JP2009065019A - Wiring structure, memory element and its fabrication method, and storage device - Google Patents

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敬太郎 遠藤
Takeshi Sone
威之 曽根
Kosuke Narisawa
浩亮 成沢
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wiring structure including a vertical connection layer of minute and flat surface, and having a configuration which selects a material suitable for a recording material in the lower electrode of a memory element having an ionization layer. <P>SOLUTION: A vertical connection layer 14 is formed in the trench 13 of a first insulating layer 1. The vertical connection layer 14 consists of a columnar proximal portion 14A buried in the trench 13, a columnar upper portion 14B having a cross sectional area smaller than that of the proximal portion 14A, and a frustoconical intermediate portion 14C. The front surface of a second insulating layer 15 and the front surface at the upper portion 14B of the vertical connection layer 14 form a common flat surface. The vertical connection layer 14 also serves as a lower electrode, and a storage layer 16 and an upper electrode 17 are laminated in this order on an insulating layer 12 and the upper portion 14B of the vertical connection layer 14. The upper portion 14B of the vertical connection layer 14 may have a minute and flat surface, while the proximal portion 14A may have a large diameter. There is no risk of occurrence of air gap thereby, and flatness of the front surface is assured. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、微細化した記憶素子用の配線構造、この配線構造を備えた記憶素子およびその製造方法、並びに記憶装置に関する。   The present invention relates to a miniaturized wiring structure for a memory element, a memory element including the wiring structure, a method for manufacturing the memory element, and a memory device.

コンピュータ等の情報機器においては、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、不揮発性のメモリとしてのFeRAM(Ferroelectric Random Access Memory,強誘電体メモリ)などが用いられているが、各メモリセルを構成する素子の縮小化に伴い、記憶素子としての特性を確保することが困難になってきている。そこで、縮小化に適した構成のメモリとして、新しいタイプの記憶素子が提案されている。   In information devices such as computers, DRAM (Dynamic Random Access Memory), FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory, ferroelectric memory) as nonvolatile memory, etc. are used. With the reduction in size, it has become difficult to ensure characteristics as a memory element. Therefore, a new type of storage element has been proposed as a memory having a configuration suitable for downsizing.

この記憶素子は、2つの電極の間に、ある金属を含むイオン導電体を挟む構造としたものである。この記憶素子では、2つの電極のいずれか一方にイオン導電体中に含まれる金属を含ませることによって、2つの電極間に電圧を印加した場合に、電極中に含まれる金属がイオン導電体中にイオンとして拡散することによって、イオン導電体の抵抗値或いはキャパシタンス等の電気特性が変化する。例えば、特許文献1および非特許文献1では、この特性を利用したメモリデバイスの構成が記載されており、特に特許文献1においては、イオン導電体はカルコゲナイトと金属との固溶体よりなる構成が提案されている。具体的には、AsS,GeS,GeSeにAg,Cu,Znが固溶された材料からなり、2つの電極のいずれか一方の電極には、Ag,Cu,Znが含まれている。
特表2002−536840号公報 日経エレクトロニクス 2003.1.20号(第104頁)
This memory element has a structure in which an ionic conductor containing a certain metal is sandwiched between two electrodes. In this memory element, when a voltage is applied between two electrodes by including a metal contained in the ionic conductor in one of the two electrodes, the metal contained in the electrode is contained in the ionic conductor. By diffusing as ions, the electrical characteristics such as the resistance value or capacitance of the ionic conductor change. For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 describe a configuration of a memory device using this characteristic. In particular, Patent Document 1 proposes a configuration in which the ionic conductor is made of a solid solution of chalcogenite and metal. ing. Specifically, it is made of a material in which Ag, Cu, Zn is dissolved in AsS, GeS, GeSe, and one of the two electrodes contains Ag, Cu, Zn.
Special Table 2002-536840 Publication Nikkei Electronics 2003.1.20 (page 104)

ところで、このような素子の微細化および多層化が進むと、電気的な回路の中で配線構造が必要不可欠となっている。従来、このような配線構造は以下のような方法により形成されている。すなわち、まず、絶縁材料である二酸化シリコン(SiO2 )や酸化アルミニウム(Al23 )などに配線形状の溝を形成し、更には、多層構造における上下の配線を接続する際には、縦方向の配線構造(プラグ)となる孔を形成する。そして、その溝若しくは孔を含めたウェハ全面にCVD(Chemical Vapor Deposition )やめっきなどの手法によりアルミニウム(Al)、銅(Cu)、タングステン(W)などの導電性材料を堆積させる。そして、CMP(Chemical Mechanical Polish)などの手法を用いて、溝若しくは孔以外の導電性材料を研磨して除去すると共に縦方向の配線部分の平坦化および粗度改善を行う。 By the way, when such elements are miniaturized and multilayered, a wiring structure is indispensable in an electric circuit. Conventionally, such a wiring structure is formed by the following method. That is, first, wiring-shaped grooves are formed in silicon dioxide (SiO 2 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ), which is an insulating material, and further, when connecting upper and lower wirings in a multilayer structure, A hole to be a wiring structure (plug) in the direction is formed. Then, a conductive material such as aluminum (Al), copper (Cu), or tungsten (W) is deposited on the entire wafer surface including the groove or hole by a technique such as CVD (Chemical Vapor Deposition) or plating. Then, using a method such as CMP (Chemical Mechanical Polish), the conductive material other than the groove or hole is polished and removed, and the vertical wiring portion is flattened and the roughness is improved.

図7はこのような方法により形成される従来の多層配線構造を表すものである。この配線構造では、下層の配線層101の上に絶縁層102が積層される。そして、この絶縁層102には配線層101まで達する溝102Aが設けられ、この溝102Aにバリアメタル層103を間にして縦接続層(プラグ)104が埋設される。この縦接続層104および絶縁層102の上には上層の配線層105が形成される。上記のような記憶素子はこれら縦接続層104および配線層105を下部電極として、その上に記憶層および上部電極層(図示せず)をこの順で積層することにより形成される。   FIG. 7 shows a conventional multilayer wiring structure formed by such a method. In this wiring structure, the insulating layer 102 is laminated on the lower wiring layer 101. A groove 102A reaching the wiring layer 101 is provided in the insulating layer 102, and a vertical connection layer (plug) 104 is embedded in the groove 102A with a barrier metal layer 103 therebetween. An upper wiring layer 105 is formed on the vertical connection layer 104 and the insulating layer 102. The memory element as described above is formed by laminating a memory layer and an upper electrode layer (not shown) in this order on the vertical connection layer 104 and the wiring layer 105 as a lower electrode.

