JP6045983B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
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Description
本実施の形態は、半導体記憶装置に関する。 The present embodiment relates to a semiconductor memory device.
近年、半導体記憶装置の高集積化に伴い、これを構成するLSI素子は益々微細化されている。このLSI素子の微細化には、単に線幅を細くするだけでなく、回路パターンの寸法精度や位置精度の向上も要請される。このような課題を克服する技術として、抵抗値を可逆的に変化させる可変抵抗素子をメモリとして利用したReRAM(Resistive RAM)が提案されている。そして、このReRAMにおいて可変抵抗素子を基板に対して平行に延びるワード線の側壁と基板に対して垂直に延びるビット線の側壁との間に設ける構造により、メモリセルアレイの更なる高集積化が可能とされている。しかしながら、ビット線にそれぞれ接続されるメモリセルの特性にはバラツキが生じる場合がある。 In recent years, with the high integration of semiconductor memory devices, LSI elements constituting the semiconductor memory devices have been increasingly miniaturized. The miniaturization of the LSI element requires not only a reduction in line width but also improvement in circuit pattern dimensional accuracy and position accuracy. As a technique for overcoming such a problem, ReRAM (Resistive RAM) using a variable resistance element that reversibly changes a resistance value as a memory has been proposed. In this ReRAM, the variable resistance element is provided between the side wall of the word line extending parallel to the substrate and the side wall of the bit line extending perpendicular to the substrate, so that the memory cell array can be further highly integrated. It is said that. However, the characteristics of the memory cells connected to the bit lines may vary.
本実施の形態は、メモリセルの特性のばらつきを抑制した半導体記憶装置を提供する。 The present embodiment provides a semiconductor memory device in which variation in characteristics of memory cells is suppressed.
実施の形態に係る半導体記憶装置は、複数のメモリセルを有するメモリセルアレイを有する。メモリセルアレイは、複数の第1導電層、メモリ層、及び第2導電層を有する。複数の第1導電層は、基板に対して垂直な第1方向に所定ピッチをもって積層され、基板に対して平行な第2方向に延びる。メモリ層は、複数の第1導電層の側面に共通に設けられ且つメモリセルとして機能する。第2導電層は、メモリ層を介して複数の第1導電層の側面に接する第1側面を有し、第1方向に延びる。第1位置における第1側面の第2方向の幅は、第1位置よりも下の第2位置における第1側面の第2方向の幅よりも狭い。第1位置に配置された第1導電層の第1方向の厚みは、第2位置に配置された第1導電層の第1方向の厚みよりも厚い。 A semiconductor memory device according to an embodiment includes a memory cell array having a plurality of memory cells. The memory cell array has a plurality of first conductive layers, memory layers, and second conductive layers. The plurality of first conductive layers are stacked with a predetermined pitch in a first direction perpendicular to the substrate, and extend in a second direction parallel to the substrate. The memory layer is provided in common on the side surfaces of the plurality of first conductive layers and functions as a memory cell. The second conductive layer has a first side surface in contact with the side surfaces of the plurality of first conductive layers through the memory layer, and extends in the first direction. The width in the second direction of the first side surface at the first position is narrower than the width in the second direction of the first side surface at the second position below the first position. The thickness in the first direction of the first conductive layer disposed at the first position is thicker than the thickness in the first direction of the first conductive layer disposed at the second position.
