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KR20140118187A - Phase change memory and method for fabrication of the same - Google Patents

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Publication number
KR20140118187A
KR20140118187A KR1020130033663A KR20130033663A KR20140118187A KR 20140118187 A KR20140118187 A KR 20140118187A KR 1020130033663 A KR1020130033663 A KR 1020130033663A KR 20130033663 A KR20130033663 A KR 20130033663A KR 20140118187 A KR20140118187 A KR 20140118187A
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KR
South Korea
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layer
phase change
conductive layer
wiring
phase
Prior art date
Application number
KR1020130033663A
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Korean (ko)
Inventor
송윤흡
Original Assignee
인텔렉추얼디스커버리 주식회사
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.)
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Publication date
Application filed by 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 filed Critical 인텔렉추얼디스커버리 주식회사
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Priority to US14/228,765 priority patent/US9099637B2/en
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Abstract

A phase change memory includes at least one wiring layer which includes a first conduction layer and a phase change layer horizontally deposited on the first conduction layer, a heater layer vertically touching the at least one wiring layer, and a second conduction layer which horizontally touches the heater layer and transmits a current which flows from at least one electrode to the least one wiring layer. The phase change layer is made of a phase change material. The thickness of the phase change layer is thinner than that of the first conduction layer.

Description

상변화 메모리 및 상기 상변화 메모리의 제조 방법{PHASE CHANGE MEMORY AND METHOD FOR FABRICATION OF THE SAME}[0001] PHASE CHANGE MEMORY AND METHOD FOR FABRICATION OF THE SAME [0002]

본 발명의 실시예들은 상변화 물질을 이용한 상변화 메모리 및 상기 상변화 메모리를 제조하는 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention are directed to a phase change memory using a phase change material and a method of manufacturing the phase change memory.

최근 낸드 플래시 메모리(NAND Flash Memory)의 2차원상 스케일링(Scaling) 한계를 개선하기 위해서 다양한 3차원 메모리 소자의 구조가 제안 되고 있다. 3차원 낸드 플래시 메모리 구조는 대표적인 예로, BICS(Built-In Current Sensor) 구조 및 이를 개선한 파이프 형식(Piped Type)의 BiCS(Bit Cost Scalable) 낸드 플래시 셀(NAND Flash Cell) 구조를 들 수 있다. Recently, various three-dimensional memory device structures have been proposed to improve the two-dimensional phase scaling limitation of NAND flash memory. A typical example of the 3D NAND flash memory structure is a built-in current sensor (BICS) structure and a bit cost scalable (NAND flash cell) structure of a pipe type (Piped Type).

BICS 3차원 낸드 플래시 메모리 구조는 ONO(Oxide- Nitride-Oxide) 층을 스토리지(Storage)로 사용 하며, 질화물(Nitride) 층의 트랩(Trap)을 이용하는 구조는 신뢰성이 떨어지기 때문에, 신뢰성을 개선하기 위한 연구가 계속적으로 진행 중에 있다.The BIC 3-D NAND flash memory structure uses ONO (Oxide-Nitride-Oxide) layer as storage, and the structure using nitride of Nitride layer is less reliable, Research is underway.

또한, 낸드 플래시 3차원 구조는 구조적으로 스케일링상에서, 버티칼 폴리 실리콘 채널(Vertical Poly Si Channel) 내의 스토리지 사이트(Storage Sites)로 ONO 구조를 사용함으로써, 버티칼 채널용 접촉 면적(Contact Size)가 ONO 층의 두께에 의해서 결정 되며, ONO 두께를 10nm 내지 20nm로 고려하는 경우 접촉 면적이 50nm 이상 확보해야 한다.In addition, the NAND flash three-dimensional structure structurally scales on an ONO structure as a storage site in a vertical polysilicon channel, so that a contact size for a vertical channel becomes larger than that of an ONO layer And when the ONO thickness is taken as 10 nm to 20 nm, a contact area of 50 nm or more should be secured.

최근에는 이런 3차원 구조에 저항성 메모리 소자(예를 들어, PRAM(Phase-change Memory) 또는 ReRAM(Resistive RAM))를 접목하여 낸드 플래시 구조의 특성을 확보하고자 하는 연구가 지속적으로 진행 중이다. 저항성 메모리 소자는 ONO 층 대비 크로스 포인트(Cross-point)를 구현하기가 쉽고, 버티칼 채널 또는 게이트(Gate)를 구현함에 있어 ONO 층에 비하여 스케일링이 쉽다. 그러나, 저항 변화 물질(PRAM,ReRAM)을 이용하는 3차원 구조는 신뢰성 확보 측면에서 개선되어야 할 점이 존재한다.In recent years, studies have been continuing to secure characteristics of a NAND flash structure by combining a resistive memory element (e.g., a PRAM (Phase-change memory) or a ReRAM (Resistive RAM)) with the three-dimensional structure. A resistive memory device is easy to implement a cross-point relative to an ONO layer, and scaling is easier than an ONO layer in realizing a vertical channel or a gate. However, the three-dimensional structure using the resistance change material (PRAM, ReRAM) needs to be improved in terms of securing reliability.

