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KR20070120242A - Method of forming a contact and method of manufacturing a phase-changeable memory device using the same - Google Patents

Method of forming a contact and method of manufacturing a phase-changeable memory device using the same Download PDF

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Publication number
KR20070120242A
KR20070120242A KR1020060054725A KR20060054725A KR20070120242A KR 20070120242 A KR20070120242 A KR 20070120242A KR 1020060054725 A KR1020060054725 A KR 1020060054725A KR 20060054725 A KR20060054725 A KR 20060054725A KR 20070120242 A KR20070120242 A KR 20070120242A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
forming
contact hole
resistive material
film
titanium
Prior art date
Application number
KR1020060054725A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박철우
이원준
윤병문
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020060054725A priority Critical patent/KR20070120242A/en
Publication of KR20070120242A publication Critical patent/KR20070120242A/en

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Abstract

A method for forming a contact is provided to form a contact with an improved structure and an increased electrical characteristic by removing a titanium/titanium nitride layer remaining on the sidewall of a contact hole while using a cleaning solution. An insulation is formed on a silicon substrate(200), having a contact hole exposing part of the substrate. The inside of the contact hole is filled with a resistive material. The resistive material is partially etched to make the resistive material left only on the bottom surface of the contact hole so that a resistive material pattern is formed. The resistive material remaining on the sidewall of the contact hole is eliminated by using a cleaning solution. A conductive layer is formed on the resistive material pattern to completely fill the contact hole. In the cleaning solution, the volume ratio of nitric acid, phosphoric acid and acetic acid mixed with water is 75:15:1.

Description

콘택 형성 방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 장치의 제조 방법. {Method of forming a contact and method of manufacturing a phase-changeable memory device using the same}A contact forming method and a method of manufacturing a phase change memory device using the same. {Method of forming a contact and method of manufacturing a phase-changeable memory device using the same}

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다.1 to 5 are schematic cross-sectional views illustrating a method for forming a contact according to an embodiment of the present invention.

도 6 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다.6 to 17 are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a phase change memory device according to another exemplary embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

200 : 반도체 기판 212 : 게이트 구조물200 semiconductor substrate 212 gate structure

220 : 하부 층간 절연막 222,224 : 제1, 제2 콘택 패드220: lower interlayer insulating film 222, 224: first and second contact pads

228 : 도전 패턴 232a : 제1 개구부228 conductive pattern 232a first opening

236 : 하부 전극 238 : 티타늄/티타늄 질화막236: lower electrode 238: titanium / titanium nitride film

240 : 코발트 실리사이드 패턴 246 : 상변화 물질층 240: cobalt silicide pattern 246: phase change material layer

252 : 상부전극 254 : 상부배선252: upper electrode 254: upper wiring

본 발명은 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 형성된 도전 패턴들과 비트 라인 또는 콘택 플러그를 연결시키기 위한 콘택 형성방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pattern forming method and a method of manufacturing a phase change memory device using the same. A method for manufacturing a device.

반도체 메모리 장치는 전원 공급이 중단되었을 경우 저장 데이터의 유지 여부에 따라 일반적으로 DRAM 장치 또는 SRAM 장치와 같은 휘발성 반도체 메모리 장치와 플래시(flash) 메모리 장치 또는 EEPROM 장치와 같은 불휘발성 반도체 메모리 장치로 구분될 수 있다. 디지털 카메라, 휴대폰 또는 MP3 플레이어와 같은 기기에 사용되는 반도체 메모리 장치로는 불휘발성 메모리 소자인 플래시 메모리 장치가 주로 사용되고 있다. 그렇지만, 플래시 메모리 장치에 있어서는 데이터를 기록하거나 독취하는 과정에서 비교적 많은 시간이 요구되기 때문에, 이러한 플래시 장치를 대체하기 위하여 MRAM, FRAM 또는 PRAM 장치와 같은 새로운 반도체 장치가 개발되어 왔다.The semiconductor memory device is generally classified into a volatile semiconductor memory device such as a DRAM device or an SRAM device and a nonvolatile semiconductor memory device such as a flash memory device or an EEPROM device when a power supply is interrupted. Can be. As a semiconductor memory device used in a device such as a digital camera, a mobile phone or an MP3 player, a flash memory device which is a nonvolatile memory device is mainly used. However, since flash memory devices require a relatively long time in writing or reading data, new semiconductor devices such as MRAM, FRAM or PRAM devices have been developed to replace such flash devices.

불휘발성 반도체 메모리 장치 가운데 하나인 PRAM 장치는 칼코겐(chalcogenide) 화합물의 상전이(phase transition)에 의한 비정질(amorphous) 상태와 결정(crystal) 상태 사이의 저항의 차이를 이용하여 데이터를 저장한다. 즉, PRAM 장치는 인가된 펄스의 진폭과 길이에 따라 칼코겐 화합물인 GST(Ge2Sb2Te5)로 이루어진 상변화 물질층의 가역적 상변화(reversible phase transition)를 이용하여 데이터를 "0" 과 "1"의 상태로 저장한다. 다시 말하면, 저 항이 큰 비정질 상태로의 전환에 요구되는 리셋(reset) 전류와 저항이 작은 결정 상태로 바꾸는 셋(set) 전류는 아래에 위치하는 트랜지스터로부터 작은 사이즈를 갖는 하부 전극을 거쳐 상변화 물질층으로 전달되어 상변화가 일어난다. 상기 하부 전극의 상부 영역은 상변화 물질층에 연결되고, 상기 하부 영역은 상기 트랜지스터에 접촉되는 콘택에 연결된다. 이 경우, 상기 콘택은 저항이 낮은 오믹 콘택(ohmic contact)으로 이루어져야 한다.A PRAM device, which is one of nonvolatile semiconductor memory devices, stores data using a difference in resistance between an amorphous state and a crystal state due to a phase transition of a chalcogenide compound. That is, the PRAM device uses a reversible phase transition of a phase change material layer made of a chalcogenide compound, GST (Ge 2 Sb 2 Te 5 ), according to the amplitude and length of an applied pulse. And save it as "1". In other words, the reset current required for the transition to a large amorphous state and the set current for changing to a low resistance crystal state are transferred from the underlying transistor through a lower electrode having a smaller size to a phase change material. Transfer to the layer causes a phase change. An upper region of the lower electrode is connected to a phase change material layer, and the lower region is connected to a contact in contact with the transistor. In this case, the contact should be made of ohmic contact with low resistance.

보다 상세하게, 고집적화에 따라 상기 콘택의 폭은 감소하는 반면, 층간 절연막의 두께는 증가하여 콘택의 종횡비가 증가된다. 상기 콘택 바닥의 면적이 감소함에 따라, 상기 콘택 바닥의 계면 저항이 증가한다. 상기 콘택 저항이 증가하면, 전류 구동 능력이 크게 감소되고, 상기 전류 구동 능력이 감소함에 따라 반도체 장치의 속도가 감소된다.In more detail, as the integration increases, the width of the contact decreases while the thickness of the interlayer insulating layer increases, thereby increasing the aspect ratio of the contact. As the area of the contact bottom decreases, the interface resistance of the contact bottom increases. As the contact resistance increases, the current driving capability is greatly reduced, and as the current driving capability decreases, the speed of the semiconductor device is reduced.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 콘택홀 바닥에 저항이 낮은 코발트 실리콘막을 형성한 후, 콘택용 도전막을 형성하여 저항이 낮은 오믹 콘택을 형성한다.In order to solve the above problems, a low-resistance cobalt silicon film is formed on the bottom of the contact hole, and then a conductive film for contact is formed to form an ohmic contact with low resistance.