[第1の実施の形態]
[構成]
先ず、第1の実施の形態に係る半導体記憶装置の全体構成について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る半導体記憶装置のブロック図の一例である。図1に示すように、半導体記憶装置は、メモリセルアレイ11、行デコーダ12、列デコーダ13、上位ブロック14、及び電源15、及び制御回路16を有する。
[First Embodiment]
[Constitution]
First, the overall configuration of the semiconductor memory device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is an example of a block diagram of the semiconductor memory device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor memory device includes a
メモリセルアレイ11は、互いに交差する複数のワード線WL、及びビット線BL、並びに、これらの各交差部に配置されたメモリセルMCを有する。行デコーダ12は、アクセス(データ消去/書き込み/読み出し)時に、ワード線WLを選択する。列デコーダ13は、アクセス時に、ビット線BLを選択し、アクセス動作を制御するドライバを含む。
The
上位ブロック14は、メモリセルアレイ11中のアクセス対象となるメモリセルMCを選択する。上位ブロック14は、行デコーダ12、列デコーダ13に対して、それぞれ行アドレス、列アドレスを与える。電源15は、データ消去/書き込み/読み出しの、それぞれの動作に対応した所定の電圧の組み合わせを生成し、行デコーダ12及び列デコーダ13に供給する。制御回路16は、外部からのコマンドに従い、上位ブロック14にアドレスを送付するなど制御を行い、また、電源15の制御を行う。
The upper block 14 selects a memory cell MC to be accessed in the
次に、図2及び図3を参照して、第1の実施の形態に係るメモリセルアレイ11について詳しく説明する。図2は、メモリセルアレイ11の回路図の一例である。図3はメモリセルアレイ11の積層構造を示す斜視図の一例である。なお、図2において、X方向、Y方向及びZ方向は互いに直交し、X方向は紙面垂直方向である。また、図2に示す構造は、X方向に繰り返し設けられている。
Next, the
メモリセルアレイ11は、図2に示すように、上述したワード線WL、ビット線BL、及びメモリセルMC以外に、選択トランジスタSTr、グローバルビット線GBL、及び選択ゲート線SGを有する。
As shown in FIG. 2, the
ワード線WL1〜WL4は、図2及び図3に示すように、所定ピッチをもってZ方向に配列され、X方向に延びる。ビット線BLは、X方向及びY方向にマトリクス状に配列され、Z方向に延びる。メモリセルMCは、これらワード線WLとビット線BLが交差する箇所に配置される。したがって、メモリセルMCは、X、Y、Z方向に3次元マトリクス状に配列される。各種動作においてワード線WL1〜WL4中の選択ワード線WLは、そのZ方向の位置にかかわらず同じ電圧を印加することができる。また、ワード線WL1〜WL4中の非選択ワード線WLは、そのZ方向の位置にかかわらず同じ電圧を印加することができる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the word lines WL1 to WL4 are arranged in the Z direction with a predetermined pitch and extend in the X direction. The bit lines BL are arranged in a matrix in the X direction and the Y direction, and extend in the Z direction. The memory cell MC is disposed at a location where the word line WL and the bit line BL intersect. Therefore, the memory cells MC are arranged in a three-dimensional matrix in the X, Y, and Z directions. In various operations, the same voltage can be applied to the selected word line WL among the word lines WL1 to WL4 regardless of the position in the Z direction. Further, the same voltage can be applied to unselected word lines WL in the word lines WL1 to WL4 regardless of their positions in the Z direction.
メモリセルMCは、図2に示すように、可変抵抗素子VRを含む。可変抵抗素子VRは電気的に書き換え可能で抵抗値に基づいてデータを不揮発に記憶する。可変抵抗素子VRは、ある一定以上の電圧をその両端に印加するセット動作によって高抵抗状態(リセット状態)から低抵抗状態(セット状態)に変化し、ある一定以上の電圧をその両端に印加するリセット動作によって低抵抗状態(セット状態)から高抵抗状態(リセット状態)に変化する。また、可変抵抗素子VRは、製造直後においては容易に抵抗状態を変化させない状態にあり且つ高抵抗状態にある。そこで、可変抵抗素子VRの両端にセット動作及びリセット動作以上の高電圧を印加するフォーミング動作が実行される。このフォーミング動作により、可変抵抗素子VR内に局所的に電流が流れ易い領域(フィラメントパス)が形成され、可変抵抗素子VRは容易に抵抗状態を変化させることができ、記憶素子として動作可能な状態となる。 As shown in FIG. 2, the memory cell MC includes a variable resistance element VR. The variable resistance element VR is electrically rewritable and stores data in a nonvolatile manner based on the resistance value. The variable resistance element VR changes from a high resistance state (reset state) to a low resistance state (set state) by a set operation in which a voltage above a certain level is applied to both ends thereof, and a voltage above a certain level is applied to both ends thereof. The reset operation changes from the low resistance state (set state) to the high resistance state (reset state). Further, the variable resistance element VR is in a state where the resistance state is not easily changed immediately after manufacture and is in a high resistance state. Therefore, a forming operation is performed in which a high voltage higher than the set operation and the reset operation is applied to both ends of the variable resistance element VR. By this forming operation, a region (filament path) where a current easily flows locally is formed in the variable resistance element VR, and the resistance state of the variable resistance element VR can be easily changed and can operate as a memory element. It becomes.