기존 3차원 구조는 버티칼 스케일링이 어려우며, 스토리지 두께의 한계로 인해 수직 방향의 채널(또는 게이트 전극)의 접촉 홀(Contact Hole) 크기가 40nm 이하로 유지하기가 어렵기 때문에, 2차원의 1xnm급과 동일한 집적도 구현을 위해서 100층 이상의 복수층이 요구된다. Since the conventional 3D structure is difficult to scale vertically and it is difficult to maintain the contact hole size of the vertical channel (or gate electrode) to 40 nm or less due to the limitation of the storage thickness, Multiple layers of more than 100 layers are required to achieve the same degree of integration.

일반적인 상변화 물질을 이용하는 3차원 플래시 메모리 구조는 접촉 홀 측벽에 상변화 물질을 수직으로 형성시켜 수평 방향의 도전층과 접촉시키는데, 도전층의 저항을 고려하면 접촉 면적을 20nm 이하로 줄이기 어려우며, 접촉 홀 내의 메모리용 상변화 물질, 히터층 등이 형성되므로, ONO 층을 이용하는 구조에 비해서 스케일링하는데 어려움이 따른다.In a three-dimensional flash memory structure using a general phase-change material, a phase-change material is vertically formed on the sidewalls of the contact holes to make contact with the horizontal conductive layer. It is difficult to reduce the contact area to 20 nm or less in consideration of the resistance of the conductive layer, A phase change material for a memory in a hole, a heater layer, and the like are formed, so that it is difficult to scale the structure as compared with the structure using the ONO layer.

본 발명의 일실시예는 상변화 물질이 형성된 3차원 낸드 플래시 메모리 소자 구조를 제공한다.One embodiment of the present invention provides a three-dimensional NAND flash memory device structure in which a phase change material is formed.

본 발명의 일실시예는 도전층에 수평적으로 상변화 물질을 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 방법을 통하여 증착하여, 얇은 두께의 배선층을 제공하는 것을 목적으로 한다.One embodiment of the present invention aims at providing a thin wiring layer by depositing a phase change material horizontally on a conductive layer through an atomic layer deposition method.

본 발명의 일실시예는 3차원 플래시 메모리의 구동 전류 밀도를 감소시키는 것을 목적으로 한다.One embodiment of the present invention aims at reducing the driving current density of a three-dimensional flash memory.

본 발명의 일실시예에 따른 상변화 메모리는 제1 전도층과 상기 제1 전도층에 수평적으로 증착된 상변화층을 포함하는 하나 이상의 배선층, 상기 하나 이상의 배선층과 수직적으로 접촉하는 히터층, 및 상기 히터층과 평행하게 접촉하고, 적어도 하나의 전극으로부터 상기 하나 이상의 배선층으로의 전류가 통과하는 제2 전도층을 포함하고, 상기 상변화층은 상변화 물질로 형성되며, 상기 제1 전도층의 두께보다 얇은 두께를 가진다.The phase change memory according to an embodiment of the present invention includes at least one wiring layer including a first conductive layer and a phase change layer horizontally deposited on the first conductive layer, a heater layer vertically contacting the at least one wiring layer, And a second conductive layer in parallel contact with the heater layer and through which current flows from at least one of the electrodes to the at least one interconnection layer, wherein the phase change layer is formed of a phase change material, Which is smaller than the thickness.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 상변화층은 원자층 증착(Atomic Layer Decomposition: ALD) 기법에 의해 상기 제1 전도층에 수평적으로 증착될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the phase change layer may be horizontally deposited on the first conductive layer by an atomic layer deposition (ALD) technique.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 상변화층은 1nm 이하의 두께로 형성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, the phase-change layer may be formed to a thickness of 1 nm or less.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 하나 이상의 배선층은 개재되는 하나 이상의 절연층에 의해 상호 간에 분리될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the one or more wiring layers can be separated from each other by one or more insulating layers interposed therebetween.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 상변화층은 상기 히터층과 수직으로 접촉하는 부위에서 상변화가 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, the phase-change layer may be phase-changed at a portion vertically contacting the heater layer.

