JP2018093095A - Memory device - Google Patents

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弘毅 徳平
Koki Tokuhira
弘毅 徳平
哲 諸岡
Satoru Morooka
哲 諸岡
利之 遠田
Toshiyuki Toda
利之 遠田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a memory device capable of independently driving a memory cell with high accuracy.SOLUTION: A memory device includes first wiring that extends in a first direction, second wiring that extends in a second direction that crosses the first direction, third wiring that is arranged in the first direction when viewed from the second wiring and that extends in the second direction, and first resistance change film provided between the first wiring and the second wiring and between the first wiring and the third wiring. The first resistance change film has two or more layers the compositions of which are different from each other. At least two layers out of the two or more layers are arranged between the second wiring and the third wiring in the first direction.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

実施形態は、記憶装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a storage device.

近年、相互に直交した方向に延びる2種類の配線の間に抵抗変化膜を接続した記憶装置が提案されている。これにより、2端子型のメモリセルを3次元的に集積させることができ、大容量化を図ることができる。このような記憶装置においては、各メモリセルを精度良く独立して駆動することが課題となる。   In recent years, a memory device in which a resistance change film is connected between two types of wirings extending in directions orthogonal to each other has been proposed. As a result, two-terminal memory cells can be integrated three-dimensionally, and the capacity can be increased. In such a memory device, it becomes a problem to drive each memory cell independently with high accuracy.

特開2014−49745号公報JP 2014-49745 A

実施形態の目的は、メモリセルを精度良く独立して駆動できる記憶装置を提供することである。   An object of the embodiment is to provide a memory device that can independently drive a memory cell with high accuracy.

実施形態に係る記憶装置は、第1方向に延びる第1配線と、前記第1方向に対して交差した第2方向に延びる第2配線と、前記第2配線から見て、前記第1方向に配置され、前記第2方向に延びる第3配線と、前記第1配線と前記第2配線との間、及び、前記第1配線と前記第3配線との間に設けられた第1抵抗変化膜と、を備える。前記第1抵抗変化膜は、組成が相互に異なる2以上の層を有する。前記2以上の層のうち少なくとも2つの層が、前記第1方向において、前記第2配線と前記第3配線との間に配置されている。   The storage device according to the embodiment includes a first wiring extending in a first direction, a second wiring extending in a second direction intersecting the first direction, and the first wiring as viewed from the second wiring. A third wiring disposed and extending in the second direction; a first resistance change film provided between the first wiring and the second wiring; and between the first wiring and the third wiring. And comprising. The first resistance change film includes two or more layers having different compositions. At least two of the two or more layers are disposed between the second wiring and the third wiring in the first direction.

第1の実施形態に係る記憶装置を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a storage device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a memory cell of a memory device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る記憶装置のリセット動作を示す図である。It is a figure which shows the reset operation | movement of the memory | storage device which concerns on 1st Embodiment. 比較例に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the memory cell of the memory | storage device which concerns on a comparative example. (a)及び(b)は、バリア層内の電子密度分布のシミュレーション結果を示す図であり、(a)は第1の実施形態を示し、(b)は比較例を示す。(A) And (b) is a figure which shows the simulation result of the electron density distribution in a barrier layer, (a) shows 1st Embodiment, (b) shows a comparative example. 横軸にビット線とワード線との間の電圧をとり、縦軸にワード線に流れる電流の絶対値をとって、リセット動作時に各ワード線に流れる電流の大きさを比較したグラフ図である。FIG. 6 is a graph comparing the magnitude of current flowing through each word line during a reset operation, with the horizontal axis representing the voltage between the bit line and the word line and the vertical axis representing the absolute value of the current flowing through the word line. . 第2の実施形態に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the memory cell of the memory | storage device which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the memory cell of the memory | storage device which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the memory cell of the memory | storage device which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the memory cell of the memory | storage device which concerns on 5th Embodiment. (a)及び(b)は、第6の実施形態に係る記憶装置の製造方法を示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the memory | storage device which concerns on 6th Embodiment. (a)及び(b)は、第6の実施形態に係る記憶装置の製造方法を示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the memory | storage device which concerns on 6th Embodiment. (a)及び(b)は、第7の実施形態に係る記憶装置の製造方法を示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the memory | storage device which concerns on 7th Embodiment. 第7の実施形態に係る記憶装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the memory | storage device which concerns on 7th Embodiment. (a)及び(b)は、第8の実施形態に係る記憶装置の製造方法を示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the memory | storage device which concerns on 8th Embodiment. (a)及び(b)は、第8の実施形態に係る記憶装置の製造方法を示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the memory | storage device which concerns on 8th Embodiment.

(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る記憶装置を示す斜視図である。
図2は、本実施形態に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a storage device according to the present embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the memory cell of the memory device according to the present embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係る記憶装置1においては、複数本のグローバルビット線11が設けられている。グローバルビット線11は、例えば、シリコン基板(図示せず)の上層部分が素子分離絶縁体(図示せず)によって区画されて形成されているか、又は、シリコン基板上に絶縁膜(図示せず)が設けられ、その上に、ポリシリコンが堆積されて形成されている。   As shown in FIG. 1, in the storage device 1 according to the present embodiment, a plurality of global bit lines 11 are provided. The global bit line 11 is formed by, for example, an upper layer portion of a silicon substrate (not shown) partitioned by an element isolation insulator (not shown), or an insulating film (not shown) on the silicon substrate. , And polysilicon is deposited thereon.

以下、本明細書においては、XYZ直交座標系を採用する。グローバルビット線11が延びる方向を「X方向」とし、グローバルビット線11の配列方向を「Y方向」とする。また、X方向及びY方向に対して直交する方向を「Z方向」とする。Z方向のうちの一方を「上」ともいい、他方を「下」ともいうが、この表現は便宜的なものであり、重力の方向とは無関係である。   Hereinafter, in this specification, an XYZ orthogonal coordinate system is adopted. The direction in which the global bit line 11 extends is defined as “X direction”, and the arrangement direction of the global bit line 11 is defined as “Y direction”. A direction perpendicular to the X direction and the Y direction is referred to as a “Z direction”. One of the Z directions is also referred to as “up” and the other is also referred to as “down”, but this expression is for convenience and is independent of the direction of gravity.

各グローバルビット線11上には、複数のシリコン部材12が設けられている。Z方向から見て、シリコン部材12はX方向及びY方向に沿ってマトリクス状に配列されている。各シリコン部材12の形状はZ方向を長手方向とした直方体である。そして、X方向に沿って1列に配列された複数本のシリコン部材12の下端12aが、1本のグローバルビット線11に共通接続されている。   A plurality of silicon members 12 are provided on each global bit line 11. As viewed from the Z direction, the silicon members 12 are arranged in a matrix along the X direction and the Y direction. The shape of each silicon member 12 is a rectangular parallelepiped with the Z direction as the longitudinal direction. The lower ends 12 a of the plurality of silicon members 12 arranged in a line along the X direction are commonly connected to one global bit line 11.

各シリコン部材12においては、下、すなわち、グローバルビット線11側から、上に向かって、n形部分13、p形部分14、n形部分15がZ方向に沿ってこの順に配列されている。なお、n形とp形の関係は逆になってもよい。 In each silicon member 12, n + -type portion 13, p -type portion 14, and n + -type portion 15 are arranged in this order along the Z direction from the bottom, that is, from the global bit line 11 side to the top. ing. Note that the relationship between the n-type and the p-type may be reversed.

