KR100831799B1 - Semiconductor storage - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 칼코게나이드를 기억 매체에 이용하는 상변화 메모리에 있어서, 판독 디스터브를 방지하는 동시에, 고속판독을 실현하는 기술을 제공한다. 선택 트랜지스터와 칼코게나이드로 이루어지는 상변화 메모리 셀 어레이에 있어서, 선택 트랜지스터의 기판의 전위를 워드선과 교차하는 방향으로 분리하고, 이하와 같이 동작시킨다. 기록시에는, 기판과 칼코게나이드가 연결된 소스선의 사이에 순(順)방향전류를 흘리고, 선택 트랜지스터를 이용하지 않는다. 한편, 판독시에는, 선택 트랜지스터에 의해 셀을 선택하는 방식으로 한다. 이 결과, 기록전압을 판독전압보다 충분히 크게 하는 것이 가능해지고, 판독 디스터브를 방지하는 동시에 고속동작을 실현한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a technique for preventing high speed read while preventing read disturbance in a phase change memory using chalcogenide as a storage medium. In a phase change memory cell array consisting of a selection transistor and a chalcogenide, the potential of the substrate of the selection transistor is separated in the direction crossing the word line and operated as follows. At the time of writing, a forward current flows between the substrate and the source line to which chalcogenide is connected, and no selection transistor is used. On the other hand, at the time of reading, the cell is selected by the selection transistor. As a result, the write voltage can be made sufficiently larger than the read voltage, thereby preventing read disturb and realizing high speed operation.
선택 트랜지스터, 소스선, 판독 디스터브 Select transistor, source line, read disturb
Description
본 발명은, 반도체기억장치에 관한 것이다. 특히, 저전압에서 동작하며, 고속 또한 불휘발성을 갖는, 랜덤 액세스 메모리(RAM)에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device. In particular, it relates to a random access memory (RAM), which operates at low voltage and which has high speed and nonvolatileness.
휴대전화로 대표되는 모바일 기기의 수요에 견인되어서, 불휘발 메모리(non volatile memory)의 시장의 신장은 현저하다. 그 대표가, FLASH 메모리이지만, 본질적으로 속도가 느리기 때문에, 프로그래머블(programmable)한 ROM으로서 이용되고 있다. 한편, 작업용의 메모리로서는, 고속인 DRAM이 필요하며, 휴대 기기용 메모리로서는, FLASH와 DRAM의 양쪽이 탑재되어 있다. 이것들 2개의 메모리의 특징을 구비한 소자가 실현되면, FLASH 과 DRAM을 1칩화하는 것이 가능해질 뿐만 아니라, 모든 반도체 메모리를 바꿔 놓게 된다는 점에서, 그 임펙트는 극히 크다.Driven by the demand of mobile devices typified by mobile phones, the growth of the market for non volatile memory is remarkable. The representative is FLASH memory, but since it is inherently slow, it is used as a programmable ROM. On the other hand, a high speed DRAM is required as a working memory, and both FLASH and DRAM are mounted as a memory for a portable device. When the device having the characteristics of these two memories is realized, the impact is extremely large in that not only it is possible to make one chip of FLASH and DRAM, but also replace all the semiconductor memories.
이러한 메모리의 하나로서, 2001IEDM(lnternational Electron Device Meeting)에 있어서, 상변화(Phase Change)를 이용한 메모리가 lntel에서 제안되었다.As one of such memories, a memory using phase change has been proposed by lntel in 2001 IEDM (lnternational Electron Device Meeting).
다음에 이 메모리의 동작 원리를 간단히 설명한다. 상변화 메모리는, 결정 상태에 의해 저항치가 다른 칼코게나이드(chalcogenite)라고 하는 재료를 기억 노드로서 이용한다. 칼코게나이드는 DVD나 CD의 매체에 이용되는 재료이며, 적어도 안티몬(Sb)과 텔루륨(Te)을 포함하는 Ge-Sb-Te계나 Ag-In-Sb-Te계등이 그 대표이다. 기본적인 메모리 셀은, 선택 트랜지스터와 칼코게나이드로 구성되고 있고, 소위 DRAM셀과 유사하며, 캐패시터를 칼코게나이드로 바꿔 놓은 것이라고 간주할 수 있다. 칼코게나이드는, 그 결정 상태가 단결정인가 비결정성이며, 그 저항치가 10∼10000배정도 다르다. 이러한 상이함을 이용하여, 고체 메모리로 하는 것이다. 불휘발 메모리로서 주목을 받고 있는 MRAM(Magnetic RAM)의 경우, 저항의 변화율은 40%정도이므로, 상변화 메모리쪽이 훨씬 크고, 데이터의 센싱이 용이하다. Next, the operation principle of this memory will be briefly explained. The phase change memory uses, as a storage node, a material called chalcogenide whose resistance is different depending on the crystal state. Chalcogenide is a material used for media of DVDs and CDs, and representative examples thereof include Ge-Sb-Te-based systems and Ag-In-Sb-Te-based systems containing at least antimony (Sb) and tellurium (Te). The basic memory cell is composed of a selection transistor and chalcogenide, is similar to a so-called DRAM cell, and can be considered to have replaced a capacitor with chalcogenide. The chalcogenide has a crystal state of single crystal or amorphous, and its resistance varies by 10 to 10,000 times. By using such a difference, it is set as a solid memory. In the case of MRAM (Magnetic RAM), which has attracted attention as a nonvolatile memory, the change rate of the resistance is about 40%, so that the phase change memory is much larger, and data can be easily sensed.
칼코게나이드의 결정 상태를 바꾸기 위해서는 전압을 인가함으로써 발생하는 쥴 열(Joule's Heat)을 이용한다. 비결정화할 때는, 칼코게나이드를 600℃정도로 가열하여 용해시켜, 급냉한다. 결정화하는 때는, 400℃정도의 온도에서 50nsec정도 유지한다. 따라서, 데이터의 기록에는 도 2에 나타내는 것 같은 펄스를 부여하게 된다. 판독시는, 워드선을 on으로 하고, 공통 그라운드 선과 비트선사이를 흐르는 전류값에 의해, 2값의 정보('0','1')을 판별한다.In order to change the chalcogenide crystal state, Joule's Heat generated by applying a voltage is used. When amorphous, chalcogenide is heated to about 600 ° C. to dissolve and quenched. When crystallizing, it is maintained at about 50 nsec at a temperature of about 400 ° C. Therefore, pulses as shown in Fig. 2 are given to data recording. At the time of reading, the word line is turned on, and two values of information ('0', '1') are determined by the current value flowing between the common ground line and the bit line.
상변화 메모리로서는 다이오드 매트릭스(diode matrix)를 이용해서 다이오드로부터의 전류에 의해 칼코게나이드의 결정 상태를 변화시키는 구조의 개시가 있다 (특허문헌1, 2). 또 트랜지스터와 칼코게나이드를 캐스케이드 접속해서 트랜지스터로부터 전류를 흘려서 칼코게나이드의 결정 상태를 변화시키는 상변화 메모리의 구조의 개시가 있다 (비특허문헌1).As a phase change memory, there is disclosed a structure in which a crystal state of chalcogenide is changed by a current from a diode using a diode matrix (
특허문헌1:미국특허 제5,166,758호 명세서Patent Document 1: US Patent No. 5,166,758
특허문헌2:미국특허 제5,536,947호 명세서Patent Document 2: US Patent No. 5,536,947
비특허문헌1:M.Gill , "2002I·S·S·C·C(20021sscc), 12 .4[Non-Patent Document 1] M.Gill, "2002 I.S.C.C (20021sscc), 12 .4.
0vonic unified memory ”, 2002년, P.2020vonic unified memory ”, 2002, P.202
상변화 메모리의 중요한 과제의 하나가, 판독 디스터브의 방지이다. 이것을 이하에 상세하게 설명한다. 도 3이 본 발명에 의한 메모리 셀 구조이다. 성능 및 코스트의 관점에서부터, 메모리 셀 트랜지스터는 로직코어MOS를 이용한다. 이 결과로서, 예를 들면 90nm노드를 적용할 경우에는, 비트선전압은 1 .0V이다. 본 메모리에 있어서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 기록시에 2개의 비트선 인가전압과 시간을 이용한다. 한편, 판독시에는, 데이터가 파괴되지 않도록 (판독 디스터브를 방지하기 위해서) 기록전압보다 충분히 낮은 비트 전압을 인가할 필요가 있다. 그런데, 차재용(車載用) 마이크로컴퓨터를 비롯하여, 고속동작에 대한 요구는 높고, 이것 때문에는 판독 비트선전압을 올려서, 셀 전류를 증대하는 것이 필요하다. 즉, 현상의 메모리 셀에서는, 셀의 고속화와 판독 디스터브의 방지가 트레이드-오프의 관계에 있고, 셀의 고속화에는 한계가 있었다.One of the important problems of phase change memory is the prevention of read disturb. This will be described in detail below. 3 is a memory cell structure according to the present invention. From the point of view of performance and cost, the memory cell transistor uses a logic core MOS. As a result of this, when a 90 nm node is applied, for example, the bit line voltage is 1.0V. In this memory, as shown in Fig. 4, two bit line applied voltages and time are used during writing. On the other hand, when reading, it is necessary to apply a bit voltage sufficiently lower than the write voltage so as not to destroy the data (to prevent read disturb). By the way, demands for high-speed operation, including on-vehicle microcomputers, are high, and for this reason, it is necessary to raise the read bit line voltage and increase the cell current. That is, in the developing memory cell, the speed of the cell and the prevention of read disturb are in a trade-off relationship, and there is a limit to the speed of the cell.