본 발명의 일측에 따른 상변화 메모리는 상기 제1 전도층의 일부를 식각하여 마련되는 공간에 형성된 절연체을 더 포함할 수 있다.The phase change memory according to an aspect of the present invention may further include an insulator formed in a space provided by etching a part of the first conductive layer.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 절연체는 상기 하나 이상의 배선층과 상기 히터층이 접촉하는 부위에 형성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, the insulator may be formed at a portion where the at least one wiring layer and the heater layer are in contact with each other.

본 발명의 일측에 따르면, 상기 하나 이상의 배선층은 하부에 배치되는 배선층이 상부에 배치되는 배선층에 비해 넓은 면적을 가질 수 있다.According to one aspect of the present invention, the one or more wiring layers may have a larger area than the wiring layer in which the wiring layer disposed at the lower portion is disposed at the upper portion.

본 발명의 일측에 따른 상변화 메모리는 상기 하나 이상의 배선층과 연결되는 하나 이상의 하부 전극, 및 상기 제2 전도층에 연결되는 상부 전극을 더 포함할 수 있다.The phase change memory according to an aspect of the present invention may further include one or more lower electrodes connected to the one or more wiring layers, and an upper electrode connected to the second conductive layer.

본 발명의 일실시예에 따른 상변화 메모리의 제조 방법은 제1 전도층에 수평적으로 상변화층을 증착하여 하나 이상의 배선층을 마련하는 단계, 상기 하나 이상의 배선층과 수직적으로 접촉하는 히터층을 형성하는 단계, 및 상기 히터층과 평행하게 접촉하고, 적어도 하나의 전극으로부터 상기 하나 이상의 배선층으로의 전류가 통과하는 제2 전도층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 상변화층은 상변화 물질로 형성되며, 상기 제1 전도층의 두께보다 얇은 두께를 가진다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of fabricating a phase change memory, comprising: providing a phase change layer horizontally on a first conductive layer to form at least one wiring layer; forming a heater layer vertically contacting the at least one wiring layer; And forming a second conductive layer in parallel contact with the heater layer and through which current flows from at least one electrode to the at least one interconnection layer, wherein the phase change layer is formed of a phase change material And is thinner than the thickness of the first conductive layer.

본 발명의 일실시예에 따르면 상변화 물질이 형성된 3차원 낸드 플래시 메모리 소자 구조를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a three-dimensional NAND flash memory device structure in which a phase change material is formed can be provided.

본 발명의 일실시예에 따르면 도전층에 수평적으로 상변화 물질을 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 방법을 통하여 증착하여, 얇은 두께의 배선층을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a phase change material may be horizontally deposited on the conductive layer through an atomic layer deposition method to provide a thin wiring layer.

본 발명의 일실시예에 따르면 3차원 플래시 메모리의 구동 전류 밀도를 감소시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the driving current density of the three-dimensional flash memory can be reduced.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 상변화 메모리의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일측에 따른 상변화 메모리의 전류 흐름을 도시한 수직 단면도이다.
도 3은 3차원 구조의 상변화 메모리의 수평 단면도이다.
도 4는 3차원 구조의 상변화 메모리의 수직 단면도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 일측에 따른 크로스 포인트 구조의 상변화 메모리의 제조 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일측에 따른 상변화 메모리의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
1 is a diagram illustrating a structure of a phase-change memory according to an embodiment of the present invention.
2 is a vertical cross-sectional view illustrating current flow in a phase change memory according to one aspect of the present invention.
3 is a horizontal sectional view of a three-dimensional structure phase change memory.
4 is a vertical cross-sectional view of a three-dimensional structure phase change memory.
FIGS. 5 to 9 are views illustrating a manufacturing process of a phase-change memory having a cross-point structure according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a phase change memory according to an aspect of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The terminology used herein is a term used for appropriately expressing an embodiment of the present invention, which may vary depending on the user, the intent of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 상변화 메모리의 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of a phase-change memory according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 상변화 메모리는 제1 전도층(111)과 제1 전도층(111)에 수평적으로 증착된 상변화층(112)을 포함하는 하나 이상의 배선층(110), 히터층(120), 및 제2 전도층(130)으로 구조화된다.1, a phase change memory according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first conductive layer 111 and a phase change layer 112 horizontally deposited on the first conductive layer 111, The wiring layer 110, the heater layer 120, and the second conductive layer 130 are structured.

