash memory is composed of a MIS (metal-insulator-semiconductor) transistor.
A
半導体基板410は、ウェル領域でもよく、また、半導体基板410と拡散層420とは、互いに逆の導電型を有する。コントロールゲート電極450は、ワード線となり、例えば、導電性ポリシリコンから構成される。各セル間には、図示しない素子間絶縁層が設けられている。
The
図17を参照しつつ、その基本動作について説明する。
セット(書き込み)動作は、コントロールゲート電極450に電位V1を与え、半導体基板410に電位V2を与えることにより実行する。
電位V1,V2の差は、記録部440が相変化または抵抗変化するのに十分な大きさであることが必要であるが、その向きについては、特に、限定されない。
すなわち、V1>V2及びV1<V2のいずれでもよい。
例えば、初期状態(リセット状態)において、記録部440が絶縁体(抵抗大)であると仮定すると、実質的にゲート絶縁層430が厚くなったことになるため、メモリセル(MISトランジスタ)の閾値は、高くなる。
The basic operation will be described with reference to FIG.
The set (write) operation is performed by applying the potential V1 to the
The difference between the potentials V1 and V2 needs to be large enough for the
That is, either V1> V2 or V1 <V2 may be used.
For example, assuming that the
この状態から電位V1,V2を与えて記録部440を導電体(抵抗小)に変化させると、実質的にゲート絶縁層430が薄くなったことになるため、メモリセル(MISトランジスタ)の閾値は、低くなる。
なお、電位V2は、半導体基板410に与えたが、これに代えて、メモリセルのチャネル領域に拡散層420から電位V2を転送するようにしてもよい。
When the
Note that the potential V2 is applied to the
リセット(消去)動作は、コントロールゲート電極450に電位V1’を与え、拡散層420の一方に電位V3を与え、拡散層420の他方に電位V4(<V3)を与えることにより実行する。
電位V1’は、セット状態のメモリセルの閾値を越える値にする。
この時、メモリセルは、オンになり、電子が拡散層420の他方から一方に向かって流れると共に、ホットエレクトロンが発生する。このホットエレクトロンは、ゲート絶縁層430を介して記録部440に注入されるため、記録部440の温度が上昇する。
The reset (erase) operation is performed by applying the potential V1 ′ to the
The potential V1 ′ is set to a value exceeding the threshold value of the memory cell in the set state.
At this time, the memory cell is turned on, electrons flow from the other side of the
これにより、記録部440は、導電体(抵抗小)から絶縁体(抵抗大)に変化するため、実質的にゲート絶縁層430が厚くなったことになり、メモリセル(MISトランジスタ)の閾値は、高くなる。
As a result, since the
(NAND型フラッシュメモリ)
図18は、NANDセルユニットの回路図である。
また、図19は、本実施形態に係るNANDセルユニットの構造を表す模式図である。
(NAND flash memory)
FIG. 18 is a circuit diagram of the NAND cell unit.
FIG. 19 is a schematic diagram showing the structure of the NAND cell unit according to this embodiment.
P型半導体基板410a内には、N型ウェル領域410b及びP型ウェル領域410cが形成される。P型ウェル領域410c内に、NANDセルユニットが形成される。各セル間には、素子間絶縁層700が設けられている。
NANDセルユニットは、直列接続される複数のメモリセルMCからなるNANDストリングと、その両端に1つずつ接続される合計2つのセレクトゲートトランジスタSTとから構成される。
An N-
The NAND cell unit is composed of a NAND string composed of a plurality of memory cells MC connected in series, and a total of two select gate transistors ST connected to the both ends one by one.
メモリセルMC及びセレクトゲートトランジスタSTは、同じ構造を有する。具体的には、これらは、N型拡散層420と、N型拡散層420の間のチャネル領域上のゲート絶縁層430と、ゲート絶縁層430上の記録部440(記録層(RRAM)及び上下電極層)と、記録部440上のコントロールゲート電極450と、から構成される。
The memory cell MC and the select gate transistor ST have the same structure. Specifically, these include an N-
メモリセルMCの記録部440の状態(絶縁体/導電体)は、上述した基本動作により変化させることが可能である。これに対し、セレクトゲートトランジスタSTの記録部440は、セット状態、すなわち、導電体(抵抗小)に固定される。
セレクトゲートトランジスタSTの1つは、ソース線SLに接続され、他の1つは、ビット線BLに接続される。
The state (insulator / conductor) of the
One of the select gate transistors ST is connected to the source line SL, and the other one is connected to the bit line BL.