보다 상세하게 설명하면, 실리콘을 포함하는 제1 도전 패턴들과 금속을 포함하는 제2 도전 패턴들이 형성된 기판 상에 상기 제1 도전 패턴들의 표면을 노출시키는 제1 콘택홀들과, 상기 제2 도전 패턴의 표면을 노출시키는 제2 콘택홀들을 포함하는 층간 절연막을 형성한다. 이어서, 상기 제1 및 제2 콘택홀 및 층간 절연막 상에 연속적으로 코발트막 및 티타늄/티타늄 질화막을 포함하는 금속 베리어막을 순차적으로 형성한다. 상기 금속 베리어막과 상기 제1 도전 패턴에 포함된 실리콘이 반응하여 상기 제1 도전 패턴들을 노출시키는 제1 콘택홀들의 저면에 코발트 실 리사이드가 형성되는 실리사이데이션 공정이 이루어진다.In more detail, first contact holes exposing the surface of the first conductive patterns on the substrate on which the first conductive patterns including silicon and the second conductive patterns including metal are formed, and the second conductive layer. An interlayer insulating film including second contact holes exposing the surface of the pattern is formed. Subsequently, metal barrier films including a cobalt film and a titanium / titanium nitride film are sequentially formed on the first and second contact holes and the interlayer insulating film. A silicidation process is performed in which cobalt silicide is formed on bottom surfaces of first contact holes exposing the first conductive patterns by reacting the metal barrier layer with silicon included in the first conductive pattern.

이어서, 실리사이데이션 공정으로 콘택홀 저면에 형성된 코발트 실리사이드막의 형성에 미 반응한 금속 베리어막을 식각 공정을 수행하여 제거한 후에, 콘택홀 도전막을 형성한다.Subsequently, after the metal barrier film which has not reacted to the formation of the cobalt silicide film formed on the bottom surface of the contact hole is removed by an etching process, a contact hole conductive film is formed.

이때, 고집적화에 따라, 식각 공정의 한계 및 식각 선택비 문제로 인하여, 상기 콘택홀 측벽에 상기 티타늄/티타늄 질화막이 완전히 제거되지 못하고 잔류하게 된다. 상기 티타늄/티타늄 질화막의 잔류량을 일정하게 조절하기 어려우며, 상기 콘택홀 내에 형성되는 하부 전극이 불균일하게 되어진다. 결과적으로, 하부 전극의 전기적인 특성이 저하되고, 상기 하부 전극을 포함하는 상변화 메모리 장치의 특성을 열화시키게 된다.At this time, due to the high integration, due to the limitations of the etching process and the etching selectivity problem, the titanium / titanium nitride film may not remain completely removed on the sidewall of the contact hole. It is difficult to constantly adjust the residual amount of the titanium / titanium nitride film, and the lower electrode formed in the contact hole becomes uneven. As a result, the electrical characteristics of the lower electrode are lowered and the characteristics of the phase change memory device including the lower electrode are deteriorated.

본 발명의 제1 목적은 구조 개선을 통하여 향상된 전기적 특성을 갖는 콘택 형성 방법을 제공하는데 있다.It is a first object of the present invention to provide a method for forming a contact having improved electrical properties through structural improvement.

본 발명의 제2 목적은 상기 콘택 형성 방법을 이용하여, 향상된 전기적 특성을 갖는 상변화 메모리 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.It is a second object of the present invention to provide a method of manufacturing a phase change memory device having improved electrical characteristics by using the contact forming method.

상기 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 콘택 형성 방법은, 실리콘 기판 상에 상기 기판의 일부를 노출시키는 콘택홀을 갖는 절연막을 형성하고, 상기 콘택홀 내부를 저항성 물질로 매립하고, 상기 저항성 물질이 상기 콘택홀 저면에만 존재하도록, 상기 저항성 물질을 부분적으로 식각함으 로써, 저항성 물질 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 콘택홀 측벽에 잔존하는 저항성 물질을 세정 용액을 이용하여 제거한 후에, 상기 콘택홀을 완전히 매립하도록, 상기 저항성 물질 패턴 상에 도전막을 형성한다.In order to achieve the first object of the present invention, a contact forming method according to an embodiment of the present invention, forming an insulating film having a contact hole for exposing a portion of the substrate on a silicon substrate, and the resistive inside the contact hole A resistive material pattern is formed by partially etching the resistive material so that the resistive material is only embedded in the material, and the resistive material is present only at the bottom of the contact hole. Subsequently, after the resistive material remaining on the contact hole sidewall is removed using a cleaning solution, a conductive film is formed on the resistive material pattern so as to completely fill the contact hole.

이때, 상기 세정 용액은, 물에 혼합되는 질산, 인산, 및 초산이 75:15:1의 부피비를 가지며, 상기 저항성 물질은 티타늄 및 티타늄 질화막을 포함하고 있다.At this time, the cleaning solution, the nitric acid, phosphoric acid, and acetic acid mixed in water has a volume ratio of 75: 15: 1, and the resistive material includes titanium and titanium nitride film.

상기 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여 본 발명이 다른 실시예에 따른 상변화 메모리 장치의 제조 방법은, 기판 상에 층간 절연막을 형성하고, 상기 층간 절연막에 도전 영역을 노출시키는 콘택홀을 형성하며, 상기 콘택홀 내에 저항성 물질을 형성한다. 이어서, 상기 저항성 물질이 상기 콘택홀 저면에만 존재하도록 상기 저항성 물질을 부분적으로 식각함으로써, 저항성 물질 패턴을 형성하고, 상기 콘택홀 측벽에 잔존하는 저항성 물질을 세정 용액을 이용하여 제거하며, 상기 저항성 물질 패턴 상에, 하부 전극, 상변화 물질막 및 상부 전극을 순차적으로 형성한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a phase change memory device, including forming an interlayer insulating film on a substrate and forming a contact hole exposing a conductive region to the interlayer insulating film. A resistive material is formed in the contact hole. Subsequently, by partially etching the resistive material so that the resistive material is present only on the bottom of the contact hole, a resistive material pattern is formed, and the resistive material remaining on the sidewall of the contact hole is removed using a cleaning solution, and the resistive material is removed. The lower electrode, the phase change material film, and the upper electrode are sequentially formed on the pattern.

상기 저항성 물질은 티타늄 및 티타늄 질화막을 포함하고 있으며, 상기 세정 용액은, 물에 혼합되는 질산, 인산, 및 초산이 75:15:1의 부피비를 갖는다. 이때, 상기 저항성 물질을 형성하기 이전에, 상기 콘택홀 및 상기 층간 절연막 상에 금속막을 연속적으로 형성하며, 상기 금속막에 포함된 금속과 상기 실리콘을 반응시켜 상기 콘택홀 저면에 선택적으로 금속 실리사이드 패턴을 형성한다. 상기 금속막은 코발트를 포함하며, 상기 금속 실리사이드 패턴은 코발트 실리사이드를 포함하고 있으며, 상기 상변화 물질은 칼코겐 화합물을 포함한다.The resistive material includes titanium and a titanium nitride film, and the cleaning solution has a volume ratio of 75: 15: 1 of nitric acid, phosphoric acid, and acetic acid mixed with water. In this case, before forming the resistive material, a metal film is continuously formed on the contact hole and the interlayer insulating layer, and a metal silicide pattern is selectively formed on the bottom surface of the contact hole by reacting the metal included in the metal film with the silicon. To form. The metal layer may include cobalt, the metal silicide pattern may include cobalt silicide, and the phase change material may include a chalcogen compound.

