JP5634002B2 - 相変化型不揮発性メモリ及び半導体装置 - Google Patents
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Description
また、本発明は、不純物拡散層に流れる電流の実効値を自由に制御することができる半導体装置を提供することを目的とする。
(1)下部電極と、
前記下部電極上に形成された層間絶縁層と、
前記層間絶縁層を貫通する孔部に埋め込まれた不純物拡散層と、
前記層間絶縁層上に形成された相変化記録層と、
前記相変化記録層上に形成された上部電極と、
前記不純物拡散層に電界を印加する電界印加手段とを備え、
前記電界印加手段が前記不純物拡散層に電界を印加し、前記不純物拡散層の少なくとも一部を空乏層化させることによって、前記孔部に埋め込まれた不純物拡散層の実効的な径を前記孔部の径よりも小さくし、この状態で前記下部電極と前記上部電極との間に電流を流すことによって、前記相変化記録層に相変化を生じさせる加熱スポットの実効的な径を前記孔部の径よりも小さくし、
前記電界印加手段は、前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部の側面に配置されたサイドゲート電極と、このサイドゲート電極と前記不純物拡散層との間に配置されたサイドゲート絶縁膜とを有し、前記サイドゲート電極は、前記孔部の少なくとも一部の側面又は全周に亘って設けられていることを特徴とする相変化型不揮発性メモリ。
(2)前記サイドゲート電極は、前記孔部の深さ方向に延在して設けられていること特徴とする前記(1)に記載の相変化型不揮発性メモリ。
(3)前記層間絶縁層と前記相変化記録層との間に層間絶縁膜が設けられ、この層間絶縁膜の前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部の直上には、前記相変化記録層の一部が埋め込まれた孔部が設けられ、且つ、この孔部の径が前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部の径よりも小さいことを特徴とする前記(1)〜(2)の何れか一項に記載の相変化型不揮発性メモリ。
(4)前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部には、前記相変化記録層の一部が埋め込まれていることを特徴とする前記(1)〜(3)の何れか一項に記載の相変化型不揮発性メモリ。
(5)前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部の側面にサイドウォール膜が設けられていることを特徴とする前記(1)〜(4)の何れか一項に記載の相変化型不揮発性メモリ。
(6)下部電極と、
前記下部電極上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通する孔部に埋め込まれた不純物拡散層と、
前記層間絶縁膜上に形成された上部電極と、
前記不純物拡散層に電界を印加する電界印加手段とを備え、
前記電界印加手段が前記不純物拡散層に電界を印加し、前記不純物拡散層の少なくとも一部又は全てを空乏層化させることによって、前記下部電極と前記上部電極との間に電流を流したときに、前記不純物拡散層に流れる電流の実効値を変化させ、前記電界印加手段は、前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部の側面に配置されたサイドゲート電極と、このサイドゲート電極と前記不純物拡散層との間に配置されたサイドゲート絶縁膜とを有し、前記サイドゲート電極は、前記孔部の少なくとも一部の側面又は全周に亘って設けられていることを特徴とする半導体装置。
(7)前記不純物拡散層と前記上部電極との間に挟み込まれた抵抗変化層を備え、
前記下部電極と前記上部電極との間で前記抵抗変化層の抵抗値が変化するまで電流を流すことによって、当該電流を流した後も前記抵抗変化層の変化した抵抗値が保持されることを特徴とする前項(6)に記載の半導体装置。
(8)前記不純物拡散層と前記上部電極との間に挟み込まれた絶縁薄膜を備え、
前記不純物拡散層と前記上部電極との間が前記絶縁薄膜により絶縁された状態から、前記下部電極と前記上部電極との間で前記絶縁薄膜を破壊する電流を流すことによって、前記不純物拡散層と前記上部電極の間が導通状態となることを特徴とする前項(6)に記載の半導体装置。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
図1は、n行×m列のマトリクス構造を有するPRAMのメモリセルアレイ回路図である。
このPRAMは、図1に示すように、n本のワード線W1〜Wnと、m本のビット線B1〜Bmと、これらワード線W1〜Wnとビット線B1〜Bmの各交点に配置されたメモリセルMC(1,1)〜MC(n,m)とを備えている。ワード線W1〜Wnは、ロウデコーダ101に接続され、ビット線B1〜Bmは、カラムデコーダ102に接続されている。各メモリセルMCは、それぞれ対応するビット線B1〜Bmとグランド109との間に直列に接続されたトランジスタ103及び不揮発性メモリ素子10によって構成されている。トランジスタ103の制御端子(ゲート電極)は、それぞれ対応するワード線W1〜Wnに接続されている。
この不揮発性メモリ素子10は、図3(a)に示すように、下部電極11と、下部電極11上に形成された層間絶縁層12と、層間絶縁層12を貫通する孔部13に埋め込まれた不純物拡散層14と、層間絶縁層12上に形成された相変化記録層15と、相変化記録層15上に形成された上部電極16とを備えている。
カルコゲナイド材料を含む相変化材料をアモルファス状態とするためには、図4の曲線aに示すように、融点Tm以上の温度に一旦加熱した後、冷却すればよい。一方、カルコゲナイド材料を含む相変化材料を結晶状態とするためには、図4の曲線bに示すように、結晶化温度Tx以上、融点Tm未満の温度に一旦加熱した後、冷却すればよい。加熱は、通電によって行うことができる。加熱時の温度は通電量、すなわち、単位時間当たりの電流量や通電時間によって制御することができる。