X方向におけるシリコン部材12間には、Y方向に延びる2本のゲート電極16が設けられている。ゲート電極16は例えばポリシリコンにより形成されている。X方向から見て、ゲート電極16は、n形部分13の上部、p形部分14の全体、n形部分15の下部と重なっている。 Between the silicon members 12 in the X direction, two gate electrodes 16 extending in the Y direction are provided. The gate electrode 16 is made of, for example, polysilicon. When viewed from the X direction, the gate electrode 16 overlaps the upper portion of the n + -type portion 13, the entire p -type portion 14, and the lower portion of the n + -type portion 15.

シリコン部材12とゲート電極16との間には、例えばシリコン酸化物からなるゲート絶縁膜17が設けられている。n形部分13、p形部分14及びn形部分15を含むシリコン部材12、ゲート絶縁膜17、並びに、シリコン部材12を挟む一対のゲート電極16により、例えばnチャネル形のTFT19が構成されている。TFT19は、電流の導通及び遮断を切り替えるスイッチング素子である。 A gate insulating film 17 made of, for example, silicon oxide is provided between the silicon member 12 and the gate electrode 16. The silicon member 12 including the n + -type portion 13, the p -type portion 14 and the n + -type portion 15, the gate insulating film 17, and the pair of gate electrodes 16 sandwiching the silicon member 12 constitute, for example, an n-channel TFT 19. Has been. The TFT 19 is a switching element that switches between current conduction and interruption.

シリコン部材12上には、例えばチタン窒化物(TiN)からなるローカルビット線21が設けられている。ローカルビット線21はZ方向に延びており、その形状は、例えば四角柱形である。すなわち、ローカルビット線21の長手方向はZ方向であり、ローカルビット線21のZ方向における長さは、X方向における長さ及びY方向における長さよりも長い。   On the silicon member 12, a local bit line 21 made of, for example, titanium nitride (TiN) is provided. The local bit line 21 extends in the Z direction, and its shape is, for example, a quadrangular prism. That is, the longitudinal direction of the local bit line 21 is the Z direction, and the length of the local bit line 21 in the Z direction is longer than the length in the X direction and the length in the Y direction.

ローカルビット線21の下端21aはシリコン部材12の上端12bに接続されている。各ローカルビット線21は各シリコン部材12の直上域に配置されているため、記憶装置1全体では、複数本のローカルビット線21がX方向及びY方向に沿ってマトリクス状に配列されている。   The lower end 21 a of the local bit line 21 is connected to the upper end 12 b of the silicon member 12. Since each local bit line 21 is disposed immediately above each silicon member 12, a plurality of local bit lines 21 are arranged in a matrix along the X direction and the Y direction in the entire storage device 1.

ローカルビット線21のX方向に向いた両側面21c上には、抵抗変化膜22が設けられている。抵抗変化膜22は、印加される電圧又は電流によって抵抗状態が変化する膜である。   A resistance change film 22 is provided on both side surfaces 21 c of the local bit line 21 facing the X direction. The resistance change film 22 is a film whose resistance state changes according to an applied voltage or current.

X方向において隣り合うローカルビット線21間には、Y方向に延びるワード線23が複数本設けられており、Z方向において相互に離隔して配列されている。Y方向から見て、ワード線23はX方向及びZ方向に沿ってマトリクス状に配列されている。ワード線23は、例えば、チタン窒化物(TiN)により形成されている。抵抗変化膜22は、ローカルビット線21とワード線23との間に接続されている。   A plurality of word lines 23 extending in the Y direction are provided between the local bit lines 21 adjacent in the X direction, and are arranged apart from each other in the Z direction. When viewed from the Y direction, the word lines 23 are arranged in a matrix along the X direction and the Z direction. The word line 23 is made of, for example, titanium nitride (TiN). The resistance change film 22 is connected between the local bit line 21 and the word line 23.

これにより、ローカルビット線21とワード線23との交差部分毎に、抵抗変化膜22を介してメモリセルMCが構成される。メモリセルMCは、X方向、Y方向及びZ方向に沿って三次元マトリクス状に配列されている。   Thus, a memory cell MC is configured via the resistance change film 22 at each intersection between the local bit line 21 and the word line 23. The memory cells MC are arranged in a three-dimensional matrix along the X direction, the Y direction, and the Z direction.

図2に示すように、Z方向におけるワード線23間には、例えばシリコン酸化物(SiO)からなる層間絶縁膜24が設けられている。これにより、ワード線23及び層間絶縁膜24は、Z方向に沿って交互に配列されている。そして、層間絶縁膜24とローカルビット線21との距離は、ワード線23とローカルビット線21との距離よりも長い。このため、Z方向において隣り合うワード線23間には、凹部25が形成されている。   As shown in FIG. 2, an interlayer insulating film 24 made of, for example, silicon oxide (SiO) is provided between the word lines 23 in the Z direction. Thereby, the word lines 23 and the interlayer insulating films 24 are alternately arranged along the Z direction. The distance between the interlayer insulating film 24 and the local bit line 21 is longer than the distance between the word line 23 and the local bit line 21. For this reason, a recess 25 is formed between adjacent word lines 23 in the Z direction.

抵抗変化膜22においては、低抵抗層(スイッチ層)26及びバリア層27が積層されている。低抵抗層26はローカルビット線21側に配置されており、バリア層27はワード線23側に配置されている。すなわち、低抵抗層26はローカルビット線21とバリア層27との間に配置されており、バリア層27は低抵抗層26とワード線23との間に配置されている。バリア層27の抵抗率は、低抵抗層26の抵抗率よりも高い。   In the resistance change film 22, a low resistance layer (switch layer) 26 and a barrier layer 27 are laminated. The low resistance layer 26 is disposed on the local bit line 21 side, and the barrier layer 27 is disposed on the word line 23 side. That is, the low resistance layer 26 is disposed between the local bit line 21 and the barrier layer 27, and the barrier layer 27 is disposed between the low resistance layer 26 and the word line 23. The resistivity of the barrier layer 27 is higher than the resistivity of the low resistance layer 26.

低抵抗層26は、例えば、金属酸化物により形成されており、例えば、チタン酸化物(TiO)又はタングステン酸化物(WO)により形成されている。低抵抗層26の厚さは、例えば、6nm程度である。低抵抗層26には、ローカルビット線21に沿ってZ方向に延びる本体部26bと、本体部26bからX方向に延出し、Z方向において隣り合うワード線23間の空間内に突出した凸部26aが設けられている。   The low resistance layer 26 is made of, for example, a metal oxide, and is made of, for example, titanium oxide (TiO) or tungsten oxide (WO). The thickness of the low resistance layer 26 is, for example, about 6 nm. The low resistance layer 26 includes a main body portion 26b extending in the Z direction along the local bit line 21, and a convex portion extending from the main body portion 26b in the X direction and projecting into a space between adjacent word lines 23 in the Z direction. 26a is provided.

バリア層27は、例えば、アモルファスシリコン(aSi)又はハフニウム酸化物(HfO)により形成されている。バリア層27においては、厚さ方向(X方向)に沿って電界が印加されると、トンネル電流が流れる。バリア層27の厚さは、例えば、5nm程度である。   The barrier layer 27 is made of, for example, amorphous silicon (aSi) or hafnium oxide (HfO). In the barrier layer 27, when an electric field is applied along the thickness direction (X direction), a tunnel current flows. The thickness of the barrier layer 27 is, for example, about 5 nm.

