JP2014082287A - Semiconductor memory device, method for manufacturing the same, and mobile terminal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電圧パルスの印加により抵抗値が変化する抵抗変化型の不揮発性記憶装置と、容量素子を有する揮発性記憶装置とを混載した半導体記憶装置及びその製造方法等に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device in which a variable resistance nonvolatile memory device whose resistance value is changed by application of a voltage pulse and a volatile memory device having a capacitor element, a manufacturing method thereof, and the like.
近年、デジタル技術の進展に伴って携帯情報機器や情報家電等の電子機器が、より一層高機能化し、これらの機器には高速動作・低消費電力への要請も大きい。モバイル端末である携帯電話やタブレットといった機器においては、これらの要請に加えて、軽量化、薄型化、小型化といったモバイル用途への対応も求められる。特に、大容量のデータ通信を行うスマートフォン(多機能携帯電話)の市場は爆発的に拡大し、フィーチャーフォン(feature phone)に取って代わる勢いである。スマートフォンには様々なダウンロードアプリケーションに対応するために、音声インタフェースや位置センサー、加速度センサー、傾きセンサー、近接センサーなどが多数搭載されており、また、これらの機器に対応して大型の電池も搭載されているので、フィーチャーフォンより小型化が難しいのが課題である。 In recent years, with the advancement of digital technology, electronic devices such as portable information devices and information home appliances have become more sophisticated, and there is a great demand for high-speed operation and low power consumption for these devices. In addition to these requirements, devices such as mobile phones and tablets, which are mobile terminals, are also required to support mobile applications such as weight reduction, thickness reduction, and size reduction. In particular, the market for smartphones (multi-function mobile phones) that perform large-capacity data communication has expanded explosively, and is replacing the feature phone. Smartphones are equipped with a large number of voice interfaces, position sensors, acceleration sensors, tilt sensors, proximity sensors, etc. to support various download applications, and large batteries are also installed for these devices. Therefore, it is difficult to reduce the size compared to feature phones.
また、これらの電子機器の高機能化に伴い、使用される半導体素子の微細化及び高速化も急速に進んでいる。スマートフォンでは、多数のアプリケーションを制御するアプリ用システムLSI、データ通信を処理する通信用システムLSI、及び、これらのシステムLSIと連動するデータを保存するメモリチップなどが搭載される。これらのシステムLSIやメモリには、低消費電力の性能に加えて、チップの小型化なども要望も大きい。 In addition, with the increase in functionality of these electronic devices, miniaturization and speeding up of semiconductor elements used are rapidly progressing. A smartphone includes an application system LSI that controls a large number of applications, a communication system LSI that processes data communication, and a memory chip that stores data linked to these system LSIs. In addition to the low power consumption performance, there is a great demand for these system LSIs and memories to reduce the size of the chip.
このチップの小型化の一例として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)との整合性に優れた不揮発性記憶メモリであるPCRAM(Phase−change Memory)を用い、回路構成を複雑化することなく、専有面積の増大を抑えかつアクセス速度が高い半導体記憶装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この構成では、DRAMのビット線の一部とPCRAMのビット線の一部とを共通の導電層で構成し、双方の間にセンスアンプを接続し、メモリ装置を簡素化し、小面積チップの混載チップをより少ないプロセス工程数で実現している。 As an example of downsizing of this chip, PCRAM (Phase-change Memory), which is a nonvolatile storage memory excellent in consistency with DRAM (Dynamic Random Access Memory), is used, and the exclusive area is not complicated. There has been proposed a semiconductor memory device that suppresses the increase in the memory speed and has a high access speed (see, for example, Patent Document 1). In this configuration, a part of the bit line of the DRAM and a part of the bit line of the PCRAM are configured by a common conductive layer, a sense amplifier is connected between the two, the memory device is simplified, and a small area chip is embedded. Chips are realized with fewer process steps.
しかしながら、上述の従来の半導体記憶装置では、PCRAMとDRAMとを混載しているが、ビット線の一部を共用する構成にしているだけなので、小面積化が不十分である。また、ビット線を共用することで、回路動作に制約が発生してしまい、それぞれのメモリに最適な動作条件で動作させることが困難になる。また、PCRAMとDRAMとの組み合わせでは、消費電力の低減という意味ではまだ不十分である。 However, in the above-described conventional semiconductor memory device, PCRAM and DRAM are mixedly mounted. However, since only a part of the bit line is shared, the area reduction is insufficient. In addition, by sharing the bit line, the circuit operation is restricted, and it becomes difficult to operate each memory under the optimum operation condition. Further, the combination of PCRAM and DRAM is still insufficient in terms of reducing power consumption.
本発明は、上記の課題を解決するもので、モバイル端末等の小型情報機器への適用が可能な低消費電力・小型化性能に優れた、揮発性記憶装置と不揮発性記憶装置との混載チップである半導体記憶装置及びその製造方法等を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problem, and is a mixed chip of a volatile memory device and a nonvolatile memory device, which is excellent in low power consumption and miniaturization performance and can be applied to small information devices such as mobile terminals. An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体記憶装置の一形態は、第1の基板と、前記第1の基板上に形成され、複数の容量素子を有するDRAMメモリセルアレイ、及び、前記DRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるDRAM周辺回路を含むDRAM部と、複数の抵抗変化素子を有するReRAMメモリセルアレイ、及び、前記ReRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるReRAM周辺回路を含むReRAM部とを備え、前記ReRAMメモリセルアレイは、前記DRAM部よりも上層に形成され、前記DRAM周辺回路及び前記ReRAM周辺回路は、前記第1の基板上の領域であって、前記DRAMメモリセルアレイよりも周縁の領域に形成されている。 In order to achieve the above object, one embodiment of a semiconductor memory device according to the present invention includes a first substrate, a DRAM memory cell array formed on the first substrate and having a plurality of capacitor elements, and the DRAM. A DRAM section including a DRAM peripheral circuit which is a peripheral circuit for the memory cell array, a ReRAM memory cell array having a plurality of resistance change elements, and a ReRAM section including a ReRAM peripheral circuit which is a peripheral circuit for the ReRAM memory cell array. The ReRAM memory cell array is formed in an upper layer than the DRAM portion, and the DRAM peripheral circuit and the ReRAM peripheral circuit are regions on the first substrate and in a peripheral region from the DRAM memory cell array. Is formed.
また、上記目的を達成するために、本発明に係るモバイル端末の一形態は、上記半導体記憶装置を搭載したモバイル端末である。 In order to achieve the above object, one mode of a mobile terminal according to the present invention is a mobile terminal equipped with the semiconductor memory device.
また、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体記憶装置の製造方法の一形態は、基板上の第1領域にDRAM部の周辺回路用トランジスタを形成する工程と、前記基板上の第2領域にDRAM部のメモリセル用トランジスタを形成する工程と、前記基板上の第3領域にReRAM部の周辺回路用トランジスタを形成する工程と、前記第1領域の上方に、DRAM部の周辺回路用配線を形成する工程と、前記第2領域の上方に、DRAM部の容量素子及び配線を形成する工程と、前記第2領域の上方及び前記DRAM部の容量素子及び配線上に、ReRAM部のメモリセル及び配線を形成する工程と、前記第3領域の上方に、ReRAM部の周辺回路用配線を形成する工程とを含む。 In order to achieve the above object, one embodiment of a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention includes a step of forming a peripheral circuit transistor of a DRAM portion in a first region on a substrate, and a first step on the substrate. A step of forming a memory cell transistor of the DRAM portion in the second region, a step of forming a peripheral circuit transistor of the ReRAM portion in the third region on the substrate, and a peripheral circuit of the DRAM portion above the first region. A step of forming a wiring for use, a step of forming a capacitor element and a wiring of the DRAM portion above the second region, and a portion of the ReRAM portion above the second region and the capacitor element and wiring of the DRAM portion. Forming a memory cell and a wiring; and forming a peripheral circuit wiring of the ReRAM portion above the third region.
本発明により、モバイル端末等の小型情報機器への適用が可能な低消費電力・小型化性能に優れた、揮発性記憶装置と不揮発性記憶装置との混載チップである半導体記憶装置及びその製造方法が実現される。 According to the present invention, a semiconductor memory device which is a mixed chip of a volatile memory device and a nonvolatile memory device, which is excellent in low power consumption and miniaturization performance and can be applied to a small information device such as a mobile terminal, and a manufacturing method thereof Is realized.
本発明の半導体記憶装置及びその製造方法は、高速動作に優れたDRAMと、低消費電力に優れ不揮発性を有するReRAMを基板上に集積化してワンチップ化した構造に関するものである。DRAMの上方にReRAMの主要なメモリセルアレイを配置することでチップ面積を大幅に削減することができる。これは、ReRAMの核となる抵抗変化素子の抵抗変化層の形成時に高い熱処理温度が不要なために、DRAMの特性に影響を与えることなく、DRAMとReRAMとを3次元的に集積化することができるからである。また、DRAM周辺回路及びReRAM周辺回路を基板上に独立して形成することで、単独チップの際と同様にそれぞれを最適な状態で動作させることができる。これらは、特に、モバイル端末の小型化・軽量化・薄膜化に大きく貢献できるものである。 The semiconductor memory device and the manufacturing method thereof according to the present invention relate to a structure in which a DRAM excellent in high-speed operation and a ReRAM excellent in low power consumption and non-volatility are integrated on a substrate to form a single chip. By disposing the main memory cell array of ReRAM above the DRAM, the chip area can be greatly reduced. This is because the DRAM and ReRAM are integrated three-dimensionally without affecting the characteristics of the DRAM because a high heat treatment temperature is not required when forming the variable resistance layer of the variable resistance element that is the core of the ReRAM. Because you can. Further, by forming the DRAM peripheral circuit and the ReRAM peripheral circuit independently on the substrate, each can be operated in an optimum state as in the case of a single chip. In particular, these can greatly contribute to the reduction in size, weight and thickness of mobile terminals.