상기 과제를 해결하기 위해서, 데이터 기록시에 셀 트랜지스터를 이용하지 않는 셀 어레이 방식으로 한다. 도 1에 본 발명에 의한 메모리 어레이를 나타낸다. 데이터 기록시에는, 선택 셀에 대하여 기판과 소스선의 사이에 순(順)방향의 바이어스를 인가한다. 그 때, 비선택 셀에 있어서의 리크 전류를 억제하기 위해서, 도 1에 나타내는 것 같은 전압을 인가한다. 본 발명에 의하면, 기록전압을 트랜지스터의 내압이상으로 증대하는 것이 가능해진다 (도 1에 있어서는 2V). 이 결과로서, 판독전압을 증대할 수가 있고, 판독 디스터브를 방지함과 동시에 셀 전류의 증대를 실현한다. 이 경우, 선택 셀의 워드선과 비트선간의 전압이, 10년 보장의 내압보다 커지지만, 오른쪽 아래 테두리 내에 기재한 것 같이, 혼재(混載) 마이크로컴퓨터로서 사용을 전제로 할 경우에는 문제가 되지 않는다.In order to solve the above problems, a cell array method is used in which cell transistors are not used during data writing. 1 shows a memory array according to the present invention. In data writing, a bias in the forward direction is applied between the substrate and the source line to the selected cell. At that time, a voltage as shown in FIG. 1 is applied to suppress the leakage current in the unselected cell. According to the present invention, it is possible to increase the write voltage beyond the breakdown voltage of the transistor (2V in FIG. 1). As a result, the read voltage can be increased, the read disturb can be prevented and the cell current increased. In this case, the voltage between the word line and the bit line of the selected cell is greater than the withstand voltage of a 10-year guarantee, but as described in the lower right border, there is no problem when it is assumed to be used as a mixed microcomputer. .
도 1은 본 발명에 의한 메모리 어레이 방식을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a memory array method according to the present invention.
도 2는 상변화(相變化) 메모리의 기록 방법을 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing a method of writing a phase change memory.
도 3은 종래의 상변화 메모리 셀을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a conventional phase change memory cell.
도 4는 본 발명의 메모리 어레이에 있어서의 전압인가방법을 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing a voltage application method in the memory array of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예1에 있어서의 제조 공정의 1상면(上面)을 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a view showing one upper surface of the manufacturing process in Example 1 of the present invention. FIG.
도 6은 본 발명의 실시예1에 있어서의 제조 공정의 1단면(斷面)을 나타내는 도면이다.Fig. 6 is a diagram showing one cross section of the manufacturing process in Example 1 of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예1에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 7 is a diagram showing one top surface of the manufacturing process in Example 1 of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예1에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 8 is a diagram showing one top surface of the manufacturing process in Example 1 of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시예1에 있어서의 제조 공정의 1단면을 나타내는 도면이다.9 is a view showing one cross section of the manufacturing process in Example 1 of the present invention.
도 10은 본 발명의 실시예1에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 10 is a diagram showing one top surface of the manufacturing process in Example 1 of the present invention.
도 11은 본 발명의 실시예에 있어서의 제조 공정의 1단면을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows 1 cross section of a manufacturing process in the Example of this invention.
도 12는 본 발명의 실시예1에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.12 is a view showing one upper surface of the manufacturing process in Example 1 of the present invention.
도 13은 본 발명의 실시예1에 있어서의 제조 공정의 1단면을 나타내는 도면이다.Fig. 13 is a diagram showing one cross section of the manufacturing process in Example 1 of the present invention.
도 14는 본 발명의 실시예1에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 14 is a view showing one upper surface of the manufacturing process in Example 1 of the present invention.
도 15는 본 발명의 실시예1에 있어서의 제조 공정의 1단면을 나타내는 도면이다.Fig. 15 is a diagram showing one cross section of the manufacturing process in Example 1 of the present invention.
도 16은 본 발명의 실시예1에 있어서의 판독 동작의 예를 나타내는 도면이다.Fig. 16 is a diagram showing an example of the read operation in the first embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 실시예1에 있어서의 1비트 기록 동작의 예를 나타내는 도면이다.Fig. 17 is a diagram showing an example of one-bit recording operation in the first embodiment of the present invention.
도 18은 본 발명의 실시예1에 있어서의 버스트 기록 동작의 예를 나타내는 도면이다.18 is a diagram showing an example of a burst write operation in the first embodiment of the present invention.
도 19는 본 발명의 실시예1에 있어서의 1비트 기록 동작의 예를 나타내는 도면이다.Fig. 19 is a diagram showing an example of the one-bit recording operation in the first embodiment of the present invention.
도 20은 본 발명의 실시예1에 있어서의 버스트 기록 동작의 예를 나타내는 도면이다.20 is a diagram showing an example of a burst write operation in the first embodiment of the present invention.
도 21은 본 발명의 실시예1에 있어서의 버스트 기록 동작의 예를 나타내는 도면이다.21 is a diagram showing an example of a burst write operation in the first embodiment of the present invention.
도 22는 본 발명의 실시예2에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 22 is a diagram showing one upper surface of the manufacturing process in Example 2 of the present invention.
도 23은 본 발명의 실시예2에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 23 is a diagram showing one upper surface of the manufacturing process in Example 2 of the present invention.
도 24는 본 발명의 실시예2에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 24 is a diagram showing one upper surface of the manufacturing process in Example 2 of the present invention.
도 25는 본 발명의 실시예2에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 25 is a diagram showing one upper surface of the manufacturing step in Example 2 of the present invention.
도 26은 본 발명의 실시예3에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 26 is a diagram showing one upper surface of the manufacturing step in Example 3 of the present invention.
도 27은 본 발명의 실시예3에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 27 is a diagram showing one upper surface of the manufacturing process according to the third embodiment of the present invention.
도 28은 본 발명의 실시예3에 있어서의 제조 공정의 1단면을 나타내는 도면이다.Fig. 28 is a diagram showing one cross section of the manufacturing process in Example 3 of the present invention.
도 29는 본 발명의 실시예4에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 29 is a diagram showing one upper surface of the manufacturing process according to the fourth embodiment of the present invention.
도 30은 본 발명의 실시예에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows one upper surface of the manufacturing process in the Example of this invention.
도 31은 본 발명의 실시예4에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 31 is a diagram showing one upper surface of the manufacturing step in Example 4 of the present invention.
도 32는 본 발명의 실시예4에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.32 is a diagram showing one upper surface of the manufacturing process according to the fourth embodiment of the present invention.
도 33은 본 발명의 실시예4에 있어서의 제조 공정의 1단면을 나타내는 도면이다.Fig. 33 is a diagram showing one cross section of the manufacturing process in Example 4 of the present invention.
도 34는 본 발명의 실시예5에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.Fig. 34 is a diagram showing one top surface of the manufacturing process according to the fifth embodiment of the present invention.
도 35는 본 발명의 실시예에 있어서의 제조 공정의 1상면을 나타내는 도면이다.It is a figure which shows the one upper surface of the manufacturing process in the Example of this invention.
도 36은 본 발명의 실시예5에 있어서의 제조 공정의 1단면을 나타내는 도면이다.Fig. 36 is a diagram showing one cross section of the manufacturing step in Example 5 of the present invention.
도 37은 본 발명의 실시예5에 있어서의 제조 공정의 1단면을 나타내는 도면이다.Fig. 37 is a diagram showing one cross section of the manufacturing step in Example 5 of the present invention;
(부호의 설명)(Explanation of the sign)
1, 101…칼코게나이드 2 …실리콘 기판1, 101...
3 …불순물확산층 4,5…도전 플러그3….
6 …소자분리 영역 7 …트랜지스터 형성 영역6.
8 …p형확산층 영역 9 …n형확산층 영역8 … p-type diffusion layer region 9. n-type diffusion layer region
10 …포토레지스트 11, 1101…워드선10...
12, 1201…도전 플러그 13, 1301, 1302…층간 절연막12, 1201... Conductive plugs 13, 1301, 1302. Interlayer insulation film
14, 15, 1401…텅스텐 20…트랜지스터14, 15, 1401...
이하에서, 실시예를 이용해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, it demonstrates in detail using an Example.
<실시예1> Example 1
본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 메모리 어레이의 제조 방법을, 그 제조 공정을 더듬으면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면은 전부, 메모리 어레이부만을 나타내고 있다. 우선 처음에, 도 5의 상면도에 나타낸 것 같은, 소자분리 영역(6)을 형성한다. 이것 때문에 통상의 포토리소그래피 및 드라이에치에 의해, 실리콘 기판에 트렌치 홈을 형성한다. 계속해서, 통상의 제조 방법에 의해, CMOS웰을 형성한다.메모리 어레이부에 있어서는, n형 웰을 형성한다. 더욱이, 도 1의 메모리 어레이 실현을 위하여, 비트선과 병행 방향에 셀 어레이의 기판 전위를 분리한다. 이것 때문에, 통상의 포토리소그래피 프로세스에 의해, 메모리 어레이부만 개구하여, 그 위에 불순물주입법에 의해, 소자형성 영역(7)의 바로 아래에, p형 불순물확산층 영역(8)을 형성한다. 도 6에는, 도 5에 있어서의 A-A선에 따른 단면구조를 나타낸다.In this embodiment, the manufacturing method of the memory array shown in FIG. 1 will be described in detail while following the manufacturing process. In addition, all the figures show only the memory array part. First, the
불순물주입 영역(8)을 소자분리(6)의 깊이보다 얕게 함으로써, 소자분리 영역(6)을 이용해서 자기정합적으로, 어레이의 기판 전위를 분리하는 것이 가능해지 고 있다.By making the
따라서, 본 실시예에 의하면, 맞춤을 확보하기 위해서 비트선의 간격을 넓힐 필요가 없고, 결과로서 메모리 셀 면적이 증대하는 일이 없다고 하는 특징을 갖는다.Therefore, according to the present embodiment, it is not necessary to widen the interval between the bit lines in order to ensure alignment, and as a result, the memory cell area does not increase.
