JP2010245425A - Resistance change-type nonvolatile storage device, and manufacturing method of the same - Google Patents

Resistance change-type nonvolatile storage device, and manufacturing method of the same Download PDF

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Hiroko Kubo
裕子 久保
Takumi Mikawa
巧 三河
Kiyotaka Tsuji
清孝 辻
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resistance change-type nonvolatile storage device capable of suppressing a resistance variation and improving a manufacturing yield. <P>SOLUTION: The resistance change-type nonvolatile storage device is equipped with: a substrate 21; first and second diffusion layers 22a, 29a formed on the substrate 21; interlayer insulating layers formed on the first and second diffusion layers 22a, 29a; a resistance change element 36 formed at the interlayer insulating layers; and wiring 26 formed on the interlayer insulating layers. The impedance of a first electrical connection path from the wiring 26 to a first diffusion layer 22a through the resistance change element 36 is higher than the impedance of a second electrical connection path from the wiring 26 to the second diffusion layer 29a, and a first region 34 constituting the first electrical connection path is a plane layout separable from a second region 38 constituting the second electrical connection path. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、与えられるパルス電圧に応じてその抵抗値が変化する状態変化材料を用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a variable resistance nonvolatile memory device using a state change material whose resistance value changes according to a given pulse voltage and a method for manufacturing the variable resistance nonvolatile memory device.

近年、デジタル技術の進展に伴って携帯情報機器や情報家電等の電子機器が、より一層高機能化している。これらの電子機器の高機能化に伴い、使用される半導体素子の微細化および高速化が急速に進んでいる。その中でも記憶素子として低消費電力で高速読み書きが可能な不揮発性記憶素子の用途が急速に拡大している。素子の記憶部として抵抗変化層を用いた構成の素子が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。   2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices such as portable information devices and information home appliances have become more sophisticated with the progress of digital technology. As these electronic devices have higher functions, the semiconductor elements used have been rapidly miniaturized and increased in speed. Among them, the use of a nonvolatile memory element capable of high-speed reading / writing with low power consumption as a memory element is rapidly expanding. An element having a configuration using a resistance change layer as a memory portion of the element is disclosed (for example, see Patent Document 1).

従来例として、非特許文献1で開示されている不揮発性抵抗記憶素子を図10に示して説明する。   As a conventional example, a nonvolatile resistance memory element disclosed in Non-Patent Document 1 will be described with reference to FIG.

図10は、従来例に係る不揮発性抵抗記憶素子である抵抗変化メモリの断面図である。第1の配線2の上にコンタクトプラグ形状を有する下部電極6が形成され、その上に2元素系の酸化物からなる抵抗変化膜1、上部電極4が配置されている。さらに上部電極4の上には第2の配線5へ電位を引き出すコンタクト3が配置されている。   FIG. 10 is a cross-sectional view of a resistance change memory which is a nonvolatile resistance memory element according to a conventional example. A lower electrode 6 having a contact plug shape is formed on the first wiring 2, and a resistance change film 1 and an upper electrode 4 made of a two-element oxide are disposed thereon. Further, a contact 3 for drawing out a potential to the second wiring 5 is disposed on the upper electrode 4.

特開2004−87069号公報JP 2004-87069 A

IEDM2005 Session 31−4:Multi−layer Cross−point BinaryOxide Resistive Memory(OxRRAM) for Post−NAND Storage ApplicationIEDM2005 Session 31-4: Multi-layer Cross-point BinaryOxide Resistive Memory (OxRRAM) for Post-NAND Storage Application

図11は、抵抗変化層を遷移金属の酸化物で構成する場合の酸素含有率と抵抗との関係を示した図である。図11から、酸素含有率が高くなるほど抵抗は増大することが分かる。そのため、抵抗変化層中の酸素プロファイル(抵抗変化層中のどの部分により高濃度に酸素を含む領域をつくるか、例えば、上部電極近傍に高酸素含有率領域を形成するなど)を決定することにより初期抵抗を調整することができる。   FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the oxygen content and the resistance when the variable resistance layer is made of a transition metal oxide. FIG. 11 shows that the resistance increases as the oxygen content increases. Therefore, by determining the oxygen profile in the resistance change layer (which part in the resistance change layer creates a region containing oxygen at a high concentration, for example, forming a high oxygen content region near the upper electrode). The initial resistance can be adjusted.

また、抵抗変化素子は通常上下電極間に抵抗変化膜がはさまれたキャパシタのような構造を持つが、その際、上下に対称な構造にすると、電圧の印加方向に対し、まったく逆の動作をすることがある。例えば、上部電極に負の電圧を与えた場合、低抵抗化する場合と、逆に高抵抗化する場合が現れることがある。そのような不安定な状態は、抵抗変化が上下の電極と抵抗変化膜との界面近傍で発生し、プロセス上のばらつき等により、上界面近傍で抵抗変化したり、下界面で抵抗変化したりするためと考えられ、回路設計の観点から避けることが望ましい。そのため、印加電圧の方向に対する動作を安定させるため、種々の非対称な抵抗変化素子構造が提案されている。例えば、抵抗変化させたい界面近傍の抵抗変化膜の酸素濃度を高くするという構造である。   In addition, the resistance change element usually has a capacitor-like structure with a resistance change film sandwiched between the upper and lower electrodes. However, if the structure is symmetrical in the vertical direction, the operation is completely opposite to the voltage application direction. Sometimes For example, when a negative voltage is applied to the upper electrode, there are cases where the resistance decreases and the resistance increases. In such an unstable state, a resistance change occurs near the interface between the upper and lower electrodes and the resistance change film, and the resistance changes near the upper interface or changes at the lower interface due to process variations. Therefore, it is desirable to avoid it from the viewpoint of circuit design. Therefore, various asymmetric variable resistance element structures have been proposed in order to stabilize the operation in the direction of the applied voltage. For example, the oxygen concentration of the resistance change film in the vicinity of the interface where resistance change is desired is increased.

しかしながら、所望の酸素プロファイルを持つように抵抗変化層を作製しても、予想した初期抵抗を得られない課題がある。   However, there is a problem that the predicted initial resistance cannot be obtained even if the variable resistance layer is formed so as to have a desired oxygen profile.

図12は、上層側の抵抗変化層中の酸素含有率が、下層側の酸素含有率より高い抵抗変化素子に、抵抗変化素子より後に形成される配線を加工するためのドライエッチングや、膜堆積のためのプラズマCVD等によってチャージダメージが加わった時の影響を示す図である。なお、右に示したグラフは、酸素含有率の抵抗変化層の深さ方向に対する分布をオージェ解析(AES)により測定した結果の一例である。実線が抵抗変化層作製当初の酸素プロファイルを示し、点線がチャージダメージを受けた後の酸素プロファイルを示している。   FIG. 12 shows dry etching or film deposition for processing a wiring formed after the resistance change element into a resistance change element in which the oxygen content in the upper resistance change layer is higher than the oxygen content in the lower layer. It is a figure which shows the influence when charge damage is added by plasma CVD etc. for. The graph shown on the right is an example of a result of measuring the distribution of the oxygen content rate in the depth direction of the resistance change layer by Auger analysis (AES). The solid line indicates the oxygen profile at the beginning of the production of the variable resistance layer, and the dotted line indicates the oxygen profile after the charge damage.

上部電極側にマイナスのチャージダメージが加わると、それにともなってマイナスの電荷を帯びた酸素イオンは下層側へ引き寄せられる。このように酸素イオンが抵抗変化層中を移動するため、当初作製した酸素プロファイル(実線)が破壊される(破線)。   When negative charge damage is applied to the upper electrode side, the negatively charged oxygen ions are attracted to the lower layer side. Since oxygen ions move in the resistance change layer in this way, the initially produced oxygen profile (solid line) is destroyed (broken line).

特に、図11に示すように酸素含有率が高くなるほど抵抗が変化する度合いが大きくなるため、酸素含有率が高い上層側の抵抗変化層中における酸素イオンの移動は、抵抗に大きな影響を与える。その結果、予想した初期抵抗を得られないという課題が生じる。   In particular, as shown in FIG. 11, as the oxygen content increases, the degree of change in resistance increases. Therefore, the movement of oxygen ions in the upper resistance change layer having a high oxygen content greatly affects the resistance. As a result, there arises a problem that the expected initial resistance cannot be obtained.

本発明は上記課題を解決するものであり、初期抵抗のばらつきを低減し、抵抗変化素子の製造歩留りを飛躍的に改善する抵抗変化型不揮発性記憶装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide a variable resistance nonvolatile memory device that reduces variations in initial resistance and dramatically improves the manufacturing yield of variable resistance elements.

上記目的を達成するために、本発明の抵抗変化型不揮発性記憶装置は、基板と、前記基板上に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層及び前記第2の拡散層上に形成された層間絶縁層と、前記層間絶縁層の中に形成され、下部電極、金属酸化物からなる抵抗変化層、上部電極をこの順に積層してなる抵抗変化素子と、前記層間絶縁層上に形成された配線とを備え、前記配線から、前記抵抗変化素子を介して前記第1の拡散層に至る第1の電気的接続経路のインピーダンスは、前記配線から前記第2の拡散層に至る第2の電気的接続経路のインピーダンスより高く、前記前記第2の拡散層と前記配線とが電気的に分離し易い平面レイアウトで構成されていることを特徴とする。   To achieve the above object, a variable resistance nonvolatile memory device according to the present invention includes a substrate, a first diffusion layer and a second diffusion layer formed on the substrate, the first diffusion layer, and A resistance change element formed by laminating an interlayer insulating layer formed on the second diffusion layer, a lower electrode, a resistance change layer made of a metal oxide, and an upper electrode in this order, formed in the interlayer insulating layer And a wiring formed on the interlayer insulating layer, and an impedance of a first electrical connection path from the wiring to the first diffusion layer through the resistance change element is The impedance is higher than the impedance of the second electrical connection path to the second diffusion layer, and the second diffusion layer and the wiring are configured in a planar layout that is easy to electrically separate.

この構成により、抵抗変化素子形成後のチャージダメージ電流は抵抗変化素子よりもインピーダンスの低い第二の拡散層へと流れ、抵抗変化素子へは流れにくいため、チャージダメージによる酸素プロファイルの破壊を阻止できる。   With this configuration, the charge damage current after forming the variable resistance element flows to the second diffusion layer having a lower impedance than the variable resistance element, and hardly flows to the variable resistance element. .

また、ある好ましい実施の形態においては、前記第2の拡散層と前記配線とが1断面にて電気的に分離可能な平面レイアウトで記載されていることを特徴とする。   In a preferred embodiment, the second diffusion layer and the wiring are described in a plane layout that can be electrically separated in one cross section.

この構成により、抵抗変化素子形成後のチャージダメージ電流は抵抗変化素子よりもインピーダンスの低い拡散層へと流れ、抵抗変化素子へは流れにくいため、チャージダメージによる酸素プロファイルの破壊を阻止でき、かつ、デバイス動作時には不要となる第二の接続経路を素子部分から容易に切り離すことができ、素子面積を縮小する事ができる。また、デバイス動作時に第二の接続経路によって引き起こされる誤動作の可能性を完全に排除できる。   With this configuration, the charge damage current after forming the resistance change element flows to the diffusion layer having a lower impedance than the resistance change element, and it is difficult to flow to the resistance change element, so that the destruction of the oxygen profile due to charge damage can be prevented, and The second connection path that is not required during device operation can be easily separated from the element portion, and the element area can be reduced. Further, the possibility of malfunction caused by the second connection path during device operation can be completely eliminated.

また、ある好ましい実施の形態においては、前記基板はp型半導体であり、前記第1の拡散層及び前記第2の拡散層はn型半導体であり、前記抵抗変化層は、前記下部電極側に配置される第1の抵抗変化層および前記上部電極側に配置される第2の抵抗変化層からなる積層構造を有し、前記第2の抵抗変化層の酸素含有率は前記第1の抵抗変化層の酸素含有率より高いことを特徴とする。   In one preferable embodiment, the substrate is a p-type semiconductor, the first diffusion layer and the second diffusion layer are n-type semiconductors, and the variable resistance layer is on the lower electrode side. A laminated structure comprising a first variable resistance layer and a second variable resistance layer disposed on the upper electrode side, wherein the oxygen content of the second variable resistance layer is the first variable resistance; It is characterized by being higher than the oxygen content of the layer.

また、ある好ましい実施の形態においては、前記基板と前記第1の拡散層との間に第3の拡散層を有し、前記基板及び前記第1の拡散層はp型半導体であり、前記第2の拡散層及び前記第3の拡散層はn型半導体であり、前記抵抗変化層は、前記下部電極側に配置される第1の抵抗変化層および前記上部電極側に配置される第2の抵抗変化層からなる積層構造を有し、前記第2の抵抗変化層の酸素含有率は前記第1の抵抗変化層の酸素含有率より高いことを特徴とする。   In a preferred embodiment, a third diffusion layer is provided between the substrate and the first diffusion layer, the substrate and the first diffusion layer are p-type semiconductors, The second diffusion layer and the third diffusion layer are n-type semiconductors, and the variable resistance layer is a first variable resistance layer disposed on the lower electrode side and a second variable layer disposed on the upper electrode side. It has a laminated structure composed of a resistance change layer, and the oxygen content of the second resistance change layer is higher than the oxygen content of the first resistance change layer.

