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KR100869354B1 - Phase change random access momory device and method for fabricating the same - Google Patents

Phase change random access momory device and method for fabricating the same Download PDF

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KR100869354B1
KR100869354B1 KR1020070063616A KR20070063616A KR100869354B1 KR 100869354 B1 KR100869354 B1 KR 100869354B1 KR 1020070063616 A KR1020070063616 A KR 1020070063616A KR 20070063616 A KR20070063616 A KR 20070063616A KR 100869354 B1 KR100869354 B1 KR 100869354B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
electrode
phase change
layer
contact region
Prior art date
Application number
KR1020070063616A
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Korean (ko)
Inventor
이동렬
박창헌
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
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Publication date
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Abstract

The operating current can be remarkably reduced by reducing the contact area between the phase change material layer and the first electrode. The first electrode having a lager size than the target can be patterned without using the ArF photosensitive film and hard mask structure. The phase change memory device comprises as follows. The first electrode(28) is buried in the contact hole in the interlayer insulating film. The insulating layer(24,26,29) has the stepped contact area whose part for exposing the first electrode becomes narrow. The phase change material layer(32) is buried in the stepped contact area. The second electrode(33) is formed on the phase change material layer. The stepped contact area of the insulating layer is formed as the step type structure. The step type structure has the first contact area(31A) for exposing a part surface of the first electrode and a wider width than the first contact area. The first and the second film are a oxide layer.

Description

상변화 메모리 장치 및 그 제조 방법{PHASE CHANGE RANDOM ACCESS MOMORY DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}PHASE CHANGE RANDOM ACCESS MOMORY DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME

도 1a는 종래기술에 따른 상변화메모리장치의 구조 단면도.1A is a structural cross-sectional view of a phase change memory device according to the prior art.

도 1b는 종래기술에 따른 제1전극과 상변화물질층간 접촉면적을 도시한 상세도.Figure 1b is a detailed view showing the contact area between the first electrode and the phase change material layer according to the prior art.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 상변화메모리장치의 구조단면도.2A is a structural cross-sectional view of a phase change memory device according to an embodiment of the present invention.

도 2b는 도 2a에 도시된 상변화메모리장치의 동작을 설명하기 위한 단면도.FIG. 2B is a cross-sectional view for describing an operation of the phase change memory device shown in FIG. 2A.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 상변화메모리장치의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a phase change memory device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1전극과 상변화물질층간 접촉면적을 도시한 평면도.4 is a plan view illustrating a contact area between a first electrode and a phase change material layer according to an exemplary embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

21 : 기판 22 : 소자분리막21 substrate 22 device isolation film

23 : 불순물영역 24 : 제1층간절연막23 impurity region 24 first interlayer insulating film

25 : 콘택플러그 26 : 제2층간절연막25 contact plug 26 second interlayer insulating film

28 : 제1전극 29 : 제3층간절연막28: first electrode 29: third interlayer insulating film

31A : 제1콘택영역 31B : 제2콘택영역31A: first contact area 31B: second contact area

32 : 상변화물질층 33 : 제2전극32: phase change material layer 33: second electrode

본 발명은 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 상전이 물질(Phase Change material)을 이용한 비휘발성메모리장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a memory device, and more particularly, to a nonvolatile memory device using a phase change material and a method of manufacturing the same.

최근에 새로운 반도체소자로서 상변화메모리장치(PRAM)가 제안된 바 있다. 상변화 메모리장치는 전원공급이 중단될지라도 저장된 데이터들이 소멸되지 않는 비휘발성 특성을 갖는다. Recently, a phase change memory device (PRAM) has been proposed as a new semiconductor device. The phase change memory device has a nonvolatile characteristic in which stored data is not destroyed even when power supply is interrupted.

상변화 메모리 장치(PRAM)의 단위셀은 데이터 저장 매체로서 상변화물질을 사용한다. 상변화 물질은 제공되는 열에 의존하여 2개의 안정된 상태(비정질 상태 및 결정 상태)를 갖는다. 통상적으로 널리 알려진 상변화물질은 게르마늄(Ge), 스티비움(Sb) 및 텔루리움(Te)의 화합물인 GST(Ge-Sb-Te)이다.The unit cell of the phase change memory device (PRAM) uses a phase change material as a data storage medium. The phase change material has two stable states (amorphous state and crystalline state) depending on the heat provided. Commonly known phase change materials are GST (Ge-Sb-Te), a compound of germanium (Ge), stevilium (Sb) and tellurium (Te).

GST를 용융온도에 근접한 온도에서 짧은 시간동안 가열한 후에 급격히 냉각시키면 GST는 비정질상태로 변한다. 이와는 달리, GST를 용융온도에 비하여 낮은 결정화 온도에서 장시간동안 가열한 후에 서서히 냉각시키면 GST는 결정상태로 변한다. 이때, 비정질상태의 GST는 결정상태의 GST에 비하여 높은 비저항을 갖는다. 따라서, 상변화물질을 통하여 흐르는 전류의 양을 감지하여 상변화메모리장치의 셀 에 저장된 정보가 논리 "1"(비정질상태)인지 또는 논리 "0"(결정상태)인지를 판별할 수 있다.If the GST is heated at a temperature close to the melting temperature for a short time and then rapidly cooled, the GST becomes amorphous. In contrast, when GST is heated for a long time at a low crystallization temperature compared to the melting temperature and then gradually cooled, the GST changes to a crystalline state. At this time, the GST in the amorphous state has a higher specific resistance than the GST in the crystalline state. Accordingly, the amount of current flowing through the phase change material may be sensed to determine whether the information stored in the cell of the phase change memory device is a logic "1" (amorphous state) or a logic "0" (crystal state).

상변화물질에 공급되는 열은 주울 열(Joule's heat)을 사용한다. 즉, 상변화물질과 연결된 전극에 전류를 공급하므로써 전극으로부터 주울 열(Joule Heating)이 발생되어 상변화물질에 열을 공급한다. 공급되는 전류의 양에 따라 상변화물질에 공급되는 열의 온도가 달라질 수 있다. The heat supplied to the phase change material uses Joule's heat. That is, Joule heating is generated from the electrode by supplying current to the electrode connected to the phase change material to supply heat to the phase change material. The temperature of the heat supplied to the phase change material may vary depending on the amount of current supplied.

도 1a는 종래기술에 따른 상변화메모리장치의 구조 단면도이고, 도 1b는 종래기술에 따른 제1전극과 상변화물질층간 접촉면적을 도시한 상세도이다.1A is a cross-sectional view of a structure of a phase change memory device according to the prior art, and FIG. 1B is a detailed view illustrating a contact area between a first electrode and a phase change material layer according to the prior art.

도 1a를 참조하면, 종래 상변화메모리장치는 크게 제1전극(17)이 매립된 제2층간절연막(16), 제1전극(17)이 매립된 제2층간절연막(16) 상에 형성된 상변화물질층(18) 및 상변화물질층(18) 상에 형성된 제2전극(19)을 포함한다. 그리고, 제1전극(17)의 아래에는 제1층간절연막(14) 내에 형성된 콘택플러그(15)가 연결되고, 콘택플러그(15) 아래에는 불순물영역(13)이 형성된 기판(11)이 위치한다. 여기서, 불순물영역(13)은 소자분리막(12)에 의해 서로 분리되어 있다.Referring to FIG. 1A, a phase change memory device according to the related art has a phase formed on a second interlayer insulating film 16 having a first electrode 17 embedded therein and a second interlayer insulating film 16 having a first electrode 17 embedded therein. A second electrode 19 formed on the change material layer 18 and the phase change material layer 18 is included. A contact plug 15 formed in the first interlayer insulating layer 14 is connected under the first electrode 17, and a substrate 11 on which an impurity region 13 is formed is positioned below the contact plug 15. . The impurity regions 13 are separated from each other by the device isolation film 12.

