KR100640641B1 - Semiconductor memory device having a stacked memory cell and method for manufacturing a stacked memory cell - Google Patents
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Abstract
서로 다른 층에 형성된 복수개의 컨트롤 트랜지스터들과 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자로 구성된 상변화 메모리 셀을 구비하는 반도체 메모리 장치 및 상 변화 메모리 셀의 형성 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀은 서로 다른 층에 형성된 복수개의 컨트롤 트랜지스터들 및 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자를 구비한다. 상기 컨트롤 트랜지스터들의 숫자가 2일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 글로벌 비트라인, 상기 글로벌 비트라인에 대응되는 로컬 비트라인 선택회로에 의하여 연결되거나 차단되는 복수개의 로컬 비트라인들 및 상기 각각의 로컬 비트라인에 연결되어 데이터를 저장하는 복수개의 상 변화 메모리 셀 그룹들을 구비한다. 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치는 서로 다른 층에 형성된 복수개의 컨트롤 트랜지스터들과 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자로 구성된 상변화 메모리 셀을 구비함과 동시에 비트라인을 글로벌 비트라인과 로컬 비트라인으로 구분하여 계층적 비트라인(Hierarchical bit line)구조를 구현함으로써 집적도를 개선하고 상 변화 메모리 셀에 흐르는 전류를 증가시킬 수 있는 장점이 있다. Disclosed are a semiconductor memory device including a phase change memory cell including a plurality of control transistors formed in different layers and a variable resistance element made of a phase change material, and a method of forming a phase change memory cell. A phase change memory cell according to an embodiment of the present invention includes a plurality of control transistors formed in different layers and a variable resistance element made of a phase change material. The number of the control transistors may be two. A semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention is connected to a global bit line, a plurality of local bit lines connected to or blocked by a local bit line selection circuit corresponding to the global bit line, and connected to the respective local bit lines. A plurality of phase change memory cell groups for storing data is provided. As described above, the semiconductor memory device according to the present invention includes a phase change memory cell including a plurality of control transistors formed in different layers and a variable resistance element made of a phase change material, and simultaneously converts a bit line into a global bit line and a local bit line. By dividing the bit line into a hierarchical bit line structure, the density can be improved and the current flowing through the phase change memory cell can be increased.
Description
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order to better understand the drawings cited in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.
도 1은 일반적인 상변화 메모리 셀을 나타내는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a general phase change memory cell.
도 2는 도 1의 상변화 메모리 셀을 구비하는 상변화 메모리 어레이를 나타내는 도면이다. FIG. 2 is a diagram illustrating a phase change memory array including the phase change memory cell of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상변화 메모리 셀을 설명하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a phase change memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 도3의 상변화 메모리 셀의 수직 구조를 설명하는 도면이다.4 is a diagram illustrating a vertical structure of the phase change memory cell of FIG. 3.
도 5는 도 3의 상변화 메모리 셀을 구비하는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 상변화 메모리 어레이를 설명하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a phase change memory array of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention including the phase change memory cell of FIG. 3.
도 6(a)는 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀의 구조를 나타내는 단면도이다.6A is a cross-sectional view illustrating a structure of a phase change memory cell according to an embodiment of the present invention.
도 6(b)는 도 6(a)의 상 변화 메모리 셀의 제 1 컨트롤 트랜지스터의 구조를 나타내는 평면도이다. FIG. 6B is a plan view illustrating the structure of the first control transistor of the phase change memory cell of FIG. 6A.
도 6(c)는 도 6(a)의 상 변화 메모리 셀을 옆에서 바라본 측면도이다.FIG. 6C is a side view of the phase change memory cell of FIG. 6A viewed from the side.
도 7(a)는 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀의 다른 구조를 나타내는 단면도이다.7A is a cross-sectional view illustrating another structure of the phase change memory cell according to the embodiment of the present invention.
도 7(b)는 도 7(a)의 상 변화 메모리 셀의 제 1 컨트롤 트랜지스터의 구조를 나타내는 평면도이다. FIG. 7B is a plan view illustrating the structure of the first control transistor of the phase change memory cell of FIG. 7A.
도 7(c)는 도 7(a)의 상 변화 메모리 셀을 옆에서 바라본 측면도이다.FIG. 7C is a side view of the phase change memory cell of FIG. 7A viewed from the side.
도 7(d)는 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀의 다른 구조를 나타내는 측면도이다. 7D is a side view illustrating another structure of the phase change memory cell according to the embodiment of the present invention.
도 8(a)는 도 6(a) 및 도 7(a)의 기판과 콘택 플러그들의 연결 관계를 나타내는 도면이다. FIG. 8A is a diagram illustrating a connection relationship between the substrate and the contact plugs of FIGS. 6A and 7A.
도 8(b)는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 저항을 줄이기 위한 기판과 콘택 플러그들의 연결관계를 나타내는 도면이다. 8 (b) is a diagram illustrating a connection relationship between a substrate and contact plugs for reducing contact resistance according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 9(a)내지 9(d)는 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 9A to 9D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a phase change memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로서, 특히, 적층된 메모리 셀을 구비하는 반도체 메모리 장치 및 적층된 메모리 셀의 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor memory devices, and more particularly, to a semiconductor memory device having stacked memory cells and a method of forming stacked memory cells.