また、ある好ましい実施の形態においては、前記基板と前記第2の拡散層との間に第3の拡散層を有し、前記基板及び前記第2の拡散層はp型半導体であり、前記第1の拡散層及び前記第3の拡散層はn型半導体であり、前記抵抗変化層は、前記下部電極側に配置される第1の抵抗変化層および前記上部電極側に配置される第2の抵抗変化層からなる積層構造を有し、前記第2の抵抗変化層の酸素含有率は前記第1の抵抗変化層の酸素含有率より低いことを特徴とする。   In a preferred embodiment, a third diffusion layer is provided between the substrate and the second diffusion layer, the substrate and the second diffusion layer are p-type semiconductors, The first diffusion layer and the third diffusion layer are n-type semiconductors, and the variable resistance layer is a first variable resistance layer disposed on the lower electrode side and a second variable layer disposed on the upper electrode side. It has a laminated structure composed of a resistance change layer, and the oxygen content of the second resistance change layer is lower than the oxygen content of the first resistance change layer.

また、ある好ましい実施の形態においては、前記基板と前記第1の拡散層及び前記第2の拡散層との間に第3の拡散層を有し、前記基板及び前記第1の拡散層及び前記第2の拡散層はp型半導体であり、前記第3の拡散層はn型半導体であり、前記抵抗変化層は、前記下部電極側に配置される第1の抵抗変化層および前記上部電極側に配置される第2の抵抗変化層からなる積層構造を有し、前記第2の抵抗変化層の酸素含有率は前記第1の抵抗変化層の酸素含有率より低いことを特徴とする。   Further, in a preferred embodiment, a third diffusion layer is provided between the substrate and the first diffusion layer and the second diffusion layer, and the substrate, the first diffusion layer, and the The second diffusion layer is a p-type semiconductor, the third diffusion layer is an n-type semiconductor, and the resistance change layer includes the first resistance change layer and the upper electrode side disposed on the lower electrode side. And the second resistance change layer has a lower oxygen content than that of the first resistance change layer.

また、ある好ましい実施の形態においては、前記第2の拡散層の面積が、前記第1の拡散層の面積より大きいことを特徴とする。   In a preferred embodiment, the area of the second diffusion layer is larger than the area of the first diffusion layer.

また、本願発明の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法は、基板上に第1の拡散層及び第2の拡散層を形成する工程と、前記第1の拡散層及び前記第2の拡散層上に第1の層間絶縁層を形成する工程と、前記第1の層間絶縁層を貫通して前記第1の拡散層に達する第1のコンタクトプラグを形成する工程と、前記第1の層間絶縁層の前記第1のコンタクトプラグが形成された部分に、下部電極、抵抗変化層、上部電極を順に積層することにより抵抗変化素子を形成する工程と、前記抵抗変化素子及び前記第1の層間絶縁層上に第2の層間絶縁層を形成する工程と、前記第2の層間絶縁層を貫通して前記上部電極に達する第2のコンタクトプラグを形成する工程と、前記第2の層間絶縁層および第1の層間絶縁層を貫通して前記第2の拡散層に達する第3のコンタクトプラグを形成する工程と、前記第2の層間絶縁層上に前記第2のコンタクトプラグ及び前記第3のコンタクトプラグに電気的に接続する配線を形成する工程と、第3のコンタクトプラグと前記配線とを電気的に分離する工程とを含み、前記配線から、前記第2コンタクトプラグ、前記抵抗変化素子、前記第1コンタクトプラグを介して、前記第1の拡散層に至る第1の電気的接続経路のインピーダンスは、前記配線から、前記第3のコンタクトプラグを介して、前記第2の拡散層に至る第2の電気的接続経路のインピーダンスより高いことを特徴とする。   The method of manufacturing a variable resistance nonvolatile memory device according to the present invention includes a step of forming a first diffusion layer and a second diffusion layer on a substrate, and the first diffusion layer and the second diffusion layer. Forming a first interlayer insulating layer thereon, forming a first contact plug penetrating through the first interlayer insulating layer and reaching the first diffusion layer, and the first interlayer insulating layer Forming a resistance change element by sequentially stacking a lower electrode, a resistance change layer, and an upper electrode on a portion of the layer where the first contact plug is formed; and the resistance change element and the first interlayer insulation Forming a second interlayer insulating layer on the layer; forming a second contact plug passing through the second interlayer insulating layer and reaching the upper electrode; and the second interlayer insulating layer and The second diffusion layer penetrating through the first interlayer insulating layer Forming a third contact plug reaching the second contact plug; forming a wiring electrically connected to the second contact plug and the third contact plug on the second interlayer insulating layer; A step of electrically separating the contact plug and the wiring from the wiring to the first diffusion layer via the second contact plug, the variable resistance element, and the first contact plug. The impedance of one electrical connection path is higher than the impedance of the second electrical connection path from the wiring to the second diffusion layer through the third contact plug.

この構成により、抵抗変化素子形成後のチャージダメージ電流は抵抗変化素子よりもインピーダンスの低い第二の拡散層へと流れ、抵抗変化素子へは流れにくいため、チャージダメージによる酸素プロファイルの破壊を阻止でき、かつ、デバイス動作時には不要となる第二の接続経路を素子部分から容易に切り離すことができ、素子面積を縮小する事ができる。また、デバイス動作時に第二の接続経路によって引き起こされる誤動作の可能性を完全に排除できる。   With this configuration, the charge damage current after formation of the resistance change element flows to the second diffusion layer having a lower impedance than the resistance change element, and does not easily flow to the resistance change element. And the 2nd connection path | route which becomes unnecessary at the time of device operation | movement can be easily cut | disconnected from an element part, and an element area can be reduced. Further, the possibility of malfunction caused by the second connection path during device operation can be completely eliminated.

また、ある好ましい実施の形態においては、前記第3のコンタクトプラグと前記配線とを電気的に分離する工程において、ダイシング法を用いることを特徴とする。   In a preferred embodiment, a dicing method is used in the step of electrically separating the third contact plug and the wiring.

また、ある好ましい実施の形態においては、前記第3のコンタクトプラグと前記配線とを電気的に分離する工程において、エッチング法を用いることを特徴とする。   In a preferred embodiment, an etching method is used in the step of electrically separating the third contact plug and the wiring.

本発明の抵抗変化型不揮発性記憶装置はインピーダンスのより低い拡散層を並列に具備しているため、チャージダメージによる電流が抵抗変化層中を流れることがほとんどなくなるので酸素プロファイルを破壊することがない。これにより、初期抵抗のばらつきを低減し、抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造歩留りを飛躍的に向上できるという効果を奏する。   Since the variable resistance nonvolatile memory device of the present invention includes a diffusion layer having a lower impedance in parallel, current due to charge damage hardly flows through the variable resistance layer, so that the oxygen profile is not destroyed. . As a result, variations in initial resistance can be reduced, and the production yield of the variable resistance nonvolatile memory device can be greatly improved.

本発明の第1の実施の形態における抵抗変化型不揮発性記憶装置の断面図Sectional drawing of the variable resistance nonvolatile memory device in the first embodiment of the invention 本発明の第1の実施の形態の効果の説明図Explanatory drawing of the effect of the 1st Embodiment of this invention 本発明の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the variable resistance nonvolatile memory device of this invention 本発明の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the variable resistance nonvolatile memory device of this invention 本発明の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the variable resistance nonvolatile memory device of this invention 本発明の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the variable resistance nonvolatile memory device of this invention 本発明の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the variable resistance nonvolatile memory device of this invention 本発明の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the variable resistance nonvolatile memory device of this invention 本発明の第2の実施の形態における抵抗変化型不揮発性記憶装置の断面図Sectional drawing of the variable resistance nonvolatile memory device in the second embodiment of the present invention 本発明の第3の実施の形態における抵抗変化型不揮発性記憶装置の断面図Sectional drawing of the variable resistance nonvolatile memory device in the third embodiment of the invention 本発明の第4の実施の形態における抵抗変化型不揮発性記憶装置の断面図Sectional drawing of the variable resistance nonvolatile memory device in the fourth embodiment of the invention 本発明の第5の実施の形態における抵抗変化型不揮発性記憶装置のレイアウト模式図Layout schematic diagram of variable resistance nonvolatile memory device according to fifth embodiment of the invention 本発明の第5の実施の形態における抵抗変化型不揮発性記憶装置のレイアウト模式図Layout schematic diagram of variable resistance nonvolatile memory device according to fifth embodiment of the invention 本発明の第6の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change type non-volatile memory device used in the 6th Embodiment of this invention 本発明の第6の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change type non-volatile memory device used in the 6th Embodiment of this invention 本発明の第6の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change type non-volatile memory device used in the 6th Embodiment of this invention 本発明の第6の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change type non-volatile memory device used in the 6th Embodiment of this invention 本発明の第6の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change type non-volatile memory device used in the 6th Embodiment of this invention 本発明の第6の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change type non-volatile memory device used in the 6th Embodiment of this invention 本発明の第6の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change type non-volatile memory device used in the 6th Embodiment of this invention 本発明の第7の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change non-volatile memory device used in the 7th Embodiment of this invention 本発明の第7の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change non-volatile memory device used in the 7th Embodiment of this invention 本発明の第7の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change non-volatile memory device used in the 7th Embodiment of this invention 本発明の第7の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change non-volatile memory device used in the 7th Embodiment of this invention 本発明の第7の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change non-volatile memory device used in the 7th Embodiment of this invention 本発明の第7の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change non-volatile memory device used in the 7th Embodiment of this invention 本発明の第7の実施の形態で用いた抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the resistance change non-volatile memory device used in the 7th Embodiment of this invention 従来例に係る不揮発性記憶素子の断面図Sectional drawing of the non-volatile memory element which concerns on a prior art example 抵抗変化層中の酸素含有率と抵抗との関係説明図Explanatory drawing of the relationship between oxygen content and resistance in the resistance variable layer 抵抗変化層中の酸素含有率分布とチャージダメージの影響説明図Explanatory diagram of the influence of charge content damage and oxygen content distribution in the variable resistance layer

以下、本発明の実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する場合もある。また、図面においては説明を分かりやすくするために、縮尺などを誇張して記述している部分がある。   Hereinafter, a variable resistance nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and description may be abbreviate | omitted. In addition, in the drawings, there are portions in which the scale is exaggerated for easy understanding.

(第1の実施の形態)
図1に、本発明の第1の実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置100の断面図を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a variable resistance nonvolatile memory device 100 according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、不揮発性記憶装置100において、p型の導電型をもつ基板21の主面上にAs等のn型不純物による第1のn型拡散層22a、As等のn型不純物による第2のn型拡散層29aが設けられている。基板21上には、さらに、厚さ350nmのシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁層23、TaN等からなる厚さ30nmの下部電極27、第1の遷移金属の酸化物(例えば、第1のタンタル酸化物)からなる厚さ40nmの第1の抵抗変化層24a、第2の遷移金属の酸化物(例えば、第2のタンタル酸化物)からなる厚さ10nmの第2の抵抗変化層24b、Pt等からなる厚さ50nmの上部電極28、および厚さ350nmのシリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁層25が下から順次配置されている。第2の層間絶縁層25の上には、厚さ500nm、幅が0.3μmのAl材料からなる配線26が設けられている。   As shown in FIG. 1, in the nonvolatile memory device 100, the first n-type diffusion layer 22a and the n-type impurity such as As are formed on the main surface of the substrate 21 having the p-type conductivity by the n-type impurity such as As. A second n-type diffusion layer 29a is provided. On the substrate 21, a first interlayer insulating layer 23 made of a silicon oxide film with a thickness of 350 nm, a lower electrode 27 with a thickness of 30 nm made of TaN, etc., an oxide of a first transition metal (for example, a first transition metal) A first resistance change layer 24a having a thickness of 40 nm and a second resistance change layer 24b having a thickness of 10 nm made of a second transition metal oxide (for example, a second tantalum oxide). , Pt and the like upper electrode 28 having a thickness of 50 nm and a second interlayer insulating layer 25 made of a silicon oxide film having a thickness of 350 nm are sequentially arranged from the bottom. On the second interlayer insulating layer 25, a wiring 26 made of an Al material having a thickness of 500 nm and a width of 0.3 μm is provided.

ここで、下部電極27、第1、第2の抵抗変化層24a、24b、上部電極28が、抵抗変化素子36を構成する。   Here, the lower electrode 27, the first and second resistance change layers 24 a and 24 b, and the upper electrode 28 constitute a resistance change element 36.

