JP2012074542A - Nonvolatile storage device and method of manufacturing the same - Google Patents

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悟 半澤
Katsuji Kinoshita
勝治 木下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile storage device capable of improving reliability of a memory using a resistance change material, and to provide a method of manufacturing the same.SOLUTION: A plurality of metal wiring layers 2 are formed above a substrate for forming a semiconductor element so as to extend in a first direction. A plurality of metal wiring layers 3 are formed above the metal wiring layer 2 so as to extend in a second direction perpendicular to the first direction. Memory cells are provided in respective spaces in which the metal wiring layers 2 and the metal wiring layers 3 are crossed. Each memory cell has a configuration in which a selection element and a phase change material layer 7 are connected in parallel. The selection element is processed such that the length in the first direction is longer than that in the first direction of the phase change material layer 7.

Description

本発明は、不揮発性記憶装置およびその製造方法に関し、特に、電気的に書き換え可能な相変化メモリおよびその製造に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a nonvolatile memory device and a method for manufacturing the same, and more particularly to an electrically rewritable phase change memory and a technique effective when applied to the manufacturing thereof.

近年、微細化の限界に近付いているフラッシュメモリに代わる不揮発性記憶装置として、抵抗変化型メモリが研究されている。その一例として、記憶素子にカルコゲナイド(chalcogenide)を用いた相変化メモリが盛んに研究されている。この記憶素子は、金属電極の間に相変化材料(例えばカルコゲナイド)を配置したものである。   In recent years, a resistance change type memory has been studied as a nonvolatile memory device replacing a flash memory that is approaching the limit of miniaturization. As an example, phase change memory using chalcogenide as a memory element has been actively studied. In this memory element, a phase change material (for example, chalcogenide) is disposed between metal electrodes.

GeSbTeなどのカルコゲナイドの抵抗値は、印加電流により発生されるジュール熱により、アモルファス状態と結晶状態とに変化させることができる。カルコゲナイドはアモルファス状態では抵抗値が高く、結晶状態では抵抗値が低い。これらの抵抗値が、相変化メモリの記憶情報に対応している。 The resistance value of chalcogenides such as Ge 2 Sb 2 Te 5 can be changed between an amorphous state and a crystalline state by Joule heat generated by an applied current. Chalcogenide has a high resistance value in the amorphous state and a low resistance value in the crystalline state. These resistance values correspond to the stored information of the phase change memory.

相変化メモリの基本的なメモリセルの構造は、記憶素子(相変化材料層)と選択素子とを組み合わせた構造である。   The basic memory cell structure of the phase change memory is a structure in which a storage element (phase change material layer) and a selection element are combined.

また、相変化メモリは、不揮発性でありながら、書込み・読出しの動作がDRAM(Dynamic Random Access Memory)と同程度に高速であると予想され、かつセル面積をフラッシュメモリと同程度に縮小可能であることから、次世代不揮発性メモリとして有力視されている。   In addition, phase change memory is non-volatile, and write / read operations are expected to be as fast as DRAM (Dynamic Random Access Memory), and the cell area can be reduced to the same level as flash memory. Therefore, it is regarded as a promising next-generation nonvolatile memory.

相変化メモリの書換え動作では、記憶情報に応じて、印加電流が制御される。リセット(消去)動作、すなわち情報「0」の書込み動作では、相変化材料に大電流を短時間流して相変化材料を溶解させた後、電流を急減させる。このような制御により、相変化材料が急冷されることによって、相変化材料は高抵抗のアモルファス状態へ変化する。一方、セット(書込)動作、すなわち情報「1」の書込動作では、相変化材料の結晶化温度に保持するのに十分な電流を長時間流すことにより、相変化材料は低抵抗の結晶状態へ変化する。相変化メモリの読出動作では、素子の両端に一定の電位差を与えて、素子に流れる電流を測定することにより、素子の抵抗状態を判別する。   In the rewrite operation of the phase change memory, the applied current is controlled according to the stored information. In a reset (erase) operation, that is, an operation of writing information “0”, a large current is passed through the phase change material for a short time to dissolve the phase change material, and then the current is rapidly decreased. By such control, the phase change material is rapidly cooled to change the phase change material into a high-resistance amorphous state. On the other hand, in the set (write) operation, that is, the write operation of information “1”, the phase change material is made to be a low-resistance crystal by flowing a current sufficient to maintain the crystallization temperature of the phase change material for a long time. Change to state. In the read operation of the phase change memory, the resistance state of the element is determined by applying a constant potential difference across the element and measuring the current flowing through the element.

この相変化メモリは、微細化を進めると、カルコゲナイドの状態を変化させるために必要な電流が小さくなる。このため、原理上、微細化に向いている。相変化メモリを高集積化する方法として、特許文献1(特開2008−160004号公報)に、ゲート電極材料と絶縁膜を交互に複数積層した積層構造に、前記積層構造の全層を貫く複数の貫通孔を一括加工で形成し、前記貫通孔の内側にゲート絶縁膜、チャネル層、相変化膜を順に成膜して加工する構成が開示されている。   When the phase change memory is further miniaturized, a current required for changing the state of the chalcogenide becomes small. For this reason, it is suitable for miniaturization in principle. As a method for highly integrating a phase change memory, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-160004) discloses a plurality of layers in which a plurality of gate electrode materials and insulating films are alternately stacked, and all layers of the stacked structure are penetrated. Are formed by batch processing, and a gate insulating film, a channel layer, and a phase change film are sequentially formed inside the through holes and processed.

特開2008−160004号公報JP 2008-160004 A

本発明者らは本願に先立ち、特許文献1の図19に記載されているようなカルコゲナイド材料とダイオードを用いたユニットセルの選択動作を検討した。特に、大電流が印加されるリセット(消去)動作における選択動作について検討した。図44には、特許文献1の図19(c)に記載のユニットセル構造と同様の構造を有するユニットセルの等価回路図を比較例として示している。   Prior to the present application, the present inventors examined a selection operation of a unit cell using a chalcogenide material and a diode as described in FIG. In particular, a selection operation in a reset (erase) operation in which a large current is applied was examined. FIG. 44 shows an equivalent circuit diagram of a unit cell having a structure similar to the unit cell structure shown in FIG. 19C of Patent Document 1 as a comparative example.

図44に示す比較例のユニットセルは、半導体基板(図示しない)上に形成されたビット線BLとソース線SLとの間に形成される。本ユニットセルの構造は、縦型トランジスタTReと四つのメモリセルMCj(j=1〜4)が直列接続されたものである。縦型トランジスタTReはソース線をなす配線層の上に形成され、縦型トランジスタTRe上に、メモリセルMCj(j=1〜4)が順に積み重ねられている。メモリセルMCj(j=1〜4)のそれぞれは、トランジスタTRkと抵抗変化素子HRk((j,k)=(1,a),(2,b),(3,c,(4,d))が並列接続された構造を有している。   The unit cell of the comparative example shown in FIG. 44 is formed between a bit line BL and a source line SL formed on a semiconductor substrate (not shown). This unit cell has a structure in which a vertical transistor TRe and four memory cells MCj (j = 1 to 4) are connected in series. The vertical transistor TRe is formed on a wiring layer forming a source line, and the memory cells MCj (j = 1 to 4) are sequentially stacked on the vertical transistor TRe. Each of the memory cells MCj (j = 1 to 4) includes a transistor TRk and a resistance change element HRk ((j, k) = (1, a), (2, b), (3, c, (4, d)). ) Are connected in parallel.

ここで、図44の下から一段目〜三段目のメモリセルMC1〜MC3が非選択状態にあり、下から四段目のメモリセルMC4が選択状態にあるものと仮定し、特に三段目のメモリセルMC3および四段目のメモリセルMC4における素子特性の要件をについて説明する。   Here, it is assumed that the first to third memory cells MC1 to MC3 from the bottom of FIG. 44 are in a non-selected state, and the fourth memory cell MC4 from the bottom is in a selected state. The element characteristic requirements of the memory cell MC3 and the fourth-stage memory cell MC4 will be described.

まず、選択状態にある四段目のメモリセルMC4では、ビット線BLを介して供給するリセット電流IRSTを抵抗変化素子HRdに無駄なく流し込むことが望ましい。そのためには、トランジスタTRdを十分にカットオフさせる必要があるが、実際には、トランジスタTRdにリーク電流ILK_TRdが流れる。したがって、トランジスタTRdのカットオフ特性は、抵抗変化素子HRdに流れる電流IRST_HRd(=リセット電流IRST−リーク電流ILK_TRd)が、抵抗変化素子HRdを高抵抗化するのに必要なリセット電流IRSTよりも大きくなるようなものでなければならない。このためには、トランジスタTRdのゲート長を長くする必要がある。   First, in the fourth-stage memory cell MC4 in the selected state, it is desirable to flow the reset current IRST supplied via the bit line BL into the resistance change element HRd without waste. For this purpose, the transistor TRd needs to be cut off sufficiently, but actually, a leakage current ILK_TRd flows through the transistor TRd. Accordingly, the cutoff characteristic of the transistor TRd is such that the current IRST_HRd (= reset current IRST−leakage current ILK_TRd) flowing through the resistance change element HRd is larger than the reset current IRST necessary for increasing the resistance of the resistance change element HRd. It must be something like that. For this purpose, it is necessary to increase the gate length of the transistor TRd.

次に、非選択状態にある三段目のメモリセルMC3に注目する。選択状態にある四段目のメモリセルMC4と同様に、メモリセルMC3では、トランジスタTRcに出来るだけリセット電流IRSTを流そうとしても、実際には微量のリーク電流IUS_HRcが抵抗変化素子HRcに流れてしまう可能性がある。リーク電流IUS_HRcの大きさが大きくなった場合、抵抗変化素子HRcに記憶されている記憶情報が誤って書き換えられてしまい、不揮発性記憶装置の信頼性が低下してしまう。   Next, attention is focused on the third-stage memory cell MC3 in a non-selected state. Similarly to the fourth-stage memory cell MC4 in the selected state, in the memory cell MC3, even if the reset current IRST is caused to flow through the transistor TRc as much as possible, a small amount of leakage current IUS_HRc actually flows through the resistance change element HRc. There is a possibility. When the magnitude of the leakage current IUS_HRc increases, the stored information stored in the resistance change element HRc is erroneously rewritten, and the reliability of the nonvolatile memory device is reduced.

また、比較的大きいリーク電流IUS_HRcが多くの回数に渡って抵抗変化素子HRcに流れた場合、抵抗変化素子の抵抗値が上昇するなどの劣化(疲労)が起こり、メモリセルの特性が変化して不揮発性記憶装置の信頼性が低下する問題がある。   Further, when a relatively large leak current IUS_HRc flows through the resistance change element HRc many times, deterioration (fatigue) such as an increase in the resistance value of the resistance change element occurs, and the characteristics of the memory cell change. There is a problem that the reliability of the nonvolatile memory device is lowered.

これに対し、非選択状態のメモリセルMC3の記憶情報を保持し、また、抵抗変化素子の疲労を抑制するには、ビット線BLからメモリセルMC4を介して供給するリセット電流IRSTを、出来る限りトランジスタTRcに迂回させる必要がある。このため、トランジスタTRcの導通状態における抵抗、すなわちオン抵抗RON_TRcは、低抵抗状態における抵抗変化素子HRcの抵抗R1_HRcよりも十分に低くなければならない。言い換えると、低抵抗状態における抵抗変化素子HRcの抵抗R1_HRcを、オン抵抗RON_TRcよりも十分高くすることによって、抵抗変化素子HRcに流れ込むリーク電流IUS_HRcを抑制することができると考えられる。仮に、オン抵抗RON_TRcと抵抗R1_HRcの二つの抵抗比をn(>1)とすると、二つの抵抗の関係は抵抗R1_HRc/オン抵抗RON_TRc>nと表わすことができる。なお、非選択状態にある一段目〜二段目のメモリセルMC1〜MC2において、抵抗変化素子に流れる電流とトランジスタに流れる電流の対であるリーク電流IUS_HRaおよび電流ION_TRaならびにリーク電流IUS_HRbおよび電流ION_TRbの関係は、前述した三段目のメモリセルMC3における電流対であるリーク電流IUS_HRcおよび電流ION_TRcの関係と同じである。   On the other hand, in order to retain the stored information of the memory cell MC3 in the non-selected state and suppress fatigue of the resistance change element, the reset current IRST supplied from the bit line BL via the memory cell MC4 is set as much as possible. It is necessary to bypass the transistor TRc. For this reason, the resistance in the conductive state of the transistor TRc, that is, the on-resistance RON_TRc must be sufficiently lower than the resistance R1_HRc of the resistance change element HRc in the low resistance state. In other words, it is considered that the leakage current IUS_HRc flowing into the resistance change element HRc can be suppressed by making the resistance R1_HRc of the resistance change element HRc in the low resistance state sufficiently higher than the on-resistance RON_TRc. Assuming that the resistance ratio between the on-resistance RON_TRc and the resistance R1_HRc is n (> 1), the relationship between the two resistances can be expressed as resistance R1_HRc / on-resistance RON_TRc> n. In the first to second memory cells MC1 to MC2 in the non-selected state, the leakage current IUS_HRa and current ION_TRa, and the leakage current IUS_HRb and current ION_TRb, which are pairs of the current flowing through the resistance change element and the current flowing through the transistor, The relationship is the same as the relationship between the leakage current IUS_HRc and the current ION_TRc, which is the current pair in the third-stage memory cell MC3.

一般に、導体の抵抗率はR=ρ×L/(W×T)で示される。ここで、Rは導体の抵抗値、ρは導体の抵抗率、Lは導体の電流方向の長さである。また、右辺の分母は導体の電流方向に直角な断面積であり、Wは導体の幅、Tは導体の膜厚と便宜上呼ぶことにする。前述のn値を大きくする方法、すなわちオン抵抗RON_TRcの値を基準にした時の抵抗変化素子HRcの抵抗R1_HRcを上げる方法は、次の四通りある。
(方法1)抵抗変化素子の抵抗率ρを上げる。
(方法2)抵抗変化素子の長さLを延長する。
(方法3)抵抗変化素子の幅Wを狭くする。
(方法4)抵抗変化素子の膜厚Tを薄くする。
In general, the resistivity of a conductor is expressed by R = ρ × L / (W × T). Here, R is the resistance value of the conductor, ρ is the resistivity of the conductor, and L is the length of the conductor in the current direction. The denominator on the right side is a cross-sectional area perpendicular to the current direction of the conductor, W is referred to as the conductor width, and T is referred to as the conductor film thickness for convenience. There are the following four methods of increasing the above-described n value, that is, increasing the resistance R1_HRc of the resistance change element HRc when the value of the on-resistance RON_TRc is used as a reference.
(Method 1) Increase the resistivity ρ of the variable resistance element.
(Method 2) Extending the length L of the variable resistance element.
(Method 3) The width W of the variable resistance element is reduced.
(Method 4) The thickness T of the variable resistance element is reduced.

このうち、上記の方法2は、特許文献1の図19(a)に記載のユニットセルでは無効である。何故ならば、特許文献1のメモリセルは図19(a)を参照すると、シリコン膜と絶縁膜が交互に積層された堆積物中に形成された孔の側壁に、チャネル層と抵抗変化膜が順に堆積させて形成されているためである。すなわち、抵抗変化素子の長さLを延長させた場合、抵抗変化素子の長さLと共にトランジスタのチャネル長も延長されてしまうので、前述の抵抗比は変わらない。   Among these, the above method 2 is invalid in the unit cell described in FIG. 19A of Patent Document 1. This is because, in the memory cell of Patent Document 1, referring to FIG. 19A, the channel layer and the resistance change film are formed on the side wall of the hole formed in the deposit in which the silicon film and the insulating film are alternately laminated. This is because they are sequentially deposited. That is, when the length L of the variable resistance element is extended, the channel length of the transistor is extended along with the length L of the variable resistance element, so that the above-described resistance ratio does not change.

以上を鑑みると、非選択セルにおける抵抗比を実現する手段としては、方法1、方法3および方法4が有望である。   In view of the above, Method 1, Method 3, and Method 4 are promising means for realizing the resistance ratio in the non-selected cell.

本発明の目的は、記憶情報の意図しない書換えおよび不揮発性メモリの劣化を防ぐことにより、不揮発性記憶装置の信頼性を向上させることにある。   An object of the present invention is to improve the reliability of a nonvolatile memory device by preventing unintended rewriting of stored information and deterioration of the nonvolatile memory.

本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above object and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本願の一発明による不揮発性記憶装置は、
半導体基板上に形成され、
前記半導体基板の主面の第1方向に延在する複数の第1配線と、
前記複数の第1配線のそれぞれの上部に形成され、前記第1配線に電気的に接続された第1メモリセルと、
前記第1メモリセルの上部に形成され、かつ前記第1メモリセルと電気的に接続された、前記第1方向と直交する第2方向に延在する複数の第2配線と、
を有し、
前記第1メモリセルは、並列接続された第1選択素子と可変抵抗素子とを有し、
前記第1方向の前記可変抵抗素子の長さは、前記第1方向の前記第1選択素子の長さよりも小さいものである。
The nonvolatile memory device according to one invention of the present application is:
Formed on a semiconductor substrate,
A plurality of first wirings extending in a first direction of the main surface of the semiconductor substrate;
A first memory cell formed on each of the plurality of first wirings and electrically connected to the first wiring;
A plurality of second wirings formed in an upper part of the first memory cell and electrically connected to the first memory cell and extending in a second direction orthogonal to the first direction;
Have
The first memory cell includes a first selection element and a variable resistance element connected in parallel.
The length of the variable resistance element in the first direction is smaller than the length of the first selection element in the first direction.