도 1a와 같은 종래 상변화메모리장치는 고집적화 및 저전력화에 심화됨에 따라 낮은 전류(낮은 동작전류)를 인가하더라도 상변화가 일어나도록 하기 위해서 제1전극(17)의 크기를 작게 한다. 즉, 제1전극(17)과 상변화물질층(18)간 접촉(Overlap) 면적을 작게 한다.In the conventional phase change memory device as shown in FIG. 1A, the first electrode 17 is reduced in size so that the phase change may occur even when a low current (low operating current) is applied as the integration and low power are increased. That is, the area of overlap between the first electrode 17 and the phase change material layer 18 is reduced.

도 1a의 종래기술은 도 1b에 도시된 것처럼, 제1전극(17)의 폭을 설정된 폭(A)보다 작은 'A1' 으로 줄이므로써 제1전극(17)과 상변화물질층(18)간 접촉되는 면적을 줄이고 있다.In the prior art of FIG. 1A, the first electrode 17 and the phase change material layer 18 are reduced by reducing the width of the first electrode 17 to 'A1' smaller than the set width A, as shown in FIG. 1B. Reducing the area of contact between them.

제1전극(17)의 폭을 줄이기 위해 ArF 감광막을 이용하여 제1전극(17)이 매립될 콘택홀(17A)을 패터닝하거나, 또는 하드마스크 구조(Hard Mask Scheme)를 이용하여 원하는 크기(Size)로 제1전극(17)이 매립될 콘택홀(17A)을 패터닝한다.In order to reduce the width of the first electrode 17, a contact hole 17A in which the first electrode 17 is embedded is patterned using an ArF photosensitive film, or a desired size is used using a hard mask structure. ) Pattern the contact hole 17A in which the first electrode 17 is to be filled.

그러나, 종래기술에서는 제1전극과 상변화물질층간 접촉면적을 작게 하기 위해 제1전극의 크기를 작게 할 수 밖에 없고, 이를 위해서 ArF 감광막과 하드마스크 구조을 이용하여 제1전극이 매립될 콘택홀을 패터닝해야 하므로, 결국, 상변화메모리장치의 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.However, in the related art, in order to reduce the contact area between the first electrode and the phase change material layer, the size of the first electrode is inevitably reduced. For this purpose, a contact hole in which the first electrode is buried is formed by using an ArF photosensitive film and a hard mask structure. Since patterning has to be performed, there is a problem in that a manufacturing cost of the phase change memory device increases.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 제1전극의 크기를 작게 하지 않으면서도 제1전극과 상변화물질층간 접촉면적을 줄일 수 있는 상변화메모리장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and a phase change memory device capable of reducing the contact area between the first electrode and the phase change material layer without reducing the size of the first electrode, and a manufacturing method thereof. The purpose is to provide.

또한, 본 발명의 다른 목적은 ArF 감광막 및 하드마스크구조를 이용하지 않아도 원하는 타겟 대비 큰 크기로 제1전극을 패터닝할 수 있는 상변화메모리장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a phase change memory device capable of patterning a first electrode with a larger size than a desired target without using an ArF photosensitive film and a hard mask structure, and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상변화메모리장치는 층간절연막 내의 콘택홀에 매립된 제1전극; 상기 제1전극을 노출시키는 부분이 좁아지는 계단형 콘택 영역을 제공하는 절연막; 상기 계단형 콘택 영역에 매립된 상변화물질층; 및 상기 상변화물질층 상에 형성된 제2전극을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 절연막의 계단형 콘택영역은 상기 제1전극의 일부 표면을 노출시키는 제1콘택영역과 상기 제1콘택영역 위에서 상기 제1콘택영역보다 더 큰 폭을 가져 계단형 구조를 형성하는 제2콘택영역을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 절연막은 상기 제1콘택영역을 제공하는 제1막과 상기 제2콘택영역을 제공하는 제2막을 포함하고, 상기 제1막은 PETEOS막이고, 상기 제2막은 PSG막인 것을 특징으로 한다.A phase change memory device of the present invention for achieving the above object comprises a first electrode embedded in a contact hole in an interlayer insulating film; An insulating film providing a stepped contact region in which a portion exposing the first electrode is narrowed; A phase change material layer embedded in the stepped contact region; And a second electrode formed on the phase change material layer, wherein the stepped contact region of the insulating layer is formed on the first contact region and the first contact region exposing a part of the surface of the first electrode. And a second contact region having a width greater than that of the first contact region to form a stepped structure, wherein the insulating layer provides a first layer providing the first contact region and the second contact region. And a second film, wherein the first film is a PETEOS film, and the second film is a PSG film.

그리고, 본 발명의 상변화 메모리 장치 제조 방법은 기판 상부의 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀에 매립되는 제1전극을 형성하는 단계; 상기 제1전극 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막의 일부를 식각하여 상기 제1전극을 노출시키는 부분이 좁아지는 계단형 콘택 영역을 형성하는 단계; 상기 콘택 영역에 매립되는 상변화물질층을 형성하는 단계; 및 상기 상변화물질층 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 계단형 콘택영역은 상기 절연막 상에 감광막패턴을 형성한 후에 상기 절연막을 습식식각하여 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 절연막은 동일 습식케미컬(Wet chemical)에 대해 습식 식각률이 서로 다른 막들의 적층구조로 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 절연막은 제1막과 상기 제1막보다 습식식각률이 더 큰 제2막의 적층구조로 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 제1막은 PETEOS막이고, 상기 제2막은 PSG막인 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a phase change memory device may include forming a contact hole by etching an interlayer insulating layer on a substrate; Forming a first electrode embedded in the contact hole; Forming an insulating film on the first electrode; Etching a portion of the insulating layer to form a stepped contact region in which a portion exposing the first electrode is narrowed; Forming a phase change material layer buried in the contact region; And forming a second electrode on the phase change material layer, wherein the stepped contact region is formed by wet etching the insulating film after forming a photoresist pattern on the insulating film. The insulating film may be formed by stacking layers having different wet etch rates with respect to the same wet chemical, and the insulating film may have a first wet etching rate greater than that of the first film. And a first layer is a PETEOS film, and the second film is a PSG film.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명 의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 상변화메모리장치의 구조단면도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 상변화메모리장치의 동작을 설명하기 위한 단면도다.FIG. 2A is a cross-sectional view of a phase change memory device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view for describing an operation of the phase change memory device shown in FIG. 2A.