PRAM(Phase Change Random Access Memory)은 가열되었다가 냉각되면 두 가지 상태 중 하나의 상태로 유지되며 가열 및 냉각에 의하여 또다시 상태가 변할 수 있는 캘코제나이드 합금(chalcogenide alloy)과 같은 상 변화 물질로 구성된다. 여기서 두 가지 상태란 결정(crystalline) 상태와 비 정질(amorphous) 상태를 의미한다. PRAM에 관해서는 미국 특허 번호 US 6,487,113 및 US 6,480438에서 설명된 바 있다. PRAM은 결정 상태에서의 저항은 낮고 비 정질 상태에서의 저항은 높다. PRAM은 저항 값에 따라 논리 값이 0 또는 1로 결정된다. 결정 상태는 셋(set) 또는 논리 0 에 대응되고 비 정질 상태는 리셋(reset) 또는 논리 1 에 대응된다. Phase Change Random Access Memory (PRAM) is a phase change material such as a chalcogenide alloy that, when heated and cooled, remains in one of two states and can be changed again by heating and cooling. It is composed. In this case, the two states mean a crystalline state and an amorphous state. PRAM has been described in US Pat. Nos. 6,487,113 and 6,480438. PRAMs have low resistance in the crystalline state and high resistance in the amorphous state. The PRAM has a logic value of 0 or 1 depending on the resistance value. The decision state corresponds to set or logic 0 and the amorphous state corresponds to reset or logic 1.
PRAM의 상 변화 물질이 비 정질 상태가 되기 위해서 저항 열에 의하여 상 변화 물질의 녹는점 이상으로 가열된다. 그리고 빠른 속도로 냉각된다. 상 변화 물질을 결정 상태로 만들기 위하여 상 변화 물질은 일정 시간동안 녹는점 이하의 온도로 가열된다.The phase change material of the PRAM is heated above the melting point of the phase change material by heat of resistance in order to become amorphous. And it cools down quickly. To make the phase change material crystalline, the phase change material is heated to a temperature below the melting point for a period of time.
상 변화 메모리의 핵심은 캘코제나이드(chalcogenide)와 같은 상 변화 물질이다. 상 변화 물질은 일반적으로 GST 합금이라고 불리는 게르마늄(germanium(Ge)), 안티모니(antimony(Sb)) 및 텔루리움(tellurium(Te))을 포함한다. GST 합금은 가열 및 냉각에 의하여 비 정질 상태(리셋 또는 1 )와 결정 상태(셋 또는 0 )로 빠르게 변화될 수 있는 성질 때문에 메모리 장치에 유용하게 사용될 수 있다. At the heart of phase change memory is phase change material such as chalcogenide. Phase change materials include germanium (Ge), antimony (Sb), and tellurium (Te), commonly referred to as GST alloys. GST alloys can be useful in memory devices because of their properties that can be quickly changed into an amorphous state (reset or 1) and a crystalline state (set or 0) by heating and cooling.
비 정질 상태에서 상 변화 물질은 높은 저항을 가지고 결정상태에서 상 변화 물질은 낮은 저항을 가진다. In the amorphous state, the phase change material has high resistance, and in the crystalline state, the phase change material has low resistance.
메모리 셀에 데이터를 쓰는 동작은, 캘코제나이드를 녹는점 이상으로 가열시킨 후 빠르게 냉각시켜 비 정질 상태가 되도록 하거나 또는 녹는점 이하의 온도로 가열한 후 일정한 시간동안 그 온도를 유지한 후 냉각시켜 결정 상태가 되도록 한다. The operation of writing data to the memory cell may be performed by heating the calcogenide above the melting point and then rapidly cooling it to an amorphous state, or by heating it to a temperature below the melting point and then maintaining the temperature for a predetermined time and then cooling it. Get into the decision state.
도 1은 일반적인 상변화 메모리 셀(10)을 나타내는 도면이며, 미국 특허 번호 US 5,883,827에서 설명된 바 있다.1 is a diagram illustrating a typical phase
메모리 셀(10)은 한 단이 비트 라인에 연결되고 다른 한단이 선택 트랜지스터의 드레인에 연결된 상 변화 가변 저항소자(R1)와 게이트가 워드 라인에 연결되고 소스가 기준 전압에 연결된 선택 트랜지스터(N1)을 구비한다.The
도 2는 도 1의 상변화 메모리 셀을 구비하는 상변화 메모리 어레이를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a phase change memory array including the phase change memory cell of FIG. 1.
도 2를 참조하면, 상변화 메모리 어레이(100)는 복수개의 상변화 메모리 셀들이 공통으로 비트 라인에 연결되며, 상기 비트라인마다 센스 증폭기(미도시)가 연결된다.Referring to FIG. 2, in the phase
한편, 최근 들어 차세대 메모리로 부각되는 PRAM(Phase Change Random Access Memory)은 다른 타입의 메모리들, 예를 들면, DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory) 및 Flash Memory들과의 경쟁을 위하여 집적도 향상이 절실히 요구되고 있다.Meanwhile, PRAM (Phase Change Random Access Memory), which is recently emerging as a next generation memory, competes with other types of memories, for example, dynamic random access memory (DRAM), static random access memory (SRAM), and flash memories. In order to improve the density is urgently required.
PRAM(Phase Change Random Access Memory)은 상술한 바와 같이 쓰는 동작을 수행하기 위하여 주울열을 이용하여 상변화 물질을 가열하는 방식을 취하고 있으 며, 이때 필요한 전류를 공급하기 위하여 종래의 메모리 셀을 구성하는 컨트롤 트랜지스터의 사이즈를 줄이는 데에는 한계가 있고 이는 집적도를 높이는데 문제점으로 작용한다.Phase Change Random Access Memory (PRAM) uses a Joule heat to heat a phase change material in order to perform the write operation as described above. In this case, a conventional memory cell is configured to supply a necessary current. There is a limit to the size of the control transistor, which poses a problem for increasing the density.
따라서, 집적도를 높이기 위한 새로운 셀의 구조 및 상기 셀을 채용하는 반도체 메모리 장치의 구조에 대한 개선 요구가 증대되고 있다.Therefore, there is an increasing demand for improvement of the structure of a new cell for increasing the degree of integration and the structure of a semiconductor memory device employing the cell.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 집적도가 개선된 상 변화 메모리 셀을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a phase change memory cell with improved degree of integration.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 집적도가 개선된 상 변화 메모리 셀을 구비하는 반도체 메모리 장치를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having a phase change memory cell with improved integration.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 집적도가 개선된 상 변화 메모리 셀의 형성 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method of forming a phase change memory cell with improved integration.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀은 서로 다른 층에 형성된 복수개의 컨트롤 트랜지스터들 및 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자를 구비한다. 상기 컨트롤 트랜지스터들의 숫자가 2일 수 있다. A phase change memory cell according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem includes a plurality of control transistors formed in different layers and a variable resistance element made of a phase change material. The number of the control transistors may be two.