また、本願の1発明により不揮発性記憶装置の製造方法は、
(a)半導体基板上にN+1層(N≧1)の第1絶縁膜とN層の第1半導体層とを交互に積層して積層膜を形成する工程と、
(b)前記積層膜を前記半導体基板の主面に沿う第1方向にストライプ状に加工して、前記積層膜からなる複数のパターンを形成する工程と、
(c)前記複数のパターンのそれぞれの側壁に第2絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記複数のパターンのそれぞれの側壁に、前記第2絶縁膜を介して第2半導体層を形成する工程と、
(e)前記第2半導体層の側面に沿って、抵抗変化材料層を形成する工程と、
(f)前記抵抗変化材料層の側面に沿って第3絶縁膜を形成し、隣り合う前記パターン同士の間を埋め込む工程と、
(g)前記第2半導体層および前記抵抗変化材料層の一部を除去することによって、前記第2半導体層および前記抵抗変化材料層を残した領域と、前記第2半導体層および前記抵抗変化材料層を除去した領域とを前記第1方向に交互に形成する工程と、
(h)前記(g)工程の後、前記抵抗変化材料層の前記第1方向の側壁の一部を除去する工程と、
を有するものである。
According to one invention of the present application, a method for manufacturing a nonvolatile memory device is as follows:
(A) forming a laminated film by alternately laminating N + 1 layer (N ≧ 1) first insulating films and N first semiconductor layers on a semiconductor substrate;
(B) processing the laminated film in a stripe shape in a first direction along the main surface of the semiconductor substrate to form a plurality of patterns made of the laminated film;
(C) forming a second insulating film on each side wall of the plurality of patterns;
(D) forming a second semiconductor layer on each sidewall of the plurality of patterns via the second insulating film;
(E) forming a variable resistance material layer along a side surface of the second semiconductor layer;
(F) forming a third insulating film along a side surface of the variable resistance material layer and embedding a space between the adjacent patterns;
(G) A region in which the second semiconductor layer and the variable resistance material layer are left by removing a part of the second semiconductor layer and the variable resistance material layer, and the second semiconductor layer and the variable resistance material Alternately forming regions in which the layers have been removed in the first direction;
(H) After the step (g), removing a part of the side wall in the first direction of the variable resistance material layer;
It is what has.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

本発明によれば、不揮発性記憶装置の信頼性を向上することができる。   According to the present invention, the reliability of the nonvolatile memory device can be improved.

本発明の実施の形態1である相変化メモリの俯瞰図である。It is an overhead view of the phase change memory which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1である相変化メモリの俯瞰図である。It is an overhead view of the phase change memory which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1である相変化メモリの一部の断面を示す上面図である。It is a top view which shows the cross section of a part of phase change memory which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1である相変化メモリのリセット動作、セット動作および読出動作を説明する図3のA−A線における断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3 for explaining a reset operation, a set operation, and a read operation of the phase change memory according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1である相変化メモリの要部俯瞰図である。It is a principal part overhead view of the phase change memory which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1である相変化メモリの動作を説明する等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram explaining the operation | movement of the phase change memory which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1である相変化メモリのリセット動作、セット動作および読出動作を説明する等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram illustrating a reset operation, a set operation, and a read operation of the phase change memory according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1である相変化メモリの製造方法を示す俯瞰図である。It is an overhead view which shows the manufacturing method of the phase change memory which is Embodiment 1 of this invention. 図8に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 9 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 8. 図9に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 10 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 9. 図10に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 11 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 10. 図11に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 12 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 11. 図12に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 13 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 12. 図13に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 14 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 13. 図14に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 15 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory subsequent to FIG. 14. 図15に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 16 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 15. 図16に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 17 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 16. 図17に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 18 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 17. 図18に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 19 is an overhead view for explaining a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 18. 図19に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 20 is an overhead view for explaining the method for manufacturing the phase change memory following FIG. 19. 図20に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 21 is an overhead view for explaining a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 20. 図21に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 22 is an overhead view for explaining the method for manufacturing the phase change memory following FIG. 21. 図22に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 23 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 22. 図23に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 24 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 23. 図24に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 25 is an overhead view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 24. 図25に示す製造工程中の相変化メモリの上面図である。FIG. 26 is a top view of the phase change memory during the manufacturing process shown in FIG. 25. 図26のB−B線における断面図である。It is sectional drawing in the BB line of FIG. 図26のC−C線における断面図である。It is sectional drawing in the CC line | wire of FIG. 図25に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 26 is an overhead view for explaining the method for manufacturing the phase change memory following FIG. 25. 図29に続く相変化メモリの製造方法を説明する俯瞰図である。FIG. 30 is an overhead view for explaining the method for manufacturing the phase change memory following FIG. 29. 図30に示す製造工程中の相変化メモリの上面図である。FIG. 31 is a top view of the phase change memory during the manufacturing process shown in FIG. 30. 図31のD−D線における断面図である。It is sectional drawing in the DD line | wire of FIG. 図31のE−E線における断面図である。It is sectional drawing in the EE line | wire of FIG. 図30に続く相変化メモリの製造方法を説明する断面図である。FIG. 31 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 30. 図31に続く相変化メモリの製造方法を説明する断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the phase change memory following FIG. 31. 図35のF−F線における断面を示す上面図である。It is a top view which shows the cross section in the FF line | wire of FIG. 図35に続く相変化メモリの製造方法を説明する断面図である。FIG. 36 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the phase change memory following FIG. 35. 本発明の実施の形態2である相変化メモリの製造方法を示す平面図である。It is a top view which shows the manufacturing method of the phase change memory which is Embodiment 2 of this invention. 図38のI−I線における断面図である。It is sectional drawing in the II line | wire of FIG. 図38のH−H線における断面図である。It is sectional drawing in the HH line | wire of FIG. 図40のJ−J線における断面を示す上面図である。It is a top view which shows the cross section in the JJ line | wire of FIG. 図41に続く相変化メモリの製造方法を説明する上面図である。FIG. 42 is a top view illustrating a method for manufacturing the phase change memory following FIG. 41. 図42のK−K線における断面図である。It is sectional drawing in the KK line | wire of FIG. 比較例であるユニットセルを示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows the unit cell which is a comparative example.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. Also, in the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

また、以下の実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするために部分的にハッチングを省略する場合がある。   Further, in the drawings used in the following embodiments, hatching may be partially omitted even in a cross-sectional view in order to make the drawings easy to see.

また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図、俯瞰図であっても図面を見易くするために部分的にハッチングを付す場合がある。   In the drawings used in the following embodiments, even a plan view or a bird's-eye view may be partially hatched to make the drawings easy to see.

(実施の形態1)
本実施の形態では、半導体基板の主面に沿うワード線およびビット線の間に選択素子であるポリシリコンダイオードと共に直列に接続された縦型チェインメモリのメモリアレイであって、各縦型チェインメモリが、絶縁層およびゲートポリシリコン層を交互に複数層重ねたストライプ状の積層膜の側壁に形成されたメモリセルを有する不揮発性記憶装置の例を示す。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, a memory array of vertical chain memories connected in series with a polysilicon diode as a selection element between a word line and a bit line along the main surface of a semiconductor substrate, each vertical chain memory Shows an example of a nonvolatile memory device having memory cells formed on the side walls of a stripe-shaped stacked film in which a plurality of insulating layers and gate polysilicon layers are alternately stacked.

<縦型チェインメモリの基本構造>
図1に、本実施の形態の不揮発性記憶装置の俯瞰図を示す。図1には、メモリセルアレイ、配線およびコンタクトプラグの一部を示している。なお、本実施の形態の不揮発性記憶装置は半導体基板上に形成されているが、図1では半導体基板の図示を省略しており、また、メモリセルアレイMA以外の領域では、それぞれの配線またはコンタクトプラグを覆う絶縁膜を示していない。
<Basic structure of vertical chain memory>
FIG. 1 shows an overhead view of the nonvolatile memory device of the present embodiment. FIG. 1 shows a part of the memory cell array, wiring, and contact plug. Although the nonvolatile memory device of this embodiment is formed on a semiconductor substrate, the semiconductor substrate is not shown in FIG. 1, and each wiring or contact is provided in a region other than the memory cell array MA. The insulating film covering the plug is not shown.

図1に示すように、半導体基板(図示しない)の主面に沿う方向に複数並んでストライプ状に延在する金属配線層2と、金属配線層2の上方に位置し、金属配線層2の延在方向と直交する方向に複数並んでストライプ状に延在するビット線として働く金属配線層3とが形成されている。なお、以下では金属配線層2の延在する方向を第1方向といい、金属配線層3の延在方向を第2方向という。   As shown in FIG. 1, a plurality of metal wiring layers 2 extending in a stripe shape in a direction along the main surface of a semiconductor substrate (not shown), and positioned above the metal wiring layer 2, A plurality of metal wiring layers 3 are formed which serve as bit lines extending in stripes in a direction orthogonal to the extending direction. Hereinafter, the extending direction of the metal wiring layer 2 is referred to as a first direction, and the extending direction of the metal wiring layer 3 is referred to as a second direction.

複数の金属配線層2のそれぞれの下部には、金属配線層2と特定の金属配線層2を選択する配線セレクタ(図示しない)とを接続するコンタクトプラグWLCが、金属配線層2と電気的に接続されて形成されている。金属配線層2上には、p型不純物(例えばB(ホウ素))がドープされたポリシリコン層4p、低濃度の不純物がドープされたポリシリコン層5pおよびn型不純物(例えばP(リン))がドープされたポリシリコン層6pが順に積層された積層構造からなるポリシリコンダイオードPDが形成されている。ポリシリコンダイオードPDのそれぞれは柱状の形状を有しており、金属配線層2上において第1方向に一列に複数並んで配置されている。金属配線層2は第2方向に複数並んでストライプ状に形成されているため、複数の金属配線層2上のポリシリコンダイオードPDは第1方向および第2方向にマトリクス状に並んで複数配置されている。   Under each of the plurality of metal wiring layers 2, a contact plug WLC that connects the metal wiring layer 2 and a wiring selector (not shown) for selecting a specific metal wiring layer 2 is electrically connected to the metal wiring layer 2. Connected and formed. On the metal wiring layer 2, a polysilicon layer 4p doped with a p-type impurity (for example, B (boron)), a polysilicon layer 5p doped with a low-concentration impurity, and an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) A polysilicon diode PD having a stacked structure in which polysilicon layers 6p doped with is sequentially stacked is formed. Each of the polysilicon diodes PD has a columnar shape, and a plurality of polysilicon diodes PD are arranged in a line in the first direction on the metal wiring layer 2. Since a plurality of metal wiring layers 2 are formed in stripes in the second direction, a plurality of polysilicon diodes PD on the plurality of metal wiring layers 2 are arranged in a matrix in the first direction and the second direction. ing.

破線で示す領域の下部のメモリアレイMAを構成するメモリセルは、ポリシリコンダイオードPDの直上にそれぞれ形成され、ポリシリコンダイオードPDと金属配線層3とを接続するチャネルポリシリコン層を有しており、前記チャネルポリシリコン層はポリシリコンダイオードPDと同様にマトリクス状に配置されている。図示はしていないが、第2方向に隣り合うポリシリコンダイオードPD同士の間には絶縁膜31が形成されており、絶縁膜31上であって、第2方向に隣り合う前記チャネルポリシリコン層同士の間の領域には、絶縁膜31側から順に絶縁膜および導体膜が交互に積層されている。前記導体膜は前記チャネルポリシリコン層をチャネル領域とする選択トランジスタのゲートとして機能するゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pおよび61pであり、各ゲートポリシリコン層は第1方向に延在している。第2方向に隣り合うポリシリコンダイオードPD同士の間の絶縁膜31(図示しない)上には、絶縁膜11、ゲートポリシリコン層21p、絶縁膜12、ゲートポリシリコン層22p、絶縁膜13、ゲートポリシリコン層23p、絶縁膜14、ゲートポリシリコン層24p、絶縁膜15、ゲートポリシリコン層61pおよび絶縁膜71が順に形成されている。   The memory cells constituting the memory array MA below the area indicated by the broken line are respectively formed immediately above the polysilicon diode PD, and have a channel polysilicon layer connecting the polysilicon diode PD and the metal wiring layer 3. The channel polysilicon layers are arranged in a matrix like the polysilicon diode PD. Although not shown, an insulating film 31 is formed between the polysilicon diodes PD adjacent in the second direction, and the channel polysilicon layer adjacent to the second direction on the insulating film 31 is formed. In the region between them, the insulating film and the conductor film are alternately laminated in order from the insulating film 31 side. The conductor films are gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p, 24p, and 61p that function as gates of selection transistors having the channel polysilicon layer as a channel region, and each gate polysilicon layer extends in the first direction. ing. On the insulating film 31 (not shown) between the polysilicon diodes PD adjacent in the second direction, the insulating film 11, the gate polysilicon layer 21p, the insulating film 12, the gate polysilicon layer 22p, the insulating film 13, and the gate A polysilicon layer 23p, an insulating film 14, a gate polysilicon layer 24p, an insulating film 15, a gate polysilicon layer 61p, and an insulating film 71 are sequentially formed.

メモリアレイMAの外部の領域において、メモリセルのゲートポリシリコン層21p上、22p上、23p上および24p上には、ゲートポリシリコン層21p、22p、23pおよび24pに給電するための配線GL1、GL2、GL3およびGL4がそれぞれ形成されている。選択トランジスタのゲートポリシリコン層61p上には、ゲートポリシリコン層61pに給電するためのゲート配線STGL1が形成され、他のゲートポリシリコン層61p上にはゲート配線STGL2が形成されている。ゲートポリシリコン層21p上、22p上、23p上および24p上であって、配線GL1、GL2、GL3およびGL4のそれぞれの下部には、ゲートポリシリコン層21p、22p、23pおよび24pと配線GL1、GL2、GL3およびGL4とをそれぞれ接続するコンタクトプラグGC1、GC2、GC3およびGC4が形成されている。また、ゲートポリシリコン層61pおよびゲート配線STGL1ならびに他のゲートポリシリコン層61pおよびゲート配線STGL2を接続するコンタクトプラグSTGC1、STGC2が形成されている。   In regions outside the memory array MA, wirings GL1 and GL2 for supplying power to the gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p and 24p are provided on the gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p and 24p of the memory cells. , GL3 and GL4 are formed. A gate line STGL1 for supplying power to the gate polysilicon layer 61p is formed on the gate polysilicon layer 61p of the selection transistor, and a gate line STGL2 is formed on the other gate polysilicon layer 61p. On the gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p and 24p, below the wirings GL1, GL2, GL3 and GL4, the gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p and 24p and the wirings GL1, GL2 , GL3 and GL4 are formed with contact plugs GC1, GC2, GC3 and GC4, respectively. Further, contact plugs STGC1 and STGC2 are formed to connect the gate polysilicon layer 61p and the gate wiring STGL1, and the other gate polysilicon layer 61p and the gate wiring STGL2.

配線GL1、GL2、GL3およびGL4のそれぞれの下部には、配線GL1、GL2、GL3およびGL4と配線セレクタ(図示しない)とを接続するコンタクトプラグGLC1、GLC2、GLC3およびGLC4(図示しない)が形成され、ゲート配線STGL1、STGL2のそれぞれの下部には、ゲート配線STGL1、STGL2と配線セレクタ(図示しない)とを接続するコンタクトプラグSTGLC1、STGLC2が形成されている。また、ビット線である金属配線層3の下部には金属配線層3と配線セレクタ(図示しない)とを接続するコンタクトプラグBLCが形成されている。   Contact plugs GLC1, GLC2, GLC3, and GLC4 (not shown) that connect the wirings GL1, GL2, GL3, and GL4 and a wiring selector (not shown) are formed below the wirings GL1, GL2, GL3, and GL4. Contact plugs STGLC1 and STGLC2 for connecting the gate lines STGL1 and STGL2 and a wiring selector (not shown) are formed below the gate lines STGL1 and STGL2, respectively. A contact plug BLC for connecting the metal wiring layer 3 and a wiring selector (not shown) is formed below the metal wiring layer 3 that is a bit line.

一部の構成要素、すなわちコンタクトプラグGLC4は配線GL1〜GL4などに隠れて図示されていないが、コンタクトプラグGLC1、GLC2およびGLC3がそれぞれ配線GL1、GL2およびGL3の下部に接続されているのと同様に、コンタクトプラグGLC4も配線GL4の下部に接続されている。また、ワード線である金属配線層2は、図1では図示が省略されている半導体基板(シリコン基板)上に堆積された酸化物の上部に形成されている。また、ストライプ状に並んで形成されているゲートポリシリコン層21pは、全て同一の配線GL1に電気的に接続されている。このことは、ゲートポリシリコン層22p、23pおよび24pも同様である。選択トランジスタのゲートポリシリコン層61pも同様にストライプ状に形成されているが、ストライプ状に並ぶゲートポリシリコン層61pのうち、隣り合うゲートポリシリコン層61pは、互いに絶縁された2つのゲート配線STGL1、STGL2にそれぞれ接続されていて、独立に電圧を印加することができる。すなわち、ストライプ状に並ぶゲートポリシリコン層61pは、一つ置きに同一配線に接続されているため、一本のゲートポリシリコン層61pとのその両隣のゲートポリシリコン層61p同士とは電気的に接続されていない。   Although some components, that is, the contact plug GLC4 are not shown hidden behind the wirings GL1 to GL4, the contact plugs GLC1, GLC2, and GLC3 are the same as those connected to the lower portions of the wirings GL1, GL2, and GL3, respectively. Further, the contact plug GLC4 is also connected to the lower portion of the wiring GL4. Further, the metal wiring layer 2 which is a word line is formed on an oxide deposited on a semiconductor substrate (silicon substrate) not shown in FIG. The gate polysilicon layers 21p formed side by side in a stripe shape are all electrically connected to the same wiring GL1. The same applies to the gate polysilicon layers 22p, 23p and 24p. Similarly, the gate polysilicon layer 61p of the selection transistor is also formed in a stripe shape. Of the gate polysilicon layers 61p arranged in a stripe shape, the adjacent gate polysilicon layer 61p has two gate wirings STGL1 insulated from each other. , STGL2 are connected to each other, and a voltage can be applied independently. That is, the gate polysilicon layers 61p arranged in stripes are connected to the same wiring every other line, so that the gate polysilicon layers 61p adjacent to the one gate polysilicon layer 61p are electrically connected to each other. Not connected.