히터층(120)은 하나 이상의 배선층(110)과 수직적으로 접촉하며, 제2 전도층(130)은 히터층(120)과 평행하게 접촉하고, 적어도 하나의 전극으로부터 하나 이상의 배선층(110)으로 전류가 통과한다. 하나 이상의 배선층(110)은 하부에 배치되는 배선층이 상부에 배치되는 배선층에 비해 넓은 면적을 가질 수도 있다.The heater layer 120 is vertically in contact with one or more wiring layers 110 and the second conductive layer 130 is in parallel contact with the heater layer 120 and is electrically connected to at least one electrode 110 . The one or more wiring layers 110 may have a larger area than the wiring layer in which the wiring layer disposed at the lower portion is disposed at the upper portion.

상변화층(112)은 상변화 물질로 형성되며, 제1 전도층(111)의 두께보다 얇은 두께를 가진다. 예를 들어, 상변화층(112)은 1nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상변화층(112)은 원자층 증착(Atomic Layer Decomposition: ALD) 기법에 의해 제1 전도층(111)에 수평적으로 증착 될 수 있다. The phase change layer 112 is formed of a phase change material and has a thickness thinner than the thickness of the first conductive layer 111. For example, the phase change layer 112 may be formed to a thickness of 1 nm or less. In addition, the phase change layer 112 may be deposited horizontally in the first conductive layer 111 by an atomic layer deposition (ALD) technique.

본 발명의 일측에 따른 상변화 메모리는 하나 이상의 배선층(110)과 연결되는 하나 이상의 하부 전극(140) 및 제2 전도층(130)에 연결되는 상부 전극(150)을 더 구성할 수 있다.The phase change memory according to an aspect of the present invention may further comprise at least one lower electrode 140 connected to one or more wiring layers 110 and an upper electrode 150 connected to the second conductive layer 130. [

상변화 메모리는 원자층 두께의 접촉 면적을 갖는 상변화 물질을 저장 물질로 이용하여, ONO 층을 이용하는 메모리 구조의 측벽 두께의 한계에 따른 접촉 면적 스케일링 문제를 개선함에 따라, 동일 집적도에서 버티칼 방향의 적층 레이어 수를 감소시킬 수 있다.The phase change memory utilizes a phase change material having a contact area of atomic layer thickness as a storage material to improve the contact area scaling problem due to the limitation of the sidewall thickness of the memory structure using the ONO layer, The number of stacked layers can be reduced.

상변화 메모리는 상변화 물질을 수평 방향으로 제1 도전층(111)의 상면 또는 하면에 원자층 증착 방식으로 단원자층(예를 들어, 1nm 이하의 단원자층)을 적층시켜 상변화층(112)을 형성하고, 상변화층(112)를 메모리 사이트(Site)로 사용할 수 있다. 상변화 메모리는 수직 접촉 홀 내부의 메모리 저장 물질을 제거함으로써, 접촉 면적 스케일이 가능하다. The phase change memory includes a phase change layer 112 formed by laminating a phase change material on a top surface or a bottom surface of a first conductive layer 111 in a horizontal direction by a monolayer (for example, a monolayer having a thickness of 1 nm or less) And the phase change layer 112 can be used as a memory site. The phase change memory is capable of scale contact area by removing memory storage material within the vertical contact holes.

본 발명의 일측에 따른 3차원 구조의 상변화 메모리는 상변화 접촉 면적을 1 nm 이하의 원자층으로 형성함에 따라, 2차원 구조의 저항성 메모리에 비하여 1/100 이하로 감소시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, a phase change memory having a three-dimensional structure can be reduced to less than 1/100 of that of a two-dimensional resistive memory by forming a phase change contact area with an atomic layer of 1 nm or less.

상변화 메모리는 크로스 포인트 되는 상변화 접촉 영역에서 수평 방향의 배선과 수직 방향의 히터층 및 배선 간의 단선(Short)을 방지할 수 있는 메모리 구조를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상변화 메모리는 수평 방향의 배선층(110)과 수직 방향의 히터층(120) 및 제2 도전층(130)의 구조를 채택하여, 하부 전극(140)과 상부 전극(150) 사이의 전류의 통전이 끊김 없이 이루어질 수 있다.The phase change memory can provide a memory structure capable of preventing a short circuit between the wiring in the horizontal direction and the heater layer and the wiring in the vertical direction in the phase change contact region which is a cross point. For example, the phase change memory adopts the structure of the wiring layer 110 in the horizontal direction, the heater layer 120 in the vertical direction, and the second conductive layer 130, and is formed between the lower electrode 140 and the upper electrode 150 Current can be conducted without interruption.