상기 컨트롤 트랜지스터들은 벌크 트랜지스터인 제 1 컨트롤 트랜지스터 및 상기 제 1 컨트롤 트랜지스터의 상부에 형성되며 박막 트랜지스터인 제 2 컨트롤 트랜지스터를 구비한다. The control transistors include a first control transistor which is a bulk transistor and a second control transistor which is formed on the first control transistor and is a thin film transistor.
상기 컨트롤 트랜지스터들은 제 2 컨트롤 트랜지스터의 상부에 형성되는 제 3 컨트롤 트랜지스터를 더 구비할 수 있다. 상기 컨트롤 트랜지스터들을 모스(MOS) 트랜지스터일 수 있다. 상기 컨트롤 트랜지스터들은 다이오드를 형성할 수 있다. The control transistors may further include a third control transistor formed on the second control transistor. The control transistors may be MOS transistors. The control transistors may form a diode.
상기 컨트롤 트랜지스터들을 바이폴라 트랜지스터일 수 있다. 상기 제 2 컨트롤 트랜지스터는 상기 제 1 컨트롤 트랜지스터 위에 적층될 수 있다. 상기 가변 저항 소자들은 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb) 및 텔루리움 (Te)을 구비할 수 있다. The control transistors may be bipolar transistors. The second control transistor may be stacked on the first control transistor. The variable resistance elements may include germanium (Ge), antimony (Sb), and tellurium (Te).
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 글로벌 비트라인, 상기 글로벌 비트라인에 대응되는 로컬 비트라인 선택회로에 의하여 연결되거나 차단되는 복수개의 로컬 비트라인들 및 상기 각각의 로컬 비트라인에 연결되어 데이터를 저장하는 복수개의 상 변화 메모리 셀 그룹들을 구비한다. A semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention is connected to a global bit line, a plurality of local bit lines connected to or blocked by a local bit line selection circuit corresponding to the global bit line, and connected to the respective local bit lines. A plurality of phase change memory cell groups for storing data is provided.
상기 상 변화 메모리 셀 그룹들이 구비하는 상 변화 메모리 셀들은 각각,Each of the phase change memory cells included in the phase change memory cell groups,
서로 다른 층에 형성된 복수개의 컨트롤 트랜지스터들 및 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자를 구비한다. A variable resistance element including a plurality of control transistors and a phase change material formed in different layers is provided.
상기 로컬 비트라인 선택 회로는 로컬 비트라인 선택 신호에 응답하여 상기 로컬 비트라인과 글로벌 비트라인을 연결하거나 차단하는 트랜지스터이다. 상기 컨트롤 트랜지스터들은 게이트가 대응되는 워드 라인에 공통으로 연결된다. The local bit line selection circuit is a transistor that connects or blocks the local bit line and the global bit line in response to a local bit line selection signal. The control transistors are commonly connected to word lines to which gates correspond.
상기 반도체 메모리 장치는 주변 회로를 더 구비하며, 상기 주변 회로는 벌크 트랜지스터와 상기 벌크 트랜지스터의 상부에 형성된 박막 트랜지스터로 이루어진 인버터 회로일 수 있다. 상기 벌크 트랜지스터는 엔모스 트랜지스터이고 상기 박막 트랜지스터는 피모스 트랜지스터일 수 있다. The semiconductor memory device may further include a peripheral circuit, and the peripheral circuit may be an inverter circuit including a bulk transistor and a thin film transistor formed on the bulk transistor. The bulk transistor may be an NMOS transistor, and the thin film transistor may be a PMOS transistor.
상기 반도체 메모리 장치는 상기 글로벌 비트라인에 연결된 센스 증폭기를 더 구비할 수 있다. The semiconductor memory device may further include a sense amplifier connected to the global bit line.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀은 각각의 게이트들이 공통으로 워드라인에 연결되며, 서로 다른 층에 형성되는 복수개의 컨트롤 트랜지스터들 및 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자를 구비한다. A phase change memory cell according to another embodiment of the present invention for achieving the above technical problem is a variable of a plurality of control transistors and phase change material formed in different layers, each gate is commonly connected to a word line A resistance element is provided.
상기 컨트롤 트랜지스터들의 제 1 단 또는 제 2 단 중 하나는 상기 가변저항소자에 공통으로 연결되고 나머지 하나는 접지 전압에 공통으로 연결된다. One of the first and second terminals of the control transistors is commonly connected to the variable resistance element and the other is commonly connected to the ground voltage.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀은 제 1 기판 위에 형성되며 소스, 게이트 및 드레인을 구비하는 제 1 컨트롤 트랜지스터, 상기 제 1 컨트롤 트랜지스터 위에 형성되는 제 2 기판, 상기 제 2 기판 위에 형성되며 소스, 게이트 및 드레인을 구비하는 제 2 컨트롤 트랜지스터 및 상기 제 2 컨트롤 트랜지스터의 소스 또는 드레인 중 하나에 연결되며 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자를 구비한다. In accordance with another aspect of the present invention, a phase change memory cell is formed on a first substrate and includes a first control transistor having a source, a gate, and a drain, and a second substrate formed on the first control transistor. And a second control transistor formed on the second substrate, the second control transistor having a source, a gate, and a drain, and a variable resistance element made of a phase change material connected to one of a source or a drain of the second control transistor.