図2は図1のうち、特に破線で示す領域の下部のメモリアレイMAの部分を抜き出して示した俯瞰図である。なお、ここではポリシリコンダイオードPD同士の間を埋め込み、隣り合う金属配線層2同士の間を埋め込んでいる絶縁膜31は示していない。   FIG. 2 is a bird's-eye view showing a part of the memory array MA in the lower part of the area indicated by a broken line in FIG. Here, the insulating film 31 embedded between the polysilicon diodes PD and between the adjacent metal wiring layers 2 is not shown.

図2に示すように、メモリアレイはワード線である金属配線層2の上に形成されたポリシリコンダイオードPDと、ポリシリコンダイオードPD上であって、ビット線である金属配線層3の下部に形成されたメモリセルとを有している。ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pおよび61pと絶縁膜11、12、13、14、15および71の積層膜は、金属配線層2と平行な方向(第1方向)にストライプ状にパターニングされている。   As shown in FIG. 2, the memory array has a polysilicon diode PD formed on the metal wiring layer 2 that is a word line, and a polysilicon diode PD on the lower side of the metal wiring layer 3 that is a bit line. And formed memory cells. The stacked films of the gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p, 24p and 61p and the insulating films 11, 12, 13, 14, 15 and 71 are patterned in a stripe shape in a direction parallel to the metal wiring layer 2 (first direction). Has been.

また、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pおよび61pと絶縁膜11、12、13、14、15および71との積層膜からなるストライプ状の構造が、ワード線である金属配線層2同士の間のスペースの直上にそれぞれ配置されている。ビット線である金属配線層3は、金属配線層2が延在する第1方向と直交する第2方向に延在するストライプ形状の配線で、絶縁膜71上にn型のポリシリコン層38pを介して配置されている。   In addition, the stripe-like structure composed of the laminated film of the gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p, 24p and 61p and the insulating films 11, 12, 13, 14, 15 and 71 is formed between the metal wiring layers 2 which are word lines. It is arranged directly above the space between. The metal wiring layer 3 which is a bit line is a stripe-shaped wiring extending in a second direction orthogonal to the first direction in which the metal wiring layer 2 extends. An n-type polysilicon layer 38p is formed on the insulating film 71. Is arranged through.

ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24pおよび61pと絶縁膜11、12、13、14、15および71とからなる積層膜同士の間のスペース部分であって、金属配線層3の直下には、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、絶縁膜11、12、13および14の側壁ならびに絶縁膜15の側壁の下部に、ゲート絶縁膜である絶縁膜9、チャネルポリシリコン層8p、拡散防止膜10、相変化材料層7が順に形成されている。拡散防止膜10は、相変化材料層7およびチャネルポリシリコン層8p間の不純物などの拡散を防止するための層である。すなわち、ストライプ状に形成されたゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61p、絶縁膜11、12、13、14、15および71からなる積層膜であって、隣り合う前記積層膜同士の対向する側壁にはそれぞれ絶縁膜9、チャネルポリシリコン層8p、拡散防止膜10、相変化材料層7が順に形成されている。さらに、隣り合う前記積層膜の対向する側壁にそれぞれ形成された相変化材料層7同士の間には絶縁膜91が埋め込まれている。第2方向における拡散防止膜10と絶縁膜91との間であって、相変化材料層7が除去されている部分には絶縁膜33が埋め込まれている。   It is a space portion between the laminated films composed of the gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p, 24p and 61p and the insulating films 11, 12, 13, 14, 15 and 71, and is directly under the metal wiring layer 3. , Gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p, 24p, insulating films 11, 12, 13 and 14 on the side walls and insulating film 15 below the side walls of insulating film 9, insulating film 9, gate polysilicon layer 8p, diffusion The prevention film 10 and the phase change material layer 7 are formed in this order. Diffusion prevention film 10 is a layer for preventing diffusion of impurities and the like between phase change material layer 7 and channel polysilicon layer 8p. That is, a laminated film composed of gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p, 24p, 61p formed in a stripe shape and insulating films 11, 12, 13, 14, 15, and 71, and the adjacent laminated films An insulating film 9, a channel polysilicon layer 8p, a diffusion prevention film 10, and a phase change material layer 7 are formed in this order on the opposite side walls. Further, an insulating film 91 is embedded between the phase change material layers 7 formed on the opposing side walls of the adjacent laminated films. An insulating film 33 is embedded between the diffusion preventing film 10 and the insulating film 91 in the second direction and in a portion where the phase change material layer 7 is removed.

また、絶縁膜15の側壁の上部、ゲートポリシリコン層61p、絶縁膜71の下部のそれぞれの側壁には、絶縁膜9、チャネルポリシリコン層8pが順に形成されており、第2方向に向かい合う絶縁膜15の側壁の上部、ゲートポリシリコン層61p、絶縁膜71の下部のそれぞれの側壁に形成されたチャネルポリシリコン層8p同士の間には絶縁膜92が埋め込まれている。絶縁膜71の上部の側壁には絶縁膜9、ポリシリコン層38pが積層されている。   Further, an insulating film 9 and a channel polysilicon layer 8p are formed in this order on the upper side wall of the insulating film 15, the gate polysilicon layer 61p, and the lower side wall of the insulating film 71, respectively. An insulating film 92 is buried between the channel polysilicon layers 8p formed on the side walls of the upper side of the film 15, the gate polysilicon layer 61p, and the lower side of the insulating film 71, respectively. An insulating film 9 and a polysilicon layer 38p are laminated on the upper side wall of the insulating film 71.

ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61p、絶縁膜11、12、13、14、15および71の積層膜同士の間のスペース部分であって金属配線層3の下部の底部では、ポリシリコン層6pの上面とチャネルポリシリコン層8pとが接触している。金属配線層3とポリシリコンダイオードPDとは、ポリシリコン層38pおよびチャネルポリシリコン層8pを介して、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61p、絶縁膜11、12、13、14、15および71からなる積層膜同士の対向する側壁のそれぞれの近傍で接続されている。   The gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p, 24p, 61p, the space between the stacked films of the insulating films 11, 12, 13, 14, 15 and 71, and the bottom of the metal wiring layer 3, The upper surface of silicon layer 6p is in contact with channel polysilicon layer 8p. The metal wiring layer 3 and the polysilicon diode PD are connected to the gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p, 24p, 61p, the insulating films 11, 12, 13, 14, via the polysilicon layer 38p and the channel polysilicon layer 8p. The laminated films 15 and 71 are connected in the vicinity of the opposing side walls.

すなわち、絶縁膜9はゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61p、絶縁膜11、12、13、14、15および71からなる積層膜の側壁の全面に形成されており、チャネルポリシリコン層8pは絶縁膜9の片方の側壁と、ポリシリコン層6pの上面とにかけて連続的に形成されたU字型の断面形状を有している。ただし、チャネルポリシリコン層8pの最上端はゲートポリシリコン層61pの上面よりも上方の位置であって絶縁膜71の上面よりも下方に位置している。チャネルポリシリコン層8pの最上端の直上には、チャネルポリシリコン層8pと接してポリシリコン層38pが形成されている。ポリシリコン層38pは絶縁膜9の片方の側壁および上面ならびに絶縁膜71の上面にかけて連続的に形成されており、その上面は金属配線層3と接している。   That is, the insulating film 9 is formed on the entire side wall of the laminated film composed of the gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p, 24p, 61p and the insulating films 11, 12, 13, 14, 15, and 71. The layer 8p has a U-shaped cross-sectional shape continuously formed over one side wall of the insulating film 9 and the upper surface of the polysilicon layer 6p. However, the uppermost end of the channel polysilicon layer 8p is located above the upper surface of the gate polysilicon layer 61p and below the upper surface of the insulating film 71. A polysilicon layer 38p is formed immediately above the uppermost end of the channel polysilicon layer 8p in contact with the channel polysilicon layer 8p. The polysilicon layer 38 p is continuously formed over one side wall and upper surface of the insulating film 9 and the upper surface of the insulating film 71, and the upper surface is in contact with the metal wiring layer 3.

また、拡散防止膜10、相変化材料層7および絶縁膜91のそれぞれの最上端はゲートポリシリコン層24pの上面よりも上方であってゲートポリシリコン層61pの下面よりも下方に位置している。拡散防止膜10、相変化材料層7および絶縁膜91の直上であって、金属配線層3の下部には絶縁膜92が埋め込まれている。   Further, the uppermost ends of diffusion preventing film 10, phase change material layer 7 and insulating film 91 are located above the upper surface of gate polysilicon layer 24p and below the lower surface of gate polysilicon layer 61p. . An insulating film 92 is embedded immediately above the diffusion prevention film 10, the phase change material layer 7, and the insulating film 91 and below the metal wiring layer 3.

ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61p、絶縁膜11、12、13、14、15および71からなる積層膜同士の間のスペース部分であって、かつ、隣り合う金属配線層3同士の間のスペース部分の直下では、チャネルポリシリコン層8p、ポリシリコン層38p、相変化材料層7および拡散防止膜10は除去されており、ポリシリコンダイオードPDも形成されていない。このスペース部分には、図2では示されていないが、絶縁膜33が埋め込まれている。すなわち、チャネルポリシリコン層8p、38p、相変化材料層7、拡散防止膜10および絶縁膜91は、ゲートポリシリコン層21p、22p、23p、24p、61p、絶縁膜11、12、13、14、15および71からなる積層膜と、前記積層膜同士の間のスペースであって、隣り合う金属配線層3同士の間のスペースの直下に埋め込まれた絶縁膜33とにより囲まれた領域(以下、本実施の形態では、「接続孔」と呼ぶ)に形成される。   Gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p, 24p, 61p, space portions between the laminated films made of insulating films 11, 12, 13, 14, 15, and 71, and adjacent metal wiring layers 3 The channel polysilicon layer 8p, the polysilicon layer 38p, the phase change material layer 7 and the diffusion prevention film 10 are removed immediately below the space portion between them, and the polysilicon diode PD is not formed. Although not shown in FIG. 2, an insulating film 33 is embedded in this space portion. That is, the channel polysilicon layers 8p, 38p, the phase change material layer 7, the diffusion prevention film 10, and the insulating film 91 are formed of the gate polysilicon layers 21p, 22p, 23p, 24p, 61p, the insulating films 11, 12, 13, 14, 15 and a region surrounded by an insulating film 33 embedded in the space between the stacked films and immediately below the space between the adjacent metal wiring layers 3 (hereinafter, In this embodiment, it is referred to as a “connection hole”.

図2に示すように、相変化材料層7はそれぞれのポリシリコンダイオードPDの第1方向の端部の直上には形成されていない。つまり、第1方向の相変化材料層7の幅は同方向のチャネルポリシリコン膜8pの幅よりも狭い。   As shown in FIG. 2, the phase change material layer 7 is not formed immediately above the end portion of each polysilicon diode PD in the first direction. That is, the width of the phase change material layer 7 in the first direction is narrower than the width of the channel polysilicon film 8p in the same direction.

図3は、図2に示したメモリセルの一部であって、ゲートポリシリコン層21pを含む半導体基板の主面に平行な面での断面である上面図を示したものである。図3には、ゲートポリシリコン層21pを挟んで形成された二箇所の接続孔内に形成された二つのメモリセルを示している。   FIG. 3 is a top view showing a part of the memory cell shown in FIG. 2 and a cross section taken along a plane parallel to the main surface of the semiconductor substrate including the gate polysilicon layer 21p. FIG. 3 shows two memory cells formed in two connection holes formed with the gate polysilicon layer 21p interposed therebetween.

図4は、本実施の形態のメモリセルアレイに含まれる接続孔の一つを示す断面図であって、図3のA−A線における断面図である。絶縁膜31は、図1および図2では図をわかりやすくするために示していなかった膜であり、ポリシリコンダイオードPD同士の間のスペースに埋め込まれている。   4 is a cross-sectional view showing one of the connection holes included in the memory cell array according to the present embodiment, and is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The insulating film 31 is a film that is not shown in FIG. 1 and FIG. 2 for easy understanding of the drawing, and is embedded in a space between the polysilicon diodes PD.

本実施の形態の不揮発性記憶装置の特徴は、図3に示した上面図から明らかなように、相変化材料層7の第1方向(ワード線方向)の長さ(以下、本実施の形態では、「線幅」と呼ぶ)である線幅WGSTがチャネルポリシリコン層8pの第1方向(ワード線方向)の長さである線幅WSIよりも短い点にある。また、図3に示すように、ゲートポリシリコン層21p同士の間であって絶縁膜91、相変化材料層7、拡散防止膜10、チャネルポリシリコン層8pおよび絶縁膜9が形成されていない領域には絶縁膜33が埋め込まれている。第1方向における相変化材料層7の線幅はチャネルポリシリコン層8pの線幅より短いため、チャネルポリシリコン層8pおよび拡散防止膜10と絶縁膜91との間の領域であって相変化材料層7が形成されていないスペースには絶縁膜33が形成されている。   As is apparent from the top view shown in FIG. 3, the characteristics of the nonvolatile memory device according to the present embodiment are the length of the phase change material layer 7 in the first direction (word line direction) (hereinafter referred to as the present embodiment). Then, the line width WGST, which is called “line width”, is shorter than the line width WSI, which is the length of the channel polysilicon layer 8p in the first direction (word line direction). Further, as shown in FIG. 3, the region between the gate polysilicon layers 21p where the insulating film 91, the phase change material layer 7, the diffusion preventing film 10, the channel polysilicon layer 8p, and the insulating film 9 are not formed. Insulating film 33 is buried. Since the line width of the phase change material layer 7 in the first direction is shorter than the line width of the channel polysilicon layer 8p, the phase change material is a region between the channel polysilicon layer 8p and the diffusion prevention film 10 and the insulating film 91. An insulating film 33 is formed in a space where the layer 7 is not formed.

また、図2の俯瞰図に破線で示したメモリセルMCを拡大すると、図5に示すような構造になる。図5は一つのメモリセルを拡大して示す要部俯瞰図であり、図5では絶縁膜33、91およびゲートポリシリコン層21pの上下の絶縁膜を示していない。図5に示すように、ゲートポリシリコン層21pの両側の側壁には絶縁膜9を介してチャネルポリシリコン層8p、拡散防止膜10およびチャネルポリシリコン層8pの線幅WSIよりも狭い線幅WGSTを有する相変化材料層7がそれぞれ形成されている。   Further, when the memory cell MC indicated by the broken line in the overhead view of FIG. 2 is enlarged, the structure shown in FIG. 5 is obtained. FIG. 5 is an overhead view of a main part showing an enlarged view of one memory cell. FIG. 5 does not show the insulating films 33 and 91 and the insulating films above and below the gate polysilicon layer 21p. As shown in FIG. 5, the line width WGST narrower than the line width WSI of the channel polysilicon layer 8p, the diffusion prevention film 10 and the channel polysilicon layer 8p is formed on the side walls on both sides of the gate polysilicon layer 21p via the insulating film 9. The phase change material layers 7 having the above are respectively formed.

図3〜図5に示すように、一つのメモリセルMCはチャネルポリシリコン層8pおよび相変化材料層7を含んでいる。このメモリセルMCのチャネルポリシリコン層8pおよび相変化材料層7のどちらに電流を流すかを制御する選択トランジスタは、当該メモリセルMCの側壁に形成されたゲートポリシリコン層(例えばゲートポリシリコン層21p)および当該ゲートポリシリコン層と絶縁膜9により隔てられたチャネルポリシリコン層8pにより構成される。   As shown in FIGS. 3 to 5, one memory cell MC includes a channel polysilicon layer 8 p and a phase change material layer 7. A selection transistor that controls which of the channel polysilicon layer 8p and the phase change material layer 7 of the memory cell MC has a current flows is a gate polysilicon layer (for example, a gate polysilicon layer) formed on the side wall of the memory cell MC. 21p) and a channel polysilicon layer 8p separated from the gate polysilicon layer by the insulating film 9.

このような構造体にすることによって、セット状態における相変化材料層7の抵抗値をON状態におけるトランジスタの抵抗値よりも高くすることができる。このような寸法にする必然性については、縦型チェインメモリの動作を説明した後に詳述する。   With such a structure, the resistance value of the phase change material layer 7 in the set state can be made higher than the resistance value of the transistor in the ON state. The necessity of such dimensions will be described in detail after the operation of the vertical chain memory is described.

<縦型チェインメモリの動作>
図6は、図4の断面図に記載されている素子の等価回路図である。すなわち、一つの接続孔内に形成された複数のメモリセルを示しており、一つの接続孔内には、直列に接続された複数のメモリセルおよび一つの選択トランジスタが並列に二列接続されて形成されている。以下では、図6に従って、メモリセルの動作を説明する。図6では、破線で囲まれたメモリセルのうち、選択されていない(書き換えを行わない、または読み出しを行わない)メモリセルを非選択セルUSMC1とし、選択する(書き換えを行う、または読み出しを行う)メモリセルを選択セルSMCとして示している。
<Operation of vertical chain memory>
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the element described in the cross-sectional view of FIG. That is, a plurality of memory cells formed in one connection hole are shown, and a plurality of memory cells connected in series and one select transistor are connected in parallel in two rows in one connection hole. Is formed. Hereinafter, the operation of the memory cell will be described with reference to FIG. In FIG. 6, a memory cell not selected (not rewritten or not read) among the memory cells surrounded by a broken line is selected as a non-selected cell USMC1, and is selected (rewritten or read). ) A memory cell is shown as a selected cell SMC.