ところで、このように縦方向の配線(プラグ)の上面に直接記録素子を配置した構造を有する記憶素子においては、下部電極材料がメモリ特性に影響を与えるため、下部電極にあたる縦接続層104および配線層105の材料について、記録材料に応じた任意の材料を選択できるプロセスや構造が望まれる。しかしながら、従来方法では、低比抵抗率などの電気的な特性や、生産プロセスにおける配線用溝または孔への材料の堆積のしやすさなどから、特に縦接続層104に使用される材料は、上記のようなAl,W,Cuなどに限定され、任意の材料を用いることが困難であった。   By the way, in the memory element having the structure in which the recording element is directly arranged on the upper surface of the vertical wiring (plug) in this way, the lower electrode material affects the memory characteristics. Therefore, the vertical connection layer 104 corresponding to the lower electrode and the wiring For the material of the layer 105, a process or structure capable of selecting any material according to the recording material is desired. However, in the conventional method, the material used for the vertical connection layer 104 in particular from the viewpoint of electrical characteristics such as low specific resistivity and the ease of depositing the material in the wiring groove or hole in the production process, It is limited to Al, W, Cu, etc. as described above, and it is difficult to use an arbitrary material.

また、上記記憶素子は極薄膜の積層構造により形成されることが多く、その下地となる面、すなわち配線層105の表面は平坦であることが望まれる。しかしながら、微細化に伴いアスペクト比が大きくなるにつれ、溝102Aへの埋設材料が壁面に付着しやすくなり、上面が塞がる結果、上記縦接続層104の内部に空隙(ボイド)106が発生しやすくなる。この空隙106は図7にも示したように縦接続層104の表面にも露出する。そして、この空隙106の影響で配線層105の表面には窪み105Aや孔が生じ、そのため、従来では、記録材料の薄膜積層構造を理想的に形成することが困難であるという問題があった。この空隙106の発生による問題は、今後、微細化が進む中でさらに顕著になってくると考えられる。   In addition, the memory element is often formed by a laminated structure of ultrathin films, and it is desired that the surface serving as a base, that is, the surface of the wiring layer 105 is flat. However, as the aspect ratio increases with miniaturization, the embedding material in the groove 102A is likely to adhere to the wall surface, and the upper surface is blocked. As a result, voids 106 are likely to be generated inside the vertical connection layer 104. . The gap 106 is also exposed on the surface of the vertical connection layer 104 as shown in FIG. Then, due to the influence of the gap 106, a recess 105A and a hole are formed on the surface of the wiring layer 105. Therefore, conventionally, there has been a problem that it is difficult to ideally form a thin film laminated structure of a recording material. It is considered that the problem due to the generation of the void 106 will become more prominent as the miniaturization progresses.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、表面が微細かつ平坦な縦接続層を有し、上記のような記憶素子の下部電極として記録材料に適した材料を選択可能な構成を有する配線構造、およびこの配線構造を備えた記憶素子並びに記憶装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and a first object thereof is a material having a vertical connection layer having a fine and flat surface and suitable as a recording material as a lower electrode of the above storage element. It is an object to provide a wiring structure having a configuration capable of selecting a memory element, a memory element and a memory device provided with the wiring structure.

本発明の第2の目的は、上記配線構造を備えた記憶素子を容易に作製することができる記憶素子の製造方法を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a memory element that can easily produce a memory element having the above wiring structure.

本発明の配線構造は、記憶素子形成用の配線構造であって、配線層と、配線層上に形成されると共に配線層に達する溝を有する第1絶縁層と、少なくとも一部が溝内に埋設された柱状の基部と、基部よりも横断面積の小さな柱状の上部とを有すると共に、記憶素子の一方の電極となる縦接続層と、第1絶縁層を覆うと共に縦接続層の上部の表面と共通の平坦面を形成する第2絶縁層とを備えたものである。   The wiring structure of the present invention is a wiring structure for forming a memory element, and includes a wiring layer, a first insulating layer formed on the wiring layer and having a groove reaching the wiring layer, and at least part of the wiring structure is in the groove. It has a buried columnar base and a columnar upper portion having a smaller cross-sectional area than the base, and a vertical connection layer serving as one electrode of the memory element, and a surface of the upper portion of the vertical connection layer that covers the first insulating layer And a second insulating layer forming a common flat surface.

また、本発明の記憶素子は、上記本発明の配線構造の縦接続層(下部電極)上に、イオン化層を含む記憶層および他方の電極からなる積層構造を有するものである。   Further, the memory element of the present invention has a laminated structure including a memory layer including an ionized layer and the other electrode on the vertical connection layer (lower electrode) of the wiring structure of the present invention.

更に、本発明の記憶装置は、配線構造に設けられた一方の電極、イオン化層を含む記憶層および他方の電極をこの順に有し、記憶層の電気的特性の変化により情報を記憶する複数の記憶素子と、複数の記憶素子に対して選択的に電圧または電流のパルスを印加するパルス印加手段とを備えたものであって、配線構造として、上記本発明の配線構造を備えている。   Furthermore, the memory device of the present invention has one electrode provided in the wiring structure, a memory layer including an ionization layer, and the other electrode in this order, and a plurality of information that stores information by changing electrical characteristics of the memory layer. A storage element and pulse applying means for selectively applying a voltage or current pulse to a plurality of storage elements are provided, and the wiring structure of the present invention is provided as a wiring structure.

また、本発明の記憶素子の製造方法は、配線層上に第1絶縁層を形成し、第1絶縁層に配線層に達する溝を形成する工程と、溝内に、配線層と電気的に接続された基部を形成し、基部の上に、基部よりも横断面積が小さく、かつ基部と共に記憶素子の一方の電極となる縦接続層を構成する柱状の上部を形成する工程と、第1絶縁層上に第2絶縁層を形成すると共に、第2絶縁層の表面が上部の表面と共通の平坦面を形成するように平坦化処理を施す工程と、縦接続層および第2絶縁層上にイオン化層を含む記憶層および他方の電極をこの順に形成する工程とを含むものである。   The method for manufacturing a memory element of the present invention includes a step of forming a first insulating layer on a wiring layer, forming a groove reaching the wiring layer in the first insulating layer, and electrically connecting the wiring layer in the groove. Forming a connected base portion, forming a columnar upper portion on the base portion having a cross-sectional area smaller than that of the base portion and forming a vertical connection layer that forms one electrode of the memory element together with the base portion; Forming a second insulating layer on the layer, and performing a planarization treatment so that a surface of the second insulating layer forms a common flat surface with the upper surface; and on the vertical connection layer and the second insulating layer Forming a memory layer including an ionization layer and the other electrode in this order.

本発明の配線構造、記憶素子およびその製造方法並びに記憶装置によれば、縦接続層の上部を微細に加工すると共に、上部の表面が隣接する第1絶縁層と共通の平坦面を構成するようにしたので、基部を大径の任意の大きさ、すなわちアスペクト比を小さくすることができるため、製造工程において内部に空隙が発生する虞がなく、微細な上部においての平坦性を確保することができ、その上に極薄膜からなる記憶素子を安定して形成することができる。   According to the wiring structure, the memory element, the manufacturing method thereof, and the memory device of the present invention, the upper portion of the vertical connection layer is finely processed, and the upper surface forms a common flat surface with the adjacent first insulating layer. As a result, the base portion can be of any size with a large diameter, that is, the aspect ratio can be reduced, so that there is no risk of voids occurring in the manufacturing process, and flatness in the fine upper portion can be ensured. And a memory element made of an ultrathin film can be stably formed thereon.