セット(書き込み)動作前には、NANDセルユニット内の全てのメモリセルは、リセット状態(抵抗大)になっているものとする。
セット(書き込み)動作は、ソース線SL側のメモリセルMCからビット線BL側のメモリセルに向かって1つずつ順番に行われる。
選択されたワード線(コントロールゲート電極)WLに書き込み電位としてV1(プラス電位)を与え、非選択のワード線WLに転送電位(メモリセルMCがオンになる電位)としてVpassを与える。
It is assumed that all memory cells in the NAND cell unit are in a reset state (resistance is large) before the set (write) operation.
The set (write) operation is sequentially performed one by one from the memory cell MC on the source line SL side to the memory cell on the bit line BL side.
V1 (plus potential) is applied to the selected word line (control gate electrode) WL as a write potential, and Vpass is applied to the unselected word line WL as a transfer potential (a potential at which the memory cell MC is turned on).
ソース線SL側のセレクトゲートトランジスタSTをオフ、ビット線BL側のセレクトゲートトランジスタSTをオンにし、ビット線BLから選択されたメモリセルMCのチャネル領域にプログラムデータを転送する。
例えば、プログラムデータが“1”のときは、選択されたメモリセルMCのチャネル領域に書き込み禁止電位(例えば、V1と同じ程度の電位)を転送し、選択されたメモリセルMCの記録部440の抵抗値が高い状態から低い状態に変化しないようにする。
また、プログラムデータが“0”のときは、選択されたメモリセルMCのチャネル領域にV2(<V1)を転送し、選択されたメモリセルMCの記録部440の抵抗値を高い状態から低い状態に変化させる。
The select gate transistor ST on the source line SL side is turned off, the select gate transistor ST on the bit line BL side is turned on, and program data is transferred from the bit line BL to the channel region of the selected memory cell MC.
For example, when the program data is “1”, a write inhibit potential (for example, the same potential as V1) is transferred to the channel region of the selected memory cell MC, and the
When the program data is “0”, V2 (<V1) is transferred to the channel region of the selected memory cell MC, and the resistance value of the
リセット(消去)動作では、例えば、全てのワード線(コントロールゲート電極)WLにV1’を与え、NANDセルユニット内の全てのメモリセルMCをオンにする。また、2つのセレクトゲートトランジスタSTをオンにし、ビット線BLにV3を与え、ソース線SLにV4(<V3)を与える。
この時、ホットエレクトロンがNANDセルユニット内の全てのメモリセルMCの記録部440に注入されるため、NANDセルユニット内の全てのメモリセルMCに対して一括してリセット動作が実行される。
In the reset (erase) operation, for example, V1 ′ is applied to all the word lines (control gate electrodes) WL, and all the memory cells MC in the NAND cell unit are turned on. Further, the two select gate transistors ST are turned on, V3 is applied to the bit line BL, and V4 (<V3) is applied to the source line SL.
At this time, since hot electrons are injected into the
読み出し動作は、選択されたワード線(コントロールゲート電極)WLに読み出し電位(プラス電位)を与え、非選択のワード線(コントロールゲート電極)WLには、メモリセルMCがデータ“0”、“1”によらず必ずオンになる電位を与える。
また、2つのセレクトゲートトランジスタSTをオンにし、NANDストリングに読み出し電流を供給する。
選択されたメモリセルMCは、読み出し電位が印加されると、それに記憶されたデータの値に応じてオンまたはオフになるため、例えば、読み出し電流の変化を検出することにより、データを読み出すことができる。
In the read operation, a read potential (plus potential) is applied to the selected word line (control gate electrode) WL, and the memory cell MC receives data “0”, “1” on the unselected word line (control gate electrode) WL. A potential to be turned on without fail is given.
Further, the two select gate transistors ST are turned on to supply a read current to the NAND string.
When the read potential is applied, the selected memory cell MC is turned on or off according to the value of the data stored in the selected memory cell MC. For example, data can be read by detecting a change in the read current. it can.
なお、図19に表した構造では、セレクトゲートトランジスタSTは、メモリセルMCと同じ構造を有しているが、例えば、図20に表したように、セレクトゲートトランジスタSTについては、記録部を形成せずに、通常のMISトランジスタとすることも可能である。 In the structure shown in FIG. 19, the select gate transistor ST has the same structure as the memory cell MC. For example, as shown in FIG. 20, the select gate transistor ST forms a recording portion. Alternatively, a normal MIS transistor can be used.