バリア層27の部分27bは、凹部25の内面に沿って配置されている。このため、バリア層27におけるローカルビット線21側の面には、凹部25を反映した凹部27aが形成されている。そして、低抵抗層26の凸部26aは凹部27a内に進入している。低抵抗層26の凸部26aの先端部及びバリア層27における凸部26aの先端部を覆う部分27bは、Z方向において隣り合うワード線23間に配置されている。換言すれば、バリア層27は、凸部26aにおけるZ方向両側を向いた2つの面、及び、凸部26aの先端面を覆っている。従って、抵抗変化膜22の一部は、Z方向において隣り合うワード線23間に配置されている。   The portion 27 b of the barrier layer 27 is disposed along the inner surface of the recess 25. Therefore, a recess 27 a reflecting the recess 25 is formed on the surface of the barrier layer 27 on the local bit line 21 side. And the convex part 26a of the low resistance layer 26 has entered into the concave part 27a. A portion 27b that covers the tip of the convex portion 26a of the low resistance layer 26 and the tip of the convex portion 26a in the barrier layer 27 is disposed between the word lines 23 adjacent in the Z direction. In other words, the barrier layer 27 covers the two surfaces of the convex portion 26a facing both sides in the Z direction and the front end surface of the convex portion 26a. Therefore, a part of the resistance change film 22 is disposed between the word lines 23 adjacent in the Z direction.

次に、本実施形態に係る記憶装置の動作について説明する。
図3は、本実施形態に係る記憶装置のリセット動作を示す図である。
図1に示すように、リセット動作の際には、記憶装置1の駆動回路(図示せず)が、選択されたグローバルビット線11に正の書込電位Vpgmを印加する。また、選択されたゲート電極16にオン電位を印加し、TFT19を導通状態とする。これにより、選択されたローカルビット線21にTFT19を介して書込電位Vpgmが印加される。一方、駆動回路は、選択されたワード線23に接地電位(0V)を印加し、非選択のワード線23には電位(Vpgm/2)を印加する。
Next, the operation of the storage device according to this embodiment will be described.
FIG. 3 is a diagram illustrating a reset operation of the storage device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, during the reset operation, a drive circuit (not shown) of the storage device 1 applies a positive write potential V pgm to the selected global bit line 11. Further, an on potential is applied to the selected gate electrode 16 to make the TFT 19 conductive. As a result, the write potential V pgm is applied to the selected local bit line 21 via the TFT 19. On the other hand, the drive circuit applies the ground potential (0 V) to the selected word line 23 and applies the potential (V pgm / 2) to the non-selected word line 23.

これにより、図3に示すように、選択されたローカルビット線21と選択されたワード線23sとの間には、電圧(Vpgm−0)が印加される。このため、バリア層27における選択されたローカルビット線21と選択されたワード線23sとの間に配置された部分27sに電子が集まり、トンネル電子電流31が流れる。この結果、抵抗変化膜22におけるローカルビット線21と選択ワード線23sとの間に配置された部分22sの抵抗値が増加する。一方、選択されたローカルビット線21と非選択のワード線23nとの間には、電圧(Vpgm−Vpgm/2)しか印加されないため、トンネル電流は実質的に流れない。 As a result, as shown in FIG. 3, a voltage (V pgm −0) is applied between the selected local bit line 21 and the selected word line 23s. For this reason, electrons gather in the portion 27 s disposed between the selected local bit line 21 and the selected word line 23 s in the barrier layer 27, and a tunnel electron current 31 flows. As a result, the resistance value of the portion 22s disposed between the local bit line 21 and the selected word line 23s in the resistance change film 22 increases. On the other hand, since only the voltage (V pgm -V pgm / 2) is applied between the selected local bit line 21 and the non-selected word line 23n, the tunnel current does not substantially flow.

また、低抵抗層26の凸部26aの電位が低下して電子が排出され、バリア層27との界面を起点として空乏層32が形成される。このため、バリア層27における凹部25内に配置された部分27bには、ローカルビット線21からの電界があまり印加されず、電子があまり集まらない。このため、選択ワード線23sと非選択ワード線23nとの間のリーク電流が抑制される。   Further, the potential of the convex portion 26 a of the low resistance layer 26 is lowered and electrons are discharged, and the depletion layer 32 is formed starting from the interface with the barrier layer 27. For this reason, the electric field from the local bit line 21 is not so much applied to the portion 27b disposed in the recess 25 in the barrier layer 27, and electrons are not collected much. For this reason, the leakage current between the selected word line 23s and the non-selected word line 23n is suppressed.

次に、本実施形態の効果について説明する。
上述の如く、本実施形態に係る記憶装置1においては、リセット時に低抵抗層26の凸部26aの先端部に空乏層32が形成されるため、バリア層27における凹部25内に配置された部分にはローカルビット線21の電界が及びにくくなる。この結果、バリア層27を介したワード線23間のリーク電流を抑制することができる。これにより、メモリセルMCを精度良く独立して駆動できる。
Next, the effect of this embodiment will be described.
As described above, in the memory device 1 according to the present embodiment, the depletion layer 32 is formed at the tip of the convex portion 26a of the low resistance layer 26 at the time of reset, so that the portion disposed in the concave portion 25 in the barrier layer 27 In this case, the electric field of the local bit line 21 is difficult to reach. As a result, leakage current between the word lines 23 via the barrier layer 27 can be suppressed. Thereby, the memory cell MC can be driven independently with high accuracy.

(比較例)
次に、比較例について説明する。
図4は、本比較例に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。
(Comparative example)
Next, a comparative example will be described.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a memory cell of the memory device according to this comparative example.

図4に示すように、本比較例に係る記憶装置101においては、ワード線23におけるローカルビット線21に対向した端面と層間絶縁膜24におけるローカルビット線21に対向した端面が略同一平面を構成している。このため、抵抗変化膜22がZ方向に沿って平坦に形成されており、Z方向において隣り合うワード線23間に進入していない。   As shown in FIG. 4, in the memory device 101 according to this comparative example, the end surface of the word line 23 facing the local bit line 21 and the end surface of the interlayer insulating film 24 facing the local bit line 21 constitute substantially the same plane. doing. Therefore, the resistance change film 22 is formed flat along the Z direction, and does not enter between adjacent word lines 23 in the Z direction.

記憶装置101においては、選択ワード線23sに0Vを印加し、非選択ワード線23nに電位(Vpgm/2)を印加し、ローカルビット線21に書込電位Vpgmを印加すると、バリア層27における低抵抗層26との界面付近に、電子が集まる。この結果、選択ワード線23sをソース電極とし、非選択ワード線23nをドレイン電極とし、低抵抗層26をゲート電極とし、バリア層27をボディとした寄生トランジスタ110が形成されてしまい、選択ワード線23sから非選択ワード線23nに向けて電子電流111が流れる。この結果、選択ワード線23sと非選択ワード線23nとの間でリーク電流が流れてしまう。 In the memory device 101, when 0 V is applied to the selected word line 23 s, a potential (V pgm / 2) is applied to the unselected word line 23 n, and a write potential V pgm is applied to the local bit line 21, the barrier layer 27 Electrons collect near the interface with the low-resistance layer 26 in FIG. As a result, the parasitic transistor 110 having the selected word line 23s as a source electrode, the non-selected word line 23n as a drain electrode, the low resistance layer 26 as a gate electrode, and the barrier layer 27 as a body is formed. An electron current 111 flows from 23s toward the unselected word line 23n. As a result, a leak current flows between the selected word line 23s and the non-selected word line 23n.

図5(a)及び(b)は、バリア層内の電子密度分布のシミュレーション結果を示す図であり、(a)は第1の実施形態を示し、(b)は比較例を示す。
図6は、横軸にビット線とワード線との間の電圧をとり、縦軸にワード線に流れる電流の絶対値をとって、リセット動作時に各ワード線に流れる電流の大きさを比較したグラフ図である。図6の横軸は線形軸であり、縦軸は対数軸である。
5A and 5B are diagrams showing simulation results of the electron density distribution in the barrier layer, where FIG. 5A shows the first embodiment and FIG. 5B shows a comparative example.
In FIG. 6, the horizontal axis represents the voltage between the bit line and the word line, and the vertical axis represents the absolute value of the current flowing through the word line, and the magnitude of the current flowing through each word line during the reset operation is compared. FIG. The horizontal axis in FIG. 6 is a linear axis, and the vertical axis is a logarithmic axis.