도 2는 본 발명의 일측에 따른 상변화 메모리의 전류 흐름을 도시한 수직 단면도이다.2 is a vertical cross-sectional view illustrating current flow in a phase change memory according to one aspect of the present invention.

도 2를 참조하면, 상변화 메모리의 배선층(210)은 1 nm 이하의 원자층 두께를 상변화층(212)의 접촉 면적으로 하며, 제1 전도층(211)의 일부를 화학적 또는 건조 방식을 통하여 식각하여 마련되는 공간에 절연체(240)를 형성시킴으로써, 크로스 포인트 구조(Cross-point Architecture)를 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연체(240)는 하나 이상의 배선층(210)과 히터층(220)이 접촉하는 부위에 형성될 수 있다. 또한, 배선층(210)은 개재되는 하나 이상의 절연층(250)에 의해 상호 간에 분리될 수 있다.Referring to FIG. 2, the wiring layer 210 of the phase-change memory has an atomic layer thickness of 1 nm or less as the contact area of the phase-change layer 212, and a part of the first conductive layer 211 is chemically or dry A cross-point structure can be formed by forming the insulator 240 in a space provided by etching through the through holes. For example, the insulator 240 may be formed at a portion where one or more wiring layers 210 and the heater layer 220 are in contact with each other. In addition, the wiring layers 210 can be separated from each other by one or more insulating layers 250 interposed therebetween.

상변화 메모리는 수평으로 형성되는 상변화층(212)이 히터층(220)과 수직으로 접촉하는 부위 또는 히터층(220)과 가까운 부위에서 상변화가 이루어질 수 있으며, 전류 이동 경로(260)와 같이, 상변화층(212)의 결정화에 따라 배선층(210)과 제2 전도층(230) 사이를 전류가 통전할 수 있다. 이때, 수평 방향의 상변화층은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 등의 방법으로 1nm 이하의 극히 얇은 두께를 확보함으로써 구동 전류 밀도를 획기적으로 감소시킬 수 있다. The phase change memory may be phase-shifted in a region where the phase-change layer 212 formed horizontally perpendicularly to the heater layer 220 or near the heater layer 220, Similarly, according to the crystallization of the phase change layer 212, a current can be conducted between the wiring layer 210 and the second conductive layer 230. At this time, the phase change layer in the horizontal direction can be drastically reduced by securing an extremely thin thickness of 1 nm or less by atomic layer deposition or the like.

도 3은 3차원 구조의 상변화 메모리의 수평 단면도이고, 도 4는 3차원 구조의 상변화 메모리의 수직 단면도이다.FIG. 3 is a horizontal sectional view of a three-dimensional phase change memory, and FIG. 4 is a vertical sectional view of a three-dimensional phase change memory.

상변화 메모리는 3차원 낸드 플래시 메모리 소자 구조일 수 있으며, 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 수평 또는 수직 단면으로 절단한 구조를 살펴보면, 상변화 물질의 두께를 접촉 면적으로 사용함으로써, 원자층 증착에 의한 상변화층의 박막 두께를 낮추어 구동 전류 밀도를 극단적으로 감소시킬 수 있다. 상변화 메모리는 3차원 구조를 활용함으로써 집적도를 개선 할 수 있으며, 크로스 포인트 지점에서의 신뢰성을 확보할 수 있다.The phase-change memory may be a three-dimensional NAND flash memory device structure. As shown in FIGS. 3 and 4, in the horizontal or vertical cross-sectional structure, by using the thickness of the phase change material as the contact area, The driving current density can be extremely reduced by lowering the thickness of the phase change layer. The phase change memory can improve the integration degree by utilizing the three-dimensional structure, and can secure reliability at the cross point point.