상기 제 1 컨트롤 트랜지스터의 소스와 상기 제 2 컨트롤 트랜지스터의 소스가 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 컨트롤 트랜지스터의 드레인과 상기 제 2 컨트롤 트랜지스터의 드레인이 전기적으로 연결되고, 상기 제 1 컨트롤 트랜지스터의 게이트와 상기 제 2 컨트롤 트랜지스터의 게이트가 전기적으로 연결된다. A source of the first control transistor and a source of the second control transistor are electrically connected, a drain of the first control transistor and a drain of the second control transistor are electrically connected, and a gate of the first control transistor; The gate of the second control transistor is electrically connected.
상기 제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터들은 플래너(planar) 트랜지스터 구조를 가진다. 상기 제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터들은 핀 전계 효과 트랜지스터 (FinFET: Fin Field Effect Transistor) 구조를 가진다. 상기 제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터들은 다중채널 전계 효과 트랜지스터(McFET: Multi Channel Field Effect Transistor) 구조를 가진다. The first and second control transistors have a planar transistor structure. The first and second control transistors have a Fin Field Effect Transistor (FinFET) structure. The first and second control transistors have a multichannel field effect transistor (McFET) structure.
상기 제 2 기판은 상기 제 1 기판과 평행하고 면적의 일부가 겹치도록 형성되며, 상기 가변저항소자와 상기 제 1 컨트롤 트랜지스터의 소스 또는 드레인을 연결하는 콘택 플러그와 외부 전원과 상기 제 1 컨트롤 트랜지스터의 소스 또는 드레인을 연결하는 콘택 플러그는 상기 제 2 기판에 의해서 분리되지 아니하는 일체의 도전층으로 형성된다. The second substrate may be formed to be parallel to the first substrate and overlap a portion of an area, and may include a contact plug connecting the variable resistance element and the source or drain of the first control transistor, an external power supply, and the first control transistor. The contact plug connecting the source or drain is formed of an integral conductive layer that is not separated by the second substrate.
상기 콘택 플러그는 상기 제 2 컨트롤 트랜지스터의 소스 및 드레인과 연결된다. The contact plug is connected to the source and the drain of the second control transistor.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀의 형성 방법은 제 1 기판 위에 소스, 게이트 및 드레인을 구비하는 제 1 컨트롤 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 제 1 컨트롤 트랜지스터 위에 제 2 기판을 형성하는 단계, 상기 제 2 기판 위에 소스, 게이트 및 드레인을 구비하는 제 2 컨트롤 트랜지스터를 형성하는 단계 및 상기 제 2 컨트롤 트랜지스터의 소스 또는 드레인 중 하나에 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자를 연결하는 단계를 구비한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a phase change memory cell, including forming a first control transistor having a source, a gate, and a drain on a first substrate, on the first control transistor; Forming a second substrate, forming a second control transistor having a source, a gate and a drain on the second substrate, and a variable resistance element made of a phase change material in one of the source or the drain of the second control transistor It has a step of connecting.
상 변화 메모리 셀의 형성 방법은 상기 가변저항소자와 상기 제 1 컨트롤 트랜지스터의 소스 또는 드레인을 연결하는 콘택 플러그와 외부 전원과 상기 제 1 컨트롤 트랜지스터의 소스 또는 드레인을 연결하는 콘택 플러그를 형성하는 단계를 더 구비한다. A method of forming a phase change memory cell may include forming a contact plug connecting the variable resistance element and a source or a drain of the first control transistor, and a contact plug connecting an external power source and a source or a drain of the first control transistor. It is further provided.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the drawings.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상변화 메모리 셀을 설명하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a phase change memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 도3의 상변화 메모리 셀의 수직 구조를 설명하는 도면이다.4 is a diagram illustrating a vertical structure of the phase change memory cell of FIG. 3.
이하, 도 3 내지 도 4을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀 구조가 설명된다. 여기서, 반도체 메모리 장치는 상 변화 물질을 구비하는 상 변화 메모리 장치이다Hereinafter, a cell structure of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 4. Here, the semiconductor memory device is a phase change memory device having a phase change material.
도 3을 참조하면, 발명의 실시예에 따른 상변화 메모리 셀(30)은 서로 다른 층에 형성된 복수개의 컨트롤 트랜지스터들(N31,N32)과 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자(R3)로 구성된다. Referring to FIG. 3, the phase
상기 컨트롤 트랜지스터들(N31,N32)의 게이트에는 워드라인(WL)이 연결된다. 컨트롤 트랜지스터들(N31,N32)의 제 1 단은 기준전압 예를 들어 접지전압에 공통으로 연결된다. A word line WL is connected to gates of the control transistors N31 and N32. First terminals of the control transistors N31 and N32 are commonly connected to a reference voltage, for example, a ground voltage.
컨트롤 트랜지스터들(N31,N32)의 제 2 단은 공통으로 가변저항소자(R3)의 제 1 단에 연결된다. 가변저항소자(R3)의 제 2단은 비트라인(BL)에 연결된다.The second ends of the control transistors N31 and N32 are commonly connected to the first end of the variable resistance element R3. The second end of the variable resistance element R3 is connected to the bit line BL.
도 4를 참조하면, 컨트롤 트랜지스터들(N31,N32)은 각각 서로 다른 층에 적층된다. 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)는 벌크 트랜지스터일 수 있고, 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)는 박막 트랜지스터일 수 있다. 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 게이트 전극(65)과 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)의 게이트 전극(67)은 공통으로 워드라인(미도시)에 연결된다.Referring to FIG. 4, the control transistors N31 and N32 are stacked on different layers, respectively. The first control transistor N31 may be a bulk transistor, and the second control transistor N32 may be a thin film transistor. The
제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 소스 전극(71B)과 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)의 소스 전극(69B)은 콘택 플러그(61)를 통하여 공통으로 접지전압에 연결된다. 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 드레인 전극(71A)과 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)의 드레인 전극(69A)은 콘택 플러그(61)를 통하여 공통으로 랜딩 패드(59)에 연결된다. The
랜딩패드(59)는 하부 전극(57)을 통해서 상 변화막(55)에 연결된다. 상 변화막(55)은 상부 전극(53)을 통해 로컬 비트라인(51)에 연결된다. 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)는 실리콘 에피텍셜 레이어 (Silicon Epitaxial Layer)에 형성되는 박막 트랜지스터이다. The
제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터들(N31, N32)은 모스 트랜지스터 이거나 또는 바이폴라 트랜지스터 일 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터들(N31, N32)은 다이오드를 구성할 수 있다. The first and second control transistors N31 and N32 may be MOS transistors or bipolar transistors. In addition, the first and second control transistors N31 and N32 may constitute a diode.
