JP2008072031A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents

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親子 吉田
Hideyuki Noshiro
英之 能代
Takashi Iizuka
隆 飯塚
Kentaro Kinoshita
健太郎 木下
Hiroyuki Aso
広之 阿曽
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor storage device using W that has favorable compatibility with a CMOS process as a material for a resistance variable type memory cell, and to obtain a large capacity nonvolatile semiconductor storage device at low cost utilizing its oxide. <P>SOLUTION: The nonvolatile semiconductor storage device comprises a resistance variable type memory cell having a WO<SB>3</SB>film 3 which is a resistor formed in a W plug 2 and an upper electrode or a lower electrode composed of a W plug. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、抵抗変化型メモリセルを含む不揮発性半導体記憶装置の改良に関する。   The present invention relates to an improvement in a nonvolatile semiconductor memory device including a resistance change type memory cell.

現在、コンピュータをはじめ、電子装置の低コスト化、高性能化が著しい。また、同時に、画像、写真、映像、音楽等の大量のデータを通信・格納する為、ますます大容量のメモリが必要となり、特に、低コストで高密度なSoC(system on chip)メモリが必要とされている。   At present, the cost reduction and performance improvement of electronic devices including computers are remarkable. At the same time, a large amount of memory is required to communicate and store a large amount of data such as images, photos, videos, and music. In particular, a low-cost, high-density SoC (system on chip) memory is required. It is said that.

最近、NiOを用いた抵抗変化型メモリセルを含む不揮発性ReRAM(resistive random access memory)の試作結果が発表されている(例えば、非特許文献1を参照。)。   Recently, a trial result of a non-volatile ReRAM (resistive random access memory) including a resistance change type memory cell using NiO has been announced (for example, see Non-Patent Document 1).

NiOはSiプロセスには馴染み深い材料であって、その材料に抵抗変化が確認されたことで、ポスト・フラッシュ・メモリの有力候補として注目を集めている。また、Cu2 OをCuプラグ端面に形成した素子を試作し、その素子がReRAM動作することも実証されている(例えば、非特許文献2を参照。)。 NiO is a material familiar to the Si process, and its resistance change has been confirmed in the material, and is attracting attention as a promising candidate for post flash memory. It has also been demonstrated that an element in which Cu 2 O is formed on the end face of the Cu plug is prototyped and the element operates as a ReRAM (see, for example, Non-Patent Document 2).

ところで、Cuからなる配線には、エレクトロマイグレーション(electoromigration:EM)やストレスマイグレーション(stress migration:SM)はつきものであり、その原因はCu配線/バリア絶縁膜界面に於けるCuの移動が支配的要因とされている(例えば、非特許文献3を参照。)。   By the way, wiring made of Cu is accompanied by electromigration (EM) and stress migration (SM), which is mainly caused by movement of Cu at the Cu wiring / barrier insulating film interface. (For example, see Non-Patent Document 3).

また、Cu配線の上面をWで被覆し、EMやSMに対する耐性を向上することについて報告されている(例えば、非特許文献3、非特許文献4を参照。)。   In addition, it has been reported that the upper surface of a Cu wiring is covered with W to improve resistance to EM and SM (for example, see Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4).

更にまた、Cu配線表面にCu酸化物が形成されている場合には、その上にバリア絶縁膜を形成するとCu酸化物がCuイオンの生成源となってしまうことが知られ(例えば、非特許文献4を参照。)、それに依れば、Cu表面のCu酸化物はCu配線の経時的絶縁膜破壊(time−dependent dielectric−breakdown:TDDB)寿命を低下させることが明らかになっている。   Furthermore, when Cu oxide is formed on the surface of the Cu wiring, it is known that if a barrier insulating film is formed thereon, the Cu oxide becomes a source of Cu ions (for example, non-patent) According to the literature 4, it has been clarified that Cu oxide on the Cu surface shortens the time-dependent dielectric-breakdown (TDDB) life of the Cu wiring.

このように、Cu配線の表面やCuプラグの端面にCu酸化物を形成することで、Cu配線の信頼性が損なうことが判っている。
I.G.Beak et al.,iEDM Tech.Digest.p587,2004. A.Chen et al.,IEDM Tech.Digest 31.3,2005 斎藤達之他、半導体界面技術第154委員会 第49回研究会資料(H.17.5.11)p7 T.Saito et al.,J.J.A.P. 43 No.5 p2447(2004). I.G.Beak et al.,iEDM Tech.Digest.31.4,2005.
Thus, it has been found that the reliability of the Cu wiring is impaired by forming the Cu oxide on the surface of the Cu wiring or the end face of the Cu plug.
I. G. Beak et al. , IEDM Tech. Digest. p587, 2004. A. Chen et al. , IEDM Tech. Digest 31.3, 2005 Tatsuyuki Saito et al., Semiconductor Interface Technology No. 154 Committee, 49th Workshop Material (H.17.5.11) p7 T.A. Saito et al. , J .; J. et al. A. P. 43 No. 5 p2447 (2004). I. G. Beak et al. , IEDM Tech. Digest. 31.4, 2005.

本発明は、抵抗変化型メモリセルの材料としてCMOSプロセスと親和性が高いWを用い、その酸化物を利用して低コストで大容量の不揮発性半導体記憶装置を実現しようとする。   The present invention intends to realize a low-cost and large-capacity nonvolatile semiconductor memory device using W having high affinity with the CMOS process as a material of the resistance change type memory cell and using its oxide.

前記したように、Cuプラグ部分にCu2 Oからなる抵抗変化型メモリセルを形成することが公知であり、また、Cu配線の表面やCuプラグの端面にCu酸化物を形成した場合、信頼性が低下することも知られている。 As described above, it is known to form a resistance change type memory cell made of Cu 2 O in the Cu plug portion, and when Cu oxide is formed on the surface of the Cu wiring or the end face of the Cu plug, the reliability is improved. Is also known to decrease.

そこで、本発明者等は、Wプラグの端面にWOx を生成させて抵抗変化型メモリセルとすることを想到し、実験を重ねた結果、大変好ましい結果が得られた。 Therefore, the present inventors have conceived that WO x is generated on the end face of the W plug to form a resistance change type memory cell, and as a result of repeated experiments, a very favorable result has been obtained.

現在、WはCMOSに於けるトランジスタのドレインと最下層の配線を接続するプラグとして多用され、また、Cu配線のキャップ層として用いることに依ってCuの拡散を抑止し、EM及びSM寿命を延伸するのに有効である。   At present, W is often used as a plug to connect the drain of the transistor and the lowermost wiring in CMOS, and by using it as a cap layer of Cu wiring, it suppresses the diffusion of Cu and extends the EM and SM life. It is effective to do.

このようなことから、本発明に依る不揮発性半導体記憶装置に於いては、コンタクトプラグ端面に形成されたW酸化物からなる抵抗体、及び、該コンタクトプラグからなる上部電極或いは下部電極を備えて構成された抵抗変化型メモリセルを含んでなることを特徴とする。   For this reason, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention includes a resistor made of W oxide formed on the end face of the contact plug, and an upper electrode or a lower electrode made of the contact plug. It comprises a resistance change type memory cell configured.

前記手段を採ることに依り、Wプラグの端面、或いは、コンタクトプラグの端面にW酸化物からなる抵抗体を設けた抵抗変化素子で抵抗変化型メモリセルを構成しているので、Cuプラグの端面に形成したCu酸化物からなる抵抗体を設けて抵抗変化素子とする従来の技術に依る抵抗変化型メモリセルと比較すると、Cu酸化物に依る配線の信頼性劣化がないことから、信頼性は大きく向上する。   By adopting the above means, since the resistance change type memory cell is configured by the resistance change element provided with the resistor made of W oxide on the end face of the W plug or the end face of the contact plug, the end face of the Cu plug. Compared with the resistance change type memory cell based on the conventional technology in which the resistance element made of Cu oxide is provided to form a resistance change element, the reliability of the wiring is not deteriorated due to the Cu oxide. Greatly improved.