さらに上部電極28、第1、第2の抵抗変化層24b、24a、下部電極27を介して第1のn型拡散層22aと配線26とを接続する領域には上下2つの直径0.25μmのコンタクトホール32、31が設けられている。また、第1、第2の層間絶縁層23、25を介して配線26と第2のn型拡散層29aとを接続する領域には直径0.25μmのコンタクトホール33が設けられている。コンタクトホール31、32、33内には、第1、第2の層間絶縁層23、25の一方または両方を貫通してタングステン(W)と窒化チタン(TiN)の材料からなるコンタクトプラグが埋め込まれている。   Further, in the region where the first n-type diffusion layer 22a and the wiring 26 are connected via the upper electrode 28, the first and second resistance change layers 24b and 24a, and the lower electrode 27, two upper and lower diameters of 0.25 μm are provided. Contact holes 32 and 31 are provided. A contact hole 33 having a diameter of 0.25 μm is provided in a region connecting the wiring 26 and the second n-type diffusion layer 29a via the first and second interlayer insulating layers 23 and 25. Contact plugs made of tungsten (W) and titanium nitride (TiN) materials are embedded in the contact holes 31, 32, 33 so as to penetrate one or both of the first and second interlayer insulating layers 23, 25. ing.

第1、第2の抵抗変化層24a、24bの一部を抵抗変化素子の記憶部として動作させるために、第1、第2の抵抗変化層24a、24bには電気的パルスを印加することで記憶部の抵抗値を安定に増加または減少させる材料が用いられる。この時に記憶部の抵抗値は印加される電気的パルスの特性により、二つの異なる抵抗値を安定に持つことができる。   In order to operate a part of the first and second resistance change layers 24a and 24b as a memory portion of the resistance change element, an electric pulse is applied to the first and second resistance change layers 24a and 24b. A material that stably increases or decreases the resistance value of the storage unit is used. At this time, the resistance value of the memory unit can stably have two different resistance values depending on the characteristics of the applied electric pulse.

第1、第2の抵抗変化層24a、24bを同じ遷移金属の酸化物で構成する場合、それぞれの酸素の含有量に応じて初期抵抗が変化する。   When the first and second resistance change layers 24a and 24b are made of the same transition metal oxide, the initial resistance changes according to the oxygen content.

本実施形態では、第1の抵抗変化層24aに比べて第2の抵抗変化層24bに、より高濃度に酸素を含む(言い換えれば、第1の抵抗変化層24aを構成するタンタル酸化物をTaO、第2の抵抗変化層24bを構成するタンタル酸化物をTaOと表したとき、x<yとなる)ように作製した場合における抵抗変化素子に対するチャージダメージを防止する構成について説明する。 In the present embodiment, the second resistance change layer 24b contains oxygen at a higher concentration than the first resistance change layer 24a (in other words, the tantalum oxide constituting the first resistance change layer 24a is TaO. x, when expressed as TaO y tantalum oxide constituting the second resistance layer 24b, x <a y) so prepared was the structure to prevent charge damage to the variable resistance element in the case will be described.

不揮発性記憶装置100において、配線26から、コンタクトホール33に設けられたコンタクトプラグ、および第2のn型拡散層29aを経由して、基板21に至る第2の接続経路のインピーダンスは、配線26から、コンタクトホール32に設けられたコンタクトプラグ、抵抗変化素子36、コンタクトホール31に設けられたコンタクトプラグ、および第1のn型拡散層22aを経由して、基板21に至る第1の接続経路のインピーダンスよりも低く構成する。   In the nonvolatile memory device 100, the impedance of the second connection path from the wiring 26 to the substrate 21 through the contact plug provided in the contact hole 33 and the second n-type diffusion layer 29a is as follows. To the substrate 21 via the contact plug provided in the contact hole 32, the resistance change element 36, the contact plug provided in the contact hole 31, and the first n-type diffusion layer 22a. It is configured to be lower than the impedance.

第2の接続経路のインピーダンスを第1の接続経路と比べて低く構成するために、一例として、第2のn型拡散層29aを第1のn型拡散層22aよりも大きな面積で設置することが有効である。第2のn型拡散層29aの面積は、微細化の制約が許す限り大きく(例えば、第1のn型拡散層22aの面積の2倍以上に)設計する。   In order to configure the impedance of the second connection path to be lower than that of the first connection path, for example, the second n-type diffusion layer 29a is installed in a larger area than the first n-type diffusion layer 22a. Is effective. The area of the second n-type diffusion layer 29a is designed to be as large as the restrictions on miniaturization allow (for example, twice or more than the area of the first n-type diffusion layer 22a).

ここで、第1、第2の抵抗変化層24a、24bが形成された後に作製される配線26のドライエッチングなどのプラズマプロセスによる加工で発生する、配線26から基板21へ向かうプラスのチャージダメージ電流は、酸素含有率の低い第1の抵抗変化層24aから酸素含有率の高い第2の抵抗変化層24bへの酸素イオンの移動を助長するものの第1、第2の抵抗変化層24a、24bの酸素含有率の高低差が強調される向きであり、抵抗変化素子の酸素プロファイルを破壊しにくく影響は小さい。   Here, a positive charge damage current from the wiring 26 toward the substrate 21 generated by processing by a plasma process such as dry etching of the wiring 26 manufactured after the first and second resistance change layers 24a and 24b are formed. This facilitates the movement of oxygen ions from the first resistance change layer 24a having a low oxygen content to the second resistance change layer 24b having a high oxygen content, but the first and second resistance change layers 24a and 24b This is the direction in which the difference in the oxygen content is emphasized, and the oxygen profile of the resistance change element is less likely to be destroyed, and the influence is small.

一方、基板21から配線26へ向かうマイナスのチャージダメージ電流は、第1、第2の抵抗変化層24a、24bを含む第1の接続経路と、第1の接続経路よりもインピーダンスの低い第2の接続経路とを並列に設けたことで、第2の接続経路に主に流れる。その結果として、第1、第2の抵抗変化層24a、24bに流れるマイナスのチャージダメージ電流が減少し、酸素プロファイルの破壊を軽減できる。   On the other hand, the negative charge damage current from the substrate 21 to the wiring 26 includes the first connection path including the first and second resistance change layers 24a and 24b, and the second impedance having a lower impedance than the first connection path. By providing the connection path in parallel, the flow mainly flows to the second connection path. As a result, the negative charge damage current flowing in the first and second resistance change layers 24a and 24b is reduced, and the destruction of the oxygen profile can be reduced.

大面積の第2のn型拡散層29aを設置することは、過電流を駆動するような大きなチャージダメージが加わった場合に、不揮発性記憶装置100を破壊することなく過電流を流すためにも有効である。   The provision of the second n-type diffusion layer 29a having a large area also allows an overcurrent to flow without destroying the nonvolatile memory device 100 when a large charge damage that drives the overcurrent is applied. It is valid.

なお、不揮発性記憶装置100の動作時において、抵抗変化素子36の抵抗状態の変更および判別(データの書き込みおよび読み出し)は、第1の接続経路を通したバイアス電圧の印加によって行われるので、第2の接続経路は不揮発性記憶装置100の動作に関係しない。   During the operation of the nonvolatile memory device 100, the change and determination of the resistance state of the variable resistance element 36 (data writing and reading) are performed by applying a bias voltage through the first connection path. The two connection paths are not related to the operation of the nonvolatile memory device 100.

例えば、第2のn型拡散層29aをオープン(フローティング)状態とするか、または、基板21および第2のn型拡散層29aの接合によってできるpnダイオードの逆バイアス電圧で不揮発性記憶装置100を動作させることにより、第2の接続経路には電流が流れず、第2の接続経路は不揮発性記憶装置100の動作にとって支障とならない。   For example, the second n-type diffusion layer 29a is set in an open (floating) state, or the non-volatile memory device 100 is set with a reverse bias voltage of a pn diode formed by a junction between the substrate 21 and the second n-type diffusion layer 29a. By operating, current does not flow through the second connection path, and the second connection path does not hinder the operation of the nonvolatile memory device 100.

図2に、本実施例の第2の接続経路を設けた場合と、設けない場合での抵抗変化素子の初期抵抗の比較を示す。図中の点はウェハ面内44点の抵抗のメジアン値を示し、エラーバーはウェハ面内44点の抵抗の1σの範囲を示している。図2より、第2の接続経路を設けると、メジアン値が高抵抗に維持され、かつ、バラツキが減少していることが分かる。   FIG. 2 shows a comparison of the initial resistance of the variable resistance element when the second connection path of this embodiment is provided and when it is not provided. The points in the figure indicate the median value of the resistance at 44 points in the wafer surface, and the error bar indicates the range of 1σ of the resistance at the 44 points in the wafer surface. As can be seen from FIG. 2, when the second connection path is provided, the median value is maintained at a high resistance, and the variation is reduced.

したがって、第1、第2の抵抗変化層24a、24b中の酸素含有率分布を当初設計どおりに維持することができ、初期抵抗のばらつきを低減し、抵抗変化型の不揮発性記憶装置の製造歩留りを飛躍的に向上できる。   Therefore, the oxygen content distribution in the first and second resistance change layers 24a and 24b can be maintained as originally designed, variation in initial resistance can be reduced, and the production yield of the resistance change type nonvolatile memory device can be reduced. Can be improved dramatically.

次に、図3に本実施の形態で示した不揮発性記憶装置100の製造方法の工程断面図を示す。図3Aから図3Fまでは不揮発性記憶装置100のプロセスフローを順に示している。   Next, FIG. 3 shows a process cross-sectional view of the method for manufacturing the nonvolatile memory device 100 shown in the present embodiment. 3A to 3F sequentially show the process flow of the nonvolatile memory device 100.

図3Aに示すように、基板21の主面上にAs等のn型不純物を例えばエネルギー20keV、ドーズ量1×1015/cmでイオン注入することにより第1、第2のn型拡散層22a、29aを形成し、基板21上にCVD法等によりシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁層23を形成する。 As shown in FIG. 3A, first and second n-type diffusion layers are formed by ion-implanting n-type impurities such as As on the main surface of the substrate 21 with an energy of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 / cm 2 , for example. 22a and 29a are formed, and a first interlayer insulating layer 23 made of a silicon oxide film is formed on the substrate 21 by a CVD method or the like.

なお、第2のn型拡散層29aのドーズ量は、第1のn型拡散層22aのドーズ量よりも多くしてもよい。ドーズ量を多くすることで第2のn型拡散層29aの抵抗値は、第1のn型拡散層22aの抵抗値よりも小さくなるので、第2の接続経路のインピーダンスを第1の接続経路に比べて低く構成するために有効である。   Note that the dose amount of the second n-type diffusion layer 29a may be larger than the dose amount of the first n-type diffusion layer 22a. By increasing the dose amount, the resistance value of the second n-type diffusion layer 29a becomes smaller than the resistance value of the first n-type diffusion layer 22a, so that the impedance of the second connection path is set to the first connection path. It is effective to make it low compared to.

また、図示していないが、第2のn型拡散層29aの上に、例えば厚さ数nmのコバルトシリサイド(CoSi)層等のシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層を介在することで、第2のn型拡散層29aと、後の工程でコンタクトホール33に設けられるコンタクトプラグとのコンタクト抵抗が減少するので、第2の接続経路のインピーダンスを第1の接続経路に比べて低く構成するために有効である。 Although not shown, a silicide layer such as a cobalt silicide (CoSi 2 ) layer having a thickness of several nm may be formed on the second n-type diffusion layer 29a. By interposing the silicide layer, the contact resistance between the second n-type diffusion layer 29a and a contact plug provided in the contact hole 33 in a later step is reduced, so that the impedance of the second connection path is reduced to the first This is effective for a low configuration compared to the connection path.

製造方法の説明を続ける。   Continue to explain the manufacturing method.

さらに、図3Bに示すように、ドライエッチング法により直径0.25μmのコンタクトホール31を第1の層間絶縁層23を貫通して第1のn型拡散層22aに到達するまで掘り進める。   Further, as shown in FIG. 3B, the contact hole 31 having a diameter of 0.25 μm is dug through the first interlayer insulating layer 23 until it reaches the first n-type diffusion layer 22a by dry etching.

さらに、図3Cに示すように、コンタクトホール31をCVD法により窒化チタン(以下、TiN)を蒸着した後にタングステン(以下、W)で埋め込み、第1の層間絶縁層23の上まで堆積した後にCMP技術を用いて第1の層間絶縁層23の上のWとTiNを除去すると共に表面を平坦化する。これによりWおよびTiNからなるコンタクトプラグがコンタクトホール31の位置に形成される。   Further, as shown in FIG. 3C, the contact hole 31 is deposited with titanium (hereinafter referred to as W) after depositing titanium nitride (hereinafter referred to as TiN) by a CVD method, and deposited over the first interlayer insulating layer 23 and then subjected to CMP. Using technology, W and TiN on the first interlayer insulating layer 23 are removed and the surface is planarized. As a result, a contact plug made of W and TiN is formed at the position of the contact hole 31.