본 발명의 실시예에 따르면 컨트롤 트랜지스터들(N31,N32)을 각각 서로 다른 층에 적층됨으로써 집적도를 개선할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀(30)은 가변 저항 소자(R3)에 흐르는 전류를 증가시키기 위하여 복수 개의 컨트롤 트랜지스터들(N31,N32)을 이용하고 또한 복수개의 컨트롤 트랜지스터들(N31,N32)을 사용함으로써 발생되는 면적의 증가를 컨트롤 트랜지스터들(N31,N32)을 적층 시킴으로써 줄일 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present invention, the degree of integration may be improved by stacking the control transistors N31 and N32 on different layers. That is, the phase
또한 메모리 셀(30)이 박막 트랜지스터로 구성되는 제 3의 컨트롤 트랜지스터(미도시)를 더 구비하면 집적도를 더욱 개선할 수 있다.In addition, when the
도 5는 도 3의 상변화 메모리 셀을 구비하는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 상변화 메모리 어레이를 설명하는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a phase change memory array of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention including the phase change memory cell of FIG. 3.
도 5를 참조하면, 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 상 변화 메모리 어레이(300)는 글로벌 비트라인(GBL), 복수개의 로컬 비트라인들(LBL1, LBL2) 및 각각의 로컬 비트라인(LBL1, LBL2)에 연결되어 데이터를 저장하는 복수개의 상 변화 메모리 셀 그룹들(50,70)을 구비한다. Referring to FIG. 5, a phase
복수개의 로컬 비트라인들(LBL1, LBL2)은 글로벌 비트라인(GBL)에 대응되는 로컬 비트라인 선택회로(N3,N5)에 의하여 연결되거나 차단된다. 좀 더 설명하면, 로컬 비트라인 선택 회로(N3, N5)는 로컬 비트라인 선택 신호(LBS1, LBS2)에 응답하여 로컬 비트라인(LBL1, LBL2)과 글로벌 비트라인(GBL)을 연결하거나 차단하는 트랜지스터일 수 있다. 여기서, 로컬 비트라인들(LBS1,LBS2)이 두개만 도시 되어 있으나 이에 한정되지 아니한다. The plurality of local bit lines LBL1 and LBL2 are connected or disconnected by local bit line selection circuits N3 and N5 corresponding to the global bit line GBL. In more detail, the local bit line selection circuits N3 and N5 connect or block the local bit lines LBL1 and LBL2 and the global bit line GBL in response to the local bit line selection signals LBS1 and LBS2. Can be. Here, only two local bit lines LBS1 and LBS2 are illustrated, but the present invention is not limited thereto.
상 변화 메모리 셀 그룹들(50,70)이 구비하는 상 변화 메모리 셀들(30,40)은 각각, 서로 다른 층에 형성된 복수개의 컨트롤 트랜지스터들 및 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자를 구비한다. 도 5에는 상 변화 메모리 셀 그룹들(50,70)이 구비하는 상 변화 메모리 셀들이 각각 7개인 것으로 나타나 있으나 이에 한정되지 아니한다. The phase
제 1 상변화 메모리 셀 그룹(50)은 도 5에서 보이는 바와 같이 상변화 메모리 셀(30)들이 제 1 로컬 비트라인(LBL1)에 연결된다. 제 2 상변화 메모리 셀 그룹(70)은 상변화 메모리 셀(40)들이 제 2 로컬 비트라인(LBL2)에 연결된다. In the first phase change
제 1 로컬 비트라인 선택회로(N3)는 제 1 로컬 비트라인 선택신호(LBS1)에 응답하여 제 1 로컬 비트라인(LBL1)을 글로벌 비트라인(GBL)으로 연결한다. 제 2 로컬 비트라인 선택회로(N5)는 제 2 로컬 비트라인 선택신호(LBS2)에 응답하여 제 2 로컬 비트라인(LBL1)을 글로벌 비트라인(GBL)으로 연결한다. The first local bit line selection circuit N3 connects the first local bit line LBL1 to the global bit line GBL in response to the first local bit line selection signal LBS1. The second local bit line selection circuit N5 connects the second local bit line LBL1 to the global bit line GBL in response to the second local bit line selection signal LBS2.
제 1 및 제 2 로컬 비트라인 선택 신호(LBS1, LBS2)는 데이터 독출 또는 기입 동작시 어드레스 신호에 따라 데이터가 저장되거나 독출될 메모리 셀 그룹들을 선택하기 위한 신호이다. The first and second local bit line selection signals LBS1 and LBS2 are signals for selecting memory cell groups in which data is to be stored or read according to an address signal during a data read or write operation.
글로벌 비트라인(GBL)에는 센스 증폭기(미도시)가 연결되어 선택된 메모리 셀로부터 독출된 데이터를 증폭한다.A sense amplifier (not shown) is connected to the global bit line GBL to amplify the data read from the selected memory cell.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 서로 다른 층에 형성된 복수개의 컨트롤 트랜지스터들을 이용하여 메모리 셀을 구성함으로써 좁은 면적으로 보다 많은 프로그래밍 전류를 상변화 가변저항소자에 공급할 수 있다. The semiconductor memory device according to the exemplary embodiment of the present invention can supply more programming current to the phase change variable resistance element by forming a memory cell using a plurality of control transistors formed in different layers.