選択トランジスタSTrは、図2に示すように、ビット線BLの一端とグローバルビット線GBLとの間に設けられる。グローバルビット線GBLは、X方向に所定ピッチをもって並び、Y方向に延びる。1本のグローバルビット線GBLは、Y方向に一列に配列された複数の選択トランジスタSTrの一端に共通接続されている。また、Y方向に隣接して配列された2つの選択トランジスタSTrのゲート電極は共通接続されている。選択ゲート線SGは、Y方向に所定ピッチをもって並び、X方向に延びる。1本の選択ゲート線SGは、X方向に一列に配列された複数の選択トランジスタSTrのゲートに共通接続されている。なお、Y方向に隣接して配列された2つの選択トランジスタSTrのゲート電極を分離して、2つの選択トランジスタSTrをそれぞれ独立に動作させることもできる。 As shown in FIG. 2, the select transistor STr is provided between one end of the bit line BL and the global bit line GBL. The global bit lines GBL are arranged with a predetermined pitch in the X direction and extend in the Y direction. One global bit line GBL is commonly connected to one ends of a plurality of select transistors STr arranged in a line in the Y direction. The gate electrodes of two select transistors STr arranged adjacent to each other in the Y direction are commonly connected. The selection gate lines SG are arranged with a predetermined pitch in the Y direction and extend in the X direction. One selection gate line SG is commonly connected to the gates of a plurality of selection transistors STr arranged in a line in the X direction. Note that the gate electrodes of the two selection transistors STr arranged adjacent to each other in the Y direction can be separated to operate the two selection transistors STr independently.
次に、図3、図4及び図5を参照して、第1の実施の形態に係るメモリセルアレイ11の積層構造について説明する。図4は図3のF4−F4平面をX方向からみた図(Z−Y平面図)であり、図5は図3の上面図である。なお、図3及び図5において層間絶縁層は省略している。
Next, a stacked structure of the
メモリセルアレイ11は、図3及び図4に示すように、基板20上に積層された選択トランジスタ層30及びメモリ層40を有する。選択トランジスタ層30は選択トランジスタSTrとして機能し、メモリ層40はメモリセルMCとして機能する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
選択トランジスタ層30は、図3及び図4に示すように、導電層31、層間絶縁層32、導電層33、及び層間絶縁層34を有する。これら導電層31、層間絶縁層32、導電層33、及び層間絶縁層34は、基板20に対して垂直なZ方向に積層されている。導電層31はグローバルビット線GBLとして機能し、導電層33は選択ゲート線SG及び選択トランジスタSTrのゲートとして機能する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
導電層31は、基板20に対して平行なX方向に所定ピッチをもって並び、Y方向に延びる(図5参照)。層間絶縁層32は、導電層31の上面を覆う。導電層33は、Y方向に所定ピッチをもって並び、X方向に延びる(図5参照)。層間絶縁層34は、導電層33の側面及び上面を覆う。例えば、導電層31、33はポリシリコンにより構成される。層間絶縁層32、34は酸化シリコン(SiO2)により構成される。
The
また、選択トランジスタ層30は、図3及び図4に示すように、柱状半導体層35、及びゲート絶縁層36を有する。柱状半導体層35は選択トランジスタSTrのボディ(チャネル)として機能し、ゲート絶縁層36は選択トランジスタSTrのゲート絶縁膜として機能する。
The
柱状半導体層35は、X及びY方向にマトリクス状に配置され、Z方向に柱状に延びる。また、柱状半導体層35は、導電層31の上面に接し、ゲート絶縁層36を介して導電層33のY方向の側面に接する。そして、柱状半導体層35は、積層されたN+型半導体層35a、P+型半導体層35b、及びN+型半導体層35cを有する。
The columnar semiconductor layers 35 are arranged in a matrix in the X and Y directions and extend in a column shape in the Z direction. The
N+型半導体層35aは、図3及び図4に示すように、そのY方向の側面にて層間絶縁層32に接する。P+型半導体層35bは、そのY方向の側面にて導電層33の側面に接する。N+型半導体層35cは、そのY方向の側面にて層間絶縁層34に接する。N+型半導体層35a、35cはN+型の不純物を注入されたポリシリコンにより構成され、P+型半導体層35bはP+型の不純物を注入されたポリシリコンにより構成される。ゲート絶縁層36は例えば酸化シリコン(SiO2)により構成される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the N +