상기 하부 전극을 형성하기 이전에, 상기 하부 전극 양측에 질화막 스페이서를 형성하는 단계를 더 수행한다.Before forming the lower electrode, the method may further include forming nitride spacers on both sides of the lower electrode.

그리고, 상기 층간 절연막을 형성하기 이전에, 상기 기판 상에 소오스, 드레인 및 게이트를 포함하는 트랜지스터를 형성하고, 상기 트랜지스터를 매립하는 하부 층간 절연막을 형성하고, 상기 하부 층간 절연막 내에 상기 소오스 및 드레인이 각각 접속하는 콘택 패드를 형성하며, 상기 드레인과 접속하는 콘택 패드와 전기적으로 연결되는 도전 라인을 형성하는 단계를 더 수행한다.Before forming the interlayer insulating film, a transistor including a source, a drain, and a gate is formed on the substrate, a lower interlayer insulating film filling the transistor is formed, and the source and the drain are formed in the lower interlayer insulating film. The method may further include forming contact pads to be connected to each other, and forming conductive lines electrically connected to the contact pads to be connected to the drain.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 콘택 형성 방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 장치의 제조 방법은, 콘택홀 측벽에 잔류하는 저항성 물질인 티타늄/티타늄 질화막을 세정 용액을 이용하여 제거함으로써, 콘택의 계면 저항이 작고, 전류 구동의 이상이 없는 콘택을 형성할 수 있으며, 상기와 같은 콘택 형성 방법을 이용하여, 전기적 특성을 일정하게 유지할 수 있는 상변화 메모리 장치를 제조할 수 있다.The contact forming method and the method of manufacturing a phase change memory device using the same according to the present invention configured as described above have a small interfacial resistance of the contact by removing the titanium / titanium nitride film, which is a resistive material remaining on the sidewalls of the contact hole, using a cleaning solution. In addition, it is possible to form a contact having no abnormality in current driving, and to manufacture a phase change memory device capable of maintaining a constant electrical characteristic by using the above-described contact forming method.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 막, 영역, 패드 또는 패턴들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 기판, 각 막, 영역 또는 패드들의 "상에", "상부에" 또는 "상부면"에 형성되 는 것으로 언급되는 경우에는 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 직접 기판, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 막, 다른 영역, 다른 패드 또는 다른 패턴들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들이 "제1", "제2" 및/또는 "제3"으로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들을 구분하기 위한 것이다. 따라서, "제1", "제2" 및/또는 "제3"은 각 막, 영역, 패드 또는 패턴들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments, and those skilled in the art will appreciate the technical spirit of the present invention. The present invention may be embodied in various other forms without departing from the scope of the present invention. In the accompanying drawings, the dimensions of the substrate, film, region, pad or patterns are shown to be larger than the actual for clarity of the invention. In the present invention, each film, region, pad or pattern is referred to as being formed on the "on", "top" or "top surface" of the substrate, each film, region or pads. Meaning that the pad or patterns are formed directly on the substrate, each film, region, pad or patterns, or another film, another region, another pad or other patterns may be additionally formed on the substrate. In addition, where each film, region, pad or pattern is referred to as "first," "second," and / or "third," it is not intended to limit these members but merely to define the respective film, region, pad or patterns To distinguish. Thus, "first", "second" and / or "third" may be used selectively or interchangeably for each film, region, pad or pattern, respectively.

콘택 형성 방법Contact Formation Method

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘택 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다.1 to 5 are schematic cross-sectional views illustrating a method for forming a contact according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 실리콘 기판(100) 상에 상기 기판의 일부를 노출시키는 콘택홀(104)을 갖는 절연막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 절연막은 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어질 수 있다. 이어서, 상기 절연막 상에 상기 절연막의 표면을 선택적으로 노출시키는 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다.Referring to FIG. 1, an insulating film (not shown) having a contact hole 104 exposing a portion of the substrate is formed on the silicon substrate 100. The insulating layer may be made of silicon oxide (SiO 2 ). A photoresist pattern (not shown) is then formed on the insulating film to selectively expose the surface of the insulating film.

상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 노출된 절연막을 상기 반도체 기판(100)이 노출되도록 식각하여 콘택홀(contact hole, 104)을 형성한다. 이때, 상기 식각 공정에 의해 상기 절연막으로부터 콘택홀(104)을 포함하는 절연막 구조물(102)을 수득한다.The exposed insulating layer is etched using the photoresist pattern as an etch mask to expose the semiconductor substrate 100 to form a contact hole 104. In this case, an insulating layer structure 102 including a contact hole 104 is obtained from the insulating layer by the etching process.

상기 콘택홀(104)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴은 애싱(ashing) 또는 스트립(strip) 공정에 의해 제거된다.After forming the contact hole 104, the photoresist pattern is removed by an ashing or strip process.

도 2를 참조하면, 상기 절연막 구조물(102) 및 콘택홀(104) 상에 금속막(106)을 연속적으로 형성한다. 상기 금속막(106)에 포함되는 금속으로는 코발트(Co) 등이 사용될 수 있다.Referring to FIG. 2, the metal layer 106 is continuously formed on the insulating layer structure 102 and the contact hole 104. Cobalt (Co) or the like may be used as the metal included in the metal film 106.

도 3을 참조하면, 상기 금속막(106)에 포함된 금속 즉, 코발트가 상기 콘택홀(104) 저면에 접촉된 실리콘과 반응하여 상기 콘택홀(104) 저면에 코발트 실리사이드(CoSi) 패턴(110)을 형성한다. 이때, 상기 코발트 실리사이드 패턴(110)을 형성하기 위하여 소정의 열처리를 수행할 수 있다.Referring to FIG. 3, a metal included in the metal layer 106, that is, cobalt, reacts with silicon contacting the bottom surface of the contact hole 104, and thus a cobalt silicide (CoSi) pattern 110 is formed on the bottom surface of the contact hole 104. ). In this case, a predetermined heat treatment may be performed to form the cobalt silicide pattern 110.

한편, 상기 코발트 실리사이드 패턴(110)은 이후에 형성되는 티타늄/티타늄 질화막(Ti/TiN,108)의 형성 공정에 의해 자연스럽게 형성될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 우선, 상기 금속막(106) 상에 티타늄/티타늄 질화막을(108) 상기 콘택홀(도2, 104) 내부를 충분히 매립하도록 형성한다. Meanwhile, the cobalt silicide pattern 110 may be naturally formed by a process of forming a titanium / titanium nitride layer (Ti / TiN, 108). In more detail, first, a titanium / titanium nitride film 108 is formed on the metal film 106 to sufficiently fill the inside of the contact hole (FIGS. 2 and 104).

상기 티타늄/티타늄 질화막(108)은 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition : CVD) 또는 물리 기상 증착 공정(Physical Vapor Deposition : PVD)을 이용하여 형성될 수 있다. The titanium / titanium nitride film 108 may be formed using a chemical vapor deposition process (CVD) or a physical vapor deposition process (PVD).

이때, 상기 티타늄/티타늄 질화막(108)을 형성하기 위한 공정 온도에 의해 상기 코발트 실리사이드 패턴(110)이 형성될 수 있으므로, 상기 코발트 실리사이드 패턴(110)을 형성하기 위하여 소정의 열처리를 생략할 수 있다.In this case, since the cobalt silicide pattern 110 may be formed by a process temperature for forming the titanium / titanium nitride layer 108, a predetermined heat treatment may be omitted to form the cobalt silicide pattern 110. .