또한 글로벌 비트라인(GBL)과 로컬 비트라인(LBL1, LBL2)을 이용하여 계층적 비트라인(Hierarchical bit line)구조를 구현함으로써 메모리 어레이를 보다 컴팩트(Compact)하게 구현할 수 있다. In addition, by implementing a hierarchical bit line structure using the global bit line GBL and the local bit lines LBL1 and LBL2, the memory array may be more compactly implemented.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 주변 회로(미도시)를 더 구비할 수 있다. 주변 회로는 벌크 트랜지스터와 상기 벌크 트랜지스터의 상부에 형성된 박막 트랜지스터로 이루어진 인버터 회로일 수 있다. The semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention may further include a peripheral circuit (not shown). The peripheral circuit may be an inverter circuit including a bulk transistor and a thin film transistor formed on the bulk transistor.
인버터 회로의 상기 벌크 트랜지스터는 엔모스 트랜지스터이고 상기 박막 트랜지스터는 피모스 트랜지스터일 수 있다. The bulk transistor of the inverter circuit may be an NMOS transistor and the thin film transistor may be a PMOS transistor.
이와 같이, 주변회로에 사용되는 인버터 회로를 서로 다른 층에 형성된 엔모스 트랜지스터와 피모스 트랜지스터로 구현하면 반도체 메모리 장치의 집적도는 보다 향상된다. 예를 들어, 주변 회로에 사용되는 트랜지스터들을 도 3의 상 변화 메모리 셀(30)과 동일한 구조로 적층함으로써 반도체 메모리 장치의 집적도를 개선할 수 있다.As such, when the inverter circuit used for the peripheral circuit is implemented with the NMOS transistor and the PMOS transistor formed in different layers, the integration degree of the semiconductor memory device is further improved. For example, the degree of integration of the semiconductor memory device may be improved by stacking transistors used in the peripheral circuit in the same structure as the phase
본 실시 예에서의 상변화 메모리 셀을 구성하는 컨트롤 트랜지스터는 서로 다른 층에 형성되며 복수개일수 있다. 컨트롤 트랜지스터는 도 3을 이용하여 설명된바 있으므로 상세한 설명을 생략한다. In the present exemplary embodiment, the control transistors constituting the phase change memory cell may be formed in different layers and may be plural in number. Since the control transistor has been described with reference to FIG. 3, a detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 반도체 메모리 장치는 시스템 엘에스아이 로직 칩(System LSI Logic Chip)에 로직 칩과 함께 탑재 가능하다.The semiconductor memory device of the present invention may be mounted together with a logic chip in a system LSI logic chip.
도 6(a)는 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀의 구조를 나타내는 단면도이다.6A is a cross-sectional view illustrating a structure of a phase change memory cell according to an embodiment of the present invention.
도 6(b)는 도 6(a)의 상 변화 메모리 셀의 제 1 컨트롤 트랜지스터의 구조를 나타내는 평면도이다. FIG. 6B is a plan view illustrating the structure of the first control transistor of the phase change memory cell of FIG. 6A.
도 6(c)는 도 6(a)의 상 변화 메모리 셀을 옆에서 바라본 측면도이다.FIG. 6C is a side view of the phase change memory cell of FIG. 6A viewed from the side.
도 6(a)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀(600)은 제 1 기판(612) 위에 형성되며 소스(S1), 게이트(G11) 및 드레인(D1)을 구비하는 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31), 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31) 위에 형성되는 제 2 기판(614), 제 2 기판(614) 위에 형성되며 소스(S2), 게이트(G21) 및 드레인(D2)을 구비하는 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32) 및 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)의 소스(S2) 또는 드레인(D2) 중 하나에 연결되며 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자(616)를 구비한다.Referring to FIG. 6A, a phase
도 6(a)에는 설명의 편의를 위하여 제 1 기판(612) 및 제 2 기판(614) 위에 컨트롤 트랜지스터들이 두 개씩 형성되는 것이 도시되어 있으나 제 1 기판(612) 및 제 2 기판(614)에는 복수개의 컨트롤 트랜지스터들이 형성될 수 있다. In FIG. 6A, two control transistors are formed on the
도 6(a)에 도시된 상 변화 메모리 셀(600)은 도 3 및 도 4에 도시된 상 변화 메모리 셀(30)의 제조 공정상의 단면을 나타낸다. The phase
제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 소스(S1)와 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)의 소스(S2)가 전기적으로 연결된다. 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 드레인(D1)과 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)의 드레인(D2)이 전기적으로 연결된다. The source S1 of the first control transistor N31 and the source S2 of the second control transistor N32 are electrically connected. The drain D1 of the first control transistor N31 and the drain D2 of the second control transistor N32 are electrically connected to each other.
이와 같은 전기적 연결은 콘택 플러그들(CP11, CP21, CP12, CP22)에 의하여 이루어진다. 즉, 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 소스(S1)와 콘택 플러그(CP11)가 연결되고 콘택 플러그(CP11)는 제 2 기판(614)에 연결된다. 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)의 소스(S2)와 콘택 플러그(CP21)가 연결된다. Such electrical connection is made by contact plugs CP11, CP21, CP12, CP22. That is, the source S1 of the first control transistor N31 and the contact plug CP11 are connected and the contact plug CP11 is connected to the
마찬가지로, 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 드레인(D1)과 콘택 플러그 (CP12)가 연결되고 콘택 플러그(CP12)는 제 2 기판(614)에 연결된다. 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)의 드레인(D2)과 콘택 플러그(CP22)가 연결된다. Similarly, the drain D1 of the first control transistor N31 and the contact plug CP12 are connected and the contact plug CP12 is connected to the
콘택 플러그들(CP11, CP21, CP12, CP22)은 전기를 흐르게 할 수 있는 도전층이다. Contact plugs CP11, CP21, CP12, CP22 are conductive layers capable of flowing electricity.