メモリ層40は、図3及び図4に示すように、Z方向に交互に積層された層間絶縁層41a〜41d、及び導電層42a〜42dを有する。導電層42a〜42dは、それぞれワード線WL1〜WL4として機能する。導電層42a〜42dは、Z方向から見た場合、それぞれX方向に対向する一対の櫛歯形状を有する(図5参照)。層間絶縁層41a〜41dは例えば酸化シリコン(SiO2)にて構成され、導電層42a〜42dは例えばポリシリコンにて構成される。
As illustrated in FIGS. 3 and 4, the
また、図4に示すように、上層にある導電層42a〜42dほどZ方向の厚みは厚い。すなわち、導電層42dのZ方向の厚みLa4は、その下層の導電層42cのZ方向の厚みLa3よりも厚い。同様に、導電層42cのZ方向の厚みLa3は、その下層の導電層42bのZ方向の厚みLa2よりも厚く、導電層42bのZ方向の厚みLa2は、その下層の導電層42aのZ方向の厚みLa1よりも厚い。ここで、Z方向において、導電層42a〜42dの膜厚は徐々に厚くなっていると言える。
Further, as shown in FIG. 4, the upper
また、メモリ層40は、図3及び図4に示すように、柱状導電層43、及び可変抵抗層44を有する。柱状導電層43はビット線BLとして機能する。可変抵抗層44は可変抵抗素子VRとして機能する。
Further, the
柱状導電層43は、X及びY方向にマトリクス状に配置され、柱状半導体層35の上面に接すると共にZ方向に柱状に延びる。可変抵抗層44は、柱状導電層43のY方向の側面と層間絶縁層41a〜41dのY方向の側面との間に設けられる。また、可変抵抗層44は、柱状導電層43のY方向の側面と導電層42a〜42dのY方向の側面との間に設けられる。柱状導電層43は例えばポリシリコンにより構成され、可変抵抗層44は例えば金属酸化物(例えば、HfOX、Al2OX、TiOX、NiOX、WOX、Ta2OX等)により構成される。
The columnar
次に、図6を参照して、柱状半導体層43と導電層42a〜42dの形状についてより具体的に説明する。図6は、図3のF6−F6平面をY方向からみた図(Z−X平面図)である。なお、図6において、層間絶縁層41a〜41d、及び可変抵抗層44は省略している。
Next, the shape of the
図6に示すように、柱状半導体層43は、Y方向からみてテーパ状に形成されおり、柱状半導体層43のY方向の側面のX方向の幅は+Z方向(図6の上方向)に進むにつれて狭くなる。すなわち、第1位置における柱状半導体層43のY方向の側面のX方向の幅は、第1位置よりも下の第2位置における柱状半導体層43のY方向の側面のX方向の幅よりも狭い。なお、この柱状半導体層43のテーパ形状は、後述する製造時のエッチング条件を調整することにより形成することができる。上述したように本実施の形態において、上層にある導電層42a〜42dほどZ方向の厚みを厚くしている。ここで、仮に導電層42a〜42dのZ方向の厚みが均一であるとすると、導電層42aと柱状半導体層43との対向面積が最も大きく、導電層42dと柱状半導体層43との対向面積が最も小さくなる。これにより、導電層42a〜42d(ワード線WL1〜WL4)と柱状半導体層43(ビット線BL)の間に形成される可変抵抗素子VRの特性にばらつきが生じる。
As shown in FIG. 6, the
そこで、本実施の形態においては、図6に示すように、上記の柱状半導体層43の形状に対応して、上層にある導電層42a〜42dほどZ方向の厚みLa1〜La4を厚くしている。したがって、導電層42a〜42dと柱状半導体層43との対向面積を略一定にすることができる。これにより、本実施の形態は、可変抵抗素子VRの特性のばらつきを抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the thicknesses La1 to La4 in the Z direction are made thicker in the upper
[製造方法]
次に、図7〜図10を参照して、第1の実施の形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明する。図7〜図10はメモリセルアレイ11の製造方法を示す斜視図の一例である。なお、以下で説明する製造方法においては、メモリ層40の製造方法のみを示す。
[Production method]
A method for manufacturing the semiconductor memory device according to the first embodiment will now be described with reference to FIGS. 7 to 10 are examples of perspective views showing a method for manufacturing the
図7に示すように、選択トランジスタ層30の上面に、酸化シリコン(SiO2)とポリシリコン(Si)を交互に積層させ、X方向及びY方向に広がる層間絶縁層41a’〜41d’、導電層42a’〜42d’を形成する。また、導電層42d’の上に保護層51’を形成する。ここで、導電層42d’のZ方向の厚みLa4は、その下層の導電層42c’のZ方向の厚みLa3よりも厚い。同様に、導電層42c’のZ方向の厚みLa3は、その下層の導電層42b’のZ方向の厚みLa2よりも厚く、導電層42b’のZ方向の厚みLa2は、その下層の導電層42a’のZ方向の厚みLa1よりも厚い。ここで、Z方向において、導電層42a’〜42d’の膜厚は徐々に厚くなっていると言える。なお、簡易的に、2層の導電層の膜厚を同じにして、2層おきに導電層の膜厚を厚くするなど種々の変更ができる。
As shown in FIG. 7, silicon oxide (SiO 2 ) and polysilicon (Si) are alternately stacked on the upper surface of the
図8に示すように、層間絶縁層41a’〜41d’、導電層42a’〜42d’、及び保護層51’を貫通するトレンチT1を形成する。トレンチT1は、Y方向に所定ピッチをもって配列し、X方向に延びる。このトレンチT1により、層間絶縁層41a’〜41d’、導電層42a’〜42d’、及び保護層51’は、X方向に延びる層間絶縁層41a〜41d、導電層42a〜42d、及び保護層51となる。