상기 티타늄/티타늄 질화막(108)을 상기 코발트막(106) 상에 형성함으로써 , 상기 콘택홀(도2, 104) 내부에는 코발트 실리사이드 패턴(110) 및 티타늄/티타늄 질화막(108)이 적층되어 있다. 또한, 상기 절연막 상에는 코발트막 및 티타늄/티타늄 질화막(108)이 적층되어 있다.By forming the titanium / titanium nitride film 108 on the cobalt film 106, a cobalt silicide pattern 110 and a titanium / titanium nitride film 108 are stacked in the contact hole (FIGS. 2 and 104). In addition, a cobalt film and a titanium / titanium nitride film 108 are stacked on the insulating film.

도 4를 참조하면, 상기 절연막 구조물(102) 상에 형성된 코발트막(106) 및 티타늄/티타늄 질화막(108)과, 부가적으로 생성된 코발트 실리콘 티타늄막(미도시됨)을 제거한다. 상기 제거 공정은 식각 공정으로 수행될 수 있다. 이로써, 콘택홀(104) 저면에 코발트 실리사이드 패턴(110) 및 티타늄/티타늄 질화막(108a)이 적층되어 형성되게 된다.Referring to FIG. 4, the cobalt film 106 and the titanium / titanium nitride film 108 formed on the insulating film structure 102 and an additional cobalt silicon titanium film (not shown) are removed. The removal process may be performed by an etching process. As a result, the cobalt silicide pattern 110 and the titanium / titanium nitride layer 108a are stacked on the bottom of the contact hole 104.

구체적으로, 후속 공정으로 상기 콘택홀(도2, 104)내에 도전층(112)을 채우기 위하여, 상기 티타늄/티타늄 질화막(108)이 상기 콘택홀(104) 내의 소정의 높이로 채워지도록 건식 식각 공정을 수행한다.Specifically, a dry etching process is performed such that the titanium / titanium nitride film 108 is filled to a predetermined height in the contact hole 104 in order to fill the conductive layer 112 in the contact hole (FIGS. 2 and 104) in a subsequent process. Do this.

이때, 고집적화에 따른 식각 공정의 한계 및 식각 선택비 등으로 인하여 상기 콘택홀(104) 측벽에 잔류하는 티타늄/티타늄 질화막을 효과적으로 제거할 수 없다. 상기 콘택홀 측벽에 잔류하는 티타늄/티타늄 질화막을 제거하기 위하여, PAN 세정 용액을 사용하여 습식 세정을 수행한다. 상기 PAN 세정 용액은 인산(H3PO4), 초산(CH3COOH) 및 질산(HNO3)을 각각 75 : 25 : 1의 부피로 포함하는 세정 용액으로써, 금속과 금속 실리사이드 사이의 식각 선택비가 높다. 즉, 금속을 식각하여 제거하는 동안 상기 금속 실리사이드 패턴(110)은 거의 제거되지 않으며, 상기 콘택홀 측벽에 잔류하는 티타늄/티타늄 질화막(도시되지 않음)을 효과적으로 제거할 수 있다.In this case, due to the limitation of the etching process and the etching selectivity due to the high integration, the titanium / titanium nitride film remaining on the sidewall of the contact hole 104 may not be effectively removed. In order to remove the titanium / titanium nitride film remaining on the sidewalls of the contact hole, wet cleaning is performed using a PAN cleaning solution. The PAN cleaning solution is a cleaning solution containing phosphoric acid (H 3 PO 4 ), acetic acid (CH 3 COOH) and nitric acid (HNO 3 ) in a volume of 75: 25: 1, and the etching selectivity between the metal and the metal silicide is increased. high. That is, the metal silicide pattern 110 is hardly removed while the metal is etched and removed, and the titanium / titanium nitride film (not shown) remaining on the sidewalls of the contact hole may be effectively removed.

상기 세정 공정의 결과로 상기 기판(100) 상에 형성된 절연막 구조물(102)의 콘택홀(104) 저면에만 코발트 실리사이드 패턴(110) 및 티타늄/티타늄 질화막(108a)이 형성되어 있다.As a result of the cleaning process, the cobalt silicide pattern 110 and the titanium / titanium nitride layer 108a are formed only on the bottom surface of the contact hole 104 of the insulating layer structure 102 formed on the substrate 100.

도 5를 참조하면, 상기 콘택홀(104)을 메우도록 상기 절연막 구조물(102) 상에 콘택용 도전층(112)을 형성하여 상기 반도체 기판(100)과 전기적으로 연결되는 콘택을 형성한다. 통상적으로 상기 도전층(112)은 텅스텐(W), 티타늄알루미늄질화물(TiAIN)등을 포함한다.Referring to FIG. 5, a contact conductive layer 112 is formed on the insulating layer structure 102 to fill the contact hole 104 to form a contact electrically connected to the semiconductor substrate 100. Typically, the conductive layer 112 includes tungsten (W), titanium aluminum nitride (TiAIN), or the like.

상변화 메모리 장치의 제조 방법Manufacturing Method of Phase Change Memory Device

도 6 내지 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정 단면도들이다.6 to 17 are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a phase change memory device according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 셸로우 트렌치 소자 분리(Shallow Trench Isolation: STI) 공정 또는 실리콘 부분 산화법(local oxidation of silicon: LOCOS) 등과 같은 소자 분리 공정을 이용하여 반도체 기판(200)에 소자 분리막(203)을 형성함으로써, 반도체 기판(200)을 액티브 영역 및 필드 영역으로 구분한다.Referring to FIG. 6, the device isolation layer 203 may be formed on the semiconductor substrate 200 by using a device isolation process such as a shallow trench isolation (STI) process or a local oxidation of silicon (LOCOS) process. By forming the semiconductor substrate 200, the semiconductor substrate 200 is divided into an active region and a field region.

반도체 기판(200) 상에 게이트 절연막 패턴(206), 게이트 전극(208) 및 하드 마스크 패턴(210)이 적층된 형태의 게이트 구조물(212)을 형성한다. 상기 게이트 구조물(212) 양측벽 및 기판(200) 상에 질화물을 증착한 후 이방성으로 식각하여 상기 게이트 구조물(212) 양측벽에 게이트 스페이서(214)를 형성한다. 상기 게이트 전극(108)은 도핑된 폴리실리콘막이나 금속막 등의 단일층으로 형성할 수 있고, 또는 도핑된 폴리실리콘막 및 금속막을 포함하는 다층 구조로 형성할 수 있다. A gate structure 212 in which a gate insulating layer pattern 206, a gate electrode 208, and a hard mask pattern 210 are stacked on the semiconductor substrate 200 is formed. Nitride is deposited on both sidewalls of the gate structure 212 and the substrate 200 and then etched anisotropically to form gate spacers 214 on both sidewalls of the gate structure 212. The gate electrode 108 may be formed of a single layer such as a doped polysilicon film or a metal film, or may be formed in a multilayer structure including the doped polysilicon film and a metal film.

다음에, 게이트 구조물(212)을 이온 주입 마스크로 이용하여 상기 게이트 구조물(212)양측으로 불순물을 주입함으로서 소오스/드레인 영역(216, 218)을 형성한다. 이에 따라, 소오스/드레인(216, 218) 및 게이트 구조물(212)로 구성되는 트랜지스터가 기판 상에 형성된다. 상기 트랜지스터는 상변화 메모리 장치의 단위 셀에서 스위치 역할을 한다. Next, source / drain regions 216 and 218 are formed by implanting impurities into both sides of the gate structure 212 using the gate structure 212 as an ion implantation mask. Accordingly, a transistor consisting of the source / drain 216 and 218 and the gate structure 212 is formed on the substrate. The transistor serves as a switch in a unit cell of a phase change memory device.