図5(a)に示すように、前述の第1の実施形態に係る記憶装置1においては、バリア層27におけるローカルビット線21と選択ワード線23sとの間に配置された部分27sの電子密度が高かった。一方、バリア層27における凹部25内に配置された部分27bの電子密度は低かった。このため、選択ワード線23sと非選択ワード線23nとの間のリーク電流が抑制されていた。   As shown in FIG. 5A, in the memory device 1 according to the first embodiment described above, the electron density of the portion 27s arranged between the local bit line 21 and the selected word line 23s in the barrier layer 27 is shown. Was high. On the other hand, the electron density of the portion 27b disposed in the recess 25 in the barrier layer 27 was low. For this reason, the leakage current between the selected word line 23s and the non-selected word line 23n is suppressed.

これに対して、図5(b)に示すように、比較例に係る記憶装置101においては、バリア層27における低抵抗層26と層間絶縁膜24との間の部分27cの電子密度が、バリア層27における低抵抗層26とワード線23との間の部分27sの電子密度よりも高かった。これにより、バリア層27をボディとした寄生トランジスタが形成されていることが推定された。   On the other hand, as shown in FIG. 5B, in the memory device 101 according to the comparative example, the electron density of the portion 27c between the low resistance layer 26 and the interlayer insulating film 24 in the barrier layer 27 is the barrier. The electron density of the portion 27 s between the low resistance layer 26 and the word line 23 in the layer 27 was higher. Thereby, it was estimated that a parasitic transistor having the barrier layer 27 as a body was formed.

また、図6に示すように、比較例に係る記憶装置においては、リセット時に非選択ワード線に流れる電流の大きさは、選択ワード線に流れる電流の大きさの10分の1程度であった。これに対して、第1の実施形態に係る記憶装置においては、リセット時に非選択ワード線に流れる電流の大きさは、選択ワード線に流れる電流の大きさの100分の1程度であった。従って、第1の実施形態は比較例よりもリーク電流が小さかった。   Further, as shown in FIG. 6, in the memory device according to the comparative example, the magnitude of the current flowing through the non-selected word line at the time of reset was about 1/10 of the magnitude of the current flowing through the selected word line. . In contrast, in the memory device according to the first embodiment, the magnitude of the current flowing through the non-selected word line at the time of reset is about 1/100 of the magnitude of the current flowing through the selected word line. Therefore, the first embodiment has a smaller leakage current than the comparative example.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
図7は、本実施形態に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a memory cell of the memory device according to this embodiment.

図7に示すように、本実施形態に係る記憶装置2においては、抵抗変化膜22の低抵抗層26とバリア層27との間に、界面層28が設けられている。界面層28の抵抗率はバリア層27の抵抗率よりも高い。界面層28は、例えば、アルミニウム酸化物(AlO)又はシリコン酸化物(SiO)により形成されている。界面層28の厚さは低抵抗層26の厚さ及びバリア層27の厚さよりも薄く、例えば、0.5nmである。記憶装置2においては、低抵抗層26の凸部26aの先端部、バリア層27における凸部26aの先端部を覆う部分、及び、界面層28における凸部26aの先端部とバリア層27との間に配置された部分が、Z方向において隣り合うワード線23間に配置されている。なお、リセット時及びセット時においては、界面層28には厚さ方向にトンネル電流が流れるため、ローカルビット線21とワード線23の間で電流が流れる。   As shown in FIG. 7, in the memory device 2 according to the present embodiment, an interface layer 28 is provided between the low resistance layer 26 and the barrier layer 27 of the resistance change film 22. The resistivity of the interface layer 28 is higher than the resistivity of the barrier layer 27. The interface layer 28 is made of, for example, aluminum oxide (AlO) or silicon oxide (SiO). The thickness of the interface layer 28 is thinner than the thickness of the low resistance layer 26 and the thickness of the barrier layer 27, for example, 0.5 nm. In the storage device 2, the tip of the convex portion 26 a of the low resistance layer 26, the portion of the barrier layer 27 covering the tip of the convex portion 26 a, and the tip of the convex portion 26 a in the interface layer 28 and the barrier layer 27. The portion arranged between them is arranged between adjacent word lines 23 in the Z direction. At the time of resetting and setting, a tunnel current flows through the interface layer 28 in the thickness direction, so that a current flows between the local bit line 21 and the word line 23.

本実施形態においては、低抵抗層26とバリア層27との間に界面層28が設けられているため、低抵抗層26とバリア層27との相互拡散及び反応を効果的に抑制することができる。例えば、低抵抗層26がチタン酸化物(TiO)により形成されており、バリア層27がアモルファスシリコン(aSi)により形成されている場合に、低抵抗層26とバリア層27との間にチタンシリサイド(TiSi)が形成されることを抑制できる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
In the present embodiment, since the interface layer 28 is provided between the low resistance layer 26 and the barrier layer 27, it is possible to effectively suppress mutual diffusion and reaction between the low resistance layer 26 and the barrier layer 27. it can. For example, when the low resistance layer 26 is formed of titanium oxide (TiO) and the barrier layer 27 is formed of amorphous silicon (aSi), titanium silicide is interposed between the low resistance layer 26 and the barrier layer 27. Formation of (TiSi) can be suppressed.
Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。
図8は、本実施形態に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a memory cell of the memory device according to this embodiment.

図8に示すように、本実施形態に係る記憶装置3は、前述の第2の実施形態に係る記憶装置2(図7参照)と比較して、層間絶縁膜24が、ワード線23とバリア層27との間に延出している点と、X方向に沿って配列されたワード線23とバリア層27との間に、金属酸化層29が設けられている点が異なっている。層間絶縁膜24におけるワード線23とバリア層27との間に延出した部分を延出部24aとする。金属酸化層29は、ワード線23に含まれる金属の酸化物からなる。例えば、ワード線23がチタン窒化物(TiN)により形成されている場合は、金属酸化層29はチタン酸化物(TiO)により形成されている。   As shown in FIG. 8, the memory device 3 according to the present embodiment has an interlayer insulating film 24, a word line 23, and a barrier compared to the memory device 2 according to the second embodiment (see FIG. 7). The difference is that the metal oxide layer 29 is provided between the word line 23 and the barrier layer 27 arranged along the X direction. A portion of the interlayer insulating film 24 extending between the word line 23 and the barrier layer 27 is defined as an extending portion 24a. The metal oxide layer 29 is made of a metal oxide contained in the word line 23. For example, when the word line 23 is formed of titanium nitride (TiN), the metal oxide layer 29 is formed of titanium oxide (TiO).

本実施形態によれば、ワード線23とバリア層27との間に層間絶縁膜24の延出部24aが配置されているため、ワード線23にZ方向から流入するリーク電流をより効果的に抑制できる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第2の実施形態と同様である。
According to the present embodiment, since the extended portion 24a of the interlayer insulating film 24 is disposed between the word line 23 and the barrier layer 27, the leak current flowing from the Z direction into the word line 23 is more effectively prevented. Can be suppressed.
Configurations, operations, and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the second embodiment described above.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。
図9は、本実施形態に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a memory cell of the memory device according to the present embodiment.