まず、選択セルSMCが接続されている配線GL1には0Vを印加し、チャネルポリシリコン層8pをチャネルとするトランジスタをカットオフ状態にする。選択セルSMCが接続されていない配線GL2、GL3およびGL4には5Vを印加し、トランジスタを導通状態にする。ビット線BL1には0V、ワード線WL1にはリセット動作時、セット動作時、読出し動作時にそれぞれ5、4、2Vを印加する。選択トランジスタのゲートポリシリコンは、選択セルSMCと接続されている側のゲート、すなわちゲート配線STGL1に5Vを印加させ、トランジスタを導通状態にする。選択セルSMCが接続されていない側のゲート、すなわちゲート配線STGL2には0Vを印加しトランジスタをカットオフ状態にする。   First, 0 V is applied to the wiring GL1 to which the selected cell SMC is connected, and the transistor whose channel is the channel polysilicon layer 8p is cut off. 5 V is applied to the wirings GL2, GL3, and GL4 to which the selected cell SMC is not connected, and the transistor is turned on. 0V is applied to the bit line BL1, and 5, 4, and 2V are applied to the word line WL1 during reset operation, set operation, and read operation, respectively. The gate polysilicon of the selection transistor applies 5V to the gate on the side connected to the selection cell SMC, that is, the gate wiring STGL1 to make the transistor conductive. 0 V is applied to the gate on the side to which the selected cell SMC is not connected, that is, the gate wiring STGL2, so that the transistor is cut off.

非選択セルUSMC1では、トランジスタが導通状態となることにより、そのチャネルの抵抗が低くなる。また、ゲート配線STGL1が5Vに駆動されることにより、対応する選択トランジスタは導通状態になっており、そのチャネルポリシリコン層8pも低抵抗状態になっている。本実施の形態の相変化メモリでは、前述したとおり、セット状態における相変化材料層7の抵抗値が、導通状態におけるトランジスタの抵抗値よりも十分に高くなるように、相変化材料層7の線幅が、チャネルポリシリコン層8pの線幅よりも狭く形成されているので、非選択セルUSMC1に入力された電流の殆どは、トランジスタを流れる。よって、非選択セルUSMC1において相変化材料層7にリーク電流が流れることを防ぎ、相変化材料層7の抵抗値が意図せずに変化することを防ぐことができる。すなわち、誤書込み動作が起こることを回避することができる。また、相変化材料層7への電荷注入が抑制されるので、相変化材料層7の電気特性の劣化、所謂疲労を防ぐことができる。   In the non-selected cell USMC1, when the transistor becomes conductive, the resistance of the channel becomes low. Further, when gate line STGL1 is driven to 5V, the corresponding selection transistor is in a conductive state, and its channel polysilicon layer 8p is also in a low resistance state. In the phase change memory according to the present embodiment, as described above, the line of phase change material layer 7 is set so that the resistance value of phase change material layer 7 in the set state is sufficiently higher than the resistance value of the transistor in the conductive state. Since the width is formed narrower than the line width of the channel polysilicon layer 8p, most of the current input to the non-selected cell USMC1 flows through the transistor. Therefore, it is possible to prevent leakage current from flowing through the phase change material layer 7 in the non-selected cell USMC1, and to prevent the resistance value of the phase change material layer 7 from changing unintentionally. That is, an erroneous write operation can be avoided. In addition, since charge injection into the phase change material layer 7 is suppressed, deterioration of electrical characteristics of the phase change material layer 7, so-called fatigue can be prevented.

一方、選択セルSMCでは、トランジスタがカットオフ状態であるため、入力電流の大半は相変化材料層7を流れる。リセット動作、セット動作では、相変化材料層7を流れる電流によって、相変化材料層7の抵抗値が変わり、情報が記憶される。読出し動作で、相変化材料層7の抵抗値に応じて流れる電流値を分別することによって、記憶情報を検知する。   On the other hand, in the selected cell SMC, since the transistor is in the cut-off state, most of the input current flows through the phase change material layer 7. In the reset operation and the set operation, the resistance value of the phase change material layer 7 is changed by the current flowing through the phase change material layer 7, and information is stored. In the read operation, the stored information is detected by separating the value of the current flowing according to the resistance value of the phase change material layer 7.

非選択セルUSMC2、USMC3におけるトランジスタのゲート電圧のそれぞれは、選択セルSMC、非選択セルUSMC1のトランジスタと共通であるので、非選択セルUSMC2のトランジスタはカットオフ状態、非選択セルUSMC3のトランジスタは導通状態である。しかし、ゲート配線であるゲート配線STGL2が0Vに保持されることによって、対応する選択トランジスタはOFF状態に保たれているので、非選択セルUSMC2、USMC3を経由した電流は流れない。以上から、選択セルSMCの相変化材料層7に対してのみ、必要な電流を印加するような選択動作が実現できる。   Since the gate voltages of the transistors in the unselected cells USMC2 and USMC3 are the same as the transistors in the selected cell SMC and the unselected cell USMC1, the transistors in the unselected cell USMC2 are cut off and the transistors in the unselected cell USMC3 are conductive. State. However, since the gate line STGL2 which is the gate line is held at 0V, the corresponding selection transistor is kept in the OFF state, so that no current flows through the non-selected cells USMC2 and USMC3. From the above, it is possible to realize a selection operation in which a necessary current is applied only to the phase change material layer 7 of the selected cell SMC.

<相変化材料層の形状>
縦型チェインメモリにおける相変化材料層7の特徴は、図3および図5に示したように、相変化材料層7のワード線方向(第1方向)の長さ、すなわち線幅WGSTがチャネルポリシリコン層8pの同方向の線幅WSIよりも短い点にある。このような構造にすることの目的は、非選択セルにおいて、低抵抗状態における相変化材料層7の抵抗値を導通状態におけるトランジスタの抵抗値よりも高くすることにある。以下では、相変化材料層7の抵抗値の調整手段として、線幅WGSTを細くする方法を採用した理由を説明する。
<Shape of phase change material layer>
The characteristic of the phase change material layer 7 in the vertical chain memory is that, as shown in FIGS. 3 and 5, the length of the phase change material layer 7 in the word line direction (first direction), that is, the line width WGST is the channel poly. The silicon layer 8p is at a point shorter than the line width WSI in the same direction. The purpose of such a structure is to make the resistance value of the phase change material layer 7 in the low resistance state higher than the resistance value of the transistor in the conductive state in the non-selected cell. Hereinafter, the reason why the method of narrowing the line width WGST is adopted as the means for adjusting the resistance value of the phase change material layer 7 will be described.

一般に、導体の抵抗率はR=ρ×L/(W×T)である。ここで、前述の式において、Rは導体の抵抗値、ρは導体の抵抗率、Lは導体の電流方向の長さ、Wは導体の幅、Tは導体の膜厚をそれぞれ示している。トランジスタの導通状態における抵抗値(以下では、オン抵抗値と呼ぶ)を基準にしたとき、低抵抗状態における抵抗変化素子の抵抗値を上げる方法は、次のように四通りの方法が考えられる。
(方法1)抵抗変化素子の抵抗率ρを上げる。
(方法2)抵抗変化素子の長さLを延長する。
(方法3)抵抗変化素子の幅Wを狭くする。
(方法4)抵抗変化素子の膜厚Tを薄くする。
In general, the resistivity of a conductor is R = ρ × L / (W × T). Here, in the above formula, R is the resistance value of the conductor, ρ is the resistivity of the conductor, L is the length of the conductor in the current direction, W is the width of the conductor, and T is the film thickness of the conductor. There are four possible methods for increasing the resistance value of the variable resistance element in the low resistance state when the resistance value in the conductive state of the transistor (hereinafter referred to as the on-resistance value) is used as a reference.
(Method 1) Increase the resistivity ρ of the variable resistance element.
(Method 2) Extending the length L of the variable resistance element.
(Method 3) The width W of the variable resistance element is reduced.
(Method 4) The thickness T of the variable resistance element is reduced.

ここで、方法2を本縦型チェインセルに適用することができないことは、図2または図4から明らかなように、次の理由による。すなわち、本メモリセルは、シリコン膜と絶縁膜が交互に積層された堆積物中に形成された孔の側壁に、チャネル層と抵抗変化膜を順に堆積させて形成される。このため、トランジスタのチャネル長(チャネルポリシリコン層8pの長さ)と共に、相変化材料層7の長さも延長されてしまうので、トランジスタのオン抵抗値を維持しながら、低抵抗状態における抵抗変化素子の抵抗値だけを上げることができない。   Here, the reason why the method 2 cannot be applied to the vertical chain cell is as follows, as is apparent from FIG. 2 or FIG. That is, this memory cell is formed by sequentially depositing a channel layer and a resistance change film on the side wall of a hole formed in a deposit in which silicon films and insulating films are alternately stacked. For this reason, since the length of the phase change material layer 7 is extended together with the channel length of the transistor (the length of the channel polysilicon layer 8p), the resistance change element in the low resistance state while maintaining the on-resistance value of the transistor It is not possible to raise only the resistance value.

次に、方法4は、成膜条件の調整により、抵抗変化素子の膜厚(ここでは、金属配線層3で形成されたビット線が延伸する方向(第2方向)の寸法)を薄くすることは容易である。しかし、ビットコスト低減要求の強い不揮発性記憶装置では、チップ面積の大半を占めるメモリセルを出来る限り小さく形成することが重要である。そこで、最先端加工技術を用いて形成された直径数十ナノメートルの孔の中に成膜される抵抗変化膜の厚さは、僅か数ナノメートル程度に過ぎなくなる(例えば3ナノメートル程度)。このように極端に薄い抵抗変化膜においては、抵抗変化現象が発現し難くなる虞がある。したがって、将来的には、有効性を失うものと推察される。   Next, in Method 4, the film thickness of the variable resistance element (here, the dimension in the direction in which the bit line formed of the metal wiring layer 3 extends (second direction)) is reduced by adjusting the film forming conditions. Is easy. However, in a non-volatile memory device with a strong demand for bit cost reduction, it is important to form memory cells that occupy most of the chip area as small as possible. Therefore, the thickness of the resistance change film formed in the hole having a diameter of several tens of nanometers formed by using the most advanced processing technology is only about several nanometers (for example, about 3 nanometers). In such an extremely thin resistance change film, the resistance change phenomenon may not easily occur. Therefore, it is assumed that it will lose its effectiveness in the future.

一方、方法1は次に述べる理由により、次善の策とするのが望ましい。すなわち、抵抗変化素子の抵抗率ρは、抵抗変化素子の物性に依存するので、抵抗変化素子の抵抗率ρを上げるには、所望の抵抗値に応じた新材料を導入する必要がある。しかし、抵抗変化素子の材料を変更すると、メモリセルの動作特性が変わってしまう虞がある。したがって、相変化材料の抵抗値調整の全てを、新材料に頼るのは困難であると推察される。また、抵抗率ρのみを上げるだけでは抵抗変化素子に流れるリーク電流を低減することが困難となることが考えられるため、抵抗変化素子の抵抗率ρを上昇させるか否かに関わらず、構造的に抵抗変化素子の抵抗値を上昇させる方法を採用することが重要となる。   On the other hand, it is desirable that Method 1 is a suboptimal measure for the following reason. That is, since the resistivity ρ of the variable resistance element depends on the physical properties of the variable resistance element, it is necessary to introduce a new material corresponding to a desired resistance value in order to increase the specific resistance ρ of the variable resistance element. However, if the material of the resistance change element is changed, the operation characteristics of the memory cell may change. Therefore, it is presumed that it is difficult to rely on the new material for all the resistance value adjustments of the phase change material. Further, it is considered that it is difficult to reduce the leakage current flowing through the resistance change element only by increasing the resistivity ρ. Therefore, regardless of whether the resistivity ρ of the resistance change element is increased or not, the structural It is important to adopt a method of increasing the resistance value of the variable resistance element.

以上の考察により、必然的に、方法3が抵抗値の調整手段と好ましいことがわかる。   From the above consideration, it is inevitably understood that Method 3 is preferable as a resistance value adjusting means.

<メモリセルアレイ構成と選択動作>
本実施の形態のメモリセルアレイは、複数のビット線と複数のワード線とのそれぞれの交点におけるビット線とワード線との間に形成された、縦型チェインメモリおよびポリシリコンダイオードPDで構成されている。図7では、本実施の形態の相変化メモリのリセット動作、セット動作および読出し動作を行う際の、ビット線BL1、BL2、BL3、ワード線WL1、WL2、WL3、配線GL1、GL2、GL3、GL4、ゲート配線STGL1およびSTGL2の電位の関係を示している。図7では、ビット線BL1とワード線WL1との交点に接続された縦型チェインメモリにおけるポリシリコンダイオードPDにだけ順バイアスを印加し、必要な電流が流れるようにするために、リセット動作時、セット動作時、読出し動作時のワード線WL1の電位は、図4と同様に5/4/2Vに設定している。また、ビット線BL1の電位は、常時0Vとしている。このような電圧設定下、縦型チェインメモリ内において、図4を用いて説明した制御が行われることにより、選択セルSMCのみを選択することが可能となる。
<Memory cell array configuration and selection operation>
The memory cell array according to the present embodiment includes a vertical chain memory and a polysilicon diode PD formed between a bit line and a word line at each intersection of a plurality of bit lines and a plurality of word lines. Yes. In FIG. 7, the bit lines BL1, BL2, BL3, word lines WL1, WL2, WL3, wirings GL1, GL2, GL3, GL4 when performing the reset operation, set operation, and read operation of the phase change memory according to the present embodiment. The relationship between the potentials of the gate lines STGL1 and STGL2 is shown. In FIG. 7, in order to apply a forward bias only to the polysilicon diode PD in the vertical chain memory connected to the intersection of the bit line BL1 and the word line WL1 so that a necessary current flows, during the reset operation, During the set operation, the potential of the word line WL1 during the read operation is set to 5/4 / 2V as in FIG. The potential of the bit line BL1 is always 0V. Under such a voltage setting, only the selected cell SMC can be selected by performing the control described with reference to FIG. 4 in the vertical chain memory.

なお、図7の他の端子についても同様に、順にリセット動作時、セット動作時および読出し動作時の電位が表されている。ビット線BL2またはビット線BL3と接続され、ワード線WL1と接続された縦型チェインメモリでは、ビット線とワード線の電位がリセット動作時には共に5V、セット動作時には共に4V、読出動作時には共に2Vであり、ビット線およびワード線の間に電位差がないので電流が流れない。また、ビット線BL1に接続され、ワード線WL2またはワード線WL3と接続された縦型チェインメモリでは、ビット線およびワード線の電位がリセット動作時、セット動作時および読出動作時のいずれにおいても0Vであり、ビット線とワード線との間に電位差がないので電流が流れない。また、ビット線BL2またはビット線BL3と接続され、ワード線WL2またはワード線WL3と接続された縦型チェインメモリでは、リセット動作時にはワード線とビット線にそれぞれ0Vと5V、セット動作時にはワード線とビット線にそれぞれ0Vと4V、読出し動作時にはワード線とビット線にそれぞれ0Vと2Vが印加されているので、縦型チェインメモリを選択するポリシリコンダイオードPDには、逆バイアス方向電圧が印加される。ポリシリコンダイオードPDの耐圧は5Vより大きくなるように作製することができるので、上記の電圧設定によって、ビット線BL2、BL3とワード線WL2、WL3との交点に配置された縦型チェインメモリには、大電流が流れない。以上により、マトリクス状に配置された複数の縦型チェインメモリのうち、選択した縦型チェインメモリにのみ電流を流すことができる。   Similarly, the other terminals in FIG. 7 also sequentially represent potentials during the reset operation, the set operation, and the read operation. In a vertical chain memory connected to the bit line BL2 or the bit line BL3 and connected to the word line WL1, the potential of the bit line and the word line is 5V during the reset operation, 4V during the set operation, and 2V during the read operation. There is no potential difference between the bit line and the word line, so no current flows. Further, in the vertical chain memory connected to the bit line BL1 and connected to the word line WL2 or the word line WL3, the potential of the bit line and the word line is 0 V in any of the reset operation, the set operation, and the read operation. No current flows because there is no potential difference between the bit line and the word line. Further, in the vertical chain memory connected to the bit line BL2 or the bit line BL3 and connected to the word line WL2 or the word line WL3, the word line and the bit line are respectively set to 0 V and 5 V during the reset operation, and the word line and the bit line are set during the set operation. Since 0V and 4V are applied to the bit lines, respectively, and 0V and 2V are applied to the word lines and the bit lines, respectively, in the read operation, a reverse bias direction voltage is applied to the polysilicon diode PD that selects the vertical chain memory. . Since the breakdown voltage of the polysilicon diode PD can be made larger than 5 V, the vertical chain memory arranged at the intersection of the bit lines BL2 and BL3 and the word lines WL2 and WL3 can be formed by the above voltage setting. , No large current flows. As described above, it is possible to pass a current only to a selected vertical chain memory among a plurality of vertical chain memories arranged in a matrix.

<製造方法>
以下では、図8〜図37を用いて、本実施の形態における不揮発性記憶装置の製造方法を説明する。なお、図8〜図25、図29および図30は本実施の形態の不揮発性記憶装置の製造方法を説明する俯瞰図である。また、図26、図31および図36は本実施の形態の不揮発性記憶装置の製造方法を説明する上面図である。また、図27、図28、図32〜図35および図37は本実施の形態の不揮発性記憶装置の製造方法を説明する断面図である。
<Manufacturing method>
Hereinafter, a method for manufacturing the nonvolatile memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 25, 29, and 30 are overhead views for explaining the method for manufacturing the nonvolatile memory device according to the present embodiment. 26, 31 and 36 are top views for explaining the method for manufacturing the nonvolatile memory device according to the present embodiment. 27, 28, 32 to 35, and 37 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the nonvolatile memory device according to the present embodiment.

まず、図8に示すように、周辺回路(図示しない)とコンタクトプラグWLC(図示しない)とが形成された半導体基板1上に層間絶縁膜30、ワード線となる金属配線層2、p型不純物(例えばB(ホウ素))がドープされたアモルファスシリコン層4a、低濃度の不純物がドープされたアモルファスシリコン層5a、およびn型不純物(例えばP(リン))がドープされたアモルファスシリコン層6aを順に成膜する。このときの性膜工程では、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いる。   First, as shown in FIG. 8, an interlayer insulating film 30, a metal wiring layer 2 serving as a word line, a p-type impurity on a semiconductor substrate 1 on which peripheral circuits (not shown) and contact plugs WLC (not shown) are formed. An amorphous silicon layer 4a doped with (for example, B (boron)), an amorphous silicon layer 5a doped with a low-concentration impurity, and an amorphous silicon layer 6a doped with an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) are sequentially arranged. Form a film. In the sex film process at this time, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is used.