도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 상변화메모리장치는 크게 제1전극(28), 제1전극(28)을 노출시키는 부분이 좁아지는 계단형 콘택 영역을 제공하는 제3층간절연막(29), 계단형 콘택 영역에 매립된 상변화물질층(32) 및 상변화물질층(32) 상에 형성된 제2전극(33)을 포함한다. 그리고, 제1전극(28)은 제2층간절연막(26) 내에 형성되며, 제1전극(28)의 아래에는 제1층간절연막(24) 내에 형성된 콘택플러그(25)가 연결되고, 콘택플러그(25) 아래에는 불순물영역(23)이 연결된다. 불순물영역(23)은 소자분리막(22)에 의해 서로 분리되어 기판(21) 내에 형성되며, 불순물영역(23)은 트랜지스터의 소스영역 및 드레인영역에 해당된다.As shown in FIG. 2A, the phase change memory device according to the embodiment of the present invention has a third step that provides a stepped contact region in which a portion exposing the first electrode 28 and the first electrode 28 is narrowed. An interlayer insulating layer 29, a phase change material layer 32 embedded in a stepped contact region, and a second electrode 33 formed on the phase change material layer 32 are included. In addition, the first electrode 28 is formed in the second interlayer insulating layer 26, and a contact plug 25 formed in the first interlayer insulating layer 24 is connected to the bottom of the first electrode 28. 25) an impurity region 23 is connected below. The impurity regions 23 are separated from each other by the device isolation layer 22 and are formed in the substrate 21, and the impurity regions 23 correspond to source and drain regions of the transistor.

도 2a에서, 계단형 콘택영역은 제1전극(28)의 표면을 노출시키는 제1콘택영역(31A)과 제1콘택영역(31A) 상에서 제1콘택영역(31A)보다 더 큰 폭을 갖는 제2콘택영역(31B)으로 이루어진다. 여기서, 제1콘택영역(31A)의 폭(B1)은 제2콘택영역(31B)의 폭(B2)보다 작고, 제1콘택영역(31A)의 폭(B1)은 제1전극(28)의 폭(B3)보다 작은 폭을 갖는다. 아울러, 제2콘택영역(31B)의 폭(B2)은 제1전극(28)의 폭과 동일한 폭을 갖는다.In FIG. 2A, the stepped contact region has a width greater than that of the first contact region 31A on the first contact region 31A and the first contact region 31A exposing the surface of the first electrode 28. It consists of two contact areas 31B. Here, the width B1 of the first contact region 31A is smaller than the width B2 of the second contact region 31B, and the width B1 of the first contact region 31A is the width of the first electrode 28. It has a width smaller than the width B3. In addition, the width B2 of the second contact region 31B has the same width as that of the first electrode 28.

계단형 콘택영역을 제공하는 제3층간절연막(29)은 서로 다른 식각률(Etch rate)을 갖는 막의 적층 구조로서, 제3층간절연막(29)은 제1막(29A)과 제2막(29B)을 포함한다. 여기서, 제1막(29A)과 제2막(29B)은 습식식각률이 서로 다른 막으로 서, 산화막(제1막)과 산화막(제2막), 질화막(제1막)과 산화막(제2막), 폴리실리콘막(제1막)과 산화막(제2막)일 수 있다. 폴리실리콘막은 불순물이 도핑되지 않은 경우 절연성 막이 된다고 알려져 있다.The third interlayer insulating film 29 that provides the stepped contact region is a stack structure of films having different etching rates. The third interlayer insulating film 29 includes the first film 29A and the second film 29B. It includes. Here, the first film 29A and the second film 29B are films having different wet etch rates, such as an oxide film (first film), an oxide film (second film), a nitride film (first film), and an oxide film (second film). Film), a polysilicon film (first film) and an oxide film (second film). Polysilicon films are known to be insulating films when impurities are not doped.

바람직하게, 제3층간절연막(29)을 이루는 제1막(29A)과 제2막(29B)은 모두 실리콘산화막(SiO2), 특히 PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate)와 PSG(Phospho Silicate Glass)막을 포함한다. 제1막(29A)이 PETEOS인 경우 제2막(29B)은 PETEOS보다 습식식각률이 큰 물질이고, 제2막(29B)이 PSG막인 경우 제1막(28A)은 PSG막보다 습식식각률이 작은 막이다. 바람직하게, 제1막(29A)은 PETEOS막이고, 제2막(29B)은 PSG막으로서, PETEOS막은 PSG막보다 습식식각률이 더 작다. 습식식각률 차이는 산화막의 습식 케미컬(Wet chemical)에 의한 것이다. 습식케미컬은 HF 또는 BOE(Buffered Oxide etchant) 용액이다. 결국, 제3층간절연막(29)은 서로 다른 습식식각률을 갖는 PETEOS막과 PSG막의 적층 구조일 수 있다. Preferably, the first layer 29A and the second layer 29B constituting the third interlayer insulating layer 29 may be formed of silicon oxide (SiO 2 ), in particular, plasma enhanced tetra ethyl ortho silicate (PETOS) and phospho silicate glass (PSG). It includes a film. When the first layer 29A is PETEOS, the second layer 29B has a larger wet etching rate than the PETEOS layer, and when the second layer 29B is a PSG layer, the first layer 28A has a smaller wet etching rate than the PSG layer. That's it. Preferably, the first film 29A is a PETEOS film, the second film 29B is a PSG film, and the PETEOS film has a smaller wet etch rate than the PSG film. The difference in wet etch rate is due to the wet chemical of the oxide film. Wet chemicals are HF or Buffered Oxide etchant (BOE) solutions. As a result, the third interlayer insulating film 29 may have a stacked structure of a PETEOS film and a PSG film having different wet etch rates.

바람직하게, 제3층간절연막(29)은 서로 다른 물질의 절연막으로 형성할 수도 있다. 예컨대, 제2막(29B)을 PETEOS, PSG, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), USG(Undoped Silicate Glass), SOG(Spin On Glass) 또는 HDP-CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition) 중에서 선택된 어느 하나의 산화막으로 사용하고, 제1막(29A)을 질화막이나 폴리실리콘막으로 사용할 수 있다. 이 경우에는 습식케미컬을 상이하게 사용하여 계단형 콘택영역을 형성한다. 제2콘택영역(31B)을 형성하기 위해 제2막(29B)으로 사용된 산화막의 습식식각시에는 불산 또는 BOE 용액 을 사용하고, 제1콘택영역(31A)을 형성하기 위해 제1막(29A)으로 사용된 질화막은 인산(H3PO4) 용액을 사용하고, 폴리실리콘막인 경우에는 질산(HNO3)과 불산(HF)이 혼합된 용액을 사용한다. 그리고, 제1막(29A)과 제2막(29B)은 그 두께가 동일하다. 이로써, 제1콘택영역(31A)과 제2콘택영역(31B)의 깊이는 동일할 수 있다.Preferably, the third interlayer insulating film 29 may be formed of insulating films of different materials. For example, the second layer 29B may be any one selected from PETEOS, PSG, Tetra Ethyl Ortho Silicate (TEOS), Undoped Silicate Glass (USG), Spin On Glass (SOG), or High Density Plasma Chemical Vapor Deposition (HDP-CVD). The first film 29A can be used as the nitride film or the polysilicon film. In this case, wet chemicals are used differently to form a stepped contact region. When wet etching the oxide film used as the second film 29B to form the second contact region 31B, hydrofluoric acid or BOE solution is used, and the first film 29A to form the first contact region 31A. The nitride film used as) is a phosphoric acid (H 3 PO 4 ) solution, and in the case of a polysilicon film, a mixture of nitric acid (HNO 3 ) and hydrofluoric acid (HF) is used. The first film 29A and the second film 29B have the same thickness. Thus, the depths of the first contact region 31A and the second contact region 31B may be the same.