다음에, 통상의 CMOS프로세스에 의해, 도 7에 나타낸 바와 같이 워드선(11, 1101)을 형성한다. 더욱이, 트랜지스터의 확산층 형성을 목적으로, 워드선(11, 1101)을 마스크에, n형의 불순물을 통상의 이온 주입법에 의해 박아넣고, 활성화를 위하여 필요한 열처리를 행한다. 물론, 주변회로영역에 있어서는, 원하는 CMOS트랜지스터를 형성하는 것은 말할 필요도 없다. 이어서, 워드선 저항과 확산층 저항의 저감을 목적으로, 주변회로영역과 동일하게 살리사이드 프로세스(salicide process)를 행했다. 또한, 나중에 상세한 것은 기술하지만, 워드선(1101)은 인접하는 셀의 확산층을 전기적으로 분리하기 위해서 이용한다. 이 점에서, 다른 워드선(11)과는 그 역할이 다른 것을 지적해 둔다.Next, word lines 11 and 1101 are formed by a normal CMOS process as shown in FIG. Further, for the purpose of forming the diffusion layer of the transistor, the word lines 11 and 1101 are implanted into the mask with n-type impurities by a conventional ion implantation method, and heat treatment necessary for activation is performed. It goes without saying that in the peripheral circuit area, the desired CMOS transistor is formed. Subsequently, a salicide process was performed in the same manner as the peripheral circuit region for the purpose of reducing the word line resistance and the diffusion layer resistance. Incidentally, although details will be described later, the
다음에 소스선(도 1중의 SL선)의 형성을 한다. 우선, 층간 절연막(13)형성을 위해서, 실리콘 산화막을 500nm 퇴적하고, 통상의 CMP프로세스에 의해 평탄화한다. 더욱이, SL선접속을 위한, 콘택트홀을 개구한다. 더하여, 도전 플러그(12)형성을 목적으로 하여 텅스텐을 200nm 퇴적하고, 통상의 CMP프로세스에 의해 평탄화해서, 상면도는 도 8과 같아진다. 그리고, 도 8에 있어서는, 보기 쉽게 하기 위해서, 층간 절연막을 나타내지 않고 있다. 물론, 전기 플러그는 텅스텐 이외의 전극, 예컨대, TiN, Ti, Al, Cu 혹은 이것들의 적층구조라도 무방하다. 도 9에는 도 8중의 BB 에 있어서의 단면도를 나타낸다. 다음에, 칼코게나이드(101)을 50nm 퇴적하고, 그위에 SL선으로 이루어지는 텅스텐(14)을 100nm 퇴적한다.Next, a source line (SL line in Fig. 1) is formed. First, in order to form the
계속해서, 통상의 리소그래피 및 드라이에치에 의해 칼코게나이드(101)와 텅스텐(14)의 적층막을 가공하고, 상면도 및 단면도는 도 10, 11와 같이 되었다. 물론, SL선재료는 텅스텐이외의 전극, 예컨대, TiN, Ti, Al, Cu 혹은 이것들의 적층구조라도 무방하다.Subsequently, the laminated film of
다음에, 비트선의 형성을 행한다. 소스선 형성시와 같이, 층간 절연막(1301)형성 때문에, 실리콘 산화막을 500nm 퇴적하고, 통상의 CMP프로세스에 의해 평탄화를 한다. 더하여, 도전 플러그(1201)형성을 목적으로 하여 텅스텐을 200nm 퇴적하고, 통상의 CMP프로세스에 의해 평탄화해서, 도 12와 같아진다. 물론, 전기 플러그는 텅스텐 이외의 전극, 예컨대, TiN, Ti, Al, Cu 혹은 이것들의 적층구조라도 무방하다. 또한, 도 12에 있어서는, 보기 쉽게 하기 위해서, 층간 절연막을 나타내지 않고 있다. 도 13에는 도 12중의 BB에 있어서의 단면도를 나타낸다. 다음에, BL선으로 이루어지는 텅스텐(1401)을 100nm 퇴적한다. 계속해서, 통상의 리소그래피 및 드라이에치에 의해 텅스텐(1401)을 가공하고, 상면도 및 단면도는 도 14, 15와 같아진다. BL 선재료는 텅스텐이외의 전극, 예컨대, TiN, Ti, Al, Cu 혹은 이것들의 적층구조라도 무방하다. 이후에, 다층배선층을 형성하고, 원하는 반도체기억장치를 얻었다.Next, bit lines are formed. As in the case of forming the source line, due to the formation of the
도 16에 도 1의 어레이에 있어서의 판독 동작의 예를 나타낸다. 본 도면에서는, 워드선(WL1)과 비트선(BL1)의 교점에 있는 메모리 셀(MC11)을 판독하는 동작을 나타내고 있다. 처음에, 판독하는 메모리 셀이 접속되어 있는 비트선이 판독 비트선 프리챠지 레벨로 설정된다. 이 도면에서는, 0.5V로 설정된다. 이 전압은, 판독 동작에 있어서 칼코게나이드막의 상(相)상태가 변화되지 않는 전압이다. 그 후, 판독 어드레스에 대응한 워드선(WL1)이 대기 상태의 전압, 예컨대 0V로부터 판독 선택 상태의 전압, 예컨대 1V로 설정된다. 이것에 의해, 메모리 셀 트랜지스터(기호)가 on 상태가 된다. 이 때 칼코게나이드막이 저저항 상태일 때에는, 도 16의 비트선(BL1)에 있어서의 점선과 같이 비트선(BL1)은 급속히 그랜드 레벨0V로 방전된다. 한편, 칼코게나이드막이 고저항 상태일 때에는, 도 16의 비트선(BL1)에 있어서의 실선과 같이 비트선(BL1)은 프리챠지 레벨부근을 유지한다. 도 1에서는, 생략하고 있지만, 감지 증폭기에서는, 이 비트선(BL1)의 H'/L'의 상태를 판독하고, 어레이 외부에 출력한다. 비트선의 신호를 감지 증폭기가 감지한 후, 비트선(BL1)은 어느쪽의 데이터이여도 소스선(SL1)과 등전위(等電位)로 설정된다. 이것에 의해, 판독시의 전류에 의해 칼코게나이드막의 상(相)상태가 변화하는 것을 방지한다. 그 후, 워드선(WL1)이 대기 상태의 전압으로 설정되어, 판독 사이클이 종료한다.16 shows an example of a read operation in the array of FIG. In this figure, an operation of reading the memory cell MC11 at the intersection of the word line WL1 and the bit line BL1 is shown. Initially, the bit line to which the memory cell to be read is connected is set to the read bit line precharge level. In this figure, it is set to 0.5V. This voltage is a voltage at which the phase state of the chalcogenide film does not change in a read operation. Thereafter, the word line WL1 corresponding to the read address is set from a voltage in the standby state, for example, 0V, to a voltage in the read select state, for example, 1V. As a result, the memory cell transistor (symbol) is turned on. At this time, when the chalcogenide film is in the low resistance state, the bit line BL1 is rapidly discharged to the ground level 0V as shown by the dotted line in the bit line BL1 in FIG. On the other hand, when the chalcogenide film is in a high resistance state, like the solid line in the bit line BL1 in FIG. 16, the bit line BL1 maintains near the precharge level. Although omitted in FIG. 1, the sense amplifier reads the state of H '/ L' of the bit line BL1 and outputs it to the outside of the array. After the sense amplifier senses the signal of the bit line, the bit line BL1 is set to the equipotential with the source line SL1 for any data. This prevents the phase state of the chalcogenide film from changing due to the current at the time of reading. Thereafter, the word line WL1 is set to the voltage in the standby state, and the read cycle ends.
다음에 기록 동작의 예에 대해서 도 17을 이용해서 설명한다. 본 예는, 워드선(WL1)과 비트선(BL1)의 교점에 있는 메모리 셀(MC11)의 칼코게나이드막의 상상태를 재기록하는 동작을 나타내고 있다. 처음에, 기록 커맨드가 입력되면 모든 메모리 셀의 기판 전위(SUB1), (SUB2), …이 대기 상태의 전압, 예컨대 0V로부터 기록 비선택시의 전압, 예컨대 -1V로 설정된다. 이것과 전후하여, 메모리 셀의 소스 노드에 접속되어 있는 소스선 (SL1), (SL2), …이 대기 상태의 전압, 예컨대 0V로부 터 기록 비선택시의 전압, 예컨대 1V로 설정된다. 다음에, 기록 선택 셀이 접속되어 있는 워드선(WL1)이 비선택 상태의 전압, 예컨대 0V로부터 기록 선택 상태의 전압, 예컨대 -1V로 설정된다. 다음에, 기록 선택 셀이 접속되어 있는 소스선(SL1)이 기록 비선택 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압, 예컨대 -1V로 설정된다. 그 후, 기록 선택 셀(MC11)이 접속되어 있는 비트선(BL1)이 대기 상태의 전압, 예컨대 0V로부터 기록 선택 상태의 전압, 예컨대 1V로 설정된다. 이것에 따라, 비트선(BL1)에 접속되는 메모리 셀 트랜지스터가 공통으로 접속되는 기판 노드(SUB1)가 기록 데이터를 따라서 구동된다. 여기에서, 기록 데이터가 칼코게나이드막을 고저항으로 할 경우에는, 도 17의 기판 노드(SUB1)파형의 실선과 같이 , 비선택 상태의 전압으로부터 리셋 기록전압, 예컨대 1V로 설정된다.Next, an example of the recording operation will be described with reference to FIG. This example shows an operation of rewriting the phase state of the chalcogenide film of the memory cell MC11 at the intersection of the word line WL1 and the bit line BL1. Initially, when a write command is input, the substrate potentials SUB1, SUB2,... The voltage in this standby state, for example, 0V, is set from a voltage when no write is selected, for example, -1V. Before and after this, the source lines SL1, SL2,... Are connected to the source node of the memory cell. The voltage in this standby state, for example, 0V, is set to a voltage at the time of no recording selection, for example, 1V. Next, the word line WL1 to which the write select cell is connected is set from a voltage in the unselected state, for example, 0V to a voltage in the write select state, for example, -1V. Next, the source line SL1 to which the write select cell is connected is set from the voltage in the write non-select state to a voltage in the write select state, for example, -1V. Thereafter, the bit line BL1 to which the write select cell MC11 is connected is set from a voltage in the standby state, for example, 0V, to a voltage in the write select state, for example, 1V. As a result, the substrate node SUB1 to which the memory cell transistors connected to the bit line BL1 are commonly connected is driven along the write data. Here, in the case where the write data makes the chalcogenide film high, the reset write voltage, for example, 1V is set from the voltage in the non-selected state, as shown by the solid line of the substrate node SUB1 waveform in FIG.
