JP2011254024A - Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
【課題】メモリ及びメモリと周辺回路部との接続部を安定して形成することができ、安定してメモリを動作させることが可能な構成の半導体集積回路装置を提供する。
【解決手段】抵抗変化材料から成り、抵抗値により情報が記録される記憶層21と、記憶層21が複数個のメモリセルに共通して形成され、半導体基板1の上方に形成されたメモリ20と、制御回路を含む回路素子が半導体基板1に形成された、周辺回路部31と、周辺回路部31の回路素子と電気的に接続され、半導体基板1上の絶縁層12内に形成された、プラグ層11とを含み、メモリ20を構成する各層21,22が、プラグ層11上にまで延長して形成されてプラグ層11と電気的に接続された接続部25では金属元素が拡散しており、抵抗値が他の部分よりも低くなっている、半導体集積回路装置を構成する。
【選択図】図1A semiconductor integrated circuit device having a structure in which a memory and a connection portion between the memory and a peripheral circuit portion can be stably formed and the memory can be stably operated.
A memory layer made of a resistance change material and having information recorded by a resistance value, and a memory formed in common with a plurality of memory cells and formed above a semiconductor substrate. A circuit element including a control circuit is formed on the semiconductor substrate 1, and is electrically connected to the circuit elements of the peripheral circuit unit 31 and the peripheral circuit unit 31, and is formed in the insulating layer 12 on the semiconductor substrate 1. Each of the layers 21 and 22 constituting the memory 20 including the plug layer 11 extends to the plug layer 11 and is electrically connected to the plug layer 11 so that the metal element diffuses. Thus, a semiconductor integrated circuit device having a resistance value lower than that of other portions is configured.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、抵抗変化型の記憶素子から成るメモリ(記憶装置)と、トランジスタ等の制御回路とを含む、半導体集積回路装置、並びに、この半導体集積回路装置の製造方法に係わる。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device including a memory (memory device) including a resistance change type storage element and a control circuit such as a transistor, and a method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device.
従来から、抵抗変化型の不揮発性の記憶素子が提案されている。
抵抗変化型の不揮発性の記憶素子は、抵抗値が変化する材料(以下、抵抗変化材料と呼ぶ)を使用して、抵抗値によって情報を記憶する記憶層を構成する。
Conventionally, resistance variable nonvolatile memory elements have been proposed.
The variable resistance nonvolatile memory element uses a material whose resistance value varies (hereinafter referred to as a resistance variable material) to form a memory layer that stores information according to the resistance value.
そして、このような記憶素子から成るメモリ(記憶装置)では、メモリの小型化や記憶容量の増大を図るために、メモリを構成するメモリセルのサイズを縮小して、より多くのメモリセルを集積することが要望されている。 In a memory (storage device) composed of such storage elements, in order to reduce the size of the memory and increase the storage capacity, the size of the memory cells constituting the memory is reduced and more memory cells are integrated. It is requested to do.
従来から、エッチング等によって、記憶層の抵抗変化材料をメモリセル毎に分離することが提案されている。
しかしながら、この構成では、メモリセルのサイズが小さくなるに従い、エッチングのばらつき等により、それぞれのメモリセルをサイズの精度良く形成することが難しくなる。
Conventionally, it has been proposed to separate the resistance change material of the memory layer for each memory cell by etching or the like.
However, in this configuration, as the size of the memory cell becomes smaller, it becomes difficult to form each memory cell with high accuracy due to variations in etching and the like.
そこで、メモリセル毎に分離する代わりに、記憶層を複数個のメモリセルで共通に形成して、記憶層に電気的に接続される電極等をメモリセル毎に分離する構成が提案されている。例えば、記憶層を、同じ列又は同じ行のメモリセルで共通に形成したり、ある程度の領域のメモリセルや全てのメモリセルで共通に形成したりする。
具体的には、記憶層の下に接続される下部電極をメモリセル毎に分離して形成する。
そして、メモリセルの選択用のトランジスタに接続されたビア配線上に記憶層を形成すれば、記憶層の各ビア配線上の部分を、それぞれメモリセルとすることができる。
このように構成すれば、選択用のトランジスタとメモリとの間の接続はビア配線のみとすることができるので、メモリと周辺回路部とを含む半導体集積回路装置において、メモリが占める面積を低減することができる。
Therefore, instead of separating each memory cell, a configuration is proposed in which a memory layer is formed in common by a plurality of memory cells, and electrodes and the like electrically connected to the memory layer are separated for each memory cell. . For example, the memory layer is formed in common for memory cells in the same column or the same row, or formed in common for memory cells in a certain area or all memory cells.
Specifically, the lower electrode connected under the memory layer is formed separately for each memory cell.
Then, if a storage layer is formed on a via wiring connected to a memory cell selection transistor, a portion of each storage layer on each via wiring can be a memory cell.
With this configuration, since the connection between the selection transistor and the memory can be made only by via wiring, the area occupied by the memory is reduced in the semiconductor integrated circuit device including the memory and the peripheral circuit portion. be able to.
ところで、多数形成されたメモリセルのうち、特定のメモリセルに対して情報の記録を行うためには、この特定のメモリセルを選択するための構成が必要になる。
しかし、選択用トランジスタだけでメモリセルの選択を行うとすると、記憶素子と選択用トランジスタの間にメモリセルの選択用の縦横2種類の配線が必要になる。2種類の配線がある分、選択用トランジスタと記憶層とを接続するビア配線は間隔をあけて形成する必要があり、メモリセルのサイズの縮小を妨げてしまう。
By the way, in order to record information on a specific memory cell among a large number of formed memory cells, a configuration for selecting the specific memory cell is required.
However, if a memory cell is selected using only the selection transistor, two types of vertical and horizontal wirings for selecting the memory cell are required between the storage element and the selection transistor. Since there are two types of wiring, the via wiring connecting the selection transistor and the memory layer needs to be formed at an interval, which hinders the reduction in the size of the memory cell.
そこで、上部電極を、もしくは記憶層と上部電極を、メモリセルの列毎或いは行毎にパターニングして、配線(ビット線等)と兼用すれば、メモリセルの選択用の配線を1種類に低減して、配線のない部分でビア配線の間隔を短くすることが可能になる。 Therefore, if the upper electrode or the memory layer and the upper electrode are patterned for each column or row of the memory cell and also used as a wiring (bit line or the like), the wiring for selecting the memory cell is reduced to one type. Thus, it is possible to shorten the interval between the via wirings in a portion where there is no wiring.