また、縦配線層の成膜(堆積)方法として、従来のCVD法やめっき法に限定されること無く、スパッタ法など、多岐にわたる方法を用いることが可能となり、イオン化層を備えた記憶素子の下部電極として記録材料に適した材料を選択することが可能になり、これにより記憶素子の特性を向上させることができる。   In addition, as a method for forming (depositing) the vertical wiring layer, various methods such as a sputtering method can be used without being limited to the conventional CVD method and plating method, and the memory element including the ionized layer can be used. It is possible to select a material suitable for the recording material as the lower electrode, thereby improving the characteristics of the memory element.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施の形態に係る配線構造を有する記憶素子の断面構成を表すものである。この配線構造では、例えばAl,Cuからなる配線層11の上に例えばSiO2 からなる第1絶縁層12が形成され、この第1絶縁層12には配線層11まで達する柱状、例えば円柱状の溝13が設けられている。溝13内には縦接続層(プラグ)14が形成されている。   FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a memory element having a wiring structure according to the first embodiment of the present invention. In this wiring structure, a first insulating layer 12 made of, for example, SiO2 is formed on a wiring layer 11 made of, for example, Al or Cu, and a columnar, for example, cylindrical groove reaching the wiring layer 11 is formed in the first insulating layer 12. 13 is provided. A longitudinal connection layer (plug) 14 is formed in the groove 13.

縦接続層14は、殆どの部分が溝13内に埋設された例えば円柱状の基部14Aと、基部14Aよりも横断面積の小さな円柱状の上部14Bと、これら基部14Aと上部14Bとの間を接続する円錐台形状の中間部14Cとにより構成されている。第1絶縁層12は第2絶縁層15により覆われており、この第2絶縁層15の表面と縦接続層14の上部14Bの表面とは共通の平坦面を形成している。縦接続層14は、記憶素子1の下部電極を兼ねており、この縦接続層14および第2絶縁層15上に記憶層16および上部電極17がこの順に積層されている。すなわち、これら縦接続層(下部電極)14、記憶層16および上部電極17により記憶素子1が構成されている。   The vertical connection layer 14 includes, for example, a columnar base portion 14A embedded in the groove 13, a columnar upper portion 14B having a smaller cross-sectional area than the base portion 14A, and a space between the base portion 14A and the upper portion 14B. It is comprised by the intermediate part 14C of the truncated cone shape to connect. The first insulating layer 12 is covered with a second insulating layer 15, and the surface of the second insulating layer 15 and the surface of the upper portion 14 </ b> B of the vertical connection layer 14 form a common flat surface. The vertical connection layer 14 also serves as the lower electrode of the memory element 1, and the memory layer 16 and the upper electrode 17 are stacked in this order on the vertical connection layer 14 and the second insulating layer 15. That is, the vertical connection layer (lower electrode) 14, the memory layer 16, and the upper electrode 17 constitute the memory element 1.

記憶素子1を構成する縦接続層(下部電極)14には、半導体プロセスに用いられる配線材料、例えば、W(タングステン),WN(窒化タングステン),Cu(銅),Al(アルミニウム),Mo(モリブデン),Ta(タンタル)およびシリサイド等を用いることができる。   The vertical connection layer (lower electrode) 14 constituting the memory element 1 has a wiring material used in a semiconductor process, such as W (tungsten), WN (tungsten nitride), Cu (copper), Al (aluminum), Mo ( Molybdenum), Ta (tantalum), silicide, and the like can be used.

記憶層16は、縦接続層14側からこの順に積層された高抵抗層16Aおよびイオン化層16Bにより構成されている。イオン化層16Bは、イオン伝導材料と共に(イオン化可能な)金属元素としてCu(銅)およびZr(ジルコニウム)を含有している。イオン伝導材料としては、例えば、S(硫黄),Se(セレン)およびTe(テルル)(カルコゲナイド元素)が挙げられ、これら元素の1種でも,あるいは2種以上の組み合わせでもよい。   The memory layer 16 includes a high resistance layer 16A and an ionization layer 16B that are stacked in this order from the longitudinal connection layer 14 side. The ionized layer 16B contains Cu (copper) and Zr (zirconium) as a metal element (which can be ionized) together with an ion conductive material. Examples of the ion conductive material include S (sulfur), Se (selenium), and Te (tellurium) (chalcogenide element), and these elements may be used alone or in combination of two or more.

高抵抗層16Aは、Cu−カルコゲナイドからなるイオン化層16Bと接していても安定である絶縁体あるいは半導体であればいずれの物質でも用いることができるが、好ましくはGd(ガドリニウム)などの希土類元素、Al,Mg(マグネシウム),Ta,Si(シリコン)およびCuのうちの少なくとも1種を含む酸化物若しくは窒化物などがよい。   As the high resistance layer 16A, any material can be used as long as it is an insulator or a semiconductor that is stable even if it is in contact with the ionized layer 16B made of Cu-chalcogenide, but preferably a rare earth element such as Gd (gadolinium), An oxide or nitride containing at least one of Al, Mg (magnesium), Ta, Si (silicon), and Cu is preferable.

上部電極17には下部電極と同様の半導体配線材料により構成されている。   The upper electrode 17 is made of the same semiconductor wiring material as that of the lower electrode.

本実施の形態の記憶素子1では、上記配線構造を通じて,縦接続層(下部電極)14および上部電極17を介して図示しない電源(パルス印加手段)から所定の電圧パルス或いは電流パルスを印加すると、記憶層16の電気的特性、例えば抵抗値が変化し、これにより情報の記憶,消去,更に読み出しが行われる。なお、このような記憶素子1を多数、例えばマトリックス状に配置することにより本発明の記憶装置を構成することができる。   In the memory element 1 of the present embodiment, when a predetermined voltage pulse or current pulse is applied from a power source (pulse applying means) (not shown) through the vertical connection layer (lower electrode) 14 and the upper electrode 17 through the wiring structure, The electrical characteristics of the storage layer 16, for example, the resistance value changes, whereby information is stored, erased, and further read. The storage device of the present invention can be configured by arranging a large number of such storage elements 1, for example, in a matrix.

次に、図2および図3を参照して、上記配線構造を備えた記憶素子1の製造方法について説明する。   Next, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, the manufacturing method of the memory element 1 provided with the said wiring structure is demonstrated.