As shown in FIG. 8, a trench T1 penetrating the
図9に示すように、トレンチT1の側面に可変抵抗層44を形成する。そして、トレンチT1を埋めるように柱状半導体層43’を形成する。例えば、可変抵抗層44は金属酸化物をアトミックレイヤーデポジション(ALD))により堆積させて形成される。ここで、可変抵抗層44はトレンチT1の全側面に面状に形成される。
As shown in FIG. 9, the
図10に示すように、柱状半導体層43’を貫通するトレンチT2を形成する。トレンチT2は、X方向に所定ピッチをもって配列する。このトレンチT2により、柱状半導体層43’は、XZ平面で見た場合、テーパ状に加工され、柱状半導体層43となる。そして、トレンチT2を酸化シリコンにより埋めて、トレンチT2内に層間絶縁層を形成する。
As shown in FIG. 10, a trench T2 penetrating the columnar semiconductor layer 43 'is formed. The trenches T2 are arranged with a predetermined pitch in the X direction. Due to the trench T <b> 2, the
[第2の実施の形態]
[構成]
次に、図11を参照して、第2の実施の形態に係る半導体記憶装置について説明する。図11は、第2の実施の形態のX方向からみたメモリ層40の一例を示す。図11に示すように、第2の実施の形態のメモリ層40において、可変抵抗層44のY方向の厚みは、−Z方向(図11の下方向)に進むにすれて薄くなる。したがって、より上層に位置する導電層42a〜42dほど、それに接する可変抵抗層44の抵抗値を変化させるために必要な電圧は高くなる。そこで、第2の実施の形態においては、第1の実施の形態と同様に、上層にある導電層42a〜42dほどZ方向の厚みLa1〜La4を厚くしている。この厚みに伴い、より上層に位置する導電層42a〜42dほど配線抵抗は低くなる。したがって、導電層42a〜42dの一端に同じ電圧を印加して可変抵抗層44に電圧を転送する場合、より上層に位置する可変抵抗層44ほど高い電圧が印加されることになる。これにより、第2の実施の形態は、複数の可変抵抗層44の抵抗値を均一に変化させることができる。
[Second Embodiment]
[Constitution]
Next, a semiconductor memory device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 illustrates an example of the
また、上層に位置する導電層42dと可変抵抗層44の接触面積は、下層に位置する導電層42cと可変抵抗層44の接触面積に対して大きくなる。ここで、可変抵抗層44の膜厚が厚くなるとフォーミング電圧が高くなり、導電層42と可変抵抗層44の接触面積が大きくなるとフォーミング電圧が低くなる傾向がある。したがって、上層の可変抵抗層44の膜厚が厚くなっても、導電層42dと可変抵抗層44の接触面積が大きくなるのでフォーミング電圧は上昇しない。これにより、第2の実施の形態は、上層から下層まで同じフォーミング電圧を用いても、下層の可変抵抗層44のフォーミングを確実に行うことができる。
In addition, the contact area between the
[第3の実施の形態]
[構成]
次に、図12及び図13を参照して、第3の実施の形態に係る半導体記憶装置について説明する。図12はX方向からみたメモリ層40を示し、図13はY方向からみたメモリ層40を示す。なお、図13において、層間絶縁層41a〜41d及び可変抵抗層44は省略している。また、図12における平面は図3のF4−F4断面に、図13における平面は図3のF6−F6断面に相当する。
[Third Embodiment]
[Constitution]
Next, a semiconductor memory device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 12 shows the
第3の実施の形態においては、図13に示すように、柱状半導体層43はY方向からみて逆テーパ状に形成されおり、柱状半導体層43のY方向の側面のX方向の幅は−Z方向(図13の下方向)に進むにつれて徐々に狭まる。すなわち、第1位置における柱状半導体層43のY方向の側面のX方向の幅は、第1位置よりも上の第2位置における柱状半導体層43のY方向の側面のX方向の幅よりも狭い。なお、この柱状半導体層43の逆テーパ形状は、後述する製造時のエッチング条件を調整することにより形成することができる。ここで、仮に導電層42a〜42dのZ方向の厚みが均一であるとすると、導電層42dと柱状半導体層43との対向面積が最も大きく、導電層42aと柱状半導体層43との対向面積が最も小さくなる。これにより、導電層42a〜42d(ワード線WL1〜WL4)と柱状半導体層43(ビット線BL)の間に形成される可変抵抗素子VRの特性にばらつきが生じる。
In the third embodiment, as shown in FIG. 13, the
そこで、本実施の形態においては、図12及び図13に示すように、上記の柱状半導体層43の形状に対応して、下層にある導電層42a〜42dほどZ方向の厚みLb1〜Lb4を厚くしている。具体的に、導電層42aのZ方向の厚みLb1は、その上層の導電層42bのZ方向の厚みLb2よりも厚い。同様に、導電層42bのZ方向の厚みLb2は、その上層の導電層42cのZ方向の厚みLb3よりも厚く、導電層42cのZ方向の厚みLb3は、その上層の導電層42dのZ方向の厚みLb4よりも厚い。したがって、導電層42a〜42dと柱状半導体層43との対向面積を略一定にすることができる。これにより、本実施の形態は、可変抵抗素子VRの特性のばらつきを抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 12 and 13, corresponding to the shape of the