도 7을 참조하면, 상기 트랜지스터를 덮으면서 반도체 기판(200) 상에 하부 층간 절연막(220)을 형성한다. 상기 하부 층간 절연막(220)은 TEOS, USG, SOG 또는 HDP-CVD 등과 같은 산화물을 증착하여 형성한다. 상기 하부 층간 절연막(120)을 형성한 이 후에 화학 기계적 연마(CMP) 공정, 에치 백(etch back) 공정 또는 화학 기계적 연마와 에치 백을 조합한 공정을 이용하여 상기 하부 층간 절연막(120)을 평탄화시키는 공정을 더 수행할 수도 있다. Referring to FIG. 7, a lower interlayer insulating layer 220 is formed on the semiconductor substrate 200 while covering the transistor. The lower interlayer insulating layer 220 is formed by depositing an oxide such as TEOS, USG, SOG, or HDP-CVD. After forming the lower interlayer insulating layer 120, the lower interlayer insulating layer 120 is planarized by using a chemical mechanical polishing (CMP) process, an etch back process, or a combination of chemical mechanical polishing and etch back. The process may be further performed.

다음에, 사진 식각 공정을 통하여 하부 층간 절연막(220)을 부분적으로 식각하여 상기 소오스(216)의 상부면을 노출시키는 제1 콘택홀 및 상기 드레인을 노출시키는 제2 콘택홀(도시되지 않음)을 각각 형성한다. 상기 제1 콘택홀 및 제2 콘택홀 내부를 채우도록 제1 도전막(도시되지 않음)을 형성하고, 상기 제1 도전막을 CMP 또는 에치백 공정을 통해 상기 하부 층간 절연막(220)이 표면에 노출되도록 평탄화함으로서 제1 콘택 패드(222) 및 제2 콘택 패드(224)를 형성한다. 상기 제1 도전막으로 사용할 수 있는 도전 물질은 불순물이 도핑된 폴리실리콘이나 구리, 탄탈 륨, 텅스텐, 알루미늄 등과 같은 금속 물질을 예로 들 수 있다. Next, the first interlayer insulating layer 220 is partially etched through the photolithography process to form a first contact hole exposing the top surface of the source 216 and a second contact hole exposing the drain (not shown). Form each. A first conductive layer (not shown) is formed to fill the first contact hole and the second contact hole, and the lower interlayer insulating layer 220 is exposed to the surface by a CMP or etch back process. By planarizing as much as possible, the first contact pad 222 and the second contact pad 224 are formed. Examples of the conductive material that may be used as the first conductive layer may include a metal material such as polysilicon doped with impurities or copper, tantalum, tungsten, aluminum, or the like.

도 8을 참조하면, 상기 제1 콘택 패드(222), 제2 콘택 패드(224) 및 하부 층간 절연막(220) 상에 제2 도전막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 제2 도전막으로는 불순물이 도핑된 폴리실리콘이나 탄탈륨, 텅스텐, 알루미늄 등과 같은 금속 물질을 사용할 수 있다. 다음에, 상기 제2 도전막을 패터닝하여 상기 제1 콘택 패드(222)와 접속하는 하부 배선 라인(226) 및 상기 제2 콘택 패드(224)와 접속하는 도전 패턴(228)을 각각 형성한다. Referring to FIG. 8, a second conductive layer (not shown) is formed on the first contact pad 222, the second contact pad 224, and the lower interlayer insulating layer 220. As the second conductive layer, a metal material such as polysilicon doped with impurities or tantalum, tungsten or aluminum may be used. Next, the second conductive film is patterned to form a lower wiring line 226 for connecting with the first contact pad 222 and a conductive pattern 228 for connecting with the second contact pad 224, respectively.

다른 방법으로, 상기 하부 배선 라인(226) 및 도전 패턴(228)을 구리로 형성할 경우에는 통상적으로 다마신 방법을 사용한다. 즉, 층간 절연막을 더 증착한 후 상기 하부 배선 라인 및 제1 도전 패턴이 형성될 부위에 제1 개구부를 형성한다. 다음에, 상기 제1 개구부 내에 구리막를 매립한 후 상기 구리막을 연마한다.Alternatively, when the lower wiring line 226 and the conductive pattern 228 are formed of copper, a damascene method is typically used. That is, after further depositing an interlayer insulating film, a first opening is formed in a portion where the lower wiring line and the first conductive pattern are to be formed. Next, after embedding a copper film in the first opening, the copper film is polished.

도 9를 참조하면, 하부 배선 라인(226) 및 도전 패턴(228)이 형성되어 있는 하부 층간 절연막(227)상에 제1 예비 층간 절연막(230)을 형성한다. 여기서, 제1 예비 층간 절연막(230)은 산화물계 물질을 증착시켜 형성하며, 바람직하게는, TEOS, USG, SOG 또는 HDP-CVD 산화물을 사용하여 형성할 수 있다. 이어서, 통상적인 사진 식각 공정으로 제1 예비 층간 절연막(230)을 부분적으로 식각하여 상기 도전 패턴(128)의 상부면을 노출시키는 제1 개구부(232)를 형성한다.Referring to FIG. 9, a first preliminary interlayer insulating layer 230 is formed on the lower interlayer insulating layer 227 on which the lower wiring line 226 and the conductive pattern 228 are formed. Here, the first preliminary interlayer insulating film 230 is formed by depositing an oxide-based material, and preferably, may be formed using TEOS, USG, SOG, or HDP-CVD oxide. Subsequently, the first preliminary interlayer insulating layer 230 is partially etched by a conventional photolithography process to form a first opening 232 exposing the top surface of the conductive pattern 128.

상기 제1 예비 층간 절연막(230) 상부면 및 제1 개구부(232)의 프로파일을 따라 실리콘 산질화막을 형성하고, 상기 실리콘 산질화막 상에 실리콘 질화막을 형성한다. 다음에, 상기 실리콘 질화막 및 실리콘 산질화막을 상기 도전 패턴(228)의 상부면이 노출될 때까지 이방성으로 식각하여 상기 제1 개구부(232)의 측벽에 예비 스페이서(234)를 형성한다. 상기와 같이 공정을 진행하는 경우, 상기 예비 스페이서(234)는 실리콘 산질화막 및 실리콘 질화막이 적층된 이중 스페이서의 구조를 갖는다. A silicon oxynitride film is formed along the profile of the upper surface of the first preliminary interlayer insulating film 230 and the first opening 232, and a silicon nitride film is formed on the silicon oxynitride film. Next, the silicon nitride film and the silicon oxynitride film are etched anisotropically until the upper surface of the conductive pattern 228 is exposed to form a preliminary spacer 234 on the sidewall of the first opening 232. When the process is performed as described above, the preliminary spacer 234 has a structure of a double spacer in which a silicon oxynitride layer and a silicon nitride layer are stacked.

다른 방법으로, 상기 실리콘 산질화막 및 실리콘 산화막 중 어느 하나의 막을 증착한 후 이방성 식각하여 상기 제1 개구부(232)의 측벽에 단일 스페이서를 형성할 수도 있다.Alternatively, a single spacer may be formed on the sidewall of the first opening 232 by depositing and anisotropically etching any one of the silicon oxynitride layer and the silicon oxide layer.