図9に示すように、本実施形態に係る記憶装置4は、前述の第3の実施形態に係る記憶装置3(図8参照)と比較して、低抵抗層26に凸部26a(図8参照)が設けられておらず、絶縁部材30が設けられている点が異なっている。絶縁部材30は絶縁材料により形成されており、例えば、シリコン酸化物(SiO)により形成されている。なお、絶縁部材30の替わりに、空隙が形成されていてもよい。絶縁部材30は、Z方向については界面層28間に配置され、X方向については界面層28と低抵抗層26との間に配置されている。絶縁部材30の一部は、Z方向において隣り合うワード線23間に配置されている。界面層28及びバリア層27は、絶縁部材30におけるZ方向の両側を向いた2つの面、及び、絶縁部材30における層間絶縁膜24に向いた面、すなわち、ローカルビット線21の反対側の面を覆っている。一方、低抵抗層26はZ方向において隣り合うワード線23間には配置されていない。   As shown in FIG. 9, the storage device 4 according to the present embodiment is different from the storage device 3 according to the third embodiment described above (see FIG. 8) in the low resistance layer 26 with the protrusions 26 a (FIG. 8). Reference point) is not provided, and the insulating member 30 is provided. The insulating member 30 is made of an insulating material, for example, silicon oxide (SiO). Instead of the insulating member 30, a gap may be formed. The insulating member 30 is disposed between the interface layer 28 in the Z direction, and is disposed between the interface layer 28 and the low resistance layer 26 in the X direction. A part of the insulating member 30 is disposed between adjacent word lines 23 in the Z direction. The interface layer 28 and the barrier layer 27 include two surfaces facing the both sides in the Z direction of the insulating member 30 and a surface facing the interlayer insulating film 24 of the insulating member 30, that is, a surface opposite to the local bit line 21. Covering. On the other hand, the low resistance layer 26 is not disposed between adjacent word lines 23 in the Z direction.

本実施形態に係る記憶装置4においては、Z方向において隣り合うワード線23間に絶縁部材30が設けられているため、ワード線23間のリーク電流を抑制することができる。絶縁部材30は絶縁性であるため、空乏層が形成されなくても、電流を遮断することができる。従って、リセット時だけでなく、選択されたワード線23にローカルビット線21よりも高い電位が印加されるセット時においても、ワード線23間のリーク電流を抑制することができる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第3の実施形態と同様である。
In the memory device 4 according to this embodiment, since the insulating member 30 is provided between the word lines 23 adjacent in the Z direction, the leakage current between the word lines 23 can be suppressed. Since the insulating member 30 is insulative, the current can be cut off even if the depletion layer is not formed. Therefore, the leak current between the word lines 23 can be suppressed not only at the time of resetting but also at the time of setting when a potential higher than that of the local bit line 21 is applied to the selected word line 23.
Configurations, operations, and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the third embodiment described above.

(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について説明する。
図10は、本実施形態に係る記憶装置のメモリセルを示す断面図である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a memory cell of the memory device according to this embodiment.

図10に示すように、本実施形態に係る記憶装置5においては、Z方向において隣り合うワード線23間に、凸部26aと絶縁部材30の双方が設けられている。一方、層間絶縁膜24の延出部24a(図9参照)及び金属酸化層29(図9参照)は設けられていない。更に、界面層28は、低抵抗層26とバリア層27との間、及び、低抵抗層26と絶縁部材30との間に配置されている。これにより、Z方向において隣り合うワード線23間には、延出部24aを含む層間絶縁膜24、バリア層27の一部、絶縁部材30、界面層28の一部、低抵抗層26の凸部26aの一部が配置されている。   As shown in FIG. 10, in the storage device 5 according to the present embodiment, both the convex portion 26 a and the insulating member 30 are provided between the word lines 23 adjacent in the Z direction. On the other hand, the extension 24a (see FIG. 9) and the metal oxide layer 29 (see FIG. 9) of the interlayer insulating film 24 are not provided. Further, the interface layer 28 is disposed between the low resistance layer 26 and the barrier layer 27 and between the low resistance layer 26 and the insulating member 30. Thereby, between the adjacent word lines 23 in the Z direction, the interlayer insulating film 24 including the extended portion 24a, a part of the barrier layer 27, the insulating member 30, a part of the interface layer 28, and the low resistance layer 26 protrude. A part of the portion 26a is arranged.

本実施形態によっても、第4の実施形態と同様な効果を得ることができる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第4の実施形態と同様である。
According to this embodiment, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained.
Configurations, operations, and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the fourth embodiment described above.

(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態について説明する。
本実施形態は、記憶装置の製造方法の実施形態である。
図11(a)及び(b)、図12(a)及び(b)は、本実施形態に係る記憶装置の製造方法を示す断面図である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described.
The present embodiment is an embodiment of a method for manufacturing a storage device.
FIGS. 11A and 11B and FIGS. 12A and 12B are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the memory device according to the present embodiment.

先ず、図1に示すように、通常の方法により、X方向に延びる複数本のグローバルビット線11を形成する。
次に、図11(a)に示すように、シリコン部材12、電極膜41、ゲート絶縁膜17、Y方向に延びるゲート電極16を形成し、これらの間を層間絶縁膜40で埋め込む。
次に、層間絶縁膜24とワード線23を交互に積層させて、積層体42を形成する。層間絶縁膜24は、例えば、シリコン酸化物(SiO)により形成し、ワード線23は、例えば、チタン窒化物(TiN)により形成する。次に、積層体42に、Y方向に延びるトレンチ43を形成する。トレンチ43は、シリコン部材12の直上域を繋ぐ位置に形成する。これにより、ワード線23がY方向に延びる配線状に加工される。
First, as shown in FIG. 1, a plurality of global bit lines 11 extending in the X direction are formed by a normal method.
Next, as shown in FIG. 11A, the silicon member 12, the electrode film 41, the gate insulating film 17, and the gate electrode 16 extending in the Y direction are formed, and the space between them is filled with an interlayer insulating film 40.
Next, the interlayer insulating film 24 and the word line 23 are alternately stacked to form a stacked body 42. The interlayer insulating film 24 is formed by, for example, silicon oxide (SiO), and the word line 23 is formed by, for example, titanium nitride (TiN). Next, a trench 43 extending in the Y direction is formed in the stacked body 42. The trench 43 is formed at a position connecting the region directly above the silicon member 12. Thereby, the word line 23 is processed into a wiring shape extending in the Y direction.

次に、図11(b)に示すように、層間絶縁膜24におけるトレンチ43の内面に露出した部分をリセスする。これにより、Z方向において隣り合うワード線23間に、凹部25が形成される。   Next, as shown in FIG. 11B, the portion of the interlayer insulating film 24 exposed on the inner surface of the trench 43 is recessed. As a result, a recess 25 is formed between adjacent word lines 23 in the Z direction.

次に、図12(a)に示すように、例えば、アモルファスシリコン(aSi)又はハフニウム酸化物(HfO)を堆積させて、凹部25及びトレンチ43の内面上にバリア層27を形成する。アモルファスシリコンを堆積させる場合は、ワード線23の露出面が酸化され、チタン酸化物(TiO)からなる金属酸化層29(図8参照)が形成される場合もある。次に、例えば、アルミニウム酸化物(AlO)を堆積させて、バリア層27上に界面層28を形成する。   Next, as shown in FIG. 12A, for example, amorphous silicon (aSi) or hafnium oxide (HfO) is deposited to form the barrier layer 27 on the inner surface of the recess 25 and the trench 43. When amorphous silicon is deposited, the exposed surface of the word line 23 may be oxidized to form a metal oxide layer 29 (see FIG. 8) made of titanium oxide (TiO). Next, for example, aluminum oxide (AlO) is deposited to form the interface layer 28 on the barrier layer 27.