제1 및 제2층간절연막(24, 26)은 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), USG(Undoped Silicate Glass), SOG(Spin On Glass) 또는 HDP-CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition) 중에서 선택된 어느 하나의 산화막이다.The first and second interlayer insulating films 24 and 26 may be any one selected from tetra ethyl ortho silicate (TEOS), undoped silicate glass (USG), spin on glass (SOG), or high density plasma chemical vapor deposition (HDP-CVD). Oxide film.

제1전극(28)은 가열전극 또는 하부전극이라고도 일컫는다. 제1전극(28)은 도핑된 폴리실리콘이나 탄탈륨, 구리, 텅스텐, 티타늄, 알루미늄과 같은 금속 또는 이들의 질화물과 같은 화합물을 사용하여 화학기상증착방법(CVD), 스퍼터링방법과 같은 물리적 기상 증착 방법(PVD) 또는 원자층 적층 방법(ALD)에 의해 형성할 수 있다.The first electrode 28 is also referred to as a heating electrode or a lower electrode. The first electrode 28 is a physical vapor deposition method such as chemical vapor deposition (CVD) or sputtering using a compound such as doped polysilicon, a metal such as tantalum, copper, tungsten, titanium, aluminum, or a nitride thereof. It can form by (PVD) or an atomic layer lamination method (ALD).

상변화 물질층(32)은 칼코겐 화합물을 사용하여 스퍼터링 방법으로 형성할 수 있다. 여기서, 칼코겐 화합물은 게르마늄-안티몬-텔루륨(GST)을 사용한다. 또한, 상변화물질층(32)은 비소-안티몬-텔루륨, 주석-안티몬-텔루륨, 주석-인듐-안티몬-텔루륨, 비소-게르마늄-안티몬-텔루륨, 탄탈륨, 니오브 내지 바나듐 등과 같은 5A족 원소-안티몬-텔루륨, 텅스텐, 몰리브덴 내지 크롬 등과 같은 6A족 원소-안티몬-텔루륨, 5A족 원소-안티몬-셀렌, 또는 6A족 원소-안티몬-셀렌 등을 포함한다. 바람직하게는, 상변화 물질층(32)은 게르마늄-안티몬-텔루륨(GST)를 사용한다.The phase change material layer 32 may be formed by a sputtering method using a chalcogenide compound. Here, the chalcogenide compound uses germanium-antimony-tellurium (GST). In addition, the phase change material layer 32 is 5A such as arsenic-antimony-tellurium, tin-antimony-tellurium, tin-indium-antimony-tellurium, arsenic-germanium-antimony-tellurium, tantalum, niobium to vanadium and the like. Group 6A-antimony-tellurium, such as group element-antimony-tellurium, tungsten, molybdenum to chromium, etc., group 5A element-antimony-selenium, group 6A element-antimony-selen, and the like. Preferably, the phase change material layer 32 uses germanium-antimony-tellurium (GST).

제2전극(33)은, 티타늄 질화막(TiN)과 같은 금속질화막, 티타늄, 텅스텐과 같은 금속막, 또는 티타늄 실리사이드막과 같은 금속실리사이드막을 사용하여 형성된다. The second electrode 33 is formed using a metal nitride film such as titanium nitride film (TiN), a metal film such as titanium or tungsten, or a metal silicide film such as titanium silicide film.

도 2a에 도시된 상변화메모리장치의 프로그램 또는 소거하는 방법을 도 2b를 참조하여 설명하면, 제1전극(28)으로 프로그램동작 또는 소거동작을 위한 동작전류를 공급한다. 이에 따라, 제1전극(28)으로부터 주울 열이 발생되어 상변화물질층(32)의 제1전극(28)과 접촉하는 면을 통하여 상변화물질층(32)에 열이 공급된다. 그 결과, 공급되는 전류의 양 및 전류의 공급시간에 따라 상변화물질층(32)의 프로그램영역(32A)은 비정질상태 또는 결정상태로 변한다.A method of programming or erasing the phase change memory device shown in FIG. 2A will be described with reference to FIG. 2B. An operating current for a program operation or an erase operation is supplied to the first electrode 28. Accordingly, Joule heat is generated from the first electrode 28 and heat is supplied to the phase change material layer 32 through a surface in contact with the first electrode 28 of the phase change material layer 32. As a result, the program region 32A of the phase change material layer 32 changes into an amorphous state or a crystalline state according to the amount of current supplied and the supply time of the current.

본 발명은 제1전극(28)과 상변화물질층(32)간 접촉면적을 작게 하므로써, 프로그램영역(32A)의 부피를 현저히 감소시킬 수 있고, 이에 따라 프로그램영역(32A)에 제공되어야 하는 열을 감소시킬 수 있다. 결국, 상변화메모리장치의 동작전류의 양을 현저히 감소시킬 수 있다.The present invention can significantly reduce the volume of the program region 32A by reducing the contact area between the first electrode 28 and the phase change material layer 32, and thus the heat to be provided in the program region 32A. Can be reduced. As a result, the amount of operating current of the phase change memory device can be significantly reduced.

도 2a에 도시된 상변화메모리장치는, 상변화물질층(32)이 매립되는 제3층간절연막(29)을 습식식각률이 서로 다른 산화막의 적층구조로 형성하거나 또는 서로 다른 물질로 형성하여 상변화물질층(32)이 매립되는 콘택영역을 하부로 갈수록 좁아지는 계단형 구조로 형성하므로써, 상변화물질층(32)과 제1전극(28)간 접촉면적을 줄일 수 있다.In the phase change memory device shown in FIG. 2A, the third interlayer insulating film 29 having the phase change material layer 32 embedded therein may be formed in a stack structure of oxide films having different wet etch rates or formed of different materials to change phase. By forming the contact region in which the material layer 32 is embedded in a stepped structure that becomes narrower toward the bottom, the contact area between the phase change material layer 32 and the first electrode 28 can be reduced.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 상변화메모리장치의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a phase change memory device according to an embodiment of the present invention.

도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(21)에 불순물영역(23)을 구비하는 복수의 트랜지스터를 형성한다. 도시하지 않았지만, 트랜지스터는 또하나의 불순물영역을 포함하고, 게이트도 포함한다. 여기서, 불순물영역(23)은 트랜지스터의 소스영역 및 드레인영역에 해당되며, 소자분리막(22)에 의해 분리되어 있다.As shown in FIG. 3A, a plurality of transistors having impurity regions 23 are formed in the substrate 21. Although not shown, the transistor includes another impurity region and also includes a gate. Here, the impurity region 23 corresponds to the source region and the drain region of the transistor, and is separated by the device isolation film 22.

이어서, 기판(21) 상에 제1층간절연막(24)을 형성한다. 여기서, 제1층간절연막(24)은 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), USG(Undoped Silicate Glass), SOG(Spin On Glass) 또는 HDP-CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition) 중에서 선택된 어느 하나의 산화막이다. Subsequently, a first interlayer insulating film 24 is formed on the substrate 21. Here, the first interlayer insulating film 24 is any one oxide film selected from tetra ethyl ortho silicate (TEOS), undoped silica glass (USG), spin on glass (SOG), or high density plasma chemical vapor deposition (HDP-CVD). .