一方、多数のメモリセルを有するメモリを駆動するためには、制御回路を含む周辺回路部とメモリとを電気的に接続することが必要になる。
例えば、記憶層上に形成された上部電極と周辺回路部とを電気的に接続する。
そして、上部電極の上にビア配線を形成して、このビア配線を介して接続された、上層の配線を介して、周辺回路部とメモリとを電気的に接続した構成が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
On the other hand, in order to drive a memory having a large number of memory cells, it is necessary to electrically connect the peripheral circuit portion including the control circuit and the memory.
For example, the upper electrode formed on the memory layer and the peripheral circuit portion are electrically connected.
Then, a configuration has been proposed in which a via wiring is formed on the upper electrode, and the peripheral circuit portion and the memory are electrically connected via an upper wiring connected via the via wiring ( For example, see Patent Document 1).
しかしながら、この構成を製造する場合には、抵抗変化材料を形成した後に、その上方にビア配線を形成するので、ビア配線を形成する際の熱により抵抗変化材料へのダメージを生じることがある(例えば、特許文献2を参照)。
また、メモリセルのサイズを縮小するためには、配線の平面パターンに加工するパターニングも、微細ピッチで加工を行う。そして、上部電極の上に形成するビア配線も微細なピッチで形成する必要がある。
しかしながら、トランジスタ上にビア配線を介して形成された記憶層に対して、さらに上層にビア配線を形成するので、トランジスタが形成された半導体基板から見て、かなり高い位置にビア配線を形成することになる。このため、微細なパターンのビア配線を精度良く形成することが困難であり、上部電極と同じ微細なピッチでビア配線を形成できなかったり、上部電極とビア配線との間で、ずれを生じたりすることが懸念される。
However, in the case of manufacturing this configuration, after forming the resistance change material, the via wiring is formed above the resistance change material, and therefore the resistance change material may be damaged by the heat when forming the via wiring ( For example, see Patent Document 2).
Further, in order to reduce the size of the memory cell, patterning for processing into a planar pattern of wiring is also performed at a fine pitch. And it is necessary to form the via wiring formed on the upper electrode at a fine pitch.
However, since the via wiring is formed in the upper layer with respect to the memory layer formed on the transistor via the via wiring, the via wiring is formed at a considerably high position when viewed from the semiconductor substrate on which the transistor is formed. become. For this reason, it is difficult to accurately form a via wiring having a fine pattern, and the via wiring cannot be formed at the same fine pitch as that of the upper electrode, or a deviation occurs between the upper electrode and the via wiring. There is a concern to do.
これに対して、前記特許文献2の図8には、上部電極をメモリの積層膜よりも外側にまで延長して形成して、この延長した部分を、周辺回路部のトランジスタに接続されたビア配線に接続した構成が提案されている。
また、特許文献3には、上部電極をメモリの積層膜よりも外側にまで延長して形成して、この延長した部分を、周辺回路部のトランジスタに接続されたビア配線の一部とした構成が提案されている。
これらの構成とすれば、周辺回路部とメモリとの接続用のビア配線を、記憶層よりも先にかつ記憶層よりも下層に形成するので、記憶層へのダメージを回避し、ビア配線を微細なピッチで形成することが可能になる。
On the other hand, in FIG. 8 of
In
With these configurations, the via wiring for connecting the peripheral circuit portion and the memory is formed before the storage layer and below the storage layer, so that damage to the storage layer is avoided, and the via wiring is formed. It can be formed with a fine pitch.
しかしながら、前記特許文献2の図8に開示されている構成では、パターニングされたメモリの積層膜の上面及び側壁面に沿って上部電極を形成し、メモリの積層膜よりも下層のビア配線に上部電極を接続している。
そのため、メモリの積層膜による段差を含んで上部電極を形成しており、この段差によって上部電極の膜が断切れしてしまうことが懸念される。
また、前記特許文献3に開示されている構成では、上部電極をビアホールの側壁面及び底面に沿って形成している。
そのため、ビアホールの部分で段差を含んで上部電極を形成しており、メモリセルのサイズの縮小化によりビアホールも縮小されると、微細なビアホール内に上部電極の膜を安定して形成することが困難になる。
However, in the configuration disclosed in FIG. 8 of
Therefore, the upper electrode is formed including a step due to the laminated film of the memory, and there is a concern that the film of the upper electrode may be cut off by this step.
In the configuration disclosed in
Therefore, the upper electrode is formed including a step at the via hole portion, and when the via hole is reduced by reducing the size of the memory cell, the upper electrode film can be stably formed in the fine via hole. It becomes difficult.
これに対して、例えば、周辺回路部のトランジスタに接続されたビア配線上にまで、記憶層及び上部電極を延長して形成する構成が考えられる。
この場合、記憶層のうち、周辺回路部のトランジスタに接続されたビア配線上の部分が電流経路となり、この部分を介して、上部電極とビア配線とが電気的に接続される。
このように構成すれば、上部電極には段差を生じないので、上部電極の膜を安定して形成することができる。
On the other hand, for example, a configuration in which the memory layer and the upper electrode are extended and formed on the via wiring connected to the transistor in the peripheral circuit portion is conceivable.
In this case, a portion of the storage layer on the via wiring connected to the transistor in the peripheral circuit portion serves as a current path, and the upper electrode and the via wiring are electrically connected through this portion.
If comprised in this way, since a level | step difference will not arise in an upper electrode, the film | membrane of an upper electrode can be formed stably.
しかしながら、この構成とすると、電圧や電流により、電流経路となる部分の記憶層の抵抗値が変化する。
そして、この部分の記憶層が高抵抗状態に変化してしまうと、メモリセルと周辺回路部の制御回路との信号授受ができなくなる、という問題を生じる。
However, with this configuration, the resistance value of the memory layer in the portion serving as the current path changes depending on the voltage and current.
If the memory layer in this portion changes to a high resistance state, there arises a problem that it becomes impossible to exchange signals between the memory cell and the control circuit in the peripheral circuit section.
上述した問題の解決のために、本発明においては、セルサイズが縮小されても、メモリ及びメモリと周辺回路部との接続部を安定して形成することができ、安定してメモリを動作させることが可能な構成の半導体集積回路装置を提供するものである。また、本発明においては、この半導体集積回路装置の製造方法を提供するものである。 In order to solve the above problems, in the present invention, even when the cell size is reduced, the memory and the connection portion between the memory and the peripheral circuit portion can be stably formed, and the memory can be operated stably. The present invention provides a semiconductor integrated circuit device having such a configuration. The present invention also provides a method for manufacturing this semiconductor integrated circuit device.