さらに、図3Dに示すように、CVD法により下部電極27となるTaNを厚さ30nmで蒸着し、抵抗変化層24aおよび24bとなるTa等の遷移金属の酸化物を反応性スパッタ法により厚さそれぞれ40nmおよび10nmで成膜し、さらにスパッタ法により上部電極28となるPtを厚さ50nmで堆積した後、ドライエッチング法により上部電極28、抵抗変化層24aおよび24b、下部電極27からなる抵抗変化素子が形成される。抵抗変化層24bは、抵抗変化層24aを反応性スパッタ法で成膜後、続けて反応性スパッタの酸素濃度を変化させて成膜してもよいし、抵抗変化層24aの表面をプラズマ酸化法等で酸化してもよい。   Further, as shown in FIG. 3D, TaN serving as the lower electrode 27 is deposited with a thickness of 30 nm by the CVD method, and an oxide of transition metal such as Ta serving as the resistance change layers 24a and 24b is formed by the reactive sputtering method. Films are formed at 40 nm and 10 nm, respectively, and Pt to be the upper electrode 28 is deposited by sputtering to a thickness of 50 nm, and then the resistance change including the upper electrode 28, the resistance change layers 24a and 24b, and the lower electrode 27 is performed by dry etching. An element is formed. The resistance change layer 24b may be formed by changing the oxygen concentration of the reactive sputtering after the resistance change layer 24a is formed by the reactive sputtering method, or the surface of the resistance change layer 24a may be formed by the plasma oxidation method. Oxidation may be performed with such as.

さらに図3Eに示すように、CVD法等によりシリコン酸化膜を堆積し、その後にCMP技術を用いて厚さ350nmの第2の層間絶縁層25が形成される。この後、ドライエッチング法により直径0.25μmのコンタクトホール32、33を形成するが、コンタクトホール32にあっては第2の層間絶縁層25を貫通して上部電極28に到達するまで、コンタクトホール33にあっては第2、第1の層間絶縁層25、23を貫通して第2のn型拡散層29aに到達するまで掘り進める。   Further, as shown in FIG. 3E, a silicon oxide film is deposited by a CVD method or the like, and then a second interlayer insulating layer 25 having a thickness of 350 nm is formed by using a CMP technique. Thereafter, contact holes 32 and 33 having a diameter of 0.25 μm are formed by a dry etching method. In the contact hole 32, the contact hole passes through the second interlayer insulating layer 25 and reaches the upper electrode 28. In 33, digging is performed until the second n-type diffusion layer 29a is reached through the second and first interlayer insulating layers 25 and 23.

さらに、図3Fに示すように、コンタクトホール32、33をCVD法によりTiNを蒸着した後にWで埋め込み、第2の層間絶縁層25の上まで堆積した後、CMP技術を用いて第2の層間絶縁層25の上のWおよびTiNを除去すると共に表面を平坦化する。これにより、WおよびTiNからなるコンタクトプラグがコンタクトホール32、33内に形成される。これらのコンタクトプラグ上にAl材料等からなる配線26を蒸着法とドライエッチング法により幅0.3μm、厚さ500nmで形成する。   Further, as shown in FIG. 3F, after the contact holes 32 and 33 are deposited by Ti after vapor deposition of TiN by CVD method and deposited on the second interlayer insulating layer 25, the second interlayer is formed by using the CMP technique. W and TiN on the insulating layer 25 are removed and the surface is planarized. As a result, contact plugs made of W and TiN are formed in the contact holes 32 and 33. A wiring 26 made of an Al material or the like is formed on these contact plugs by a vapor deposition method and a dry etching method with a width of 0.3 μm and a thickness of 500 nm.

以上のプロセスフローにより不揮発性記憶装置100が製造される。この製作プロセスにより、配線26を加工するためのドライエッチングを実施する前に、抵抗変化素子36を含む第1の接続経路と並列に、第1の接続経路よりもインピーダンスの低い第2の接続経路を設けるので、配線26のドライエッチングによる加工などで発生するチャージダメージによる電流を主に第2の接続経路を通して拡散層へ導き、結果として、第1、第2の抵抗変化層24a、24bに流れるチャージダメージ電流が減少する。   The nonvolatile memory device 100 is manufactured by the above process flow. By this manufacturing process, the second connection path having a lower impedance than the first connection path is provided in parallel with the first connection path including the resistance change element 36 before the dry etching for processing the wiring 26 is performed. Therefore, a current caused by charge damage caused by processing of the wiring 26 by dry etching or the like is mainly guided to the diffusion layer through the second connection path, and as a result, flows to the first and second resistance change layers 24a and 24b. Charge damage current decreases.

したがって、第1、第2の抵抗変化層24a、24b中の酸素含有率分布を当初設計どおりに維持することができ、初期抵抗のばらつきを低減し、不揮発性記憶装置の製造歩留りを飛躍的に向上できる。   Therefore, the oxygen content distributions in the first and second resistance change layers 24a and 24b can be maintained as originally designed, variation in initial resistance can be reduced, and the manufacturing yield of the nonvolatile memory device can be dramatically increased. Can be improved.

(第2の実施の形態)
図4に、本発明の第2の実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置200の断面図を示す。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a variable resistance nonvolatile memory device 200 according to the second embodiment of the present invention.

図4に示すように、不揮発性記憶装置200において、p型の導電型をもつ基板21の主面上にAs等の不純物による第3のn型拡散層37、B等のp型不純物による第1のp型拡散層22b、As等の不純物による第2のn型拡散層29aが設けられている。基板21上には、さらに、厚さ350nmのシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁層23、TaNからなる厚さ30nmの下部電極27、遷移金属の酸化物(例えば、タンタル酸化物)からなる厚さ40nmの第1の抵抗変化層24a、遷移金属の酸化物(例えば、タンタル酸化物)からなる厚さ10nmの第2の抵抗変化層24b、Ptからなる厚さ50nmの上部電極28および厚さ350nmのシリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁層25が下から順次配置されている。第2の層間絶縁層25の上には、厚さ500nm、幅が0.3μmのAl材料からなる配線26が設けられている。   As shown in FIG. 4, in the nonvolatile memory device 200, the third n-type diffusion layer 37 made of impurities such as As on the main surface of the substrate 21 having p-type conductivity, and the second p-type impurities made of B or the like. 1 p-type diffusion layer 22b and a second n-type diffusion layer 29a made of impurities such as As are provided. A first interlayer insulating layer 23 made of a silicon oxide film with a thickness of 350 nm, a lower electrode 27 made of TaN with a thickness of 30 nm, and an oxide of a transition metal (for example, tantalum oxide) are further formed on the substrate 21. First variable resistance layer 24a having a thickness of 40 nm, second variable resistance layer 24b having a thickness of 10 nm made of transition metal oxide (for example, tantalum oxide), upper electrode 28 having a thickness of 50 nm made of Pt, and thickness A second interlayer insulating layer 25 made of a silicon oxide film having a thickness of 350 nm is sequentially arranged from the bottom. On the second interlayer insulating layer 25, a wiring 26 made of an Al material having a thickness of 500 nm and a width of 0.3 μm is provided.

ここで、下部電極27、第1、第2の抵抗変化層24a、24b、上部電極28が、抵抗変化素子36を構成する。   Here, the lower electrode 27, the first and second resistance change layers 24 a and 24 b, and the upper electrode 28 constitute a resistance change element 36.

さらに上部電極28、第1、第2の抵抗変化層24b、24a、下部電極27を介して第1のp型拡散層22bと配線26とを接続する領域には上下2つの直径0.25μmのコンタクトホール32、31が設けられている。また、第1、第2の層間絶縁層23、25を介して配線と第2のn型拡散層29aとを接続する領域には直径0.25μmのコンタクトホール33が設けられている。コンタクトホール31、32、33内には、第1、第2の層間絶縁層23、25の一方または両方を貫通してタングステン(W)と窒化チタン(TiN)の材料からなるコンタクトプラグが埋め込まれている。   Further, in the region connecting the first p-type diffusion layer 22b and the wiring 26 via the upper electrode 28, the first and second resistance change layers 24b and 24a, and the lower electrode 27, two upper and lower diameters of 0.25 μm are provided. Contact holes 32 and 31 are provided. A contact hole 33 having a diameter of 0.25 μm is provided in a region connecting the wiring and the second n-type diffusion layer 29a through the first and second interlayer insulating layers 23 and 25. Contact plugs made of tungsten (W) and titanium nitride (TiN) materials are embedded in the contact holes 31, 32, 33 so as to penetrate one or both of the first and second interlayer insulating layers 23, 25. ing.

第1、第2の抵抗変化層24a、24bの一部を抵抗変化素子の記憶部として動作させるために、第1、第2の抵抗変化層24a、24bには電気的パルスを印加することで記憶部の抵抗値を安定に増加または減少させる材料が用いられる。この時に記憶部の抵抗値は印加される電気的パルスの特性により、二つの異なる抵抗値を安定に持つことができる。   In order to operate a part of the first and second resistance change layers 24a and 24b as a memory portion of the resistance change element, an electric pulse is applied to the first and second resistance change layers 24a and 24b. A material that stably increases or decreases the resistance value of the storage unit is used. At this time, the resistance value of the memory unit can stably have two different resistance values depending on the characteristics of the applied electric pulse.

第1、第2の抵抗変化層24a、24bを遷移金属の酸化物で構成する場合、酸素の含有量に応じて初期抵抗が変化する。   When the first and second resistance change layers 24a and 24b are formed of transition metal oxides, the initial resistance changes according to the oxygen content.

本実施形態では、第1の抵抗変化層24aに比べて第2の抵抗変化層24bに、より高濃度に酸素を含むように作製した場合における抵抗変化素子に対するチャージダメージを防止する構成について説明する。   In the present embodiment, a configuration for preventing charge damage to the resistance change element when the second resistance change layer 24b is made to contain oxygen at a higher concentration than the first resistance change layer 24a will be described. .

第1、第2の抵抗変化層24a、24bが形成された後に作製される配線26のドライエッチングなどのプラズマプロセスによる加工で発生する、配線26から基板21へ向かうプラスのチャージダメージ電流は、酸素含有率の低い第1の抵抗変化層24aから酸素含有率の高い第2の抵抗変化層24bへの酸素イオンの移動を助長するものの第1、第2の抵抗変化層24a、24bの酸素含有率の高低差が強調される向きであり、抵抗変化素子の酸素プロファイルを破壊しにくく影響は小さい。   The positive charge damage current from the wiring 26 to the substrate 21 generated by processing by a plasma process such as dry etching of the wiring 26 produced after the first and second resistance change layers 24a and 24b are formed is oxygen The oxygen content of the first and second resistance change layers 24a and 24b, which facilitates the movement of oxygen ions from the first resistance change layer 24a having a low content to the second resistance change layer 24b having a high oxygen content. The height difference is emphasized, and it is difficult to destroy the oxygen profile of the resistance change element, and the influence is small.

一方、基板21から配線26へ向かうマイナスのチャージダメージ電流は、第1、第2の抵抗変化層24a、24bを含む第1の接続経路では、第3のn型拡散層37と第1のp型拡散層22bとの接合によってできるpnダイオードに関して逆方向となって遮断され、第2の接続経路に主に流れる。すなわち、不揮発性記憶装置200では、マイナスのチャージダメージ電流に対して、第2の接続経路のインピーダンスは、第1の接続経路のインピーダンスよりも低く構成される。   On the other hand, the negative charge damage current from the substrate 21 to the wiring 26 is caused by the third n-type diffusion layer 37 and the first p in the first connection path including the first and second resistance change layers 24a and 24b. The pn diode formed by the junction with the type diffusion layer 22b is blocked in the reverse direction and flows mainly to the second connection path. That is, in the nonvolatile memory device 200, the impedance of the second connection path is configured to be lower than the impedance of the first connection path with respect to a negative charge damage current.

第1、第2の抵抗変化層24a、24bを含む第1の接続経路と、マイナスのチャージダメージ電流に対して第1の接続経路よりもインピーダンスの低い第2の接続経路とを並列に設けたことで、マイナスのチャージダメージ電流は第2の接続経路に主に流れる。その結果として、第1、第2の抵抗変化層24a、24bにはマイナスのチャージダメージ電流をほとんど流さずにすみ、酸素プロファイルの破壊を阻止できる。   A first connection path including the first and second resistance change layers 24a and 24b and a second connection path having a lower impedance than the first connection path with respect to a negative charge damage current are provided in parallel. As a result, a negative charge damage current mainly flows in the second connection path. As a result, almost no negative charge damage current flows through the first and second resistance change layers 24a and 24b, and the destruction of the oxygen profile can be prevented.