次に、図12(b)に示すように、異方性エッチングを施すことにより、界面層28及びバリア層27におけるトレンチ43の底面上に配置された部分を除去し、電極膜41を露出させる。次に、例えば、チタン酸化物(TiO)又はタングステン酸化物(WO)等の金属酸化物を堆積させて、低抵抗層26を形成する。このとき、低抵抗層26は凹部25内を埋め込み、トレンチ43の内面上に形成されるが、トレンチ43内を完全には埋め込まないようにする。低抵抗層26は電極膜41に接続される。次に、例えば、チタン窒化物(TiN)を堆積させて、トレンチ43内にローカルビット線21を形成する。   Next, as shown in FIG. 12B, anisotropic etching is performed to remove portions of the interface layer 28 and the barrier layer 27 that are disposed on the bottom surface of the trench 43, thereby exposing the electrode film 41. . Next, for example, a metal oxide such as titanium oxide (TiO) or tungsten oxide (WO) is deposited to form the low resistance layer 26. At this time, the low resistance layer 26 fills the recess 25 and is formed on the inner surface of the trench 43, but does not completely fill the trench 43. The low resistance layer 26 is connected to the electrode film 41. Next, for example, titanium nitride (TiN) is deposited to form the local bit line 21 in the trench 43.

次に、積層体42上にX方向に延びるラインアンドスペース状のマスク(図示せず)を形成し、異方性エッチングを施すことにより、ローカルビット線21及び低抵抗層26をY方向において分断する。次に、ローカルビット線21及び低抵抗層26を除去した後の空間に絶縁部材(図示せず)を埋め込む。これにより、記憶装置が製造される。   Next, a line-and-space mask (not shown) extending in the X direction is formed on the laminate 42 and anisotropic etching is performed to divide the local bit line 21 and the low resistance layer 26 in the Y direction. To do. Next, an insulating member (not shown) is embedded in the space after the local bit line 21 and the low resistance layer 26 are removed. Thereby, the storage device is manufactured.

本実施形態によれば、前述の第2の実施形態に係る記憶装置2(図7参照)若しくは第3の実施形態に係る記憶装置3(図8参照)、又はこれらに類似した記憶装置が製造される。   According to the present embodiment, the storage device 2 according to the second embodiment (see FIG. 7), the storage device 3 according to the third embodiment (see FIG. 8), or a storage device similar to these is manufactured. Is done.

なお、本実施形態においては、図12(a)に示す工程において、アルミニウム酸化物を堆積させることにより、界面層28を形成する例を示したが、これには限定されない。例えば、バリア層27をアモルファスシリコン(aSi)により形成し、低抵抗層26としてチタン酸化物(TiO)を堆積させると、バリア層27と低抵抗層26との間には、シリコン酸化物(SiO)からなる界面層28が自然に形成される。また、非酸化雰囲気中でバリア層27上に低抵抗層26を形成すれば、界面層28は形成されず、前述の第1の実施形態又はそれに類似した記憶装置が製造される。   In the present embodiment, the example in which the interface layer 28 is formed by depositing aluminum oxide in the step shown in FIG. 12A is shown, but the present invention is not limited to this. For example, when the barrier layer 27 is formed of amorphous silicon (aSi) and titanium oxide (TiO) is deposited as the low resistance layer 26, silicon oxide (SiO 2) is interposed between the barrier layer 27 and the low resistance layer 26. ) Is naturally formed. Further, if the low resistance layer 26 is formed on the barrier layer 27 in a non-oxidizing atmosphere, the interface layer 28 is not formed, and the memory device similar to the first embodiment described above or a similar device is manufactured.

(第7の実施形態)
次に、第7の実施形態について説明する。
図13(a)及び(b)、図14は、本実施形態に係る記憶装置の製造方法を示す断面図である。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described.
13A, 13B, and 14 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the memory device according to the present embodiment.

先ず、図11(a)〜図12(a)に示す工程を実施する。但し、図11(b)に示す工程において、層間絶縁膜24をリセスする際に、ワード線23の上面上及び下面上に層間絶縁膜24の一部を残留させ、延出部24a(図9参照)とする。   First, the steps shown in FIGS. 11A to 12A are performed. However, in the step shown in FIG. 11B, when recessing the interlayer insulating film 24, a part of the interlayer insulating film 24 is left on the upper surface and the lower surface of the word line 23, thereby extending the extended portion 24a (FIG. 9). Reference).

次に、図13(a)に示すように、アモルファスシリコンからなるバリア層27の表面を酸化するか、又は、シリコン酸化物を堆積することにより、トレンチ43の内面上に絶縁膜30fを形成する。絶縁膜30fは凹部25内を埋め込むように形成する。   Next, as shown in FIG. 13A, an insulating film 30f is formed on the inner surface of the trench 43 by oxidizing the surface of the barrier layer 27 made of amorphous silicon or depositing silicon oxide. . The insulating film 30f is formed so as to fill the recess 25.

次に、図13(b)に示すように、絶縁膜30fをエッチングする。これにより、絶縁膜30fのうち、トレンチ43の内面上に形成された部分を除去する。一方、絶縁膜30fのうち、凹部25内に形成された部分は残留させ、絶縁部材30とする。次に、界面層28及びバリア層27のうち、トレンチ43の底面上に配置された部分を除去する。   Next, as shown in FIG. 13B, the insulating film 30f is etched. Thereby, a portion of the insulating film 30f formed on the inner surface of the trench 43 is removed. On the other hand, a portion of the insulating film 30f formed in the recess 25 is left as the insulating member 30. Next, portions of the interface layer 28 and the barrier layer 27 that are disposed on the bottom surface of the trench 43 are removed.

次に、図14に示すように、低抵抗層26及びローカルビット線21を形成する。以後の工程は、前述の第6の実施形態と同様である。このようにして、記憶装置が製造される。   Next, as shown in FIG. 14, the low resistance layer 26 and the local bit line 21 are formed. The subsequent steps are the same as those in the sixth embodiment described above. In this way, the storage device is manufactured.

本実施形態によれば、前述の第4の実施形態に係る記憶装置4(図9参照)又はそれに類似した記憶装置が製造される。   According to the present embodiment, the storage device 4 (see FIG. 9) according to the above-described fourth embodiment or a storage device similar thereto is manufactured.

(第8の実施形態)
次に、第8の実施形態について説明する。
図15(a)及び(b)、図16(a)及び(b)は、本実施形態に係る記憶装置の製造方法を示す断面図である。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment will be described.
FIGS. 15A and 15B and FIGS. 16A and 16B are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the memory device according to this embodiment.

先ず、図11(a)及び(b)に示す工程を実施する。
次に、図15(a)に示すように、例えば、アモルファスシリコン(aSi)を堆積させて、凹部25及びトレンチ43の内面上にバリア層27を形成する。次に、バリア層27の表面を酸化するか、又は、シリコン酸化物を堆積することにより、トレンチ43の内面上に絶縁膜30fを形成する。絶縁膜30fは凹部25内を埋め込むように形成する。
First, the steps shown in FIGS. 11A and 11B are performed.
Next, as shown in FIG. 15A, for example, amorphous silicon (aSi) is deposited to form the barrier layer 27 on the inner surfaces of the recess 25 and the trench 43. Next, the insulating film 30f is formed on the inner surface of the trench 43 by oxidizing the surface of the barrier layer 27 or depositing silicon oxide. The insulating film 30f is formed so as to fill the recess 25.

次に、図15(b)に示すように、絶縁膜30fをエッチングする。これにより、絶縁膜30fのうち、トレンチ43の内面上に形成された部分全体と、凹部25内の開口部付近に形成された部分を除去する。一方、絶縁膜30fのうち、凹部25内の奥部に形成された部分は残留させ、絶縁部材30とする。   Next, as shown in FIG. 15B, the insulating film 30f is etched. Thus, the entire portion formed on the inner surface of the trench 43 and the portion formed near the opening in the recess 25 are removed from the insulating film 30f. On the other hand, a portion of the insulating film 30f formed in the inner portion of the recess 25 is left to form the insulating member 30.