また、コンタクトプラグの端面を利用して抵抗体を形成する他の発明と同様に1ビット当たりのセル面積はコンタクトプラグの端面面積に依って決まるので、大容量のSoCを容易に実現することができる。   In addition, the cell area per bit is determined by the end face area of the contact plug as in the other inventions in which the resistor is formed using the end face of the contact plug, so that a large-capacity SoC can be easily realized. it can.

更に、CMOSの製造プロセスに於いて、Wは馴染みが良い材料である為、本発明に於ける抵抗変化型メモリセルを実現するのに必要な追加プロセスは少なくて済み、安価且つ高密度の不揮発性メモリを容易に実現することができる。   Further, since W is a familiar material in the CMOS manufacturing process, the additional process required to realize the resistance change type memory cell according to the present invention is small, and it is inexpensive and has a high density nonvolatile memory. Can be realized easily.

更にまた、抵抗変化型メモリセルに於ける高抵抗⇒低抵抗へのスイッチには1桁のマイクロ秒オーダー、低抵抗⇒高抵抗へのスイッチには2桁のナノ秒オーダーであって、フラッシュメモリに比較して高速の読み出し及び書き換えが可能である。   Furthermore, in the resistance change type memory cell, the high resistance → low resistance switch is on the order of one digit in microseconds, and the low resistance → high resistance switch is on the order of two digits in nanoseconds. Compared to the above, high-speed reading and rewriting are possible.

本発明に依る不揮発性半導体記憶装置を作製することは簡単であって、例えば、CMOSを作製するプロセス中で容易に実現することができる。   Manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is simple, and can be easily realized, for example, in a process of manufacturing a CMOS.

図1は本発明に依る抵抗変化型メモリセルの1例を表す要部側面説明図であり、図に於いて、1はCMOSに於けるドレイン、2はWからなるプラグ、3はWからなるプラグ2の端面を酸化して生成させたWO3 膜、4は上部電極、5は第1層目配線をそれぞれ示している。 FIG. 1 is a side view for explaining a principal part of an example of a resistance change type memory cell according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a drain in CMOS, 2 is a plug made of W, and 3 is made of W. WO 3 film formed by oxidizing the end face of the plug 2, 4 is an upper electrode, and 5 is a first layer wiring.

図示されているように、現在のCMOSでは、トランジスタに於けるドレイン1と第1層目(最下層)の配線5とを結ぶ際には、Wプラグ2を多用しているので、そのWプラグ2の端面を酸化してWOx 膜3を形成し、そのWOx 膜3上に例えばPt、Au、Ru、TiN、Ti、Al等から選択された材料からなる上部電極(topelectrode:TEL)4を形成することで、W/WOx /TEL構造の抵抗変化型メモリセルを形成する。 As shown in the drawing, in the current CMOS, the W plug 2 is frequently used to connect the drain 1 and the first layer (lowermost layer) wiring 5 in the transistor. oxidizing the second end surfaces to form a WOx film 3, the WO x film 3 on the example Pt, Au, Ru, TiN, Ti, upper electrode made of a material selected from Al, etc. (topelectrode: TEL) 4 a As a result, a resistance change type memory cell having a W / WO x / TEL structure is formed.

実験に依れば、W/WOx /Pt構造の抵抗変化型メモリセルを含む不揮発性半導体記憶装置に関し、セット動作、リセット動作を確実に実行できることが確認されている。 According to experiments, it has been confirmed that a set operation and a reset operation can be reliably performed with respect to a nonvolatile semiconductor memory device including a resistance change type memory cell having a W / WO x / Pt structure.

図2及び図3は本発明に依るW/WOx /Pt構造の抵抗変化型メモリセルのセット及びリセットの動作を説明する為のIV特性を表す線図であり、図2は単極性動作をする場合、図3は両極性動作をする場合をそれぞれ表し、何れの図に於いても、縦軸に電流、横軸にバイアス電圧をそれぞれ採ってある。 2 and 3 are diagrams showing IV characteristics for explaining the operation of setting and resetting a resistance change type memory cell having a W / WO x / Pt structure according to the present invention. FIG. In this case, FIG. 3 shows a case where bipolar operation is performed, and in each figure, the vertical axis represents current and the horizontal axis represents bias voltage.

図2の単極性動作の場合、高抵抗状態に在るメモリセルに印加するバイアス電圧を大きくしていくと、1.5Vを越えたあたりから急に電流が流れ始め、これがセット状態である。単極性動作の場合、制限電流は20mAであり、それ以上に電流が流れないように電流コンプライアンスをかけ、バイアス電圧を3Vまで増加させてから0Vに戻す。この場合、電流は矢印Aで示してあるように低抵抗状態のパスを採る。   In the case of the unipolar operation of FIG. 2, when the bias voltage applied to the memory cell in the high resistance state is increased, a current suddenly starts to flow around 1.5 V, and this is the set state. In the case of unipolar operation, the current limit is 20 mA, current compliance is applied so that no more current flows, the bias voltage is increased to 3V, and then returned to 0V. In this case, the current takes a low resistance state path as indicated by arrow A.

次に、低抵抗状態に在るメモリセルにバイアス電圧を印加していくと、0.5V付近でピークをもち、急に電流が流れない状態となり、これがリセット状態である。   Next, when a bias voltage is applied to the memory cell in the low resistance state, it has a peak near 0.5 V and no current flows suddenly, which is a reset state.

このように、セット動作、リセット動作を繰り返すことで、高抵抗→低抵抗、低抵抗→高抵抗のスイッチングを行なう。   In this way, switching between high resistance → low resistance and low resistance → high resistance is performed by repeating the set operation and the reset operation.

図3の両極動作の場合、高抵抗状態に在るメモリセルに負のバイアス電圧を印加して低抵抗状態へ変化させる。これがセット状態である。   In the case of the bipolar operation in FIG. 3, a negative bias voltage is applied to the memory cell in the high resistance state to change to the low resistance state. This is the set state.

次に、低抵抗状態から高抵抗状態への変化は、低抵抗状態に在るメモリセルに正バイアス電圧を印加していくと、0.6Vを越えたあたりから電流が流れ難い状態となり、高抵抗状態にスイッチングする。これがリセット状態である。   Next, the change from the low resistance state to the high resistance state is such that when a positive bias voltage is applied to the memory cell in the low resistance state, it becomes difficult for current to flow from around 0.6 V. Switch to the resistance state. This is the reset state.

このように、セット動作、リセット動作へのスイッチングは、互いに逆の電圧を印加することで実現することができる。   As described above, switching to the set operation and the reset operation can be realized by applying voltages opposite to each other.

ここで、実験に用いたメモリセルに於けるWOx 膜は、RTA(rapid thermal annealing)法を500℃の酸素雰囲気中で1分間実施することに依ってW表面を酸化することで形成した。 Here, the WO x film in the memory cell used in the experiment was formed by oxidizing the W surface by performing RTA (rapid thermal annealing) in an oxygen atmosphere at 500 ° C. for 1 minute.