つまり、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体記憶装置の一形態は、第1の基板と、前記第1の基板上に形成され、複数の容量素子を有するDRAMメモリセルアレイ、及び、前記DRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるDRAM周辺回路を含むDRAM部と、複数の抵抗変化素子を有するReRAMメモリセルアレイ、及び、前記ReRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるReRAM周辺回路を含むReRAM部とを備え、前記ReRAMメモリセルアレイは、前記DRAM部よりも上層に形成され、前記DRAM周辺回路及び前記ReRAM周辺回路は、前記第1の基板上の領域であって、前記DRAMメモリセルアレイよりも周縁の領域に形成されている。 In other words, in order to achieve the above object, one embodiment of a semiconductor memory device according to the present invention includes a first substrate, a DRAM memory cell array formed on the first substrate, and having a plurality of capacitor elements, and A DRAM section including a DRAM peripheral circuit which is a peripheral circuit for the DRAM memory cell array, a ReRAM memory cell array having a plurality of resistance change elements, and a ReRAM section including a ReRAM peripheral circuit which is a peripheral circuit for the ReRAM memory cell array; The ReRAM memory cell array is formed in an upper layer than the DRAM portion, and the DRAM peripheral circuit and the ReRAM peripheral circuit are regions on the first substrate, and are located at the periphery of the DRAM memory cell array. Formed in the region.
これにより、ReRAM部における面積的な主要部となるReRAMメモリセルアレイがDRAM部よりも上層に形成されるので、DRAM部とReRAM部とを配線基板上に並べて配置したパッケージに比べ、大幅にサイズが縮小されたパッケージの不揮発性記憶装置が実現される。 As a result, the ReRAM memory cell array, which is the main area of the ReRAM portion, is formed in an upper layer than the DRAM portion, so that the size is significantly larger than a package in which the DRAM portion and the ReRAM portion are arranged on the wiring substrate. A reduced package non-volatile storage device is realized.
つまり、ReRAMやDRAMをそれぞれ単独に形成した場合と同様に、ReRAMの低消費電力性と不揮発性、DRAMの高速性などの強みを活かした半導体記憶装置を実現することができる。また、DRAM部の上方(より上層)に、面積的な主要部となるReRAMメモリセルアレイを配置することで、大幅な面積の削減が可能になる。 That is, as in the case where ReRAM and DRAM are formed independently, a semiconductor memory device that takes advantage of the low power consumption and non-volatility of ReRAM and the high speed of DRAM can be realized. Further, by arranging the ReRAM memory cell array, which is the main area, above the DRAM part (upper layer), the area can be significantly reduced.
よって、モバイル端末等の小型情報機器への適用が可能な低消費電力・小型化性能に優れた、揮発性記憶装置と不揮発性記憶装置との混載チップが実現される。 Therefore, a mixed chip of a volatile storage device and a nonvolatile storage device, which is excellent in low power consumption and downsizing performance and applicable to small information devices such as mobile terminals, is realized.
ここで、前記ReRAMメモリセルアレイは、少なくとも前記DRAMメモリセルアレイの上方に形成されていてもよい。たとえば、前記ReRAMメモリセルアレイは、前記DRAMメモリセルアレイの上方、及び、前記DRAM周辺回路の上方に形成されていてもよい。これにより、ReRAMメモリセルアレイの面積分だけ、不揮発性記憶装置のパッケージサイズが縮小される。 Here, the ReRAM memory cell array may be formed at least above the DRAM memory cell array. For example, the ReRAM memory cell array may be formed above the DRAM memory cell array and above the DRAM peripheral circuit. As a result, the package size of the nonvolatile memory device is reduced by the area of the ReRAM memory cell array.
また、前記ReRAM周辺回路は、前記第1の基板上の領域であって、前記DRAM周辺回路よりも周縁の領域に形成されていてもよい。これにより、ReRAM周辺回路は、結晶欠陥の少ない第1の基板1上に形成されるので、安定して動作する信頼性の高いReRAM周辺回路が形成される。
The ReRAM peripheral circuit may be formed in a region on the first substrate and in a peripheral region with respect to the DRAM peripheral circuit. As a result, the ReRAM peripheral circuit is formed on the
また、さらに、前記DRAM部の上方に形成された第2の基板を備え、前記ReRAMメモリセルアレイは、前記複数の抵抗変化素子に加え、前記第2の基板上に形成された複数のメモリセルトランジスタを有してもよい。これにより、DRAM部の上方に形成された第2の基板にReRAMメモリセルアレイを構成する複数のメモリセルトランジスタが形成されるので、1T1R(1トランジスタと1抵抗変化素子)型のReRAMメモリセルを備える半導体記憶装置が実現される。 The ReRAM memory cell array further includes a plurality of memory cell transistors formed on the second substrate in addition to the plurality of resistance change elements. The second substrate is formed above the DRAM portion. You may have. As a result, a plurality of memory cell transistors constituting the ReRAM memory cell array are formed on the second substrate formed above the DRAM portion, so that a 1T1R (one transistor and one resistance change element) type ReRAM memory cell is provided. A semiconductor memory device is realized.
また、前記ReRAMメモリセルアレイは、前記複数の抵抗変化素子に加え、複数の電流制御素子を有するクロスポイント型メモリセルアレイであってもよい。これにより、ReRAMメモリセルアレイは、複数の抵抗変化素子に加え、複数の電流制御素子を有するので、クロスポイント型メモリセルアレイを備える半導体記憶装置が実現される。 The ReRAM memory cell array may be a cross-point type memory cell array having a plurality of current control elements in addition to the plurality of resistance change elements. Thereby, since the ReRAM memory cell array has a plurality of current control elements in addition to a plurality of resistance change elements, a semiconductor memory device including a cross-point type memory cell array is realized.
また、さらに、前記第1の基板の上方に、前記第1の基板に近いほうから順に、第1の配線層と、第2の配線層と、第3の配線層とを備え、前記第1の配線層及び前記第2の配線層は、前記DRAM部に形成され、前記第3の配線層は、前記ReRAMメモリセルアレイの最下層の配線層であってもよい。これにより、多層の配線層を備える半導体記憶装置が実現される。 Furthermore, a first wiring layer, a second wiring layer, and a third wiring layer are provided above the first substrate in order from the side closer to the first substrate. The wiring layer and the second wiring layer may be formed in the DRAM portion, and the third wiring layer may be a lowermost wiring layer of the ReRAM memory cell array. Thereby, a semiconductor memory device having a multilayer wiring layer is realized.
また、上記目的を達成するために、本発明に係るモバイル端末の一形態は、上記半導体記憶装置を搭載したモバイル端末としてもよい。これにより、低消費電力・小型化性能に優れた、揮発性記憶装置と不揮発性記憶装置との混載チップを備えるモバイル端末が実現される。 In order to achieve the above object, one mode of the mobile terminal according to the present invention may be a mobile terminal equipped with the semiconductor memory device. As a result, a mobile terminal including a mixed chip of a volatile storage device and a nonvolatile storage device, which is excellent in low power consumption and downsizing performance, is realized.
また、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体記憶装置の製造方法は、基板上の第1領域にDRAM部の周辺回路用トランジスタを形成する工程と、前記基板上の第2領域にDRAM部のメモリセル用トランジスタを形成する工程と、前記基板上の第3領域にReRAM部の周辺回路用トランジスタを形成する工程と、前記第1領域の上方に、DRAM部の周辺回路用配線を形成する工程と、前記第2領域の上方に、DRAM部の容量素子及び配線を形成する工程と、前記第2領域の上方及び前記DRAM部の容量素子及び配線上に、ReRAM部のメモリセル及び配線を形成する工程と、前記第3領域の上方に、ReRAM部の周辺回路用配線を形成する工程とを含む。これにより、モバイル端末等の小型情報機器への適用が可能な低消費電力・小型化性能に優れた、揮発性記憶装置と不揮発性記憶装置との混載チップである半導体記憶装置の製造方法が実現される。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention includes a step of forming a peripheral circuit transistor of a DRAM portion in a first region on a substrate, and a step of forming a second region on the substrate. A step of forming a memory cell transistor of the DRAM portion, a step of forming a peripheral circuit transistor of the ReRAM portion in the third region on the substrate, and a peripheral circuit wiring of the DRAM portion above the first region. A step of forming, a step of forming a capacitor element and a wiring of a DRAM portion above the second region, a memory cell of a ReRAM portion and a capacitor element and a wiring of the DRAM portion above the second region and Forming a wiring; and forming a peripheral circuit wiring of the ReRAM portion above the third region. As a result, a method for manufacturing a semiconductor memory device, which is a mixed chip of a volatile memory device and a nonvolatile memory device, which is excellent in low power consumption and miniaturization performance and can be applied to a small information device such as a mobile terminal is realized. Is done.