まず、図2(A)に示したように、AlやCuからなる配線層11上に、例えば、CVD法(Chemical Vapor Deposition , 化学的気相成長法) により例えば酸化シリコン(SiO2 )や窒化シリコン(SiN)からなる第1絶縁層12を形成する。続いて、レジスト層(図示せず)をマスクとして、例えば、RIE(Reactive Ion Etching,反応性イオンエッチング)法,IM(Ion Milling ,イオンミリング)法、ウェットエッチング法などにより、配線層11が露出するまで第1絶縁層12を選択的に除去することにより例えば直径300nmφの円柱状の溝13を形成する。そして、この溝13の内部に、例えばCVD法またはめっき法もしくはスパッタ法により、例えばタングステン(W)を埋設し、縦接続層となる層18を形成する。   First, as shown in FIG. 2A, on the wiring layer 11 made of Al or Cu, for example, silicon oxide (SiO2) or silicon nitride is formed by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition). A first insulating layer 12 made of (SiN) is formed. Subsequently, using the resist layer (not shown) as a mask, the wiring layer 11 is exposed by, for example, RIE (Reactive Ion Etching) method, IM (Ion Milling) method, wet etching method, or the like. The first insulating layer 12 is selectively removed until a cylindrical groove 13 having a diameter of, for example, 300 nmφ is formed. Then, for example, tungsten (W) is buried in the groove 13 by, for example, a CVD method, a plating method, or a sputtering method to form a layer 18 serving as a vertical connection layer.

続いて、上記層18の上に、例えば、紫外線などを用いた露光装置用フォトレジストや電子線を用いた電子線描画用のEB(Electron Beam ,電子線)レジストからなる第1レジスト層19を形成し、微細形状、例えば直径50nmφの円柱状にパターンニングする。   Subsequently, a first resist layer 19 made of, for example, a photoresist for an exposure apparatus using ultraviolet rays or an EB (Electron Beam) resist for electron beam drawing using an electron beam is formed on the layer 18. Then, it is patterned into a fine shape, for example, a cylindrical shape with a diameter of 50 nmφ.

続いて、図2(B)に示したように、パターニングされた第1レジスト層19をマスクとして、IM法により第1絶縁層12および縦接続層14の一部を除去する。これにより、層18の上部部分は、マスクが層18と接していた面(形状)が転写された微細な円柱状に加工され、縦接続層14の上部14Bとなると共に、基部14Aとの間に円錐台形状の中間部14Cが形成される。なお、ここでの加工方法にはRIE法も利用可能である。   Subsequently, as shown in FIG. 2B, using the patterned first resist layer 19 as a mask, the first insulating layer 12 and a part of the vertical connection layer 14 are removed by the IM method. As a result, the upper portion of the layer 18 is processed into a fine cylindrical shape to which the surface (shape) where the mask is in contact with the layer 18 is transferred to become the upper portion 14B of the vertical connection layer 14 and the base portion 14A. A frustoconical intermediate portion 14C is formed. The RIE method can also be used as the processing method here.

なお、イオンミリング処理を行なう際には、試料(ウェハ)は自転動作させ、被対象物に対して一定時間で360°方向からイオン入射がなされるようにする。そして、このとき、イオン入射角度は斜め、具体的には、ウェハ面に対して垂直入射方向がイオン入射角が零とすると、30°〜75°の範囲で一定の角度とする。   When performing the ion milling process, the sample (wafer) is rotated so that ions are incident on the object from a 360 ° direction in a certain time. At this time, the ion incident angle is oblique, specifically, a constant angle in the range of 30 ° to 75 ° when the ion incident angle is zero in the direction perpendicular to the wafer surface.

ちなみに、イオン入射角度を50°としたとき、AFM(Atomic Force Microscope ,原子間力顕微鏡)による観察結果から、縦接続層14の微細加工された上部14Bの高さは例えば約30nmであることが分かった。更に、縦接続層14の上部14Bと第1絶縁層12との間には約60nmの段差が生じていた。これは縦接続層14の配線材料(例えばW)に対して第1絶縁層12の材料(SiO2 )のエッチングレートが高いことによる。 Incidentally, when the ion incident angle is set to 50 °, from the observation result by AFM (Atomic Force Microscope), the height of the finely processed upper portion 14B of the longitudinal connection layer 14 is about 30 nm, for example. I understood. Further, a step of about 60 nm was generated between the upper portion 14B of the vertical connection layer 14 and the first insulating layer 12. This is because the etching rate of the material (SiO 2 ) of the first insulating layer 12 is higher than the wiring material (for example, W) of the vertical connection layer 14.

次に、図2(C)に示したように、例えばCVD法により第1絶縁層12および縦接続層14を覆うように、例えばSiO2 ,SiN,Al23 などからなる第2絶縁層15を形成する。この第2絶縁層15の膜厚は、縦接続層14の上部14Bと第1絶縁膜12との間の段差量を下限とし、上限は設けないものとする。例えばその段差量が60nmであるとすると、第2絶縁層15の膜厚は60nm以上とする。 Next, as shown in FIG. 2C, a second insulating layer made of, for example, SiO 2 , SiN, Al 2 O 3 or the like so as to cover the first insulating layer 12 and the longitudinal connection layer 14 by, eg, CVD. 15 is formed. The film thickness of the second insulating layer 15 is set such that the step amount between the upper part 14B of the vertical connection layer 14 and the first insulating film 12 is a lower limit, and no upper limit is provided. For example, when the amount of the step is 60 nm, the thickness of the second insulating layer 15 is set to 60 nm or more.

次いで、図3(A)に示したように、例えば、スピンコータ等の塗布装置を用いたスピンコーティング法により第2絶縁層15の上(ウェハ表面)に、例えばフォトレジストやEBレジストからなる第2レジスト層20を形成する。ここに、第2レジスト層20に使用するレジスト材料としては、凹凸面の極狭い領域まで隙間無く覆うことが可能であること、凹凸の段差量を完全に覆う程度の厚みをなす粘度の選定が容易にできること、レジストの表面には凹凸が無く平滑な形状形成(塗布)が容易であること、第2絶縁層15の絶縁材料と第2レジスト層20のレジスト材料とのエッチングレートのバランスが同等、もしくはレジスト材料のエッチングレートが絶縁材料のエッチングレートより高いこと等の要件を備えたものであることが望ましい。   Next, as shown in FIG. 3A, a second layer made of, for example, a photoresist or an EB resist is formed on the second insulating layer 15 (wafer surface) by a spin coating method using a coating apparatus such as a spin coater. A resist layer 20 is formed. Here, as a resist material used for the second resist layer 20, it is possible to cover even a very narrow region of the uneven surface without gaps, and selection of a viscosity that has a thickness enough to completely cover the uneven step amount. It can be easily performed, the surface of the resist has no irregularities, and it is easy to form (apply) a smooth shape, and the etching rate balance between the insulating material of the second insulating layer 15 and the resist material of the second resist layer 20 is equal. Alternatively, it is desirable that the resist material has an etching rate higher than that of the insulating material.

