JP2014011391A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】メモリセルの動作特性を改善することのできる半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】一の実施の形態に係る半導体記憶装置は、基板上に配置された複数の第1配線と、第1配線と交差するように配置された複数の第2配線と、第1配線と第2配線との各交差部に配置され、電流整流素子及び可変抵抗素子を直列接続してなるメモリセルを含むメモリセルアレイと、第1配線及び第2配線を選択駆動するように構成された制御回路とを備える。メモリセルの側面には、電流整流素子及び可変抵抗素子の側面に設けられ、シリコンと他の元素との組成比が第1の値である第1のシリコン窒化膜と、第1のシリコン窒化膜の側面に設けられたシリコン酸化膜と、シリコン酸化膜の側面に設けられ、シリコンと他の元素との組成比が第2の値である第2のシリコン窒化膜とが形成されている。第1の値は第2の値より小さい。
【選択図】図5
【解決手段】一の実施の形態に係る半導体記憶装置は、基板上に配置された複数の第1配線と、第1配線と交差するように配置された複数の第2配線と、第1配線と第2配線との各交差部に配置され、電流整流素子及び可変抵抗素子を直列接続してなるメモリセルを含むメモリセルアレイと、第1配線及び第2配線を選択駆動するように構成された制御回路とを備える。メモリセルの側面には、電流整流素子及び可変抵抗素子の側面に設けられ、シリコンと他の元素との組成比が第1の値である第1のシリコン窒化膜と、第1のシリコン窒化膜の側面に設けられたシリコン酸化膜と、シリコン酸化膜の側面に設けられ、シリコンと他の元素との組成比が第2の値である第2のシリコン窒化膜とが形成されている。第1の値は第2の値より小さい。
【選択図】図5
Description
本明細書に記載の実施の形態は、可変抵抗素子の抵抗値の変化によりデータを記憶するメモリセルを配列してなる半導体記憶装置に関する。
近年、フラッシュメモリの後継候補として、記憶素子に可変抵抗素子を用いる抵抗変化メモリ装置が注目されている。ここで、抵抗変化メモリ装置には、遷移金属酸化物を記録層としてその抵抗値状態を不揮発に記憶する狭義の抵抗変化メモリ(ReRAM:Resistive RAM)の他、カルコゲナイド等を記録層として用いてその結晶状態(導体)と非晶質状態(絶縁体)の抵抗値情報を利用する相変化メモリ(PCRAM:Phase Change RAM)等も含むものとする。
抵抗変化メモリ装置のメモリセルアレイは、可変抵抗素子とダイオード等の電流整流素子とからなるメモリセルをビット線及びワード線の交差部に配置する。このようなメモリセルアレイでは、ダイオード等の電流整流素子を利用してメモリセルの選択を行うことができる。また、ビット線及びワード線を交互に積層させ、メモリセルアレイを三次元的に積層配列することで、高密度メモリセルアレイを実現することもできる。
このようなメモリセルアレイの場合、層間絶縁膜に用いられる材料からの影響や、繰り返し行われる動作により、可変抵抗素子や電流整流素子の特性が劣化することがある。その場合、ダイオードのオフ時におけるリーク電流の発生や、可変抵抗素子のスイッチング特性が劣化する等の影響が起こり、メモリセルに対して所望の動作を実行することができない可能性がある。
本発明は、メモリセルの動作特性を改善することのできる半導体記憶装置を提供することを目的とする。
一の実施の形態に係る半導体記憶装置は、基板上に配置された複数の第1配線と、第1配線と交差するように配置された複数の第2配線と、第1配線と第2配線との各交差部に配置され、電流整流素子及び可変抵抗素子を直列接続してなるメモリセルを含むメモリセルアレイと、第1配線及び第2配線を選択駆動するように構成された制御回路とを備える。メモリセルの側面には、電流整流素子及び可変抵抗素子の側面に設けられ、シリコンと他の元素との組成比が第1の値である第1のシリコン窒化膜と、第1のシリコン窒化膜の側面に設けられたシリコン酸化膜と、シリコン酸化膜の側面に設けられ、シリコンと他の元素との組成比が第2の値である第2のシリコン窒化膜とが形成されている。第1の値は第2の値より小さい。