本発明の半導体集積回路装置は、メモリと、メモリを制御する制御回路とを備えたものである。
そして、半導体基板と、抵抗値が変化する抵抗変化材料から成り、抵抗値により情報が記録される記憶層と、この記憶層を含んで構成され、記憶層が複数個のメモリセルに共通して形成され、半導体基板の上方に形成された、メモリとを含む。
また、制御回路を含む回路素子が半導体基板に形成された、周辺回路部と、この周辺回路部の回路素子と電気的に接続され、半導体基板上の絶縁層内に形成された、プラグ層とを含む。
さらに、記憶層を含む、メモリを構成する各層が、プラグ層上にまで延長して形成されて、プラグ層と電気的に接続されており、かつ、プラグ層上付近の接続部では金属元素が拡散しており、抵抗値が他の部分よりも低くなっている構成とする。
The semiconductor integrated circuit device of the present invention includes a memory and a control circuit that controls the memory.
The semiconductor substrate is made of a variable resistance material whose resistance value changes, and includes a storage layer in which information is recorded by the resistance value. The storage layer is shared by a plurality of memory cells. And a memory formed above the semiconductor substrate.
In addition, a peripheral circuit portion in which a circuit element including a control circuit is formed on a semiconductor substrate, and a plug layer electrically connected to the circuit element in the peripheral circuit portion and formed in an insulating layer on the semiconductor substrate; including.
Further, each layer constituting the memory including the storage layer is formed extending to the plug layer and is electrically connected to the plug layer, and the metal element is present at the connection portion near the plug layer. The structure is diffused and the resistance value is lower than other portions.
本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、メモリと制御回路を備えた半導体集積回路装置を製造する方法である。
そして、半導体基板に、制御回路を含む周辺回路部の回路素子を形成する工程と、回路素子上を覆って絶縁層を形成した後に、絶縁層内に回路素子と電気的に接続されたプラグ層を形成する工程とを含む。
また、抵抗値が変化する抵抗変化材料から成り、抵抗値により情報が記録される記憶層を含む、メモリを構成する各層をそれぞれ、プラグ層上にまで延長して形成する工程と、記憶層の上方に金属元素を含む層を形成する工程とを含む。
さらに、金属元素を含む層を、プラグ層とメモリを構成する各層とを電気的に接続する接続部のみに残るように、パターニングする工程と、熱処理により、金属元素を含む層の金属元素を、メモリを構成する各層に拡散させる工程とを含む。
The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device including a memory and a control circuit.
Then, a step of forming a circuit element of the peripheral circuit portion including the control circuit on the semiconductor substrate, and a plug layer electrically connected to the circuit element in the insulating layer after forming the insulating layer so as to cover the circuit element Forming the step.
A step of forming each layer constituting the memory, including a storage layer made of a resistance change material whose resistance value changes and information is recorded by the resistance value, extending to the plug layer; Forming a layer containing a metal element thereabove.
Furthermore, the metal element of the layer containing the metal element is subjected to a patterning process and heat treatment so that the layer containing the metal element remains only in the connection portion that electrically connects the plug layer and each layer constituting the memory. And diffusing to each layer constituting the memory.
上述の本発明の半導体集積回路装置の構成によれば、記憶層を含む、メモリを構成する各層が、プラグ層上にまで延長して形成されて、プラグ層と電気的に接続されている。これにより、メモリを構成する各層(記憶層や上部電極等)に段差がなく、断切れ等の問題を生じないで、メモリを構成する各層をプラグ層に電気的に接続することができる。
また、メモリセルを構成する各層は、プラグ層上付近の接続部では金属元素が拡散しており、抵抗値が他の部分よりも低くなっている。これにより、記憶層も接続部では金属元素が拡散して抵抗値が他の部分よりも低くなっているので、接続部の記憶層が高抵抗の状態に変わって周辺回路部との信号の授受を妨げることがなく、安定して信号の授受を行うことが可能になる。
According to the configuration of the semiconductor integrated circuit device of the present invention described above, each layer constituting the memory including the storage layer is formed extending to the plug layer and electrically connected to the plug layer. Thereby, each layer (memory layer, upper electrode, etc.) constituting the memory has no step, and each layer constituting the memory can be electrically connected to the plug layer without causing a problem such as disconnection.
In each layer constituting the memory cell, the metal element is diffused in the connection portion near the plug layer, and the resistance value is lower than that of the other portions. As a result, the metal element diffuses in the connection portion of the memory layer, and the resistance value is lower than that of the other portions. Therefore, the memory layer of the connection portion changes to a high resistance state, and signals are transferred to and from the peripheral circuit portion. The signal can be exchanged stably without interfering with the signal.
上述の本発明の半導体集積回路装置の製造方法によれば、記憶層を含む、メモリを構成する各層をそれぞれ、プラグ層上にまで延長して形成する。これにより、メモリを構成する各層(記憶層や上部電極等)に段差が形成されることがなく、断切れ等の問題を生じないで、メモリを構成する各層をプラグ層に電気的に接続することができる。
また、記憶層の上方に金属元素を含む層を形成し、この層をプラグ層とメモリの各層とを電気的に接続する接続部のみに残るようにパターニングして、熱処理により金属元素をメモリの各層に拡散させる。これにより、記憶層が接続部では金属元素が拡散して抵抗値が他の部分よりも低くなるので、接続部の記憶層が高抵抗の状態に変わって周辺回路部との信号の授受を妨げることがない構成となる。
According to the above-described method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention, each layer constituting the memory including the storage layer is formed so as to extend onto the plug layer. Thus, no step is formed in each layer (memory layer, upper electrode, etc.) constituting the memory, and each layer constituting the memory is electrically connected to the plug layer without causing a problem such as disconnection. be able to.
In addition, a layer containing a metal element is formed above the memory layer, and this layer is patterned so as to remain only in a connection portion that electrically connects the plug layer and each layer of the memory. Diffuse in each layer. As a result, the metal element diffuses in the connection portion of the memory layer and the resistance value becomes lower than that of the other portions, so that the memory layer of the connection portion changes to a high resistance state and prevents transmission and reception of signals with the peripheral circuit portion. It becomes the composition which does not have.
上述の本発明によれば、断切れ等の問題を生じないで、メモリを構成する各層をプラグ層に電気的に接続することができるので、メモリを構成する各層と、メモリと周辺回路部との接続部とを、それぞれ安定して形成することができる。
また、本発明によれば、接続部の記憶層が高抵抗の状態に変わって周辺回路部との信号の授受を妨げることがないので、メモリと周辺回路部との間で信号の授受を安定して行うことができるので、安定してメモリを動作させることが可能になる。
従って、本発明により、セルサイズが縮小されても、メモリ及びメモリと周辺回路部との接続部を安定して形成することができ、安定してメモリを動作させることが可能な半導体集積回路装置を実現することができる。
According to the above-described present invention, each layer constituting the memory can be electrically connected to the plug layer without causing a problem such as disconnection. Therefore, each layer constituting the memory, the memory, the peripheral circuit unit, Can be formed stably.