[製造方法]
次に、図14〜図17を参照して、第3の実施の形態に係る半導体記憶装置の製造方法の一例について説明する。図14〜図17はメモリセルアレイ11の製造方法を示す斜視図である。なお、以下で説明する製造方法においては、メモリ層40の製造方法のみを示す。
[Production method]
Next, an example of a method of manufacturing the semiconductor memory device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 14 to 17 are perspective views showing a method for manufacturing the
図14に示すように、第1の実施の形態と同様に、層間絶縁層41a’〜41d’、導電層42a’〜42d’、保護層51’を形成する。ここで、導電層42a’のZ方向の厚みLb1は、その上層の導電層42b’のZ方向の厚みLb2よりも厚い。同様に、導電層42b’のZ方向の厚みLb2は、その上層の導電層42c’のZ方向の厚みLb3よりも厚く、導電層42c’のZ方向の厚みLb3は、その上層の導電層42d’のZ方向の厚みLb4よりも厚い。ここで、Z方向において、導電層42a’〜42d’の膜厚は徐々に薄くなっていると言える。なお、簡易的に、2層の導電層の膜厚を同じにして、2層おきに導電層の膜厚を薄くするなど種々の変更ができる。
As shown in FIG. 14,
図15に示すように、第1の実施の形態のトレンチT1と同様に、層間絶縁層41a’〜41d’、導電層42a’〜42d’、及び保護層51’を貫通するトレンチT3を形成する。トレンチT3は、X方向に所定ピッチをもって配列する。このトレンチT3により、層間絶縁層41a’〜41d’、導電層42a’〜42d’、及び保護層51’は、X方向に延びる層間絶縁層41a〜41d、導電層42a〜42d、及び保護層51となる。
As shown in FIG. 15, the trench T3 penetrating the
図16に示すように、トレンチT3の側面に可変抵抗層44を形成する。そして、トレンチT3を埋めるように層間絶縁層45’を形成する。
As shown in FIG. 16, the
続いて、図17に示すように、層間絶縁層45’を貫通するトレンチT4を形成する。トレンチT4は、X方向に所定ピッチをもって配列する。このトレンチT4により、XZ平面で見た場合、層間絶縁層45’は、テーパ状に加工され、層間絶縁層45となる。そして、トレンチT4をポリシリコンにより埋めて、トレンチT4内に柱状半導体層43を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 17, a trench T4 penetrating the interlayer insulating layer 45 'is formed. The trenches T4 are arranged with a predetermined pitch in the X direction. When viewed in the XZ plane, the
[第4の実施の形態]
[構成]
次に、図18を参照して、第4の実施の形態に係る半導体記憶装置の一例について説明する。図18は、X方向からみたメモリ層40を示す。図18に示すように、第4の実施の形態のメモリ層40において、可変抵抗層44のY方向の厚みは、−Z方向(図11の下方向)に進むにすれて厚くなる。したがって、より下層に位置する導電層42d〜42bほど、それに接する可変抵抗層44の抵抗値を変化させるために必要な電圧は高くなる。そこで、第4の実施の形態においては、第3の実施の形態と同様に、下層にある導電層42a〜42dLb1〜Lb4ほどZ方向の厚みを厚くしている。この厚みに伴い、より下層に位置する導電層42a〜42dほど配線抵抗は低くなる。したがって、導電層42a〜42dの一端に同じ電圧を印加して可変抵抗層44に電圧を転送する場合、より下層に位置する可変抵抗層44ほど高い電圧が印加されることになる。これにより、第4の実施の形態は、複数の可変抵抗層44の抵抗値を均一に変化させることができる。
[Fourth Embodiment]
[Constitution]
Next, an example of a semiconductor memory device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 18 shows the
また、下層に位置する導電層42aと可変抵抗層44の接触面積が上層に位置する導電層42bと可変抵抗層44の接触面積に対して大きくなる。ここで、可変抵抗層44の膜厚が厚くなるとフォーミング電圧が高くなり、導電層42と可変抵抗層44の接触面積が大きくなるとフォーミング電圧が低くなる傾向がある。したがって、下層の可変抵抗層44の膜厚が厚くなっても、導電層42aと可変抵抗層44の接触面積が大きくなるのでフォーミング電圧は上昇しない。これにより、第4の実施の形態は、上層から下層まで同じフォーミング電圧を用いても、下層の可変抵抗層44のフォーミングを確実に行うことができる。
Further, the contact area between the
[その他]
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
[Others]
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、図19及び図20に示すように、第4の実施の形態において複数の可変抵抗素子VRの抵抗値を均一に変化させ得る場合、導電層42a〜42dのZ方向の厚みLcは一定としても良い。
For example, as shown in FIGS. 19 and 20, when the resistance values of the plurality of variable resistance elements VR can be changed uniformly in the fourth embodiment, the thickness Lc in the Z direction of the