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態における図面の記載では、同一の構成を有する箇所には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
[全体構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性メモリの構成を示すブロック図である。この不揮発性メモリは、後述する可変抵抗素子VRを使用したメモリセルをマトリクス状に配置したメモリセルアレイ1を備える。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性メモリの構成を示すブロック図である。この不揮発性メモリは、後述する可変抵抗素子VRを使用したメモリセルをマトリクス状に配置したメモリセルアレイ1を備える。
メモリセルアレイ1のビット線BLには、メモリセルアレイ1のビット線BLを制御し、メモリセルのデータ消去、メモリセルへのデータ書き込み、及びメモリセルからのデータ読み出しを行うために、ビット線BLの電圧を制御するカラム制御回路2が電気的に接続されている。また、メモリセルアレイ1のワード線WLには、メモリセルアレイ1のワード線WLを選択し、メモリセルのデータ消去、メモリセルへのデータ書き込み、及びメモリセルからのデータ読み出しを行うためにワード線WLの電圧を制御するロウ制御回路3が電気的に接続されている。
[メモリセルアレイ1]
図2は、メモリセルアレイ1の一部の斜視図、図3は、図2におけるI−I’線で切断して矢印方向に見たメモリセル1つ分の断面図である。複数本の第1の配線としてワード線WL0〜WL2が、半導体基板Sの表面に平行なY方向に配設され、これと交差するように複数本の第2の配線としてビット線BL0〜BL2が、半導体基板Sの表面に平行なX方向に配設される。ワード線WL0〜WL2とビット線BL0〜BL2との各交差部には、両配線に挟まれるようにメモリセルMCが配置される。第1及び第2の配線は、熱に強く、且つ抵抗値の低い材料が望ましく、例えばW、WN、WSi、NiSi、CoSi等を用いることができる。
図2は、メモリセルアレイ1の一部の斜視図、図3は、図2におけるI−I’線で切断して矢印方向に見たメモリセル1つ分の断面図である。複数本の第1の配線としてワード線WL0〜WL2が、半導体基板Sの表面に平行なY方向に配設され、これと交差するように複数本の第2の配線としてビット線BL0〜BL2が、半導体基板Sの表面に平行なX方向に配設される。ワード線WL0〜WL2とビット線BL0〜BL2との各交差部には、両配線に挟まれるようにメモリセルMCが配置される。第1及び第2の配線は、熱に強く、且つ抵抗値の低い材料が望ましく、例えばW、WN、WSi、NiSi、CoSi等を用いることができる。
[メモリセルMC]
図3に示すように、メモリセルMCは、可変抵抗素子VRと、例えばダイオードDI等の電流整流素子とが半導体基板Sに垂直なZ方向に直列接続された回路である。可変抵抗素子VR及びダイオードDIの上下には、バリアメタル及び接着層として機能する電極EL1、EL2、EL3が配置される。電極EL1上にはダイオードDIが配置され、ダイオードDI上には電極EL2が配置されている。電極EL2上には可変抵抗素子VRが配置され、可変抵抗素子VR上には電極EL3が配置されている。電極EL1、EL2、EL3の電極材料としては、例えば窒化チタン(TiN)を用いることができる。また、電極EL1、EL2、EL3の材料をそれぞれ、異なる材料とすることもできる。電極の材料として、例えばPt、Au、Ag、TiAlN、SrRuO、Ru、RuN、Ir、Co、Ti、TaN、LaNiO、Al、PtIrOx、PtRhOx、Rh、TaAlN、W、WN、TaSiN、TaSi2、TiSi、TiC、TaC、Nb−TiO2、NiSi、CoSi等を用いることもできる。また、配向性を一様にするようなメタル膜の挿入も可能である。また、別途バッファ層、バリアメタル層、接着層等を挿入することも可能である。また、ダイオードDIと可変抵抗素子VRとの、Z方向積層の順番を変更した構造も本発明の実施の形態に含まれる。