이어서, 사진 식각 공정을 통하여 제1층간절연막(24)을 일부 식각하여 불순물영역(22)의 일부를 노출시키는 콘택홀을 형성한 후, 콘택홀을 매립하는 콘택플러그(25)를 형성한다. 여기서, 콘택플러그(25)는 불순물이 도핑된 폴리실리콘막, 구리, 탄탈륨, 텅스텐 또는 알루미늄과 같은 도전막을 사용하여 형성하며, 도전막을 증착한 후에 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정, 에치백(Etchback) 공정 또는 이들을 조합한 공정으로 제1층간절연막(24)의 상면이 노출될 때까지 제거하므로써 형성된다.Subsequently, a part of the first interlayer insulating layer 24 is etched through a photolithography process to form a contact hole exposing a part of the impurity region 22, and then a contact plug 25 is formed to fill the contact hole. Here, the contact plug 25 is formed using a conductive film such as a polysilicon film doped with impurities, copper, tantalum, tungsten or aluminum, and after the conductive film is deposited, a chemical mechanical polishing process, an etch back ( It is formed by removing until the upper surface of the first interlayer insulating film 24 is exposed by an etching process or a combination thereof.

위와 같이, 형성된 콘택플러그(25)는 후속하는 제1전극이 연결될 플러그이다. 도시하지 않았지만, 콘택플러그(25) 형성 후에는 비트라인 공정이 진행될 수 있다.As described above, the formed contact plug 25 is a plug to which a subsequent first electrode is connected. Although not illustrated, the bit line process may be performed after the contact plug 25 is formed.

이어서, 콘택플러그(25)가 매립된 제1층간절연막(24) 상에 제2층간절연막(26)을 형성한다. 여기서, 제2층간절연막(26)은 제1층간절연막(24)과 동일하게 TEOS, USG, SOG 또는 HDP-CVD 중에서 선택된 어느 하나의 산화막이다.Next, a second interlayer insulating film 26 is formed on the first interlayer insulating film 24 having the contact plug 25 embedded therein. Here, the second interlayer insulating film 26 is an oxide film selected from TEOS, USG, SOG, or HDP-CVD, similarly to the first interlayer insulating film 24.

이어서, 통상적인 사진 식각 공정으로 제2층간절연막(25)을 일부 식각하여 콘택플러그(25)의 상면을 부분적으로 노출시키는 콘택홀(27)을 형성한다. 이때, 콘택홀(27)의 폭은 콘택플러그(25)의 폭과 동일할 수 있다.Subsequently, the second interlayer insulating layer 25 is partially etched by a conventional photolithography process to form a contact hole 27 partially exposing the top surface of the contact plug 25. In this case, the width of the contact hole 27 may be the same as the width of the contact plug 25.

위와 같이 콘택홀(27)은 제1전극이 매립될 영역으로서, ArF 감광막 및 하드마스크 구조를 사용하지 않고, 통상적으로 사용되는 KrF 감광막과 같은 저렴한 비용의 감광막을 식각장벽으로 이용하여 형성한다. 이로써, 본 발명은 종래기술과 같이 콘택홀의 크기를 작게 패터닝하지 않아도 된다.As described above, the contact hole 27 is a region in which the first electrode is to be buried, and does not use an ArF photosensitive film and a hard mask structure, and is formed by using an inexpensive photosensitive film such as a conventional KrF photosensitive film as an etching barrier. Thus, the present invention does not need to pattern the size of the contact hole small as in the prior art.

도 3b에 도시된 바와 같이, 콘택홀(27)을 갖는 제2층간절연막(26) 상에 콘택홀(27)을 채우는 도전막을 형성한다. 여기서, 도전막은 도핑된 폴리실리콘이나 탄탈륨, 구리, 텅스텐, 티타늄, 알루미늄과 같은 금속 또는 이들의 질화물과 같은 화합물을 사용하여 화학기상증착방법(CVD), 스퍼터링방법과 같은 물리적 기상 증착 방법(PVD) 또는 원자층 적층 방법(ALD)에 의해 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3B, a conductive film filling the contact hole 27 is formed on the second interlayer insulating film 26 having the contact hole 27. Here, the conductive film is a physical vapor deposition method (PVD), such as chemical vapor deposition (CVD), sputtering method using a metal such as doped polysilicon, tantalum, copper, tungsten, titanium, aluminum, or nitrides thereof. Or it can form by atomic layer lamination method (ALD).

다음에, 제2층간절연막(26)의 상면이 노출될 때까지 도전막을 제거하여 콘택홀(27)을 매립하는 제1전극(28)을 형성한다. 제1전극(28)은 후속하여 형성되는 상변화물질층을 콘택플러그(25)에 전기적으로 연결하는 하부 전극으로서 기능한다.Next, the conductive film is removed until the top surface of the second interlayer insulating film 26 is exposed to form the first electrode 28 filling the contact hole 27. The first electrode 28 functions as a lower electrode electrically connecting the subsequently formed phase change material layer to the contact plug 25.

도 3c에 도시된 바와 같이, 제1전극(28)이 매립된 제2층간절연막(26) 상에 제3층간절연막(29)을 형성한다. 이때, 제3층간절연막(29)은 서로 다른 식각률(Etch rate)을 갖는 막의 적층 구조로서, 제3층간절연막(29)은 제1막(29A)과 제2막(29B)을 포함한다. 여기서, 제1막(29A)과 제2막(29B)은 습식식각률이 서로 다른 막으로 서, 산화막(제1막)과 산화막(제2막), 질화막(제1막)과 산화막(제2막) 또는 폴리실리콘막(제1막)과 산화막(제2막)일 수 있다. 폴리실리콘막은 불순물이 도핑되지 않은 경우 절연성 막이 된다고 알려져 있다.As shown in FIG. 3C, a third interlayer insulating film 29 is formed on the second interlayer insulating film 26 having the first electrode 28 embedded therein. In this case, the third interlayer insulating film 29 is a stacked structure of films having different etching rates, and the third interlayer insulating film 29 includes a first film 29A and a second film 29B. Here, the first film 29A and the second film 29B are films having different wet etch rates, such as an oxide film (first film), an oxide film (second film), a nitride film (first film), and an oxide film (second film). Film) or a polysilicon film (first film) and an oxide film (second film). Polysilicon films are known to be insulating films when impurities are not doped.

바람직하게, 제3층간절연막(29)을 이루는 제1막(29A)과 제2막(29B)은 모두 실리콘산화막(SiO2), 특히 PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate)와 PSG(Phospho Silicate Glass)막을 포함한다. 제1막(29A)이 PETEOS인 경우 제2막(29B)은 PETEOS보다 습식식각률이 큰 물질이고, 제2막(29B)이 PSG막인 경우 제1막(28A)은 PSG막보다 습식식각률이 작은 막이다. 바람직하게, 제1막(29A)은 PETEOS막이고, 제2막(29B)은 PSG막으로서, PETEOS막은 PSG막보다 습식식각률이 더 작다. 습식식각률 차이는 산화막의 습식 케미컬에 의한 것이다. 습식케미컬는 HF 또는 BOE(Buffered Oxide etchant) 용액이다. 결국, 제3층간절연막(29)은 서로 다른 습식식각률을 갖는 PETEOS막과 PSG막의 적층 구조이다. Preferably, the first layer 29A and the second layer 29B constituting the third interlayer insulating layer 29 may be formed of silicon oxide (SiO 2 ), in particular, plasma enhanced tetra ethyl ortho silicate (PETOS) and phospho silicate glass (PSG). It includes a film. When the first layer 29A is PETEOS, the second layer 29B has a larger wet etching rate than the PETEOS layer, and when the second layer 29B is a PSG layer, the first layer 28A has a smaller wet etching rate than the PSG layer. That's it. Preferably, the first film 29A is a PETEOS film, the second film 29B is a PSG film, and the PETEOS film has a smaller wet etch rate than the PSG film. The difference in wet etch rate is due to the wet chemical of the oxide film. Wet chemicals are HF or Buffered Oxide etchant (BOE) solutions. As a result, the third interlayer insulating film 29 is a laminated structure of a PETEOS film and a PSG film having different wet etch rates.