したがって、第1、第2の抵抗変化層24a、24b中の酸素含有率分布を当初設計どおりに維持することができ、初期抵抗のばらつきを低減し、抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造歩留りを飛躍的に向上できる。   Therefore, the oxygen content distributions in the first and second resistance change layers 24a and 24b can be maintained as originally designed, variation in initial resistance can be reduced, and the manufacturing yield of the resistance change nonvolatile memory device can be reduced. It can be improved dramatically.

(第3の実施の形態)
図5に、本発明の第3の実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置300の断面図を示す。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a sectional view of a variable resistance nonvolatile memory device 300 according to the third embodiment of the present invention.

図5に示すように、不揮発性記憶装置300において、p型の導電型をもつ基板21主面上にAs等の不純物による第3のn型拡散層37、As等のn型不純物による第1のn型拡散層22a、B等の不純物による第2のp型拡散層29bが設けられている。基板21上には、さらに、厚さ350nmのシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁層23、TaNからなる厚さ30nmの下部電極27、遷移金属の酸化物(例えば、タンタル酸化物)からなる厚さ40nmの第1の抵抗変化層24c、遷移金属の酸化物(例えば、タンタル酸化物)からなる厚さ10nmの第2の抵抗変化層24d、Ptからなる厚さ50nmの上部電極28および厚さ350nmのシリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁層25が下から順次配置されている。第2の層間絶縁層25の上には、厚さ500nm、幅が0.3μmのAl材料からなる配線26が設けられている。   As shown in FIG. 5, in the nonvolatile memory device 300, the third n-type diffusion layer 37 made of impurities such as As and the first n-type impurities made of As or the like are formed on the main surface of the substrate 21 having p-type conductivity. N-type diffusion layers 22a, second p-type diffusion layers 29b made of impurities such as B are provided. A first interlayer insulating layer 23 made of a silicon oxide film with a thickness of 350 nm, a lower electrode 27 made of TaN with a thickness of 30 nm, and an oxide of a transition metal (for example, tantalum oxide) are further formed on the substrate 21. First variable resistance layer 24c having a thickness of 40 nm, second variable resistance layer 24d having a thickness of 10 nm made of transition metal oxide (for example, tantalum oxide), upper electrode 28 having a thickness of 50 nm made of Pt, and thickness A second interlayer insulating layer 25 made of a silicon oxide film having a thickness of 350 nm is sequentially arranged from the bottom. On the second interlayer insulating layer 25, a wiring 26 made of an Al material having a thickness of 500 nm and a width of 0.3 μm is provided.

ここで、下部電極27、第1、第2の抵抗変化層24c、24d、上部電極28が、抵抗変化素子36を構成する。   Here, the lower electrode 27, the first and second resistance change layers 24 c and 24 d, and the upper electrode 28 constitute a resistance change element 36.

さらに上部電極28、第1、第2の抵抗変化層24c、24d、下部電極27を介して第1のn型拡散層22aと配線26とを接続する領域には上下2つの直径0.25μmのコンタクトホール32、31が設けられている。また、第1、第2の層間絶縁層23、25を介して配線と第2のp型拡散層29bとを接続する領域には直径0.25μmのコンタクトホール33が設けられている。コンタクトホール31、32、33内には、第1、第2の層間絶縁層23、25の一方または両方を貫通してタングステン(W)と窒化チタン(TiN)の材料からなるコンタクトプラグが埋め込まれている。   Further, in the region connecting the first n-type diffusion layer 22a and the wiring 26 via the upper electrode 28, the first and second resistance change layers 24c and 24d, and the lower electrode 27, two upper and lower diameters of 0.25 μm are provided. Contact holes 32 and 31 are provided. A contact hole 33 having a diameter of 0.25 μm is provided in a region connecting the wiring and the second p-type diffusion layer 29b through the first and second interlayer insulating layers 23 and 25. Contact plugs made of tungsten (W) and titanium nitride (TiN) materials are embedded in the contact holes 31, 32, 33 so as to penetrate one or both of the first and second interlayer insulating layers 23, 25. ing.

第1、第2の抵抗変化層24c、24dの一部を抵抗変化素子の記憶部として動作させるために、第1、第2の抵抗変化層24c、24dには電気的パルスを印加することで記憶部の抵抗値を安定に増加または減少させる材料が用いられる。この時に記憶部の抵抗値は印加される電気的パルスの特性により、二つの異なる抵抗値を安定に持つことができる。   In order to operate a part of the first and second resistance change layers 24c and 24d as a memory portion of the resistance change element, an electric pulse is applied to the first and second resistance change layers 24c and 24d. A material that stably increases or decreases the resistance value of the storage unit is used. At this time, the resistance value of the memory unit can stably have two different resistance values depending on the characteristics of the applied electric pulse.

第1、第2の抵抗変化層24c、24dを遷移金属の酸化物で構成する場合、酸素の含有量に応じて初期抵抗が変化する。   When the first and second resistance change layers 24c and 24d are made of transition metal oxides, the initial resistance changes according to the oxygen content.

本実施形態では、第2の抵抗変化層24dに比べて第1の抵抗変化層24cに、より高濃度に酸素を含むように作製した場合における、抵抗変化素子に対するチャージダメージを防止する構成について説明する。   In the present embodiment, a configuration for preventing charge damage to the resistance change element when the first resistance change layer 24c is made to contain oxygen at a higher concentration than the second resistance change layer 24d will be described. To do.

ここで、第1、第2の抵抗変化層24c、24dが形成された後に作製される配線26のドライエッチングなどのプラズマプロセスによる加工で発生する、基板21から配線26へ向かうマイナスのチャージダメージ電流は、酸素含有率の低い第2の抵抗変化層24dから酸素含有率の高い第1の抵抗変化層24cへの酸素イオンの移動を助長するものの第1、第2の抵抗変化層24c、24dの酸素含有率の高低差が強調される向きであり、抵抗変化素子の酸素プロファイルを破壊しにくく影響は小さい。   Here, a negative charge damage current from the substrate 21 to the wiring 26 generated by processing by a plasma process such as dry etching of the wiring 26 manufactured after the first and second resistance change layers 24c and 24d are formed. This facilitates the movement of oxygen ions from the second variable resistance layer 24d having a low oxygen content to the first variable resistance layer 24c having a high oxygen content, but the first and second variable resistance layers 24c and 24d This is the direction in which the difference in the oxygen content is emphasized, and the oxygen profile of the resistance change element is less likely to be destroyed, and the influence is small.

一方、配線26から基板21へ向かうプラスのチャージダメージ電流は、第1、第2の抵抗変化層24c、24dを含む第1の接続経路では、p型の基板21と第1のn型拡散層22aとの接合によってできるpnダイオードに関して逆方向となり遮断されるが、第2の接続経路においては、第3のn型拡散層37を接地しておくことにより、プラスのチャージダメージ電流が流れる。すなわち、不揮発性記憶装置300では、プラスのチャージダメージ電流に対して、第2の接続経路のインピーダンスは、第1の接続経路のインピーダンスよりも低く構成される。   On the other hand, a positive charge damage current from the wiring 26 to the substrate 21 is caused by the p-type substrate 21 and the first n-type diffusion layer in the first connection path including the first and second resistance change layers 24c and 24d. Although the pn diode formed by the junction with 22a is blocked in the opposite direction, a positive charge damage current flows in the second connection path by grounding the third n-type diffusion layer 37. That is, in the nonvolatile memory device 300, the impedance of the second connection path is configured to be lower than the impedance of the first connection path with respect to the positive charge damage current.

第1、第2の抵抗変化層24c、24dを含む第1の接続経路と、プラスのチャージダメージ電流に対して第1の接続経路よりもインピーダンスの低い第2の接続経路とを並列に設けたことで、プラスのチャージダメージ電流は第2の接続経路に主に流れる。その結果として、第1、第2の抵抗変化層24c、24dにはプラスのチャージダメージ電流をほとんど流さずにすみ、酸素プロファイルの破壊を阻止できる。   A first connection path including the first and second resistance change layers 24c and 24d and a second connection path having a lower impedance than the first connection path with respect to positive charge damage current are provided in parallel. As a result, a positive charge damage current mainly flows in the second connection path. As a result, almost no positive charge damage current flows through the first and second resistance change layers 24c and 24d, and the destruction of the oxygen profile can be prevented.

したがって、第1、第2の抵抗変化層24c、24d中の酸素含有率分布を当初設計どおりに維持することができ、初期抵抗のばらつきを低減し、抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造歩留りを飛躍的に向上できる。   Therefore, it is possible to maintain the oxygen content distribution in the first and second resistance change layers 24c and 24d as originally designed, to reduce variations in initial resistance, and to improve the manufacturing yield of the resistance change type nonvolatile memory device. It can be improved dramatically.

(第4の実施の形態)
図6に、本発明の第4の実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置400の断面図を示す。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 shows a sectional view of a variable resistance nonvolatile memory device 400 according to the fourth embodiment of the present invention.

図6に示すように、不揮発性記憶装置400において、p型の導電型をもつ基板21主面上にAs等の不純物による第3のn型拡散層37、B等のp型不純物による第1のp型拡散層22b、B等の不純物による第2のp型拡散層29bが設けられている。基板21上には、さらに、厚さ350nmのシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁層23、TaNからなる厚さ30nmの下部電極27、遷移金属の酸化物(例えば、タンタル酸化物)からなる厚さ40nmの第1の抵抗変化層24c、遷移金属の酸化物(例えば、タンタル酸化物)からなる厚さ10nmの第2の抵抗変化層24d、Ptからなる厚さ50nmの上部電極28および厚さ350nmのシリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁層25が下から順次配置されている。第2の層間絶縁層25の上には、厚さ500nm、幅が0.3μmのAl材料からなる配線26が設けられている。   As shown in FIG. 6, in the nonvolatile memory device 400, the third n-type diffusion layer 37 made of impurities such as As and the first p-type impurities such as B are formed on the main surface of the substrate 21 having p-type conductivity. P-type diffusion layer 22b and second p-type diffusion layer 29b made of impurities such as B are provided. A first interlayer insulating layer 23 made of a silicon oxide film with a thickness of 350 nm, a lower electrode 27 made of TaN with a thickness of 30 nm, and an oxide of a transition metal (for example, tantalum oxide) are further formed on the substrate 21. First variable resistance layer 24c having a thickness of 40 nm, second variable resistance layer 24d having a thickness of 10 nm made of transition metal oxide (for example, tantalum oxide), upper electrode 28 having a thickness of 50 nm made of Pt, and thickness A second interlayer insulating layer 25 made of a silicon oxide film having a thickness of 350 nm is sequentially arranged from the bottom. On the second interlayer insulating layer 25, a wiring 26 made of an Al material having a thickness of 500 nm and a width of 0.3 μm is provided.

ここで、下部電極27、第1、第2の抵抗変化層24c、24d、上部電極28が、抵抗変化素子36を構成する。   Here, the lower electrode 27, the first and second resistance change layers 24 c and 24 d, and the upper electrode 28 constitute a resistance change element 36.

さらに上部電極28、第1、第2の抵抗変化層24d、24c、下部電極27を介して第1のp型拡散層22bと配線26とを接続する領域には上下2つの直径0.25μmのコンタクトホール32、31が設けられている。また、第1、第2の層間絶縁層23、25を介して配線と第2のp型拡散層29bとを接続する領域には直径0.25μmのコンタクトホール33が設けられている。コンタクトホール31、32、33内には、第1、第2の層間絶縁層23、25の一方または両方を貫通してタングステン(W)と窒化チタン(TiN)の材料からなるコンタクトプラグが埋め込まれている。   Further, in the region connecting the first p-type diffusion layer 22b and the wiring 26 through the upper electrode 28, the first and second resistance change layers 24d and 24c, and the lower electrode 27, two upper and lower diameters of 0.25 μm are provided. Contact holes 32 and 31 are provided. A contact hole 33 having a diameter of 0.25 μm is provided in a region connecting the wiring and the second p-type diffusion layer 29b through the first and second interlayer insulating layers 23 and 25. Contact plugs made of tungsten (W) and titanium nitride (TiN) materials are embedded in the contact holes 31, 32, 33 so as to penetrate one or both of the first and second interlayer insulating layers 23, 25. ing.

第1、第2の抵抗変化層24c、24dの一部を抵抗変化素子の記憶部として動作させるために、第1、第2の抵抗変化層24c、24dには電気的パルスを印加することで記憶部の抵抗値を安定に増加または減少させる材料が用いられる。この時に記憶部の抵抗値は印加される電気的パルスの特性により、二つの異なる抵抗値を安定に持つことができる。   In order to operate a part of the first and second resistance change layers 24c and 24d as a memory portion of the resistance change element, an electric pulse is applied to the first and second resistance change layers 24c and 24d. A material that stably increases or decreases the resistance value of the storage unit is used. At this time, the resistance value of the memory unit can stably have two different resistance values depending on the characteristics of the applied electric pulse.