W/WOx /TEL構造の抵抗変化型メモリセルをWプラグを利用して作製すれば、高密度の不揮発性半導体記憶装置を低コストで実現可能となり、1 ビットあたりのセル面積は、Wプラグの端面面積に依って決まるので、CMOSの微細化に随伴して大容量化できる。 If a resistance change type memory cell having a W / WO x / TEL structure is manufactured using a W plug, a high-density nonvolatile semiconductor memory device can be realized at low cost, and the cell area per bit is W plug. Therefore, the capacity can be increased in accordance with the miniaturization of the CMOS.

また、この抵抗変化型メモリセルを作製する為の追加プロセスは少ないこと、そして、Re RAMは、フラッシュメモリに比べて高速読み出し及び書き換えが可能なことなど、多くの利点をもっている。   In addition, the additional process for manufacturing the resistance change type memory cell is less, and the Re RAM has many advantages such as high-speed reading and rewriting as compared with the flash memory.

本実施例は、下部電極をWプラグ、Wプラグの端面を酸化して形成したW酸化物を抵抗体、上部電極をPt、Ir、Ru、Ti、TiN、Al、Ta、Wなどから選択した金属で構成する。   In this embodiment, the lower electrode is selected from a W plug, the W oxide formed by oxidizing the end face of the W plug is a resistor, and the upper electrode is selected from Pt, Ir, Ru, Ti, TiN, Al, Ta, W, etc. Composed of metal.

図4乃至図11は実施例1を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図であり、以下、図を参照しつつ説明する。   FIGS. 4 to 11 are side view for explaining the principal part showing the resistance change type memory cell in the process step for explaining the process of manufacturing the embodiment 1, and will be described below with reference to the drawings.

図4参照
(1)
通常の技法を適用してトランジスタが作り込まれたシリコン半導体基板11に於ける例えばドレイン12の表面にサリサイド膜13を形成し、次いで、CVD法を適用することに依り、例えばSiO2 からなる絶縁膜14を堆積する。
(2)
フォトリソグラフィ法、並びに、ドライエッチング法を適用することに依り、ドレイン12上の絶縁膜14にコンタクト用開口15を形成する。
See Fig. 4 (1)
A salicide film 13 is formed on the surface of, for example, the drain 12 in the silicon semiconductor substrate 11 in which a transistor is formed by applying a normal technique, and then an insulating film made of, for example, SiO 2 is formed by applying a CVD method. A film 14 is deposited.
(2)
A contact opening 15 is formed in the insulating film 14 on the drain 12 by applying a photolithography method and a dry etching method.

図5参照
(3)
CVD法を適用することに依り、コンタクト用開口15内を含め全面にW膜を堆積し、次いで、CMP法を適用することに依り、W膜の化学機械研磨を行なってコンタクト用開口15を埋めたW膜のみ残すように平坦化する。この工程を経ることでWプラグ16が形成される。
Refer to FIG. 5 (3)
By applying the CVD method, a W film is deposited on the entire surface including the inside of the contact opening 15, and then by chemical mechanical polishing of the W film to fill the contact opening 15 by applying the CMP method. Planarization is performed so that only the W film remains. The W plug 16 is formed through this process.

図6参照
(4)
酸素雰囲気中でRTA法を適用することに依り、500℃、1分の熱処理酸化を行なってWプラグ16の端面にWOx 、この場合、WO3 膜17を形成する。
Refer to FIG. 6 (4)
By applying the RTA method in an oxygen atmosphere, thermal oxidation is performed at 500 ° C. for 1 minute to form WO x , in this case, a WO 3 film 17 on the end face of the W plug 16.

図7参照
(5)
スパッタリング法を適用することに依り、全面に上部電極用金属膜であるPt膜を形成する。
See FIG. 7 (5)
By applying the sputtering method, a Pt film that is a metal film for the upper electrode is formed on the entire surface.

図8参照
(6)
フォトリソグラフィ法、並びに、ドライエッチング法を適用することに依り、Pt膜のパターニングを行なって上部電極18を形成する。
See FIG. 8 (6)
By applying the photolithography method and the dry etching method, the Pt film is patterned to form the upper electrode 18.

図9参照
(7)
CVD法を適用することに依り、全面にSiO2 からなる層間絶縁膜19を形成する。
Refer to FIG. 9 (7)
By applying the CVD method, an interlayer insulating film 19 made of SiO 2 is formed on the entire surface.

図10参照
(8)
フォトリソグラフィ法、並びに、ドライエッチング法を適用することに依り、層間絶縁膜19のエッチングを行なって、上部電極18の表面を露出する配線溝20を形成する。
Refer to FIG. 10 (8)
By applying a photolithography method and a dry etching method, the interlayer insulating film 19 is etched to form a wiring groove 20 that exposes the surface of the upper electrode 18.

図11参照
(9)
スパッタリング法を適用することに依り、配線溝20内にTaからなるバリア膜21、Cuからなるシード膜(図示せず)を形成し、次いで、めっき法を適用して配線溝20内を埋めるCu膜を形成し、次いで、CMP法を適用してCu膜を平坦化する研磨を行なって第1層目配線22を形成する。
Refer to FIG. 11 (9)
By applying the sputtering method, a barrier film 21 made of Ta and a seed film (not shown) made of Cu are formed in the wiring groove 20, and then Cu is filled in the wiring groove 20 by applying a plating method. A film is formed, and then polishing for planarizing the Cu film by applying a CMP method is performed to form the first layer wiring 22.

実施例1では、トランジスタのドレイン12上に形成したWプラグ16の端面を利用して抵抗変化型メモリセルを形成したが、下層配線と上層配線とを結ぶWプラグを利用することもできる。   In the first embodiment, the resistance change type memory cell is formed by using the end face of the W plug 16 formed on the drain 12 of the transistor. However, a W plug that connects the lower layer wiring and the upper layer wiring can also be used.

本実施例では、下部電極をWプラグ、Wプラグの端面を酸化して形成したW酸化物を抵抗体、上部電極を第1層目配線を形成する為に設けたバリア膜で構成する。従って、メモリセルの層構成としては、Wプラグ/WOx 膜/バリア膜となっている。 In this embodiment, the lower electrode is constituted by a W plug, the W oxide formed by oxidizing the end face of the W plug is a resistor, and the upper electrode is constituted by a barrier film provided for forming a first layer wiring. Therefore, the layer configuration of the memory cell is W plug / WO x film / barrier film.

図12乃至図15は実施例2を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図であり、以下、図を参照しつつ説明する。   FIGS. 12 to 15 are side view for explaining the principal part showing the resistance change type memory cell in the process steps for explaining the process of manufacturing the embodiment 2. Hereinafter, the process will be described with reference to the drawings.

図12及び図13参照
(1)
本実施例では、Wプラグ16の端面を酸化してWO3 膜17を形成する工程までは、実施例1と同じであるが、その直後、実施例1に於けるような上部電極用金属膜を設けることなく、CVD法を適用することに依り、全面にSiO2 からなる層間絶縁膜19を形成する。
See FIGS. 12 and 13 (1)
In the present embodiment, the process up to the step of forming the WO 3 film 17 by oxidizing the end face of the W plug 16 is the same as that in the first embodiment, but immediately thereafter, the metal film for the upper electrode as in the first embodiment. The interlayer insulating film 19 made of SiO 2 is formed on the entire surface by applying the CVD method without providing the film.

図14参照
(2)
フォトリソグラフィ法、並びに、ドライエッチング法を適用することに依り、層間絶縁膜19のエッチングを行なって、WO3 膜17の表面を露出する配線溝20を形成する。
See FIG. 14 (2)
By applying the photolithography method and the dry etching method, the interlayer insulating film 19 is etched to form the wiring trench 20 that exposes the surface of the WO 3 film 17.