바람직하게, 제3층간절연막(29)은 제2막(29B)을 산화막으로 사용하고, 제1막(29A)을 질화막이나 폴리실리콘막으로 사용할 수도 있다. 이 경우에는 후속 계단형 콘택영역 형성시 습식케미컬을 상이하게 사용한다. 제2막(29B)으로 사용된 산화막의 습식식각시에는 불산 또는 BOE 용액을 사용하고, 제1막(29A)으로 사용된 질화막은 인산(H3PO4) 용액을 사용하고, 폴리실리콘막인 경우에는 질산(HNO3)과 불산(HF)이 혼합된 용액을 사용한다. 한편, 질화막과 산화막이 적층된 경우, 불산(HF)을 이용하여 산화막과 질화막을 동시에 습식식각할 수도 있다. 이때, 불산은 산화막에 대해 매우 큰 식각률을 갖는데 반해 질화막에 대해서는 산화막보다 작은 식각률을 나타낸다.Preferably, the third interlayer insulating film 29 may use the second film 29B as an oxide film and the first film 29A as a nitride film or a polysilicon film. In this case, wet chemicals are used differently in the formation of subsequent stepped contact regions. When wet etching the oxide film used as the second film 29B, a hydrofluoric acid or BOE solution is used, and the nitride film used as the first film 29A uses a phosphoric acid (H 3 PO 4 ) solution and is a polysilicon film. In this case, a mixture of nitric acid (HNO 3 ) and hydrofluoric acid (HF) is used. Meanwhile, when the nitride film and the oxide film are stacked, the oxide film and the nitride film may be wet-etched at the same time using hydrofluoric acid (HF). In this case, the hydrofluoric acid has a very large etching rate for the oxide film, while the etching rate for the nitride film is smaller than that of the oxide film.

그리고, 제1막(29A)과 제2막(29B)은 그 두께가 동일하다. 이로써, 후속에 형성되는 제1콘택영역과 제2콘택영역의 깊이는 동일할 수 있다.The first film 29A and the second film 29B have the same thickness. As a result, the depths of the first contact region and the second contact region which are formed subsequently may be the same.

이어서, 제3층간절연막(29) 상에 감광막패턴(30)을 형성한다. 이때, 감광막패턴(30)은 상변화물질층이 매립될 콘택영역을 정의하기 위한 것으로서, 감광막패턴(30)에 제공된 개구(Opening, 30A)의 폭은 제1전극(28)의 폭과 동일할 수 있다. 아울러, 감광막패턴(30)은 후속 습식 식각 공정시 하부구조가 어택받는 것을 방지하는 역할도 한다.Subsequently, a photosensitive film pattern 30 is formed on the third interlayer insulating film 29. In this case, the photoresist pattern 30 is used to define a contact region in which the phase change material layer is to be embedded, and the width of the opening 30A provided in the photoresist pattern 30 may be the same as that of the first electrode 28. Can be. In addition, the photoresist pattern 30 also serves to prevent the underlying structure from being attacked during the subsequent wet etching process.

전술한 감광막패턴(30)의 개구(30A)는 그 형태가 원형이며, 제1전극(28)의 형태도 원형이다. 여기서, 제1전극(28)의 형태 및 감광막패턴(30)의 개구 형태는 여러 가지의 형태를 가질 수도 있다.The opening 30A of the photosensitive film pattern 30 described above is circular in shape, and the first electrode 28 is also circular. Here, the shape of the first electrode 28 and the opening shape of the photoresist pattern 30 may have various shapes.

이어서, 습식식각을 진행한다. 이때, 습식식각은 HF 또는 BOE 용액을 이용하여 진행한다. 습식식각에 의해 제1전극(28)의 표면 일부를 노출시키는 제1콘택영역(31A)과 제1콘택영역(31A) 상에서 제1콘택영역(31A)보다 폭이 더 큰 제2콘택영역(31B)이 동시에 형성된다. 이로써, 제1콘택영역(31A)과 제2콘택영역(31B)은 계단형 콘택영역(Step contact region)을 형성하며, 바람직하게는 제1콘택영역(31A)이 더 좁은 폭을 가지므로 제1전극(28)의 표면을 노출시키는 부분이 좁아지는 계단형 콘택영역이 된다.Subsequently, wet etching is performed. At this time, the wet etching is performed using HF or BOE solution. The second contact region 31B having a larger width than the first contact region 31A on the first contact region 31A and the first contact region 31A exposing a part of the surface of the first electrode 28 by wet etching. ) Is formed at the same time. Thus, the first contact region 31A and the second contact region 31B form a stepped contact region. Preferably, since the first contact region 31A has a narrower width, the first contact region 31A and the second contact region 31B have a narrower width. The portion exposing the surface of the electrode 28 becomes a stepped contact region that becomes narrow.

위와 같은 습식식각시 제2막(29B)은 PSG막이므로 그 아래의 PETEOS막인 제1막(29A)보다 습식 식각률이 크다. 따라서, 제1막(29A) 식각후 형성되는 제1콘택영역(31A)은 제2막(29B)의 식각에 제공되는 제2콘택영역(31B)보다 폭이 더 작다. 즉, 제1콘택영역(31A)의 폭(B1)은 제2콘택영역(31B)의 폭(B2)보다 작다. 아울러, 제1콘택영역(31A)의 폭(B1)은 제1전극(28)의 폭(B3)보다 작은 폭을 갖고, 제2콘택영역(31B)의 폭(B2)은 제1전극(28)의 폭과 동일한 폭을 갖는다.Since the second layer 29B is the PSG layer, the wet etching rate is greater than that of the first layer 29A, which is the PETEOS layer. Therefore, the first contact region 31A formed after etching the first layer 29A is smaller in width than the second contact region 31B provided for etching the second layer 29B. That is, the width B1 of the first contact region 31A is smaller than the width B2 of the second contact region 31B. In addition, the width B1 of the first contact region 31A has a width smaller than the width B3 of the first electrode 28, and the width B2 of the second contact region 31B is the first electrode 28. Have the same width as).

결국, 제1전극(28) 표면을 노출시키는 콘택영역은 제1콘택영역(31A)과 제2콘택영역(31B)으로 이루어지고, 하부의 제1콘택영역(31A)의 폭이 더 작아 계단형 콘택영역이 형성된다. 이와 같이, 좁은 폭의 제1콘택영역(31A)을 갖는 계단형 콘택영역을 형성하므로써, 후속 계단형 콘택영역에 매립되는 상변화물질층과 제1전극(28)의 접촉면적을 줄일 수 있다. 이는 제1전극(28)의 크기를 미리 조절할 필요가 없음을 의미하고, 따라서 비용부담이 큰 ArF 감광막 및 하드마스크구조를 사용할 필요가 없다.As a result, the contact region exposing the surface of the first electrode 28 is composed of the first contact region 31A and the second contact region 31B, and the width of the lower first contact region 31A is smaller so that the contact region is stepped. A contact region is formed. As such, by forming the stepped contact region having the narrow first contact region 31A, the contact area between the phase change material layer and the first electrode 28 embedded in the subsequent stepped contact region can be reduced. This means that it is not necessary to adjust the size of the first electrode 28 in advance, and therefore, there is no need to use a costly ArF photosensitive film and a hard mask structure.