한편, 기록 데이터가 칼코게나이드막을 저(低)저항 상태로 할 경우에는, 도 17의 기판 노드(SUB1)파형의 점선과 같이 , 비선택 상태의 전압으로부터 세트 기록전압, 예컨대 0.5V로 설정된다. 기판 노드(SUB1)에는, 원하는 전압이 원하는 기간 인가되고, 칼코게나이드막에는 기록에 필요한 전류가 흐른다. 그 후, 기판 노드(SUB1)는 기록 비선택 상태의 전압으로 설정된다. 기판 노드(SUB1)가 비선택 상태로 설정된 후, 비트선(BL1)이 대기 상태의 전압으로 설정된다. 다음에, 기록 선택 소스선(SL1)이 기록 선택 상태로부터 대기 상태의 전압으로 설정되고, 소스선이 대기 상태가 된 후에, 워드선(WL1)이 기록 선택 상태의 전압으로부터 대기 상태의 전압으로 설정된다. 최후에, 기록 비선택의 소스선(SL2)…이 기록 비선택 상태로부터 대기시 상태로 설정된다. 이것과 전후해서 비선택 기판 노드(SUB2)…가 기록 비 선택 상태로부터 대기시 상태의 전압으로 설정된다.On the other hand, when the recording data causes the chalcogenide film to be in a low resistance state, as shown by the dotted line of the substrate node SUB1 waveform in FIG. . A desired voltage is applied to the substrate node SUB1 for a desired period, and a current required for writing flows through the chalcogenide film. Thereafter, the substrate node SUB1 is set to the voltage in the write non-select state. After the substrate node SUB1 is set to the non-selected state, the bit line BL1 is set to the voltage of the standby state. Next, the write select source line SL1 is set from the write select state to the voltage of the standby state, and after the source line becomes the standby state, the word line WL1 is set from the voltage of the write select state to the voltage of the standby state. do. Finally, the source line SL2 of recording non-selection is selected. From this recording non-selection state, the state is set to the standby state. Before and after the non-selective substrate node SUB2. Is set to the voltage of the standby state from the write non-selection state.
다음에, 하나의 워드선상의 메모리 셀을 차례 차례로 재기록해가는 것 같은, 버스트 기록 동작에 대해서 도 18을 이용해서 설명한다. 비트선, 워드선, 소스선, 기판 노드의 대기 상태, 기록 선택 상태, 기록 비선택 상태의 전압은, 도 17과 같다.Next, a burst write operation in which memory cells on one word line are sequentially rewritten will be described with reference to FIG. The voltages in the standby state, the write selection state, and the write non-selection state of the bit line, word line, source line, and substrate node are as shown in FIG.
도면에서는, 워드선(WL1)상의 메모리 셀(MC11)과 (MC21)…에 기록하고, 다음에 워드선(WL2)상의 메모리 셀에 기록하는 동작을 나타내고 있다. 상기의 하나의 메모리 셀에 기록하는 예와 같이, 처음에, 기록 커맨드가 입력되면 모든 메모리 셀의 기판 전위(SUB1), (SUB2), …이 대기 상태의 전압으로부터 기록 비선택시의 전압으로 설정되어, 메모리 셀의 소스 노드에 접속되어 있는 소스선 (SL1), (SL2), …이 대기 상태의 전압으로부터 기록 비선택시의 전압으로 설정된다. 다음에, 기록 워드선(WL1)이 대기 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에, 기록 선택 소스선(SL1)이 기록 비선택 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에 기록하는 메모리 셀이 접속되어 있는 비트선이 구동된다. 예컨대, 도 18에서는, 메모리 셀(MC11)의 칼코게나이드막을 저(低)저항화 혹은 고(高)저항화하는 동작을 행하고 있다. 우선, 비트선(BL1)이 대기 상태의 전압으로부터, 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에, 이것을 따라서, 비트선(BL1)에 대응한 기판 노드(SUB1)가 기록 데이터를 따라서 구동된다. 여기에서, 기록 데이터가 칼코게나이드막을 고저항으로 할 경우이기 때문에, 비선택 상태의 전압으로부터 리셋 기록전압으로 설정된다. 기판 노드(SUB1)에는, 원하는 전압이 원하는 기간 인가되어, 칼코게나이드막에는 기록에 필요한 전류가 흐른다. 그 후, 기판 노드(SUB1)는 기록 비선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에, 동일 워드선(WL1)상의 메모리 셀(MC12)에 기록하는 동작을 한다. 상기의 메모리 셀(MC11)에의 기록 동작에서의 비트선(BL1)과 기판 노드(SUB1)과 동일하게, 비트선(BL2)이 대기 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 도면에서는, 세트 기록 동작을 행하는 예를 나타내고 있다. 비트선(BL2)에 대응하는 기판 노드(SUB2)가 세트 기록전압으로 설정되어, 칼코게나이드막에 전류를 흘린다. 원하는 기간, 전류를 흘린 후, 기판 노드(SUB2)는 기록 선택 상태로부터 비선택 상태로 설정된다. 이것과 동일하게, 동일 워드선(WL1)상의 메모리 셀의 기록 동작을 순차적으로 행한다.워드선(WL1)에의 기록 동작이 종료한 시점에서, 기록 선택 소스선(SL1)이 기록 선택 상태의 전압으로부터, 기록 비선택 상태의 전압으로 설정된다.In the figure, the memory cells MC11 and MC21 on the word line WL1. To write to the memory cell on the word line WL2. As in the example of writing to one memory cell described above, when a write command is input, the substrate potentials SUB1, SUB2,... Source lines SL1, SL2,... Which are set from the standby voltage to the voltage at the time of non-writing selection and are connected to the source node of the memory cell. The voltage at the time of non-recording selection is set from the voltage in this standby state. Next, the write word line WL1 is set from the voltage in the standby state to the voltage in the write select state. Next, the write select source line SL1 is set from the voltage in the write non-select state to the voltage in the write select state. The bit line to which the memory cell to be written next is connected is driven. For example, in Fig. 18, the chalcogenide film of the memory cell MC11 is made to have low resistance or high resistance. First, the bit line BL1 is set from the voltage in the standby state to the voltage in the write select state. Next, along this, the substrate node SUB1 corresponding to the bit line BL1 is driven along the write data. Here, since the write data is a case where the chalcogenide film has a high resistance, it is set from the voltage in the non-selected state to the reset write voltage. A desired voltage is applied to the substrate node SUB1 for a desired period, and a current necessary for writing flows through the chalcogenide film. Thereafter, the substrate node SUB1 is set to the voltage in the write non-select state. Next, an operation of writing to the memory cell MC12 on the same word line WL1 is performed. Similarly to the bit line BL1 and the substrate node SUB1 in the above write operation to the memory cell MC11, the bit line BL2 is set from the standby voltage to the voltage of the write select state. In the figure, an example of performing a set recording operation is shown. The substrate node SUB2 corresponding to the bit line BL2 is set to the set write voltage, so that a current flows through the chalcogenide film. After passing a current for a desired period, the substrate node SUB2 is set from the write selection state to the non-selection state. Similarly to this, the write operation of the memory cells on the same word line WL1 is sequentially performed. At the time when the write operation to the word line WL1 is finished, the write select source line SL1 starts from the voltage in the write select state. , The voltage is set to the write non-select state.
그 후, 워드선(WL1)이 기록 선택 상태의 전압으로부터 대기 상태의 전압으로 설정된다. 계속해서, 별도의 워드선, 예컨대 워드선(WL2)상의 메모리 셀에 기록하는 동작이 행하여졌을 경우에 대해서 설명한다. 워드선(WL1)이 대기 상태가 된 후, 다음에 기록 선택 워드선이 된 워드선(WL2)이 대기 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 그 후, 기록 선택 워드선에 대응한 소스선(SL2)이 기록 비선택 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 이것에 계속하여, 상기 워드선(WL1)상의 메모리 셀로의 기록 동작과 동일하게, 기록 메모리 셀이 접속되는 비트선과 그것에 대응하는 기판 노드가 기록 데이터에 따라서, 차례 차례로 구동된다. 이것에 의해, 기록 선택 워드선(WL2)상의 메모리 셀로의 기록 동작이 행하여진다. 워드선(WL2)에의 기록 동작이 종료하면, 상기의 워드선(WL1)의 경우와 동일하게, 기록 선택 소스선(SL2)이 기록 선택 상태의 전압으로부터, 기록 비선택 상태의 전압으로 설정되어, 워드선(WL2)이 기록 선택 상태로부터 대기 상태로 설정된다. 도면에서는, 여기에서, 기록 동작이 종료할 경우에 대해서 나타내고 있다.Thereafter, the word line WL1 is set from the voltage in the write select state to the voltage in the standby state. Subsequently, a case where an operation of writing to a memory cell on another word line, for example, word line WL2, is described. After the word line WL1 is in the standby state, the word line WL2, which is the next write select word line, is set from the standby voltage to the voltage in the write selection state. Thereafter, the source line SL2 corresponding to the write select word line is set from the voltage in the write non-select state to the voltage in the write select state. Subsequently, similarly to the write operation to the memory cell on the word line WL1, the bit line to which the write memory cell is connected and the substrate node corresponding thereto are sequentially driven in accordance with the write data. As a result, a write operation to the memory cells on the write select word line WL2 is performed. When the write operation to the word line WL2 is finished, the write select source line SL2 is set from the voltage in the write select state to the voltage in the write non-select state as in the case of the word line WL1 described above. The word line WL2 is set from the write select state to the standby state. In the figure, the case where the recording operation ends here is shown.