次に、図9に示すように、図8を用いて説明した工程で成膜したアモルファスシリコン層4a、5a、6aおよび金属配線層2を第1方向に延在するストライプ状のパターンに加工する。アモルファスシリコン層4a、5aおよび6aからワード線である金属配線層2までを自己整合的に一括して加工していることから、第1方向に対しては、金属配線層2とアモルファスシリコンピラーの各層とには積層ずれが発生せず、メモリ動作の信頼性を高めることができる。なお、図9以降の図では半導体基板1の図示を省略する。   Next, as shown in FIG. 9, the amorphous silicon layers 4a, 5a, 6a and the metal wiring layer 2 formed in the process described with reference to FIG. 8 are processed into a stripe pattern extending in the first direction. . Since the amorphous silicon layers 4a, 5a and 6a to the metal wiring layer 2 which is the word line are collectively processed in a self-aligned manner, the metal wiring layer 2 and the amorphous silicon pillar are not aligned in the first direction. There is no misalignment between the layers, and the reliability of the memory operation can be improved. Note that the illustration of the semiconductor substrate 1 is omitted in FIGS.

続いて、図9を用いて説明した工程により形成したストライプ状の積層膜同士の間のスペースを、図10に示すように絶縁膜31で埋め込む。その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法で絶縁膜31の上部を除去して平坦化した後、図11に示すようにアモルファスシリコン層6aの上表面を露出させる。   Subsequently, a space between the stripe-like stacked films formed by the process described with reference to FIG. 9 is embedded with an insulating film 31 as shown in FIG. Thereafter, the upper part of the insulating film 31 is removed and planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing), and then the upper surface of the amorphous silicon layer 6a is exposed as shown in FIG.

次に、図12に示すように、例えばCVD法により、絶縁膜11、アモルファスシリコン層21a、絶縁膜12、アモルファスシリコン層22a、絶縁膜13、アモルファスシリコン層23a、絶縁膜14、アモルファスシリコン層24a、絶縁膜15、アモルファスシリコン層61aおよび絶縁膜71を順に成膜する。   Next, as shown in FIG. 12, the insulating film 11, the amorphous silicon layer 21a, the insulating film 12, the amorphous silicon layer 22a, the insulating film 13, the amorphous silicon layer 23a, the insulating film 14, and the amorphous silicon layer 24a are formed by CVD, for example. The insulating film 15, the amorphous silicon layer 61a, and the insulating film 71 are sequentially formed.

次に、図13に示すように、図12を用いて説明した工程で成膜した積層膜を、第1方向に延在するストライプ状に加工する。その際、金属配線層2の直上に、絶縁膜11、アモルファスシリコン層21a、絶縁膜12、アモルファスシリコン層22a、絶縁膜13、アモルファスシリコン層23a、絶縁膜14、アモルファスシリコン層24a、絶縁膜15、アモルファスシリコン層61aおよび絶縁膜71からなる積層膜のストライプのスペース部分が配置されるように加工する。すなわち、絶縁膜11、アモルファスシリコン層21a、絶縁膜12、アモルファスシリコン層22a、絶縁膜13、アモルファスシリコン層23a、絶縁膜14、アモルファスシリコン層24a、絶縁膜15、アモルファスシリコン層61aおよび絶縁膜71からなる積層膜は絶縁膜31の直上に配置され、ポリシリコンダイオードPDの直上には配置されない。   Next, as shown in FIG. 13, the laminated film formed in the process described with reference to FIG. 12 is processed into a stripe shape extending in the first direction. At that time, the insulating film 11, the amorphous silicon layer 21a, the insulating film 12, the amorphous silicon layer 22a, the insulating film 13, the amorphous silicon layer 23a, the insulating film 14, the amorphous silicon layer 24a, and the insulating film 15 are provided immediately above the metal wiring layer 2. Then, processing is performed so that the stripe space portion of the laminated film composed of the amorphous silicon layer 61a and the insulating film 71 is disposed. That is, the insulating film 11, the amorphous silicon layer 21a, the insulating film 12, the amorphous silicon layer 22a, the insulating film 13, the amorphous silicon layer 23a, the insulating film 14, the amorphous silicon layer 24a, the insulating film 15, the amorphous silicon layer 61a, and the insulating film 71. The laminated film made of is disposed immediately above the insulating film 31 and is not disposed immediately above the polysilicon diode PD.

このとき、絶縁膜11、アモルファスシリコン層21a、絶縁膜12、アモルファスシリコン層22a、絶縁膜13、アモルファスシリコン層23a、絶縁膜14、アモルファスシリコン層24a、絶縁膜15、アモルファスシリコン層61aおよび絶縁膜71からなる積層膜の第2方向の幅は、絶縁膜31の同方向の幅に対して細く形成しておいても良い。このような構成にすることにより、後述する絶縁膜9を成膜した時、隣り合う前記積層膜同士の間のスペース部分の第2方向の幅がアモルファスシリコン層4a、5aおよび6aの同方向の幅よりも狭くならないようにすることができる。   At this time, the insulating film 11, the amorphous silicon layer 21a, the insulating film 12, the amorphous silicon layer 22a, the insulating film 13, the amorphous silicon layer 23a, the insulating film 14, the amorphous silicon layer 24a, the insulating film 15, the amorphous silicon layer 61a, and the insulating film The width in the second direction of the laminated film 71 may be narrower than the width in the same direction of the insulating film 31. With this configuration, when an insulating film 9 to be described later is formed, the width in the second direction of the space portion between the adjacent laminated films is the same as that of the amorphous silicon layers 4a, 5a, and 6a. It can be prevented from becoming narrower than the width.

次に、図14に示すように、図13を用いて説明した工程で形成したストライプパターンのスペースを完全には埋め込まないように、例えばCVD法により絶縁膜9を成膜する。その後、図15に示すように絶縁膜71上の絶縁膜9と、アモルファスシリコン層6aの上面の絶縁膜9とをエッチバックにより除去する。これにより、絶縁膜9は図13を用いて説明した工程で形成したストライプパターンのそれぞれのパターンの両側の側壁のみに残る。   Next, as shown in FIG. 14, an insulating film 9 is formed by, for example, a CVD method so as not to completely fill the space of the stripe pattern formed in the process described with reference to FIG. Thereafter, as shown in FIG. 15, the insulating film 9 on the insulating film 71 and the insulating film 9 on the upper surface of the amorphous silicon layer 6a are removed by etch back. As a result, the insulating film 9 remains only on the sidewalls on both sides of each of the stripe patterns formed in the process described with reference to FIG.

次に、図16に示すように、半導体基板(図示しない)の主面の全面上に、チャネルポリシリコン層8p(図示しない)となるアモルファスシリコン層8aと絶縁膜51とを形成する。アモルファスシリコン層8aは、図13を用いて説明した工程で形成したストライプパターンのスペースが完全には埋め込まれないようにCVD法などにより成膜し、絶縁膜51は前記スペースを完全に埋め込むようにCVD法などにより成膜する。つまり、このときアモルファスシリコン層6aの上面はアモルファスシリコン層8aの下面と接しており、絶縁膜71の上面はアモルファスシリコン層8aに接している。   Next, as shown in FIG. 16, an amorphous silicon layer 8a to be a channel polysilicon layer 8p (not shown) and an insulating film 51 are formed on the entire main surface of the semiconductor substrate (not shown). The amorphous silicon layer 8a is formed by a CVD method or the like so that the space of the stripe pattern formed in the process described with reference to FIG. 13 is not completely filled, and the insulating film 51 is completely filled with the space. A film is formed by a CVD method or the like. That is, at this time, the upper surface of the amorphous silicon layer 6a is in contact with the lower surface of the amorphous silicon layer 8a, and the upper surface of the insulating film 71 is in contact with the amorphous silicon layer 8a.

次に、図17に示すように、n型の不純物であるヒ素(As)、あるいはリン(P)をイオン打ち込み法で半導体基板(図示しない)の主面に対して垂直な方向から打ち込み、絶縁膜51を介してアモルファスシリコン8a層の上部にドープする。ドープされたアモルファスシリコン層8aはアモルファスシリコン層38aとなる。AsまたはPのドープは、アモルファスシリコン層61aの上面よりは下に広がらないように行なう。すなわち、この工程でn型の不純物がアモルファスシリコン層8aに打ち込まれるのは絶縁膜71の下面よりも上方の領域のみである。   Next, as shown in FIG. 17, arsenic (As) or phosphorus (P), which is an n-type impurity, is implanted by ion implantation from a direction perpendicular to the main surface of a semiconductor substrate (not shown) for insulation. The upper part of the amorphous silicon 8a layer is doped through the film 51. The doped amorphous silicon layer 8a becomes an amorphous silicon layer 38a. The doping of As or P is performed so as not to spread below the upper surface of the amorphous silicon layer 61a. That is, the n-type impurity is implanted into the amorphous silicon layer 8a only in the region above the lower surface of the insulating film 71 in this step.

次に、図18に示すように、熱処理によりアモルファスシリコン層4a、5a、6a、8a、38a、21a、22a、23a、24aおよび61aの結晶化と、これらに含まれている不純物の活性化を行った後、絶縁膜51を除去する。アモルファスシリコン層4a、5a、6a、8a、38a、21a、22a、23a、24aおよび61aは、熱処理を行なうことでそれぞれポリシリコン層4p、5p、6p、チャネルポリシリコン層8p、38p、ゲートポリシリコン層21p、22p、23pおよび24pとなる。   Next, as shown in FIG. 18, the amorphous silicon layers 4a, 5a, 6a, 8a, 38a, 21a, 22a, 23a, 24a and 61a are crystallized by heat treatment and the impurities contained therein are activated. After that, the insulating film 51 is removed. The amorphous silicon layers 4a, 5a, 6a, 8a, 38a, 21a, 22a, 23a, 24a and 61a are subjected to heat treatment to form polysilicon layers 4p, 5p, 6p, channel polysilicon layers 8p, 38p, gate polysilicon, respectively. Layers 21p, 22p, 23p and 24p are formed.

次に、図19に示すように、チャネルポリシリコン層8p上およびポリシリコン層38p上に、拡散防止膜10および相変化材料層7を前記スペースが完全には埋め込まれないようにCVD法などにより順に形成する。ここでは、相変化材料層7の部材は例えばGeSbTeなどであるカルコゲナイドを用いることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 19, the diffusion prevention film 10 and the phase change material layer 7 are formed on the channel polysilicon layer 8p and the polysilicon layer 38p by a CVD method or the like so that the space is not completely buried. Form in order. Here, the member of the phase change material layer 7 is preferably made of chalcogenide such as Ge 2 Sb 2 Te 5 .

ここでカルコゲナイドを用いる理由の一つは、カルコゲナイドはアモルファス(非結晶)状態と結晶状態とでの抵抗値の変化量が大きいので、相変化メモリが記憶している情報の読出動作が容易であるという理由がある。また、カルコゲナイドのような相変化材料を用いたメモリは、選択素子として接続するダイオードとの相性が良いためである。例えばスピン電流方式により情報の書き換えを行うMRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)のように、抵抗変化素子を構成する磁性体の磁化の向きを変化させて書き換え動作を行う不揮発性記憶装置の場合、磁性体膜に流す電流の向きを変えて情報の書き換えを行う場合、ダイオードの様な整流素子は選択素子として用いることができない。ダイオードの代わりに電界効果トランジスタを用いた場合、ダイオードを用いる場合に比べて選択素子が占める面積が大きくなるため、半導体記憶装置の微細化には不利である。   Here, one of the reasons for using chalcogenide is that chalcogenide has a large amount of change in resistance value between an amorphous (non-crystalline) state and a crystalline state, and therefore, it is easy to read information stored in the phase change memory. There is a reason. This is because a memory using a phase change material such as chalcogenide has good compatibility with a diode connected as a selection element. For example, in the case of a non-volatile memory device that performs a rewrite operation by changing the direction of magnetization of a magnetic material constituting a resistance change element, such as an MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) that rewrites information by a spin current method, When information is rewritten by changing the direction of the current flowing through the film, a rectifying element such as a diode cannot be used as a selection element. When a field effect transistor is used instead of a diode, the area occupied by the selection element is larger than when a diode is used, which is disadvantageous for miniaturization of a semiconductor memory device.

これに対し、カルコゲナイドなどの相変化材料を用いた相変化メモリでは、抵抗変化素子を構成する相変化材料に流す電流の大きさの違いにより情報の書き換えが可能であるため、整流素子であるダイオードを選択素子として用いることができる。すなわち、抵抗変化素子電界効果トランジスタよりも小さい面積で形成可能なダイオードとカルコゲナイドからなるメモリとを直列に接続した相変化メモリは不揮発性記憶装置の微細化に有利である。このため、本実施の形態では相変化メモリの抵抗変化素子の材料としてカルコゲナイドを用いている。   In contrast, in a phase change memory using a phase change material such as chalcogenide, information can be rewritten due to the difference in the magnitude of the current flowing through the phase change material constituting the resistance change element. Can be used as a selection element. That is, a phase change memory in which a diode that can be formed in a smaller area than a variable resistance field effect transistor and a memory made of chalcogenide are connected in series is advantageous for miniaturization of a nonvolatile memory device. For this reason, in this embodiment, chalcogenide is used as the material of the resistance change element of the phase change memory.

次に、図20に示すように、相変化材料層7上に前記スペースが完全に埋め込まれるように絶縁膜91を形成する。ここで、絶縁膜91の部材には、後で選択的に除去し易いように塗布型低誘電率層間絶縁膜材料(SOG:Spin On Glass)を用いることが望ましい。   Next, as shown in FIG. 20, an insulating film 91 is formed on the phase change material layer 7 so that the space is completely embedded. Here, as a member of the insulating film 91, it is desirable to use a coating type low dielectric constant interlayer insulating film material (SOG: Spin On Glass) so that it can be easily selectively removed later.

次に、図21に示すように、エッチバックにより、相変化材料層7の最上面の高さが絶縁膜15の最上面の高さよりも低く、絶縁膜15の最下面の高さよりも高くなるように相変化材料層7を加工する。この時、絶縁膜91の一部も、同時に除去され、絶縁膜91の最上面の高さは相変化材料層7の最上面の高さとほぼ同一となる。すなわち、絶縁膜15の最上面より上方に形成されていた絶縁膜91は除去され、絶縁膜91はそれぞれの前記スペース内にのみ残る。   Next, as shown in FIG. 21, the height of the top surface of the phase change material layer 7 is lower than the height of the top surface of the insulating film 15 and higher than the height of the bottom surface of the insulating film 15 by etch back. Thus, the phase change material layer 7 is processed. At this time, a part of the insulating film 91 is also removed at the same time, and the height of the top surface of the insulating film 91 is substantially the same as the height of the top surface of the phase change material layer 7. That is, the insulating film 91 formed above the uppermost surface of the insulating film 15 is removed, and the insulating film 91 remains only in each of the spaces.

相変化材料層7の最上面の高さを絶縁膜15の最上面の高さよりも低くすることは、ゲートポリシリコン層61pをチャネルとするトランジスタをカットオフされた時に、電流が相変化材料層7を介してソース−ドレイン間に流れることを防止するためである。また、相変化材料層7の最上面の高さを絶縁膜15の最下面の高さよりも高くすることは、絶縁膜15の直下に形成されたゲートポリシリコン層24pをチャネルとするトランジスタがカットオフされた時に、ソース−ドレイン間に位置する相変化材料層7に、電流が流れるようにするためである。   Making the height of the top surface of the phase change material layer 7 lower than the height of the top surface of the insulating film 15 means that when the transistor having the gate polysilicon layer 61p as a channel is cut off, the current is changed to the phase change material layer. This is to prevent a current from flowing between the source and the drain via 7. Further, the height of the uppermost surface of the phase change material layer 7 is made higher than the height of the lowermost surface of the insulating film 15 because the transistor using the gate polysilicon layer 24p formed immediately below the insulating film 15 as a channel is cut. This is to allow a current to flow through the phase change material layer 7 located between the source and drain when turned off.

次に、図22に示すように、絶縁膜91上の前記スペース内に、CVD法などにより形成した絶縁膜92を埋め込んだ後、図23に示すように、CMP法によりポリシリコン層38pの最上面を露出させる。これにより、絶縁膜92の上面およびポリシリコン層38pの上面とを平坦化する。ここで、絶縁膜92の部材には、後で選択的に除去し易いように、塗布型低誘電率層間絶縁膜材料(SOG)を用いることが望ましい。   Next, as shown in FIG. 22, after the insulating film 92 formed by the CVD method or the like is buried in the space on the insulating film 91, the polysilicon layer 38p is finally formed by the CMP method as shown in FIG. Expose the top surface. Thereby, the upper surface of the insulating film 92 and the upper surface of the polysilicon layer 38p are planarized. Here, as a member of the insulating film 92, it is desirable to use a coating type low dielectric constant interlayer insulating film material (SOG) so that it can be easily selectively removed later.

続いて、後の工程で形成するビット線である金属配線層3(図1参照)と、半導体基板(図示しない)に形成しておいた周辺回路(図示しない)とを接続するコンタクトプラグBLC(図1参照)を形成する。   Subsequently, a contact plug BLC (not shown) for connecting a metal wiring layer 3 (see FIG. 1), which is a bit line formed in a later process, and a peripheral circuit (not shown) formed on a semiconductor substrate (not shown). 1).

次に、図24に示すように、例えばスパッタリング法により、ビット線となる金属配線層3を形成する。   Next, as shown in FIG. 24, a metal wiring layer 3 to be a bit line is formed by sputtering, for example.