예를 들어, 3차원 메모리 구조의 상변화 메모리는 제1 전도층(311)과 제1 전도층(311)에 수평적으로 증착된 상변화층(312)을 포함하는 하나 이상의 배선층(310), 하나 이상의 배선층(310)과 수직적으로 접촉하는 히터층(320), 및 히터층(320)과 평행하게 접촉하고, 적어도 하나의 전극으로부터 하나 이상의 배선층(310)으로의 전류가 통과하는 제2 전도층(330)으로 구성될 수 있다. 이때, 상변화 메모리는 제1 전도층(311)의 일부를 식각하여 마련되는 공간에 절연체(340)를 형성할 수도 있다. 상변화 메모리는 전류 이동 경로(350)와 같이 상변화층(312)의 결정화에 따라 배선층(310)과 제2 전도층(330) 사이를 전류가 통전할 수 있다. For example, the phase-change memory of the three-dimensional memory structure may include at least one wiring layer 310 including a phase change layer 312 horizontally deposited on the first conductive layer 311 and the first conductive layer 311, A heater layer 320 in vertical contact with one or more wiring layers 310 and a second conductive layer 320 in parallel contact with the heater layer 320 and through which current flows from at least one electrode to one or more wiring layers 310. [ (330). At this time, the phase change memory may be formed with an insulator 340 in a space provided by etching a part of the first conductive layer 311. The phase change memory may conduct current between the wiring layer 310 and the second conductive layer 330 according to crystallization of the phase change layer 312 like the current path 350.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 일측에 따른 크로스 포인트 구조의 상변화 메모리의 제조 과정을 도시한 도면이다.FIGS. 5 to 9 are views illustrating a manufacturing process of a phase-change memory having a cross-point structure according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 제1 전도층(510), 상변화층(520), 및 절연층(530)을 순차적으로 형성하되, 상호 반복되도록 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 전도층(510) 및 상변화층(520)이 번갈아가며 형성된 다수의 배선층이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5, the first conductive layer 510, the phase change layer 520, and the insulating layer 530 are sequentially formed and repeatedly formed. Accordingly, a plurality of wiring layers in which the first conductive layer 510 and the phase-change layer 520 are alternately formed can be formed.

도 6을 참조하면, 반복적으로 적층 형성된 제1 전도층(510), 상변화층(520), 및 절연층(530)을 관통하도록 공동 공간(540)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6, a cavity 540 may be formed to penetrate the first conductive layer 510, the phase change layer 520, and the insulating layer 530 which are repeatedly formed.

도 7을 참조하면, 도 6에 도시된 구조물 상에서 제1 전도층(510)에 대한 수평 방향의 식각 공정을 진행할 수 있다. 이 식각 공정을 통해서 각각 분리된 절연체(560)가 형성될 공간(550)이 확보될 수 있다.Referring to FIG. 7, a horizontal etching process may be performed on the first conductive layer 510 on the structure shown in FIG. Through this etching process, a space 550 in which the insulators 560 separated from each other can be secured can be secured.

도 8을 참조하면, 도 7에 도시된 구조물 상에서 수평 방향으로 식각된 공간(550)상에 절연체(560)을 증착하는 공정을 진행하며, 공동 공간(540)의 외벽을 따라 히터층(570)을 증착할 수 있다.Referring to FIG. 8, a process of depositing an insulator 560 on a horizontally etched space 550 on the structure shown in FIG. 7 is performed, and a heater layer 570 is formed along the outer wall of the cavity 540, Lt; / RTI >

도 9를 참조하면, 도 8에 도시된 구조물 상에서 히터층(570)을 증착한 후 개방된 공간을 제2 전도체층(580)으로 매립할 수 있다.Referring to FIG. 9, after the heater layer 570 is deposited on the structure shown in FIG. 8, the open space can be filled with the second conductor layer 580.

도 10은 본 발명의 일측에 따른 상변화 메모리의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a phase change memory according to an aspect of the present invention.

도 10을 참조하면, 제1 전도층에 수평적으로 상변화층을 증착하여 하나 이상의 배선층을 마련하되(1010), 예를 들어, 상변화층을 원자층 증착(Atomic Layer Decomposition: ALD) 기법에 의해 제1 전도층에 수평적으로 증착시킬 수 있다.10, a phase change layer is deposited horizontally on the first conductive layer to form at least one wiring layer 1010. For example, a phase change layer may be formed by atomic layer deposition (ALD) So that it can be deposited horizontally on the first conductive layer.

또한, 하나 이상의 배선층 사이에 하나 이상의 절연층을 형성하고(1020), 제1 전도층의 일부를 식각하여 마련되는 공간에 절연체를 형성할 수 있다(1030). 예를 들어, 절연체는 하나 이상의 배선층과 히터층이 접촉하는 부위에 형성될 수 있다.In addition, at least one insulating layer may be formed between at least one wiring layer (1020), and an insulator may be formed in a space provided by etching a portion of the first conductive layer (1030). For example, the insulator may be formed at a portion where one or more wiring layers and the heater layer are in contact with each other.

또한, 하나 이상의 배선층과 수직적으로 접촉하는 히터층을 형성하고(140), 히터층과 평행하게 접촉하고, 적어도 하나의 전극으로부터 하나 이상의 배선층으로의 전류가 통과하는 제2 전도층을 형성한다(1050).In addition, a heater layer is formed (140) in vertical contact with one or more wiring layers, and a second conductive layer is formed in parallel contact with the heater layer and through which current flows from at least one electrode to one or more wiring layers (1050 ).