図15参照
(3)
スパッタリング法を適用することに依り、配線溝20内にTaからなるバリア膜21、Cuからなるシード膜(図示せず)を形成し、次いで、めっき法を適用して配線溝20内を埋めるCu膜を形成し、次いで、CMP法を適用してCu膜を平坦化する研磨を行なって第1層目配線22を形成する。尚、バリア膜21の材料には、Taの他にTaN、TiN、Tiなどを用いることができ、また、配線22の材料には、Cuの他にAlを用いても良い。
Refer to FIG. 15 (3)
By applying the sputtering method, a barrier film 21 made of Ta and a seed film (not shown) made of Cu are formed in the wiring groove 20, and then Cu is filled in the wiring groove 20 by applying a plating method. A film is formed, and then polishing for planarizing the Cu film by applying a CMP method is performed to form the first layer wiring 22. In addition to Ta, TaN, TiN, Ti, or the like can be used as the material of the barrier film 21, and Al can be used as the material of the wiring 22 in addition to Cu.

実施例2では、トランジスタのドレイン12上に形成したWプラグ16の端面を利用して抵抗変化型メモリセルを形成したが、実施例1と同様、下層配線と上層配線とを結ぶWプラグを利用することもできる。   In the second embodiment, the resistance change type memory cell is formed by using the end face of the W plug 16 formed on the drain 12 of the transistor. However, as in the first embodiment, the W plug connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring is used. You can also

本実施例は、下部電極をWプラグ、Wプラグの端面を酸化して形成したW酸化物を抵抗体、上部電極を第1層目配線で構成する。従って、メモリセルの層構成としては、Wプラグ/WOx 膜/Cu配線となっている。 In this embodiment, the lower electrode is composed of a W plug, the W oxide formed by oxidizing the end face of the W plug is a resistor, and the upper electrode is composed of a first layer wiring. Therefore, the layer configuration of the memory cell is W plug / WO x film / Cu wiring.

図16乃至図19は実施例3を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図であり、以下、図を参照しつつ説明する。   FIGS. 16 to 19 are side view for explaining the principal part showing the resistance change type memory cell in the process steps for explaining the process of manufacturing the embodiment 3, and will be described below with reference to the drawings.

図16及び図17参照
(1)
本実施例では、層間絶縁膜19に配線溝20を形成し、配線溝20内にバリア膜21を形成する工程までは実施例1と同じであり、その後、レジストプロセス及びドライエッチング法を適用することに依り、配線溝20の底面に在るバリア膜21をエッチングすることでWO3 膜17を表出させる。
See FIG. 16 and FIG. 17 (1)
In this embodiment, the process up to the step of forming the wiring groove 20 in the interlayer insulating film 19 and forming the barrier film 21 in the wiring groove 20 is the same as that of the first embodiment, and then the resist process and the dry etching method are applied. Therefore, the WO 3 film 17 is exposed by etching the barrier film 21 on the bottom surface of the wiring groove 20.

図18参照
(2)
スパッタリング法を適用することに依り、WO3 膜17上を含む配線溝20内にCuからなるシード膜(図示せず)を形成し、次いで、めっき法を適用して配線溝20内を埋めるCu膜を形成する。尚、このCu膜はWO3 膜17と直接コンタクトしていることは云うまでもない。
See FIG. 18 (2)
By applying the sputtering method, a seed film (not shown) made of Cu is formed in the wiring trench 20 including the WO 3 film 17, and then the plating trench is applied to fill the wiring trench 20. A film is formed. Needless to say, this Cu film is in direct contact with the WO 3 film 17.

図19参照
(3)
CMP法を適用してCu膜を平坦化する研磨を行なって第1層目配線22を形成する。
尚、配線22の材料には、Cuの他にAlを用いても良い。
See FIG. 19 (3)
Polishing for flattening the Cu film by applying the CMP method is performed to form the first layer wiring 22.
Note that Al may be used as the material for the wiring 22 in addition to Cu.

実施例3では、トランジスタのドレイン12上に形成したWプラグ16の端面を利用して抵抗変化型メモリセルを形成したが、実施例1と同様、下層配線と上層配線とを結ぶWプラグを利用することもできる。   In the third embodiment, the resistance change type memory cell is formed using the end face of the W plug 16 formed on the drain 12 of the transistor. However, as in the first embodiment, the W plug connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring is used. You can also

本実施例は、下部電極をドレイン12の表面に形成したサリサイド膜13、抵抗変化膜をサリサイド膜13上に形成したWO3 膜、上部電極をWプラグ16で構成する。従って、メモリセルの層構成としては、サリサイド(WSi2 )膜/WOx 膜/Wプラグとなっている。 In this embodiment, a salicide film 13 in which a lower electrode is formed on the surface of the drain 12, a WO 3 film in which a resistance change film is formed on the salicide film 13, and a W plug 16 are formed in the upper electrode. Therefore, the layer structure of the memory cell is salicide (WSi 2 ) film / WO x film / W plug.

図20乃至図25は実施例4を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図であり、以下、図を参照しつつ説明する。   20 to 25 are side view for explaining the principal part showing the resistance change type memory cell in the process steps for explaining the process of manufacturing the embodiment 4, and will be described below with reference to the drawings.

図20及び図21参照
(1)
CVD法を適用することに依り、トランジスタのドレイン12の表面を覆うW膜を形成し、次いで、Ar雰囲気中に於いてRTA法を適用し、400℃、1分の条件でアニールを行なってサリサイド膜13を生成する。
See FIGS. 20 and 21 (1).
By applying the CVD method, a W film that covers the surface of the drain 12 of the transistor is formed, and then the RTA method is applied in an Ar atmosphere, and annealing is performed at 400 ° C. for 1 minute to salicide. A film 13 is produced.

図22参照
(2)
CVD法を適用することに依り、サリサイド膜13を含む全面にSiO2 からなる絶縁膜14を形成し、次いで、フォトリソグラフィ法、並びに、ドライエッチング法を適用することに依り、ドレイン12上の絶縁膜14にコンタクト用開口15を形成し、次いで、CVD法を適用することに依り、厚さ約30nmのW膜を形成する。
See FIG. 22 (2)
By applying the CVD method, the insulating film 14 made of SiO 2 is formed on the entire surface including the salicide film 13, and then, by applying the photolithography method and the dry etching method, the insulating film on the drain 12 is insulated. A contact opening 15 is formed in the film 14, and then a W film having a thickness of about 30 nm is formed by applying a CVD method.

図23参照
(3)
ドライエッチング法を適用することに依り、W膜のエッチバックを行い不要なW膜、即ち、絶縁膜14上のW膜を除去する。
See FIG. 23 (3)
By applying the dry etching method, the W film is etched back, and the unnecessary W film, that is, the W film on the insulating film 14 is removed.

図24参照
(4)
2 雰囲気中に於いてRTA法を適用し、500℃、1分の条件でアニールを行い、コンタクト用開口15の底に在るW膜を酸化してWO3 膜17を生成する。
See FIG. 24 (4)
An RTA method is applied in an O 2 atmosphere, annealing is performed at 500 ° C. for 1 minute, and the W film at the bottom of the contact opening 15 is oxidized to generate the WO 3 film 17.

図25参照
(5)
CVD法を適用することに依り、コンタクト用開口15内を含め全面にW膜を堆積し、次いで、CMP法を適用することに依り、W膜の研磨を行なって、コンタクト用開口15を埋めたW膜のみ残すように平坦化し、Wプラグ16を形成する。
See FIG. 25 (5)
By applying the CVD method, a W film is deposited on the entire surface including the inside of the contact opening 15, and then, by applying the CMP method, the W film is polished to fill the contact opening 15. Planarization is performed so that only the W film remains, and a W plug 16 is formed.