In addition, according to the present invention, since the memory layer of the connection portion is changed to a high resistance state and does not hinder the transmission / reception of signals to / from the peripheral circuit unit, stable signal transmission / reception between the memory and the peripheral circuit unit is achieved. Therefore, the memory can be operated stably.
Therefore, according to the present invention, even when the cell size is reduced, the semiconductor integrated circuit device can stably form the memory and the connection portion between the memory and the peripheral circuit portion and can stably operate the memory. Can be realized.
以下、発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態とする)について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態
2.第2の実施の形態
3.第3の実施の形態
4.実験例
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described.
The description will be given in the following order.
1.
<1.第1の実施の形態>
本発明の半導体集積回路装置の第1の実施の形態の概略構成図(断面図)を、図1に示す。
シリコン基板等の半導体基板1に、酸化物等の絶縁層からなる素子分離層2が形成されており、素子分離層2が形成されていない部分の半導体基板1に、トランジスタTr1,Tr2が形成されている。
図中右側の部分は、メモリセル部31となっており、半導体基板1に形成されたトランジスタTr1の上方に、記憶素子20のメモリセルが形成されている。多数のメモリセルを有する、この記憶素子20によりメモリ(記憶装置)が構成される。
図中左側の部分は、記憶素子20を制御する制御回路を含む、周辺回路部32となっており、半導体基板1にトランジスタTr2が形成されている。
これらメモリセル部31と周辺回路部32とを含んで、半導体集積回路装置が構成されている。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a semiconductor integrated circuit device according to a first embodiment of the present invention.
An
The right part in the figure is a
The left part of the figure is a
A semiconductor integrated circuit device is configured including the
メモリセル部31のトランジスタTr1は、半導体基板1内のソース・ドレイン領域3と、半導体基板1上のゲート絶縁膜5と、ゲート絶縁膜5上のゲート電極6と、ゲート電極6の側壁のサイドウォール7とを有している。
周辺回路部32のトランジスタTr2は、半導体基板1内のソース・ドレイン領域4と、半導体基板1上のゲート絶縁膜8と、ゲート絶縁膜8上のゲート電極9と、ゲート電極9の側壁のサイドウォール10とを有している。
トランジスタTr1,Tr2のゲート絶縁膜5,8は、例えば酸化シリコン膜によって形成されている。ゲート電極6,9は、多結晶シリコンや、多結晶シリコンと金属シリサイドとの積層等によって、形成されている。サイドウォール7,10は、酸化シリコン等の絶縁材料によって形成されている。
The transistor Tr1 of the
The transistor Tr2 in the
The
半導体基板1及びトランジスタTr1,Tr2を覆って、層間絶縁層12が形成されている。
また、メモリセル部31のトランジスタTr1のソース・ドレイン領域3の一方と、周辺回路部32のトランジスタTr2のソース・ドレイン領域の一方とには、導体(金属やシリコン等)から成るプラグ層11が接続されている。このプラグ層11は、層間絶縁層12内に形成された、ビアホールの内部を埋めて形成されている。
An interlayer insulating
Further, a
プラグ層11の上に接続されて、記憶素子20を構成する積層膜が形成されている。
本実施の形態では、抵抗値の変化により情報を記録することが可能な記憶層21と、記憶層21にイオンとなる金属元素を供給するイオン源層22との積層膜により、記憶素子20が構成されている。
そして、記憶素子20の積層膜の記憶層21及びイオン源層22は、図中左右に延びて形成されている。
A laminated film that is connected to the
In the present embodiment, the
The
記憶層21は、イオン源層22から供給される金属元素のイオンの出入りにより、抵抗値が変化する。金属元素のイオンが供給されて入っているときには、記憶層21の抵抗値が低くなり、金属元素のイオンが出てイオン源層22に戻っているときには、記憶層21の抵抗値が高くなる。これらの動作は、記憶素子20に電流を流して、その電流の方向を変えることにより、可逆的に変化させることができる。
The resistance value of the
記憶層21の材料としては、Ta,Nb,Al,Hf,Zr,Ni,Co,Ceから選ばれる1種以上元素(金属元素)の酸化物、又はTeを主成分とするカルコゲン化合物、例えばAlTe等、を使用することができる。
イオン源層22の材料としては、Cu,Ag,Zn,Al,Zrから選ばれる少なくとも1種の元素と、Te,S,Seから選ばれる少なくとも1種の元素とが含まれる材料を使用することができる。例えば、CuTe等を使用することができる。
The material of the
As a material of the
記憶層21の抵抗値は、イオン源層22の抵抗値と比較して、充分に高くなっている。そのため、記憶層21の膜面方向へは電流が流れにくくなり、プラグ層11とイオン源層22との間で電流が流れるので、各プラグ層11の上の部分の記憶層21を、それぞれのメモリセルとすることができる。
図1に示す記憶素子20は、複数のメモリセルで、記憶素子20を構成する記憶層21及びイオン源層22が、同一の層で連続して形成されている構成である。
The resistance value of the
The
イオン源層22は、記憶層21よりも充分に抵抗値が低いので、イオン源層22の膜面方向に電流を流すことが容易であり、イオン源層22で記憶素子の上部電極を兼用することができる。
さらに、イオン源層22をビット線等の配線としても、使用することができる。
Since the
Furthermore, the
メモリセル部31のトランジスタTr1は、記憶素子のメモリセルを選択するために設けられており、トランジスタTr1がオン状態となると、そのトランジスタTr1に接続されたメモリセルが選択される。
図1に示す、2個のメモリセル部31のトランジスタTr1に共通のソース・ドレイン領域は、ワード線等の配線に接続されている。なお、図1では、このワード線等の配線は図示を省略している。
The transistor Tr1 of the
The source / drain regions common to the transistors Tr1 of the two
周辺回路部32のトランジスタTr2は、記憶素子20に電気的に接続されていることから、記憶素子20の動作を制御する制御回路として動作する。そして、例えば、記憶素子20のメモリセルに電流を流したり、電圧を印加したりする。
トランジスタTr2がオン状態となると、そのトランジスタTr2に接続された列のメモリセルに電流が流れたり、電圧が印加されたりする。そして、メモリセル部31のトランジスタTr1によるメモリセルの選択と合わせて、縦横に配置されたメモリセルのうちの特定のメモリセルに、電流を流したり電圧を印加したりすることが可能になる。
Since the transistor Tr <b> 2 of the