次に、図25に示すように、金属配線層3およびn型のポリシリコン層38pを、ワード線である金属配線層2の延在方向(第1方向)と直交する方向(第2方向)に延在するストライプ状に加工する。このときの製造工程中の相変化メモリの平面図を図26に示す。図26に示すように、絶縁膜71上のポリシリコン層38pを取り除くことによって、隣り合うビット線同士の短絡経路となりうる主成分が排除される。なお、絶縁膜71および絶縁膜92の間に残留しているポリシリコン層38pは、後の工程にて取り除かれる。   Next, as shown in FIG. 25, the metal wiring layer 3 and the n-type polysilicon layer 38p are perpendicular to the extending direction (first direction) of the metal wiring layer 2 that is a word line (second direction). Processed into stripes extending to A plan view of the phase change memory during the manufacturing process is shown in FIG. As shown in FIG. 26, by removing the polysilicon layer 38p on the insulating film 71, main components that can be a short-circuit path between adjacent bit lines are eliminated. Note that the polysilicon layer 38p remaining between the insulating film 71 and the insulating film 92 is removed in a later step.

図27は、図26のB−B線における断面図である。すなわち、ストライプ状に形成された金属配線層3のうちの一本の金属配線層3の延在方向(第2方向)に沿う断面図であり、この断面図には金属配線層3が含まれている。また、図28は、図26のC−C線における断面図である。この断面図は第2方向に沿う断面であって、隣り合う金属配線層2同士の間における断面を示している。図28に示すように、図25を用いて説明した工程では、絶縁膜71、92が露出されるまで金属配線層3およびポリシリコン層38pが加工される。   27 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. That is, it is a cross-sectional view along the extending direction (second direction) of one metal wiring layer 3 among the metal wiring layers 3 formed in a stripe shape, and the metal wiring layer 3 is included in this cross-sectional view. ing. FIG. 28 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. This sectional view is a section along the second direction and shows a section between adjacent metal wiring layers 2. As shown in FIG. 28, in the process described with reference to FIG. 25, the metal wiring layer 3 and the polysilicon layer 38p are processed until the insulating films 71 and 92 are exposed.

次に、図29に示すように、金属配線層3を覆うように、半導体基板(図示しない)の主面の全面上に例えばCVD法により絶縁膜101を形成した後に、CMP法で絶縁膜101の上部を除去して絶縁膜101の上面を平坦化する。   Next, as shown in FIG. 29, an insulating film 101 is formed on the entire main surface of the semiconductor substrate (not shown) so as to cover the metal wiring layer 3, for example, by the CVD method, and then the insulating film 101 by the CMP method. Then, the upper surface of the insulating film 101 is planarized by removing the upper portion thereof.

続いて、図30に示すように、第1方向に複数の縦型チェインセルを形成する際のマスクとして用いるハードマスクの加工を行う。すなわち、図30に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いた異方性のドライエッチングにより、ハードマスクである絶縁膜101を加工する。このとき絶縁膜101には、マトリクス状に並ぶ開口部が複数形成される。前記開口部は絶縁膜101の上面から下面を貫通しており、金属配線層2の直上であって、金属配線層3同士の間のスペースの直上に形成されている。   Subsequently, as shown in FIG. 30, a hard mask used as a mask for forming a plurality of vertical chain cells in the first direction is processed. That is, as shown in FIG. 30, the insulating film 101 which is a hard mask is processed by anisotropic dry etching using a photolithography technique. At this time, a plurality of openings arranged in a matrix are formed in the insulating film 101. The opening penetrates from the upper surface to the lower surface of the insulating film 101 and is formed immediately above the metal wiring layer 2 and directly above the space between the metal wiring layers 3.

図31は、図30に示す製造工程中の相変化メモリの平面図である。絶縁膜101の開口部は、図26および図31を対比させるとわかるように、例えば絶縁膜92上、ポリシリコン層38p上および絶縁膜9上であって、金属配線層3(図示しない)が形成されていない領域の直上に、異方性のドライエッチングにて形成される。このドライエッチングは、図31のE−E線における断面図である図33に示すように、絶縁膜9、92およびポリシリコン層38pが露出する深さまで行われる。したがって、図29に示した状態での絶縁膜101は、図31のD−D線における断面図である図32に示すように、前記異方性のドライエッチングの後に、金属配線層3からなるビット線上に絶縁膜101が残留する膜厚で形成されている必要がある。   FIG. 31 is a plan view of the phase change memory during the manufacturing process shown in FIG. As can be seen by comparing FIGS. 26 and 31, the opening of the insulating film 101 is, for example, on the insulating film 92, on the polysilicon layer 38p, and on the insulating film 9, and the metal wiring layer 3 (not shown) is formed. It is formed by anisotropic dry etching immediately above a region where it is not formed. This dry etching is performed to a depth at which the insulating films 9 and 92 and the polysilicon layer 38p are exposed, as shown in FIG. 33 which is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG. Therefore, the insulating film 101 in the state shown in FIG. 29 is made of the metal wiring layer 3 after the anisotropic dry etching, as shown in FIG. 32 which is a sectional view taken along the line DD in FIG. It is necessary that the insulating film 101 be formed on the bit line so as to remain.

次に、図34に示すように、絶縁膜101の上面に形成された複数の開口部の直下に存在する絶縁膜91、92を異方性エッチングにより除去する。続いて、図35に示すように、絶縁膜101の非開口部の直下に存在する絶縁膜9、91(図示しない)および92(図示しない)がそれぞれ一部残留するような等方性エッチングにて、絶縁膜101の開口部の直下に存在するチャネルポリシリコン層8p、38p、拡散防止膜10および相変化材料層7を除去する。ここで、図36に、図35のF−F線における断面である上面図を示す。図36に示すように、縦型チェインセル部、すなわち、金属配線層2(図35参照)の直上であって金属配線層3(図32参照)の直下では、相変化材料層7および拡散防止膜10が、開口部直下の第1方向におけるそれぞれの両側の側壁から削り取られるように除去される。   Next, as shown in FIG. 34, the insulating films 91 and 92 existing immediately below the plurality of openings formed on the upper surface of the insulating film 101 are removed by anisotropic etching. Subsequently, as shown in FIG. 35, isotropic etching is performed so that the insulating films 9, 91 (not shown) and 92 (not shown) existing immediately below the non-opening portion of the insulating film 101 remain partially. Then, the channel polysilicon layers 8p and 38p, the diffusion prevention film 10 and the phase change material layer 7 existing immediately below the opening of the insulating film 101 are removed. Here, FIG. 36 shows a top view which is a cross section taken along line FF of FIG. As shown in FIG. 36, the phase change material layer 7 and the diffusion prevention are formed in the vertical chain cell portion, that is, immediately above the metal wiring layer 2 (see FIG. 35) and directly below the metal wiring layer 3 (see FIG. 32). The film 10 is removed so as to be scraped from the side walls on both sides in the first direction directly below the opening.

つまり、相変化材料層7および拡散防止膜10は、絶縁膜101の開口部(図30参照)の直下の領域、すなわち図36に示すポリシリコン層6pの直上の領域側から前記等方性エッチングよって、第1方向の両側の側壁の一部を除去される。このとき、拡散防止膜10に接するチャネルポリシリコン層8pの両側の側壁も少々除去されることが考えられるが、前記等方性エッチング工程では、チャネルポリシリコン層8pを構成するシリコン層を除去しにくい選択比を有し、相変化材料層7を構成する部材(例えばカルコゲナイド)を除去し易い選択比を有するエッチングを行うため、第1方向におけるチャネルポリシリコン層8pの線幅は、相変化材料層7の同方向の線幅よりも広くなる。   That is, the phase change material layer 7 and the diffusion preventing film 10 are isotropically etched from the region immediately below the opening (see FIG. 30) of the insulating film 101, that is, from the region immediately above the polysilicon layer 6p shown in FIG. Therefore, a part of the side wall on both sides in the first direction is removed. At this time, it is conceivable that the side walls on both sides of the channel polysilicon layer 8p in contact with the diffusion prevention film 10 are also slightly removed. However, in the isotropic etching step, the silicon layer constituting the channel polysilicon layer 8p is removed. In order to perform etching having a selection ratio that is difficult to remove and a member that constitutes the phase change material layer 7 (for example, chalcogenide), the line width of the channel polysilicon layer 8p in the first direction is the phase change material. It becomes wider than the line width of the layer 7 in the same direction.

したがって、図36に示すように、半導体基板(図示しない)の主面に沿う線における断面では、相変化材料層7、拡散防止膜10およびチャネルポリシリコン層8pを含むメモリセルの平面形状は、隣接する絶縁膜9から隣接する絶縁膜91にかけて第1方向の幅が狭くなる形状、例えば台形の形状となる。つまり、絶縁膜9に接するチャネルポリシリコン層8pの第1方向の線幅よりも、絶縁膜91に接する相変化材料層7の同方向の線幅の方が小さくなる。   Therefore, as shown in FIG. 36, in the cross section along the line along the main surface of the semiconductor substrate (not shown), the planar shape of the memory cell including the phase change material layer 7, the diffusion prevention film 10, and the channel polysilicon layer 8p is From the adjacent insulating film 9 to the adjacent insulating film 91, the width in the first direction becomes narrower, for example, a trapezoidal shape. That is, the line width in the same direction of the phase change material layer 7 in contact with the insulating film 91 is smaller than the line width in the first direction of the channel polysilicon layer 8 p in contact with the insulating film 9.

なお、図36に記す空隙110は、中空である。空隙110の直下にはポリシリコン層6pが形成されているが、ここでは図示を省略している。以上の方法により、第1方向の相変化材料層7の線幅を同方向のチャネルポリシリコン層8pの線幅よりも細くすることができる。また、絶縁膜101の開口部(図30参照)の直下には、ポリシリコン層6pおよびポリシリコン層6pの側壁に接する絶縁膜31のそれぞれの上面の一部が露出している。   Note that the gap 110 shown in FIG. 36 is hollow. A polysilicon layer 6p is formed immediately below the gap 110, but is not shown here. By the above method, the line width of the phase change material layer 7 in the first direction can be made narrower than the line width of the channel polysilicon layer 8p in the same direction. Further, immediately below the opening (see FIG. 30) of the insulating film 101, a part of the upper surface of each of the polysilicon layer 6p and the insulating film 31 in contact with the sidewall of the polysilicon layer 6p is exposed.

次に、図37に示すように、異方性エッチングを用いて絶縁膜101の開口部(図30参照)の直下のポリシリコン層4p、5p、6pを除去することにより、図2に示すポリシリコン膜4p〜5pからなるポリシリコンダイオードPDをそれぞれ形成する。図37は、図31のE−E線と同一の領域における断面図である。   Next, as shown in FIG. 37, the polysilicon layers 4p, 5p, and 6p immediately below the opening (see FIG. 30) of the insulating film 101 are removed by anisotropic etching, thereby removing the polysilicon shown in FIG. Polysilicon diodes PD made of silicon films 4p to 5p are formed. FIG. 37 is a cross-sectional view in the same region as the line EE in FIG.

その後、図示はしないが、メモリ書換え動作時に高温になった相変化材料層が昇華しないようにするために、開口部およびその下部の空間を絶縁膜33(図2参照)で埋め、相変化材料層7(図2参照)を密封する。ここで、絶縁膜には、塗布型低誘電率層間絶縁膜材料(SOG)を適用することが望ましい。SOGは埋め込み性に優れているので、絶縁膜を微小な空隙110(図36参照)を完全に埋め込むことができる。また、SOGは熱伝導率が低いので、書換え動作における発熱効率が高まることによって、書換え電流が低減される効果も期待できる。   Thereafter, although not shown, in order to prevent sublimation of the phase change material layer that has become hot during the memory rewrite operation, the opening and the space below it are filled with an insulating film 33 (see FIG. 2), and the phase change material is filled. Seal layer 7 (see FIG. 2). Here, it is desirable to apply a coating type low dielectric constant interlayer insulating film material (SOG) to the insulating film. Since SOG is excellent in embedding property, the minute gap 110 (see FIG. 36) can be completely embedded in the insulating film. In addition, since SOG has low thermal conductivity, an effect of reducing the rewriting current can be expected by increasing the heat generation efficiency in the rewriting operation.

<本実施の形態の効果>
ここで、縦型チェインメモリの特徴について以下に説明する。
<Effects of the present embodiment>
Here, features of the vertical chain memory will be described below.

特許文献1(特開2008−160004号公報)に示された半導体記憶装置は、導体膜と絶縁膜との積層膜に複数の貫通孔を形成し、前記貫通孔の内壁に、ゲート絶縁膜、チャネル膜、相変化膜を順に形成するものである。このような相変化メモリでは、各貫通孔の中心方向に向かって全方向から膜を埋めてチャネル膜などを形成するため、少なくともゲート絶縁膜およびチャネル膜は環状の平面形状を有することとなる。この場合、それぞれの貫通孔内には直列のメモリセルが一列のみしか形成することができないため、単位面積当たりに記憶できる情報量が少なく、高集積化には不向きである。   In a semiconductor memory device disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-160004), a plurality of through holes are formed in a laminated film of a conductor film and an insulating film, and a gate insulating film is formed on the inner wall of the through hole. A channel film and a phase change film are formed in this order. In such a phase change memory, the film is filled from all directions toward the center of each through hole to form a channel film and the like, so that at least the gate insulating film and the channel film have an annular planar shape. In this case, since only one row of serial memory cells can be formed in each through hole, the amount of information that can be stored per unit area is small, which is not suitable for high integration.

これに対し、本実施の形態で説明したような縦型チェインメモリは以下の特徴を有する。   On the other hand, the vertical chain memory as described in this embodiment has the following characteristics.

第一の特徴は、接続孔の内部に、二列のメモリセルを形成することが可能となった点にある。より具体的には、図3に示したように、接続孔の内部に形成された相変化材料層7は、一方のチャネルポリシリコン層8pの面に接している第一の領域と、絶縁膜91を挟んで向かい合う他方のチャネルポリシリコン層8pの面に接している第二の領域とに分離して形成されている。すなわち、一つの接続孔内には、チャネルポリシリコン層8pおよび拡散防止膜10を介してチャネルポリシリコン層8pと接する相変化材料層7からなるメモリセルが二つ形成されている。また、これら二つの相変化材料層7に流れる電流経路を制御する二つのトランジスタが一つの接続孔の内部に設けられており、左右の相変化材料層7に流す電流をそれぞれ独立して制御する構成となっている。このような構成により、一方の面に形成されているトランジスタをカットオフすることによって、相変化材料層7の前記第一の領域には大電流が流れるが、向かい合う他方の面に形成されているトランジスタを導通状態に保持することによって、前記第二の領域には電流が流れないようにすることが可能となる。したがって、特許文献1のメモリセルよりも多い2ビットの記憶ができ、一つの接続孔の中で2倍の記憶が可能になる効果を有し、ビットコストを低減することができる。   The first feature is that two rows of memory cells can be formed inside the connection hole. More specifically, as shown in FIG. 3, the phase change material layer 7 formed inside the connection hole includes a first region in contact with the surface of one channel polysilicon layer 8p, an insulating film It is formed separately from the second region in contact with the surface of the other channel polysilicon layer 8p facing each other across 91. That is, two memory cells made of the phase change material layer 7 in contact with the channel polysilicon layer 8p through the channel polysilicon layer 8p and the diffusion prevention film 10 are formed in one connection hole. In addition, two transistors for controlling current paths flowing through the two phase change material layers 7 are provided in one connection hole, and currents flowing through the left and right phase change material layers 7 are independently controlled. It has a configuration. With such a configuration, by cutting off the transistor formed on one surface, a large current flows in the first region of the phase change material layer 7, but it is formed on the other surface facing each other. By holding the transistor in a conductive state, it is possible to prevent current from flowing through the second region. Therefore, it is possible to store 2 bits more than the memory cell of Patent Document 1, which has the effect of being able to store twice as much in one connection hole, and the bit cost can be reduced.

第二の特徴は、選択素子に制御されるメモリセルの数が倍増された点にある。図3からも明らかなように、一つの接続孔において、一つのポリシリコンダイオードPD(図2参照)に対して、二つの縦型チェインメモリが接続される構成となっている。ポリシリコンダイオードPDは、金属配線層2(図2参照)からなるワード線と金属配線層3(図2参照)からなるビット線の電位関係により、接続される縦型チェインメモリを選択する機能を有する。従って、本実施の形態のような縦型チェインメモリでは、2つの縦型チェインメモリが一つのダイオードを共有する構成となっている。この構成により、一つのポリシリコンダイオードPDに対するビット数を増やすことが可能となり、ビットコストを低減することができる。   The second feature is that the number of memory cells controlled by the selection element is doubled. As can be seen from FIG. 3, two vertical chain memories are connected to one polysilicon diode PD (see FIG. 2) in one connection hole. The polysilicon diode PD has a function of selecting a vertical chain memory to be connected depending on a potential relationship between a word line made of the metal wiring layer 2 (see FIG. 2) and a bit line made of the metal wiring layer 3 (see FIG. 2). Have. Therefore, in the vertical chain memory as in the present embodiment, the two vertical chain memories are configured to share one diode. With this configuration, the number of bits for one polysilicon diode PD can be increased, and the bit cost can be reduced.