ここで、前記ReRAM部の前記メモリセル及び前記配線を形成する工程は、第2の基板を形成する工程と、前記第2の基板上に前記ReRAM部のメモリセル用トランジスタを形成する工程と、前記ReRAM部の抵抗変化素子を形成する工程とを含んでもよい。これにより、DRAM部の上方に形成された第2の基板にReRAMメモリセルアレイを構成する複数のメモリセルトランジスタが形成されるので、1T1R型のReRAMメモリセルを備える半導体記憶装置が製造される。 Here, the step of forming the memory cell and the wiring of the ReRAM portion includes a step of forming a second substrate, a step of forming a memory cell transistor of the ReRAM portion on the second substrate, Forming a variable resistance element of the ReRAM portion. As a result, a plurality of memory cell transistors constituting the ReRAM memory cell array are formed on the second substrate formed above the DRAM portion, so that a semiconductor memory device including 1T1R type ReRAM memory cells is manufactured.
また、前記ReRAM部の前記メモリセル及び前記配線を形成する工程では、抵抗変化素子と電流制御素子とで構成されるメモリセルを形成してもよい。これにより、ReRAMメモリセルアレイは、複数の抵抗変化素子に加え、複数の電流制御素子を有するので、クロスポイント型メモリセルアレイを備える半導体記憶装置が製造される。 In the step of forming the memory cell and the wiring in the ReRAM portion, a memory cell including a resistance change element and a current control element may be formed. Thus, since the ReRAM memory cell array has a plurality of current control elements in addition to a plurality of resistance change elements, a semiconductor memory device including a cross-point type memory cell array is manufactured.
(本発明の基礎となった知見)
図1は、モバイル端末等の小型情報機器に用いられる主要な半導体集積回路の構成を示す。本図に示されるように、このような用途における半導体集積回路は、アプリケーションを制御するアプリ用システムLSI系と、データ通信を処理する通信用システムLSI系とに大きく分けられる。アプリ用システムLSI系は、高性能なプロセッサと、高速処理に対応できる比較的大記憶容量の揮発性記憶装置であるDRAM(例えば、0.5GBの記憶容量)と、動画などを保存する大記憶容量の不揮発性記憶装置であるNANDフラッシュメモリ(例えば、16GBの記憶容量)とから構成される。一方で、通信用システムLSI系は、無線通信用に対応するベースバンドプロセッサと、高速処理に対応できる比較的小記憶容量の揮発性記憶装置であるDRAM(例えば、16MBの記憶容量)と、ランダムアクセスに対応できる不揮発性記憶装置であるNORフラッシュメモリ(例えば、16MBの記憶容量)から構成される。これらのチップは、高速動作の必要性、歩留ロスなどを鑑みて、POP(Package on Package)や、SIP(System in Package)でパッケージされる。
(Knowledge that became the basis of the present invention)
FIG. 1 shows a configuration of a main semiconductor integrated circuit used in a small information device such as a mobile terminal. As shown in this figure, semiconductor integrated circuits for such applications are broadly divided into application system LSI systems that control applications and communication system LSI systems that process data communications. The system LSI system for applications is a high-performance processor, a DRAM (for example, a storage capacity of 0.5 GB), which is a volatile storage device capable of high-speed processing, and a large memory for storing moving images. It is composed of a NAND flash memory (for example, a storage capacity of 16 GB) which is a non-volatile storage device with a capacity. On the other hand, the communication system LSI system includes a baseband processor corresponding to wireless communication, a DRAM (for example, a storage capacity of 16 MB) which is a volatile storage device having a relatively small storage capacity capable of high-speed processing, a random It is composed of a NOR flash memory (for example, a storage capacity of 16 MB), which is a non-volatile storage device that can handle access. These chips are packaged by POP (Package on Package) or SIP (System in Package) in view of the necessity of high-speed operation and yield loss.
図2は、従来の通信用システムLSI系の代表的なパッケージ例を示す。図2の(a)は、ベースバンドプロセッサ(左側に図示されたパッケージ)と、メモリとで構成されるDRAM及びNORフラッシュをPOPでパッケージしたもの(右側に図示されたパッケージ)とを一つの配線基板上に集積化したものの平面図(上側の図)及び正面図(下側の図)を示している。このように、メモリ(DRAM及びNORフラッシュ)をPOPパッケージで積層化することで、機器搭載時の実装面積をより多く確保することができる。また、それぞれのパッケージを個別にテストできるため、歩留ロスの低減が可能になる。メモリ間のワイヤー配線も短くすることができ、反射やノイズの影響を最小限に抑えることができる。 FIG. 2 shows a typical package example of a conventional communication system LSI system. FIG. 2A shows a single wiring between a baseband processor (package shown on the left side) and a DRAM and NOR flash packaged with memory and a POP package (package shown on the right side). A plan view (upper view) and a front view (lower view) of what is integrated on the substrate are shown. Thus, by stacking the memories (DRAM and NOR flash) with the POP package, it is possible to secure a larger mounting area when the device is mounted. Also, since each package can be tested individually, yield loss can be reduced. The wiring between the memories can be shortened, and the influence of reflection and noise can be minimized.
図2の(b)は、ベースバンドプロセッサ上にDRAMとNORフラッシュとをSIPでパッケージしたものを配線基板に集積化したものの平面図(上側の図)及び正面図(下側の図)を示している。システム全体を1つのパッケージに収めたもので、機器搭載時の実装面積を飛躍的に削減することができる。 FIG. 2B shows a plan view (upper view) and a front view (lower view) of a baseband processor in which DRAM and NOR flash are packaged by SIP integrated on a wiring board. ing. Since the entire system is housed in one package, the mounting area when mounting the device can be drastically reduced.
しかし、これらの図2の(a)及び(b)に示された従来のパッケージでは、両者に共通して、次の問題がある。つまり、チップを積層化することによって小面積化は図れるものの、厚みが増大することは不可避である。また、配線基板での接続によって配線遅延は抑制されるものの、依然として実装によるワイヤー配線での配線遅延は残存する。モバイル端末では、この薄膜化・小型化と、データ通信量増大に伴う配線遅延は、課題として顕在化しつつある。 However, the conventional packages shown in FIGS. 2A and 2B have the following problems in common with both. That is, although the area can be reduced by stacking chips, it is inevitable that the thickness increases. Moreover, although the wiring delay is suppressed by the connection on the wiring board, the wiring delay in the wire wiring due to the mounting still remains. In mobile terminals, this thinning and downsizing and the wiring delay accompanying the increase in the amount of data communication are becoming a problem.
そこで、発明者らは、モバイル端末等の小型情報機器に好適な半導体記憶装置を考案した。図3は、本発明の半導体記憶装置が搭載されたモバイル端末のパッケージのイメージを示す。ベースバンドプロセッサ、DRAM及びReRAM(Resistance Random Access Memory)を前工程の製造工程で一緒に形成するというものである。具体的には、SOCで構成されるベースバンドプロセッサとDRAMには混載DRAMプロセスを用い、NORフラッシュの代わりに、デバイス的には低消費電力で高速動作が可能であり、プロセス的には熱バジェットが抑制されて配線工程に集積化できる抵抗変化型の不揮発性記憶装置(抵抗変化素子の集まり)であるReRAMを用いる。以上の構成により、POPやSIPといったスタック技術は不要になり、小面積でかつ薄いパッケージを実現することができる。 Accordingly, the inventors have devised a semiconductor memory device suitable for small information devices such as mobile terminals. FIG. 3 shows an image of a package of a mobile terminal in which the semiconductor memory device of the present invention is mounted. A baseband processor, DRAM, and ReRAM (Resistance Random Access Memory) are formed together in the manufacturing process of the previous process. Specifically, an embedded DRAM process is used for the baseband processor and DRAM configured with SOC, and instead of NOR flash, high-speed operation is possible with low power consumption in terms of devices, and thermal budget in terms of processes. ReRAM, which is a variable resistance nonvolatile memory device (a collection of variable resistance elements) that can be integrated in a wiring process while suppressing the above described, is used. With the above configuration, stack technology such as POP and SIP becomes unnecessary, and a thin package with a small area can be realized.
以下、本発明の半導体記憶装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of a semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that each of the embodiments described below shows a specific example of the present invention. The numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connecting forms of the constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept are described as optional constituent elements.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る半導体記憶装置は、第1の基板と、第1の基板上に形成され、複数の容量素子を有するDRAMメモリセルアレイ、及び、DRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるDRAM周辺回路を含むDRAM部と、複数の抵抗変化素子を有するReRAMメモリセルアレイ、及び、ReRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるReRAM周辺回路を含むReRAM部とを備え、ReRAMメモリセルアレイは、DRAM部よりも上層に形成され、DRAM周辺回路及びReRAM周辺回路は、第1の基板上の領域であって、DRAMメモリセルアレイよりも周縁の領域に形成されている。さらに、本実施の形態に係る半導体記憶装置は、DRAM部の上方に形成された第2の基板を備え、ReRAMメモリセルアレイは、複数の抵抗変化素子に加え、第2の基板上に形成された複数のメモリセルトランジスタを有している。つまり、本実施の形態では、ReRAMメモリセルは、いわゆる1T1Rのタイプである。
(Embodiment 1)
The semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention includes a first substrate, a DRAM memory cell array formed on the first substrate and having a plurality of capacitive elements, and a peripheral circuit for the DRAM memory cell array. A DRAM unit including a DRAM peripheral circuit, a ReRAM memory cell array having a plurality of resistance change elements, and a ReRAM unit including a ReRAM peripheral circuit that is a peripheral circuit for the ReRAM memory cell array. The DRAM peripheral circuit and the ReRAM peripheral circuit are formed on a region on the first substrate and in a peripheral region with respect to the DRAM memory cell array. Furthermore, the semiconductor memory device according to the present embodiment includes a second substrate formed above the DRAM portion, and the ReRAM memory cell array is formed on the second substrate in addition to the plurality of resistance change elements. It has a plurality of memory cell transistors. That is, in this embodiment, the ReRAM memory cell is a so-called 1T1R type.