実施例4では、下部電極としてWSi2 からなるサリサイド膜13を形成したが、その材料は、WSi2 の他にTiSi2 、NiSi、CoSiなどのシリサイドを用いることができる。 In the fourth embodiment, the salicide film 13 made of WSi 2 is formed as the lower electrode, but the material can be silicide such as TiSi 2 , NiSi, CoSi in addition to WSi 2 .

本実施例では、下部電極としてCuプラグを用い、抵抗変化層としてCuプラグ表面に形成したW酸化物、上部電極として上位配線のバリア膜を用いる。従って、メモリセルの層構成としては、Cuプラグ/WOx 膜/バリア膜となっている。 In this embodiment, a Cu plug is used as the lower electrode, a W oxide formed on the surface of the Cu plug as the variable resistance layer, and a barrier film of the upper wiring as the upper electrode. Therefore, the layer structure of the memory cell is Cu plug / WO x film / barrier film.

図26乃至図29は実施例5を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図であり、以下、図を参照しつつ説明する。   FIG. 26 to FIG. 29 are side view for explaining the principal part showing the resistance change type memory cell in the process steps for explaining the process for fabricating the embodiment 5, and will be described below with reference to the drawings.

図26参照
(1)
第1層目配線22が形成した後、SiN或いはSiCからなるCu拡散防止膜23を形成し、次いで、CVD法を適用することに依り、SiO2 からなる絶縁膜24を形成し、次いで、フォトリソグラフィ法、及び、ドライエッチング法を適用することに依り、第1層目配線22上の絶縁膜24をエッチングして導電プラグ用開口を形成し、次いで、スパッタリング法を適用することに依り、Ta或いはTaNからなるバリアメタル膜、Cuシード膜を被着させ、次いで、めっき法を適用することに依り、Cuシード膜上にCu膜を形成し、CMP法を適用することに依り、Cu膜の平坦化を行ってCuプラグ25を形成し、次いで、CVD法を適用することに依り、Cuプラグ25の端面のみにW膜を選択成長させる。
See FIG. 26 (1)
After the first layer wiring 22 is formed, a Cu diffusion prevention film 23 made of SiN or SiC is formed, and then an insulating film 24 made of SiO 2 is formed by applying a CVD method, By applying the lithography method and the dry etching method, the insulating film 24 on the first layer wiring 22 is etched to form the opening for the conductive plug, and then by applying the sputtering method, Ta Alternatively, a barrier metal film made of TaN and a Cu seed film are deposited, and then a Cu film is formed on the Cu seed film by applying a plating method, and a Cu film is applied by applying a CMP method. The Cu plug 25 is formed by planarization, and then a W film is selectively grown only on the end face of the Cu plug 25 by applying a CVD method.

図27参照
(2) RTA法を適用することに依り、O2 雰囲気中で500℃、1分の条件に依り、W膜を酸化してWO3 膜26を生成させる。
(2) By applying the RTA method, the W film is oxidized to form the WO 3 film 26 under the condition of 500 ° C. for 1 minute in the O 2 atmosphere.

図28参照
(3)
CVD法を適用することに依り、全面にSiO2 からなる絶縁膜27を形成し、次いで、フォトリソグラフィ法、及び、ドライエッチング法を適用することに依り、絶縁膜27のエッチングを行なって、WO3 膜26の端面を表出させる配線溝28を形成する。
See FIG. 28 (3)
The insulating film 27 made of SiO 2 is formed on the entire surface by applying the CVD method, and then the insulating film 27 is etched by applying the photolithography method and the dry etching method to obtain the WO 3 A wiring groove 28 for exposing the end face of the film 26 is formed.

図29参照
(4)
スパッタリング法を適用することに依り、配線溝28内にTaからなるバリア膜29、Cuからなるシード膜(図示せず)を形成し、次いで、めっき法を適用して配線溝28内を埋めるCu膜を形成し、次いで、CMP法を適用してCu膜を平坦化する研磨を行なって第2層目配線30を形成する。
See FIG. 29 (4)
By applying the sputtering method, a barrier film 29 made of Ta and a seed film (not shown) made of Cu are formed in the wiring groove 28, and then Cu is filled in the wiring groove 28 by applying a plating method. A second layer wiring 30 is formed by forming a film and then performing polishing for planarizing the Cu film by applying a CMP method.

本実施例では、バリア膜29としてTaを用いているが、この他にTaN、Ti、TiNを用いることができ、また、配線30としてCuを用いているが、この他にAlを用いても良い。   In this embodiment, Ta is used as the barrier film 29. However, TaN, Ti, and TiN can be used in addition to this, and Cu is used as the wiring 30. Alternatively, Al can be used. good.

本実施例では、下部電極としてCuプラグを用い、抵抗変化層としてCuプラグ表面に形成したW酸化物、上部電極として上位配線を用いる。従って、メモリセルの層構成としては、Cuプラグ/WOx 膜/上位配線(Cu)となっている。 In this embodiment, a Cu plug is used as the lower electrode, a W oxide formed on the surface of the Cu plug as the variable resistance layer, and an upper wiring as the upper electrode. Therefore, the layer configuration of the memory cell is Cu plug / WO x film / upper wiring (Cu).

図30乃至図32は実施例6を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図であり、以下、図を参照しつつ説明する。   30 to 32 are side view for explaining the principal part showing the resistance change type memory cell in the process steps for explaining the process of manufacturing the embodiment 6, and will be described below with reference to the drawings.

図30参照
(1)
第1層目配線22の形成、SiN層23の形成、絶縁膜24の形成、Cuプラグ25の形成、WO3 膜26の形成、絶縁膜27の形成、配線溝28の形成、バリア膜29の形成までのプロセスは、実施例5と全く同じであるから説明を省略し、その次の工程から説明することにする。
See FIG. 30 (1)
Formation of first layer wiring 22, formation of SiN layer 23, formation of insulating film 24, formation of Cu plug 25, formation of WO 3 film 26, formation of insulating film 27, formation of wiring groove 28, formation of barrier film 29 Since the process up to the formation is exactly the same as that of the embodiment 5, the description thereof is omitted, and the subsequent process will be described.

図31及び図32参照
(2)
レジストプロセス及びドライエッチング法を適用することに依り、配線溝20の底面に在るTaからなるバリア膜29をエッチングすることでWO3 膜26を表出させる。
See FIG. 31 and FIG. 32 (2)
By applying the resist process and the dry etching method, the WO 3 film 26 is exposed by etching the barrier film 29 made of Ta on the bottom surface of the wiring groove 20.

(3)
スパッタリング法を適用することに依り、WO3 膜26上を含む配線溝20内にCuからなるシード膜(図示せず)を形成し、次いで、めっき法を適用して配線溝20内を埋めるCu膜を形成する。尚、このCu膜はWO3 膜26と直接コンタクトしていることは云うまでもない。
(3)
By applying the sputtering method, a seed film (not shown) made of Cu is formed in the wiring trench 20 including the WO 3 film 26, and then the plating trench is applied to fill the wiring trench 20 A film is formed. Needless to say, this Cu film is in direct contact with the WO 3 film 26.

(4)
CMP法を適用してCu膜を平坦化する研磨を行なって第2層目配線30を形成する。
尚、配線30の材料には、Cuの他にAlを用いても良い。
(4)
Polishing for flattening the Cu film by applying the CMP method is performed to form the second layer wiring 30.
Note that the wiring 30 may be made of Al in addition to Cu.