第1、第2の抵抗変化層24c、24dを遷移金属の酸化物で構成する場合、酸素の含有量に応じて初期抵抗が変化する。   When the first and second resistance change layers 24c and 24d are made of transition metal oxides, the initial resistance changes according to the oxygen content.

本実施形態では、第2の抵抗変化層24dに比べて第1の抵抗変化層24cにより高濃度に酸素を含むように作製した場合における抵抗変化素子に対するチャージダメージを防止する構成について説明する。   In the present embodiment, a configuration for preventing charge damage to the resistance change element when the first resistance change layer 24c is made to contain oxygen at a higher concentration than the second resistance change layer 24d will be described.

第4の実施の形態では、第1の実施の形態と同様、第2の接続経路のインピーダンスを第1の接続経路と比べて低く構成するために、一例として、第2のn型拡散層29bを第1のn型拡散層22aよりも大きな面積で設置する。   In the fourth embodiment, as in the first embodiment, in order to configure the impedance of the second connection path to be lower than that of the first connection path, as an example, the second n-type diffusion layer 29b. Is installed in a larger area than the first n-type diffusion layer 22a.

ここで、第1、第2の抵抗変化層24c、24dが形成された後に作製される配線26のドライエッチングなどのプラズマプロセスによる加工で発生する、基板21から配線26へ向かうマイナスのチャージダメージ電流は、酸素含有率の低い第2の抵抗変化層24dから酸素含有率の高い第1の抵抗変化層24cへの酸素イオンの移動を助長するものの第1、第2の抵抗変化層24c、24dの酸素含有率の高低差が強調される向きであり、抵抗変化素子の酸素プロファイルを破壊しにくく影響は小さい。   Here, a negative charge damage current from the substrate 21 to the wiring 26 generated by processing by a plasma process such as dry etching of the wiring 26 manufactured after the first and second resistance change layers 24c and 24d are formed. This facilitates the movement of oxygen ions from the second variable resistance layer 24d having a low oxygen content to the first variable resistance layer 24c having a high oxygen content, but the first and second variable resistance layers 24c and 24d This is the direction in which the difference in the oxygen content is emphasized, and the oxygen profile of the resistance change element is less likely to be destroyed, and the influence is small.

一方、配線26から基板21へ向かうプラスのチャージダメージ電流は、第1、第2の抵抗変化層24c、24dを含む第1の接続経路と、第1の接続経路よりもインピーダンスの低い第2の接続経路とを並列に設けたことで、第2の経路に主に流れる。その結果として、第1、第2の抵抗変化層24c、24dに流れるプラスのチャージダメージ電流が減少し、酸素プロファイルの破壊を軽減できる。   On the other hand, the positive charge damage current from the wiring 26 to the substrate 21 has a second connection impedance that is lower than that of the first connection path including the first and second resistance change layers 24c and 24d and the first connection path. By providing the connection path in parallel, the flow mainly flows to the second path. As a result, the positive charge damage current flowing in the first and second resistance change layers 24c and 24d is reduced, and the destruction of the oxygen profile can be reduced.

したがって、第1、第2の抵抗変化層24c、24d中の酸素含有率分布を当初設計どおりに維持することができ、初期抵抗のばらつきを低減し、抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造歩留りを飛躍的に向上できる。   Therefore, it is possible to maintain the oxygen content distribution in the first and second resistance change layers 24c and 24d as originally designed, to reduce variations in initial resistance, and to improve the manufacturing yield of the resistance change type nonvolatile memory device. It can be improved dramatically.

(第5の実施の形態)
本実施の形態では、第1〜第4の実施の形態に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置を、基板上に複数設ける場合の好適なレイアウトについて説明する。
(Fifth embodiment)
In this embodiment, a preferred layout in the case where a plurality of variable resistance nonvolatile memory devices described in any of the first to fourth embodiments is provided over a substrate will be described.

図7A及びBは本実施の形態に係る抵抗変化型不揮発性記憶装置を基板上方から見た場合の平面レイアウト模式図の一例である。   7A and 7B are examples of schematic plan layout diagrams when the variable resistance nonvolatile memory device according to this embodiment is viewed from above the substrate.

29aは図1における第2の拡散層を表す。第1の領域34は、図1における第1の拡散領域22a、22bと、第1の拡散領域に電気的に接続されたコンタクトプラグ38と、コンタクトプラグ38に電気的に接続された抵抗変化素子36と、抵抗変化素子36に電気的に接続されたコンタクトプラグ39とを含む領域を表す。   29a represents the second diffusion layer in FIG. The first region 34 includes first diffusion regions 22a and 22b in FIG. 1, a contact plug 38 electrically connected to the first diffusion region, and a resistance change element electrically connected to the contact plug 38. 36 and a contact plug 39 electrically connected to the resistance change element 36.

図7Aに示す抵抗変化型不揮発性記憶装置は、基板上方から見た場合に、第2の拡散層29aと第1の領域34とが一本の直線を境に分離されており、配線26を一断面にて分離できる構成となっている。すなわち、第1〜第4の実施の形態の抵抗変化型不揮発性記憶装置における第3のコンタクトプラグ30及び第2の拡散領域29aと配線26とを電気的に分離し易いレイアウトになっている。これに対し図7Bは、第2の拡散層29aと第1の領域34とが入り組んだ形で接しており、配線26を一断面にて分離できないレイアウトになっている。すなわち、第3のコンタクトプラグ30及び第2の拡散領域29aと配線26とを電気的に分離しにくいレイアウトになっている。このように第2の拡散層29aと第1の領域34とが入り組んだ形で接していると、不要になった部分をダイシング等の簡単な手法では切り離す事ができない。一方、図7Aの場合では、第1の領域34と第2の領域38とが直線で仕切られたレイアウトになっており、不要になった第2の接続経路を直線状の切断面35で容易に切り離す事ができる。これにより、デバイス動作時に第2の接続経路によって引き起こされる誤動作の可能性を完全に排除できる。また、このように配置することで素子面積を縮小する事ができる。   In the variable resistance nonvolatile memory device shown in FIG. 7A, when viewed from above the substrate, the second diffusion layer 29a and the first region 34 are separated by a single straight line, and the wiring 26 is It can be separated in one section. That is, the layout is such that the third contact plug 30 and the second diffusion region 29a and the wiring 26 in the variable resistance nonvolatile memory devices of the first to fourth embodiments can be easily electrically separated. On the other hand, FIG. 7B has a layout in which the second diffusion layer 29a and the first region 34 are in contact with each other in an intricate manner, and the wiring 26 cannot be separated in one section. That is, the layout is such that the third contact plug 30 and the second diffusion region 29a and the wiring 26 are not easily separated from each other. As described above, when the second diffusion layer 29a and the first region 34 are in contact with each other in an intricate manner, the unnecessary portion cannot be separated by a simple method such as dicing. On the other hand, in the case of FIG. 7A, the first region 34 and the second region 38 are laid out by a straight line, and the second connection path that has become unnecessary can be easily formed by the straight cut surface 35. Can be separated. This completely eliminates the possibility of malfunction caused by the second connection path during device operation. Moreover, the element area can be reduced by arranging in this way.

(第6の実施の形態)
本実施の形態では第1〜第4の不揮発性記憶装置を第5の実施の形態に示す平面レイアウトで基板上に構成する場合における、第2の拡散領域29aと配線26とを電気的に分離するまでの工程について断面図を用いて説明する。
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, the second diffusion region 29a and the wiring 26 are electrically separated when the first to fourth nonvolatile memory devices are configured on the substrate in the planar layout shown in the fifth embodiment. The steps up to this will be described with reference to cross-sectional views.

図8に抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法の工程断面図を示す。図8Aから図8Gまでは抵抗変化型不揮発性記憶装置のプロセスフローを順に示している。   FIG. 8 is a process cross-sectional view of the method of manufacturing the variable resistance nonvolatile memory device. 8A to 8G sequentially show the process flow of the variable resistance nonvolatile memory device.

図8Aに示すように、基板21主面上にAs等のn型不純物を例えばエネルギー20keV,ドーズ量1E15/cmでイオン注入することにより第1、第2のn型拡散層22a、29aをそれぞれ形成し、基板21上にCVD法等によりシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁層23を形成する。ここで、第1のn型拡散層22aは、第1の領域34(メモリセル領域)に形成され、第2のn型拡散層29aは、第1の領域34を含まない領域に形成される。また、ここでは第1のn型拡散層22aと第2のn型拡散層29aを同時に作成しているが、イオン注入処理を分けて注入エネルギー、ドーズ量の異なるものによる拡散層としても良い。 As shown in FIG. 8A, an n-type impurity such as As is ion-implanted on the main surface of the substrate 21 at an energy of 20 keV and a dose of 1E15 / cm 2 to thereby form the first and second n-type diffusion layers 22a and 29a. A first interlayer insulating layer 23 made of a silicon oxide film is formed on the substrate 21 by CVD or the like. Here, the first n-type diffusion layer 22 a is formed in the first region 34 (memory cell region), and the second n-type diffusion layer 29 a is formed in a region not including the first region 34. . In addition, here, the first n-type diffusion layer 22a and the second n-type diffusion layer 29a are formed at the same time. However, the ion implantation process may be divided into diffusion layers having different implantation energy and dose amount.

さらに、図8Bに示すように、ドライエッチング法により直径0.25μmのコンタクトホール31を第1の層間絶縁層23を貫通して第1のn型拡散層22aに到達するまで掘り進める。   Further, as shown in FIG. 8B, a contact hole 31 having a diameter of 0.25 μm is dug through the first interlayer insulating layer 23 by the dry etching method until it reaches the first n-type diffusion layer 22a.

さらに、図8Cに示すように、コンタクトホール31をCVD法により窒化チタン(以下、TiN)を蒸着した後にタングステン(以下、W)で埋め込み、第1の層間絶縁層23の上まで堆積した後にCMP技術を用いて第1の層間絶縁層23の上のWとTiNを除去すると共に表面を平坦化する。これによりW/TiNからなるコンタクトプラグがコンタクトホール31の位置に形成される。   Further, as shown in FIG. 8C, the contact hole 31 is deposited with titanium (hereinafter referred to as W) after depositing titanium nitride (hereinafter referred to as TiN) by a CVD method, and deposited over the first interlayer insulating layer 23 and then subjected to CMP. Using technology, W and TiN on the first interlayer insulating layer 23 are removed and the surface is planarized. As a result, a contact plug made of W / TiN is formed at the position of the contact hole 31.

さらに、図8Dに示すように、CVD法により下部電極27となるTaNを厚さ30nmで蒸着し、TaOx等の第1遷移金属の酸化膜24aおよび第2の遷移金属の酸化膜24bを反応性スパッタ法によりそれぞれ厚さ40nmおよび10nmで成膜し、スパッタ法により上部電極28となるPtを厚さ50nmで堆積した後、ドライエッチング法により上部電極28、抵抗変化層24aおよび24b、下部電極27からなる抵抗変化素子が形成される。   Further, as shown in FIG. 8D, TaN serving as the lower electrode 27 is vapor-deposited by a CVD method with a thickness of 30 nm, and the first transition metal oxide film 24a such as TaOx and the second transition metal oxide film 24b are made reactive. Films are formed with a thickness of 40 nm and 10 nm, respectively, by sputtering, and Pt to be the upper electrode 28 is deposited with a thickness of 50 nm by sputtering. Then, the upper electrode 28, the resistance change layers 24a and 24b, and the lower electrode 27 are deposited by dry etching. A variable resistance element is formed.

さらに図8Eに示すように、CVD法等によりシリコン酸化膜を堆積し、その後にCMP技術を用いて厚さ350nmの第2の層間絶縁層25が形成される。この後、ドライエッチング法により直径0.25μmのコンタクトホール32,33を形成するが、コンタクトホール32にあっては第2の層間絶縁層25を貫通して上部電極28に到達するまで、コンタクトホール33にあっては第2、第1の層間絶縁層25、23を貫通して第2のn型拡散層29aに到達するまで掘り進める。   Further, as shown in FIG. 8E, a silicon oxide film is deposited by a CVD method or the like, and then a second interlayer insulating layer 25 having a thickness of 350 nm is formed by using a CMP technique. Thereafter, contact holes 32 and 33 having a diameter of 0.25 μm are formed by dry etching. In the contact hole 32, the contact hole penetrates through the second interlayer insulating layer 25 and reaches the upper electrode 28. In 33, digging is performed until the second n-type diffusion layer 29a is reached through the second and first interlayer insulating layers 25 and 23.