When the transistor Tr2 is turned on, a current flows or a voltage is applied to the memory cell in the column connected to the transistor Tr2. In addition to the selection of the memory cell by the transistor Tr1 of the
なお、周辺回路部32は、図示のトランジスタTr2のようなMOSトランジスタだけでなく、バイポーラトランジスタのような他のトランジスタや、トランジスタ以外の他の回路素子が形成されていても良い。
また、メモリセル部31のトランジスタTr1と周辺回路部32のトランジスタTr2とは、要求される特性が同じとは限らないので、同じMOSトランジスタであっても、ゲート長やゲート電極の材料が異なっていることがある。
さらに、図1では、周辺回路部32のトランジスタTr2として、メモリセル部31のトランジスタTr1と同じ導電型チャネルのMOSトランジスタのみを図示している。実際の周辺回路部32では、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとを形成して、CMOS回路を構成する。
The
Further, the transistor Tr1 of the
Further, FIG. 1 shows only the MOS transistor having the same conductivity type channel as the transistor Tr1 of the
さらに、本実施の形態では、特に、記憶素子20を構成する積層膜のうち、周辺回路部32のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11との接続部25が、金属元素が拡散した記憶層23及び金属元素が拡散したイオン源層24となっている。
これらの層23,24に拡散している金属元素としては、熱による拡散が起こりやすい、TiやZr等が挙げられる。
金属元素が拡散した記憶層23及び金属元素が拡散したイオン源層24は、それぞれ記憶層21及びイオン源層22と同一の層により形成されている。
Further, in the present embodiment, in particular, in the laminated film constituting the
Examples of the metal element diffusing in these
The
このように、接続部25が、金属元素が拡散した記憶層23及び金属元素が拡散したイオン源層24となっていることにより、金属元素の拡散により、記憶層21及びイオン源層22よりも充分に低い抵抗値となっている。これにより、上部電極を兼ねるイオン源層22と、周辺回路部32のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11とを、良好に導通させることができる。
また、金属元素が拡散した記憶層23は、金属元素の拡散により充分に抵抗値が低くなっており、メモリセル部31の記憶層21のように大きく抵抗値が変化することがなく、プラグ層11との接続状態を安定化させることができる。
As described above, the
Further, the
ここで、図1の半導体集積回路装置の要部を抽出した模式的拡大斜視図を、図2に示す。この図2は、図1のうち、プラグ層11と、プラグ層11上に形成された、記憶素子20を構成する積層膜21,22とを抽出して示している。
記憶素子20のイオン源層22は、図1にも示したように、記憶素子20の上部電極と兼用されている。
さらに、記憶素子20の積層膜21,22が、制御回路を含む周辺回路部のトランジスタ(図1のTr2)に接続されたプラグ層11上に延びた、横長の平面パターンで形成されている。
そして、イオン源層22が、ビット線のような配線としても使用されている。
また、図1にも示したように、周辺回路部のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11上の接続部25においては、金属元素が拡散した記憶層23及び金属元素が拡散したイオン源層24が形成されている。
Here, FIG. 2 shows a schematic enlarged perspective view in which the main part of the semiconductor integrated circuit device of FIG. 1 is extracted. FIG. 2 shows the
The
Furthermore, the
The
Further, as shown in FIG. 1, in the
本実施の形態の半導体集積回路装置は、例えば、以下に示すようにして製造することができる。
まず、半導体基板1に、図1に示したように、素子分離層2やトランジスタのソース・ドレイン領域3,4及びゲート電極6,9等を形成しておく。
さらに、トランジスタTr1,Tr2のゲート電極6,9等を覆って、層間絶縁層12を全面的に形成する。
次に、トランジスタTr1,Tr2のソース・ドレイン領域3,4上の層間絶縁層12に、エッチング等により、ビアホールを形成する。
続いて、ビアホールの内部を埋めて、ビア配線となる導体層を形成する。
その後、層間絶縁層12上の導体層を除去して、導体層から成るプラグ層11を形成する。
The semiconductor integrated circuit device of the present embodiment can be manufactured, for example, as shown below.
First, as shown in FIG. 1, an
Further, an
Next, via holes are formed in the
Subsequently, a conductor layer to be a via wiring is formed by filling the inside of the via hole.
Thereafter, the conductor layer on the
以下は、図2と同様の模式的拡大斜視図を参照して、製造工程を説明する。
図3Aに示すように、プラグ層11上に、記憶層21、イオン源層22、TiやZr等の拡散しやすい金属を含む金属膜13を順次成膜して、積層する。金属膜13としては、Ti膜、Zr膜、TiやZrを含む合金膜を形成する。
続いて、これらの積層された3層21,22,13を、図3Aに示す長方形の平面パターンにパターニングする。
The manufacturing process will be described below with reference to a schematic enlarged perspective view similar to FIG.
As shown in FIG. 3A, a
Subsequently, these three
次に、図3Bに示すように、長方形の平面パターンの3層21,22,13を、所望の配線のパターンとなるように、エッチング加工を行う。図3Bでは、図2に示したと同様に、横長の平面パターンとしている。
Next, as shown in FIG. 3B, the three
次に、積層された3層21,22,13のうち、周辺回路部32との接続部のみをレジスト等のマスクで覆って、全体をエッチングすることにより、周辺回路部32との接続部以外の部分の上部にある金属膜13を取り除く。
その後、マスクを除去することにより、図4Cに示すように、周辺回路部32との接続部のみに金属膜13が残る。
Next, of the stacked three
Thereafter, by removing the mask, the
次に、アニールを行って、周辺回路部32との接続部の上部の金属膜13から、記憶層21及びイオン源層22へ、金属元素(Ti,Zr等)を拡散させる。アニールの温度は、例えば400℃程度とする。
これにより、図4Dに示すように、接続部25に、金属元素が拡散した記憶層23と、金属元素が拡散したイオン源層24とが形成される。
このようにして、図1及び図2に示した半導体集積回路装置を製造することができる。
Next, annealing is performed to diffuse metal elements (Ti, Zr, etc.) from the
As a result, as shown in FIG. 4D, the
In this way, the semiconductor integrated circuit device shown in FIGS. 1 and 2 can be manufactured.