本実施例ではバリア層29としてはTaを用いたが、その他にTaN、Ti、TiNをを用いても良い。   In the present embodiment, Ta is used as the barrier layer 29, but TaN, Ti, or TiN may be used in addition.

前記した各実施例の説明は、主として、メモリセル単体の製造プロセスを明らかにするものであったが、次に、メモリセルを集積化した半導体記憶装置及びその動作について説明する。   The description of each of the above embodiments has mainly clarified the manufacturing process of a single memory cell. Next, a semiconductor memory device in which memory cells are integrated and its operation will be described.

図33は1トランジスタ・1抵抗変化素子からなる抵抗変化型メモリセルを集積化して構成した半導体記憶装置を表す要部切断側面図であり、図に於いて、31はワード線に接続するゲートで代表されるセル選択トランジスタ、32はソース、33はドレイン、34はプラグ端面に形成した抵抗体で代表される抵抗変化素子、WLはワード線、BLはビット線、GNDは接地をそれぞれ示している。   FIG. 33 is a cutaway side view of a principal part showing a semiconductor memory device constructed by integrating resistance change type memory cells composed of one transistor and one resistance change element. In the figure, 31 is a gate connected to a word line. A representative cell selection transistor, 32 is a source, 33 is a drain, 34 is a resistance change element represented by a resistor formed on the plug end face, WL is a word line, BL is a bit line, and GND is ground. .

図34は図33に示した半導体記憶装置に於けるメモリセル近傍を表す等化回路図であり、図33に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。   FIG. 34 is an equalization circuit diagram showing the vicinity of the memory cell in the semiconductor memory device shown in FIG. 33. The parts indicated by the same symbols as those used in FIG. 33 represent the same or equivalent parts. Shall.

図に於いて、抵抗変化素子34は、一端がビット線BL1に接続され、他端がセル選択トランジスタ31のドレイン33に接続されている。セル選択トランジスタ31のソース32は接地線GL1に接続され、ゲートはワード線WL1に接続されている。   In the drawing, one end of the resistance change element 34 is connected to the bit line BL 1, and the other end is connected to the drain 33 of the cell selection transistor 31. The source 32 of the cell selection transistor 31 is connected to the ground line GL1, and the gate is connected to the word line WL1.

図35は図34について説明したメモリセルをアレー状に並べた半導体記憶装置を表す等化回路図であり、列方向に並ぶ複数のワード線WL1、WL2、WL3 ・・・・が列方向に並ぶ複数のメモリセルに共通する信号線として配置されている。また、行方向に並ぶ複数のビット線BL1、BL2、BL3、BL4・・・・が行方向に並ぶメモリセルに共通の信号線として配置されている。   35 is an equivalent circuit diagram showing a semiconductor memory device in which the memory cells described with reference to FIG. 34 are arranged in an array, and a plurality of word lines WL1, WL2, WL3,... Arranged in the column direction are arranged in the column direction. It is arranged as a signal line common to a plurality of memory cells. In addition, a plurality of bit lines BL1, BL2, BL3, BL4,... Arranged in the row direction are arranged as signal lines common to the memory cells arranged in the row direction.

図35に点線で囲ったメモリセルを例にして、高抵抗状態から低抵抗状態への書き換え動作、即ち、セットを行なう場合について説明する。   A memory cell surrounded by a dotted line in FIG. 35 will be described as an example, and a rewriting operation from a high resistance state to a low resistance state, that is, a case of performing setting will be described.

図36はメモリセルの動作について説明する為の印加電圧(横軸)対電流(縦軸)を表す線図であり、図中、セットについては実線で、リセットについては破線で示した特性となる。   FIG. 36 is a diagram showing applied voltage (horizontal axis) vs. current (vertical axis) for explaining the operation of the memory cell. In the figure, the set indicates a solid line, and the reset indicates a characteristic indicated by a broken line. .

ここで、抵抗変化素子34の高抵抗状態に於ける抵抗値をRH、低抵抗状態に於ける抵抗値をRLとする。   Here, the resistance value of the variable resistance element 34 in the high resistance state is RH, and the resistance value in the low resistance state is RL.

選択メモリセルに接続されたビット線選択トランジスタ35をオンにし、選択ビット線BL1にバイアス電圧を印加する。ビット線選択トランジスタ35に於けるチャネルの抵抗が、RHに比較して十分小さく、RLに比較して無視できない程度の抵抗RL’と成るようにトランジスタ35のゲート電圧を調整する。   The bit line selection transistor 35 connected to the selected memory cell is turned on, and a bias voltage is applied to the selected bit line BL1. The gate voltage of the transistor 35 is adjusted so that the resistance of the channel in the bit line selection transistor 35 is sufficiently small compared to RH and becomes a resistance RL ′ that is not negligible compared to RL.

これと同時に抵抗変化素子34に接続されたセル選択トランジスタ31のゲートに接続されているワード線WL1に電圧を印加し、セル選択トランジスタ31のチャネル抵抗が低抵抗状態の抵抗変化素子34の抵抗RLに比較して無視できる程度の小さな値となるようなにする。   At the same time, a voltage is applied to the word line WL1 connected to the gate of the cell selection transistor 31 connected to the resistance change element 34, and the resistance RL of the resistance change element 34 in which the channel resistance of the cell selection transistor 31 is in the low resistance state. The value should be negligibly small compared to.

選択ビット線BL1に印加するバイアス電圧の絶対値は、セットに要する電圧の絶対値と同じかやや大きい程度とし、抵抗変化素子34が図36に示した特性をもつ場合、約2Vである。   The absolute value of the bias voltage applied to the selected bit line BL1 is about the same as or slightly larger than the absolute value of the voltage required for setting, and is about 2 V when the variable resistance element 34 has the characteristics shown in FIG.

選択メモリセルに接続された接地線GL1を0Vにすることで、ビット線BL1のバイアス電圧からビット線選択トランジスタ35、セル選択トランジスタ31、抵抗変化素子34を経由する接地電位への電流経路が形成され、バイアス電圧は抵抗変化素子34の抵抗とビット線選択トランジスタ35のチャネル抵抗の比に応じて、抵抗変化素子34とビット線選択トランジスタ35のチャネル抵抗に配分される。   By setting the ground line GL1 connected to the selected memory cell to 0V, a current path from the bias voltage of the bit line BL1 to the ground potential via the bit line selection transistor 35, the cell selection transistor 31, and the resistance change element 34 is formed. The bias voltage is distributed to the channel resistances of the resistance change element 34 and the bit line selection transistor 35 according to the ratio between the resistance of the resistance change element 34 and the channel resistance of the bit line selection transistor 35.

RHは、RL’及びセル選択トランジスタ31のチャネル抵抗に比較して十分大きいため、バイアス電圧はほぼ全て抵抗変化素子34に配分され、抵抗変化素子34は低抵抗状態の抵抗RLに書き換えられる。   Since RH is sufficiently larger than RL ′ and the channel resistance of the cell selection transistor 31, almost all of the bias voltage is distributed to the resistance change element 34, and the resistance change element 34 is rewritten to the resistance RL in the low resistance state.

抵抗変化素子34が低抵抗RLにセットされた場合、抵抗変化素子34とビット線選択トランジスタ31のチャネル抵抗に配分される電圧比はRL:RL’になるので、例えばRL’=2RLに設定しておけば、抵抗変化素子34にはバイアス電圧の1/3が配分される。   When the resistance change element 34 is set to the low resistance RL, the voltage ratio allocated to the channel resistance of the resistance change element 34 and the bit line selection transistor 31 is RL: RL ′, so that, for example, RL ′ = 2RL is set. In this case, 1/3 of the bias voltage is distributed to the resistance change element 34.