次に、図3(B)に示したように、レジストエッチバック法により縦接続層14の上部14Bおよび第2絶縁層15の表面を平坦化する。本実施の形態では、IM法により第2絶縁層15の上に形成された第2レジスト層20を除去する。このイオンミリング処理はレジストが最も厚く塗布される凸形状部分においてレジストが完全に無くなるまで実行する。このとき、縦接続層14上の絶縁材料部分が第2レジスト層20と同時にエッチング処理されることにより、第2絶縁層15上の凹凸形状が平坦化される。   Next, as shown in FIG. 3B, the upper surface 14B of the vertical connection layer 14 and the surface of the second insulating layer 15 are planarized by a resist etch back method. In the present embodiment, the second resist layer 20 formed on the second insulating layer 15 is removed by the IM method. This ion milling process is performed until the resist is completely removed in the convex portion where the resist is applied to the thickest. At this time, the concavo-convex shape on the second insulating layer 15 is flattened by etching the insulating material portion on the vertical connection layer 14 simultaneously with the second resist layer 20.

第2レジスト層20のレジスト材料と第2絶縁層15の絶縁材料とのエッチングレートが同一の場合には、レジスト層20の最も厚い部分のレジストが無くなった時点で、第2絶縁層15の表面が平坦な状態となる。一方、エッチングレートが第2レジスト層20のレジストに対して第2絶縁層15の絶縁材料が低い場合には、その比率に応じた段差の減少量が得られる。例えばエッチングレートがレジスト材料>絶縁材料で、その比が2:1の場合には、第2レジスト層20の残膜が零になったときに第2絶縁層15と第2レジスト層20との段差量は初期値の1/2になる。この場合、レジスト塗布および除去等の工程を上記と同様に繰り返すことにより、その回数と割合に応じて段差量を低減することができる。なお、予めレジスト材料および絶縁材料のエッチングレートを確認しておくことにより、レジストの残量の把握と段差の変動量を算出することも可能である。   When the etching rates of the resist material of the second resist layer 20 and the insulating material of the second insulating layer 15 are the same, the surface of the second insulating layer 15 is removed when the resist in the thickest portion of the resist layer 20 is used up. Becomes a flat state. On the other hand, when the insulating material of the second insulating layer 15 is lower than the resist of the second resist layer 20 with respect to the etching rate, a reduction amount of the step corresponding to the ratio can be obtained. For example, when the etching rate is resist material> insulating material and the ratio is 2: 1, when the remaining film of the second resist layer 20 becomes zero, the second insulating layer 15 and the second resist layer 20 The step amount is ½ of the initial value. In this case, by repeating the steps such as resist application and removal in the same manner as described above, the amount of the step can be reduced according to the number and the ratio. Note that it is possible to grasp the remaining amount of the resist and calculate the amount of variation in the step by checking the etching rates of the resist material and the insulating material in advance.

また、イオンミリング処理によるエッチングレートは、被エッチング材料によって角度依存性が異なる。第2絶縁層15や第2レジスト層20に用いられる各材料におけるエッチングレートには上下限があるものの、この角度依存特性を利用して、異なる材質間でエッチングレートが同等となる角度や比率を選定することができる。   Further, the angle dependency of the etching rate by the ion milling process differs depending on the material to be etched. Although the etching rate of each material used for the second insulating layer 15 and the second resist layer 20 has upper and lower limits, by using this angle-dependent characteristic, an angle or a ratio at which the etching rate is equivalent between different materials can be set. Can be selected.

次に、平坦化した第2絶縁層15の表面に対して、更に同様のエッチング処理を継続することにより全面で均一に薄くし、縦接続層14の上部14Bの露出面を得る。このとき第2絶縁層15の絶縁材料と縦接続層14の上部14Bの配線材料とのエッチングレートを材料やエッチング角度などの条件により同等に合わせこむことで、第2絶縁層15と縦接続層14の上部14Bの境界部分には凹凸が生じることがなく、平坦な面の形成が可能となる。ちなみに、AFMによる観察結果では、第2絶縁層15と縦接続層14の上部14Bの境界部分における凹凸は約1nm程度まで抑制することができていた。   Next, the surface of the flattened second insulating layer 15 is further thinned uniformly by continuing the same etching process, and an exposed surface of the upper portion 14B of the vertical connection layer 14 is obtained. At this time, by matching the etching rate of the insulating material of the second insulating layer 15 and the wiring material of the upper portion 14B of the vertical connection layer 14 in accordance with conditions such as the material and the etching angle, the second insulating layer 15 and the vertical connection layer As a result, there is no unevenness at the boundary portion of the upper portion 14B of 14 and a flat surface can be formed. Incidentally, in the observation result by AFM, the unevenness at the boundary portion between the second insulating layer 15 and the upper portion 14B of the vertical connection layer 14 could be suppressed to about 1 nm.

続いて、図1に示したように、例えばGd酸化膜から成る高抵抗層16Aを形成する。例えば、Gdターゲットを用いて、金属Gd膜を例えば膜厚1nmで成膜した後に、酸素プラズマによって酸化する。次に、イオン化層16B、例えば、CuTeSiZr膜を、DCマグネトロンスパッタリングで形成する。最後に、上部電極17として例えばW膜を成膜する。このようにして本実施の形態の配線構造を備えた記憶素子1を形成することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 1, a high resistance layer 16A made of, for example, a Gd oxide film is formed. For example, after forming a metal Gd film with a film thickness of, for example, 1 nm using a Gd target, the film is oxidized by oxygen plasma. Next, an ionization layer 16B, for example, a CuTeSiZr film is formed by DC magnetron sputtering. Finally, for example, a W film is formed as the upper electrode 17. In this manner, the memory element 1 having the wiring structure of the present embodiment can be formed.

このように本実施の形態では、予め大径の縦接続層14を形成しておき、この縦接続層14の上部部分を加工するようにしたので、上部14Bを微細かつ平坦に形成することができ、よってその上に極薄膜からなる記憶素子1を安定して形成することができる。また、基部14Aを大径の柱状、すなわちアスペクト比を小さくすることができるため、従来技術で説明したような空隙(ボイド)が発生する虞がなく、微細な上部14Bにおいての平坦性を確保することができる。   As described above, in the present embodiment, the large-diameter vertical connection layer 14 is formed in advance and the upper portion of the vertical connection layer 14 is processed. Therefore, the upper portion 14B can be formed finely and flatly. Therefore, the memory element 1 made of an extremely thin film can be stably formed thereon. Further, since the base portion 14A has a large-diameter columnar shape, that is, the aspect ratio can be reduced, there is no possibility of generating voids as described in the prior art, and flatness in the fine upper portion 14B is ensured. be able to.

また、本実施の形態では、縦接続層14の配線材料の成膜(堆積)方法として、一般的な半導体プロセスで用いられているCVD法やめっき法に限定されること無く、スパッタ法など、多岐にわたる方法を用いることができると共に、材料の選択においても記憶層16の材料に適した任意の材料を選択できるため、これによって記憶素子1の特性が向上する。   Further, in the present embodiment, the method of forming (depositing) the wiring material of the vertical connection layer 14 is not limited to the CVD method or the plating method used in a general semiconductor process, but a sputtering method, A wide variety of methods can be used, and any material suitable for the material of the memory layer 16 can be selected in the selection of the material, which improves the characteristics of the memory element 1.