제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 게이트(G11)와 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)의 게이트(G21)도 전기적으로 연결된다. 도 6(a)에는 도시되지 아니하였으나 역시 콘택 플러그에 의해서 연결된다. 게이트들(G11, G21)을 연결시키는 콘택 플러그가 도 6(c)에 CP 로 도시되어 있다. 도 6(a)에 도시된 I1은 절연 물질이며, I2는 유전막이다. The gate G11 of the first control transistor N31 and the gate G21 of the second control transistor N32 are also electrically connected. Although not shown in Figure 6 (a) is also connected by a contact plug. A contact plug connecting the gates G11 and G21 is shown as CP in FIG. 6 (c). I1 shown in Fig. 6A is an insulating material and I2 is a dielectric film.
도 6(a)에 도시된 제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터들(N31, N32)은 플래너(planar) 트랜지스터 구조를 가진다. 플래너 트랜지스터는 게이트가 기판의 표면위에 형성되는 트랜지스터이다. 도 6(b)에 플래너 트랜지스터인 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 평면도가 개시된다. 넓은 제 1 기판(612) 위에 게이트들(G11, G12)이 형성된다. The first and second control transistors N31 and N32 shown in FIG. 6A have a planar transistor structure. Planner transistors are transistors whose gates are formed on the surface of a substrate. A plan view of a first control transistor N31 as a planner transistor is shown in FIG. Gates G11 and G12 are formed on the wide
도 6(c)는 도 6(a)의 상 변화 메모리 셀(600)을 옆에서 바라본 측면도로서 제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터들(N31, N32)의 게이트들(G11, G21)이 제 1 기판(612) 및 제 2 기판(614)의 표면 위에 옆으로 길게 형성되고 게이트들(G11, G21)은 콘택 플러그(CP)에 의해서 전기적으로 연결된다. FIG. 6C is a side view of the phase
그리고 제 1 기판(612)과 제 2 기판(614) 에는 액티브 영역(ACTIVE) 즉, 소스 및 드레인이 형성된다. The active region ACTIVE, that is, the source and the drain, are formed in the
도 7(a)는 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀의 다른 구조를 나타내는 단면도이다.7A is a cross-sectional view illustrating another structure of the phase change memory cell according to the embodiment of the present invention.
도 7(a)의 상 변화 메모리 셀(700)은 제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터(N31, N32)가 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET: Fin Field Effect Transistor) 구조를 가진다는 점을 제외하면 도 6(a)의 상 변화 메모리 셀(600)과 동일한 구조를 가진다. The phase
즉, 제 1 기판(712) 위에 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)가 형성되고 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31) 위에 제 2 기판(714)이 형성된다. 제 2 기판(714) 위에 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)가 형성된다. That is, the first control transistor N31 is formed on the
가변저항소자(716)가 콘택 플러그들(CP12, CP22)에 의하여 제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터(N31, N32)의 드레인에 연결된다. 그리고 제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터(N31, N32)의 소스들이 콘택 플러그들(CP11, CP21)에 의해서 서로 전기적으로 연결된다. The
핀 전계 효과 트랜지스터는 채널의 양쪽에 게이트 전극이 존재하는 구조를 가지기 때문에 게이트 전극의 채널 길이가 길어지게 되어 짧은 채널 효과(short channel effect)를 억제할 수 있다. Since the fin field effect transistor has a structure in which gate electrodes exist on both sides of the channel, the channel length of the gate electrode becomes long, and thus a short channel effect can be suppressed.
도 7(b)는 도 7(a)의 상 변화 메모리 셀의 제 1 컨트롤 트랜지스터의 구조를 나타내는 평면도이다. FIG. 7B is a plan view illustrating the structure of the first control transistor of the phase change memory cell of FIG. 7A.
핀 전계 효과 트랜지스터를 이용함으로써 제 1 기판(712)의 크기가 도 6(b)의 제 1 기판(612)에 비하여 크게 줄어드는 것을 알 수 있다. It can be seen that the size of the
도 7(c)는 도 7(a)의 상 변화 메모리 셀을 옆에서 바라본 측면도이다.FIG. 7C is a side view of the phase change memory cell of FIG. 7A viewed from the side.
도 6(c)의 측면도와 비교할 때 핀 전계 효과 트랜지스터는 게이트들(G11, G21)이 액티브 영역(ACTIVE)을 둘러싸는 구조를 가지고 있어 채널(CH)이 매우 길어지는 것을 알 수 있다. Compared to the side view of FIG. 6C, the fin field effect transistor has a structure in which the gates G11 and G21 surround the active region ACTIVE, so that the channel CH is very long.
제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터들(N31, N32)은 다중채널 전계 효과 트랜지스터(McFET: Multi Channel Field Effect Transistor) 구조를 가질 수 있다. 다중채널 전계 효과 트랜지스터 구조가 도 7(d)에 개시된다. The first and second control transistors N31 and N32 may have a multichannel field effect transistor (MFET) structure. A multichannel field effect transistor structure is shown in Fig. 7 (d).
다중채널 전계 효과 트랜지스터 구조는 핀 전계 효과 트랜지스터 구조와 유사하지만 채널(CH)의 길이를 더욱 길게 하기 위하여 액티브 영역(ACTIVE)이 도 7(d)과 같은 구조를 가진다. The multichannel field effect transistor structure is similar to the fin field effect transistor structure, but the active region ACTIVE has a structure as shown in FIG. 7 (d) in order to increase the length of the channel CH.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀의 제 1 및 제 2 컨트롤 트랜지스터들은 플래너(planar) 트랜지스터 구조를 가지거나, 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET: Fin Field Effect Transistor) 구조를 가지거나 다중채널 전계 효과 트랜지스터(McFET: Multi Channel Field Effect Transistor) 구조를 가질 수 있다. As such, the first and second control transistors of the phase change memory cell according to the embodiment of the present invention may have a planar transistor structure, a fin field effect transistor (FinFET) structure, or multiple A channel field effect transistor (McFET) may have a structure.