以上の構成により、ReRAMやDRAMをそれぞれ単独に形成した場合と同様に、ReRAMの低消費電力性と不揮発性、DRAMの高速性などの強みを活かした半導体記憶装置を実現することができる。また、DRAM部の上方(より上層)に、面積的な主要部となるReRAMメモリセルアレイを配置することで、大幅な面積の削減が可能になる。 With the above configuration, it is possible to realize a semiconductor memory device that takes advantage of the low power consumption and non-volatility of ReRAM and the high speed of DRAM as in the case where ReRAM and DRAM are formed independently. Further, by arranging the ReRAM memory cell array, which is the main area, above the DRAM part (upper layer), the area can be significantly reduced.
以下、本実施の形態における半導体記憶装置の構成の具体例として、図4A及び図4Bを用いて説明する。図4Aは、本発明の実施の形態1における半導体記憶装置1000の構成例を示す断面図である。図4Bは、その平面図である。
A specific example of the structure of the semiconductor memory device in this embodiment will be described below with reference to FIGS. 4A and 4B. FIG. 4A is a cross-sectional view showing a configuration example of the
この半導体記憶装置1000は、第1の基板1上に、DRAMメモリセルアレイ領域101、DRAM周辺回路領域102及びReRAM周辺回路領域202の3つの領域を有する。更に、DRAM部よりも上層(本実施の形態では、DRAMメモリセルアレイ領域101とDRAM周辺回路領域102の上方)に、ReRAMメモリセルアレイ領域201が配置される関係にある。つまり、本実施の形態では、ReRAMメモリセルアレイ領域201は、DRAMメモリセルアレイ領域101の上方、及び、DRAM周辺回路領域102の上方に位置している。また、ReRAM周辺回路領域202は、第1の基板1上の位置であって、DRAM周辺回路領域102よりも周縁に位置している。なお、図4Bにおいて、半導体記憶装置1000を上方から平面視したときに、DRAMメモリセルアレイ領域101は、小さい方の点線枠の内側である。DRAM周辺回路領域102は、その小さい方の点線枠よりも外側で、かつ、大きい方の点線枠の内側である。ReRAMメモリセルアレイ領域201は、小さい方の実線枠の内側(つまり、DRAMメモリセルアレイ領域101とDRAM周辺回路領域102とを合わせた領域)である。ReRAM周辺回路領域202は、その小さい方の実線枠よりも外側で、かつ、大きい方の実線枠の内側である。
The
ここで、DRAMメモリセルアレイ領域101は、複数の容量素子を有するDRAMメモリセルアレイを形成するための領域である。DRAM周辺回路領域102は、DRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるDRAM周辺回路を形成するための領域である。ReRAMメモリセルアレイ領域201は、複数の抵抗変化素子を有するReRAMメモリセルアレイを形成するための領域である。ReRAM周辺回路領域202は、ReRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるReRAM周辺回路を形成するための領域である。なお、DRAMメモリセルアレイ領域101及びDRAM周辺回路領域102は、積層方向としては、第1の基板1よりも上方で、かつ、第2の基板12よりも下方の空間を意味する。また、ReRAMメモリセルアレイ領域201は、積層方向としては、第2の基板12よりも上方の空間を意味する。また、DRAMメモリセルアレイ及びDRAM周辺回路を含む回路をDRAM部と呼び、ReRAMメモリセルアレイ及びReRAM周辺回路を含む回路をReRAM部と呼ぶ。
Here, the DRAM memory
ここで、DRAMメモリセルアレイとは、DRAMメモリセルの集まりである。また、ReRAMメモリセルアレイとは、電圧パルスの印加により抵抗値が変化する不揮発性記憶素子(抵抗変化素子)の集まりである。 Here, the DRAM memory cell array is a collection of DRAM memory cells. The ReRAM memory cell array is a group of non-volatile memory elements (resistance change elements) whose resistance value changes with application of a voltage pulse.
また、DRAMメモリセルアレイ用の周辺回路とは、DRAMメモリセルアレイと関連する回路であり、DRAMメモリセルアレイからDRAMメモリセルを選択する選択回路(アドレス・デコード回路)、選択されたDRAMメモリセルを駆動するドライブ回路、DRAMメモリセルアレイへの書き込み回路、DRAMメモリセルアレイからの読み出し回路、書き込み及び読み出しを制御する制御回路、並びに、書き込み及び読み出しのための電源を供給する電源回路の少なくとも一つが含まれる。 The peripheral circuit for the DRAM memory cell array is a circuit related to the DRAM memory cell array, a selection circuit (address / decode circuit) for selecting a DRAM memory cell from the DRAM memory cell array, and driving the selected DRAM memory cell. It includes at least one of a drive circuit, a write circuit to the DRAM memory cell array, a read circuit from the DRAM memory cell array, a control circuit that controls writing and reading, and a power supply circuit that supplies power for writing and reading.
また、ReRAMメモリセルアレイ用の周辺回路とは、ReRAMメモリセルアレイと関連する回路であり、ReRAMメモリセルアレイからReRAMメモリセルを選択する選択回路(アドレス・デコード回路)、選択されたReRAMメモリセルを駆動するドライブ回路、ReRAMメモリセルアレイへの書き込み回路、ReRAMメモリセルアレイからの読み出し回路、書き込み及び読み出しを制御する制御回路、並びに、書き込み及び読み出しのための電源を供給する電源回路の少なくとも一つが含まれる。 The peripheral circuit for the ReRAM memory cell array is a circuit related to the ReRAM memory cell array, a selection circuit (address / decode circuit) for selecting a ReRAM memory cell from the ReRAM memory cell array, and driving the selected ReRAM memory cell. At least one of a drive circuit, a write circuit to the ReRAM memory cell array, a read circuit from the ReRAM memory cell array, a control circuit that controls writing and reading, and a power supply circuit that supplies power for writing and reading is included.
図4Aに示されるように、DRAMメモリセルアレイ領域101の第1の基板1上にはDRAMのメモリセルトランジスタ4が、DRAM周辺回路領域102の第1の基板1上には、DRAMの周辺回路用トランジスタ3が、ReRAM周辺回路領域202の第1の基板1上には、ReRAMの周辺回路用トランジスタ2が形成されている。なお、本図において、半導体記憶装置1000内であって、第1の基板1よりも上方において回路部品及び配線が形成されていない箇所(図における白色箇所)は、層間絶縁層である。以下、他の断面図についても同様である。
As shown in FIG. 4A, a DRAM
上記各種トランジスタ(メモリセルトランジスタ4、周辺回路用トランジスタ3、周辺回路用トランジスタ2)を覆う層間絶縁層中には、第1の基板1上の各トランジスタの主電極に接続される第1のコンタクトプラグ5が形成され、さらに、第1のコンタクトプラグ5上には、これに接続される第1の配線(第1の配線層)6が形成されている。DRAMメモリセルアレイ領域101においては、第1のコンタクトプラグ5の上に、ビット線として機能する第1の配線6のほかに、第2Aのコンタクトプラグ7が形成され、その上に容量素子8が形成される。
In an interlayer insulating layer covering the various transistors (
容量素子8は、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極で構成されている。なお、容量素子8の構造として、ここでは、プレーナ型を例示したが、コンケイブ型であってもかまわない。容量素子8上には、第2Bのコンタクトプラグ9が形成されている。
The
一方、DRAM周辺回路領域102及びReRAM周辺回路領域202では、第1の配線6を覆う層間絶縁層中に、第1の配線6に接続される第2Cのコンタクトプラグ10が形成されている。さらに、これらの第2Bのコンタクトプラグ9及び第2Cのコンタクトプラグ10上に、これらに接続される第2の配線(第2の配線層)11が形成される。以上の説明した構成要素で、DRAM部は装置として完成している。
On the other hand, in the DRAM
そして、DRAMメモリセルアレイ領域101とDRAM周辺回路領域102の上方(つまり、DRAM部の上方)には、少なくとも一部に、例えば、シリコンで構成される第2の基板12が形成されている。そして、第2の基板12上にReRAMのメモリセルトランジスタ13が形成されている。ReRAMのメモリセルトランジスタ13を覆う層間絶縁層中には、第2の基板12上のReRAMのメモリセルトランジスタ13の主電極に接続される第3Aのコンタクトプラグ14が形成され、さらに、第2の基板12が形成されていない領域において、第2の配線11に接続される第3Bのコンタクトプラグ15が形成されている。第3Aのコンタクトプラグ14と第3Bのコンタクトプラグ15上には第3の配線(第3の配線層)16が形成されている。ReRAMメモリセルアレイ領域201においては、第3Aのコンタクトプラグ14の上に、ビット線として機能する第3の配線16のほかに、第4Aのコンタクトプラグ17が形成され、その上に抵抗変化素子18が形成される。
A
抵抗変化素子18は下部電極、抵抗変化層及び上部電極で構成される。なお、抵抗変化素子18の構造として、ここでは、プレーナ構造を例示したが、ホール型であってもかまわない。抵抗変化素子18上には第4Bのコンタクトプラグ19が形成されている。
The