第三の特徴は、接続孔に形成される各層が、第1方向において接続孔同士を分離する絶縁層と接した構造をなすことにより、単位面積あたりのセルの密度を高める効果を有する点にある。すなわち、図3に示すゲートポリシリコン層21pの側面には、相変化材料層7等が形成されていくが、結晶成長によって膜の厚さが増す方向は、隣り合うゲートポリシリコン層21p同士の対向する2面が向かい合う方向である。ゲートポリシリコン層21pの側壁に形成される膜は、この向かい合う2面の間を埋める方向にのみ形成されていく。この結果、特許文献1のメモリセルのように、孔の中心方向に向かって全方向から埋める方向に膜が形成されることがない。言い換えると、結晶成長によって膜の厚さが増す方向は、2面が向かい合う方向のみであることにより、2面が向かい合う方向と直交する方向には、形成する膜の厚さを考慮して幅を設定、加工する必要がなくなる。したがって、直交する方向は形成する膜の厚さに依存せず、最小加工寸法で形成できる。つまり、単位面積あたりのセル密度向上により、ビットコストを低減することができる。   The third feature is that each layer formed in the connection hole has an effect of increasing the density of cells per unit area by forming a structure in contact with the insulating layer that separates the connection holes in the first direction. is there. That is, the phase change material layer 7 and the like are formed on the side surface of the gate polysilicon layer 21p shown in FIG. 3, but the direction in which the thickness of the film increases due to crystal growth is between the adjacent gate polysilicon layers 21p. This is the direction in which the two opposing surfaces face each other. The film formed on the side wall of the gate polysilicon layer 21p is formed only in the direction of filling between the two facing surfaces. As a result, unlike the memory cell of Patent Document 1, no film is formed in the direction of filling from all directions toward the center of the hole. In other words, the direction in which the thickness of the film increases due to crystal growth is only the direction in which the two faces face each other. There is no need to set and process. Therefore, the perpendicular direction does not depend on the thickness of the film to be formed, and can be formed with the minimum processing dimension. That is, the bit cost can be reduced by improving the cell density per unit area.

以上に、一つの接続孔内に二列のメモリセルを形成する縦型チェインメモリの特徴を説明したが、上記の三つの特徴を有する縦型チェインメモリでは、前述したように抵抗変化素子の幅を狭くすることにより抵抗変化素子の抵抗値を上げ、非選択のメモリセル内の抵抗変化素子にリーク電流が流れることを防ぐことが難しいという問題があった。   The characteristics of the vertical chain memory in which two rows of memory cells are formed in one connection hole have been described above. However, in the vertical chain memory having the above three characteristics, as described above, the width of the resistance change element It is difficult to increase the resistance value of the resistance change element by narrowing and to prevent leakage current from flowing through the resistance change element in the non-selected memory cell.

これに対し、本実施の形態では、図30に示す絶縁膜101に形成したマトリクス状の開口部を形成した後、その開口部からポリシリコン層6pの上部に達する開口(図35参照)を形成し、続いて等方的なエッチングにより、選択的に相変化材料層7の側壁を一部除去することにより、上記の問題を解決している。なお、前記等方的なエッチングは等速的なエッチングであり、例えば酸化シリコン膜は殆ど除去されないような選択比を有するウェットエッチングであるものとする。   On the other hand, in this embodiment, after forming the matrix-shaped opening formed in the insulating film 101 shown in FIG. 30, an opening reaching the upper part of the polysilicon layer 6p from the opening (see FIG. 35) is formed. Then, the above problem is solved by selectively removing a part of the side wall of the phase change material layer 7 by isotropic etching. Note that the isotropic etching is isotropic etching, for example, wet etching having a selection ratio such that the silicon oxide film is hardly removed.

これにより、図3に示したように、接続孔の内部に形成される相変化材料層7の線幅をチャネルポリシリコン層8pの線幅よりも細くすることで、相変化材料層7の抵抗値を上昇させることができるため、より理想的な選択動作を実現することができる。つまり、このような構成にすることにより、相変化材料層7の低抵抗状態におけるセット抵抗を、導通状態におけるトランジスタの抵抗よりも高く設定することができる。この結果、接続孔内の一方の面に形成されているメモリセルが選択されている時、選択セルでは、トランジスタをカットオフすることによって、相変化材料層7には大電流が流れるが、非選択セルでは、トランジスタを導通状態とすることによって、相変化材料層7に電流が流れることを防ぐことが可能となる。すなわち、非選択セルにおける相変化材料層7に注入される電荷量を抑制することを可能とすることで、記憶情報保持時間を向上させることができ、さらに、電気特性の劣化を防ぐことができるため、上記の三つの特徴を有する縦型チェインメモリを含む不揮発性記憶装置の信頼性を向上させることができる。   Thus, as shown in FIG. 3, the resistance of the phase change material layer 7 is reduced by making the line width of the phase change material layer 7 formed inside the connection hole narrower than the line width of the channel polysilicon layer 8p. Since the value can be increased, a more ideal selection operation can be realized. That is, with this configuration, the set resistance of the phase change material layer 7 in the low resistance state can be set higher than the resistance of the transistor in the conductive state. As a result, when a memory cell formed on one surface in the connection hole is selected, a large current flows through the phase change material layer 7 in the selected cell by cutting off the transistor. In the selected cell, it is possible to prevent a current from flowing through the phase change material layer 7 by turning on the transistor. That is, by making it possible to suppress the amount of charge injected into the phase change material layer 7 in the non-selected cell, the storage information retention time can be improved, and further deterioration of electrical characteristics can be prevented. Therefore, the reliability of the nonvolatile memory device including the vertical chain memory having the above three characteristics can be improved.

(実施の形態2)
本実施の形態では、図2に示した相変化材料層7の線幅を細らせるための製造方法であって、前記実施の形態1とは異なる製造方法の一例を説明する。ここで述べる製造方法は、金属配線層2からなるワード線が延伸する方向(第1方向)に並ぶ縦型チェインセルとポリシリコンダイオードPDを一括して分離した後に、相変化材料層7を選択的にエッチングすることによって、主に相変化材料層7を細線化することに特徴がある。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, an example of a manufacturing method for reducing the line width of the phase change material layer 7 shown in FIG. 2 and different from the first embodiment will be described. In the manufacturing method described here, the phase-change material layer 7 is selected after separating the vertical chain cell and the polysilicon diode PD aligned in the direction (first direction) in which the word line made of the metal wiring layer 2 extends. The characteristic feature is that the phase change material layer 7 is thinned mainly by the selective etching.

まず、金属配線層2からなるワード線が延伸する方向で隣接する縦型チェインセルとポリシリコンダイオードPDを一括して分離する際に使用するハードマスク形成までの製造方法は、前記実施の形態1の図8〜図33で説明した通りである。続いて、図33で説明した工程の後、図38および図39に示すように、絶縁膜101の開口部の直下に存在する絶縁膜91、92、9、拡散防止膜10、ポリシリコン層4p、5p、6p、8p、38pおよび相変化材料層7を除去する。なお、図38は製造工程中の相変化メモリの平面図であり、図39は図38のI−I線における断面図である。また、図40は図38のH−H線における断面図である。   First, the manufacturing method up to the formation of a hard mask used when separating the vertical chain cell and the polysilicon diode PD adjacent to each other in the direction in which the word line made of the metal wiring layer 2 extends is described in the first embodiment. As described with reference to FIGS. Subsequently, after the process described with reference to FIG. 33, as shown in FIGS. 38 and 39, the insulating films 91, 92, and 9, the diffusion prevention film 10, and the polysilicon layer 4p existing immediately below the opening of the insulating film 101 are formed. 5p, 6p, 8p, 38p and the phase change material layer 7 are removed. FIG. 38 is a plan view of the phase change memory during the manufacturing process, and FIG. 39 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 40 is a cross-sectional view taken along the line HH in FIG.

ここで、絶縁膜9が除去されたことにより、ポリシリコン層4p〜6pからなるポリシリコンダイオードを分離する絶縁膜31も僅かに除去される。また、図29に示した金属配線層3の上面から絶縁膜101の上面までの絶縁膜101の膜厚は、図30および図31に示した金属配線層3を保護するために、絶縁膜101が金属配線層3(図40参照)上に残留する程度の厚さに制御されている必要がある。したがって、図39において残留している絶縁膜101の膜厚は、図40において残留している絶縁膜101よりも厚くなっている。また、図40のJ−J線の断面における上面図は、図41のようになる。   Here, since the insulating film 9 is removed, the insulating film 31 that separates the polysilicon diode composed of the polysilicon layers 4p to 6p is also slightly removed. Further, the thickness of the insulating film 101 from the upper surface of the metal wiring layer 3 shown in FIG. 29 to the upper surface of the insulating film 101 is set so as to protect the metal wiring layer 3 shown in FIGS. Needs to be controlled to a thickness that remains on the metal wiring layer 3 (see FIG. 40). Therefore, the remaining insulating film 101 in FIG. 39 is thicker than the remaining insulating film 101 in FIG. Moreover, the top view in the cross section of the JJ line of FIG. 40 becomes like FIG.

すなわち、図41に示すように、例えば隣り合うゲートポリシリコン層21p同士の間には、対向するゲートポリシリコン層21p同士の面の一方の面から他方の面に向かって絶縁膜9、チャネルポリシリコン層8p、拡散防止膜10、相変化材料層7、絶縁膜91、相変化材料層7、拡散防止膜10、チャネルポリシリコン層8pおよび絶縁膜9が順に形成されている領域が、第1方向に断続的に形成されている。つまり、隣り合うゲートポリシリコン層21p同士の間には、絶縁膜91、相変化材料層7、拡散防止膜10、チャネルポリシリコン層8pおよび絶縁膜9が形成されている領域と、空隙のみがある領域とが第1方向に交互に形成されており、前記空隙の直下の領域にはポリシリコン層4p〜6pは形成されておらず、金属配線層2が形成されている。   That is, as shown in FIG. 41, for example, between the adjacent gate polysilicon layers 21p, the insulating film 9 and the channel poly are formed from one surface to the other surface of the opposing gate polysilicon layers 21p. The region where the silicon layer 8p, the diffusion preventing film 10, the phase change material layer 7, the insulating film 91, the phase change material layer 7, the diffusion preventing film 10, the channel polysilicon layer 8p, and the insulating film 9 are formed in this order is the first. It is formed intermittently in the direction. That is, between the adjacent gate polysilicon layers 21p, there are only a region where the insulating film 91, the phase change material layer 7, the diffusion prevention film 10, the channel polysilicon layer 8p and the insulating film 9 are formed, and a gap. A certain region is alternately formed in the first direction, and the polysilicon layers 4p to 6p are not formed in the region immediately below the gap, but the metal wiring layer 2 is formed.

次に、等方性エッチングにより、相変化材料層7を選択的に除去する。その結果、図41と同じ位置における断面の上面図は、図42のようになる。なお、図42に示す相変化材料層7の両端に形成された空隙111は、相変化材料層7が除去された部分に相当しており、空隙111の直下には拡散防止膜10およびチャネルポリシリコン層8pが形成されている。なお、図42では、空隙111の直下の拡散防止膜10およびチャネルポリシリコン層8pの図示を省略している。   Next, the phase change material layer 7 is selectively removed by isotropic etching. As a result, the top view of the cross section at the same position as in FIG. 41 is as shown in FIG. 42, the gaps 111 formed at both ends of the phase change material layer 7 correspond to the portions from which the phase change material layer 7 has been removed. A silicon layer 8p is formed. In FIG. 42, illustration of the diffusion prevention film 10 and the channel polysilicon layer 8p immediately below the gap 111 is omitted.

ここで、図43に、図42のK−K線における断面図を示す。図43はチャネルポリシリコン層8pの第1方向の端部を含む第2方向に沿った断面図である。図43に示すように、相変化材料層7が選択的に取り除かれており、その領域には空隙111が形成されている。なお、図43では空隙111の奥に線幅が細くなった相変化材料層7が形成されているが、図をわかりやすくするため相変化材料層7の図示は省略している。   Here, FIG. 43 shows a cross-sectional view taken along the line KK of FIG. FIG. 43 is a cross-sectional view along the second direction including the end of the channel polysilicon layer 8p in the first direction. As shown in FIG. 43, the phase change material layer 7 is selectively removed, and voids 111 are formed in the region. In FIG. 43, the phase change material layer 7 having a narrow line width is formed in the back of the gap 111, but the phase change material layer 7 is not shown for easy understanding of the drawing.

その後、メモリ書換え動作時に高温になった相変化材料層が昇華しないようにするために、開口部および空隙111を絶縁膜(図示しない)で埋め、相変化材料層7を密封する。このとき、前記絶縁膜には、塗布型低誘電率層間絶縁膜材料(SOG)を適用することが望ましい。SOGは埋め込み性に優れているので、絶縁膜を微小な空隙111を完全に埋め込むことができる。また、SOGの熱伝導率が低いので、書換え動作における発熱効率が高まることによって、書換え電流が低減される効果も期待できる。   Thereafter, in order to prevent sublimation of the phase change material layer that has become hot during the memory rewrite operation, the opening and the gap 111 are filled with an insulating film (not shown), and the phase change material layer 7 is sealed. At this time, it is desirable to apply a coating type low dielectric constant interlayer insulating film material (SOG) to the insulating film. Since SOG is excellent in embedding property, the minute gap 111 can be completely embedded in the insulating film. In addition, since the thermal conductivity of SOG is low, an effect of reducing the rewriting current can be expected by increasing the heat generation efficiency in the rewriting operation.

以上の製造方法により、図42に示すように、相変化材料層7を選択的に除去することが可能となり、ポリシリコン層38pの線幅を保ったまま、相変化材料層7の線幅を細くすることが可能となる。このように、チャネルポリシリコン層8pが除去されることを防ぎ、相変化材料層7を選択的に細らせることは、より確実にチャネルポリシリコン層8pの線幅を保つことができる点において、前記実施の形態1の構成よりも好ましい。   42, the phase change material layer 7 can be selectively removed as shown in FIG. 42, and the line width of the phase change material layer 7 can be reduced while maintaining the line width of the polysilicon layer 38p. It is possible to make it thinner. As described above, the channel polysilicon layer 8p is prevented from being removed and the phase change material layer 7 is selectively thinned in that the line width of the channel polysilicon layer 8p can be more reliably maintained. More preferable than the configuration of the first embodiment.

以上により、本実施の不揮発性記憶装置では、相変化材料層7のセット抵抗を、導通状態にあるトランジスタの抵抗よりも大幅に高くすることが可能となり、理想的な選択動作を実現することができる。したがって、不揮発性記憶装置の信頼性を向上することができる。   As described above, in the nonvolatile memory device of this embodiment, the set resistance of the phase change material layer 7 can be significantly higher than the resistance of the transistor in the conductive state, and an ideal selection operation can be realized. it can. Therefore, the reliability of the nonvolatile memory device can be improved.

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   Although the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、前記実施の形態1、2では、記憶素子にカルコゲナイド材料を用いた相変化メモリを前提に説明したが、記憶素子の材料は限定されず、相変化メモリに限らず、磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ(MRAM)または他の抵抗性メモリなど、電流を素子に流すことにより電気的特性が変化する様々な半導体メモリに適用することも可能である。   For example, the first and second embodiments have been described on the premise of a phase change memory using a chalcogenide material as a storage element. However, the material of the storage element is not limited, and the magnetoresistive random access is not limited to the phase change memory. -It is also possible to apply to various semiconductor memories such as a memory (MRAM) or other resistive memory whose electrical characteristics change by passing a current through the element.

また、前記実施の形態1、2では、ゲート動作を行なうゲートポリシリコン層およびソース・ドレイン経路になるチャネルポリシリコン層等にポリシリコンを用いることを前提に説明したが、ゲートポリシリコン層およびチャネルポリシリコン層の材料は限定されず、ゲート動作を行なうことのできる半導体材料などの導体を適用することによって本発明を実現することができる。   The first and second embodiments have been described on the assumption that polysilicon is used for the gate polysilicon layer for performing the gate operation and the channel polysilicon layer for the source / drain path. The material of the polysilicon layer is not limited, and the present invention can be realized by applying a conductor such as a semiconductor material capable of performing a gate operation.

さらに、前記実施の形態1、2では、説明をわかりやすくするため、ワード線およびビット線という表現を用いたが、両者は一つの縦型チェインメモリを選択するために用いられる選択線である。従って、位置関係等は、上下反対となってもよく、また、ビット線側にセンスアンプ等の読出回路が接続される必要もないことはいうまでもない。   Further, in the first and second embodiments, the expressions “word line” and “bit line” are used for easy understanding, but both are selection lines used to select one vertical chain memory. Therefore, the positional relationship or the like may be upside down, and needless to say, it is not necessary to connect a read circuit such as a sense amplifier to the bit line side.

本発明の不揮発性記憶装置の製造方法は、選択トランジスタのチャネルに隣接して形成された抵抗変化素子を有する不揮発性記憶装置に幅広く利用されるものである。   The method for manufacturing a nonvolatile memory device of the present invention is widely used for nonvolatile memory devices having a resistance change element formed adjacent to a channel of a selection transistor.

