JP2011129705A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体記憶装置は、第一方向に延びる導電線L2(i)と、第一方向と交差する第二方向に延びる導電線L3(j)と、導電線L2(i)と導電線L3(j)との間に直列接続された、相変化膜17と整流素子とから構成されるセルユニットとを備える。さらに、相変化膜17の側面に形成されたシリコン窒化膜21と、整流素子の側面に順に形成されたシリコン酸化膜20及びシリコン窒化膜21を含む2重側壁膜とを備える。
【選択図】図13
Description
本発明は、可変抵抗素子又は相変化素子をメモリ素子とする抵抗変化メモリを含む半導体記憶装置を対象とする。ここで、可変抵抗素子とは、電圧、電流、熱などにより抵抗値が変化する材料からなる素子のことであり、相変化素子とは、相変化により抵抗値やキャパシタンスなどの物性が変化する材料からなる素子のことである。
・ 量子状態の相変化(金属-超伝導体転移など)
・ 常磁性体-強磁性体転移、反強磁性体-強磁性体転移、強磁性体-強磁性体転移、フェリ磁性体-強磁性体転移、これらの転移の組み合わせからなる転移
・ 常誘電体-強誘電体転移、常誘電体-焦電体転移、常誘電体-圧電体転移、強誘電体-強誘電体転移、反強誘電体-強誘電体転移、これらの転移の組み合わせからなる転移
・ 以上の転移の組み合わせからなる転移
例えば、金属、絶縁体、半導体、強誘電体、常誘電体、焦電体、圧電体、強磁性体、フェリ磁性体、螺旋磁性体、常磁性体又は反強磁性体から、強誘電強磁性体への転移、及び、その逆の転移
この定義によれば、可変抵抗素子は、相変化素子を含むことになるが、本明細書では、可変抵抗素子としては、主として、金属酸化物、金属化合物、有機物薄膜、カーボン(Carbon)、カーボンナノチューブなどからなる素子を意味するものとする。
[2−1] 全体図
図1は、実施形態の抵抗変化メモリの主要部を示すブロック図である。
図2は、実施形態におけるクロスポイント型メモリセルアレイの斜視図である。
図3は、実施形態における二つのメモリセルアレイ内のセルユニットの斜視図である。
図6及び図7は、実施形態における第一及び第二制御回路のレイアウトの第一例を示している。
上述の抵抗変化メモリの動作について説明する。
まず、メモリセルアレイM1内の選択セルユニットCU1-selに対して書き込み(セット)動作を行う場合について説明する。
次に、メモリセルアレイM1内の選択セルユニットCU1-selに対して消去(リセット)動作を行う場合について説明する。
次に、メモリセルアレイM1内の選択セルユニットCU1-selに対して読み出し動作を行う場合について説明する。
本発明の実施形態の抵抗変化メモリに使用されるセルユニット(メモリ素子及び整流素子)について詳細に説明する。セルユニット内のメモリ素子と整流素子との接続関係については、図4のaを例にとる。
図10に示したセルユニットが基板上に複数配置され、セルユニット間に層間絶縁膜、例えばシリコン酸化膜が埋め込まれた構造が形成される。このような構造では、シリコン酸化膜中からフッ素や水素等の不純物がメモリ素子17に拡散し、メモリ素子17の特性を劣化させる可能性がある。
本発明の実施形態では、前述した整流素子における逆方向電流の増大を抑制するために、整流素子の側面にシリコン酸化膜を形成する。また、フッ素や水素等の不純物がメモリ素子17へ拡散するのを防ぐために、メモリ素子17の側面にシリコン窒化膜を形成する。さらに、整流素子の側面に形成されたシリコン酸化膜をシリコン窒化膜で覆っても良い。これにより、層間絶縁膜からフッ素や水素等の不純物が整流素子へ拡散するのを防ぐことができる。
本発明の実施形態のセルユニットの製造方法について説明する。ここでは、半導体基板11上に形成されるセルユニットCU1の製造方法を述べる。
以下に、セルユニットに使用される材料例を説明する。
本発明の実施形態によれば、整流素子として使用されるダイオードの逆方向電流の増大を抑制しつつ、メモリ素子としての可変抵抗膜または相変化膜へのフッ素や水素等の不純物の拡散を抑制できる。これにより、セルユニットとしての性能を最大限に発揮できる半導体記憶装置を提供できる。
Claims (5)
- 第一方向に延びる第1導電線と、
前記第一方向と交差する第二方向に延びる第2導電線と、
前記第1導電線と前記第2導電線との間に直列接続された、相変化膜と整流素子とから構成されるセルユニットと、
前記相変化膜の側面に形成されたシリコン窒化膜と、
前記整流素子の側面に順に形成されたシリコン酸化膜及び前記シリコン窒化膜を含む2重側壁膜と、
を具備することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記第一方向及前記第二方向に平行な面にて前記整流素子及び前記相変化膜を切断したとき、
前記整流素子の断面積は前記相変化膜の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記セルユニット間に形成され、前記セルユニット間を分離する塗布系酸化膜をさらに具備することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体記憶装置。
- 前記シリコン酸化膜は前記整流素子の側面に接触し、前記シリコン窒化膜は前記相変化膜の側面に接触すると共に、前記整流素子の側面上の前記シリコン酸化膜を覆っていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体記憶装置。
- 前記整流素子は、アモルファスエピタキシャル層を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体記憶装置。
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