上述の本実施の形態の半導体集積回路装置の構成によれば、記憶素子20を構成する記憶層21及びイオン源層22が、周辺回路部32のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11上にまで延びて形成されている。
そして、イオン源層22が記憶層21よりも充分に抵抗値が低いので、イオン源層22を記憶素子20の上部電極を兼用することができ、イオン源層22を通じて、各メモリセルと周辺回路部32とが電気的に接続される。
また、上部電極を兼用するイオン源層22は、段差を含んでいないので、膜の断切れの問題は生じない。
According to the configuration of the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment described above, the
Since the resistance value of the
Further, since the
さらに、記憶素子20を構成する積層膜が、周辺回路部32のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11との接続部25においては、金属元素が拡散した記憶層23及び金属元素が拡散したイオン源層24となっている。
この接続部25の積層膜23,24は、金属元素の拡散により、他の部分の積層膜21,22よりも充分に低い抵抗値となっている。これにより、上部電極を兼ねるイオン源層22と、周辺回路部31のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11とを、良好に導通させることができる。
また、金属元素が拡散した記憶層23は、金属元素の拡散により充分に抵抗値が低くなっており、メモリセル部31の記憶層21のように大きく抵抗値が変化することがなく、プラグ層11との接続状態を安定化させることができる。これにより、周辺回路部32の制御回路と記憶素子20のメモリセルとの信号授受を安定して行うことができる。
Further, in the
The
Further, the
従って、本実施の形態によれば、セルサイズが縮小されても、記憶素子20自体、並びに記憶素子20と周辺回路部32との接続部25を、安定して形成することができる。
また、周辺回路部32の制御回路と記憶素子20のメモリセルとの信号授受を安定して行うことができるので、メモリとして安定して動作させることができる。
Therefore, according to the present embodiment, even when the cell size is reduced, the
In addition, since signal exchange between the control circuit of the
<2.第2の実施の形態>
次に、本発明の半導体集積回路装置の第2の実施の形態の概略構成図(模式的拡大斜視図)を、図5に示す。
本実施の形態では、図5に示すように、記憶素子20を構成する記憶層21及びイオン源層22を、プレート状の平面パターンに形成している。
そして、図中左側の、周辺回路部32のトランジスタTr2(図1参照)に接続されたプラグ層11上に、接続部25が形成されている。
この接続部25では、金属元素が拡散した記憶層23及び金属元素が拡散したイオン源層24が積層されており、これらの金属元素が拡散した層23,24は、他の部分の記憶層21及びイオン源層22と同一の層により形成されている。
また、金属元素が拡散した層23,24の平面パターンは、各プラグ層11上を含む横長のパターン、即ち第1の実施の形態と同様のパターンとなっている。
その他の構成は、図1及び図2に示した第1の実施の形態の半導体集積回路装置と同様であるので、重複説明を省略する。
<2. Second Embodiment>
Next, FIG. 5 shows a schematic configuration diagram (schematic enlarged perspective view) of the second embodiment of the semiconductor integrated circuit device of the present invention.
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
A connecting
In this
The planar pattern of the
Other configurations are the same as those of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment shown in FIGS.
この第2の実施の形態の構成を製造する場合には、図3Bに示した、積層された3層を配線形状の平面パターンにパターニングする工程を省略する以外は、第1の実施の形態の構成の製造方法と同様にして、半導体集積回路装置を製造することができる。 When manufacturing the configuration of the second embodiment, the process of the first embodiment is omitted except that the step of patterning the stacked three layers into a wiring-shaped plane pattern shown in FIG. 3B is omitted. A semiconductor integrated circuit device can be manufactured in the same manner as the manufacturing method of the configuration.
上述の本実施の形態の半導体集積回路装置の構成によれば、記憶素子20を構成する記憶層21及びイオン源層22が、周辺回路部32のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11上にまで延びて形成されている。
そして、イオン源層22が記憶層21よりも充分に抵抗値が低いので、イオン源層22を記憶素子20の上部電極を兼用することができ、イオン源層22を通じて、各メモリセルと周辺回路部32とが電気的に接続される。
また、上部電極を兼用するイオン源層22は、段差を含んでいないので、膜の断切れの問題は生じない。
According to the configuration of the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment described above, the
Since the resistance value of the
Further, since the
さらに、記憶素子20を構成する積層膜が、周辺回路部32のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11との接続部25においては、金属元素が拡散した記憶層23及び金属元素が拡散したイオン源層24となっている。
この接続部25の積層膜23,24は、金属元素の拡散により、他の部分の積層膜21,22よりも充分に低い抵抗値となっている。これにより、上部電極を兼ねるイオン源層22と、周辺回路部31のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11とを、良好に導通させることができる。
また、金属元素が拡散した記憶層23は、金属元素の拡散により充分に抵抗値が低くなっており、メモリセル部31の記憶層21のように大きく抵抗値が変化することがなく、プラグ層11との接続状態を安定化させることができる。これにより、周辺回路部32の制御回路と記憶素子20のメモリセルとの信号授受を安定して行うことができる。
Further, in the
The
Further, the
従って、本実施の形態によれば、セルサイズが縮小されても、記憶素子20自体、並びに記憶素子20と周辺回路部32との接続部25を、安定して形成することができる。
また、周辺回路部32の制御回路と記憶素子20のメモリセルとの信号授受を安定して行うことができるので、メモリとして安定して動作させることができる。
Therefore, according to the present embodiment, even when the cell size is reduced, the
In addition, since signal exchange between the control circuit of the
<3.第3の実施の形態>
本発明の半導体集積回路装置の第3の実施の形態の概略構成図(断面図)を、図6に示す。
本実施の形態では、記憶素子20を構成する積層膜の材料が、第1の実施の形態とは異なっている。
即ち、抵抗値が変化する材料から成る記憶層26と、その上の導体からなる上部電極27とによって、記憶素子20の積層膜が形成されている。
記憶層26の抵抗値の変化のメカニズムは、記憶層21の上にイオン源層22を設けた第1の実施の形態とは異なり、記憶層26単独で抵抗値を変化させることが可能な構成とする。例えば、記憶層26を、結晶質と非晶質との間で変化する相変化や、化合物の状態の変化等によって、抵抗値が変化する構成とする。
<3. Third Embodiment>
FIG. 6 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a third embodiment of the semiconductor integrated circuit device of the present invention.