さらに、図8Fに示すように、コンタクトホール32、33をCVD法によりTiNを蒸着した後にWで埋め込み、第2の層間絶縁層25の上まで堆積した後、CMP技術を用いて第2の層間絶縁層25の上のWおよびTiNを除去すると共に表面を平坦化する。これにより、W/TiNからなるコンタクトプラグがコンタクトホール32、33内に形成される。これらのコンタクトプラグ上にAl材料からなる配線26を蒸着法とドライエッチング法により幅0.3μm、厚さ500nmで形成する。   Further, as shown in FIG. 8F, the contact holes 32 and 33 are deposited by CVD after depositing TiN by the CVD method and deposited on the second interlayer insulating layer 25, and then the second interlayer using the CMP technique. W and TiN on the insulating layer 25 are removed and the surface is planarized. Thereby, contact plugs made of W / TiN are formed in the contact holes 32 and 33. A wiring 26 made of an Al material is formed on these contact plugs with a width of 0.3 μm and a thickness of 500 nm by vapor deposition and dry etching.

さらに、図8Gに示すように、配線26を切断するようにダイシングを実施しデバイス動作時には不要となる領域を第1の領域34から取り除く。   Further, as shown in FIG. 8G, dicing is performed so as to cut the wiring 26, and a region that is not required during device operation is removed from the first region 34.

以上のプロセスフローにより抵抗変化型不揮発性記憶装置が製造される。この製作プロセスにより、配線26を加工するためのドライエッチングを実施する前に、配線26と、抵抗変化層24a、24bよりもインピーダンスの低い拡散層29aとを接続するコンタクトプラグを、抵抗変化素子と並列に接続しているので、抵抗変化層24a、24bより上に形成される配線26のドライエッチングによる加工などで発生するチャージダメージによる電流を拡散層へ導き、結果として、抵抗変化層24a、24bにほとんど電流を流さずにすむ。したがって、抵抗変化層24a、24b中の酸素含有率分布を当初設計どおりに維持することができ、初期抵抗のばらつきを低減し、不揮発性記憶装置形成歩留りを飛躍的に向上できる。また、チャージダメージ電流を導いた部分はデバイス動作時に不要となるため、ダイシングにより切断し取り除くことにより、素子面積を縮小する事ができる。また、デバイス動作時に第2の接続経路によって引き起こされる誤動作の可能性を完全に排除できる。   The variable resistance nonvolatile memory device is manufactured by the above process flow. With this manufacturing process, before performing dry etching for processing the wiring 26, a contact plug that connects the wiring 26 and the diffusion layer 29 a having a lower impedance than the resistance change layers 24 a and 24 b is connected to the resistance change element. Since they are connected in parallel, a current caused by charge damage generated by processing such as dry etching of the wiring 26 formed above the resistance change layers 24a and 24b is guided to the diffusion layer. As a result, the resistance change layers 24a and 24b It is possible to pass almost no current. Therefore, the oxygen content distribution in the resistance change layers 24a and 24b can be maintained as originally designed, variation in initial resistance can be reduced, and the yield of nonvolatile memory devices can be dramatically improved. In addition, since the portion where the charge damage current is introduced becomes unnecessary during device operation, the device area can be reduced by cutting and removing the device by dicing. In addition, the possibility of malfunction caused by the second connection path during device operation can be completely eliminated.

なお、本実施形態においては第1の実施の形態に係る不揮発性記憶装置100を製造した後、不要部分を分離する方法について説明したが、第2、第3、第4の実施の形態に係る不揮発性記憶装置を構成した場合であっても、上記の方法で不要部分を切断できる。   In the present embodiment, the method for separating the unnecessary portion after manufacturing the nonvolatile memory device 100 according to the first embodiment has been described. However, according to the second, third, and fourth embodiments. Even when a nonvolatile memory device is configured, unnecessary portions can be cut by the above method.

(第7の実施の形態)
本実施の形態では第6の実施の形態の変形例を示す。第6の実施の形態との違いは、配線26の切断方法である。以下に説明する。図9に抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法の工程断面図を示す。図9Aから図9Gまでは抵抗変化型不揮発性記憶装置のプロセスフローを順に示している。
(Seventh embodiment)
In this embodiment, a modification of the sixth embodiment is shown. The difference from the sixth embodiment is the method for cutting the wiring 26. This will be described below. FIG. 9 is a process cross-sectional view of the method of manufacturing the variable resistance nonvolatile memory device. 9A to 9G sequentially show the process flow of the variable resistance nonvolatile memory device.

図9Aに示すように、基板21主面上にAs等のn型不純物を例えばエネルギー20keV,ドーズ量1E15/cmでイオン注入することにより第1、第2のn型拡散層22a、29aをそれぞれ形成し、基板21上にCVD法等によりシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁層23を形成する。ここで、第1のn型拡散層22aは、第1の領域34(メモリセル領域)に形成され、第2のn型拡散層29aは、第1の領域34を含まない領域に形成される。また、ここでは第1のn型拡散層22aと第2のn型拡散層29aを同時に作成しているが、イオン注入処理を分けて注入エネルギー、ドーズ量の異なるものによる拡散層としても良い。 As shown in FIG. 9A, the first and second n-type diffusion layers 22a and 29a are formed on the main surface of the substrate 21 by ion-implanting n-type impurities such as As at an energy of 20 keV and a dose of 1E15 / cm 2. A first interlayer insulating layer 23 made of a silicon oxide film is formed on the substrate 21 by CVD or the like. Here, the first n-type diffusion layer 22 a is formed in the first region 34 (memory cell region), and the second n-type diffusion layer 29 a is formed in a region not including the first region 34. . In addition, here, the first n-type diffusion layer 22a and the second n-type diffusion layer 29a are formed at the same time. However, the ion implantation process may be divided into diffusion layers having different implantation energy and dose amount.

さらに、図9Bに示すように、ドライエッチング法により直径0.25μmのコンタクトホール31を第1の層間絶縁層23を貫通して第1のn型拡散層22aに到達するまで掘り進める。   Further, as shown in FIG. 9B, a contact hole 31 having a diameter of 0.25 μm is dug through the first interlayer insulating layer 23 until it reaches the first n-type diffusion layer 22a by dry etching.

さらに、図9Cに示すように、コンタクトホール31をCVD法により窒化チタン(以下、TiN)を蒸着した後にタングステン(以下、W)で埋め込み、第1の層間絶縁層23の上まで堆積した後にCMP技術を用いて第1の層間絶縁層23の上のWとTiNを除去すると共に表面を平坦化する。これによりW/TiNからなるコンタクトプラグがコンタクトホール31の位置に形成される。   Further, as shown in FIG. 9C, the contact hole 31 is deposited with titanium (hereinafter referred to as W) after depositing titanium nitride (hereinafter referred to as TiN) by the CVD method, and deposited on the first interlayer insulating layer 23 and then subjected to CMP. Using technology, W and TiN on the first interlayer insulating layer 23 are removed and the surface is planarized. As a result, a contact plug made of W / TiN is formed at the position of the contact hole 31.

さらに、図9Dに示すように、CVD法により下部電極27となるTaNを厚さ30nmで蒸着し、TaOx等の第1遷移金属の酸化膜24aおよび第2の遷移金属の酸化膜24bを反応性スパッタ法によりそれぞれ厚さ40nmおよび10nmで成膜し、スパッタ法により上部電極28となるPtを厚さ50nmで堆積した後、ドライエッチング法により上部電極28、抵抗変化層24aおよび24b、下部電極27からなる抵抗変化素子が形成される。   Further, as shown in FIG. 9D, TaN serving as the lower electrode 27 is vapor-deposited with a thickness of 30 nm by the CVD method, and the first transition metal oxide film 24a such as TaOx and the second transition metal oxide film 24b are made reactive. Films are formed with a thickness of 40 nm and 10 nm, respectively, by sputtering, and Pt to be the upper electrode 28 is deposited with a thickness of 50 nm by sputtering. Then, the upper electrode 28, the resistance change layers 24a and 24b, and the lower electrode 27 are deposited by dry etching. A variable resistance element is formed.

さらに図9Eに示すように、CVD法等によりシリコン酸化膜を堆積し、その後にCMP技術を用いて厚さ350nmの第2の層間絶縁層25が形成される。この後、ドライエッチング法により直径0.25μmのコンタクトホール32,33を形成するが、コンタクトホール32にあっては第2の層間絶縁層25を貫通して上部電極28に到達するまで、コンタクトホール33にあっては第2、第1の層間絶縁層25、23を貫通して第2のn型拡散層29aに到達するまで掘り進める。   Further, as shown in FIG. 9E, a silicon oxide film is deposited by the CVD method or the like, and then a second interlayer insulating layer 25 having a thickness of 350 nm is formed by using a CMP technique. Thereafter, contact holes 32 and 33 having a diameter of 0.25 μm are formed by dry etching. In the contact hole 32, the contact hole penetrates through the second interlayer insulating layer 25 and reaches the upper electrode 28. In 33, digging is performed until the second n-type diffusion layer 29a is reached through the second and first interlayer insulating layers 25 and 23.

さらに、図9Fに示すように、コンタクトホール32、33をCVD法によりTiNを蒸着した後にWで埋め込み、第2の層間絶縁層25の上まで堆積した後、CMP技術を用いて第2の層間絶縁層25の上のWおよびTiNを除去すると共に表面を平坦化する。これにより、W/TiNからなるコンタクトプラグがコンタクトホール32、33に形成される。これらのコンタクトプラグ上にAl材料からなる配線26を蒸着法とドライエッチング法により幅0.3μm、厚さ500nmで形成する。   Further, as shown in FIG. 9F, after the contact holes 32 and 33 are deposited by Ti after vapor deposition of TiN by CVD method and deposited up to the second interlayer insulating layer 25, the second interlayer is formed by using the CMP technique. W and TiN on the insulating layer 25 are removed and the surface is planarized. Thereby, contact plugs made of W / TiN are formed in the contact holes 32 and 33. A wiring 26 made of an Al material is formed on these contact plugs with a width of 0.3 μm and a thickness of 500 nm by vapor deposition and dry etching.

さらに、図9Gに示すように、配線26を切断するようパターニングし、ウェットエッチング法もしくはチャージダメージの十分低減されたドライエッチング法により配線26を切断する。   Further, as shown in FIG. 9G, patterning is performed so as to cut the wiring 26, and the wiring 26 is cut by a wet etching method or a dry etching method with sufficiently reduced charge damage.

以上のプロセスフローにより抵抗変化型不揮発性記憶装置が製造される。この製作プロセスにより、配線26を加工するためのドライエッチングを実施する前に、配線26と、抵抗変化層24a、24bよりもインピーダンスの低い拡散層29aとを接続するコンタクトプラグを、抵抗変化素子と並列に接続しているので、抵抗変化層24a、24bより上に形成される配線26のドライエッチングによる加工などで発生するチャージダメージによる電流を拡散層へ導き、結果として、抵抗変化層24a、24bにほとんど電流を流さずにすむ。したがって、抵抗変化層24a、24b中の酸素含有率分布を当初設計どおりに維持することができ、初期抵抗のばらつきを低減し、不揮発性記憶装置形成歩留りを飛躍的に向上できる。また、チャージダメージ電流を導いた部分はデバイス動作時に不要となるため、エッチングにより切断し取り除くことにより、デバイス動作時に第2の接続経路によって引き起こされる誤動作の可能性を完全に排除できる。   The variable resistance nonvolatile memory device is manufactured by the above process flow. With this manufacturing process, before performing dry etching for processing the wiring 26, a contact plug that connects the wiring 26 and the diffusion layer 29 a having a lower impedance than the resistance change layers 24 a and 24 b is connected to the resistance change element. Since they are connected in parallel, a current caused by charge damage generated by processing such as dry etching of the wiring 26 formed above the resistance change layers 24a and 24b is guided to the diffusion layer. As a result, the resistance change layers 24a and 24b It is possible to pass almost no current. Therefore, the oxygen content distribution in the resistance change layers 24a and 24b can be maintained as originally designed, variation in initial resistance can be reduced, and the yield of nonvolatile memory devices can be dramatically improved. In addition, since the portion that has led to the charge damage current is not necessary during device operation, the possibility of malfunction caused by the second connection path during device operation can be completely eliminated by cutting and removing it by etching.

なお、本実施形態においては第1の実施の形態に係る不揮発性記憶装置100を製造した後、不要部分を分離する方法について説明したが、第2、第3、第4の実施の形態に係る不揮発性記憶装置を構成した場合であっても、上記の方法で不要部分を切断できる。   In the present embodiment, the method for separating the unnecessary portion after manufacturing the nonvolatile memory device 100 according to the first embodiment has been described. However, according to the second, third, and fourth embodiments. Even when a nonvolatile memory device is configured, unnecessary portions can be cut by the above method.

以上、本発明の抵抗変化型不揮発性記憶装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、上記の実施の形態に当業者が思いつく各種変形を施した抵抗変化型不揮発性記憶装置、および上記実施の形態を組み合わせた抵抗変化型不揮発性記憶装置も本発明の範囲内に含まれる。   As described above, the variable resistance nonvolatile memory device of the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment. Unless departing from the gist of the present invention, a variable resistance nonvolatile memory device in which various modifications conceived by those skilled in the art can be applied to the above embodiment, and a variable resistance nonvolatile memory device that combines the above embodiment are also included in the present invention. It is included in the range.