更に、本実施の形態では、レジストエッチバックによる平坦化処理(図3(A),(B))を施すようにしたので、縦接続層14に対して任意材料を用いた場合においても、その周辺の絶縁材料との間に凹部等が発生することを回避することが可能となり、制御精度の高い平坦化処理が可能となる。これにより段差の境界部分における薄膜の厚みが均一となり、数ナノメートル単位の極薄膜領域での材料の成膜や、積層間に配置する同様に薄膜の絶縁膜の均一な形成が可能となる。更に、CMP法による平滑化技術のように多くの要素技術を組み合わせる必要が無いことから、製造プロセスが簡略化される。   Furthermore, in this embodiment, since the planarization process by resist etch back (FIGS. 3A and 3B) is performed, even when an arbitrary material is used for the vertical connection layer 14, It is possible to avoid the formation of a recess or the like between the peripheral insulating material and a flattening process with high control accuracy. As a result, the thickness of the thin film becomes uniform at the boundary between the steps, and it becomes possible to form a material in an ultrathin film region of several nanometers, and to form a thin insulating film in the same manner as between the stacked layers. Further, since there is no need to combine many elemental technologies as in the smoothing technology by the CMP method, the manufacturing process is simplified.

次に、図4〜図6を参照して本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同一構成部分については同一の符号を付してその説明は省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

第1の実施の形態では、縦接続層14の上部14Bを加工することにより小径の微細な接続部分を形成するようにしているが、本実施の形態では、図4に示したように、縦接続層24の上部24Bを基部24Aとは別工程で形成するものである。   In the first embodiment, a fine connection portion having a small diameter is formed by processing the upper portion 14B of the vertical connection layer 14, but in this embodiment, as shown in FIG. The upper portion 24B of the connection layer 24 is formed in a separate process from the base portion 24A.

具体的には、配線層21の上に第1絶縁層22が積層され、この第1絶縁層22の内部には配線層21まで達する円柱状の溝23が形成されている。この溝23には縦接続層24の基部24Aが埋設され、基部24Aの上には基部24Aよりも小径で円柱状の上部24Bが形成されている。これら基部24Aおよび上部24Bにより縦接続層24が構成されている。第1絶縁層22は第2絶縁層25により覆われており、この第2絶縁層25の表面は上部24Bの表面と共通の平坦面を形成している。   Specifically, a first insulating layer 22 is laminated on the wiring layer 21, and a cylindrical groove 23 reaching the wiring layer 21 is formed inside the first insulating layer 22. A base 24A of the vertical connection layer 24 is embedded in the groove 23, and a cylindrical upper portion 24B having a smaller diameter than the base 24A is formed on the base 24A. A vertical connection layer 24 is constituted by the base portion 24A and the upper portion 24B. The first insulating layer 22 is covered with a second insulating layer 25, and the surface of the second insulating layer 25 forms a common flat surface with the surface of the upper portion 24B.

縦接続層24は記憶素子2の下部電極を兼ねており、この縦接続層24の上部24B上に記憶層16および上部電極17がこの順に積層されている。これら縦接続層(下部電極)24、記憶層16および上部電極17により記憶素子2が構成されていることは前述のとおりである。   The vertical connection layer 24 also serves as the lower electrode of the memory element 2, and the memory layer 16 and the upper electrode 17 are stacked in this order on the upper portion 24 </ b> B of the vertical connection layer 24. As described above, the vertical connection layer (lower electrode) 24, the memory layer 16, and the upper electrode 17 constitute the memory element 2.

次に、図5および図6を参照して上記配線構造を備えた記憶素子2の製造方法について説明する。まず、図5(A)に示したように、AlやCuからなる配線層21上に、例えば、CVD法により例えば酸化シリコン(SiO2 )や窒化シリコン(SiN)からなる第1絶縁層22を形成する。続いて、レジスト層(図示せず)をマスクとして、例えば、RIE法,IM法、ウェットエッチング法などにより、配線層21が露出するまで第1絶縁層22を選択的に除去することにより例えば直径300nmφの円柱状の溝23を形成する。そして、この溝23の内部に、例えばCVD法またはめっき法もしくはスパッタ法により、例えばタングステン(W)を埋設し、縦接続層24の基部24Aを形成する。 Next, a method for manufacturing the memory element 2 having the above wiring structure will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 5A, a first insulating layer 22 made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN) is formed on the wiring layer 21 made of Al or Cu by, for example, a CVD method. Form. Subsequently, by using the resist layer (not shown) as a mask, the first insulating layer 22 is selectively removed by, for example, the RIE method, the IM method, the wet etching method, or the like until the wiring layer 21 is exposed, for example, the diameter. A cylindrical groove 23 of 300 nmφ is formed. Then, for example, tungsten (W) is buried in the groove 23 by, for example, a CVD method, a plating method, or a sputtering method to form the base portion 24A of the vertical connection layer 24.

続いて、第1絶縁層22および基部24A上の全面に配線材料層26を形成する。成膜方法としては、CVD法やめっき法以外にも、スパッタ法などの方法を容易に用いることができ、材料としてもAl,W,Cuに限定されること無く、任意の材料を用いることができる。   Subsequently, a wiring material layer 26 is formed on the entire surface of the first insulating layer 22 and the base 24A. As a film forming method, besides the CVD method and the plating method, a method such as a sputtering method can be easily used, and the material is not limited to Al, W, Cu, and any material can be used. it can.

続いて、配線材料層26上の基部24Aに対応する領域に、例えばフォトレジストやEBレジストからなる第1レジスト層27のパターンを選択的に形成する。このときの第1レジスト層27の形状は配線材料層26に接する面の形状が小径例えば直径50nmφの円柱状となるようにする。   Subsequently, a pattern of a first resist layer 27 made of, for example, a photoresist or an EB resist is selectively formed in a region corresponding to the base 24A on the wiring material layer 26. The shape of the first resist layer 27 at this time is such that the shape of the surface in contact with the wiring material layer 26 is a cylindrical shape having a small diameter, for example, a diameter of 50 nmφ.

続いて、図5(B)に示したように、第1レジスト層27をマスクとして、IM法により配線材料層26および第1絶縁層22の一部を選択的に除去し、縦接続層24の上部24Bを形成する。これにより基部24A上に微細加工された上部24Bを備えた縦接続層24が形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 5B, using the first resist layer 27 as a mask, a part of the wiring material layer 26 and the first insulating layer 22 is selectively removed by the IM method, and the vertical connection layer 24 is removed. Forming an upper portion 24B of the. As a result, the vertical connection layer 24 including the finely processed upper portion 24B is formed on the base portion 24A.