図21は、NAND型フラッシュメモリの変形例を表す模式図である。
この変形例は、NANDストリングを構成する複数のメモリセルMCのゲート絶縁層がP型半導体層470に置き換えられている構造を有する。
高集積化が進み、メモリセルMCが微細化されると、電圧を与えていない状態で、P型半導体層470は、空乏層で満たされることになる。
FIG. 21 is a schematic diagram showing a modification of the NAND flash memory.
This modification has a structure in which the gate insulating layers of the plurality of memory cells MC constituting the NAND string are replaced with a P-
When the integration is advanced and the memory cell MC is miniaturized, the P-
セット(書き込み)時には、選択されたメモリセルMCのコントロールゲート電極450にプラスの書き込み電位(例えば、3.5V)を与え、かつ、非選択のメモリセルMCのコントロールゲート電極450にプラスの転送電位(例えば、1V)を与える。
この時、NANDストリング内の複数のメモリセルMCのP型ウェル領域410cの表面がP型からN型に反転し、チャネルが形成される。
At the time of setting (writing), a positive write potential (for example, 3.5 V) is applied to the
At this time, the surface of the P-
そこで、上述したように、ビット線BL側のセレクトゲートトランジスタSTをオンにし、ビット線BLから選択されたメモリセルMCのチャネル領域にプログラムデータ“0”を転送すれば、セット動作を行うことができる。 Therefore, as described above, the set operation can be performed by turning on the select gate transistor ST on the bit line BL side and transferring the program data “0” from the bit line BL to the channel region of the selected memory cell MC. it can.
リセット(消去)は、例えば、全てのコントロールゲート電極450にマイナスの消去電位(例えば、−3.5V)を与え、P型ウェル領域410c及びP型半導体層470に接地電位(0V)を与えれば、NANDストリングを構成する全てのメモリセルMCに対して一括して行うことができる。
Reset (erase) is performed, for example, by applying a negative erase potential (for example, −3.5 V) to all the
読み出し時には、選択されたメモリセルMCのコントロールゲート電極450にプラスの読み出し電位(例えば、0.5V)を与え、かつ、非選択のメモリセルMCのコントロールゲート電極450に、メモリセルMCがデータ“0”、“1”によらず必ずオンになる転送電位(例えば、1V)を与える。
At the time of reading, a positive read potential (for example, 0.5 V) is applied to the
ただし、“1”状態のメモリセルMCの閾値電圧Vth”1”は、0V<Vth”1”<0.5Vの範囲内にあるものとし、“0”状態のメモリセルMCの閾値電圧Vth”0”は、0.5V<Vth”0”<1Vの範囲内にあるものとする。
また、2つのセレクトゲートトランジスタSTをオンにし、NANDストリングに読み出し電流を供給する。
このような状態にすれば、選択されたメモリセルMCに記憶されたデータの値に応じてNANDストリングに流れる電流量が変わるため、この変化を検出することにより、データを読み出すことができる。
However, it is assumed that the threshold voltage Vth “1” of the memory cell MC in the “1” state is in the range of 0V <Vth ”1” <0.5V, and the threshold voltage Vth ”of the memory cell MC in the“ 0 ”state. It is assumed that 0 ″ is in the range of 0.5V <Vth ″ 0 ″ <1V.
Further, the two select gate transistors ST are turned on to supply a read current to the NAND string.
In such a state, since the amount of current flowing through the NAND string changes according to the value of the data stored in the selected memory cell MC, data can be read by detecting this change.
なお、この変形例においては、P型半導体層470のホールドープ量がP型ウェル領域410cのそれよりも多く、かつ、P型半導体層470のフェルミレベルがP型ウェル領域410cのそれよりも0.5V程度深くなっていることが望ましい。
これは、コントロールゲート電極450にプラスの電位を与えたときに、N型拡散層420間のP型ウェル領域410cの表面部分からP型からN型への反転が開始し、チャネルが形成されるようにするためである。
In this modification, the hole doping amount of the P-
This is because when a positive potential is applied to the
このようにすることで、例えば、書き込み時には、非選択のメモリセルMCのチャネルは、P型ウェル領域410cとP型半導体層470の界面のみに形成され、読み出し時には、NANDストリング内の複数のメモリセルMCのチャネルは、P型ウェル領域410cとP型半導体層470の界面のみに形成される。
つまり、メモリセルMCの記録部440が導電体(セット状態)であっても、拡散層420とコントロールゲート電極450とが短絡することはない。
Thus, for example, at the time of writing, the channel of the non-selected memory cell MC is formed only at the interface between the P-
That is, even if the
(NOR型フラッシュメモリ)
図22は、NORセルユニットの回路図である。
また、図23は、本実施形態に係るNORセルユニットの構造を表す模式図である。
(NOR flash memory)
FIG. 22 is a circuit diagram of the NOR cell unit.