図3に示すように、メモリセルMCは、可変抵抗素子VRと、例えばダイオードDI等の電流整流素子とが半導体基板Sに垂直なZ方向に直列接続された回路である。可変抵抗素子VR及びダイオードDIの上下には、バリアメタル及び接着層として機能する電極EL1、EL2、EL3が配置される。電極EL1上にはダイオードDIが配置され、ダイオードDI上には電極EL2が配置されている。電極EL2上には可変抵抗素子VRが配置され、可変抵抗素子VR上には電極EL3が配置されている。電極EL1、EL2、EL3の電極材料としては、例えば窒化チタン(TiN)を用いることができる。また、電極EL1、EL2、EL3の材料をそれぞれ、異なる材料とすることもできる。電極の材料として、例えばPt、Au、Ag、TiAlN、SrRuO、Ru、RuN、Ir、Co、Ti、TaN、LaNiO、Al、PtIrOx、PtRhOx、Rh、TaAlN、W、WN、TaSiN、TaSi2、TiSi、TiC、TaC、Nb−TiO2、NiSi、CoSi等を用いることもできる。また、配向性を一様にするようなメタル膜の挿入も可能である。また、別途バッファ層、バリアメタル層、接着層等を挿入することも可能である。また、ダイオードDIと可変抵抗素子VRとの、Z方向積層の順番を変更した構造も本発明の実施の形態に含まれる。
[可変抵抗素子]
可変抵抗素子VRとしては、電圧印加によって、電界、電流、熱、化学エネルギー等を介して抵抗値を変化させることができる物質が用いられる。可変抵抗素子VRは、カルコゲナイド等のように結晶状態と非結晶状態の相転移により抵抗値を変化させるもの(PCRAM)、金属陽イオンを析出させて電極間に架橋(コンタクティングブリッジ)を形成したり、析出した金属をイオン化して架橋を破壊することで抵抗値を変化させるもの(CBRAM)、電圧あるいは電流印加により抵抗値が変化するもの(ReRAM)(電極界面に存在する電荷トラップにトラップされた電荷の存在の有無により抵抗変化が起きるものと、酸素欠陥等に起因する伝導パスの存在の有無により抵抗変化が起きるものとに大別される。)等を用いることができる。
可変抵抗素子VRとしては、電圧印加によって、電界、電流、熱、化学エネルギー等を介して抵抗値を変化させることができる物質が用いられる。可変抵抗素子VRは、カルコゲナイド等のように結晶状態と非結晶状態の相転移により抵抗値を変化させるもの(PCRAM)、金属陽イオンを析出させて電極間に架橋(コンタクティングブリッジ)を形成したり、析出した金属をイオン化して架橋を破壊することで抵抗値を変化させるもの(CBRAM)、電圧あるいは電流印加により抵抗値が変化するもの(ReRAM)(電極界面に存在する電荷トラップにトラップされた電荷の存在の有無により抵抗変化が起きるものと、酸素欠陥等に起因する伝導パスの存在の有無により抵抗変化が起きるものとに大別される。)等を用いることができる。
[電流整流素子]
メモリセルMCに用いられる電流整流素子は、電圧・電流特性において電流整流特性を有する素子であれば、材質、構造等は、特に限定されない。電流整流素子としては、例えば、ポリシリコン(Poly−Si)で作製したダイオードDIが挙げられる。ダイオードDIの一例としては、不純物を含有するp型層及びn型層と、このp型層及びn型層の間に挿入された不純物を含有しないi層を有するPINダイオードを用いることができる。また他にも、ダイオードDIとして、p型層及びn型層を備えるPN接合ダイオードや、ショットキーダイオード等の各種ダイオード、パンチスルーダイオード等を用いることもできる。
メモリセルMCに用いられる電流整流素子は、電圧・電流特性において電流整流特性を有する素子であれば、材質、構造等は、特に限定されない。電流整流素子としては、例えば、ポリシリコン(Poly−Si)で作製したダイオードDIが挙げられる。ダイオードDIの一例としては、不純物を含有するp型層及びn型層と、このp型層及びn型層の間に挿入された不純物を含有しないi層を有するPINダイオードを用いることができる。また他にも、ダイオードDIとして、p型層及びn型層を備えるPN接合ダイオードや、ショットキーダイオード等の各種ダイオード、パンチスルーダイオード等を用いることもできる。
[メモリセルアレイ及びその周辺回路]