第2、第3の実施の形態では、第2の接続経路のインピーダンスを、第1の接続経路のインピーダンスよりも低く構成するために、第1の接続経路に含まれるpnダイオードの逆方向特性を利用した。この構成に、例えば、第1、第4の実施の形態で説明した、第2のn型拡散層29aを第1のn型拡散層22aよりも大きな面積で設置する構成を組み合わせることにより、過電流を駆動するような大きなチャージダメージが加わった場合に、不揮発性記憶装置100を破壊することなく過電流を流せる効果を付け加えることもできる。   In the second and third embodiments, in order to configure the impedance of the second connection path to be lower than the impedance of the first connection path, the reverse characteristics of the pn diode included in the first connection path are used. By combining this configuration with the configuration in which the second n-type diffusion layer 29a described in the first and fourth embodiments is installed in a larger area than the first n-type diffusion layer 22a, for example, When a large charge damage that drives current is applied, an effect of allowing overcurrent to flow without destroying the nonvolatile memory device 100 can be added.

なお、上記の第1〜第7の実施の形態では、抵抗変化層材料として遷移金属の酸化物(例えば、タンタル酸化物を例に説明したが、他の遷移金属であるNi、Ti、Hf、Zr、Fe等の酸化物を用いてもよい。   In the first to seventh embodiments described above, the transition metal oxide (for example, tantalum oxide is described as an example of the variable resistance layer material. However, other transition metals such as Ni, Ti, Hf, Oxides such as Zr and Fe may be used.

また、配線材料としてAlを用いたが、Si半導体プロセスで用いられるCu、Pt、Ir、W等を用いてもよい。   Moreover, although Al is used as the wiring material, Cu, Pt, Ir, W, or the like used in the Si semiconductor process may be used.

また、コンタクトプラグとしてWを、下部電極としてTaNをそれぞれ用いたが、他の電極材料であるCu、Pt、Ir、Al、TiN、TaN、TiAlN、W等を用いてもよい。   Further, although W is used as the contact plug and TaN is used as the lower electrode, other electrode materials such as Cu, Pt, Ir, Al, TiN, TaN, TiAlN, and W may be used.

本発明にかかる抵抗変化型の不揮発性記憶装置は、低電力、高速書き込み、高速消去、大容量化を指向した次世代の不揮発性メモリ等として有用である。   The variable resistance nonvolatile memory device according to the present invention is useful as a next-generation nonvolatile memory oriented to low power, high-speed writing, high-speed erasing, and large capacity.

1 抵抗変化膜
2 配線
3 コンタクト
4 上部電極
5 配線
6 下部電極
21 基板
22a 第1のn型拡散層
22b 第1のp型拡散層
23 第1の層間絶縁層
24a 第1の抵抗変化層
24b 第2の抵抗変化層
24c 第1の抵抗変化層
24d 第2の抵抗変化層
25 第2の層間絶縁層
26 配線
27 下部電極
28 上部電極
29a 第2のn型拡散層
29b 第2のp型拡散層
30,38,39 コンタクトプラグ
31,32,33 コンタクトホール
34 第1の領域
35 切断面
36 抵抗変化素子
37 第3のn型拡散層
100,200,300,400 不揮発性記憶装置
1 resistance change film 2 wiring 3 contact 4 upper electrode 5 wiring 6 lower electrode 21 substrate 22a first n-type diffusion layer 22b first p-type diffusion layer 23 first interlayer insulating layer 24a first resistance change layer 24b first 2 variable resistance layer 24c first variable resistance layer 24d second variable resistance layer 25 second interlayer insulating layer 26 wiring 27 lower electrode 28 upper electrode 29a second n-type diffusion layer 29b second p-type diffusion layer 30, 38, 39 Contact plug 31, 32, 33 Contact hole 34 First region 35 Cut surface 36 Resistance change element 37 Third n-type diffusion layer 100, 200, 300, 400 Nonvolatile memory device

Claims (10)

基板と、
前記基板上に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、
前記第1の拡散層及び前記第2の拡散層上に形成された層間絶縁層と、
前記層間絶縁層の中に形成され、下部電極、金属酸化物からなる抵抗変化層、上部電極をこの順に積層してなる抵抗変化素子と、
前記層間絶縁層上に形成された配線とを備え、
前記配線から、前記抵抗変化素子を介して前記第1の拡散層に至る第1の電気的接続経路のインピーダンスは、
前記配線から前記第2の拡散層に至る第2の電気的接続経路のインピーダンスより高く、
前記前記第2の拡散層と前記配線とが電気的に分離し易い平面レイアウトで構成されている、
抵抗変化型不揮発性記憶装置。
A substrate,
A first diffusion layer and a second diffusion layer formed on the substrate;
An interlayer insulating layer formed on the first diffusion layer and the second diffusion layer;
A variable resistance element formed in the interlayer insulating layer, and formed by laminating a lower electrode, a variable resistance layer made of a metal oxide, and an upper electrode in this order;
Wiring formed on the interlayer insulating layer,
The impedance of the first electrical connection path from the wiring to the first diffusion layer via the variable resistance element is:
Higher than the impedance of the second electrical connection path from the wiring to the second diffusion layer;
The second diffusion layer and the wiring are configured in a plane layout that is easy to electrically separate,
A variable resistance nonvolatile memory device.
前記第2の拡散層と前記配線とが1断面にて電気的に分離可能な平面レイアウトで構成されている請求項1に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。 The variable resistance nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the second diffusion layer and the wiring are configured in a planar layout that can be electrically separated in one cross section. 前記基板はp型半導体であり、
前記第1の拡散層及び前記第2の拡散層はn型半導体であり、
前記抵抗変化層は、前記下部電極側に配置される第1の抵抗変化層および前記上部電極側に配置される第2の抵抗変化層からなる積層構造を有し、
前記第2の抵抗変化層の酸素含有率は前記第1の抵抗変化層の酸素含有率より高い
ことを特徴とする請求項1または2に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
The substrate is a p-type semiconductor;
The first diffusion layer and the second diffusion layer are n-type semiconductors;
The variable resistance layer has a laminated structure including a first variable resistance layer disposed on the lower electrode side and a second variable resistance layer disposed on the upper electrode side,
3. The variable resistance nonvolatile memory device according to claim 1, wherein an oxygen content of the second variable resistance layer is higher than an oxygen content of the first variable resistance layer.
前記基板と前記第1の拡散層との間に第3の拡散層を有し、
前記基板及び前記第1の拡散層はp型半導体であり、
前記第2の拡散層及び前記第3の拡散層はn型半導体であり、
前記抵抗変化層は、前記下部電極側に配置される第1の抵抗変化層および前記上部電極側に配置される第2の抵抗変化層からなる積層構造を有し、
前記第2の抵抗変化層の酸素含有率は前記第1の抵抗変化層の酸素含有率より高い
ことを特徴とする請求項1または2に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
Having a third diffusion layer between the substrate and the first diffusion layer;
The substrate and the first diffusion layer are p-type semiconductors;
The second diffusion layer and the third diffusion layer are n-type semiconductors;
The variable resistance layer has a laminated structure including a first variable resistance layer disposed on the lower electrode side and a second variable resistance layer disposed on the upper electrode side,
3. The variable resistance nonvolatile memory device according to claim 1, wherein an oxygen content of the second variable resistance layer is higher than an oxygen content of the first variable resistance layer.
前記基板と前記第2の拡散層との間に第3の拡散層を有し、
前記基板及び前記第2の拡散層はp型半導体であり、
前記第1の拡散層及び前記第3の拡散層はn型半導体であり、
前記抵抗変化層は、前記下部電極側に配置される第1の抵抗変化層および前記上部電極側に配置される第2の抵抗変化層からなる積層構造を有し、
前記第2の抵抗変化層の酸素含有率は前記第1の抵抗変化層の酸素含有率より低い
ことを特徴とする請求項1または2に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
Having a third diffusion layer between the substrate and the second diffusion layer;
The substrate and the second diffusion layer are p-type semiconductors;
The first diffusion layer and the third diffusion layer are n-type semiconductors;
The variable resistance layer has a laminated structure including a first variable resistance layer disposed on the lower electrode side and a second variable resistance layer disposed on the upper electrode side,
3. The variable resistance nonvolatile memory device according to claim 1, wherein an oxygen content of the second variable resistance layer is lower than an oxygen content of the first variable resistance layer.
前記基板と前記第1の拡散層及び前記第2の拡散層との間に第3の拡散層を有し、
前記基板及び前記第1の拡散層及び前記第2の拡散層はp型半導体であり、
前記第3の拡散層はn型半導体であり、
前記抵抗変化層は、前記下部電極側に配置される第1の抵抗変化層および前記上部電極側に配置される第2の抵抗変化層からなる積層構造を有し、
前記第2の抵抗変化層の酸素含有率は前記第1の抵抗変化層の酸素含有率より低い
ことを特徴とする請求項1または2に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
A third diffusion layer between the substrate and the first diffusion layer and the second diffusion layer;
The substrate, the first diffusion layer, and the second diffusion layer are p-type semiconductors,
The third diffusion layer is an n-type semiconductor;
The variable resistance layer has a laminated structure including a first variable resistance layer disposed on the lower electrode side and a second variable resistance layer disposed on the upper electrode side,
3. The variable resistance nonvolatile memory device according to claim 1, wherein an oxygen content of the second variable resistance layer is lower than an oxygen content of the first variable resistance layer.
前記第2の拡散層の面積が、前記第1の拡散層の面積より大きい
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置。
The variable resistance nonvolatile memory device according to claim 1, wherein an area of the second diffusion layer is larger than an area of the first diffusion layer.
基板上に第1の拡散層及び第2の拡散層を形成する工程と、
前記第1の拡散層及び前記第2の拡散層上に第1の層間絶縁層を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁層を貫通して前記第1の拡散層に達する第1のコンタクトプラグを形成する工程と、
前記第1の層間絶縁層の前記第1のコンタクトプラグが形成された部分に、下部電極、抵抗変化層、上部電極を順に積層することにより抵抗変化素子を形成する工程と、
前記抵抗変化素子及び前記第1の層間絶縁層上に第2の層間絶縁層を形成する工程と、
前記第2の層間絶縁層を貫通して前記上部電極に達する第2のコンタクトプラグを形成する工程と、
前記第2の層間絶縁層および第1の層間絶縁層を貫通して前記第2の拡散層に達する第3のコンタクトプラグを形成する工程と、
前記第2の層間絶縁層上に前記第2のコンタクトプラグ及び前記第3のコンタクトプラグに電気的に接続する配線を形成する工程と
第3のコンタクトプラグと前記配線とを電気的に分離する工程と
を含み、
前記配線から、前記第2コンタクトプラグ、前記抵抗変化素子、前記第1コンタクトプラグを介して、前記第1の拡散層に至る第1の電気的接続経路のインピーダンスは、前記配線から、前記第3のコンタクトプラグを介して、前記第2の拡散層に至る第2の電気的接続経路のインピーダンスより高い
ことを特徴とする抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。
Forming a first diffusion layer and a second diffusion layer on a substrate;
Forming a first interlayer insulating layer on the first diffusion layer and the second diffusion layer;
Forming a first contact plug penetrating the first interlayer insulating layer and reaching the first diffusion layer;
Forming a resistance change element by sequentially laminating a lower electrode, a resistance change layer, and an upper electrode on a portion of the first interlayer insulating layer where the first contact plug is formed;
Forming a second interlayer insulating layer on the variable resistance element and the first interlayer insulating layer;
Forming a second contact plug that penetrates the second interlayer insulating layer and reaches the upper electrode;
Forming a third contact plug that penetrates the second interlayer insulating layer and the first interlayer insulating layer and reaches the second diffusion layer;
Forming a wiring electrically connected to the second contact plug and the third contact plug on the second interlayer insulating layer; and electrically separating the third contact plug and the wiring. Including and
The impedance of the first electrical connection path from the wiring to the first diffusion layer through the second contact plug, the variable resistance element, and the first contact plug is from the wiring to the third A method of manufacturing a variable resistance nonvolatile memory device, wherein the impedance is higher than an impedance of a second electrical connection path that reaches the second diffusion layer through the contact plug.
前記第3のコンタクトプラグと前記配線とを電気的に分離する工程において、ダイシング法を用いることを特徴とする請求項8に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 9. The method of manufacturing a variable resistance nonvolatile memory device according to claim 8, wherein a dicing method is used in the step of electrically separating the third contact plug and the wiring. 前記第3のコンタクトプラグと前記配線とを電気的に分離する工程において、エッチング法を用いることを特徴とする請求項8に記載の抵抗変化型不揮発性記憶装置の製造方法。 9. The method of manufacturing a variable resistance nonvolatile memory device according to claim 8, wherein an etching method is used in the step of electrically separating the third contact plug and the wiring.
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