또한, 하나 이상의 배선층과 연결되는 하나 이상의 하부 전극을 형성하고, 제2 전도층에 연결되는 상부 전극을 형성할 수도 있다.In addition, one or more lower electrodes connected to one or more wiring layers may be formed, and an upper electrode connected to the second conductive layer may be formed.

본 발명의 일측에 따른 상변화 메모리는 수평 관점(Dimension)에서 확장성(Scalability)를 확보하고, 이에 의한 수직 방향의 적층수의 부담을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 공정 기술 측면에서 제조 비용을 감소시킬 수 있는 3차원 메모리 구조를 구현할 수 있으며, 수직 방향 스케일링(Scaling)에 의해서 3차원 메모리 구조에서 안정적인 셀 특성 및 신뢰성 확보가 가능하다.The phase-change memory according to one aspect of the present invention can secure scalability in a horizontal dimension, dramatically reduce the burden on the number of stacks in the vertical direction, and reduce manufacturing costs in terms of process technology. Dimensional memory structure capable of realizing a three-dimensional memory structure capable of achieving stable cell characteristics and reliability in a three-dimensional memory structure by vertical scaling.

본 발명의 일측에 따른 상변화 메모리는 3차원 낸드 플래시 메모리 소자 구조로, 상변화 물질의 두께를 접촉 면적으로 사용하며, 상변화 물질을 원자층 증착 방식에 의하여 전도층에 증착함에 따라 상변화층의 박막 두께를 낮추어, 구동 전류 밀도를 극단적으로 감소시킬 수 있다.A phase change memory according to one aspect of the present invention is a three-dimensional NAND flash memory device structure in which a thickness of a phase change material is used as a contact area and a phase change material is deposited on a conductive layer by an atomic layer deposition method, The driving current density can be extremely reduced.

본 발명의 일측에 따른 상변화 메모리는 3차원 구조를 활용함으로써 집적도를 개선 할 수 있으며, 데이터 저장 크로스 포인트 지점에서의 저항 변화로 인해 데이터 신뢰성을 확보 할 수 있다.The phase change memory according to one aspect of the present invention can improve the degree of integration by utilizing a three-dimensional structure and can secure data reliability due to resistance change at a data storage cross point.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

111: 상변화층
112: 제1 전도층
110: 배선층
120: 히터층
130: 제2 전도층
140: 하부 전극
150: 상부 전극
111: phase change layer
112: first conductive layer
110: wiring layer
120: heater layer
130: second conductive layer
140: lower electrode
150: upper electrode

Claims (18)