上記PRAMでは、図5及び図6(a),(b)に示すように、各不揮発性メモリ素子10のサイドゲート電極24が共通のベタ電極を形成しており、このベタ電極の端部がコンタクトプラグ27を介して共通のサイドゲート制御端子28と接続されている。したがって、このPRAMでは、上述したデータの書き込み及び読み出しを行う際に、共通のサイドゲート制御端子28から各不揮発性メモリ素子10のサイドゲート電極24へと電圧が印加されることになる。
なお、以下の各製造工程を示す図7〜図24において、(a)は、図5中に示すメモリセルアレイの中央部おける断面図、(b)は、図5中に示すメモリセルアレイの端部における断面図を示すものとする。
本発明を適用した半導体装置は、下部電極上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜を貫通する孔部に埋め込まれた不純物拡散層と、層間絶縁膜上に形成された上部電極と、不純物拡散層に電界を印加する電界印加手段とを備え、電界印加手段が不純物拡散層に電界を印加し、不純物拡散層の少なくとも一部又は全てを空乏層化させることによって、下部電極と前記上部電極との間に電流を流したときに、不純物拡散層に流れる電流の実効値を変化させることを特徴とする。
Claims (8)
- 下部電極と、
前記下部電極上に形成された層間絶縁層と、
前記層間絶縁層を貫通する孔部に埋め込まれた不純物拡散層と、
前記層間絶縁層上に形成された相変化記録層と、
前記相変化記録層上に形成された上部電極と、
前記不純物拡散層に電界を印加する電界印加手段とを備え、
前記電界印加手段が前記不純物拡散層に電界を印加し、前記不純物拡散層の少なくとも一部を空乏層化させることによって、前記孔部に埋め込まれた不純物拡散層の実効的な径を前記孔部の径よりも小さくし、この状態で前記下部電極と前記上部電極との間に電流を流すことによって、前記相変化記録層に相変化を生じさせる加熱スポットの実効的な径を前記孔部の径よりも小さくし、
前記電界印加手段は、前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部の側面に配置されたサイドゲート電極と、このサイドゲート電極と前記不純物拡散層との間に配置されたサイドゲート絶縁膜とを有し、
前記サイドゲート電極は、前記孔部の少なくとも一部の側面又は全周に亘って設けられていることを特徴とする相変化型不揮発性メモリ。 - 前記サイドゲート電極は、前記孔部の深さ方向に延在して設けられていること特徴とする請求項1に記載の相変化型不揮発性メモリ。
- 前記層間絶縁層と前記相変化記録層との間に層間絶縁膜が設けられ、この層間絶縁膜の前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部の直上には、前記相変化記録層の一部が埋め込まれた孔部が設けられ、且つ、この孔部の径が前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部の径よりも小さいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の相変化型不揮発性メモリ。
- 前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部には、前記相変化記録層の一部が埋め込まれていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の相変化型不揮発性メモリ。
- 前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部の側面にサイドウォール膜が設けられていることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の相変化型不揮発性メモリ。
- 下部電極と、
前記下部電極上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通する孔部に埋め込まれた不純物拡散層と、
前記層間絶縁膜上に形成された上部電極と、
前記不純物拡散層に電界を印加する電界印加手段とを備え、
前記電界印加手段が前記不純物拡散層に電界を印加し、前記不純物拡散層の少なくとも一部又は全てを空乏層化させることによって、前記下部電極と前記上部電極との間に電流を流したときに、前記不純物拡散層に流れる電流の実効値を変化させ、
前記電界印加手段は、前記不純物拡散層が埋め込まれた孔部の側面に配置されたサイドゲート電極と、このサイドゲート電極と前記不純物拡散層との間に配置されたサイドゲート絶縁膜とを有し、
前記サイドゲート電極は、前記孔部の少なくとも一部の側面又は全周に亘って設けられていることを特徴とする半導体装置。 - 前記不純物拡散層と前記上部電極との間に挟み込まれた抵抗変化層を備え、
前記下部電極と前記上部電極との間で前記抵抗変化層の抵抗値が変化するまで電流を流すことによって、当該電流を流した後も前記抵抗変化層の変化した抵抗値が保持されることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 - 前記不純物拡散層と前記上部電極との間に挟み込まれた絶縁薄膜を備え、
前記不純物拡散層と前記上部電極との間が前記絶縁薄膜により絶縁された状態から、前記下部電極と前記上部電極との間で前記絶縁薄膜を破壊する電流を流すことによって、前記不純物拡散層と前記上部電極の間が導通状態となることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
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