一方、ReRAM周辺回路領域202では、第3の配線16を覆う層間絶縁層中に、第3の配線16に接続される第4Cのコンタクトプラグ20が形成されている。さらに、これらの第4Bのコンタクトプラグ19及び第4Cのコンタクトプラグ20上に、これらに接続される第4の配線(第4の配線層)21が形成される。
On the other hand, in the ReRAM
このように、本実施の形態における半導体記憶装置1000には、第1の基板1の上方に、第1の基板1に近いほうから順に、第1の配線6と、第2の配線11と、第3の配線16、及び、第4の配線21の4つの配線層が設けられている。ここでは、DRAMに用いられる配線層を2層、ReRAMに用いられる配線層を2層とした。これにより、最小数の配線層、即ちプロセスステップ数が少なく低コスト化が可能な本発明の半導体記憶装置を実現することができる。但し、本発明はこれにとらわれるものでもなく、暗号化や高機能化の要望に応じて配線層数を増加してもかまわないし、コンパクト化の要望に応じて配線層数を減少してもかまわない。たとえば、ReRAMに用いられる配線層を1層にしてもかまわない。
As described above, in the
また、DRAMメモリセルアレイ領域101とDRAM周辺回路領域102との境界、及び、ReRAMメモリセルアレイ領域201とReRAM周辺回路領域202との境界は、機能的にブロックとして分けるための境界である。本明細書では、理解の便宜のために、前者の境界を複数の容量素子8のうち最外周の容量素子の外縁を線でつないだもの、後者の境界を複数の抵抗変化素子18のうち最外周の抵抗変化素子の外縁を線でつないだものとしている。よって、DRAM周辺回路領域102とReRAM周辺回路領域202が重複する部分があってもかまわない(つまり、実際に各メモリの動作に全く影響を与えないのであれば、共用する回路があってもいい)。ここでは、DRAMメモリセルアレイ領域101上の少なくとも一部を被覆して、ReRAMメモリセルアレイ領域201を配置すればよく、モバイル端末等の小型情報機器に有効な半導体記憶装置を実現することができる。
Further, the boundary between the DRAM memory
以上のように、本実施の形態における半導体記憶装置1000は、第1の基板1上に形成され、複数の容量素子8を有するDRAMメモリセルアレイ(メモリセルトランジスタ4、容量素子8等)、及び、DRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるDRAM周辺回路(周辺回路用トランジスタ3等)を含むDRAM部と、複数の抵抗変化素子18を有するReRAMメモリセルアレイ(メモリセルトランジスタ13、抵抗変化素子18等)、及び、ReRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるReRAM周辺回路(周辺回路用トランジスタ2等)を含むReRAM部とを備える。そして、ReRAMメモリセルアレイは、DRAM部よりも上層に形成され、DRAM周辺回路及びReRAM周辺回路は、第1の基板1上の領域であって、DRAMメモリセルアレイよりも周縁の領域に形成されている。これにより、DRAM部の上方(より上層)に、面積的な主要部となるReRAMメモリセルアレイが配置されるので、大幅に面積が削減された半導体記憶装置が実現され、モバイル端末等の小型情報機器への適用が可能な低消費電力・小型化性能に優れた、揮発性記憶装置と不揮発性記憶装置との混載チップが実現される。
As described above, the
なお、本実施の形態では、ReRAMメモリセルは、いわゆる1T1Rのタイプである。そのために、DRAM部の上方に、第2の基板12を備え、ReRAMメモリセルアレイは、複数の抵抗変化素子18に加え、第2の基板12上に形成された複数のメモリセルトランジスタ13を有する。
In this embodiment, the ReRAM memory cell is a so-called 1T1R type. For this purpose, a
次に、以上のように構成された本実施の形態における半導体記憶装置1000の製造方法について説明する。図5Aから図5Eは、本発明の実施の形態1における半導体記憶装置1000の製造方法を示す、半導体記憶装置1000の断面図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図5Aの(a)に示すように、第1の基板1のDRAM周辺回路領域102に、DRAMの周辺回路用トランジスタ3を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, a DRAM
次に、図5Aの(b)に示すように、第1の基板1のDRAMメモリセルアレイ領域101に、DRAMのメモリセルトランジスタ4を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, a DRAM
次に、図5Aの(c)に示すように、第1の基板1のReRAM周辺回路領域202に、ReRAMの周辺回路用トランジスタ2を形成する。
Next, as shown in (c) of FIG. 5A, the ReRAM
次に、図5Aの(d)に示すように、上述の各種トランジスタを被覆する層間絶縁層を形成し、これを貫通して各種トランジスタの主電極に接続される第1のコンタクトプラグ5を形成する。更に、その層間絶縁層上に、第1のコンタクトプラグ5に接続される第1の配線6を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A (d), an interlayer insulating layer that covers the above-described various transistors is formed, and a
次に、図5Aの(e)に示すように、第1の配線6を被覆する層間絶縁層を形成した後に、DRAMメモリセルアレイ領域101において、第1のコンタクトプラグ5の上に、その層間絶縁層を貫通する第2Aのコンタクトプラグ7を形成する。更に、第2Aのコンタクトプラグ7上に下部電極、容量絶縁膜及び上部電極で構成される容量素子8を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A (e), after an interlayer insulating layer covering the
次に、図5Bの(f)に示すように、容量素子8を被覆する層間絶縁層を形成し、層間絶縁層中に、容量素子8に接続される第2Bのコンタクトプラグ9、及び、第1の配線6に接続される第2Cのコンタクトプラグ10を形成する。更に、層間絶縁層上に、これらのコンタクトプラグに接続される第2の配線11を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B (f), an interlayer insulating layer covering the
次に、図5Bの(g)に示すように、全体を被覆する層間絶縁層を形成した後に、DRAMメモリセルアレイ領域101の上方に、第2の基板12を形成する。第2の基板12については、レーザーによって選択的にSi半導体を形成する方法や、所望のマスクを用いてパターニングをしてSi半導体を形成する。続いて、第2の基板12のReRAMメモリセルアレイ領域201に、ReRAMのメモリセルトランジスタ13を形成する。なお、ここで作成する第2の基板12は、インゴット法で形成される第1の基板1に比べて、結晶欠陥が多くなるのは不可避であるが、ReRAMのメモリセルトランジスタ13は、OFF特性の低いリーク性能よりも、ON特性の高い駆動電流が重視されるので、所望の特性を実現できる。ReRAMの駆動を制御する回路は、第1の基板1上に形成されているので、デバイス動作上問題ない。また、ここでは、次の工程で説明するように、ReRAM周辺回路領域202では、第2の配線11と第3の配線16とを接続する第3Bのコンタクトプラグ15を形成できるように、その部分には第2の基板12を形成しない、もしくは、第2の基板12が除去できてさえすればよい。
Next, as shown in FIG. 5B (g), after forming an interlayer insulating layer covering the whole, a
次に、図5Cの(h)に示すように、ReRAMのメモリセルトランジスタ13を被覆する層間絶縁層を形成し、これを貫通してReRAMのメモリセルトランジスタ13の主電極に接続される第3Aのコンタクトプラグ14、及び、第2の配線11に接続される第3Bのコンタクトプラグ15を形成する。更に、その層間絶縁層上に、第3Aのコンタクトプラグ14及び第3Bのコンタクトプラグ15に接続される第3の配線16を形成する。
Next, as shown in (h) of FIG. 5C, an interlayer insulating layer that covers the
次に、図5Dの(i)に示すように、第3の配線16を被覆する層間絶縁層を形成した後に、ReRAMメモリセルアレイ領域201において、第3Aのコンタクトプラグ14の上に、その層間絶縁層を貫通する第4Aのコンタクトプラグ17を形成する。更に、第4Aのコンタクトプラグ17上に、下部電極、抵抗変化層及び上部電極で構成される抵抗変化素子18を形成する。
Next, as shown in FIG. 5D (i), after forming an interlayer insulating layer covering the
最後に、図5Eの(j)に示すように、抵抗変化素子18を被覆する層間絶縁層を形成し、その層間絶縁層中に、抵抗変化素子18に接続される第4Bのコンタクトプラグ19、及び、第3の配線16に接続される第4Cのコンタクトプラグ20を形成する。更に、その層間絶縁層上に、これらのコンタクトプラグに接続される第4の配線21を形成して、半導体記憶装置1000が完成する。
Finally, as shown in FIG. 5E (j), an interlayer insulating layer covering the
以上のように、本実施の形態における半導体記憶装置1000の製造方法は、主要な工程として、(1)第1の基板1上の第1領域(DRAM周辺回路領域102)にDRAM部の周辺回路用トランジスタを形成する工程と、(2)第1の基板1上の第2領域(DRAMメモリセルアレイ領域101)にDRAM部のメモリセル用トランジスタを形成する工程と、(3)第1の基板1上の第3領域(ReRAM周辺回路領域202)にReRAM部の周辺回路用トランジスタを形成する工程と、(4)第1領域(DRAM周辺回路領域102)の上方に、DRAM部の周辺回路用配線(第1の配線6)を形成する工程と、(5)第2領域(DRAMメモリセルアレイ領域101)の上方に、DRAM部の容量素子8及び配線(第2の配線11)を形成する工程と、(6)第2領域の上方及びDRAM部の容量素子8及び配線上に、ReRAM部のメモリセル(メモリセルトランジスタ13、抵抗変化素子18等)及び配線(第3の配線16)を形成する工程と、(7)第3領域の上方に、ReRAM部の周辺回路用配線(第1の配線6、第2の配線11、第3の配線16等)を形成する工程とを含む。
As described above, the manufacturing method of the
そして、本実施の形態では、ReRAMメモリセルは1T1Rで構成されるので、ReRAM部のメモリセル及び配線を形成する工程は、(1)第2の基板12を形成する工程と、(2)第2の基板12上にReRAM部のメモリセル用トランジスタ(メモリセルトランジスタ13)を形成する工程と、(3)ReRAM部の抵抗変化素子(抵抗変化素子18)を形成する工程とを含む。
In this embodiment, since the ReRAM memory cell is composed of 1T1R, the process of forming the memory cell and the wiring of the ReRAM portion includes (1) a process of forming the