次に、図5(C)に示したように、例えばCVD法により第1絶縁層22および縦接続層24を覆うように、例えばSiO2 ,SiN,Al23 からなる第2絶縁層25を形成する。第2絶縁層25の膜厚は、例えば縦接続層24と第1絶縁層22との段差量が最大で90nmである場合には例えば約90nm以上とする。 Next, as shown in FIG. 5C, the second insulating layer 25 made of, for example, SiO 2 , SiN, Al 2 O 3 so as to cover the first insulating layer 22 and the longitudinal connection layer 24 by, eg, CVD. Form. The film thickness of the second insulating layer 25 is, for example, about 90 nm or more when the step difference between the vertical connection layer 24 and the first insulating layer 22 is 90 nm at the maximum.

次に、図6(A),(B)に示したように、例えばスピンコーティング法によりウェハ表面に例えばフォトレジストやEBレジストからなる第2レジスト層28を形成し、第1の実施の形態(図3(A),(B))と同様の平坦化処理を施す。   Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, a second resist layer 28 made of, for example, a photoresist or an EB resist is formed on the wafer surface by, for example, a spin coating method, and the first embodiment ( A flattening process similar to that in FIGS. 3A and 3B is performed.

続いて、図4に示したように、縦接続層24の上部24Bおよび第2絶縁層25の上に高抵抗層16A、イオン化層16Bおよび上部電極17を順次形成して、記憶素子2を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 4, the high resistance layer 16 </ b> A, the ionization layer 16 </ b> B, and the upper electrode 17 are sequentially formed on the upper portion 24 </ b> B of the vertical connection layer 24 and the second insulating layer 25 to form the memory element 2. To do.

このように本実施の形態では、縦接続層24の基部24Aと上部24Bとを別体とし、上部24Bを、配線材料層26を基部24Aおよび第1絶縁層22上の全面に成膜したのち、この配線材料層26を選択的に除去することにより形成するようにしたので、配線材料層26(上部24B)の形成方法として、CVD法やめっき法に限定されることなく、例えば、スパッタ等の方法も利用できる。また、配線材料においてもAl,W,Cuなどに制限されること無く、任意の材料を用いることが可能となる。これにより、縦接続層24を記録素子2の下部電極とするメモリ構造においては、メモリ特性の向上を目的とした記録材料に対する下部電極材料の選定が容易にできるようになる。   As described above, in this embodiment, the base 24A and the upper portion 24B of the vertical connection layer 24 are separated, and the upper portion 24B is formed on the entire surface of the base material 24A and the first insulating layer 22 after the wiring material layer 26 is formed. Since the wiring material layer 26 is formed by selectively removing it, the method of forming the wiring material layer 26 (upper part 24B) is not limited to the CVD method or the plating method. This method can also be used. Further, the wiring material is not limited to Al, W, Cu or the like, and any material can be used. Thereby, in the memory structure in which the longitudinal connection layer 24 is the lower electrode of the recording element 2, the lower electrode material can be easily selected for the recording material for the purpose of improving the memory characteristics.

その他の効果は、第1の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態の方法では、上部24Bの大きさは記憶素子の大きさ等に応じて任意に設定できるものであり、例えば基部24Aと同等、あるいは基部24Aよりも大きくすることも可能である。   Other effects are the same as those of the first embodiment. In the method of the present embodiment, the size of the upper portion 24B can be arbitrarily set according to the size of the memory element, and can be, for example, equal to or larger than the base portion 24A. is there.

以上、実施の形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能であり、例えば各層において他の材料や膜厚、成膜方法等を選択するようにしてもよい。   Although the present invention has been described above by the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified. For example, other materials, film thicknesses, film forming methods, etc. are selected in each layer. You may make it do.

本発明の第1の実施の形態に係る配線構造を備えた記憶素子を表す断面図である。It is sectional drawing showing the memory element provided with the wiring structure which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 上記記憶素子の製造方法を工程毎に表す断面図である。It is sectional drawing showing the manufacturing method of the said memory element for every process. 図2に続く工程を表す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a process following FIG. 2. 本発明の第2の実施の形態に係る配線構造を備えた記憶素子を表す断面図である。It is sectional drawing showing the memory element provided with the wiring structure which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 上記記憶素子の製造方法を工程毎に表す断面図である。It is sectional drawing showing the manufacturing method of the said memory element for every process. 図5に続く工程を表す図である。It is a figure showing the process of following FIG. 従来の配線構造を表す断面図である。It is sectional drawing showing the conventional wiring structure.

符号の説明Explanation of symbols

11,21…配線層、12,22…第1絶縁層、13,23…溝、14,24…縦接続層(下部電極),14A,24A…基部、14C…中間部、14B,24B…上部、15,25… 第2絶縁層、16…記憶層、17…上部電極、18…縦接続層となる層。 11, 21 ... wiring layer, 12, 22 ... first insulating layer, 13, 23 ... groove, 14, 24 ... longitudinal connection layer (lower electrode), 14A, 24A ... base, 14C ... intermediate part, 14B, 24B ... upper part , 15, 25 ... second insulating layer, 16 ... memory layer, 17 ... upper electrode, 18 ... layer serving as a vertical connection layer.

Claims (8)