In the present embodiment, the material of the laminated film constituting the
In other words, the
Unlike the first embodiment in which the
記憶層26の材料としては、GeSbTe等の相変化材料、Pr1−xCaxMnO3(PCMO)等のペロブスカイト構造の複合酸化物、その他の複合酸化物や酸化コバルトや酸化タンタル等の酸化物のように、各種の抵抗変化材料を使用することが可能である。
Examples of the material of the
上部電極27の材料としては、通常の半導体集積回路装置で使用されている電極材料を使用することができる。また、記憶層26の材料によっては、記憶層26の抵抗値の変化を補助するために、特定の電極材料(例えば、酸化コバルトの記憶層に対するタンタル電極等)を使用することが望ましい。
As a material of the
さらに、本実施の形態では、特に、記憶素子20を構成する積層膜のうち、周辺回路部32のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11との接続部25が、金属元素が拡散した記憶層28と、金属元素が拡散した上部電極29となっている。
これらの層28,29に拡散している金属元素としては、熱による拡散が起こりやすい、TiやZr等が挙げられる。
金属元素が拡散した記憶層28及び金属元素が拡散した上部電極29は、それぞれ記憶層26及び上部電極27と同一の層により形成されている。
Further, in the present embodiment, in particular, in the laminated film constituting the
Examples of the metal element diffused in these
The
このように、接続部25が、金属元素が拡散した記憶層28及び金属元素が拡散した上部電極29となっていることにより、金属元素の拡散により、記憶層26及び上部電極27よりも充分に低い抵抗値となっている。これにより、上部電極27と、周辺回路部32のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11とを、良好に導通させることができる。
また、金属元素が拡散した記憶層28は、金属元素の拡散により充分に抵抗値が低くなっており、メモリセル部31の記憶層26のように大きく抵抗値が変化することがなく、プラグ層11との接続状態を安定化させることができる。
As described above, since the
Further, the
その他の構成は、図1及び図2に示した第1の実施の形態の半導体集積回路装置と同様であるので、重複説明を省略する。 Other configurations are the same as those of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment shown in FIGS.
本実施の形態の半導体集積回路装置を製造するには、GeSbTe等の相変化材料や各種の複合酸化物又は酸化物から成る抵抗変化材料を使用して記憶層26を形成し、記憶層26及び上部電極27を第1の実施の形態と同様にパターニングする。
その後は、第1の実施の形態と同様に、金属膜を接続部のみに残るパターンに形成して、アニールにより、金属膜から金属元素を記憶層26及び上部電極27に拡散させて、金属元素が拡散した層28,29を形成する。
In order to manufacture the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment, the
After that, as in the first embodiment, the metal film is formed in a pattern that remains only in the connection portion, and the metal element is diffused from the metal film to the
上述の本実施の形態の半導体集積回路装置の構成によれば、記憶素子20を構成する記憶層26及び上部電極27が、周辺回路部32のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11上にまで延びて形成されている。そして、上部電極27を通じて、各メモリセルと周辺回路部32とが電気的に接続される。
また、上部電極27は、段差を含んでいないので、膜の断切れの問題は生じない。
According to the configuration of the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment described above, the
Further, since the
さらに、記憶素子20を構成する積層膜が、周辺回路部32のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11との接続部25においては、金属元素が拡散した記憶層28及び金属元素が拡散した上部電極29となっている。
この接続部25の積層膜28,29は、金属元素の拡散により、他の部分の積層膜26,27よりも充分に低い抵抗値となっている。これにより、上部電極27と、周辺回路部32のトランジスタTr2に接続されたプラグ層11とを、良好に導通させることができる。
また、金属元素が拡散した記憶層28は、金属元素の拡散により充分に抵抗値が低くなっており、メモリセル部31の記憶層26のように大きく抵抗値が変化することがなく、プラグ層11との接続状態を安定化させることができる。これにより、周辺回路部32の制御回路と記憶素子20のメモリセルとの信号授受を安定して行うことができる。
Further, in the
The
Further, the
従って、本実施の形態によれば、セルサイズが縮小されても、記憶素子20自体、並びに記憶素子20と周辺回路部32との接続部25を、安定して形成することができる。
また、周辺回路部32の制御回路と記憶素子20のメモリセルとの信号授受を安定して行うことができるので、メモリとして安定して動作させることができる。
Therefore, according to the present embodiment, even when the cell size is reduced, the
In addition, since signal exchange between the control circuit of the
なお、第3の実施の形態では、記憶層26の上に上部電極27を形成した構成としたが、記憶層に用いられる、抵抗値が変化する材料自体の抵抗値が比較的低い場合には、上部電極を省略して、記憶層のみの単層で記憶素子を構成することも可能である。
この構成とする場合には、周辺回路部との接続部には、金属元素が拡散した記憶層のみを形成する。
記憶層のみの単層で記憶素子を構成することにより、エッチング等による記憶素子のパターニング工程が単純化される。これにより、配線を兼ねるパターンの微細化やパターニングの精度の向上、製造工程数の削減等が可能になる。
In the third embodiment, the
In the case of this configuration, only the memory layer in which the metal element is diffused is formed in the connection portion with the peripheral circuit portion.
By configuring the memory element with a single layer of only the memory layer, the patterning process of the memory element by etching or the like is simplified. As a result, it is possible to refine the pattern that also serves as the wiring, improve the patterning accuracy, reduce the number of manufacturing steps, and the like.
また、上述の各実施の形態では、接続部25が記憶素子20の積層膜の端部に設けられていたが、記憶素子の積層膜の端部以外の部分に接続部を設けて、例えば接続部の両側にメモリセル部が配置された構成としても良い。
Further, in each of the above-described embodiments, the
本発明において、トランジスタ等の回路素子を形成する半導体基板としては、シリコン基板に限らず、Geや化合物半導体等、他の半導体材料から成る半導体基板を使用してもよい。
また、本発明において、メモリの接続部とプラグ層を介して接続される、周辺回路部の回路素子としては、MOSトランジスタに限らず、他の能動素子(バイポーラ等他のトランジスタやダイオード)であってもよい。
In the present invention, the semiconductor substrate on which circuit elements such as transistors are formed is not limited to a silicon substrate, and a semiconductor substrate made of another semiconductor material such as Ge or a compound semiconductor may be used.
Further, in the present invention, the circuit elements of the peripheral circuit section connected to the memory connection section through the plug layer are not limited to MOS transistors but other active elements (bipolar or other transistors or diodes). May be.
<4.実験例>
ここで、本発明の半導体集積回路装置を簡易的に作製して、特性を調べた。
<4. Experimental example>
Here, the semiconductor integrated circuit device of the present invention was simply manufactured, and the characteristics were examined.