상기와 같이 예비 스페이서(234)를 형성함으로서, 상기 제1 개구부(132)의 오픈 사이즈를 포토 공정의 한계 해상도 이하로 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 제1 개구부(232) 내부에 형성되는 하부 전극의 사이즈를 감소시킬 수 있으며, 이로 인해 상변화층 패턴 내에서 상 변화가 발생하여 데이터가 프로그래밍 되는 부분인 프로그래밍 영역의 크기를 최소화시킬 수 있다. 상기 프로그래밍 영역이 감소됨에 따라, 상변화를 시키기 위해 요구되는 전류를 감소시킬 수 있다.By forming the preliminary spacer 234 as described above, the open size of the first opening 132 may be reduced below the limit resolution of the photo process. Accordingly, the size of the lower electrode formed in the first opening 232 may be reduced, thereby minimizing the size of the programming region, which is a portion in which data is programmed by generating a phase change in the phase change layer pattern. have. As the programming area is reduced, it is possible to reduce the current required to make a phase change.

도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 스페이서(134)가 형성된 제1 개구부(232) 및 제1 예비 층간 절연막(230)상에 금속막(236)을 연속적으로 형성한다. 상기 금속막(236)에 포함되는 금속으로는 코발트(Co) 또는 티타늄(Ti) 등이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 코발트를 사용하기로 한다.10 and 11, a metal film 236 is continuously formed on the first opening 232 and the first preliminary interlayer insulating layer 230 on which the spacer 134 is formed. Cobalt (Co) or titanium (Ti) may be used as the metal included in the metal film 236. In this embodiment, cobalt will be used.

이어서, 상기 금속막(236)에 포함된 금속 즉, 코발트가 상기 제1 개구부(232) 저면에 접촉된 실리콘과 반응하여 상기 제1 개구부(232a) 저면에 코발트 실리사이드(CoSi) 패턴(240)을 형성한다. 이때, 상기 코발트 실리사이드 패턴(240) 을 형성하기 위하여 소정의 열처리를 수행할 수 있다.Subsequently, a metal included in the metal layer 236, that is, cobalt reacts with silicon contacting the bottom surface of the first opening 232 to form a cobalt silicide (CoSi) pattern 240 on the bottom surface of the first opening 232a. Form. In this case, a predetermined heat treatment may be performed to form the cobalt silicide pattern 240.

한편, 상기 코발트 실시사이드 패턴(240)은 이후에 형성되는 티타늄/티타늄 질화막(Ti/TiN)의 형성 공정에 의해 자연스럽게 형성될 수 있으며, 이 경우 열처리를 생략할 수 있다. 상기 금속막(236) 상에 티타늄/티타늄 질화막을(238) 상기 제1 개구부(232) 내부를 충분히 매립하도록 형성한다. Meanwhile, the cobalt implementation side pattern 240 may be naturally formed by a process of forming a titanium / titanium nitride layer (Ti / TiN), which may be omitted. In this case, the heat treatment may be omitted. A titanium / titanium nitride film 238 is formed on the metal film 236 to sufficiently fill the inside of the first opening 232.

상기 티타늄/티타늄 질화막(238)은 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition :CVD) 또는 물리 기상 증착 공정(Physical Vapor Deposition : PVD)을 이용하여 형성될 수 있다. The titanium / titanium nitride film 238 may be formed using a chemical vapor deposition process (CVD) or a physical vapor deposition process (PVD).

상기와 같은 공정으로, 상기 제1 개구부(232) 저면에는 코발트 실리사이드 패턴(240) 및 티타늄/티타늄 질화막(238)이 적층되어 있다. 상기 절연막 상에는 코발트막(236) 및 티타늄/티타늄 질화막(238)이 적층되어 있다. 또한, 코발트 실리콘 티타늄막(CoxSiyTiz)이 부가적으로 생성될 수 있다.In the above process, a cobalt silicide pattern 240 and a titanium / titanium nitride film 238 are stacked on the bottom of the first opening 232. A cobalt film 236 and a titanium / titanium nitride film 238 are stacked on the insulating film. In addition, a cobalt silicon titanium film Co x Si y Ti z may be additionally generated.

도 12를 참조하면, 상기 절연막(230) 상에 형성된 코발트막(236)과, 티타늄/티타늄 질화막(238)과, 부가적으로 생성된 코발트 실리콘 티타늄막을 식각 공정을 수행하여 제거한다. 이로써, 콘택홀(104) 저면에 코발트 실리사이드 패턴(110) 및 티타늄/티타늄 질화막(108a)이 적층되어 형성되게 된다.Referring to FIG. 12, the cobalt film 236 formed on the insulating film 230, the titanium / titanium nitride film 238, and the additionally formed cobalt silicon titanium film are removed by an etching process. As a result, the cobalt silicide pattern 110 and the titanium / titanium nitride layer 108a are stacked on the bottom of the contact hole 104.

구체적으로, 후속 공정으로 상기 제1 개구부(232)내에 제3 도전막(242)을 채우기 위하여, 상기 티타늄/티타늄 질화막(238)이 상기 제1 개구부(232) 내의 소정의 높이로 채워지도록 건식 식각 공정을 수행한다.Specifically, in order to fill the third conductive layer 242 in the first opening 232 in a subsequent process, dry etching is performed such that the titanium / titanium nitride film 238 is filled to a predetermined height in the first opening 232. Perform the process.

이때, 고집적화에 따른 식각 공정의 한계 등으로 인하여, 상기 건식 식각 공정으로는 제1 개구부(232) 측벽에 형성된 티타늄/티타늄 질화막을 효과적으로 제거할 수 없다. In this case, due to the limitation of the etching process due to the high integration, the dry etching process may not effectively remove the titanium / titanium nitride film formed on the sidewall of the first opening 232.

상기 제1 개구부(232) 측벽 잔류하는 티타늄/티타늄 질화막은 잔류량을 조절하기 어려워서, 후속으로 형성되는 하부 전극이 불균일하게 형성된다. 결과적으로, 상기 하부 전극을 포함하는 상변화 메모리 장치의 전기적인 특성을 일정하게 유지할 수 없게 된다. 상기 제1 개구부(232) 측벽에 잔류하는 티타늄/티타늄 질화막(도시되지 않음)을 제거하기 위하여, PAN 세정 용액을 사용하여 습식 세정을 수행한다. 상기 PAN 세정 용액은 인산(H3PO4), 초산(CH3COOH) 및 질산(HNO3)을 각각 75 : 25 : 1의 부피로 포함하는 세정 용액으로써, 금속과 금속 실리사이드 사이의 식각 선택비가 높다. 즉, 금속을 식각하여 제거하는 동안 상기 코발트 실리사이드 패턴(240))은 거의 제거되지 않으며, 상기 제1 개구부(232) 측벽에 잔류하는 티타늄/티타늄 질화막을 효과적으로 제거할 수 있다.The remaining amount of the titanium / titanium nitride film remaining on the sidewalls of the first opening 232 is difficult to control, so that a subsequent lower electrode is formed unevenly. As a result, the electrical characteristics of the phase change memory device including the lower electrode may not be maintained constantly. In order to remove the titanium / titanium nitride film (not shown) remaining on the sidewall of the first opening 232, a wet cleaning is performed using a PAN cleaning solution. The PAN cleaning solution is a cleaning solution containing phosphoric acid (H 3 PO 4 ), acetic acid (CH 3 COOH) and nitric acid (HNO 3 ) in a volume of 75: 25: 1, and the etching selectivity between the metal and the metal silicide is increased. high. That is, while the metal is etched and removed, the cobalt silicide pattern 240 is hardly removed, and the titanium / titanium nitride film remaining on the sidewall of the first opening 232 may be effectively removed.