워드선(WL2)이 대기 상태로 설정된 후, 모든 소스선(SL1), (SL2)…은 기록 비선택 상태의 전압으로부터 대기 상태의 전압으로 설정된다. 이것과 동시에, 모든 기판 노드(SUB1), (SUB2)…은 기록 비선택 상태의 전압으로부터, 대기 상태의 전압으로 설정된다. 도 18에서는, 도 17에 비교해서 워드선상의 메모리 셀을 차례 차례로 재기록시에, 기록 사이클을 짧게 할 수 있고, 더욱이, 복수의 워드선에 대해서 차례 차례로 재기록하는 동작이라도 기록 사이클을 짧게 할 수 있고, 고속인 기록 동작을 실현할 수 있다. 또한, 동시에, 기록1셀 마다 워드선, 소스선을 구동하지 않기 때문에, 소비 전력을 저감할 수 있는 효과도 있다.After the word line WL2 is set to the standby state, all the source lines SL1, SL2,... Is set from the voltage in the write non-select state to the voltage in the standby state. At the same time, all the substrate nodes SUB1, SUB2... Is set from the voltage in the write non-select state to the voltage in the standby state. In FIG. 18, the write cycle can be shortened when the memory cells on the word lines are sequentially rewritten as compared with FIG. 17. Furthermore, the write cycle can be shortened even in an operation of sequentially rewriting the plurality of word lines. In this case, a high speed recording operation can be realized. At the same time, since the word line and the source line are not driven for every recording cell, the power consumption can be reduced.
도 17및, 도 18에서는, 1회의 기록 사이클에 있어서 메모리 셀 하나씩 기록하는 동작을 나타내고 있으나, 복수의 비트선과 그것에 대응하는 기판 노드를 동시으로 구동하는 것으로써 복수의 메모리 셀로 기록할 수 있다. 이 경우, 하나의 워드선에의 기록시간을 단축할 수 있고, 기록 사이클의 고속화가 실현되는 이점이 있다.17 and 18 show the operation of writing one memory cell in one write cycle, but it is possible to write to a plurality of memory cells by simultaneously driving a plurality of bit lines and substrate nodes corresponding thereto. In this case, there is an advantage that the writing time on one word line can be shortened, and the recording cycle can be speeded up.
다음에, 상기한 기록 방식의 변형예에 대해서 도 19를 이용해서 설명한다. 상기의 기록 방식에서는, 기록 데이터에 따라, 기판 노드의 기록 설정 전압을 바꾸고 있었지만, 도 19에서는, 기록 데이터를 따라, 소스선의 기록 설정 전압을 바꾸 고 있는 것이 특징이다.Next, a modification of the above-described recording method will be described with reference to FIG. 19. In the above recording method, the write setting voltage of the substrate node is changed in accordance with the write data, but in Fig. 19, the write setting voltage of the source line is changed along with the write data.
본 예는, 워드선(WL1)과 비트선(BL1)의 교점에 있는 메모리 셀(MC11)의 칼코게나이드막의 상(相)상태를 재기록하는 동작을 나타내고 있다. 처음에, 기록 커맨드가 입력되면 모든 메모리 셀의 기판 전위(SUB1), (SUB2), …이 대기 상태의 전압, 예를 들면, 0V로부터 기록 비선택시의 전압, 예컨대 -1V로 설정된다. 이것과 거의 동시에, 메모리 셀의 소스 노드에 접속되어 있는 소스선 (SL1), (SL2), …이 대기 상태의 전압, 예를 들면 0V로부터 기록 비선택시의 전압, 예컨대 1V로 설정된다. 다음에, 기록 선택 셀(MC11)이 접속되어 있는 비트선(BL1)이 대기 상태의 전압, 예컨대, 0V로부터 기록 선택 전압, 예컨대 1V로 설정된다. 이것에 따라, 비트선(BL1)에 접속되는 메모리 셀 트랜지스터가 공통으로 접속되는 기판 노드(SUB1)가 기록 비선택 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압, 예컨대 1V으로 구동된다. 다음에, 기록 선택 메모리 셀(MC11)이 접속되는 워드선(WL1)이 대기 상태의 전압, 예컨대 0V로부터 기록 선택 상태의 전압, 예컨대, -1V으로 구동된다. 그 후, 기록 선택 셀이 접속되어 있는 소스선(SL1)이 기록 데이터를 따라서 구동된다. 여기에서, 기록 데이터가 칼코게나이드막을 고저항으로 할 경우에는, 도 19의 소스선(SL1)실선의 점선과 같이 , 기록 비선택 상태의 전압으로부터 리셋 기록전압, 예컨대 -1V로 설정된다. 한편, 기록 데이터가 칼코게나이드막을 저저항 상태로 할 경우에는, 도 19의 소스선(SL1)점선의 실선과 같이 , 기록 비선택 상태의 전압으로부터 세트 기록전압, 예컨대 -0.5V 로 설정된다. 소스선(SL1)에는, 원하는 전압이 원하는 기간 인가되어, 칼코게나이드막에는 기록에 필요한 전류가 흐른다. 그 후, 기 록 비선택 상태의 전압으로 설정된다. 소스선(SL1)이 비선택 상태로 설정된 후, 워드선(WL1)이 대기 상태의 전압으로 설정된다. 계속해서, 기판 노드(SUB1)가 기록 선택 상태의 전압으로부터 대기 상태의 전압으로 구동된다. 기판 노드(SUB1)가 대기 상태으로 구동된 후, 비트선(BL1)이 기록 선택 상태의 전압으로부터 대기 상태의 전압으로 설정된다.This example shows an operation of rewriting the phase state of the chalcogenide film of the memory cell MC11 at the intersection of the word line WL1 and the bit line BL1. Initially, when a write command is input, the substrate potentials SUB1, SUB2,... The voltage in this standby state, for example, 0V, is set to a voltage at the time of no recording selection, for example, -1V. Almost simultaneously with this, the source lines SL1, SL2,... Are connected to the source node of the memory cell. The voltage in this standby state, for example, 0V, is set to a voltage at the time of no recording selection, for example, 1V. Next, the bit line BL1 to which the write select cell MC11 is connected is set from a standby voltage, for example, 0V, to a write select voltage, for example, 1V. As a result, the substrate node SUB1 to which the memory cell transistors connected to the bit line BL1 are commonly connected is driven from a voltage in the write non-select state to a voltage in the write select state, for example, 1V. Next, the word line WL1 to which the write select memory cell MC11 is connected is driven from a voltage in the standby state, for example, 0V, to a voltage in the write select state, for example, -1V. Thereafter, the source line SL1 to which the write select cell is connected is driven along the write data. Here, when the write data has a high resistance to the chalcogenide film, the reset write voltage, for example, -1V is set from the voltage in the write non-selection state as shown by the dotted line of the source line SL1 in Fig. 19. On the other hand, when the write data makes the chalcogenide film low, the set write voltage, for example, -0.5V is set from the voltage in the write non-selected state as shown by the solid line of the source line SL1 in FIG. A desired voltage is applied to the source line SL1 for a desired period, and a current required for writing flows through the chalcogenide film. Thereafter, it is set to the voltage in the recording unselected state. After the source line SL1 is set to the non-select state, the word line WL1 is set to the voltage of the standby state. Subsequently, the substrate node SUB1 is driven from the voltage in the write selection state to the voltage in the standby state. After the substrate node SUB1 is driven in the standby state, the bit line BL1 is set from the voltage in the write selection state to the voltage in the standby state.
최후에, 기록 비선택 상태의 전압으로 설정되어 있었던 기록 비선택 기판 노드(SUB2)…가 대기 상태의 전압으로 설정된다. 이것과 거의 동시에, 기록 비선택 상태의 전압으로 설정되고 있었던 기록 비선택 소스선(SL2)…이 대기 상태의 전압으로 설정되어서, 기록 동작이 종료한다.Finally, the recording non-selection substrate node SUB2... Set to the voltage in the recording non-selection state. Is set to the standby voltage. Almost simultaneously with this, the write non-select source line SL2... Set to the voltage in the write non-select state. This voltage is set in the standby state, and the write operation is terminated.
본 동작에서, 워드선(WL1)을 선택 상태의 전압으로 하는 타이밍은, 비트선(BL1)을 선택 상태로 구동하는 것보다 보다 전(前),또는, 기판 노드(SUB1)을 선택 상태으로 구동하는 것보다 전(前)이라도 무방하다. 마찬가지로, 기록 선택 상태의 워드선(WL1)을 대기 상태로 하는 타이밍도, 기판 노드(SUB1)를 대기 상태로 한 후라도, 비트선을 대기 상태로 한 후라도 무방하다.In this operation, the timing at which the word line WL1 is the voltage in the selected state is driven earlier than the bit line BL1 is driven in the selected state, or the substrate node SUB1 is driven in the selected state. It is better than before. Similarly, the timing for bringing the word line WL1 in the write select state into the standby state may also be after the substrate node SUB1 is in the standby state or after the bit line is in the standby state.
본 기록 방식에서는, 상기의 도 17, 도 18에 비교해서 소스선이 기판 노드보다 용량부하가 가볍기 때문에, 기록 동작의 제어성이 좋은 이점이 있다.In the present recording method, since the source line has a lighter capacity load than the substrate node as compared with Figs. 17 and 18, the controllability of the write operation is good.