도 8(a)는 도 6(a) 및 도 7(a)의 기판과 콘택 플러그들의 연결 관계를 나타내는 도면이다. FIG. 8A is a diagram illustrating a connection relationship between the substrate and the contact plugs of FIGS. 6A and 7A.
도 8(a)에 도시된 것과 같이, 제 1 기판(812) 위에 콘택 플러그(CP1)가 연결되고 콘택 플러그(CP1)는 제 2 기판(814)의 아래 면에 연결된다. 그리고, 제 2 기판(814)의 윗면에 콘택 플러그(CP2)가 연결된다. 콘택 플러그(CP2)에는 외부 전원, 예를 들어 접지 전압이 연결될 수 있다. As shown in FIG. 8A, the contact plug CP1 is connected to the
그런데, 이와 같이 제 1 기판(812)과 외부 전원이 전기적으로 연결되는 경우, 콘택 플러그들(CP1, CP2)과 제 1 및 제 2 기판(812, 814)의 접촉면에 저항이 발생된다. 따라서, 접촉 저항을 줄여야 할 필요가 있다. However, when the
도 8(b)는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 저항을 줄이기 위한 기판과 콘택 플러그들의 연결관계를 나타내는 도면이다. 8 (b) is a diagram illustrating a connection relationship between a substrate and contact plugs for reducing contact resistance according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6(a) 및 도 7(a)에 도시된 상 변화 메모리 셀(600, 700)의 제 2 기판(614, 714)은 제 1 기판(612, 712)과 평행하고 면적의 일부가 겹치도록 배치된다. 이해를 돕기 위하여 도 8(B)를 참조하여 설명한다. The
제 2 기판(814)은 제 1 기판(812)에서 수직 방향으로 정확히 위에 배치되는 것이 아니며 수직 방향에서 약간 우측 또는 좌측으로 이동되어 배치된다. 그리고, 콘택 플러그(CP)는 외부 전원(미도시)으로부터 제 1 기판(812)까지 제 2 기판(814)에 의해서 분리되지 아니하는 도전층으로 형성된다. The
따라서, 접촉저항을 크게 줄일 수 있다. 물론, 콘택 플러그(CP)는 제 2 기판(814)과도 도 8(b)에 도시된 것처럼 연결된다. Therefore, the contact resistance can be greatly reduced. Of course, the contact plug CP is also connected to the
다시, 도 6(a) 및 도 7(a)를 참조하여 설명하면, 가변저항소자(616, 716)와 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 드레인(D1)을 연결하는 콘택 플러그(CP12, CP22)와 외부 전원(미도시)과 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 소스(S1) 드레인을 연결하는 콘택 플러그(CP11, CP12)는 상기 제 2 기판(614, 714)에 의해서 분리되지 아니하는 일체의 도전층으로 형성된다. 6 (a) and 7 (a), the contact plugs CP12 and CP22 connecting the
도 9(a)내지 9(d)는 본 발명의 실시예에 따른 상 변화 메모리 셀의 제조 방 법을 설명하기 위한 단면도들이다. 9A to 9D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a phase change memory cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
먼저, 제 1 기판(912) 위에 소스, 게이트 및 드레인을 구비하는 제 1 컨트롤 트랜지스터를 형성한다(도 9(a)). 게이트(G11) 주위를 절연 물질(I1)이 둘러싸고 있으며 유전막(I2)도 형성된다. First, a first control transistor including a source, a gate, and a drain is formed on the first substrate 912 (FIG. 9A). An insulating material I1 surrounds the gate G11 and a dielectric film I2 is also formed.
제 1 컨트롤 트랜지스터(N31) 위에 제 2 기판(914)을 형성한다(도 9(b)). 제 1 기판(912) 위에 콘택 플러그(CP11, CP12)도 형성된다. A
제 2 기판(914) 위에 소스, 게이트 및 드레인을 구비하는 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)를 형성한다(도 9(c)). 마지막으로, 콘택 플러그(CP21, CP22)를 형성하고 제 2 컨트롤 트랜지스터(N32)의 소스 또는 드레인 중 하나에 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자(916)를 연결한다(도 9(d))A second control transistor N32 having a source, a gate, and a drain is formed on the second substrate 914 (FIG. 9C). Finally, contact plugs CP21 and CP22 are formed and a
도 9의 상 변화 메모리 셀의 제조 방법은 콘택 플러그를 도 8(b)와 같이 형성하기 위하여, 가변저항소자(916)와 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 소스 또는 드레인을 연결하는 콘택 플러그와 외부 전원과 제 1 컨트롤 트랜지스터(N31)의 소스 또는 드레인을 연결하는 콘택 플러그를 형성하는 단계를 더 구비할 수 있다. In the method of manufacturing the phase change memory cell of FIG. 9, the contact plug connecting the source or the drain of the
상도 9의 상 변화 메모리 셀의 제조 방법에 의해서 제조된 상 변화 메모리 셀의 구조에 대해서는 앞서 설명되었으므로 상세한 설명을 생략한다. Since the structure of the phase change memory cell manufactured by the method of manufacturing the phase change memory cell of FIG. 9 has been described above, a detailed description thereof will be omitted.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, optimal embodiments have been disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치는 서로 다른 층에 형성된 복수개의 컨트롤 트랜지스터들과 상 변화 물질로 이루어진 가변저항소자로 구성된 상변화 메모리 셀을 구비함과 동시에 비트라인을 글로벌 비트라인과 로컬 비트라인으로 구분하여 계층적 비트라인(Hierarchical bit line)구조를 구현함으로써 집적도를 개선하고 상 변화 메모리 셀에 흐르는 전류를 증가시킬 수 있는 장점이 있다. As described above, the semiconductor memory device according to the present invention includes a phase change memory cell including a plurality of control transistors formed in different layers and a variable resistance element made of a phase change material, and simultaneously converts a bit line into a global bit line and a local bit line. By dividing the bit line into a hierarchical bit line structure, the density can be improved and the current flowing through the phase change memory cell can be increased.
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