図4は、メモリセルアレイ1及びその周辺回路の回路図である。図4において、メモリセルMCは、可変抵抗素子VRとダイオードDIにより構成されている。ダイオードDIは、選択ビット線BLから選択ワード線WLに、選択されたメモリセルMCを通って電流が流れるように電流整流特性を有している。各ビット線BLの一端はカラム制御回路2の一部であるカラム系周辺回路2aに接続されている。また、各ワード線WLの一端はロウ制御回路3の一部であるロウ系周辺回路3aに接続されている。このカラム系周辺回路2a及びロウ系周辺回路3aにより、ビット線BL及びワード線WLに動作に必要な電圧が供給される。カラム系周辺回路2a及びロウ系周辺回路3aには、ビット線BL及びワード線WLの動作制御に必要な異なる機能をそれぞれ付加することが可能である。
図4は、メモリセルアレイ1及びその周辺回路の回路図である。図4において、メモリセルMCは、可変抵抗素子VRとダイオードDIにより構成されている。ダイオードDIは、選択ビット線BLから選択ワード線WLに、選択されたメモリセルMCを通って電流が流れるように電流整流特性を有している。各ビット線BLの一端はカラム制御回路2の一部であるカラム系周辺回路2aに接続されている。また、各ワード線WLの一端はロウ制御回路3の一部であるロウ系周辺回路3aに接続されている。このカラム系周辺回路2a及びロウ系周辺回路3aにより、ビット線BL及びワード線WLに動作に必要な電圧が供給される。カラム系周辺回路2a及びロウ系周辺回路3aには、ビット線BL及びワード線WLの動作制御に必要な異なる機能をそれぞれ付加することが可能である。
[メモリセルMCの周囲の構成]
以下、図5を参照して、本実施の形態におけるメモリセルMCの周囲の構成について説明する。図5は、本実施の形態のメモリセルMC及びその周囲を示す断面図である。上述のように、メモリセルMCは、可変抵抗素子VR、ダイオードDI、及び電極EL1、EL2、EL3がZ方向に積層された構造である。
以下、図5を参照して、本実施の形態におけるメモリセルMCの周囲の構成について説明する。図5は、本実施の形態のメモリセルMC及びその周囲を示す断面図である。上述のように、メモリセルMCは、可変抵抗素子VR、ダイオードDI、及び電極EL1、EL2、EL3がZ方向に積層された構造である。
ここで、本実施の形態におけるメモリセルMCは、その側面に3層の膜が形成されている。可変抵抗素子VR、ダイオードDI、電極EL1、EL2、EL3の側面には、シリコン窒化膜11が設けられている。このシリコン窒化膜11は、シリコン窒化膜11を構成するシリコンと窒素との組成比(N/Si)が、例えば1.33よりも小さい値となるように形成された膜である。(ここで、シリコン窒化膜11を構成するシリコンと窒素との組成比とは、シリコン窒化膜11を構成する窒素原子の数をシリコン原子の数で除した値のことをいうものとする。例えば、組成式Si3N4で表されるシリコン窒化膜の組成比は、1.33となる。)また、シリコン窒化膜11は、例えば、1nm〜3nm程度の膜厚で設けられる。
また、シリコン窒化膜11の側面には、シリコン酸化膜12が設けられている。シリコン酸化膜12は、例えば、1nm以上の厚さ、望ましくは、シリコン窒化膜11よりも厚い膜厚で設けられる。
そして、シリコン酸化膜12の側面には、シリコン窒化膜13が設けられている。このシリコン窒化膜13は、シリコン窒化膜13を構成するシリコンと窒素との組成比(N/Si)が、例えば1.33となるように形成された膜である。シリコン窒化膜13は、例えば、1nm以上の厚さ、望ましくは、シリコン窒化膜11よりも厚い膜厚で設けられる。ここで、シリコン窒化膜11を構成するシリコンと窒素との組成比(N/Si)は、シリコン窒化膜13を構成するシリコンと窒素との組成比よりも小さければよい。後述するように、シリコンと窒素との組成比が小さいシリコン窒化膜11と、シリコン酸化膜12とを設けることにより、ダイオードDIの特性が向上するからである。
メモリセルMCと、メモリセルMCの側面に形成されたシリコン窒化膜11、シリコン酸化膜12、シリコン窒化膜13とは、層間絶縁膜14により埋め込まれる。層間絶縁膜14としては、例えばポリシラザン(PSZ)が用いられる。
[効果]
以下、本実施の形態におけるメモリセルMCの側面に形成されたシリコン窒化膜11、シリコン酸化膜12、シリコン窒化膜13の効果を、比較例を参照して説明する。図6及び図7は、比較例のメモリセル及びその周囲を示す断面図である。