1 半導体基板
2 金属配線層
3 金属配線層
4a〜6a アモルファスシリコン層
4p〜6p ポリシリコン層
7 相変化材料層
8a アモルファスシリコン層
8p チャネルポリシリコン層
9 絶縁膜
10 拡散防止膜
11〜15 絶縁膜
21a〜24a アモルファスシリコン層
21p〜24p ゲートポリシリコン層
30 層間絶縁膜
31〜33 絶縁膜
38a アモルファスシリコン層
38p ポリシリコン層
51 絶縁膜
61a アモルファスシリコン層
61p ゲートポリシリコン層
71 絶縁膜
91、92 絶縁膜
101 絶縁膜
110、111 空隙
BL ビット線
BL1〜BL3 ビット線
BLC コンタクトプラグ
GC1〜GC4 コンタクトプラグ
GL1〜GL4 配線
GLC1〜GLC4 コンタクトプラグ
HRa〜HRd 抵抗変化素子
HRk 抵抗変化素子
ILK_TRd リーク電流
ION_TRa 電流
ION_TRb 電流
ION_TRc 電流
IRST リセット電流
IRST_HRd 電流
IUS_HRa リーク電流
IUS_HRb リーク電流
IUS_HRc リーク電流
MA メモリアレイ
MC メモリセル
MC1〜MC4 メモリセル
MCj メモリセル
PD ポリシリコンダイオード
R 抵抗値
R1_HRc 抵抗
RON_TRc オン抵抗
SL ソース線
SMC 選択セル
STGC1、STGLC2 コンタクトプラグ
STGL1 ゲート配線
STGL2 ゲート配線
T 膜厚
TRa〜TRd トランジスタ
TRe 縦型トランジスタ
TRk トランジスタ
USMC1 非選択セル
USMC2 非選択セル
USMC3 非選択セル
W 幅
WGST 線幅
WL1〜WL3 ワード線
WLC コンタクトプラグ
WSI 線幅
ρ 抵抗率
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Metal wiring layer 3 Metal wiring layers 4a-6a Amorphous silicon layers 4p-6p Polysilicon layer 7 Phase change material layer 8a Amorphous silicon layer 8p Channel polysilicon layer 9 Insulating film 10 Diffusion prevention films 11-15 Insulating film 21a -24a Amorphous silicon layers 21p-24p Gate polysilicon layer 30 Interlayer insulating films 31-33 Insulating film 38a Amorphous silicon layer 38p Polysilicon layer 51 Insulating film 61a Amorphous silicon layer 61p Gate polysilicon layer 71 Insulating films 91, 92 Insulating film 101 Insulating film 110, 111 Air gap BL Bit line BL1-BL3 Bit line BLC Contact plug GC1-GC4 Contact plug GL1-GL4 Wiring GLC1-GLC4 Contact plug HRa-HRd Resistance change element HRk Resistance change element ILK_TRd Leakage current ION_TRa Current ION_TRb Current ION_TRc Current IRST Reset current IRST_HRd Current IUS_HRa Leakage current IUS_HRb Leakage current IUS_HRc Leakage current MA Memory array MC Memory cell MC1 to MC4 Memory cell MCj Memory cell PD Polysilicon diode R Resistance c Resistance R1 Resistance R Source line SMC Selected cell STGC1, STGLC2 Contact plug STGL1 Gate wiring STGL2 Gate wiring T Film thickness TRa to TRd Transistor TRe Vertical transistor TRk Transistor USMC1 Non-selected cell USMC2 Non-selected cell USMC3 Non-selected cell W Width WGST Line width WL1-WL3 Word Line WLC Contact plug WSI Line width ρ Anti-rate

Claims (18)

半導体基板上に形成され、
前記半導体基板の主面の第1方向に延在する複数の第1配線と、
前記複数の第1配線のそれぞれの上部に形成され、前記第1配線に電気的に接続された第1メモリセルと、
前記第1メモリセルの上部に形成され、かつ前記第1メモリセルと電気的に接続された、前記第1方向と直交する第2方向に延在する複数の第2配線と、
を有し、
前記第1メモリセルは、並列接続された第1選択素子と可変抵抗素子とを有し、
前記第1方向の前記可変抵抗素子の長さは、前記第1方向の前記第1選択素子の長さよりも小さいことを特徴とする不揮発性記憶装置。
Formed on a semiconductor substrate,
A plurality of first wirings extending in a first direction of the main surface of the semiconductor substrate;
A first memory cell formed on each of the plurality of first wirings and electrically connected to the first wiring;
A plurality of second wirings formed in an upper part of the first memory cell and electrically connected to the first memory cell and extending in a second direction orthogonal to the first direction;
Have
The first memory cell includes a first selection element and a variable resistance element connected in parallel.
A length of the variable resistance element in the first direction is smaller than a length of the first selection element in the first direction.
前記複数の第1配線と前記複数の第2配線のそれぞれが平面的に交差する空間のそれぞれには複数の前記第1メモリセルが形成され、
前記複数の第1メモリセルは前記複数の第1配線のそれぞれと前記複数の第2配線のそれぞれとの間に直列接続されていることを特徴とする請求項1記載の不揮発性記憶装置。
A plurality of the first memory cells are formed in each of the spaces where the plurality of first wirings and the plurality of second wirings intersect in a plane,
2. The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the plurality of first memory cells are connected in series between each of the plurality of first wirings and each of the plurality of second wirings.
前記可変抵抗素子は前記半導体基板の主面に対して垂直な方向に延在し、
前記第1方向および前記第2方向は、前記半導体基板の主面に沿う方向であることを特徴とする請求項1記載の不揮発性記憶装置。
The variable resistance element extends in a direction perpendicular to a main surface of the semiconductor substrate;
The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the first direction and the second direction are directions along a main surface of the semiconductor substrate.
前記可変抵抗素子はカルコゲナイドを含むことを特徴とする請求項1記載の不揮発性記憶装置。   The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the variable resistance element includes chalcogenide. 前記第1メモリセルは並列に接続された第2メモリセルおよび第3メモリセルを有し、
前記第2メモリセルおよび前記第3メモリセルはそれぞれ前記可変抵抗素子および前記第1選択素子を有することを特徴とする請求項1記載の不揮発性記憶装置。
The first memory cell has a second memory cell and a third memory cell connected in parallel;
2. The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein each of the second memory cell and the third memory cell includes the variable resistance element and the first selection element.
前記第1方向と前記第2方向は、前記半導体基板の主面に対して垂直な方向である第3方向と直交することを特徴とする請求項1記載の不揮発性記憶装置。   2. The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the first direction and the second direction are orthogonal to a third direction which is a direction perpendicular to a main surface of the semiconductor substrate. 前記第1配線と前記第2メモリセルとの間および前記第1配線と前記第3メモリセルとの間のそれぞれには、さらにN個(Nは自然数)の第4メモリセルが形成されており、
前記第4メモリセルはそれぞれ前記可変抵抗素子および前記第1選択素子を有することを特徴とする請求項5記載の不揮発性記憶装置。
N (N is a natural number) fourth memory cells are further formed between the first wiring and the second memory cell and between the first wiring and the third memory cell. ,
6. The nonvolatile memory device according to claim 5, wherein each of the fourth memory cells includes the variable resistance element and the first selection element.
前記複数の第1配線と前記第2メモリセルおよび前記第3メモリセルとの間に第2選択素子が形成され、
前記第2メモリセルと前記第2配線との間に第3選択素子が形成され、
前記第3メモリセルと前記第2配線との間に第4選択素子が形成されていることを特徴とする請求項5記載の不揮発性記憶装置。
A second selection element is formed between the plurality of first wirings, the second memory cell, and the third memory cell;
A third selection element is formed between the second memory cell and the second wiring;
6. The nonvolatile memory device according to claim 5, wherein a fourth selection element is formed between the third memory cell and the second wiring.
前記第2選択素子はダイオードであることを特徴とする請求項8記載の不揮発性記憶装置。   9. The nonvolatile memory device according to claim 8, wherein the second selection element is a diode. 半導体基板上に形成され、
前記半導体基板の主面の第1方向に延在する複数の第1配線と、
前記複数の第1配線の上部に形成され、前記第1方向と直交する第2方向に延在する複数の第2配線と、
前記複数の第1配線および前記複数の第2配線が平面的に交差する空間に形成され、前記複数の第1配線のそれぞれと前記複数の第2配線のそれぞれとの間に延在する第1抵抗変化材料層と、
前記複数の第1配線および前記複数の第2配線が平面的に交差する空間に形成され、前記第1抵抗変化材料層に沿って延在する第1半導体膜と、
前記複数の第1配線と前記複数の第2配線との間に配置され、前記第1方向に延在する第3配線と、
を有し、
前記第1抵抗変化材料層の前記第1方向の長さは、前記第1半導体膜の前記第1方向の長さよりも小さいことを特徴とする不揮発性記憶装置。
Formed on a semiconductor substrate,
A plurality of first wirings extending in a first direction of the main surface of the semiconductor substrate;
A plurality of second wirings formed on top of the plurality of first wirings and extending in a second direction orthogonal to the first direction;
The plurality of first wirings and the plurality of second wirings are formed in a space intersecting in a plane, and extend between each of the plurality of first wirings and each of the plurality of second wirings. A variable resistance material layer;
A first semiconductor film formed in a space where the plurality of first wirings and the plurality of second wirings intersect in a plane, and extending along the first variable resistance material layer;
A third wiring disposed between the plurality of first wirings and the plurality of second wirings and extending in the first direction;
Have
The non-volatile memory device, wherein a length of the first variable resistance material layer in the first direction is smaller than a length of the first semiconductor film in the first direction.
前記複数の第1配線と前記複数の第2配線との間には、前記第1半導体膜に沿って複数の前記第3配線が形成されていることを特徴とする請求項10記載の不揮発性記憶装置。   11. The non-volatile device according to claim 10, wherein a plurality of the third wirings are formed along the first semiconductor film between the plurality of first wirings and the plurality of second wirings. Storage device. 前記第1抵抗変化材料層は前記半導体基板の主面に対して垂直な方向に延在し、
前記第1方向および前記第2方向は前記半導体基板の主面に沿う方向であり、
前記第3配線は、前記第1抵抗変化材料層の直下に形成された前記複数の第1配線のそれぞれと隣り合う前記複数の第1配線との間の領域の直上に配置されていることを特徴とする請求項10記載の不揮発性記憶装置。
The first variable resistance material layer extends in a direction perpendicular to a main surface of the semiconductor substrate;
The first direction and the second direction are directions along a main surface of the semiconductor substrate,
The third wiring is disposed immediately above a region between each of the plurality of first wirings formed immediately below the first variable resistance material layer and the plurality of first wirings adjacent to each other. The nonvolatile memory device according to claim 10.
前記第1抵抗変化材料層はカルコゲナイドを含むことを特徴とする請求項10記載の不揮発性記憶装置。   The nonvolatile memory device according to claim 10, wherein the first variable resistance material layer includes chalcogenide. 前記第1抵抗変化材料層は前記複数の第1配線のそれぞれおよび前記複数の第2配線のそれぞれの間に延在する第2抵抗変化材料層および第3抵抗変化材料層を有し、
前記第1半導体膜は、前記第2抵抗変化材料層に沿って延在する第2半導体膜と、前記第3抵抗変化材料層に沿って延在する第3半導体膜とを有し、
前記第3配線は、前記第1半導体膜を挟んで反対側にも形成されていることを特徴とする請求項10記載の不揮発性記憶装置。
The first variable resistance material layer includes a second variable resistance material layer and a third variable resistance material layer extending between each of the plurality of first wirings and each of the plurality of second wirings;
The first semiconductor film includes a second semiconductor film extending along the second variable resistance material layer, and a third semiconductor film extending along the third variable resistance material layer,
The non-volatile memory device according to claim 10, wherein the third wiring is also formed on the opposite side across the first semiconductor film.
前記複数の第1配線と前記第2抵抗変化材料層および前記第3抵抗変化材料層との間に形成された、第1の導電型を有する半導体膜および第2導電型を有する半導体膜の積層膜と、
前記第3配線と前記複数の第2配線との間に形成された第4配線と、
を有し、
前記第4配線と同じ高さには前記第2抵抗変化材料層および前記第3抵抗変化材料層は形成されておらず、前記第2半導体膜および前記第3半導体膜が形成されていることを特徴とする請求項14記載の不揮発性記憶装置。
A stack of a semiconductor film having a first conductivity type and a semiconductor film having a second conductivity type formed between the plurality of first wirings, the second resistance change material layer, and the third resistance change material layer. A membrane,
A fourth wiring formed between the third wiring and the plurality of second wirings;
Have
The second variable resistance material layer and the third variable resistance material layer are not formed at the same height as the fourth wiring, and the second semiconductor film and the third semiconductor film are formed. 15. The non-volatile memory device according to claim 14, wherein
(a)半導体基板上にN+1層(N≧1)の第1絶縁膜とN層の第1半導体層とを交互に積層して積層膜を形成する工程と、
(b)前記積層膜を前記半導体基板の主面に沿う第1方向にストライプ状に加工して、前記積層膜からなる複数のパターンを形成する工程と、
(c)前記複数のパターンのそれぞれの側壁に第2絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記複数のパターンのそれぞれの側壁に、前記第2絶縁膜を介して第2半導体層を形成する工程と、
(e)前記第2半導体層の側面に沿って、抵抗変化材料層を形成する工程と、
(f)前記抵抗変化材料層の側面に沿って第3絶縁膜を形成し、隣り合う前記パターン同士の間を埋め込む工程と、
(g)前記第2半導体層および前記抵抗変化材料層の一部を除去することによって、前記第2半導体層および前記抵抗変化材料層を残した領域と、前記第2半導体層および前記抵抗変化材料層を除去した領域とを前記第1方向に交互に形成する工程と、
(h)前記(g)工程の後、前記抵抗変化材料層の前記第1方向の側壁の一部を除去する工程と、
を有する不揮発性記憶装置の製造方法。
(A) forming a laminated film by alternately laminating N + 1 layer (N ≧ 1) first insulating films and N first semiconductor layers on a semiconductor substrate;
(B) processing the laminated film in a stripe shape in a first direction along the main surface of the semiconductor substrate to form a plurality of patterns made of the laminated film;
(C) forming a second insulating film on each side wall of the plurality of patterns;
(D) forming a second semiconductor layer on each sidewall of the plurality of patterns via the second insulating film;
(E) forming a variable resistance material layer along a side surface of the second semiconductor layer;
(F) forming a third insulating film along a side surface of the variable resistance material layer and embedding a space between the adjacent patterns;
(G) A region in which the second semiconductor layer and the variable resistance material layer are left by removing a part of the second semiconductor layer and the variable resistance material layer, and the second semiconductor layer and the variable resistance material Alternately forming regions in which the layers have been removed in the first direction;
(H) After the step (g), removing a part of the side wall in the first direction of the variable resistance material layer;
A method for manufacturing a non-volatile memory device.
(a1)前記(a)工程の前に、前記半導体基板上に第4絶縁膜、第1導電層、第1導電型の第3半導体層および第2導電型の第4半導体層を順に積層する工程と、
(a2)前記(a)工程の前に、前記第1導電層、前記第3半導体層および前記第4半導体層を第1方向にストライプ状に加工する工程と、
をさらに有し、
前記(g)工程では、前記第3半導体層および前記第4半導体層の一部を除去することにより、前記第2半導体層、前記抵抗変化材料層、前記第3半導体層および前記第4半導体層を残した領域と、前記第2半導体層、前記抵抗変化材料層、前記第3半導体層および前記第4半導体層を除去した領域とを前記第1方向に交互に形成することを特徴とする請求項16記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
(A1) Before the step (a), a fourth insulating film, a first conductive layer, a first conductive type third semiconductor layer, and a second conductive type fourth semiconductor layer are sequentially stacked on the semiconductor substrate. Process,
(A2) before the step (a), processing the first conductive layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer in a stripe shape in the first direction;
Further comprising
In the step (g), by removing a part of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer, the second semiconductor layer, the variable resistance material layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer And a region from which the second semiconductor layer, the variable resistance material layer, the third semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer are removed are alternately formed in the first direction. Item 17. A method for manufacturing a nonvolatile memory device according to Item 16.
(f1)前記(f)工程の後であって前記(g)工程の前に、前記第2半導体層上に前記第2半導体層と電気的に接続された第2導電層を形成する工程と、
(f2)前記第2導電層を前記第1方向と直交する第2方向にストライプ状に加工する工程と、
(f3)前記(f2)工程の後、前記第2導電層を覆うように、前記第2導電層の膜厚よりも厚く第5絶縁膜を形成した後に、前記第5絶縁膜の上面を平坦にする工程と、
(f4)ストライプ状に形成された前記第1導電層と、ストライプ状に形成された前記第2導電層のそれぞれのスペース部分が平面的に重なり合う位置の前記第5絶縁膜を除去することにより、前記(g)工程において前記第2半導体層および前記抵抗変化材料層の一部を除去する際に使用するマスクを形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項16記載の不揮発性記憶装置の製造方法。
(F1) forming a second conductive layer electrically connected to the second semiconductor layer on the second semiconductor layer after the step (f) and before the step (g); ,
(F2) processing the second conductive layer into a stripe shape in a second direction orthogonal to the first direction;
(F3) After the step (f2), after forming the fifth insulating film thicker than the second conductive layer so as to cover the second conductive layer, the upper surface of the fifth insulating film is flattened. And the process of
(F4) By removing the fifth insulating film at a position where the space portions of the first conductive layer formed in a stripe shape and the second conductive layer formed in a stripe shape overlap in a plane, Forming a mask used when removing a part of the second semiconductor layer and the variable resistance material layer in the step (g);
The method of manufacturing a nonvolatile memory device according to claim 16, comprising:
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014045372A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-27 株式会社日立製作所 Semiconductor recording device
US8830740B2 (en) 2010-09-08 2014-09-09 Hitachi, Ltd. Semiconductor storage device
US9059395B2 (en) 2012-11-28 2015-06-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Resistive random access memory devices having variable resistance layers and related methods
US9190155B2 (en) 2013-01-21 2015-11-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Memory system
US9887237B2 (en) 2015-11-18 2018-02-06 Toshiba Memory Corporation Magnetic storage device
CN112447755A (en) * 2019-09-05 2021-03-05 铠侠股份有限公司 Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN113161383A (en) * 2021-03-29 2021-07-23 长江先进存储产业创新中心有限责任公司 Three-dimensional phase change memory and preparation method thereof

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8830740B2 (en) 2010-09-08 2014-09-09 Hitachi, Ltd. Semiconductor storage device
WO2014045372A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-27 株式会社日立製作所 Semiconductor recording device
JP5886974B2 (en) * 2012-09-20 2016-03-16 株式会社日立製作所 Semiconductor memory device
US9361978B2 (en) 2012-09-20 2016-06-07 Hitachi, Ltd. Series connected resistance change memory device
US9059395B2 (en) 2012-11-28 2015-06-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Resistive random access memory devices having variable resistance layers and related methods
US9190155B2 (en) 2013-01-21 2015-11-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Memory system
US9887237B2 (en) 2015-11-18 2018-02-06 Toshiba Memory Corporation Magnetic storage device
CN112447755A (en) * 2019-09-05 2021-03-05 铠侠股份有限公司 Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN112447755B (en) * 2019-09-05 2024-02-02 铠侠股份有限公司 Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN113161383A (en) * 2021-03-29 2021-07-23 长江先进存储产业创新中心有限责任公司 Three-dimensional phase change memory and preparation method thereof

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