도 3d에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(30)을 제거한다.As shown in FIG. 3D, the photoresist pattern 30 is removed.

이어서, 제1콘택영역(31A)과 제2콘택영역(31B)을 매립하도록 상변화물질층(32)을 형성한후 평탄화공정을 진행한다. 상변화 물질층(32)은 칼코겐 화합물을 사용하여 스퍼터링 방법으로 형성할 수 있다. 여기서, 칼코겐 화합물은 게르마늄-안티몬-텔루륨(GST)을 사용한다. 또한, 상변화물질층(32)은 비소-안티몬-텔루륨, 주석-안티몬-텔루륨, 주석-인듐-안티몬-텔루륨, 비소-게르마늄-안티몬-텔루륨, 탄탈륨, 니오브 내지 바나듐 등과 같은 5A족 원소-안티몬-텔루륨, 텅스텐, 몰리브덴 내지 크롬 등과 같은 6A족 원소-안티몬-텔루륨, 5A족 원소-안티몬-셀렌, 또는 6A족 원소-안티몬-셀렌 등을 포함한다. 바람직하게는, 상변화 물질층(32)은 게르마늄-안티몬-텔루륨(GST)를 사용한다.Subsequently, after the phase change material layer 32 is formed to fill the first contact region 31A and the second contact region 31B, the planarization process is performed. The phase change material layer 32 may be formed by a sputtering method using a chalcogenide compound. Here, the chalcogenide compound uses germanium-antimony-tellurium (GST). In addition, the phase change material layer 32 is 5A such as arsenic-antimony-tellurium, tin-antimony-tellurium, tin-indium-antimony-tellurium, arsenic-germanium-antimony-tellurium, tantalum, niobium to vanadium and the like. Group 6A-antimony-tellurium, such as group element-antimony-tellurium, tungsten, molybdenum to chromium and the like, group 5A element-antimony-selen, or group 6A element-antimony-selen and the like. Preferably, the phase change material layer 32 uses germanium-antimony-tellurium (GST).

도 3e에 도시된 바와 같이, 상변화 물질층(32) 상에 제2전극(33)을 형성한다. 제2전극(33)은, 티타늄 질화막(TiN)과 같은 금속질화막, 티타늄, 텅스텐과 같은 금속막, 또는 티타늄 실리사이드막과 같은 금속실리사이드막을 사용하여 형성된다. As shown in FIG. 3E, the second electrode 33 is formed on the phase change material layer 32. The second electrode 33 is formed using a metal nitride film such as titanium nitride film (TiN), a metal film such as titanium or tungsten, or a metal silicide film such as titanium silicide film.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1전극과 상변화물질층간 접촉면적을 도시한 평면도다.4 is a plan view illustrating a contact area between a first electrode and a phase change material layer according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 원형의 제1전극(28)이 일정 간격을 갖고 복수개 배치되며, 복수의 제1전극(28)에 대응하는 하나의 제2전극(33)이 형성된다. 제1전극(28) 위에는 원형의 상변화물질층(32)이 접촉되는데, 상변화물질층(32)과 제1전극(28)은 제1콘택영역(31A)에 의해 작은 접촉면적을 갖고 접촉된다.Referring to FIG. 4, a plurality of circular first electrodes 28 are arranged at regular intervals, and one second electrode 33 corresponding to the plurality of first electrodes 28 is formed. A circular phase change material layer 32 is in contact with the first electrode 28. The phase change material layer 32 and the first electrode 28 have a small contact area by the first contact region 31A. do.

상술한 실시예에 따르면, 본 발명은 상변화물질층(32)이 매립되는 제3층간절연막(29)을 습식식각률이 서로 다른 산화막의 적층구조로 형성하거나 또는 서로 다른 물질로 형성하여 상변화물질층(32)이 매립되는 콘택영역을 계단형 구조로 형성하므로써, 상변화물질층(32)과 제1전극(28)간 접촉면적을 줄일 수 있다.According to the embodiment described above, the present invention is a phase change material by forming the third interlayer insulating film 29 in which the phase change material layer 32 is embedded in a stacked structure of oxide films having different wet etch rates or formed of different materials. By forming the contact region in which the layer 32 is embedded in a stepped structure, the contact area between the phase change material layer 32 and the first electrode 28 can be reduced.

또한, 상변화물질층(32)이 매립되는 콘택영역을 계단구조로 형성하므로, 제1전극(28)의 패터닝시 하드마스크 구조 및 ArF 감광막을 사용하지 않아도 된다. 즉, 원하는 타겟 대비 큰 크기로 제1전극(28)의 패터닝이 가능하기 때문에 KrF 감광막 을 적용할 수 있고, 하드마스크구조도 사용할 필요가 없다. 결국, 제1전극(28)의 크기를 작게 하기 위한 부담(Budden)이 줄어든다.In addition, since the contact region in which the phase change material layer 32 is embedded is formed in a stepped structure, a hard mask structure and an ArF photosensitive film may not be used when patterning the first electrode 28. That is, since the first electrode 28 can be patterned to a larger size than the desired target, the KrF photosensitive film can be applied, and there is no need to use a hard mask structure. As a result, the burden Buden for reducing the size of the first electrode 28 is reduced.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 본 발명은 상변화물질층이 매립되는 층간절연막을 습식식각률이 서로 다른 산화막의 적층구조로 형성하거나 또는 서로 다른 물질로 형성하여 상변화물질층이 매립되는 콘택영역을 계단형 구조로 형성하므로써, 상변화물질층과 제1전극간 접촉면적을 줄여 동작전류를 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the interlayer insulating film in which the phase change material layer is embedded is formed in a laminated structure of oxide films having different wet etch rates or formed of different materials to form a contact region in which the phase change material layer is embedded in a stepped structure. In addition, the contact area between the phase change material layer and the first electrode can be reduced to significantly reduce the operating current.

또한, 본 발명은 상변화물질층이 매립되는 콘택영역을 계단구조로 형성하여 제1전극과 상변화물질층간 접촉면적을 줄일 수 있으므로, 원하는 타겟 대비 큰 크기로 제1전극의 패터닝이 가능하기 때문에 KrF 감광막을 적용할 수 있고, 하드마스크구조도 사용할 필요가 없다. 결국, 제1전극의 크기를 작게 하기 위한 부담(Budden)이 줄어드는 효과를 기대할 수 있다.In addition, the present invention can reduce the contact area between the first electrode and the phase change material layer by forming a contact region in which the phase change material layer is embedded in a stepped structure, so that the first electrode can be patterned to a larger size than a desired target. The KrF photosensitive film can be applied, and there is no need to use a hard mask structure. As a result, an effect of reducing the burden for reducing the size of the first electrode can be expected.