RL’はビット線選択トランジスタ31の性能上、可能な範囲内で任意の値に設定できるため、抵抗変化素子34に加わる電圧、即ち、抵抗変化素子31に流れる電流をビット線選択トランジスタ31のゲート電圧によって任意の値に設定し、続いてバイアス電圧を0Vに戻せば、電流制限値に対応した低抵抗状態への書き込みが完了する。   Since RL ′ can be set to an arbitrary value within the possible range in terms of the performance of the bit line selection transistor 31, the voltage applied to the resistance change element 34, that is, the current flowing through the resistance change element 31 is changed to the gate of the bit line selection transistor 31. If the bias voltage is set to an arbitrary value depending on the voltage and then the bias voltage is returned to 0 V, the writing to the low resistance state corresponding to the current limit value is completed.

次に、低抵抗から高抵抗への書き込み(リセット)について説明する。リセット書き込みで注意すべき点は、低抵抗状態にある抵抗変化素子31に対してリセットに必要とされる以上の電圧を印加しなければならないため、セル選択トランジスタ31とビット線選択トランジスタ35とのチャネル抵抗が、両方とも抵抗変化素子31に於ける低抵抗の値RLに比較して十分小さくなるようにゲート電圧を調整する。   Next, writing (reset) from low resistance to high resistance will be described. A point to be noted in reset writing is that a voltage higher than that required for resetting must be applied to the variable resistance element 31 in the low resistance state, so that the cell selection transistor 31 and the bit line selection transistor 35 are not connected. The gate voltage is adjusted so that both channel resistances are sufficiently smaller than the low resistance value RL in the resistance change element 31.

また、抵抗変化素子2が高抵抗RHに切り換わった瞬間、ほぼ全バイアス電圧が抵抗変化素子34に配分されるため、バイアス電圧はセットに要する電圧よりも小さくなければならない。因に、素子特性が図36に見られる場合では1V程度である。   In addition, almost all the bias voltage is distributed to the resistance change element 34 at the moment when the resistance change element 2 is switched to the high resistance RH. Therefore, the bias voltage must be smaller than the voltage required for setting. Incidentally, when the element characteristic is seen in FIG. 36, it is about 1V.

リセット過程では、セル選択トランジスタ31、及び、ビット線選択トランジスタ35のチャネル抵抗が、両方とも抵抗変化素子34の低抵抗の値RLに比較して十分小さくなるようにゲート電圧を調整し、ビット線BL1に印加するバイアス電圧はリセット電圧以上であってセット電圧未満に設定する。その後、バイアス電圧を0Vに戻せばリセットが完了する。   In the reset process, the gate voltage is adjusted so that the channel resistances of the cell selection transistor 31 and the bit line selection transistor 35 are sufficiently smaller than the low resistance value RL of the resistance change element 34, and the bit line is adjusted. The bias voltage applied to BL1 is set to be equal to or higher than the reset voltage and lower than the set voltage. Thereafter, the reset is completed by returning the bias voltage to 0V.

実施例7として説明した半導体記憶装置について、多くの改変を実現できることは云うまでもなく、次に、その若干を例示して説明する。   Needless to say, the semiconductor memory device described as the seventh embodiment can be modified in many ways.

図37は1トランジスタ・1抵抗変化素子からなる抵抗変化型メモリセルを集積化して構成した半導体記憶装置を表す要部切断側面図であり、図33に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。   FIG. 37 is a cutaway side view of a principal part showing a semiconductor memory device constructed by integrating resistance change type memory cells comprising one transistor and one resistance change element, and is indicated by the same symbol as that used in FIG. The parts shall represent the same or equivalent parts.

本実施例が実施例7と相違する点は、抵抗体で代表される抵抗変化素子34をトランジスタのドレイン33とコンタクトプラグとの間に作製したことである。   The difference between the present embodiment and the seventh embodiment is that a variable resistance element 34 represented by a resistor is formed between the drain 33 of the transistor and the contact plug.

図38は1トランジスタ・1抵抗変化素子からなる抵抗変化型メモリセルを集積化して構成した半導体記憶装置を表す要部切断側面図であり、図33に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。   FIG. 38 is a cutaway side view of a principal part showing a semiconductor memory device constructed by integrating resistance change type memory cells each composed of one transistor and one resistance change element, and is indicated by the same symbol as that used in FIG. The parts shall represent the same or equivalent parts.

本実施例は、多層配線間を結ぶコンタクトプラグの端面に抵抗体で代表される抵抗変化素子34を形成した例である。   In this embodiment, a resistance change element 34 typified by a resistor is formed on the end face of a contact plug connecting multilayer wirings.

本発明に於いては、前記説明した実施の形態を含め、多くの形態で実施することができるので、以下、それを付記として例示する。   Since the present invention can be implemented in many forms including the above-described embodiment, it will be exemplified as an additional note hereinafter.

(付記1)
コンタクトプラグ内に形成されたW酸化物からなる抵抗体、及び、該コンタクトプラグからなる上部電極或いは下部電極を備えて構成された抵抗変化型メモリセル
を含んでなることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
(Appendix 1)
A non-volatile semiconductor comprising: a resistance body made of W oxide formed in a contact plug; and a resistance change type memory cell comprising an upper electrode or a lower electrode made of the contact plug. Storage device.

(付記2)
(付記1)記載の抵抗変化型メモリセルに於ける抵抗体がWプラグの端面に形成されたW酸化物、下部電極がWプラグ、上部電極が上層配線のバリアメタルであること
を特徴とする(付記1)記載の不揮発性半導体記憶装置。
(Appendix 2)
In the resistance change type memory cell according to (Appendix 1), the resistor is a W oxide formed on an end face of a W plug, the lower electrode is a W plug, and the upper electrode is a barrier metal of an upper layer wiring. The nonvolatile semiconductor memory device according to (Appendix 1).

(付記3)
上部電極が上層配線であること
を特徴とする(付記1)記載の不揮発性半導体記憶装置。
(Appendix 3)
The nonvolatile semiconductor memory device according to (Appendix 1), wherein the upper electrode is an upper layer wiring.

(付記4)
(付記1)記載の抵抗変化型メモリセルに於ける抵抗体がトランジスタのドレインと下層配線を連結するコンタクトプラグの端面に形成したW酸化物、下部電極がドレイン表面に形成されたサリサイド膜、上部電極がコンタクトプラグであること
を特徴とする特徴とする(付記1)記載の不揮発性半導体記憶装置。
(Appendix 4)
In the resistance change type memory cell according to (Appendix 1), the resistor is a W oxide formed on an end face of a contact plug connecting a drain and a lower layer wiring of a transistor, a salicide film having a lower electrode formed on a drain surface, an upper part The nonvolatile semiconductor memory device according to (Appendix 1), wherein the electrode is a contact plug.

(付記5)
(付記1)記載の抵抗変化型メモリセルに於ける抵抗体がCuプラグの端面に形成されたW酸化物、下部電極がCuプラグ、上部電極が上層配線のバリアメタルであること
を特徴とする(付記1)記載の不揮発性半導体記憶装置。
(Appendix 5)
In the resistance change type memory cell according to (Appendix 1), the resistor is a W oxide formed on an end face of a Cu plug, the lower electrode is a Cu plug, and the upper electrode is a barrier metal of an upper layer wiring. The nonvolatile semiconductor memory device according to (Appendix 1).