다음에, 본 기록 방식의 변형예로서, 비트선상의 메모리 셀의 데이터를 차례 차례로, 버스트 기록을 하는 동작에 대해서 도 20을 이용해서 설명한다. 비트선, 워드선, 소스선, 기판 노드의 대기 상태, 기록 선택 상태, 기록 비선택 상태의 전압은, 도 19와 같다. 도면에서는, 비트선(BL1)상의 메모리 셀(MC11)과 (MC21)…에 기록하고, 다음에 비트선(BL2)상의 메모리 셀에 기록하는 동작을 나타내고 있다. 상기의 도 19의 하나의 메모리 셀에 기록하는 예와 같이, 처음에, 기록 커맨드가 입력되면 모든 메모리 셀의 기판 전위(SUB1), (SUB2), …이 대기 상태의 전압으로부터 기록 비선택시의 전압으로 설정되어, 메모리 셀의 소스 노드에 접속되어 있는 소스선(SL1), (SL2),····이 대기 상태의 전압으로부터 기록 비선택시의 전압으로 설정된다. 다음에, 기록 비트선(BL1)이 대기 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에, 기록 선택 기판 노드(SUB1)가 기록 비선택 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에 기록하는 메모리 셀이 접속되어 있는 워드선이 구동된다. 예컨대, 도 20에서는, 메모리 셀(MC11)의 칼코게나이드막을 저저항화 혹은 고저항화하는 동작을 행하고 있다. 우선, 워드선(WL1)이 대기 상태의 전압으로부터, 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에, 이것에 따라, 소스선(SL1)이 기록 데이터를 따라서 구동된다. 여기에서는, 기록 데이터가 칼코게나이드막을 고저항으로 할 경우이기 때문에, 비선택 상태의 전압으로부터 리셋 기록전압으로 설정된다. 기판 노드(SUB1)에는, 원하는 전압이 원하는 기간 인가되어, 칼코게나이드막에는 기록에 필요한 전류가 흐른다. 그 후, 기록 비선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에, 동일 비트선(BL1)상의 메모리 셀(MC21)에 기록하는 동작을 한다. 상기 메모리 셀(MC11)에의 기록 동작에서의 워드선(WL1)과 소스선(SL1) 과 같이, 워드선(WL2)이 대기 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정되어, 소스선(SL2)이 기록 데이터를 따라서 세트 기록전압 혹은 리셋 기록전압으로 설정되고, 칼코게나이드막에 전류를 흘린다. 원하는 기 간, 전류를 흘린 후, 소스선(SL2)은 기록 선택 상태로부터 비선택 상태로 설정된다. 이것과 동일하게, 동일 비트선(BL1)상의 메모리 셀의 기록 동작을 순차적으로 행한다. 비트선(BL1)에의 기록 동작이 종료한 시점에서, 기록 선택 기판 노드(SUB1)가 기록 선택 상태의 전압으로부터, 기록 비선택 상태의 전압으로 설정된다. 그 후, 비트선(BL1)이 기록 선택 상태의 전압으로부터 대기 상태의 전압으로 설정된다. 계속해서, 별도의 비트선, 예컨대 비트선(BL2)상의 메모리 셀에 기록하는 동작이 행하여졌을 경우에 대해서 설명한다. 비트선(BL1)이 대기 상태가 된 후, 다음에 기록 선택 비트선이 된 비트선(BL2)이 대기 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 그 후, 기록 선택 비트선에 대응한 기판 노드(SUB2)가 기록 비선택 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 이것에 계속하여, 상기 비트선(BL1)상의 메모리 셀로의 기록 동작과 동일하게, 기록 메모리 셀이 접속되는 워드선과 그것에 대응하는 소스선이 기록 데이터를 따라, 차례 차례로 구동된다. 이것에 의해, 기록 선택 비트선(BL2)상의 메모리 셀로의 기록 동작이 행하여진다. 비트선(BL2)에의 기록 동작이 종료하면, 상기의 비트선(BL1)의 경우와 같이, 기록 선택 기판 노드(SUB2)가 기록 선택 상태의 전압으로부터, 기록 비선택 상태의 전압으로 설정되어, 비트선(BL2)이 기록 선택 상태로부터 대기 상태로 설정된다. 도면에서는, 여기에서, 기록 동작이 종료할 경우에 대해서 나타내고 있다. 비트선(BL2)이 대기 상태로 설정된 후, 모든 기판 노드 (SUB1), (SUB2), …은 기록 비선택 상태의 전압으로부터 대기 상태의 전압으로 설정된다.Next, as a modification of the present writing method, an operation of burst writing the data of the memory cells on the bit line in sequence will be described with reference to FIG. The voltages in the standby state, write selection state, and write non-selection state of the bit line, the word line, the source line, and the substrate node are as shown in FIG. In the figure, the memory cells MC11 and MC21 on the bit line BL1. To write to the memory cell on the bit line BL2. As in the above example of writing to one memory cell of FIG. 19, when a write command is input, the substrate potentials SUB1, SUB2,... The source lines SL1 and SL2 connected to the source node of the memory cell are set from the voltage in the standby state to the voltage in the non-write state from the standby state. Is set. Next, the write bit line BL1 is set from the voltage in the standby state to the voltage in the write select state. Next, the write select substrate node SUB1 is set from the voltage in the write non-select state to the voltage in the write select state. The word line to which the memory cells to be written next are connected is driven. For example, in FIG. 20, the chalcogenide film of the memory cell MC11 is made to have a low or high resistance. First, the word line WL1 is set from the voltage in the standby state to the voltage in the write select state. Next, according to this, the source line SL1 is driven along the write data. In this case, since the write data is a case where the chalcogenide film has a high resistance, it is set from the voltage in the non-selected state to the reset write voltage. A desired voltage is applied to the substrate node SUB1 for a desired period, and a current necessary for writing flows through the chalcogenide film. Thereafter, it is set to the voltage in the write non-selection state. Next, an operation of writing to the memory cell MC21 on the same bit line BL1 is performed. Like the word line WL1 and the source line SL1 in the write operation to the memory cell MC11, the word line WL2 is set from the voltage in the standby state to the voltage in the write select state, so that the source line SL2 Along with this write data, a set write voltage or reset write voltage is set, and a current flows through the chalcogenide film. After passing a current for a desired period, the source line SL2 is set from the write select state to the non-select state. Similarly to this, the write operation of the memory cells on the same bit line BL1 is sequentially performed. At the end of the write operation to the bit line BL1, the write select substrate node SUB1 is set from the voltage in the write select state to the voltage in the write non-select state. Thereafter, the bit line BL1 is set from the voltage in the write selection state to the voltage in the standby state. Subsequently, a case where an operation of writing to a memory cell on another bit line, for example, the bit line BL2, is described. After the bit line BL1 is in the standby state, the bit line BL2, which is the next write select bit line, is set from the standby voltage to the voltage in the write selection state. Subsequently, the substrate node SUB2 corresponding to the write select bit line is set from the voltage in the write non-select state to the voltage in the write select state. Subsequently, similarly to the write operation to the memory cell on the bit line BL1, the word line to which the write memory cell is connected and the source line corresponding thereto are sequentially driven along the write data. As a result, a write operation to the memory cell on the write select bit line BL2 is performed. When the write operation to the bit line BL2 ends, the write select substrate node SUB2 is set from the voltage in the write select state to the voltage in the write non-select state as in the case of the bit line BL1 described above. Line BL2 is set from the write selection state to the standby state. In the figure, the case where the recording operation ends here is shown. After the bit line BL2 is set to the standby state, all the substrate nodes SUB1, SUB2,... Is set from the voltage in the write non-select state to the voltage in the standby state.
이것과 동시에, 모든 소스선 (SL1), (SL2), …은 기록 비선택 상태의 전압으 로부터, 대기 상태의 전압으로 설정된다. 도 20에서는, 도 19에 비교해서 비트선상의 메모리 셀을 차례 차례로 재기록시에, 기록 사이클을 짧게 할 수 있고, 더욱이, 복수의 비트선에 있어서 차례 차례로 재기록하는 동작에서도 기록 사이클을 짧게 할 수 있고, 고속인 기록 동작을 실현할 수 있다. 또한, 동시에, 기록 1셀 마다 비트선, 기판 노드를 구동하지 않기 때문에 , 소비 전력을 저감할 수 있는 효과도 있다.At the same time, all the source lines SL1, SL2,... Is set from the voltage in the write non-select state to the voltage in the standby state. In FIG. 20, the write cycle can be shortened when the memory cells on the bit lines are sequentially rewritten as compared with FIG. 19. Furthermore, the write cycle can be shortened even in the operation of sequentially rewriting the plurality of bit lines. In this case, a high speed recording operation can be realized. At the same time, since the bit line and the substrate node are not driven for every recording cell, the power consumption can be reduced.