以下、本実施の形態におけるメモリセルMCの側面に形成されたシリコン窒化膜11、シリコン酸化膜12、シリコン窒化膜13の効果を、比較例を参照して説明する。図6及び図7は、比較例のメモリセル及びその周囲を示す断面図である。
図6に示す比較例は、メモリセルMCの側面にシリコン窒化膜11が形成されていない点において、図5に示す実施の形態の構造と異なる。また、図7に示す比較例は、シリコン窒化膜11の側面にシリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜13が形成されていない点において、図5に示す実施の形態の構造と異なる。
図6に示すように、シリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜13が形成されていれば、層間絶縁膜14から放出される炭素や酸素等の不純物がメモリセルMCに到達することを抑止できる。しかし、シリコン窒化膜11が形成されていない構造では、可変抵抗素子VRがシリコン酸化膜12に直接接する。このとき可変抵抗素子VRは、シリコン酸化膜12の酸素により酸化され、所定の電圧で動作が完了しないという動作不良が生じるおそれがある。また、ダイオードDIとシリコン酸化膜12との界面には、電子や正孔がトラップされ易く、ダイオードDIのオフ時に流れるリーク電流が増大してしまう。その結果、図6に示す比較例の構成ではメモリセルMCの動作特性が悪化する。
また、図7に示すように、シリコンと窒素との組成比が小さいシリコン窒化膜11が1層だけ形成されている場合、ダイオードDIとシリコン窒化膜11との界面のトラップ準位が層間絶縁膜14から放出される酸素により低減される。これにより、ダイオードDIのオフ時に流れるリーク電流を低減することができる。しかし、シリコン窒化膜11が層間絶縁膜14から放出される酸素により酸化されると、可変抵抗素子VRもシリコン窒化膜11の酸素により酸化され、所定の電圧で動作が完了しない動作不良が生じるおそれがある。その結果、図7に示す比較例の構成でもメモリセルMCの動作特性が悪化する。
これに対し、本実施の形態の構造では、図5に示すように、メモリセルMCの側面にシリコン窒化膜11、シリコン酸化膜12、及びシリコン窒化膜13が形成されている。この場合、メモリセルMCの側面にはシリコン窒化膜11が接している。このシリコン窒化膜11の側面に加え、さらにシリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜13が形成されているため、層間絶縁膜14から放出される酸素による可変抵抗素子VRの酸化はシリコン窒化膜11までで確実に防ぐことができ、メモリセルMCの動作不良を抑制できる。ここで、可変抵抗素子VRの酸化を防ぐことができれば、シリコン窒化膜11の膜厚は、シリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜13の膜厚よりも薄いことが望ましい。
また、シリコン窒化膜11と、シリコン窒化膜13との間にシリコン酸化膜12を挟むことにより、メモリセルMCと層間絶縁膜14との距離を長くすることができ、層間絶縁膜14から放出される酸素や炭素等の不純物の影響を軽減することができる。さらにシリコン酸化膜12は、シリコンと窒素との組成比が小さいシリコン窒化膜11とダイオードDIとの界面に酸素を供給し、ダイオードDI側面近傍のトラップ準位を低減することができる。その結果、ダイオードDIの側面に電子等がトラップされにくくなり、ダイオードDIのオフ時に流れるリーク電流を低減することもできる。
そして、シリコン窒化膜13をシリコン酸化膜12と層間絶縁膜14との間に形成することにより、層間絶縁膜14から放出される酸素や炭素等の不純物の影響をさらに軽減できる。ただし、シリコン窒化膜13の膜厚を厚くし過ぎるとメモリセルMC間の寄生容量が大きくなってしまう。シリコン酸化膜12をシリコン窒化膜11とシリコン窒化膜13との間に挟むのは、誘電率を下げる効果もある。
本実施の形態の半導体記憶装置では、メモリセルMCの側面にシリコン窒化膜11、シリコン酸化膜12、及びシリコン窒化膜13を形成することにより、可変抵抗素子VRの動作不良を抑えるとともに、ダイオードDIのリーク電流を低減することができる。その結果、メモリセルMCの動作特性を改善することができる。