FIG. 23 is a schematic diagram showing the structure of the NOR cell unit according to this embodiment.
P型半導体基板410a内には、N型ウェル領域410b及びP型ウェル領域410cが形成されている。P型ウェル領域410c内に、NORセルが形成されている。各セル間には、素子間絶縁層700が設けられている。
NORセルは、ビット線BLとソース線SLとの間に接続される1つのメモリセル(MISトランジスタ)MCから構成される。
An N-
The NOR cell is composed of one memory cell (MIS transistor) MC connected between the bit line BL and the source line SL.
メモリセルMCは、N型拡散層420と、N型拡散層420の間のチャネル領域上のゲート絶縁層430と、ゲート絶縁層430上の記録部440(記録層(RRAM)及び上下電極層)と、記録部440上のコントロールゲート電極450と、から構成される。メモリセルMCの記録部440の状態(絶縁体/導電体)は、上述の基本動作により変化させることが可能である。
The memory cell MC includes an N-
(2トランジスタ型フラッシュメモリ)
図24は、2トランジスタ型セルユニットの回路図である。
また、図25は、本実施形態に係る2トラセルユニットの構造を表す模式図である。
(2-transistor flash memory)
FIG. 24 is a circuit diagram of a two-transistor cell unit.
FIG. 25 is a schematic diagram showing the structure of the two tracell unit according to the present embodiment.
2トランジスタ型セルユニットは、NANDセルユニットの特徴とNORセルの特徴とを併せ持った新たなセル構造として最近開発されたものである。
P型半導体基板410a内には、N型ウェル領域410b及びP型ウェル領域410cが形成される。P型ウェル領域410c内に、2トランジスタ型セルユニットが形成される。各セル間には、素子間絶縁層700が設けられている。
The two-transistor cell unit has been recently developed as a new cell structure that combines the characteristics of a NAND cell unit and the characteristics of a NOR cell.
An N-
2トランジスタ型セルユニットは、直列接続される1つのメモリセルMCと1つのセレクトゲートトランジスタSTとから構成される。
メモリセルMC及びセレクトゲートトランジスタSTは、同じ構造を有する。具体的には、これらは、N型拡散層420と、N型拡散層420の間のチャネル領域上のゲート絶縁層430と、ゲート絶縁層430上の記録部(記録層(RRAM)及び上下電極層)と、記録部440上のコントロールゲート電極450と、から構成される。
メモリセルMCの記録部440の状態(絶縁体/導電体)は、上述の基本動作により変化させることが可能である。これに対し、セレクトゲートトランジスタSTの記録部440は、セット状態、すなわち、導電体(抵抗小)に固定される。
The two-transistor type cell unit includes one memory cell MC and one select gate transistor ST connected in series.
The memory cell MC and the select gate transistor ST have the same structure. Specifically, these include an N-
The state (insulator / conductor) of the
セレクトゲートトランジスタSTは、ソース線SLに接続され、メモリセルMCは、ビット線BLに接続される。
メモリセルMCの記録部440の状態(絶縁体/導電体)は、上述の基本動作により変化させることが可能である。
図25に表した構造では、セレクトゲートトランジスタSTは、メモリセルMCと同じ構造を有しているが、例えば、図26に表したように、セレクトゲートトランジスタSTについては、記録部を形成せずに、通常のMISトランジスタとすることも可能である。
Select gate transistor ST is connected to source line SL, and memory cell MC is connected to bit line BL.
The state (insulator / conductor) of the
In the structure shown in FIG. 25, the select gate transistor ST has the same structure as the memory cell MC. For example, as shown in FIG. 26, the select gate transistor ST does not form a recording portion. In addition, a normal MIS transistor can be used.
これらフラッシュメモリにおいて、素子間絶縁層700は、本実施形態に係る製造方法を用いて作製する。これにより、前述した効果が得られる。すなわち、高アスペクト比を有する素子分離領域(特に、メモリセル部の側壁近傍)に高品質な素子間絶縁層700Aを導入することにより、スイッチング特性の劣化やばらつきが抑制される。また、素子間絶縁層700の形成加工が比較的容易である。さらに、比較的低温で素子間絶縁層700を形成することができるため、熱による素子の劣化を抑制することができる。すなわち、良好な動作特性を有するとともに加工が容易な不揮発性記憶装置及びその製造方法が提供される。
In these flash memories, the inter-element
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. For example, the elements included in each of the specific examples described above and their arrangement, materials, conditions, shapes, sizes, and the like are not limited to those illustrated, but can be changed as appropriate.