세정 공정의 결과로 상기 기판(200) 상에 형성된 절연막 구조물(102)의 제1 개구부(232) 저면에만 코발트 실리사이드 패턴(240) 및 티타늄/티타늄 질화막 패턴(238a)이 형성되어 있다.As a result of the cleaning process, the cobalt silicide pattern 240 and the titanium / titanium nitride film pattern 238a are formed only on the bottom surface of the first opening 232 of the insulating film structure 102 formed on the substrate 200.

상기와 같은 세정 공정으로, 하부 전극(도14, 236)을 일정하게 형성 할 수 있으며, 향상된 전기적 특성을 갖는 상변화 메모리 장치를 제조할 수 있다.By the above cleaning process, the lower electrodes (FIGS. 14 and 236) may be constantly formed, and a phase change memory device having improved electrical characteristics may be manufactured.

도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 제1 개구부(도12.123a)를 채우면서 제1 예 비 층간 절연막(230) 상에 제3 도전막(242)을 형성한다. 여기서, 상기 제3 도전막(242)은 도핑된 폴리실리콘이나 탄탈륨, 구리, 텅스텐, 티타늄, 알루미늄 등과 같은 금속으로 형성할 수 있다. 또는, 티타늄 질화물, 티타튬 알루미늄 질화물 등과 같은 금속 질화물을 사용하여 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 제3 도전막(242)은 티타늄 알루미늄 질화물로 형성하는 것으로 예를 들면서 설명한다.13 and 14, a third conductive layer 242 is formed on the first preliminary interlayer insulating layer 230 while filling the first opening (see FIG. 12.123a). Here, the third conductive layer 242 may be formed of a metal such as doped polysilicon, tantalum, copper, tungsten, titanium, aluminum, or the like. Alternatively, it may be formed using a metal nitride such as titanium nitride, titanium titanium nitride, or the like. In the present embodiment, the third conductive film 242 is formed of titanium aluminum nitride.

다음에, 제1 예비 층간 절연막(230)의 상부면이 노출될 때까지 상기 제3 도전막을 CMP 공정 또는 에치백 공정을 수행하여 평탄화한다. 상기 공정에 의해, 제1 개구부(232)를 매립하는 하부 전극(236)이 형성된다. 상기 예비 하부 전극(136)은 후속하여 형성되는 상변화막 패턴에 주울 히팅에 의한 열을 가하는 역할을 한다. 상기 공정을 수행하면, 예비 하부 전극(236), 예비 스페이서(234) 및 제1 예비 층간 절연막(230)의 상부면이 노출된다. Next, the third conductive film is planarized by performing a CMP process or an etch back process until the upper surface of the first preliminary interlayer insulating film 230 is exposed. By the above process, the lower electrode 236 filling the first opening 232 is formed. The preliminary lower electrode 136 serves to apply heat by Joule heating to a subsequently formed phase change film pattern. When the process is performed, the upper surface of the preliminary lower electrode 236, the preliminary spacer 234, and the first preliminary interlayer insulating layer 230 are exposed.

도 15를 참조하면, 상기 하부 전극(236) 및 제1 예비 층간 절연막(230) 상에 상변화 물질층(246)을 형성한다. 상변화 물질층(246)은 칼코겐 화합물을 스퍼터링 방법에 의해 증착시킨다. 여기서, 상기 칼코겐 화합물은 게르마늄-안티몬-텔루륨(Ge-Sb-Te), 주석-안티몬-텔루륨(Sn-Sb-Te), 인듐-안티몬-텔루륨(In-Sb-Te), 인듐-안티몬-게르마늄(Sn-Sb-Ge)계 물질을 들 수 있다. 또한, 상기 상변화 물질층(140)은 산소 또는 질소가 도핑된 칼코겐 화합물로 형성할 수 있다. 상기 상변화 물질층(140)으로 사용하기에 가장 적합한 칼코겐 화합물은 게르마늄-안티몬-텔루륨(GST)이며, 약 1000 내지 2000Å의 두께로 형성한다.Referring to FIG. 15, a phase change material layer 246 is formed on the lower electrode 236 and the first preliminary interlayer insulating layer 230. The phase change material layer 246 deposits the chalcogenide compound by the sputtering method. Here, the chalcogen compound is germanium-antimony-tellurium (Ge-Sb-Te), tin-antimony-tellurium (Sn-Sb-Te), indium-antimony-tellurium (In-Sb-Te), indium Antimony-germanium (Sn-Sb-Ge) -based materials. In addition, the phase change material layer 140 may be formed of a chalcogen compound doped with oxygen or nitrogen. The most suitable chalcogenide compound for use as the phase change material layer 140 is germanium-antimony-tellurium (GST), which is formed to a thickness of about 1000 to 2000 μs.

다음에, 상기 상변화 물질층(246) 상에 캡핑용 도전층(248)을 형성한다. 상 기 캡핑용 도전층(248)은 티타늄 또는 티타늄 질화물을 증착시켜 형성한다. 또는 상기 캡핑용 도전층은 티타늄을 증착한 후 상기 티타늄 상에 티타늄 질화물을 증착시켜 형성한다.Next, a capping conductive layer 248 is formed on the phase change material layer 246. The capping conductive layer 248 is formed by depositing titanium or titanium nitride. Alternatively, the capping conductive layer is formed by depositing titanium and then depositing titanium nitride on the titanium.

도 16을 참조하면, 상기 캡핑용 도전층(248) 및 상변화 물질층(246)을 부분적으로 식각하여, 상기 하부 전극(136a)과 접속하는 캡핑용 도전 패턴(248a) 및 상변화 물질층 패턴(246a)을 형성한다. Referring to FIG. 16, the capping conductive layer 248 and the phase change material layer 246 are partially etched to contact the lower electrode 136a and the capping conductive pattern 248a and the phase change material layer pattern. 246a is formed.

다음에, 상기 캡핑용 도전 패턴(248a) 및 상변화 물질층 패턴(246a)을 매립하도록 제2 층간 절연막(250)을 형성하고, 상기 제2 층간 절연막(250)의 소정 부위를 식각하여 상기 상변화 물질층 패턴(246a)의 상부면을 노출시키는 제2 개구부를 형성한다. Next, a second interlayer insulating film 250 is formed to fill the capping conductive pattern 248a and the phase change material layer pattern 246a, and a predetermined portion of the second interlayer insulating film 250 is etched to form the image. A second opening exposing the top surface of the change material layer pattern 246a is formed.

상기 제2 개구부 내부에 도전 물질을 매립하고 평탄화함으로서 상부 전극(252, top electrode)을 형성한다. 상기 도전 물질은 질소 원소를 함유하는 도전성 물질, 금속 또는 금속 실리사이드를 사용할 수 있다.A top electrode 252 is formed by filling and planarizing a conductive material in the second opening. The conductive material may be a conductive material, a metal or a metal silicide containing a nitrogen element.