11…メモリセルアレイ、 12…行デコーダ、 13…列デコーダ、 14…上位ブロック、 15…電源、 16…制御回路、 20…基板、 30…選択トランジスタ層、 40…メモリ層。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記メモリセルアレイは、
基板に対して垂直な第1方向に所定ピッチをもって積層され、前記基板に対して平行な第2方向に延びる複数の第1導電層と、
前記複数の第1導電層の側面に共通に設けられ且つ前記メモリセルとして機能するメモリ層と、
前記メモリ層を介して前記複数の第1導電層の側面に接する第1側面を有し、前記第1方向に延びる第2導電層とを備え、
第1位置における前記第1側面の前記第2方向の幅は、前記第1位置よりも下の第2位置における前記第1側面の前記第2方向の幅よりも狭く、
前記第1位置に配置された第1導電層の前記第1方向の厚みは、前記第2位置に配置された第1導電層の前記第1方向の厚みよりも厚く、
前記第1位置における前記第1導電層と前記第2導電層との対向面積、及び前記第2位置における前記第1導電層と前記第2導電層との対向面積は略一定である
ことを特徴とする半導体記憶装置。 Comprising a memory cell array having a plurality of memory cells;
The memory cell array includes:
A plurality of first conductive layers stacked at a predetermined pitch in a first direction perpendicular to the substrate and extending in a second direction parallel to the substrate;
A memory layer provided in common on the side surfaces of the plurality of first conductive layers and functioning as the memory cell;
A second conductive layer having a first side surface in contact with the side surfaces of the plurality of first conductive layers through the memory layer and extending in the first direction;
The width in the second direction of the first side surface at the first position is narrower than the width in the second direction of the first side surface at the second position below the first position,
Wherein the first direction of the thickness of the first first conductive layer disposed on the position, rather than thickness than the first direction of the thickness of the first conductive layer disposed on the second position,
The facing area between the first conductive layer and the second conductive layer at the first position and the facing area between the first conductive layer and the second conductive layer at the second position are substantially constant. A semiconductor memory device.
前記第1位置における前記メモリ層の前記第3方向の厚みは、前記第2位置における前記メモリ層の前記第3方向の厚みよりも厚い
ことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。 A direction perpendicular to the first direction and the second direction is a third direction,
2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a thickness of the memory layer in the first position in the third direction is larger than a thickness of the memory layer in the second position in the third direction.
前記第1方向と前記第2方向で構成される面状に配置されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。 The memory layer is a variable resistance layer;
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the semiconductor memory device is arranged in a planar shape constituted by the first direction and the second direction.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the first conductive layer is formed in a comb shape when viewed in the first direction.