Moreover, each element with which each embodiment mentioned above is provided can be combined as long as technically possible, and the combination of these is also included in the scope of the present invention as long as it includes the features of the present invention.
2 不揮発性記憶装置
10 基板
20 第1の配線
32 バリア層
30 整流素子
40 記録部
42 電極層
44 記録層
46 電極層
50 第2の配線
52 ストッパー層、突出部
54 第2の配線
60 エッチングマスク
70 素子間絶縁層
70A 第1の絶縁層
70B 第2の絶縁層
80 素子分離領域
90 溝
90a 開口部
94 空隙
94A 空隙
94B 空隙
100 絶縁層
100A 絶縁層
100B 絶縁層
104 絶縁層
130 電極層
130B 保護層
130C コンタクト電極層
150 ドライバ
160 XYスキャナー
200 基板
210 電極層
220 記録層
230 基板
240 プローブ
250,260 マルチプレクスドライバ
410 半導体基板
410a P型半導体基板
410b N型ウェル領域
410c P型ウェル領域
420 拡散層
420d 拡散層(ドレイン)
420s 拡散層(ソース)
430 ゲート絶縁層
440 記録部
450 コントロールゲート電極
460 セレクトゲート
470 P型半導体層
700 素子間絶縁層
BL ビット線
L1 開口部幅
L2 空隙幅
WL ワード線
2
420s diffusion layer (source)
430
Claims (7)
前記第1の方向と非平行な第2の方向に延在する第2の配線と、
前記第1の配線と前記第2の配線との間に挟持され、前記第1の配線と前記第2の配線とを介して供給される電流により、第1の状態と第2の状態との間を可逆的に遷移可能な記録層と、
を有する不揮発性記憶装置の製造方法であって、
前記第1の配線の層を形成する工程と、
前記第1の配線の層の主面上に前記記録層の層を形成する工程と、
前記記録層の層と前記第1の配線の層を選択的にエッチングして、前記第1の方向に延在する複数の積層体を形成する工程と、
前記複数の積層体の間隙の表面に、気相成長法を用いて第1の絶縁層を形成する工程と、
前記第1の絶縁層の上に、塗布法を用いて第2の絶縁層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする不揮発性記憶装置の製造方法。 A first wiring extending in a first direction;
A second wiring extending in a second direction non-parallel to the first direction;
The first state and the second state are sandwiched between the first wiring and the second wiring, and are supplied via the first wiring and the second wiring. A reversible recording layer,
A method for manufacturing a non-volatile memory device comprising:
Forming a layer of the first wiring;
Forming the recording layer on the main surface of the first wiring layer;
Selectively etching the recording layer and the first wiring layer to form a plurality of stacked bodies extending in the first direction;
Forming a first insulating layer on a surface of a gap between the plurality of stacked bodies using a vapor phase growth method;
Forming a second insulating layer on the first insulating layer using a coating method;
A method for manufacturing a nonvolatile memory device, comprising:
前記第2の絶縁層を形成する工程の後に、前記ストッパー層が露出するまで加工体の主面を平坦化する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 A step of forming a stopper layer made of the same material as the material of the second wiring on the recording layer between the step of forming the recording layer and the step of forming the stacked body. In addition,
6. The method according to claim 1, further comprising a step of flattening a main surface of the workpiece until the stopper layer is exposed after the step of forming the second insulating layer. The manufacturing method of the non-volatile memory device of description.
加工体の主面を平坦化する工程をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の不揮発性記憶装置の製造方法。 Between the step of forming the first insulating layer and the step of forming the second insulating layer,
The method for manufacturing a nonvolatile memory device according to claim 1, further comprising a step of flattening a main surface of the workpiece.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008228026A JP2010062418A (en) | 2008-09-05 | 2008-09-05 | Method of manufacturing nonvolatile storage device |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010062418A true JP2010062418A (en) | 2010-03-18 |
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JP (1) | JP2010062418A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014216646A (en) * | 2013-04-29 | 2014-11-17 | エーエスエムアイピー ホールディング ビー.ブイ. | Method for manufacturing resistive random access memory device |
US9053783B2 (en) | 2011-03-24 | 2015-06-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nonvolatile semiconductor memory device |
-
2008
- 2008-09-05 JP JP2008228026A patent/JP2010062418A/en active Pending
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JP2014216646A (en) * | 2013-04-29 | 2014-11-17 | エーエスエムアイピー ホールディング ビー.ブイ. | Method for manufacturing resistive random access memory device |
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