Claims (25)

층간절연막 내의 콘택홀에 매립된 제1전극;A first electrode embedded in a contact hole in the interlayer insulating film; 상기 제1전극을 노출시키는 부분이 좁아지는 계단형 콘택 영역을 제공하는 절연막;An insulating film providing a stepped contact region in which a portion exposing the first electrode is narrowed; 상기 계단형 콘택 영역에 매립된 상변화물질층; 및A phase change material layer embedded in the stepped contact region; And 상기 상변화물질층 상에 형성된 제2전극A second electrode formed on the phase change material layer 을 포함하는 상변화 메모리 장치.Phase change memory device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연막의 계단형 콘택영역은,The stepped contact region of the insulating film, 상기 제1전극의 일부 표면을 노출시키는 제1콘택영역과 상기 제1콘택영역 위에서 상기 제1콘택영역보다 더 큰 폭을 가져 계단형 구조를 형성하는 제2콘택영역을 포함하는 상변화 메모리 장치.And a second contact region forming a stepped structure having a width greater than that of the first contact region on the first contact region and exposing a first surface of the first electrode. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1콘택영역의 폭은 상기 제1전극의 폭보다 작은 폭을 갖는 상변화 메모리 장치.The width of the first contact region has a width smaller than the width of the first electrode. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2콘택영역의 폭은 상기 제1전극의 폭과 동일한 폭을 갖는 상변화 메모리 장치.The width of the second contact region has a width equal to the width of the first electrode. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 절연막은,The insulating film, 상기 제1콘택영역을 제공하는 제1막과 상기 제2콘택영역을 제공하는 제2막을 포함하는 상변화 메모리 장치.And a second layer providing the first contact region and a second layer providing the second contact region. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제1막과 제2막은 산화막인 상변화 메모리 장치.And the first and second layers are oxide films. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제1막은 상기 제2막보다 습식 식각률이 더 작은 산화막인 상변화 메모리 장치.And the first layer is an oxide layer having a smaller wet etch rate than the second layer. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제1막은 PETEOS막이고, 상기 제2막은 상기 PETEOS막보다 습식식각률이 더 큰 산화막인 상변화 메모리 장치.The first film is a PETEOS film, and the second film is an oxide film having a larger wet etching rate than the PETEOS film. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제2막은 PSG막이고, 상기 제1막은 상기 PSG막보다 습식식각률이 더 작은 산화막인 상변화 메모리 장치.The second film is a PSG film, and the first film is an oxide film having a smaller wet etch rate than the PSG film. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제1막은 PETEOS막이고, 상기 제2막은 PSG막인 상변화 메모리 장치.The first film is a PETEOS film, and the second film is a PSG film. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제2막은 산화막이고, 상기 제1막은 질화막 또는 폴리실리콘막인 상변화 메모리 장치.And the second film is an oxide film, and the first film is a nitride film or a polysilicon film. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 제2막은 PETEOS, PSG, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), USG(Undoped Silicate Glass), SOG(Spin On Glass) 또는 HDP-CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition) 중에서 선택된 어느 하나의 산화막인 상변화 메모리 장치.The second layer is a phase change of any one oxide film selected from PETEOS, PSG, Tetra Ethyl Ortho Silicate (TEOS), Undoped Silicate Glass (USG), Spin On Glass (SOG), or High Density Plasma Chemical Vapor Deposition (HDP-CVD). Memory device. 기판 상부의 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계;Forming a contact hole by etching the interlayer insulating layer on the substrate; 상기 콘택홀에 매립되는 제1전극을 형성하는 단계;Forming a first electrode embedded in the contact hole; 상기 제1전극 상에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the first electrode; 상기 절연막의 일부를 식각하여 상기 제1전극을 노출시키는 부분이 좁아지는 계단형 콘택 영역을 형성하는 단계;Etching a portion of the insulating layer to form a stepped contact region in which a portion exposing the first electrode is narrowed; 상기 콘택 영역에 매립되는 상변화물질층을 형성하는 단계; 및Forming a phase change material layer buried in the contact region; And 상기 상변화물질층 상에 제2전극을 형성하는 단계Forming a second electrode on the phase change material layer 를 포함하는 상변화 메모리 장치 제조 방법.Phase change memory device manufacturing method comprising a. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 계단형 콘택영역은,The stepped contact region, 상기 절연막 상에 감광막패턴을 형성한 후에 상기 절연막을 습식식각하여 형성하는 상변화 메모리 장치 제조 방법.And forming a photoresist pattern on the insulating layer, followed by wet etching the insulating layer. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 절연막은,The insulating film, 동일 습식케미컬(Wet chemical)에 대해 습식 식각률이 서로 다른 막들의 적층구조로 형성하는 상변화 메모리 장치 제조 방법.A method of manufacturing a phase change memory device in which a wet etching rate is formed in a stacked structure of films having different wet etch rates for the same wet chemical. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 절연막은,The insulating film, 제1막과 상기 제1막보다 습식식각률이 더 큰 제2막의 적층구조로 형성하는 상변화 메모리 장치 제조 방법.A method of manufacturing a phase change memory device having a stacked structure of a first film and a second film having a larger wet etch rate than the first film. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 제1막과 제2막은 산화막인 상변화 메모리 장치 제조 방법.And the first and second films are oxide films. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제1막은 PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ortho Etyl Silicate)막이고, 상기 제2막은 상기 PETEOS막보다 습식식각률이 더 큰 산화막인 상변화 메모리 장치 제조 방법.The first film is a PETEOS (Plasma Enhanced Tetra Ortho Etyl Silicate) film, and the second film is an oxide film having a larger wet etching rate than the PETEOS film. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제2막은 PSG막이고, 상기 제1막은 상기 PSG(Phospho Silicate Glass)막보다 습식식각률이 더 작은 산화막인 상변화 메모리 장치 제조 방법.And the second layer is a PSG layer, and the first layer is an oxide layer having a smaller wet etch rate than the PSG (Phospho Silicate Glass) layer. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제1막은 PETEOS막이고, 상기 제2막은 PSG막인 상변화 메모리 장치 제조 방법.The first film is a PETEOS film, and the second film is a PSG film manufacturing method. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 절연막은,The insulating film, 상이한 습식케미컬이 적용되는 막들이 적층된 구조로 형성하는 상변화 메모리 장치 제조 방법.A method of manufacturing a phase change memory device in which films having different wet chemicals are applied to form a stacked structure. 제21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 절연막은 질화막과 산화막의 적층구조로 형성하는 상변화 메모리 장치 제조 방법.And the insulating film is formed in a stacked structure of a nitride film and an oxide film. 제21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 절연막은 폴리실리콘막과 산화막의 적층구조로 형성하는 상변화 메모리 장치 제조 방법.And the insulating film is formed in a stacked structure of a polysilicon film and an oxide film. 제22항 또는 제23항에 있어서,The method of claim 22 or 23, 상기 산화막은,The oxide film, PETEOS, PSG, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), USG(Undoped Silicate Glass), SOG(Spin On Glass) 또는 HDP-CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition) 중에서 선택된 어느 하나인 상변화 메모리 장치 제조 방법.A method of manufacturing a phase change memory device, which is any one selected from PETEOS, PSG, Tetra Ethyl Ortho Silicate (TEOS), Undoped Silicate Glass (USG), Spin On Glass (SOG), or High Density Plasma Chemical Vapor Deposition (HDP-CVD). 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 계단형 콘택영역을 형성하는 단계는,Forming the stepped contact region, 상기 제1전극의 폭과 동일한 폭의 개구(Opening)를 갖는 감광막패턴을 식각장벽으로 이용하여 진행하는 상변화 메모리 장치 제조 방법.And a photoresist pattern having an opening having a width equal to that of the first electrode is used as an etch barrier.
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