前記メモリセルアレイは、
基板に対して垂直な第1方向に所定ピッチをもって積層され、前記基板に対して平行な第2方向に延びる複数の第1導電層と、
前記複数の第1導電層の側面に共通に設けられ且つ前記メモリセルとして機能するメモリ層と、
前記メモリ層を介して前記複数の第1導電層の側面に接する第1側面を有し、前記第1方向に延びる第2導電層とを備え、
第1位置における前記第1側面の前記第2方向の幅は、前記第1位置よりも上の第2位置における前記第1側面の前記第2方向の幅よりも狭く、
前記第1位置に配置された第1導電層の前記第1方向の厚みは、前記第2位置に配置された第1導電層の前記第1方向の厚みよりも厚く、
前記第1位置における前記第1導電層と前記導電層との対向面積、及び前記第2位置における前記第1導電層と前記第2導電層との対向面積は略一定である
ことを特徴とする半導体記憶装置。 Comprising a memory cell array having a plurality of memory cells;
The memory cell array includes:
A plurality of first conductive layers stacked at a predetermined pitch in a first direction perpendicular to the substrate and extending in a second direction parallel to the substrate;
A memory layer provided in common on the side surfaces of the plurality of first conductive layers and functioning as the memory cell;
A second conductive layer having a first side surface in contact with the side surfaces of the plurality of first conductive layers through the memory layer and extending in the first direction;
The width in the second direction of the first side surface at the first position is narrower than the width in the second direction of the first side surface at the second position above the first position,
Wherein the first direction of the thickness of the first first conductive layer disposed on the position, rather than thickness than the first direction of the thickness of the first conductive layer disposed on the second position,
The facing area between the first conductive layer and the conductive layer at the first position and the facing area between the first conductive layer and the second conductive layer at the second position are substantially constant. Semiconductor memory device.
前記第1位置における前記メモリ層の前記第3方向の厚みは、前記第2位置における前記メモリ層の前記第3方向の厚みよりも厚い
ことを特徴とする請求項5記載の半導体記憶装置。 A direction perpendicular to the first direction and the second direction is a third direction,
6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein a thickness of the memory layer in the first position in the third direction is thicker than a thickness of the memory layer in the second position in the third direction.
前記第1方向と前記第2方向で構成される面状に配置されている
ことを特徴とする請求項5記載の半導体記憶装置。 The memory layer is a variable resistance layer;
The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the semiconductor memory device is arranged in a planar shape constituted by the first direction and the second direction.
ことを特徴とする請求項5記載の半導体記憶装置。 The semiconductor memory device according to claim 5, wherein the first conductive layer is formed in a comb shape when viewed in the first direction.
前記メモリセルアレイは、
基板に対して垂直な第1方向に所定ピッチをもって積層され、前記基板に対して平行な第2方向に延びる複数の第1導電層と、
前記複数の第1導電層の側面に共通に設けられ且つ前記メモリセルとして機能するメモリ層と、
前記メモリ層を介して前記複数の第1導電層の側面に接する第1側面を有し、前記第1方向に延びる第2導電層とを備え、
第1位置における前記第1側面の前記第2方向の幅は、前記第1位置よりも上の第2位置における前記第1側面の前記第2方向の幅よりも狭く、
前記第1方向及び前記第2方向に直交する方向を第3方向とし、
前記第1位置における前記メモリ層の前記第3方向の厚みは、前記第2位置における前記メモリ層の前記第3方向の厚みよりも厚く、
前記第1位置に配置された第1導電層の前記第1方向の厚みは、前記第2位置に配置された第1導電層の前記第1方向の厚み以上である
ことを特徴とする半導体記憶装置。 Comprising a memory cell array having a plurality of memory cells;
The memory cell array includes:
A plurality of first conductive layers stacked at a predetermined pitch in a first direction perpendicular to the substrate and extending in a second direction parallel to the substrate;
A memory layer provided in common on the side surfaces of the plurality of first conductive layers and functioning as the memory cell;
A second conductive layer having a first side surface in contact with the side surfaces of the plurality of first conductive layers through the memory layer and extending in the first direction;
The width in the second direction of the first side surface at the first position is narrower than the width in the second direction of the first side surface at the second position above the first position,
A direction perpendicular to the first direction and the second direction is a third direction,
The third direction of thickness of the memory layer in the first position, rather thick than said third direction of thickness of the memory layer in the second position,
A thickness of the first conductive layer disposed at the first position in the first direction is equal to or greater than a thickness of the first conductive layer disposed at the second position in the first direction. apparatus.
前記第1方向と前記第2方向で構成される面状に配置されている
ことを特徴とする請求項9記載の半導体記憶装置。 The memory layer is a variable resistance layer;
The semiconductor memory device according to claim 9, wherein the semiconductor memory device is arranged in a planar shape constituted by the first direction and the second direction.
ことを特徴とする請求項9記載の半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 9, wherein the first conductive layer is formed in a comb shape when viewed in the first direction.
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