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態を、図8を参照して説明する。本実施の形態の半導体記憶装置の全体構成は、第1の実施の形態と同様であり、その詳細な説明は省略する。また、第1の実施の形態と同様の構成を有する箇所には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。上述の第1の実施の形態は、メモリセルMCの側面に接するようにシリコン窒化膜11を形成する構成について説明した。以下の第2の実施形態では、シリコン窒化膜11にかえて、シリコン酸窒化膜を形成する構成について説明する。
次に、本発明の第2の実施の形態を、図8を参照して説明する。本実施の形態の半導体記憶装置の全体構成は、第1の実施の形態と同様であり、その詳細な説明は省略する。また、第1の実施の形態と同様の構成を有する箇所には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。上述の第1の実施の形態は、メモリセルMCの側面に接するようにシリコン窒化膜11を形成する構成について説明した。以下の第2の実施形態では、シリコン窒化膜11にかえて、シリコン酸窒化膜を形成する構成について説明する。
[メモリセルMCの周囲の構成]
図8は、本実施の形態のメモリセルMC及びその周囲を示す断面図である。上述のように、メモリセルMCは、可変抵抗素子VR、ダイオードDI、及び電極EL1、EL2、EL3がZ方向に積層された構造である。
図8は、本実施の形態のメモリセルMC及びその周囲を示す断面図である。上述のように、メモリセルMCは、可変抵抗素子VR、ダイオードDI、及び電極EL1、EL2、EL3がZ方向に積層された構造である。
ここで、本実施の形態におけるメモリセルMCの側面には、シリコン酸窒化膜11’が設けられている。このシリコン酸窒化膜11’は、シリコン酸窒化膜11’を構成するシリコンと他の元素(酸素と窒素)との組成比(O、N/Si)が、例えば1.33よりも小さい値となるように形成された膜である。また、シリコン酸窒化膜11’は、例えば、1nm〜3nm程度の膜厚で設けられる。
シリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜13の構成は上述の第1の実施の形態と同様である。シリコン酸化膜12及びシリコン窒化膜13は、例えば、1nm以上の厚さ、望ましくは、シリコン酸窒化膜11’よりも厚い膜厚で設けられる。シリコン窒化膜13を構成するシリコンと窒素との組成比(N/Si)は、シリコン酸窒化膜11’を構成するシリコンと他の元素との組成比よりも大きければよい。メモリセルMCと、メモリセルMCの側面に形成されたシリコン酸窒化膜11’、シリコン酸化膜12、シリコン窒化膜13とは、層間絶縁膜14により埋め込まれる。層間絶縁膜14としては、例えばポリシラザン(PSZ)が用いられる。
[効果]
本実施の形態の構造では、メモリセルMCの側面にシリコン酸窒化膜11’、シリコン酸化膜12、及びシリコン窒化膜13が形成されている。このシリコン酸窒化膜11’により、層間絶縁膜14やシリコン酸化膜12からの酸素による可変抵抗素子VRの酸化を防ぐことができ、メモリセルMCの動作不良を抑制できる。また、シリコン酸化膜12により、層間絶縁膜14から放出される酸素や炭素等の不純物の影響を軽減することができる。さらにシリコン酸化膜12は、シリコン酸窒化膜11’とダイオードDIとの界面に酸素を供給し、ダイオードDI側面近傍のトラップ準位を低減することができる。その結果、ダイオードDIのオフ時に流れるリーク電流を低減することもできる。さらに、シリコン窒化膜13をシリコン酸化膜12と層間絶縁膜14との間に形成することにより、層間絶縁膜14から放出される酸素や炭素等の不純物の影響をさらに軽減できる。