次に、図16(a)に示すように、例えば、アルミニウム酸化物(AlO)を堆積させて、バリア層27上及び絶縁部材30上に界面層28を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 16A, for example, aluminum oxide (AlO) is deposited to form the interface layer 28 on the barrier layer 27 and the insulating member 30.

次に、図16(b)に示すように、界面層28及びバリア層27のうち、トレンチ43の底面上に配置された部分を除去する。
次に、低抵抗層26及びローカルビット線21を形成する。以後の工程は、前述の第6の実施形態と同様である。このようにして、記憶装置が製造される。
Next, as shown in FIG. 16B, portions of the interface layer 28 and the barrier layer 27 that are disposed on the bottom surface of the trench 43 are removed.
Next, the low resistance layer 26 and the local bit line 21 are formed. The subsequent steps are the same as those in the sixth embodiment described above. In this way, the storage device is manufactured.

本実施形態によれば、前述の第5の実施形態に係る記憶装置5(図10参照)又はそれに類似した記憶装置が製造される。   According to the present embodiment, the storage device 5 (see FIG. 10) according to the fifth embodiment described above or a storage device similar thereto is manufactured.

以上説明した実施形態によれば、メモリセルを精度良く独立して駆動できる記憶装置を実現することができる。   According to the embodiment described above, it is possible to realize a memory device that can drive memory cells accurately and independently.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1、2、3、4、5:記憶装置、11:グローバルビット線、12:シリコン部材、12a:下端、12b:上端、13:n形部分、14:p形部分、15:n形部分、16:ゲート電極、17:ゲート絶縁膜、19:TFT、21:ローカルビット線、21a:下端、21c:側面、22:抵抗変化膜、22s:部分、23:ワード線、23n:非選択ワード線、23s:選択ワード線、24:層間絶縁膜、24a:延出部、25:凹部、26:低抵抗層、26a:凸部、26b:本体部、27:バリア層、27a:凹部、27b:部分、27c:部分、27s:部分、28:界面層、29:金属酸化層、30:絶縁部材、30f:絶縁膜、31:トンネル電子電流、32:空乏層、40:層間絶縁膜、41:電極膜、42:積層体、43:トレンチ、101:記憶装置、110:寄生トランジスタ、111:電子電流、MC:メモリセル 1,2,3,4,5: storage device, 11: a global bit line, 12: silicon member, 12a: lower end, 12b: upper end, 13: n + form part, 14: p - form part, 15: n + 16: Gate electrode, 17: Gate insulating film, 19: TFT, 21: Local bit line, 21a: Lower end, 21c: Side surface, 22: Resistance change film, 22s: Part, 23: Word line, 23n: Non Selected word line, 23s: Selected word line, 24: Interlayer insulating film, 24a: Extension part, 25: Concave part, 26: Low resistance layer, 26a: Convex part, 26b: Main part, 27: Barrier layer, 27a: Concave part 27b: part, 27c: part, 27s: part, 28: interface layer, 29: metal oxide layer, 30: insulating member, 30f: insulating film, 31: tunneling electron current, 32: depletion layer, 40: interlayer insulating film , 41: electrode film, 42: lamination , 43: trench, 101: storage unit, 110: parasitic transistor, 111: electron current, MC: Memory cell

Claims (20)