記憶素子形成用の配線構造であって、
配線層と、
前記配線層上に形成されると共に前記配線層に達する溝を有する第1絶縁層と、
少なくとも一部が前記溝内に埋設された柱状の基部と、前記基部よりも横断面積の小さな柱状の上部とを有すると共に、前記記憶素子の一方の電極となる縦接続層と、
前記第1絶縁層を覆うと共に前記縦接続層の上部の表面と共通の平坦面を形成する第2絶縁層と、
を備えたことを特徴とする配線構造。
A wiring structure for forming a memory element,
A wiring layer;
A first insulating layer formed on the wiring layer and having a groove reaching the wiring layer;
A columnar base portion at least partially embedded in the groove, and a columnar upper portion having a smaller cross-sectional area than the base portion, and a vertical connection layer serving as one electrode of the memory element;
A second insulating layer covering the first insulating layer and forming a common flat surface with the upper surface of the vertical connection layer;
A wiring structure characterized by comprising:
配線構造を備えた記憶素子であって、
前記配線構造は、
配線層と、
前記配線層上に形成されると共に前記配線層に達する溝を有する第1絶縁層と、
少なくとも一部が前記溝内に埋設された柱状の基部と、前記基部よりも横断面積の小さな柱状の上部とを有すると共に、前記記憶素子の一方の電極となる縦接続層と、
前記第1絶縁層を覆うと共に前記縦接続層の上部の表面と共通の平坦面を形成する第2絶縁層と、
前記縦接続層および第2絶縁層上にイオン化層を含む記憶層および他方の電極からなる積層構造を有する
ことを特徴とする記憶素子。
A storage element having a wiring structure,
The wiring structure is
A wiring layer;
A first insulating layer formed on the wiring layer and having a groove reaching the wiring layer;
A columnar base portion at least partially embedded in the groove, and a columnar upper portion having a smaller cross-sectional area than the base portion, and a vertical connection layer serving as one electrode of the memory element;
A second insulating layer covering the first insulating layer and forming a common flat surface with the upper surface of the vertical connection layer;
A memory element having a laminated structure including a memory layer including an ionization layer and the other electrode on the vertical connection layer and the second insulating layer.
前記縦接続層は、少なくとも一部が前記溝内に埋設された円柱状の基部と、前記基部よりも横断面積の小さな円柱状の上部と、前記基部と上部の間を接続する円錐台形状の中間部とにより構成されている
ことを特徴とする請求項2記載の記憶素子。
The vertical connection layer includes a columnar base portion at least partially embedded in the groove, a columnar upper portion having a smaller cross-sectional area than the base portion, and a truncated cone shape connecting between the base portion and the upper portion. The memory element according to claim 2, comprising: an intermediate portion.
前記縦接続層は、前記溝内に埋設された円柱状の基部と、前記基部よりも横断面積の小さな円柱状の上部とにより構成されている
ことを特徴とする請求項2記載の記憶素子。
The memory element according to claim 2, wherein the vertical connection layer includes a columnar base portion embedded in the groove and a columnar upper portion having a smaller cross-sectional area than the base portion.
配線構造に設けられた一方の電極、イオン化層を含む記憶層および他方の電極をこの順に有し、前記記憶層の電気的特性の変化により情報を記憶する複数の記憶素子と、前記複数の記憶素子に対して選択的に電圧または電流のパルスを印加するパルス印加手段とを備えた記憶装置であって、
前記配線構造は、
配線層と、
前記配線層上に形成されると共に前記配線層に達する溝を有する第1絶縁層と、
少なくとも一部が前記溝内に埋設された柱状の基部と、前記基部よりも横断面積の小さな柱状の上部とを有すると共に、前記記憶素子の一方の電極となる縦接続層と、
前記第1絶縁層を覆うと共に前記縦接続層の上部の表面と共通の平坦面を形成する第2絶縁層と、
とを備えたことを特徴とする記憶装置。
A plurality of storage elements each having one electrode provided in the wiring structure, a storage layer including an ionization layer, and the other electrode in this order, and storing information by a change in electrical characteristics of the storage layer, and the plurality of storages A storage device comprising pulse applying means for selectively applying a voltage or current pulse to the element,
The wiring structure is
A wiring layer;
A first insulating layer formed on the wiring layer and having a groove reaching the wiring layer;
A columnar base portion at least partially embedded in the groove, and a columnar upper portion having a smaller cross-sectional area than the base portion, and a vertical connection layer serving as one electrode of the memory element;
A second insulating layer covering the first insulating layer and forming a common flat surface with the upper surface of the vertical connection layer;
And a storage device.
配線構造を備えた記憶素子の製造方法であって、
配線層上に第1絶縁層を形成し、前記第1絶縁層に前記配線層に達する溝を形成する工程と、
前記溝内に、前記配線層と電気的に接続された基部を形成し、前記基部の上に、前記基部よりも横断面積が小さく、かつ前記基部と共に前記記憶素子の一方の電極となる縦接続層を構成する柱状の上部を形成する工程と、
前記第1絶縁層上に第2絶縁層を形成すると共に、前記第2絶縁層の表面が前記上部の表面と共通の平坦面を形成するように平坦化処理を施す工程と、
前記縦接続層および第2絶縁層上にイオン化層を含む記憶層および他方の電極をこの順に形成する工程と
とを含むことを特徴とする記憶素子の製造方法。
A method of manufacturing a memory element having a wiring structure,
Forming a first insulating layer on the wiring layer, and forming a groove reaching the wiring layer in the first insulating layer;
A base portion electrically connected to the wiring layer is formed in the groove, and a vertical connection is formed on the base portion so that a cross-sectional area is smaller than the base portion and serves as one electrode of the memory element together with the base portion. Forming a columnar upper portion constituting the layer;
Forming a second insulating layer on the first insulating layer, and performing a planarization process so that a surface of the second insulating layer forms a flat surface common to the upper surface;
Forming a memory layer including an ionization layer and the other electrode in this order on the vertical connection layer and the second insulating layer.
前記溝内に導電性材料を埋設したのちに、
平坦化処理を施して前記縦接続層となる層を形成したのち、前記縦接続層となる層上に前記層よりも横断面積の小さな断面を有する第1レジスト層を形成する工程と、
前記第1レジスト層をマスクとして前記層を選択的に除去することにより、前記縦接続層の上部および中間部を加工形成すると共に前記縦接続層の基部を形成する工程と、
前記縦接続層および第1絶縁層の上に第2絶縁層を形成したのち、前記第2絶縁層上の全面に第2レジスト層を形成する工程と、
前記第2レジスト層および第2絶縁層を用いて平坦化処理を施し、前記縦接続層の上部の表面を露出させる工程と
とを含むことを特徴とする請求項6に記載の記憶素子の製造方法。
After embedding a conductive material in the groove,
Forming a layer to be the vertical connection layer by performing a planarization process, and then forming a first resist layer having a cross section having a smaller cross-sectional area than the layer on the layer to be the vertical connection layer;
Forming the upper and middle portions of the vertical connection layer and forming the base of the vertical connection layer by selectively removing the layer using the first resist layer as a mask;
Forming a second resist layer on the entire surface of the second insulating layer after forming a second insulating layer on the vertical connection layer and the first insulating layer;
The method according to claim 6, further comprising: performing a planarization process using the second resist layer and the second insulating layer to expose an upper surface of the vertical connection layer. Method.
前記溝内に導電性材料を埋設したのちに、
平坦化処理を施して前記縦接続層の基部を形成したのち、前記基部および第1絶縁層上に配線材料層を形成する工程と、
前記配線材料層上の前記基部に対応する位置に、前記基部よりも横断面積の小さな断面を有する第1レジスト層を形成する工程と、
前記第1レジスト層をマスクとして前記配線材料層を選択的に除去することにより前記縦接続層の上部を形成する工程と、
前記縦接続層および第1絶縁層の上に第2絶縁層を形成したのち、前記第2絶縁層上の全面に第2レジスト層を形成する工程と、
前記第2レジスト層および第2絶縁層を用いて平坦化処理を施し、前記縦接続層の上部の表面を露出させる工程と
とを含むことを特徴とする請求項6に記載の記憶素子の製造方法。
After embedding a conductive material in the groove,
Forming a wiring material layer on the base and the first insulating layer after performing a planarization process to form the base of the vertical connection layer; and
Forming a first resist layer having a cross section with a smaller cross-sectional area than the base at a position corresponding to the base on the wiring material layer;
Forming the upper portion of the vertical connection layer by selectively removing the wiring material layer using the first resist layer as a mask;
Forming a second resist layer on the entire surface of the second insulating layer after forming a second insulating layer on the vertical connection layer and the first insulating layer;
The method according to claim 6, further comprising: performing a planarization process using the second resist layer and the second insulating layer to expose an upper surface of the vertical connection layer. Method.
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