여기서, 상기 질소 원소를 함유하는 도전성 물질은 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 몰리브덴 질화물, 니오브 질화물, 티타늄-실리콘 질화물, 티타늄-알루미늄 질화물, 티타늄-보론 질화물, 지르코늄-실리콘 질화물, 텅스텐-실리콘 질화물, 텅스텐-보론 질화물, 지르코늄-알루미늄 질화물, 몰리브덴-실리콘 질화물, 몰리브덴-알루미늄 질화물, 탄탈륨-실리콘 질화물, 탄탈륨-알루미늄 질화물, 티타늄 산질화물, 티타늄-알루미늄 산질화물, 또는 텅스텐 산질화물, 탄탈륨 산질화물을 포함한다.The conductive material containing the nitrogen element may include titanium nitride, tantalum nitride, molybdenum nitride, niobium nitride, titanium-silicon nitride, titanium-aluminum nitride, titanium-boron nitride, zirconium-silicon nitride, tungsten-silicon nitride, tungsten- Boron nitride, zirconium-aluminum nitride, molybdenum-silicon nitride, molybdenum-aluminum nitride, tantalum-silicon nitride, tantalum-aluminum nitride, titanium oxynitride, titanium-aluminum oxynitride, or tungsten oxynitride, tantalum oxynitride.

또한, 상기 도전 물질로는 티타늄, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨, 티타늄 실리사이드 또는 탄탈륨 실리사이드와 같은 금속 또는 금속 실리사이드를 사용할 수 있다. 그 외에도 도체로서 충분한 전류를 흘려줄 수 있는 전도성물질 이라면 사용이 가능하다.In addition, the conductive material may be a metal or metal silicide such as titanium, tungsten, molybdenum, tantalum, titanium silicide or tantalum silicide. In addition, any conductive material capable of flowing a sufficient current as a conductor can be used.

다음에, 상기 상부 전극(252)과 연결되는 상부 배선(254)을 형성시켜 상변화 메모리 장치를 완성한다.Next, an upper wiring 254 connected to the upper electrode 252 is formed to complete a phase change memory device.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예 따른 콘택 형성 방법은, 콘택홀 측벽에 잔류하는 티타늄/티타늄 질화막을 세정 용액을 이용하여 제거함으로서, 개선된 구조 및 향상된 전기적 특성을 갖는 콘택을 형성할 수 있다. As described above, the method for forming a contact according to an embodiment of the present invention may form a contact having an improved structure and improved electrical properties by removing the titanium / titanium nitride film remaining on the sidewall of the contact hole using a cleaning solution. have.

또한, 상기와 같은 콘택 형성 방법을 이용하면, 전류 구동의 이상이 없으며, 일정한 특성이 유지되어, 신뢰성이 향상된 상변화 메모리 장치를 제조할 수 있다.In addition, when the above-described contact forming method is used, there is no abnormality in current driving, constant characteristics are maintained, and a phase change memory device having improved reliability can be manufactured.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

Claims (12)

실리콘 기판 상에 상기 기판의 일부를 노출시키는 콘택홀을 갖는 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film having a contact hole exposing a portion of the substrate on a silicon substrate; 상기 콘택홀 내부를 저항성 물질로 매립하는 단계;Filling the inside of the contact hole with a resistive material; 상기 저항성 물질이 상기 콘택홀 저면에만 존재하도록, 상기 저항성 물질을 부분적으로 식각함으로써, 저항성 물질 패턴을 형성하는 단계;Forming a resistive material pattern by partially etching the resistive material such that the resistive material is present only at the bottom of the contact hole; 상기 콘택홀 측벽에 잔류하는 저항성 물질을 세정 용액을 이용하여 제거하는 단계; 및Removing the resistive material remaining on the contact hole sidewalls using a cleaning solution; And 상기 콘택홀을 완전히 매립하도록, 상기 저항성 물질 패턴 상에 도전막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택 형성 방법.And forming a conductive film on the resistive material pattern to completely fill the contact hole. 제1항에 있어서, 상기 세정 용액은, 물에 혼합되는 질산, 인산, 및 초산이 75:15:1의 부피비를 갖는 것을 특징으로 하는 콘택 형성 방법.The method of claim 1, wherein the cleaning solution has a volume ratio of 75: 15: 1 in nitric acid, phosphoric acid, and acetic acid mixed with water. 제1항에 있어서, 상기 저항성 물질은 티타늄 및 티타늄 질화막을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 콘택 형성 방법.The method of claim 1, wherein the resistive material comprises titanium and a titanium nitride film. 기판 상에 층간 절연막을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating film on the substrate; 상기 층간 절연막에 도전 영역을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계;Forming a contact hole exposing a conductive region in the interlayer insulating film; 상기 콘택홀 내에 저항성 물질을 형성하는 단계;Forming a resistive material in the contact hole; 상기 저항성 물질이 상기 콘택홀 저면에만 존재하도록 상기 저항성 물질을 부분적으로 식각함으로써, 저항성 물질 패턴을 형성하는 단계;Forming a resistive material pattern by partially etching the resistive material such that the resistive material is present only at the bottom of the contact hole; 상기 콘택홀 측벽에 잔류하는 저항성 물질을 세정 용액을 이용하여 제거하는 단계; 및Removing the resistive material remaining on the contact hole sidewalls using a cleaning solution; And 상기 저항성 물질 패턴 상에, 하부 전극, 상변화 물질막 및 상부 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.And sequentially forming a lower electrode, a phase change material film, and an upper electrode on the resistive material pattern. 제1항에 있어서, 상기 저항성 물질은 티타늄 및 티타늄 질화막을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the resistive material comprises titanium and a titanium nitride film. 제4항에 있어서, 상기 세정 용액은, 물에 혼합되는 질산, 인산, 및 초산이 75:15:1의 부피비를 갖는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.The method of claim 4, wherein the cleaning solution has a volume ratio of 75: 15: 1 in nitric acid, phosphoric acid, and acetic acid mixed with water. 제4항에 있어서, 상기 저항성 물질을 형성하기 이전에,The method of claim 4, prior to forming the resistive material, 상기 콘택홀 및 상기 층간 절연막 상에 금속막을 연속적으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.And continuously forming a metal film on the contact hole and the interlayer insulating film. 제6항에 있어서, 상기 금속막에 포함된 금속과 상기 실리콘을 반응시켜 상기 콘택홀 저면에 선택적으로 금속 실리사이드 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.The method of claim 6, further comprising forming a metal silicide pattern on the bottom surface of the contact hole by reacting the metal included in the metal film with the silicon. 제7항에 있어서, 상기 금속막은 코발트를 포함하며, 상기 금속 실리사이드 패턴은 코발트 실리사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.The method of claim 7, wherein the metal layer comprises cobalt, and the metal silicide pattern comprises cobalt silicide. 제4항에 있어서, 상기 상변화 물질은 칼코겐 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.The method of claim 4, wherein the phase change material comprises a chalcogen compound. 제4항에 있어서, 상기 하부 전극을 형성하기 이전에,The method of claim 4, before forming the lower electrode, 상기 하부 전극 양측에 질화막 스페이서를 형성하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.And forming a nitride spacer on both sides of the lower electrode. 제4항에 있어서, 상기 층간 절연막을 형성하기 이전에,The method of claim 4, before forming the interlayer insulating film, 상기 기판 상에 소오스, 드레인 및 게이트를 포함하는 트랜지스터를 형성하는 단계;Forming a transistor comprising a source, a drain, and a gate on the substrate; 상기 트랜지스터를 매립하는 하부 층간 절연막을 형성하는 단계;Forming a lower interlayer insulating film filling the transistor; 상기 하부 층간 절연막 내에 상기 소오스 및 드레인이 각각 접속하는 콘택 패드를 형성하는 단계; 및Forming a contact pad in the lower interlayer insulating layer to which the source and the drain are respectively connected; And 상기 드레인과 접속하는 콘택 패드와 전기적으로 연결되는 도전 라인을 형성하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.And forming a conductive line electrically connected to the contact pad that is connected to the drain.
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