JP5056096B2 - 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる不揮発性半導体記憶装置10の構成を説明する図で、(a)は平面図、(b)は1A−1A線に沿って切断した断面図を示す。なお、図1(a)の平面図においては、理解しやすくするために最上層の絶縁保護膜32の一部を切り欠いて示している。また、図2は、本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置10の概略の回路構成を説明するブロック図である。さらに、図3は、記憶素子26と非オーミック性素子27の構成を示すための要部拡大図で、(a)は平面図、(b)は3A−3A線に沿った断面図である。なお、図3においては、4個のメモリセルについて示しており、さらに絶縁保護膜32については図示していない。
図9は、本発明の第2の実施の形態にかかる不揮発性半導体記憶装置のメモリセル領域の構成を示す図で、(a)は平面図、(b)は9A−9A線に沿った断面図である。なお、図9においては、4個のメモリセルについて示しており、さらに絶縁保護膜や基板等については図示していない。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の全体構成は第1の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置10と同じであり、メモリセル領域、特に抵抗変化層22の形状が異なることが特徴である。
図10は、本発明の第3の実施の形態にかかる不揮発性半導体記憶装置のメモリセル領域の構成を示す図で、(a)は平面図、(b)は10A−10A線に沿った断面図である。なお、図10においては、4個のメモリセルについて示しており、さらに絶縁保護膜や基板等については図示していない。本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置の全体構成は第1の実施の形態の不揮発性半導体記憶装置10と同じであり、メモリセル領域、特に抵抗変化層22の形状が異なる。
6 ビット線デコーダ
7 読み出し回路
10 不揮発性半導体記憶装置(ReRAM)
11 基板
12 能動素子
12a ソース領域
12b ドレイン領域
12c ゲート絶縁膜
12d ゲート電極
13 第1層間絶縁層
14 第2層間絶縁層
15,16,19 埋め込み導体
17 半導体電極配線
18 半導体接続用配線
21 第1配線層
22 抵抗変化層
23 素子用層間絶縁層
24 コンタクトホール
25 配線溝
26 記憶素子
27 非オーミック性素子
28 下部接続電極層
29 非オーミック性材料層
30 上部接続電極層
31 第2配線層
32 絶縁保護膜
35,37 導体薄膜
36 フォトレジスト
Claims (8)
- コンタクトホールと当該コンタクトホールに連続して形成された配線溝からなる部位に、抵抗変化層を含む記憶素子と非オーミック性材料層を含む非オーミック性素子とが直列に接続されてなるメモリセルを備えた不揮発性半導体記憶装置であって、
基板上に形成されたストライプ状の複数の第1配線層と、
少なくとも前記第1配線層上に形成された前記抵抗変化層と、
前記第1配線層に対して交差するように形成されたストライプ状の複数の第2配線層とを備え、
前記メモリセルは前記第1配線層と前記第2配線層との交点に配置されており、
少なくとも前記抵抗変化層上に形成された素子用層間絶縁層に開口された前記コンタクトホールの内壁面及び底面に亘って連続的に形成され、かつ、前記抵抗変化層に接続されている下部接続電極層と、
前記コンタクトホール内に形成された前記下部接続電極層の表面を覆うとともに、前記配線溝の内壁面を覆うように形成された前記非オーミック性材料層と、
前記コンタクトホール内に形成された前記非オーミック性材料層の表面を覆う上部接続電極層と、
前記上部接続電極層に接続されるとともに、前記配線溝内に形成された前記非オーミック性材料層を覆うように形成された第2配線層と
を有して構成されることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記記憶素子は、前記抵抗変化層上に上部導電層を有し、前記下部接続電極層は前記上部導電層に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記上部接続電極層は、前記第2配線層と同一の材料により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記非オーミック性材料層は、シリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記抵抗変化層は、酸化タンタルまたは酸化チタンからなることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記下部接続電極層と前記上部接続電極層のいずれかが、窒化タンタルまたは銅からなることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- コンタクトホールと当該コンタクトホールに連続して形成された配線溝からなる部位に、抵抗変化層を含む記憶素子と非オーミック性材料層を含む非オーミック性素子とが直列に接続されてなるメモリセルを備えた不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
基板上に第1配線層を形成する工程と、
少なくとも前記第1配線層上に前記抵抗変化層を形成する工程と、
前記第1配線層に対して交差するようにストライプ状の複数の第2配線層を形成する工程とを備え、
前記メモリセルは前記第1配線層と前記第2配線層との交点に配置されており、
少なくとも前記抵抗変化層上に素子用層間絶縁層を形成する工程と、
前記抵抗変化層上で、かつ、前記素子用層間絶縁層の所定の位置に前記抵抗変化層を露出するようにコンタクトホールを開口する工程と、
前記コンタクトホールが形成された前記素子用層間絶縁層中の上部に、前記第2配線層を埋め込むための前記配線溝を形成する工程と、
前記コンタクトホールの内壁面から底面にかけて連続的な形状で、かつ、前記抵抗変化層に接続する下部接続電極層を形成する工程と、
前記コンタクトホール内に形成された前記下部接続電極層の表面を覆うとともに、前記配線溝の内壁面を覆うように前記非オーミック性材料層を形成する工程と、
前記コンタクトホール内に形成された前記非オーミック性材料層の表面を覆うように上部接続電極層を形成する工程と、
前記上部接続電極層に接続されるとともに、前記配線溝内に形成された前記非オーミック性材料層を覆うように前記第2配線層を埋め込み形成する工程と
を含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 前記上部接続電極層と前記第2配線層とを同一の材料により形成することを特徴とする請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
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