(実施例)
半導体基板1に、メモリセルアレイ部のメモリセルが4kビットとなるように、メモリセル部31のトランジスタTr1を形成した。また、半導体基板1の他の部分に、トランジスタTr2から成る制御回路を含む、周辺回路部32を形成した。
次に、全体を覆って層間絶縁層12を形成した後、トランジスタTr1,Tr2のソース・ドレイン領域3,4上の層間絶縁層をエッチング等により除去して、ビアホールを形成した。
次に、ビアホール内を埋めて導体層を形成し、層間絶縁層12上の導体層を除去して、トランジスタTr1,Tr2のソース・ドレイン領域3,4に接続して、導体膜から成るプラグ層11を形成した。
構成を簡単化するために、抵抗の低いイオン源層22は省略して、AlTeから成る記憶層21と、金属膜13としてTi膜とを、順次成膜した後に、図3Aに示したように、これらの2層21,13を、パターニングして、配線のパターンとした。
次に、400℃で1時間、アニールを行って、金属膜13のTiを記憶層21に拡散させた。
その後は、全体を覆って絶縁層を形成した。
このようにして、半導体集積回路装置を作製して、実施例の試料とした。
(Example)
The transistor Tr1 of the
Next, an
Next, a conductor layer is formed by filling the via hole, the conductor layer on the
In order to simplify the structure, the
Next, annealing was performed at 400 ° C. for 1 hour to diffuse Ti of the
Thereafter, an insulating layer was formed covering the whole.
In this manner, a semiconductor integrated circuit device was manufactured and used as a sample of the example.
(比較例)
金属膜13のTi膜の代わりに同じ膜厚のW膜を形成し、その他は、実施例と同様にして、半導体集積回路装置を作製して、比較例の試料とした。
(Comparative example)
A W film having the same film thickness was formed instead of the Ti film of the
実施例及び比較例の各試料について、アニールの前の記憶層21のコンダクタンスと、アニールの後の記憶層21のコンダクタンスを、それぞれ測定した。
測定結果として、アニール前後の記憶層のコンダクタンスの変化を、図7及び図8に示す。実施例の結果を図7に示し、比較例の結果を図8に示す。なお、図7及び図8において、記憶層のコンダクタンスは、コンダクタンスの値とその値での累積分布(4kビットに対する%)との関係により示している。
For each sample of the example and the comparative example, the conductance of the
As a measurement result, changes in conductance of the memory layer before and after annealing are shown in FIGS. The result of the example is shown in FIG. 7, and the result of the comparative example is shown in FIG. 7 and 8, the conductance of the memory layer is shown by the relationship between the conductance value and the cumulative distribution (% relative to 4 kbits) at that value.
図7より、記憶層21の上部にTi膜を形成してアニールすると、コンダクタンスが増大することがわかる。
従って、Tiが記憶層に拡散して、抵抗値が大幅に低下することがわかる。
一方、図8より、接続部の上部にW膜を形成してアニールした場合には、コンダクタンスがほとんど変化しないことがわかる。
7 that the conductance increases when a Ti film is formed on the
Therefore, it can be seen that Ti diffuses into the memory layer and the resistance value is significantly reduced.
On the other hand, FIG. 8 shows that when the W film is formed on the upper portion of the connection portion and annealed, the conductance hardly changes.
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
1 半導体基板、2 素子分離層、3,4 ソース・ドレイン領域、5,8 ゲート絶縁膜、6,9 ゲート電極、7,10 サイドウォール、11 プラグ層、12 層間絶縁層、13 金属膜、20 記憶素子、21,26 記憶層、22 イオン源層、23,28 金属元素が拡散した記憶層、24 金属元素が拡散したイオン源層、25 (周辺回路部との)接続部、27 上部電極、29 金属元素が拡散した上部電極、31 メモリセルアレイ部、32 周辺回路部、Tr1 メモリセルアレイ部のトランジスタ、Tr2 周辺回路部のトランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
半導体基板と、
抵抗値が変化する抵抗変化材料から成り、抵抗値により情報が記録される記憶層と、
前記記憶層を含んで構成され、前記記憶層が複数個のメモリセルに共通して形成され、前記半導体基板の上方に形成された、前記メモリと、
前記制御回路を含む回路素子が前記半導体基板に形成された、周辺回路部と、
前記周辺回路部の前記回路素子と電気的に接続され、前記半導体基板上の絶縁層内に形成された、プラグ層とを含み、
前記記憶層を含む、前記メモリを構成する各層が、前記プラグ層上にまで延長して形成されて、前記プラグ層と電気的に接続されており、かつ、前記プラグ層上付近の接続部では金属元素が拡散しており、抵抗値が他の部分よりも低くなっている
半導体集積回路装置。 A semiconductor integrated circuit device comprising a memory and a control circuit for controlling the memory,
A semiconductor substrate;
A storage layer made of a resistance change material whose resistance value changes, and information is recorded by the resistance value;
The memory including the memory layer, the memory layer being formed in common to a plurality of memory cells, and formed above the semiconductor substrate;
A peripheral circuit portion in which a circuit element including the control circuit is formed on the semiconductor substrate;
A plug layer electrically connected to the circuit element of the peripheral circuit portion and formed in an insulating layer on the semiconductor substrate;
Each layer constituting the memory, including the storage layer, is formed to extend up to the plug layer, and is electrically connected to the plug layer, and at a connection portion near the plug layer. A semiconductor integrated circuit device in which metal elements are diffused and the resistance value is lower than other parts.
半導体基板に、前記制御回路を含む周辺回路部の回路素子を形成する工程と、
前記回路素子上を覆って絶縁層を形成した後に、前記絶縁層内に前記回路素子と電気的に接続されたプラグ層を形成する工程と、
抵抗値が変化する抵抗変化材料から成り、抵抗値により情報が記録される記憶層を含む、前記メモリを構成する各層をそれぞれ、前記プラグ層上にまで延長して形成する工程と、
前記記憶層の上方に金属元素を含む層を形成する工程と、
前記金属元素を含む層を、前記プラグ層と前記メモリを構成する各層とを電気的に接続する接続部のみに残るように、パターニングする工程と、
熱処理により、前記金属元素を含む層の前記金属元素を、前記メモリを構成する各層に拡散させる工程とを含む
半導体集積回路装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device including a memory and a control circuit,
Forming a circuit element of a peripheral circuit portion including the control circuit on a semiconductor substrate;
Forming a plug layer electrically connected to the circuit element in the insulating layer after forming an insulating layer over the circuit element;
Each of the layers constituting the memory is formed by extending to the plug layer, including a storage layer in which information is recorded according to the resistance value, which is made of a resistance change material whose resistance value changes.
Forming a layer containing a metal element above the storage layer;
Patterning the metal element-containing layer so as to remain only in a connection portion that electrically connects the plug layer and each layer constituting the memory;
And a step of diffusing the metal element of the layer containing the metal element into each layer constituting the memory by heat treatment. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
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