(付記6)
(付記1)記載の抵抗変化型メタルセルに於ける抵抗体がCuプラグの端面に形成されたW酸化物、下部電極がCuプラグ、上部電極が上層配線であること
を特徴とする(付記1)記載の不揮発性半導体記憶装置。
(Appendix 6)
(Appendix 1) The variable resistance metal cell according to (Appendix 1) is characterized in that the resistor is a W oxide formed on the end face of the Cu plug, the lower electrode is a Cu plug, and the upper electrode is an upper layer wiring (Appendix 1) The nonvolatile semiconductor memory device described.

本発明に依る抵抗変化型メモリセルの1例を表す要部側面説明図である。It is principal part side explanatory drawing showing an example of the resistance change type memory cell by this invention. 本発明に依るW/WOx /Pt構造の抵抗変化型メモリセルのセット及びリセットの動作を説明する為のIV特性を表す線図である。FIG. 4 is a diagram showing IV characteristics for explaining the setting and resetting operations of a resistance change type memory cell having a W / WO x / Pt structure according to the present invention. 本発明に依るW/WOx /Pt構造の抵抗変化型メモリセルのセット及びリセットの動作を説明する為のIV特性を表す線図である。FIG. 4 is a diagram showing IV characteristics for explaining the setting and resetting operations of a resistance change type memory cell having a W / WO x / Pt structure according to the present invention. 実施例1を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 3 is a side view for explaining a principal part of a resistance change type memory cell in a process essential point for explaining a process for producing Example 1; 実施例1を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 3 is a side view for explaining a principal part of a resistance change type memory cell in a process essential point for explaining a process for producing Example 1; 実施例1を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 3 is a side view for explaining a principal part of a resistance change type memory cell in a process essential point for explaining a process for producing Example 1; 実施例1を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 3 is a side view for explaining a principal part of a resistance change type memory cell in a process essential point for explaining a process for producing Example 1; 実施例1を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 3 is a side view for explaining a principal part of a resistance change type memory cell in a process essential point for explaining a process for producing Example 1; 実施例1を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 3 is a side view for explaining a principal part of a resistance change type memory cell in a process essential point for explaining a process for producing Example 1; 実施例1を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 3 is a side view for explaining a principal part of a resistance change type memory cell in a process essential point for explaining a process for producing Example 1; 実施例1を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 3 is a side view for explaining a principal part of a resistance change type memory cell in a process essential point for explaining a process for producing Example 1; 実施例2を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 11 is a side view for explaining a main part of a resistance change type memory cell in a process key point for explaining a process of manufacturing Example 2; 実施例2を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 11 is a side view for explaining a main part of a resistance change type memory cell in a process key point for explaining a process of manufacturing Example 2; 実施例2を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 11 is a side view for explaining a main part of a resistance change type memory cell in a process key point for explaining a process of manufacturing Example 2; 実施例2を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 11 is a side view for explaining a main part of a resistance change type memory cell in a process key point for explaining a process of manufacturing Example 2; 実施例3を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is a side view for explaining a main part of a resistance change type memory cell in a process key point for explaining a process of manufacturing Example 3; 実施例3を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is a side view for explaining a main part of a resistance change type memory cell in a process key point for explaining a process of manufacturing Example 3; 実施例3を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is a side view for explaining a main part of a resistance change type memory cell in a process key point for explaining a process of manufacturing Example 3; 実施例3を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is a side view for explaining a main part of a resistance change type memory cell in a process key point for explaining a process of manufacturing Example 3; 実施例4を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 4; 実施例4を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 4; 実施例4を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 4; 実施例4を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 4; 実施例4を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 4; 実施例4を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 4; 実施例5を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 5; 実施例5を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 5; 実施例5を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 5; 実施例5を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 5; 実施例6を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 6; 実施例6を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 6; 実施例6を作製する工程を説明する為の工程要所に於ける抵抗変化型メモリセルを表す要部側面説明図である。FIG. 10 is an explanatory side view of a principal part showing a resistance change type memory cell at a process point for explaining a process for producing Example 6; 1トランジスタ・1抵抗変化素子からなる抵抗変化型メモリセルを集積化して構成した半導体記憶装置を表す要部切断側面図である。1 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor memory device configured by integrating resistance change type memory cells composed of one transistor and one resistance change element. 図33に示した半導体記憶装置に於けるメモリセル近傍を表す等化回路図である。FIG. 34 is an equalization circuit diagram showing the vicinity of a memory cell in the semiconductor memory device shown in FIG. 33. 図34について説明したメモリセルをアレー状に並べた半導体記憶装置を表す等化回路図である。FIG. 35 is an equalization circuit diagram showing a semiconductor memory device in which the memory cells described with reference to FIG. 34 are arranged in an array. メモリセルの動作について説明する為の印加電圧(横軸)対電流(縦軸)を表す線図である。It is a diagram showing the applied voltage (horizontal axis) versus current (vertical axis) for explaining the operation of the memory cell. 1トランジスタ・1抵抗変化素子からなる抵抗変化型メモリセルを集積化して構成した半導体記憶装置を表す要部切断側面図である。1 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor memory device configured by integrating resistance change type memory cells composed of one transistor and one resistance change element. 1トランジスタ・1抵抗変化素子からなる抵抗変化型メモリセルを集積化して構成した半導体記憶装置を表す要部切断側面図である。1 is a cutaway side view showing a main part of a semiconductor memory device configured by integrating resistance change type memory cells composed of one transistor and one resistance change element.

符号の説明Explanation of symbols

1 CMOSに於けるドレイン
2 Wからなるプラグ
3 Wからなるプラグ2の端面を酸化して生成させたWO3
4 上部電極
5 第1層目配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drain in CMOS 2 Plug made of W 3 WO 3 film formed by oxidizing end face of plug 2 made of W 4 Upper electrode 5 First layer wiring

Claims (5)

コンタクトプラグ内に形成されたW酸化物からなる抵抗体、及び、該コンタクトプラグからなる上部電極或いは下部電極を備えて構成された抵抗変化型メモリセル
を含んでなることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A non-volatile semiconductor comprising: a resistance body made of W oxide formed in a contact plug; and a resistance change type memory cell comprising an upper electrode or a lower electrode made of the contact plug. Storage device.
請求項1記載の抵抗変化型メモリセルに於ける抵抗体がWプラグの端面に形成されたW酸化物、下部電極がWプラグ、上部電極が上層配線のバリアメタルであること
を特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
2. The resistance change type memory cell according to claim 1, wherein the resistor is a W oxide formed on an end face of the W plug, the lower electrode is a W plug, and the upper electrode is a barrier metal of an upper layer wiring. Item 12. A nonvolatile semiconductor memory device according to Item 1.
上部電極が上層配線であること
を特徴とする請求項1載の不揮発性半導体記憶装置。
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the upper electrode is an upper layer wiring.
請求項1記載の抵抗変化型メモリセルに於ける抵抗体がトランジスタのドレインと下層配線を連結するコンタクトプラグの端面に形成したW酸化物、下部電極がドレイン表面に形成されたサリサイド膜、上部電極がコンタクトプラグであること
を特徴とする特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
2. The resistance change memory cell according to claim 1, wherein the resistor is a W oxide formed on an end face of a contact plug connecting the drain and lower layer wiring of the transistor, a salicide film having a lower electrode formed on the drain surface, and an upper electrode. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the contact plug is a contact plug.
請求項1記載の抵抗変化型メモリセルに於ける抵抗体がCuプラグの端面に形成されたW酸化物、下部電極がCuプラグ、上部電極が上層配線のバリアメタルであること
を特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
2. The resistance change type memory cell according to claim 1, wherein the resistor is a W oxide formed on an end face of a Cu plug, the lower electrode is a Cu plug, and the upper electrode is a barrier metal of an upper wiring. Item 12. A nonvolatile semiconductor memory device according to Item 1.
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