このような製造方法により、本実施の形態における半導体記憶装置1000、つまり、モバイル端末等の小型情報機器への適用が可能な低消費電力・小型化性能に優れた、揮発性記憶装置と不揮発性記憶装置との混載チップが製造される。
With such a manufacturing method, the volatile storage device and the nonvolatile memory excellent in low power consumption and downsizing performance that can be applied to the
なお、本実施の形態の半導体記憶装置1000には図示しなかったが、混載DRAMプロセスなどと同様に、上記のDRAM及びReRAM以外の領域にSOCであるシステムLSI(モバイル用であれば、ベースバンドプロセッサ)などを形成してもかまわない。つまり、本発明は、本実施の形態における半導体記憶装置を備えるモバイル端末等の小型情報機器として実現してもよい。そのときに、本実施の形態における半導体記憶装置に各種プロセッサ等の回路を組み込んでもよい。
Although not shown in the
以上の製造方法により、ReRAM及びDRAMをそれぞれ単独に形成した場合と同様に、ReRAMの低消費電力性と不揮発性、DRAMの高速性などの強みを活かした半導体記憶装置を実現することができる。その理由は、動作を制御するのに必要なメモリの周辺回路用のトランジスタ及び結晶欠陥に敏感なDRAM用メモリセルトランジスタは、安定で結晶欠陥の少ない第1の基板1上に形成し、高い駆動電流とスイッチ特性のみでかまわないReRAM用メモリセルトランジスタは、第2の基板12に形成しているからである。また、ReRAMの抵抗変化素子の形成に熱バジェットが少ないことを利用して、DRAM部の上方(より上層)に面積的な主要部となるReRAMメモリセルアレイを配置することで、大幅な面積の削減が可能になる。これにより、スタックのパッケージ技術の必要がない薄型で小面積な半導体記憶装置を実現することができる。
By the manufacturing method described above, a semiconductor memory device can be realized that takes advantage of the low power consumption and non-volatility of ReRAM and the high speed of DRAM as in the case of forming ReRAM and DRAM independently. The reason for this is that the peripheral circuit transistors for memory and the DRAM memory cell transistors sensitive to crystal defects necessary for controlling the operation are formed on the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る半導体記憶装置は、第1の基板と、第1の基板上に形成され、複数の容量素子を有するDRAMメモリセルアレイ、及び、DRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるDRAM周辺回路を含むDRAM部と、複数の抵抗変化素子を有するReRAMメモリセルアレイ、及び、ReRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるReRAM周辺回路を含むReRAM部とを備え、ReRAMメモリセルアレイは、DRAM部よりも上層に形成され、DRAM周辺回路及びReRAM周辺回路は、第1の基板上の領域であって、DRAMメモリセルアレイよりも周縁の領域に形成されている。ここで、ReRAMメモリセルアレイは、複数の抵抗変化素子に加え、複数の電流制御素子を有するクロスポイント型メモリセルアレイである。つまり、本実施の形態では、ReRAMメモリセルは、1個の電流制御素子(例えば、双方向ダイオード)と1個の抵抗変化素子とが直列接続されて構成されるクロスポイント型である。
(Embodiment 2)
A semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention includes a first substrate, a DRAM memory cell array formed on the first substrate and having a plurality of capacitive elements, and a peripheral circuit for the DRAM memory cell array. A DRAM unit including a DRAM peripheral circuit, a ReRAM memory cell array having a plurality of resistance change elements, and a ReRAM unit including a ReRAM peripheral circuit that is a peripheral circuit for the ReRAM memory cell array. The DRAM peripheral circuit and the ReRAM peripheral circuit are formed on a region on the first substrate and in a peripheral region with respect to the DRAM memory cell array. Here, the ReRAM memory cell array is a cross-point type memory cell array having a plurality of current control elements in addition to a plurality of resistance change elements. That is, in this embodiment, the ReRAM memory cell is a cross-point type configured by connecting one current control element (for example, a bidirectional diode) and one resistance change element in series.
以上の構成により、ReRAMやDRAMをそれぞれ単独に形成した場合と同様に、ReRAMの低消費電力性と不揮発性、DRAMの高速性などの強みを活かした半導体記憶装置を実現することができる。また、DRAM部の上方(より上層)に、面積的な主要部となるクロスポイント型ReRAMメモリセルアレイを多層化できることで、大容量化も実現できた上に、チップ面積としては大幅な面積の削減が可能になる。 With the above configuration, it is possible to realize a semiconductor memory device that takes advantage of the low power consumption and non-volatility of ReRAM and the high speed of DRAM as in the case where ReRAM and DRAM are formed independently. In addition, since the cross-point type ReRAM memory cell array, which is the main area, can be multilayered above the DRAM section (above), the capacity can be increased and the chip area can be significantly reduced. Is possible.
以下、本実施の形態における半導体記憶装置の構成の具体例として、図6A及び図6Bを用いて説明する。図6Aは、本発明の実施の形態2における半導体記憶装置2000の構成例を示す断面図である。図6Bは、その平面図である。
A specific example of the structure of the semiconductor memory device in this embodiment will be described below with reference to FIGS. 6A and 6B. FIG. 6A is a cross-sectional view showing a configuration example of the
本発明の実施の形態2における半導体記憶装置2000の構成について、本発明の実施の形態1における半導体記憶装置1000との違いは、ReRAMのメモリセルアレイのスイッチング素子がメモリセルトランジスタでなく、電流制御素子(例えば、双方向ダイオード)になっている点である。つまり、本実施の形態では、実施の形態1においてメモリセルトランジスタと抵抗変化素子とで構成されるメモリセルが、抵抗変化素子と電流制御素子とで構成されるクロスポイント型メモリセルに置き換えられている。このため、メモリセルトランジスタを要しないことから、実施の形態1に必要であった第2の基板12を必要としない。この点で、本実施の形態における半導体記憶装置2000は、その構造がより簡単である。DRAM部の構造及びDRAM領域とReRAM領域の平面図は、実施の形態1と同様である。
The configuration of the
第1の基板1上に、DRAMメモリセルアレイ領域101、DRAM周辺回路領域102及びReRAM周辺回路領域202の3つの領域を有する。更に、DRAM部よりも上層(本実施の形態では、DRAMメモリセルアレイ領域101とDRAM周辺回路領域102の上方)に、ReRAMメモリセルアレイ領域201が配置される関係にある。つまり、本実施の形態では、実施の形態1と同様に、ReRAMメモリセルアレイ領域201は、DRAMメモリセルアレイ領域101の上方、及び、DRAM周辺回路領域102の上方に位置している。また、ReRAM周辺回路領域202は、第1の基板1上の位置であって、DRAM周辺回路領域102よりも周縁に位置している。なお、図6Bに示されるように、半導体記憶装置2000を上方から平面視したときのDRAMメモリセルアレイ領域101、DRAM周辺回路領域102、ReRAMメモリセルアレイ領域201及びReRAM周辺回路領域202の位置は、図4Bに示される実施の形態1と同じである。
On the
図6Aに示されるように、DRAMメモリセルアレイ領域101の第1の基板1上にはDRAMのメモリセルトランジスタ4が、DRAM周辺回路領域102の第1の基板1上には、DRAMの周辺回路用トランジスタ3が、ReRAM周辺回路領域202の第1の基板1上には、ReRAMの周辺回路用トランジスタ2が形成されている。
As shown in FIG. 6A, a DRAM
上記各種トランジスタ(メモリセルトランジスタ4、周辺回路用トランジスタ3、周辺回路用トランジスタ2)を覆う層間絶縁層中には、第1の基板1上の各トランジスタの主電極に接続される第1のコンタクトプラグ5が形成され、さらに、第1のコンタクトプラグ5上には、これに接続される第1の配線(第1の配線層)6が形成されている。DRAMメモリセルアレイ領域101においては、第1のコンタクトプラグ5の上に、ビット線として機能する第1の配線6のほかに、第2Aのコンタクトプラグ7が形成され、その上に容量素子8が形成される。
In an interlayer insulating layer covering the various transistors (
容量素子8は、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極で構成される。なお、容量素子8の構造として、ここでは、プレーナ型を例示したが、コンケイブ型であってもかまわない。容量素子8上には第2Bのコンタクトプラグ9が形成されている。