第1方向に延びる第1配線と、
前記第1方向に対して交差した第2方向に延びる第2配線と、
前記第2配線から見て、前記第1方向に配置され、前記第2方向に延びる第3配線と、
前記第1配線と前記第2配線との間、及び、前記第1配線と前記第3配線との間に設けられた第1抵抗変化膜と、
を備え、
前記第1抵抗変化膜は、組成が相互に異なる2以上の層を有し、
前記2以上の層のうち少なくとも2つの層が、前記第1方向において、前記第2配線と前記第3配線との間に配置された記憶装置。
A first wiring extending in a first direction;
A second wiring extending in a second direction intersecting the first direction;
A third wiring disposed in the first direction and extending in the second direction as viewed from the second wiring;
A first resistance change film provided between the first wiring and the second wiring and between the first wiring and the third wiring;
With
The first variable resistance film has two or more layers having different compositions.
A storage device in which at least two of the two or more layers are arranged between the second wiring and the third wiring in the first direction.
前記2以上の層のうちの1層は、金属酸化物を含む第1層であり、
前記2以上の層のうちの他の1層は、前記第1層と前記第2配線との間、及び、前記第1層と前記第3配線との間に配置され、シリコンを含む第2層であり、
前記第1層は、
前記第1方向に延びる本体部と、
前記本体部から突出した凸部と、
を有し、
前記第2層は、前記凸部における前記第1方向の両側を向いた2つの面、及び前記凸部の先端面を覆い、
前記凸部の先端部及び前記第2層における前記先端部を覆う部分が、前記第1方向において前記第2配線と前記第3配線との間に配置された請求項1記載の記憶装置。
One of the two or more layers is a first layer containing a metal oxide,
The other one of the two or more layers is disposed between the first layer and the second wiring and between the first layer and the third wiring, and includes a second layer containing silicon. Layer,
The first layer is
A main body extending in the first direction;
A convex portion protruding from the main body,
Have
The second layer covers two surfaces of the convex portion facing both sides of the first direction, and a tip surface of the convex portion,
2. The storage device according to claim 1, wherein a portion covering the tip of the convex portion and the tip of the second layer is disposed between the second wiring and the third wiring in the first direction.
前記第2配線と前記第3配線の間に設けられた第1絶縁膜をさらに備え、
前記第1絶縁膜は、
前記第2配線と前記第2層との間に延出した第1延出部と、
前記第3配線と前記第2層との間に延出した第2延出部と、
を有する請求項2記載の記憶装置。
A first insulating film provided between the second wiring and the third wiring;
The first insulating film is
A first extension extending between the second wiring and the second layer;
A second extension extending between the third wiring and the second layer;
The storage device according to claim 2.
前記第1抵抗変化膜は、組成が相互に異なる3以上の層を有し、
前記3以上の層のうちの1層は、金属酸化物を含む第1層であり、
前記3以上の層のうちの他の1層は、前記第1層と前記第2配線との間、及び、前記第1層と前記第3配線との間に配置され、シリコンを含む第2層であり、
前記3以上の層のうち更に他の1層は、前記第1層と前記第2層の間に配置され、絶縁材料からなる第3層であり、
前記第2層は、前記第3層における前記第1方向の両側を向いた2つの面、及び前記第1層の反対側に向いた面を覆い、
前記第3層の一部、及び、前記第2層における前記第3層の前記一部を覆う部分が、前記第1方向において前記第2配線と前記第3配線との間に配置された請求項1記載の記憶装置。
The first variable resistance film has three or more layers having different compositions from each other,
One of the three or more layers is a first layer containing a metal oxide,
The other one of the three or more layers is disposed between the first layer and the second wiring and between the first layer and the third wiring, and includes a second layer containing silicon. Layer,
The other one of the three or more layers is a third layer that is disposed between the first layer and the second layer and is made of an insulating material.
The second layer covers two surfaces of the third layer facing both sides of the first direction and a surface facing the opposite side of the first layer;
A part of the third layer and a part of the second layer covering the part of the third layer are disposed between the second wiring and the third wiring in the first direction. Item 4. The storage device according to Item 1.
前記第1層は、前記第1方向において前記第2配線と前記第3配線との間に配置されていない請求項4記載の記憶装置。   The storage device according to claim 4, wherein the first layer is not disposed between the second wiring and the third wiring in the first direction. 前記第1抵抗変化膜は、組成が相互に異なる3以上の層を有し、
前記3以上の層のうちの1層は、金属酸化物を含む第1層であり、
前記3以上の層のうちの他の1層は、前記第1層と前記第2配線との間、及び、前記第1層と前記第3配線との間に配置され、シリコンを含む第2層であり、
前記3以上の層のうち更に他の1層は、絶縁材料からなる第3層であり、
前記第1層は、
前記第1方向に延びる本体部と、
前記本体部から突出し、前記本体部と前記第3層との間に配置された凸部と、
を有し、
前記第2層は、前記凸部における前記第1方向の両側を向いた2つの面、前記第3層における前記第1方向の両側を向いた2つの面、及び、前記第3層における前記凸部の反対側に向いた面を覆い、
前記凸部の一部、前記第3層、及び、前記第2層における前記凸部の一部及び前記第3層を覆う部分が、前記第1方向において前記第2配線と前記第3配線との間に配置された請求項1記載の記憶装置。
The first variable resistance film has three or more layers having different compositions from each other,
One of the three or more layers is a first layer containing a metal oxide,
The other one of the three or more layers is disposed between the first layer and the second wiring and between the first layer and the third wiring, and includes a second layer containing silicon. Layer,
One of the three or more layers is a third layer made of an insulating material,
The first layer is
A main body extending in the first direction;
A protrusion protruding from the main body and disposed between the main body and the third layer;
Have
The second layer has two surfaces facing the both sides in the first direction in the convex portion, two surfaces facing the both sides in the first direction in the third layer, and the convex in the third layer. Cover the surface facing the other side,
A part of the convex part, the third layer, and a part of the second layer that covers the part of the convex part and the third layer are the second wiring and the third wiring in the first direction. The storage device according to claim 1, which is disposed between the storage devices.
前記3以上の層のうちの更に他の1層は、前記第1層と前記第2層との間に配置され、抵抗率が前記第1層の抵抗率及び前記第2層の抵抗率よりも高い第4層であり、
前記第4層の一部も、前記第1方向において、前記第2配線と前記第3配線との間に配置された請求項2〜6のいずれか1つに記載の記憶装置。
Another one of the three or more layers is disposed between the first layer and the second layer, and the resistivity is higher than the resistivity of the first layer and the resistivity of the second layer. Is a high fourth layer,
The storage device according to claim 2, wherein a part of the fourth layer is also disposed between the second wiring and the third wiring in the first direction.
前記2以上の層のうちの1層は、前記第1方向に延びる第1層であり、
前記2以上の層のうちの他の1層は、前記第1層と前記第2配線との間、及び、前記第1層と前記第3配線との間に配置された第2層である請求項1記載の記憶装置。
One of the two or more layers is a first layer extending in the first direction,
The other one of the two or more layers is a second layer disposed between the first layer and the second wiring and between the first layer and the third wiring. The storage device according to claim 1.
前記第1層は金属酸化物を含む請求項8記載の記憶装置。   The memory device according to claim 8, wherein the first layer includes a metal oxide. 前記金属酸化物はチタン酸化物又はタングステン酸化物である請求項9記載の記憶装置。   The memory device according to claim 9, wherein the metal oxide is titanium oxide or tungsten oxide. 前記第2層はシリコン、シリコン酸化物又はハフニウム酸化物を含む請求項8〜10のいずれか1つに記載の記憶装置。   The memory device according to claim 8, wherein the second layer includes silicon, silicon oxide, or hafnium oxide. 前記第1抵抗変化膜は、組成が相互に異なる3以上の層を有し、
前記3以上の層のうちの更に他の1層は、前記第1層と前記第2層との間に配置され、抵抗率が前記第1層の抵抗率及び前記第2層の抵抗率よりも高い第3層である請求項8〜11のいずれか1つに記載の記憶装置。
The first variable resistance film has three or more layers having different compositions from each other,
Another one of the three or more layers is disposed between the first layer and the second layer, and the resistivity is higher than the resistivity of the first layer and the resistivity of the second layer. The storage device according to any one of claims 8 to 11, which is a higher third layer.
前記第3層はアルミニウム酸化物又はシリコン酸化物を含む請求項12記載の記憶装置。   The memory device according to claim 12, wherein the third layer includes aluminum oxide or silicon oxide. 前記第3層は、前記第1層よりも薄く、前記第2層よりも薄い請求項12または13に記載の記憶装置。   The storage device according to claim 12, wherein the third layer is thinner than the first layer and thinner than the second layer. 前記第1層の一部、及び、前記第2層の一部が、前記第1方向において、前記第2配線と前記第3配線との間に配置されている請求項8〜14のいずれか1つに記載の記憶装置。   The part of the first layer and the part of the second layer are arranged between the second wiring and the third wiring in the first direction. The storage device according to one. 前記第1層は、
前記第1方向に延びる本体部と、
前記本体部から前記第2配線と前記第3配線との間の空間内に突出した凸部と、
を有し、
前記第2層は、前記凸部における前記第1方向の両側を向いた2つの面、及び前記凸部の先端面を覆う請求項15記載の記憶装置。
The first layer is
A main body extending in the first direction;
A convex portion protruding from the main body portion into a space between the second wiring and the third wiring;
Have
The storage device according to claim 15, wherein the second layer covers two surfaces of the convex portion facing both sides of the first direction and a tip surface of the convex portion.
前記第1抵抗変化膜は、組成が相互に異なる3以上の層を有し、
前記3以上の層のうち更に他の1層は、絶縁材料からなる第4層であり、
前記第2層の一部、及び、前記第4層の少なくとも一部が、前記第1方向において、前記第2配線と前記第3配線との間に配置されている請求項8〜14のいずれか1つに記載の記憶装置。
The first variable resistance film has three or more layers having different compositions from each other,
One of the three or more layers is a fourth layer made of an insulating material,
15. The device according to claim 8, wherein a part of the second layer and at least a part of the fourth layer are arranged between the second wiring and the third wiring in the first direction. The storage device according to any one of the above.
前記第1方向に対して交差した方向に延びる第4配線と、
前記第1配線と前記第4配線との間に接続された第1半導体部材と、
前記第4配線が延びる方向に対して交差した方向に延びる第5配線と、
前記第1半導体部材と前記第5配線との間に設けられた第2絶縁膜と、
をさらに備えた請求項1〜17のいずれか1つに記載の記憶装置。
A fourth wiring extending in a direction crossing the first direction;
A first semiconductor member connected between the first wiring and the fourth wiring;
A fifth wiring extending in a direction intersecting the direction in which the fourth wiring extends;
A second insulating film provided between the first semiconductor member and the fifth wiring;
The storage device according to claim 1, further comprising:
前記第1方向に延びる第6配線と、
前記第6配線と前記第2配線との間、及び、前記第6配線と前記第3配線との間に設けられた第2抵抗変化膜と、
前記第6配線と前記第4配線との間に接続された第2半導体部材と、
前記第4配線が延びる方向に対して交差した方向に延びる第7配線と、
前記第2半導体部材と前記第7配線との間に設けられた第3絶縁膜と、
をさらに備えた請求項18記載の記憶装置。
A sixth wiring extending in the first direction;
A second resistance change film provided between the sixth wiring and the second wiring and between the sixth wiring and the third wiring;
A second semiconductor member connected between the sixth wiring and the fourth wiring;
A seventh wiring extending in a direction intersecting the direction in which the fourth wiring extends;
A third insulating film provided between the second semiconductor member and the seventh wiring;
The storage device according to claim 18, further comprising:
前記第4配線は、前記第1方向及び前記第2方向を含む平面に対して交差した第3方向に延び、
前記第5配線は前記第2方向に延びる請求項18または19に記載の記憶装置。
The fourth wiring extends in a third direction intersecting a plane including the first direction and the second direction;
The storage device according to claim 18, wherein the fifth wiring extends in the second direction.
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