상기의 도 20의 변형예로서, 워드선상의 메모리 셀에 있어서 비트선을 차례 차례로 선택하면서 버스트 동작에서 기록하는 방식에 대해서 도 21을 이용해서 설명한다. 비트선, 워드선, 소스선, 기판 노드의 대기 상태, 기록 선택 상태, 기록 비선택 상태의 전압은, 도 19로 같다. 도면에서는, 워드선(WL1)상의 메모리 셀(MC11)과 (MC12)…에 기록하고, 다음에 워드선(WL2)상의 메모리 셀에 기록하는 동작을 나타내고 있다. 도 19의 하나의 메모리 셀에 기록하는 예와 같이, 처음에, 기록 커맨드가 입력되면 모든 메모리 셀의 기판 전위(SUB1), (SUB2), …가 대기 상태의 전압으로부터 기록 비선택시의 전압으로 설정되어, 메모리 셀의 소스 노드에 접속되어 있는 소스선 (SL1), (SL2), …이 대기 상태의 전압으로부터 기록 비선택시의 전압으로 설정된다. 다음에, 기록 워드선(WL1)이 대기 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에 기록하는 메모리 셀이 접속되어 있는 비트선이 대기 상태의 전압으로부터, 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에, 이것에 따라, 비트선(BL1)에 접속되는 메모리 셀 트랜지스터가 공통으로 접속되는 기판 노드(SUB1)가 기록 비선택 상태의 전압으로부터 선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에 기록 셀이 접속되어 있는 소스선(SL1)이 기록 데이터를 따라서 구동된다. 여기에서는, 메모리 셀(MC11)의 칼코게나이드막을 고저항화하는 동작을 행하고 있다. 이 때, 소스선(SL1)은 기록 비선택 상태의 전압으로부터 리셋 동작 전압으로 설정된다. 소스선(SL1)에는, 원하는 전압이 원하는 기간 인가되고, 칼코게나이드막에는 기록에 필요한 전류가 흐른다. 그 후, 기록 비선택 상태의 전압으로 설정된다. 다음에, 동일 워드선(WL1)상의 메모리 셀(MC12)에 기록하는 동작을 한다. 상기 메모리 셀(MC11)에의 기록 동작에서의 비트선(BL1)과 기판 노드(SUB1), 소스선(SL1)과 동일하게, 비트선(BL2)이 대기 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 계속해서, 비트선(BL2)에 대응하는 기판 노드(SUB2)가 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 이것에 따라, 기록 셀이 접속되어 있는 소스선(SL1)이 기록 데이터를 따라서 구동된다. 여기에서는, 칼코게나이드막을 저저항화하는 동작의 예를 나타내고 있다. 이 때, 소스선(SL1)은, 비선택 상태의 전압으로부터 세트 동작 전압으로 구동되어, 칼코게나이드막에 전류를 흘린다.원하는 기간, 전류를 흘린 후, 소스선(SL1)은 기록 선택 상태로부터 비선택 상태로 설정된다. 그 후, 기판 노드(SUB2)가 선택 상태의 전압으로부터 비선택 상태의 전압으로 설정되어, 계속하여, 비트선(BL2)이 기록 선택 상태의 전압으로부터 대기 상태의 전압으로 설정된다.As a modification of Fig. 20 described above, a method of writing in a burst operation while sequentially selecting bit lines in a memory cell on a word line will be described with reference to Fig. 21. The voltages in the standby state, write selection state, and write non-selection state of the bit line, word line, source line, and substrate node are the same as in FIG. In the figure, memory cells MC11 and MC12 on the word line WL1. To write to the memory cell on the word line WL2. As in the example of writing to one memory cell of Fig. 19, when a write command is input, the substrate potentials SUB1, SUB2,... Is set from a standby voltage to a voltage at write non-selection, and is connected to the source lines SL1, SL2,... Connected to the source node of the memory cell. The voltage at the time of non-recording selection is set from the voltage in this standby state. Next, the write word line WL1 is set from the voltage in the standby state to the voltage in the write select state. The bit line to which the memory cell to be written next is connected is set from the voltage in the standby state to the voltage in the write select state. Next, the substrate node SUB1 to which the memory cell transistors connected to the bit line BL1 are commonly connected is set from the voltage in the write non-selected state to the voltage in the selected state. Next, the source line SL1 to which the recording cells are connected is driven along the recording data. Here, an operation for increasing the chalcogenide film of the memory cell MC11 is performed. At this time, the source line SL1 is set from the voltage in the write non-selection state to the reset operation voltage. A desired voltage is applied to the source line SL1 for a desired period, and a current required for writing flows through the chalcogenide film. Thereafter, it is set to the voltage in the write non-selection state. Next, an operation of writing to the memory cell MC12 on the same word line WL1 is performed. In the same manner as the bit line BL1, the substrate node SUB1, and the source line SL1 in the write operation to the memory cell MC11, the bit line BL2 is set from the standby voltage to the voltage in the write select state. do. Subsequently, the substrate node SUB2 corresponding to the bit line BL2 is set to the voltage in the write select state. As a result, the source line SL1 to which the recording cells are connected is driven along the recording data. Here, an example of the operation of reducing the chalcogenide film is shown. At this time, the source line SL1 is driven from the voltage in the non-selected state to the set operating voltage to flow a current through the chalcogenide film. After the desired period and the current flows, the source line SL1 is removed from the write select state. It is set to the non-select state. Thereafter, the substrate node SUB2 is set from the voltage in the selected state to the voltage in the non-selected state, and subsequently, the bit line BL2 is set from the voltage in the write select state to the voltage in the standby state.
이것과 동일하게, 동일 워드선(WL1)상의 메모리 셀의 기록 동작을 순차적으로 행한다. 워드선(WL1)에의 기록 동작이 종료한 시점에서, 워드선(WL1)이 기록 선택 상태의 전압으로부터 대기 상태의 전압으로 설정된다. 계속해서, 별도의 워드 선, 예컨대 워드선(WL2)상의 메모리 셀에 기록하는 동작이 행하여졌을 경우에 대해서 설명한다. 워드선(WL1)이 대기 상태가 된 후, 다음에 기록 선택 워드선이 된 워드선(WL2)이 대기 상태의 전압으로부터 기록 선택 상태의 전압으로 설정된다. 그 후, 상기 워드선(WL1)상의 메모리 셀로의 기록 동작과 동일하게, 기록 메모리 셀이 접속되는 비트선과 그것에 대응하는 기판 노드가 기록 선택 상태의 전압으로 구동되어, 소스선을 구동함으로써, 칼코게나이드막에 전류를 흘려 데이터를 기록한다. 이것에 의해, 기록 선택 워드선(WL2)상의 메모리 셀로의 기록 동작이 행하여진다. 워드선(WL2)에의 기록 동작이 종료하면, 상기의 워드선(WL1)의 경우와 동일하게, 워드선(WL2)이 기록 선택 상태로부터 대기 상태로 설정된다. 도면에서는, 여기에서, 기록 동작이 종료할 경우에 대해서 나타내고 있다. 워드선(WL2)이 대기 상태로 설정된 후, 모든 소스선(SL1), (SL2),…은 기록 비선택 상태의 전압으로부터 대기 상태의 전압으로 설정된다. 이것과 동시에, 모든 기판 노드(SUB1), (SUB2),…은 기록 비선택 상태의 전압으로부터, 대기 상태의 전압으로 설정된다. 도 21에서는, 도 19에 비교해서 워드선상의 메모리 셀을 차례 차례로 재기록시에, 기록 사이클을 짧게 할 수 있고, 더욱이, 복수의 워드선에 대해서 차례 차례로 재기록하는 동작에서도 기록 사이클을 짧게 할 수 있고, 고속인 기록 동작을 실현할 수 있다. 또한, 동시에, 기록1셀 마다 워드선, 소스선을 구동하지 않기 때문에, 소비 전력을 저감할 수 있는 효과도 있다. 또한, 도 20의 방식에 비교하여, 판독시와 동일한 워드선단위에서의 데이터의 교환이 가능하게 되는 이점이 있다.Similarly to this, the write operation of the memory cells on the same word line WL1 is sequentially performed. At the end of the write operation to the word line WL1, the word line WL1 is set from the voltage in the write selection state to the voltage in the standby state. Subsequently, a case where an operation of writing to a memory cell on another word line, for example, word line WL2, is described. After the word line WL1 is in the standby state, the word line WL2, which is the next write select word line, is set from the standby voltage to the voltage in the write selection state. Thereafter, similarly to the write operation to the memory cell on the word line WL1, the bit line to which the write memory cell is connected and the substrate node corresponding thereto are driven with the voltage in the write select state, thereby driving the source line, thereby driving the chalcogene. The data is recorded by flowing a current through the aged film. As a result, a write operation to the memory cells on the write select word line WL2 is performed. When the write operation to the word line WL2 ends, the word line WL2 is set from the write selection state to the standby state as in the case of the word line WL1 described above. In the figure, the case where the recording operation ends here is shown. After the word line WL2 is set to the standby state, all the source lines SL1, SL2,... Is set from the voltage in the write non-select state to the voltage in the standby state. At the same time, all the substrate nodes SUB1, SUB2,... Is set from the voltage in the write non-select state to the voltage in the standby state. In FIG. 21, the write cycle can be shortened when the memory cells on the word lines are sequentially rewritten as compared with FIG. 19. Furthermore, the write cycle can be shortened even in the operation of sequentially rewriting the plurality of word lines. In this case, a high speed recording operation can be realized. At the same time, since the word line and the source line are not driven for every recording cell, the power consumption can be reduced. Further, as compared with the method of Fig. 20, there is an advantage that data can be exchanged in the same word line unit as in reading.
본 실시예에 있어서는, 워드선(1101)은 소자분리의 목적에서 사용되는 것에 조심해야 한다.즉, 전극(1101)에 대하여는, 0 혹은 부(負)의 전위를 주는 것에 의해, (1101)을 낀 2개의 소자를 전기적으로 분리하고, 메모리로서의 정상인 동작을 확보한다. 이것은, 이미 본 실시예의 설명 중에서 말한 것 같이, 셀 면적의 증대를 방지하는 것을 목적으로서, 소자형성 영역(7)을 비트선과 병행 방향에 연결된 구조로 했기 때문에 채용한 방식으로 되어 있다.In this embodiment, it should be noted that the
