KR100869354B1 - Phase change random access momory device and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
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
23 : 불순물영역 24 : 제1층간절연막23
25 : 콘택플러그 26 : 제2층간절연막25
28 : 제1전극 29 : 제3층간절연막28: first electrode 29: third interlayer insulating film
31A : 제1콘택영역 31B : 제2콘택영역31A:
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
제2전극(33)은, 티타늄 질화막(TiN)과 같은 금속질화막, 티타늄, 텅스텐과 같은 금속막, 또는 티타늄 실리사이드막과 같은 금속실리사이드막을 사용하여 형성된다. The
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
그리고, 제1막(29A)과 제2막(29B)은 그 두께가 동일하다. 이로써, 후속에 형성되는 제1콘택영역과 제2콘택영역의 깊이는 동일할 수 있다.The
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
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
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
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
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
도 3d에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(30)을 제거한다.As shown in FIG. 3D, the
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
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
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
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
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
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.
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2007
- 2007-06-27 KR KR1020070063616A patent/KR100869354B1/en not_active IP Right Cessation
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