本実施の形態の構造では、メモリセルMCの側面にシリコン酸窒化膜11’、シリコン酸化膜12、及びシリコン窒化膜13が形成されている。このシリコン酸窒化膜11’により、層間絶縁膜14やシリコン酸化膜12からの酸素による可変抵抗素子VRの酸化を防ぐことができ、メモリセルMCの動作不良を抑制できる。また、シリコン酸化膜12により、層間絶縁膜14から放出される酸素や炭素等の不純物の影響を軽減することができる。さらにシリコン酸化膜12は、シリコン酸窒化膜11’とダイオードDIとの界面に酸素を供給し、ダイオードDI側面近傍のトラップ準位を低減することができる。その結果、ダイオードDIのオフ時に流れるリーク電流を低減することもできる。さらに、シリコン窒化膜13をシリコン酸化膜12と層間絶縁膜14との間に形成することにより、層間絶縁膜14から放出される酸素や炭素等の不純物の影響をさらに軽減できる。
本実施の形態の半導体記憶装置でも、メモリセルMCの側面にシリコン酸窒化膜11’、シリコン酸化膜12、及びシリコン窒化膜13を形成することにより、可変抵抗素子VRの動作不良を抑えるとともに、ダイオードDIのリーク電流を低減することができる。その結果、メモリセルMCの動作特性を改善することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1・・・メモリセルアレイ、 2・・・カラム制御回路、 3・・・ロウ制御回路、 WL・・・ワード線、 BL・・・ビット線、 MC・・・メモリセル、 VR・・・可変抵抗素子、 DI・・・ダイオード、 EL・・・電極。
Claims (5)
- 基板上に配置された複数の第1配線と、
前記第1配線と交差するように配置された複数の第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線との各交差部に配置され、電流整流素子及び可変抵抗素子を直列接続してなるメモリセルを含むメモリセルアレイと、
前記第1配線及び前記第2配線を選択駆動するように構成された制御回路とを備え、
前記メモリセルの側面には、
前記電流整流素子及び可変抵抗素子の側面に設けられ、シリコンと他の元素との組成比が第1の値である第1のシリコン窒化膜と、
前記第1のシリコン窒化膜の側面に設けられたシリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜の側面に設けられ、シリコンと他の元素との組成比が第2の値である第2のシリコン窒化膜とが形成されており、
前記第1の値は前記第2の値より小さく、
前記第1のシリコン窒化膜は、前記第1の値が1.33より小さいシリコン窒化膜であり、
前記第1のシリコン窒化膜の膜厚は、前記シリコン酸化膜又は前記第2のシリコン窒化膜の膜厚よりも薄い
ことを特徴とする半導体記憶装置。 - 基板上に配置された複数の第1配線と、
前記第1配線と交差するように配置された複数の第2配線と、
前記第1配線と前記第2配線との各交差部に配置され、電流整流素子及び可変抵抗素子を直列接続してなるメモリセルを含むメモリセルアレイと、
前記第1配線及び前記第2配線を選択駆動するように構成された制御回路とを備え、
前記メモリセルの側面には、
前記電流整流素子及び可変抵抗素子の側面に設けられ、シリコンと他の元素との組成比が第1の値である第1のシリコン窒化膜と、
前記第1のシリコン窒化膜の側面に設けられたシリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜の側面に設けられ、シリコンと他の元素との組成比が第2の値である第2のシリコン窒化膜とが形成されており、
前記第1の値は前記第2の値より小さい
ことを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記第1のシリコン窒化膜は、前記第1の値が1.33より小さいシリコン窒化膜である
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1のシリコン窒化膜は、前記第1の値が1.33より小さいシリコン酸窒化膜である
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1のシリコン窒化膜の膜厚は、前記シリコン酸化膜又は前記第2のシリコン窒化膜の膜厚よりも薄い
ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の半導体記憶装置。
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