The
一方、DRAM周辺回路領域102及びReRAM周辺回路領域202では、第1の配線6を覆う層間絶縁層中に、第1の配線6に接続される第2Cのコンタクトプラグ10が形成されている。さらに、これらの第2Bのコンタクトプラグ9及び第2Cのコンタクトプラグ10上に、これらに接続される第2の配線(第2の配線層)11が形成される。以上の説明した構成要素で、DRAM部は装置として完成している。
On the other hand, in the DRAM
DRAMメモリセルアレイ領域101とDRAM周辺回路領域102の上方には、クロスポイント型のReRAMメモリセルアレイが形成されるReRAMメモリセルアレイ領域201が配置されている。ReRAMメモリセルアレイ領域201においては、層間絶縁層を介して、第2の配線11と第3の配線(第3の配線層)16とが形成され、その上に第4Aのコンタクトプラグ17と第1層の抵抗変化素子18とが形成される。
Above the DRAM memory
第1層のクロスポイント型メモリセル22は、抵抗変化素子及び電流制御素子を構成する下部電極、電流制御層、抵抗変化層及び上部電極で構成され、非線形な電流電圧特性、つまり、ダイオード特性機能を有する。これらのクロスポイント型メモリセル22上には、これに接続される、第3の配線16と、第3の配線16に直交する第4の配線(第4の配線層)21とが形成される。この第4の配線21の上に、第5Aのコンタクトプラグ23と第2層のクロスポイント型メモリセル24とが形成される。
The first-layer cross-point
第2層のクロスポイント型メモリセル24も、抵抗変化素子及び電流制御素子を構成する下部電極、電流制御層、抵抗変化層及び上部電極で構成され、第1層と同様に、非線形な電流電圧特性、つまり、ダイオード特性機能を有する。これらの第2層のクロスポイント型メモリセル24上には、これに接続される、第4の配線21と、第4の配線21に直交する第5の配線(第5の配線層)26とが形成される。なお、ここでは、クロスポイント型メモリセル(上下の配線の交差点に、抵抗変化素子と電流制御素子とが接続されたメモリセル)として、プレーナ構造を例示したが、ホール型であってもかまわない。ReRAMメモリセルアレイ領域201においては、第3の配線16と第4の配線21とが直交し、また第4の配線21と第5の配線26とが直交する。これがクロスポイント型と呼ばれる所以である。
The
一方、ReRAM周辺回路領域202では、第2の配線11を覆う層間絶縁層中に、第2の配線11に接続される第3Bのコンタクトプラグ15が形成されている。第3Bのコンタクトプラグ15上には第3の配線16が形成されている。第3の配線16を覆う層間絶縁層中には、この第3の配線16に接続される第4Cのコンタクトプラグ20が形成され、さらに、第4Cのコンタクトプラグ20上に、これに接続される第4の配線21が形成される。同様に、第4の配線21を覆う層間絶縁層中には、第4の配線21に接続される第5Cのコンタクトプラグ25が形成され、さらに、第5Cのコンタクトプラグ25の上に第5の配線26が形成されている。ReRAM周辺回路領域202では、第3の配線16、第4の配線21及び第5の配線26は所望のレイアウトに配置されているものである。したがって、これらの配線は、すべてが直交する必要はなく、また、配線の一部の領域が他の配線と並行に配置されていてもかまわない。
On the other hand, in the ReRAM
以上のように、本実施の形態における半導体記憶装置2000は、第1の基板1上に形成され、複数の容量素子8を有するDRAMメモリセルアレイ(メモリセルトランジスタ4、容量素子8等)、及び、DRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるDRAM周辺回路(周辺回路用トランジスタ3等)を含むDRAM部と、複数の抵抗変化素子を有するReRAMメモリセルアレイ(第1層のクロスポイント型メモリセル22、第2層のクロスポイント型メモリセル24)、及び、ReRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるReRAM周辺回路(周辺回路用トランジスタ2等)を含むReRAM部とを備える。そして、ReRAMメモリセルアレイは、DRAM部よりも上層に形成され、DRAM周辺回路及びReRAM周辺回路は、第1の基板1上の領域であって、DRAMメモリセルアレイよりも周縁の領域に形成されている。これにより、DRAM部の上方(より上層)に、面積的な主要部となるReRAMメモリセルアレイが配置されるので、大幅に面積が削減された半導体記憶装置が実現され、モバイル端末等の小型情報機器への適用が可能な低消費電力・小型化性能に優れた、揮発性記憶装置と不揮発性記憶装置との混載チップが実現される。
As described above, the
なお、本実施の形態では、ReRAMメモリセルアレイは、複数の抵抗変化素子に加え、複数の電流制御素子を有するクロスポイント型メモリセルアレイである。 In the present embodiment, the ReRAM memory cell array is a cross-point type memory cell array having a plurality of current control elements in addition to a plurality of resistance change elements.
次に、以上のように構成された本実施の形態における半導体記憶装置2000の製造方法について説明する。図7Aから図7Cは、本発明の実施の形態2における半導体記憶装置2000の製造方法を示す、半導体記憶装置2000の断面図である。図7Aに示される工程以前の工程は、図5Aの(a)〜図5Bの(f)と同様であるので、説明を省略する。
Next, a method for manufacturing the
まず、図7Aに示すように、第1の基板1上のDRAMメモリセルアレイ領域101とDRAM周辺回路領域102には、DRAMが形成されている。その外側(周縁)のReRAM周辺回路領域202には、ReRAMの周辺回路用トランジスタ2が形成されている。この上に、全体を被覆する層間絶縁層を形成し、ReRAM周辺回路領域202において、第2の配線11と接続される第3Bのコンタクトプラグ15を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, a DRAM is formed in the DRAM memory
次に、図7Bに示すように、ReRAMメモリセルアレイ領域201において、第3の配線16の上に、層間絶縁層を貫通する第4Aのコンタクトプラグ17を形成する。更に、第4Aのコンタクトプラグ17上に、下部電極、電流制御層、抵抗変化層及び上部電極で構成される第1層のクロスポイント型メモリセル22を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 7B, in the ReRAM memory
次に、図7Cに示すように、まず、ReRAM周辺回路領域202において、第3の配線16上に第4Cのコンタクトプラグ20を形成する。更に、この第4Cのコンタクトプラグ20と第1層のクロスポイント型メモリセル22とに接続される第4の配線21を形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, first, a
次に、図7Dに示すように、ReRAMメモリセルアレイ領域201において、第4の配線21の上に、層間絶縁層を貫通する第5Aのコンタクトプラグ23を形成する。更に、第5Aのコンタクトプラグ23上に、下部電極、電流制御層、抵抗変化層及び上部電極で構成される第2層のクロスポイント型メモリセル24を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 7D, in the ReRAM memory
最後に、図7Eに示すように、まず、ReRAM周辺回路領域202において、第4の配線21上に第5Cのコンタクトプラグ25を形成する。更に、この第5Cのコンタクトプラグ25と第2層のクロスポイント型メモリセル24とに接続される第5の配線26を形成して、半導体記憶装置2000が完成する。
Finally, as shown in FIG. 7E, first, a
以上のように、本実施の形態における半導体記憶装置2000の製造方法は、主要な工程として、(1)第1の基板1上の第1領域(DRAM周辺回路領域102)にDRAM部の周辺回路用トランジスタを形成する工程と、(2)第1の基板1上の第2領域(DRAMメモリセルアレイ領域101)にDRAM部のメモリセル用トランジスタを形成する工程と、(3)第1の基板1上の第3領域(ReRAM周辺回路領域202)にReRAM部の周辺回路用トランジスタを形成する工程と、(4)第1領域(DRAM周辺回路領域102)の上方に、DRAM部の周辺回路用配線(第1の配線6)を形成する工程と、(5)第2領域(DRAMメモリセルアレイ領域101)の上方に、DRAM部の容量素子8及び配線(第2の配線11)を形成する工程と、(6)第2領域の上方及びDRAM部の容量素子8及び配線上に、ReRAM部のメモリセル(1層のクロスポイント型メモリセル22、第2層のクロスポイント型メモリセル24)及び配線(第3の配線16、第4の配線21、第5の配線26)を形成する工程と、(7)第3領域の上方に、ReRAM部の周辺回路用配線(第1の配線6、第2の配線11、第3の配線16、第4の配線21、第5の配線26)を形成する工程とを含む。
As described above, the manufacturing method of the
そして、本実施の形態では、ReRAMメモリセルはクロスポイント型であるので、ReRAM部のメモリセル及び配線を形成する工程では、抵抗変化素子と電流制御素子とで構成されるクロスポイント型メモリセルを形成する。 In this embodiment, since the ReRAM memory cell is a cross-point type, in the step of forming the memory cell and wiring of the ReRAM portion, a cross-point type memory cell composed of a resistance change element and a current control element is used. Form.
このような製造方法により、本実施の形態における半導体記憶装置2000、つまり、モバイル端末等の小型情報機器への適用が可能な低消費電力・小型化性能に優れた、揮発性記憶装置と不揮発性記憶装置との混載チップが製造される。
With such a manufacturing method, the volatile storage device and the nonvolatile memory excellent in low power consumption and downsizing performance that can be applied to the
なお、本実施の形態の半導体記憶装置2000にも図示しなかったが、混載DRAMプロセスなどと同様に、上記のDRAM及びReRAM以外の領域にSOCであるシステムLSI(モバイル用であれば、ベースバンドプロセッサ)など形成してもかまわない。つまり、本発明は、本実施の形態における半導体記憶装置を備えるモバイル端末等の小型情報機器として実現してもよい。そのときに、本実施の形態における半導体記憶装置に各種プロセッサ等の回路を組み込んでもよい。
Although not shown in the
また、本装置では、ReRAMのメモリセルの多層化は2層としたが、必要に応じて1層でも3層以上でもかまわない。 In this device, the number of ReRAM memory cells is two, but it may be one or three or more as required.