<실시예2>Example 2
본 실시예는, 노이즈 내성에 뛰어난, 상(相)변화 메모리 어레이를 실현하는 방법에 관한 것이다. 이 목적을 위하여에, DRAM에서 통상 이용되고 있는, 접어서 겹쳐지는 비트선 구성(2교점 메모리 어레이)을 채용한다. 제조 공정은 실시예1과 거의 같다. 또한, 실시예1에서 기술한, 게이트 전극에 의한 소자분리도 본 실시예에서 이용하고 있다. 이하에서, 본 실시예의 제조 방법을 도면을 이용해서 설명한다. 소자분리 형성으로부터 워드선 전극형성, 그 위에 불순물확산층 형성까지는, 즉, 도 5∼7까지는 실시예1와 같다. 층간 막을 형성하여 평탄화한 후, SL선접속을 위한, 콘택트홀을 개구(開口)한다. 더욱이, 도전 플러그(12)형성을 목적으로 하여 텅스텐을 200nm 퇴적하고, 통상의 CMP프로세스에 의해 평탄화하여, 도 22와 같이 된다. 도 8과의 비교에서부터 분명한 바와 같이, 플러그 위치가, 실시예1 과는 다르다.This embodiment relates to a method of realizing a phase change memory array excellent in noise immunity. For this purpose, a folded and overlapping bit line configuration (two-point memory array), which is usually used in DRAM, is adopted. The manufacturing process is almost the same as in Example 1. In addition, the element isolation by the gate electrode described in Example 1 is also used in this embodiment. Below, the manufacturing method of this embodiment is demonstrated using drawing. From element isolation formation to word line electrode formation and impurity diffusion layer formation thereon, that is, to FIGS. After forming and planarizing the interlayer film, the contact hole for the SL wire connection is opened. Further, tungsten is deposited to 200 nm for the purpose of forming the
다음에, 칼코게나이드(101)를 50nm 퇴적하고, 더욱이 SL선으로 이루어지는 텅스텐(14)을 100nm 퇴적한다. 계속해서, 통상의 리소그래피 및 드라이에치에 의해 칼코게나이드(101)와 텅스텐(14)의 적층막을 가공하고, 상(上)면도는 도 23과 같이 되었다.Next,
다음에, 비트선의 형성을 한다. 소스선 형성시와 같이, 층간 절연막형성 때문에, 실리콘 산화막을 500nm 퇴적하고, 통상의 CMP프로세스에 의해 평탄화를 한다. 더욱이, 도전 플러그(1201)형성을 목적으로 하여 콘택트 개구하고, 텅스텐을 200nm 퇴적하고, 통상의 CMP프로세스에 의해 평탄화하고, 도 24와 같이 된다. 다음에, BL선으로 이루어지는 텅스텐(1401)을 100nm 퇴적한다. 계속해서, 통상의 리소그래피 및 드라이에치에 의해 텅스텐(1401)을 가공하고, 상면도는 도 25와 같이 된다. 이후에, 다층배선 공정을 시행하여, 원하는 반도체장치를 얻었다. 본 실시예에 있어서는, 실시예1과 동일하게, 선택선 이외의 워드선은 0V 혹은 부(負)전위로 고정함으로써, 인접 셀과 전기적으로 분리한다.Next, a bit line is formed. As in the case of forming the source line, due to the formation of the interlayer insulating film, the silicon oxide film is deposited at 500 nm and planarized by a normal CMP process. Further, for the purpose of forming the
<실시예3>Example 3
실시예1 및 2에서는 통상의 얕은홈 소자분리와 휠드 플레이트에 의한 소자분리와의 조합에 의해, 소자분리를 행했다. 본 실시예는 통상의 얕은홈 소자분리만을 이용한 것이다. 본 실시예에 의하면, 소자분리용에 게이트 전계를 이용하지 않는 결과로서, 워드계의 제어가 용이하다는 특징이 있다. 이하, 도면을 이용해서 설명한다. P형기판을 이용하여, 메모리 셀 어레이부에는 N형 웰을 형성한다. 계속해서, 통상의 CMOS프로세스에 의해 도 26에 나타내는 것 같은 소자분리 영역을 형성한다. 다음에, 기판 전위를 비트선과 병행 방향으로 분리하기 위해서, 도 27에 나타내는 것 같은 레지스트패턴을 마스크에 p형 불순물주입을 한다. 이 때의 도 27에 있어서의, AA부의 단면도를 도 28에 나타낸다. 소자분리 영역(6)보다 확산층을 깊게 형성 하지 않으면 안되는 점이, 실시예1의 도 6과는 다르다.In Examples 1 and 2, element separation was carried out by a combination of ordinary shallow groove element separation and device separation by wheeled plates. This embodiment uses only conventional shallow groove device isolation. According to this embodiment, as a result of not using the gate electric field for element isolation, the word system can be easily controlled. Hereinafter, it demonstrates using drawing. By using a P-type substrate, an N-type well is formed in the memory cell array portion. Subsequently, an element isolation region as shown in FIG. 26 is formed by a normal CMOS process. Next, in order to separate the substrate potential in the parallel direction with the bit lines, p-type impurity implantation is performed on the mask as shown in FIG. 27. 28 is a cross-sectional view of the AA section in FIG. 27 at this time. The diffusion layer must be formed deeper than the
이후는, 실시예1과 동일한 제조 공정을 거친다. 본 실시예의 경우, 자기정합적으로 기판 전위를 분리할 수가 없기 때문에 , 셀 면적이 증대한다는 결점이 있지만, 워드의 제어가 단순화되므로 설계가 용이해져, 수율을 향상시킨다는 특징이 있다.Thereafter, the same manufacturing process as in Example 1 is carried out. In the present embodiment, since the substrate potential cannot be separated by self-alignment, there is a drawback that the cell area is increased. However, since the control of the word is simplified, the design is easy and the yield is improved.
<실시예4>Example 4
실시예1-3에 있어서는, 비트선을 칼코게나이드가공 전에 형성하였다. 본 실시예에 있어서는, 비트선을 칼코게나이드가공 전에 형성하는 것이다. 본 실시예에는, 비트선이 칼코게나이드에 이어지는 플러그에 의해 실드되므로, 비트선간 용량이 저감된다는 효과가 있다. 이하, 도면을 이용해서 설명한다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 실시예1과 동일하게 게이트 전계를 이용한 소자분리 형성을 채용하고 있다.워드선(11, 1101)형성까지는, 실시예1과 동일하다. 다음에 비트선의 형성을 한다. 이것 때문에, 도 29에 나타내는 것 같은, 타원형상의 플러그를 형성한다. 다음에, BL선으로 이루어지는 텅스텐(1401)을 100nm 퇴적한다. 더욱이, 통상의 리소그래피 및 드라이에치에 의해 텅스텐(1401)을 가공하고, 상면도는 도 30과 같이 된다. 더욱이 층간 절연막을 형성한 후, 소스선 접속 때문에, 텅스텐으로 이루어지는 콘택트 플러그(12)를 형성하고, 도 31과 같이 된다. 비트선 플러그(1201)을 타원형상으로 하고, 비트선(1401)의 배치를 어긋나게 함으로써, 소스선용의 콘택트 플러그(12)획형성이 가능해졌다. 계속해서, 칼코게나이드(101)를 50nm 퇴적하고, 그위에 SL선으로 이루어지는 텅스텐(14)을 100nm 퇴적한다. 계속해서, 통상의 리소그래 피 및 드라이에치에 의해 칼코게나이드(101)와 텅스텐(14)의 적층막을 가공하고, 상면도는 도 32와 같이 되었다. 도 33에는 도 32 중 BB부분의 단면도를 나타낸다. 여기에서 분명한 것 같이, 비트선(1401)은 플러그 전극(12)에 의해 실드되는 구조가 된다. 이것은, 비트선간 용량의 저감에 효과적이다. 이후에, 다층배선 프로세스를 행하여 원하는 반도체장치를 얻었다.In Example 1-3, the bit line was formed before chalcogenide processing. In this embodiment, the bit lines are formed before the chalcogenide processing. In this embodiment, since the bit line is shielded by a plug that is connected to chalcogenide, there is an effect that the capacity between the bit lines is reduced. Hereinafter, it demonstrates using drawing. In this embodiment, the element isolation formation using the gate electric field is adopted in the same manner as in the first embodiment. The formation of the word lines 11 and 1101 is the same as in the first embodiment. Next, a bit line is formed. For this reason, the elliptical plug shown in FIG. 29 is formed. Next, 100 nm of
<실시예5>Example 5
실시예1-4에 있어서는, 칼코게나이드는 소스선과 적층이 되고, 워드선방향으로 이어져 있었다. 본 실시예에 있어서는, 칼코게나이드를 셀 마다 분리함으로써, 인접 셀간의 열에 의한 디스터브를 방지하는 것이다. 이하, 도면을 이용해서 설명한다.In Example 1-4, chalcogenide was laminated | stacked with the source line and continued in the word line direction. In this embodiment, chalcogenide is separated for each cell to prevent disturbance caused by heat between adjacent cells. Hereinafter, it demonstrates using drawing.
소스선 접속을 위한, 플러그 형성까지 (도 9)는, 실시예1과 동일한 제조 공정을 거친다. 계속해서, 칼코게나이드(101)를 50nm 퇴적하고, 더욱이 SL선으로 이루어지는 텅스텐(14)을 100nm 퇴적한다. 계속해서, 통상의 리소그래피 및 드라이에치에 의해 칼코게나이드(101)와 텅스텐(14)의 적층막을, 셀 마다 분리하도록 가공하고, 상면도는 도 34와 같이 되었다. 다음에 층간 절연막(1302)으로서 실리콘 산화막을 200nm 퇴적하고, CMP 법에 의해 평탄화를 하고, 텅스텐 전극(14)을 노출시킨다. 계속해서, 막두께200nm 의 텅스텐(15)을 퇴적하고, 통상의 리소그래피 및 드라이에치에 의해 가공하고, 상(上)면도는 도 35와 같아진다. 다음에, 비트선의 형성을 한다. 소스선 형성시와 같이, 층간 절연막형성 때문에, 실리콘 산화막을 500nm 퇴적하고, 통상의 CMP프로세스에 의해 평탄화를 한다. 더욱이, 도전 플러 그(1201)형성을 목적으로 하여 콘택트 개구하고, 텅스텐을 200nm 퇴적하고, 통상의 CMP프로세스에 의해 평탄화한다. 다음에, 비트선으로 이루어지는 텅스텐(1401)을 100nm 퇴적한다. 계속해서, 통상의 리소그래피 및 드라이에치에 의해 텅스텐(1401)을 가공하고, 단면도는 도 37과 같이 된다. 이후에, 다층배선 공정을 시행하고, 원하는 반도체장치를 얻었다.Until the plug formation (FIG. 9) for source line connection, it goes through the same manufacturing process as Example 1. FIG. Subsequently, 50 nm of
본 발명에 의하면, 선택 트랜지스터와 칼코게나이드로 구성되는 상(相)변화 메모리에 있어서, 판독시에는, 선택 트랜지스터에 대하여, 내압한계의 최대전압을 인가할 수 있으므로, 고속판독이 가능하게 된다. 또한, 기록전압을 선택 트랜지스터의 내압이상으로 크게 할 수행하는 결과로서, 판독전압과 기록전압의 사이에 충분한 마진을 확보할 수 있고, 판독 디스터브를 방지할 수 있다. 이상에 의해, 고신뢰이며 또한 고성능한 불휘발 메모리를 실현한다. 본 발명은, 특히, 불휘발 메모리를 혼재한 시스템 LSl에 최적이다. According to the present invention, in the phase change memory composed of the selection transistor and the chalcogenide, the maximum voltage of the breakdown voltage limit can be applied to the selection transistor at the time of reading, thereby enabling high-speed reading. Further, as a result of performing the write voltage larger than the breakdown voltage of the selection transistor, a sufficient margin can be secured between the read voltage and the write voltage, and read disturb can be prevented. As a result, a highly reliable and high performance nonvolatile memory is realized. The present invention is particularly suitable for a system LSl in which a nonvolatile memory is mixed.
판독 디스터브를 방지한, 고속불휘발 혼재 메모리를 실현할 수 있고, 차재(車載)용도를 비롯한 마이크로컴퓨터나 IC카드로의 적용이 가능해진다.It is possible to realize a high-speed non-volatile mixed memory in which read disturb is prevented, and to be applied to microcomputers or IC cards, including in-vehicle use.
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2005
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