以上の製造方法により、ReRAM及びDRAMをそれぞれ単独に形成した場合と同様に、ReRAMの低消費電力性と不揮発性、DRAMの高速性などの強みを活かした半導体記憶装置を実現することができる。その理由は、動作を制御するのに必要なメモリの周辺回路用のトランジスタは、安定で結晶欠陥の少ない第1の基板1上に形成し、高い駆動電流とスイッチ特性のみでかまわないReRAMのスイッチング素子として、抵抗変化素子に接続しダイオード特性を有する電流制御素子を組み込んだからである。また、ReRAMの抵抗変化素子の形成に熱バジェットが少ないことも利用して、DRAM部の上方(より上層)に面積的な主要部となるReRAMメモリセルアレイを配置することで、大幅な面積の削減が可能になる。これにより、スタックのパッケージ技術の必要がない薄型を小面積で形成することができる。さらに、メモリセルトランジスタを必要としないReRAMメモリセルにおいては、多層化をすることで、ReRAM部のメモリを大容量化することもできる。
By the manufacturing method described above, a semiconductor memory device can be realized that takes advantage of the low power consumption and non-volatility of ReRAM and the high speed of DRAM as in the case of forming ReRAM and DRAM independently. The reason is that the transistor for the peripheral circuit of the memory necessary for controlling the operation is formed on the
以上、本発明の複数の態様に係る半導体記憶装置及びその製造方法について、実施の形態1及び2に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態1及び2に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形をこれらの実施の形態1及び2に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
Although the semiconductor memory device and the manufacturing method thereof according to a plurality of aspects of the present invention have been described based on the first and second embodiments, the present invention is not limited to these first and second embodiments. Absent. As long as they do not depart from the gist of the present invention, various modifications conceivable by those skilled in the art are made in these
たとえば、実施の形態1及び2では、ReRAMメモリセルアレイ領域201は、半導体記憶装置を上方から平面視したときに、DRAMメモリセルアレイ領域101とDRAM周辺回路領域102とを合わせた領域に一致したが、このような領域の広さ及び位置に限定されない。図8は、本発明の半導体記憶装置のレイアウトのバリエーションを示す図である。半導体記憶装置を上方から平面視したときに、ReRAMメモリセルアレイ領域201は、図8の(a)に示されるように、DRAMメモリセルアレイ領域101と一致してもよいし、図8の(b)に示されるように、DRAMメモリセルアレイ領域101の一部の領域であってもよい。また、図8の(c)に示されるように、DRAMメモリセルアレイ領域101の一部とDRAM周辺回路領域102の一部とを含む領域であってもよいし、図8の(d)に示されるように、DRAMメモリセルアレイ領域101の全てとDRAM周辺回路領域102の一部とを含む領域であってもよい。さらに、図8の(e)に示されるように、DRAMメモリセルアレイ領域101の全てとDRAM周辺回路領域102の一部とReRAM周辺回路領域202の一部とを含む領域であってもよいし、図8の(f)に示されるように、DRAMメモリセルアレイ領域101の全てとDRAM周辺回路領域102の全てとReRAM周辺回路領域202の一部とを含む領域であってもよい。これらのいずれの位置関係(ReRAMメモリセルアレイ領域201の大きさと位置)を選択するかは、ReRAMメモリセルアレイ領域201に必要とされる記憶容量及び周辺回路との接続関係等により、決定すればよい。
For example, in the first and second embodiments, the ReRAM memory
また、ReRAM周辺回路領域202は、第1の基板1上において、DRAMメモリセルアレイ領域101よりも周縁であればよく、必ずしも、全ての箇所がDRAM周辺回路領域102よりも周縁でなくてもよい。たとえば、ReRAM周辺回路領域202の一部がDRAM周辺回路領域102の内部に形成されていてもよい。
Further, the ReRAM
本発明は、DRAMとReRAMとが混載された半導体記憶装置及びその製造方法であり、高速で安定動作し、低消費電力に優れたメモリであるので、スマートフォンやタブレット端末などのモバイル系の電子機器に用いられる半導体記憶装置として、特に有用である。 The present invention is a semiconductor memory device in which DRAM and ReRAM are mixedly mounted and a method for manufacturing the same, and is a memory that operates stably at high speed and has excellent low power consumption. Therefore, mobile electronic devices such as smartphones and tablet terminals are provided. It is particularly useful as a semiconductor memory device used for the above.
1 第1の基板
2 ReRAMの周辺回路用トランジスタ
3 DRAMの周辺回路用トランジスタ
4 DRAMのメモリセルトランジスタ
5 第1のコンタクトプラグ
6 第1の配線(第1の配線層)
7 第2Aのコンタクトプラグ
8 容量素子
9 第2Bのコンタクトプラグ
10 第2Cのコンタクトプラグ
11 第2の配線(第2の配線層)
12 第2の基板
13 ReRAMのメモリセルトランジスタ
14 第3Aのコンタクトプラグ
15 第3Bのコンタクトプラグ
16 第3の配線(第3の配線層)
17 第4Aのコンタクトプラグ
18 抵抗変化素子
19 第4Bのコンタクトプラグ
20 第4Cのコンタクトプラグ
21 第4の配線(第4の配線層)
22 第1層のクロスポイント型メモリセル(抵抗変化素子+電流制御素子)
23 第5Aのコンタクトプラグ
24 第2層のクロスポイント型メモリセル(抵抗変化素子+電流制御素子)
25 第5Cのコンタクトプラグ
26 第5の配線(第5の配線層)
101 DRAMメモリセルアレイ領域
102 DRAM周辺回路領域
201 ReRAMメモリセルアレイ領域
202 ReRAM周辺回路領域
1000 本発明の実施の形態1における半導体記憶装置
2000 本発明の実施の形態2における半導体記憶装置
DESCRIPTION OF
7
12
17
22 Cross-point type memory cell of the first layer (resistance change element + current control element)
23 5A Contact plug 24 Second-layer cross-point type memory cell (resistance change element + current control element)
25
101 DRAM memory
Claims (11)
前記第1の基板上に形成され、複数の容量素子を有するDRAMメモリセルアレイ、及び、前記DRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるDRAM周辺回路を含むDRAM部と、
複数の抵抗変化素子を有するReRAMメモリセルアレイ、及び、前記ReRAMメモリセルアレイ用の周辺回路であるReRAM周辺回路を含むReRAM部とを備え、
前記ReRAMメモリセルアレイは、前記DRAM部よりも上層に形成され、
前記DRAM周辺回路及び前記ReRAM周辺回路は、前記第1の基板上の領域であって、前記DRAMメモリセルアレイよりも周縁の領域に形成されている
半導体記憶装置。 A first substrate;
A DRAM memory cell array formed on the first substrate and having a plurality of capacitive elements, and a DRAM section including a DRAM peripheral circuit which is a peripheral circuit for the DRAM memory cell array;
A ReRAM memory cell array having a plurality of resistance change elements, and a ReRAM unit including a ReRAM peripheral circuit that is a peripheral circuit for the ReRAM memory cell array,
The ReRAM memory cell array is formed in an upper layer than the DRAM unit,
The DRAM peripheral circuit and the ReRAM peripheral circuit are formed in a region on the first substrate and in a peripheral region with respect to the DRAM memory cell array.
請求項1記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the ReRAM memory cell array is formed at least above the DRAM memory cell array.
請求項2記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the ReRAM memory cell array is formed above the DRAM memory cell array and above the DRAM peripheral circuit.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 4. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the ReRAM peripheral circuit is a region on the first substrate and is formed in a peripheral region with respect to the DRAM peripheral circuit. 5.
前記ReRAMメモリセルアレイは、前記複数の抵抗変化素子に加え、前記第2の基板上に形成された複数のメモリセルトランジスタを有する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 And a second substrate formed above the DRAM portion,
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the ReRAM memory cell array includes a plurality of memory cell transistors formed on the second substrate in addition to the plurality of resistance change elements.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the ReRAM memory cell array is a cross-point type memory cell array having a plurality of current control elements in addition to the plurality of resistance change elements.
前記第1の配線層及び前記第2の配線層は、前記DRAM部に形成され、
前記第3の配線層は、前記ReRAMメモリセルアレイの最下層の配線層である
請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 Furthermore, a first wiring layer, a second wiring layer, and a third wiring layer are provided above the first substrate in order from the one closer to the first substrate.
The first wiring layer and the second wiring layer are formed in the DRAM portion,
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the third wiring layer is a lowermost wiring layer of the ReRAM memory cell array.
前記基板上の第2領域にDRAM部のメモリセル用トランジスタを形成する工程と、
前記基板上の第3領域にReRAM部の周辺回路用トランジスタを形成する工程と、
前記第1領域の上方に、DRAM部の周辺回路用配線を形成する工程と、
前記第2領域の上方に、DRAM部の容量素子及び配線を形成する工程と、
前記第2領域の上方及び前記DRAM部の容量素子及び配線上に、ReRAM部のメモリセル及び配線を形成する工程と、
前記第3領域の上方に、ReRAM部の周辺回路用配線を形成する工程と
を含む半導体記憶装置の製造方法。 Forming a peripheral circuit transistor of the DRAM portion in a first region on the substrate;
Forming a memory cell transistor of a DRAM portion in a second region on the substrate;
Forming a peripheral circuit transistor of the ReRAM portion in a third region on the substrate;
Forming a peripheral circuit wiring of a DRAM portion above the first region;
Forming a capacitor and a wiring of a DRAM section above the second region;
Forming a memory cell and a wiring of the ReRAM unit above the second region and on the capacitor and wiring of the DRAM unit;
Forming a peripheral circuit wiring of a ReRAM portion above the third region. A method of manufacturing a semiconductor memory device.
第2の基板を形成する工程と、
前記第2の基板上に前記ReRAM部のメモリセル用トランジスタを形成する工程と、
前記ReRAM部の抵抗変化素子を形成する工程とを含む
請求項9記載の半導体記憶装置の製造方法。 Forming the memory cell and the wiring of the ReRAM portion;
Forming a second substrate;
Forming a memory cell transistor of the ReRAM portion on the second substrate;
The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 9, further comprising: forming a resistance change element of the ReRAM portion.
請求項9記載の半導体記憶装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 9, wherein in the step of forming the memory cell and the wiring in the ReRAM portion, a memory cell including a resistance change element and a current control element is formed.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20150312 |