제1 전도층과 상기 제1 전도층에 수평적으로 증착된 상변화층을 포함하는 하나 이상의 배선층;
상기 하나 이상의 배선층과 수직적으로 접촉하는 히터층; 및
상기 히터층과 평행하게 접촉하고, 적어도 하나의 전극으로부터 상기 하나 이상의 배선층으로의 전류가 통과하는 제2 전도층
을 포함하고,
상기 상변화층은 상변화 물질로 형성되며, 상기 제1 전도층의 두께보다 얇은 두께를 갖는 상변화 메모리.
At least one wiring layer including a first conductive layer and a phase change layer horizontally deposited on the first conductive layer;
A heater layer vertically contacting the at least one wiring layer; And
A second conductive layer in parallel contact with the heater layer and through which current flows from the at least one electrode to the at least one interconnection layer,
/ RTI >
Wherein the phase change layer is formed of a phase change material and has a thickness thinner than the thickness of the first conductive layer.
제1항에 있어서,
상기 상변화층은,
원자층 증착(Atomic Layer Decomposition: ALD) 기법에 의해 상기 제1 전도층에 수평적으로 증착되는 상변화 메모리.
The method according to claim 1,
The phase-
Wherein the first conductive layer is deposited horizontally by an atomic layer deposition (ALD) technique.
제1항에 있어서,
상기 상변화층은,
1nm 이하의 두께로 형성되는 상변화 메모리.
The method according to claim 1,
The phase-
And a thickness of 1 nm or less.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 배선층은,
개재되는 하나 이상의 절연층에 의해 상호 간에 분리되는 상변화 메모리.
The method according to claim 1,
Wherein the at least one wiring layer comprises:
Phase-change memory separated by one or more intervening dielectric layers.
제1항에 있어서,
상기 상변화층은,
상기 히터층과 수직으로 접촉하는 부위에서 상변화가 이루어지는 상변화 메모리.
The method according to claim 1,
The phase-
And a phase change is made at a portion vertically contacting the heater layer.
제1항에 있어서,
상기 제1 전도층의 일부를 식각하여 마련되는 공간에 형성된 절연체
을 더 포함하는 상변화 메모리.
The method according to claim 1,
A first conductive layer formed on the first conductive layer,
/ RTI >
제6항에 있어서,
상기 절연체는,
상기 하나 이상의 배선층과 상기 히터층이 접촉하는 부위에 형성되는 상변화 메모리.
The method according to claim 6,
The insulator
Wherein the at least one wiring layer and the heater layer are in contact with each other.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 배선층은,
하부에 배치되는 배선층이 상부에 배치되는 배선층에 비해 넓은 면적을 가지는 상변화 메모리.
The method according to claim 1,
Wherein the at least one wiring layer comprises:
Wherein the wiring layer disposed at the lower portion has a larger area than the wiring layer disposed at the upper portion.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 배선층과 연결되는 하나 이상의 하부 전극; 및
상기 제2 전도층에 연결되는 상부 전극
을 더 포함하는 상변화 메모리.
The method according to claim 1,
At least one lower electrode connected to the at least one wiring layer; And
And an upper electrode connected to the second conductive layer
/ RTI >
제1 전도층에 수평적으로 상변화층을 증착하여 하나 이상의 배선층을 마련하는 단계;
상기 하나 이상의 배선층과 수직적으로 접촉하는 히터층을 형성하는 단계; 및
상기 히터층과 평행하게 접촉하고, 적어도 하나의 전극으로부터 상기 하나 이상의 배선층으로의 전류가 통과하는 제2 전도층을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 상변화층은 상변화 물질로 형성되며, 상기 제1 전도층의 두께보다 얇은 두께를 갖는 상변화 메모리의 제조 방법.
Depositing a phase change layer horizontally on the first conductive layer to provide at least one wiring layer;
Forming a heater layer in vertical contact with the at least one wiring layer; And
Forming a second conductive layer in parallel contact with the heater layer and through which current flows from the at least one electrode to the at least one interconnection layer,
Lt; / RTI >
Wherein the phase change layer is formed of a phase change material and has a thickness thinner than the thickness of the first conductive layer.
제10항에 있어서,
상기 하나 이상의 배선층을 마련하는 단계는,
상기 상변화층을 원자층 증착(Atomic Layer Decomposition: ALD) 기법에 의해 상기 제1 전도층에 수평적으로 증착시키는 단계
를 포함하는 상변화 메모리의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The step of providing the one or more wiring layers includes:
The phase-change layer is deposited horizontally on the first conductive layer by atomic layer deposition (ALD)
Wherein the phase change memory comprises a phase change memory.
제10항에 있어서,
상기 상변화층은,
1nm 이하의 두께로 형성되는 상변화 메모리의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The phase-
And a thickness of 1 nm or less.
제10항에 있어서,
상기 하나 이상의 배선층 사이에 하나 이상의 절연층을 형성하는 단계;
를 더 포함하는 상변화 메모리의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Forming at least one insulating layer between the at least one wiring layer;
Further comprising the steps of:
제10항에 있어서,
상기 상변화층은,
상기 히터층과 수직으로 접촉하는 부위에서 상변화가 이루어지는 상변화 메모리의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The phase-
And a phase change is made at a portion vertically contacting the heater layer.
제10항에 있어서,
상기 제1 전도층의 일부를 식각하여 마련되는 공간에 절연체를 형성하는 단계;
을 더 포함하는 상변화 메모리의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Forming an insulator in a space provided by etching a part of the first conductive layer;
Further comprising the steps of:
제15항에 있어서,
상기 절연체는,
상기 하나 이상의 배선층과 상기 히터층이 접촉하는 부위에 형성되는 상변화 메모리의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The insulator
Wherein the one or more wiring layers and the heater layer are in contact with each other.
제10항에 있어서,
상기 하나 이상의 배선층은,
하부에 배치되는 배선층이 상부에 배치되는 배선층에 비해 넓은 면적을 가지는 상변화 메모리의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the at least one wiring layer comprises:
Wherein the wiring layer disposed at the lower portion has a larger area than the wiring layer disposed at the upper portion.
제10항에 있어서,
상기 하나 이상의 배선층과 연결되는 하나 이상의 하부 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제2 전도층에 연결되는 상부 전극을 형성하는 단계
를 더 포함하는 상변화 메모리의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
Forming at least one lower electrode connected to the at least one wiring layer; And
Forming an upper electrode connected to the second conductive layer
Further comprising the steps of:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101511871B1 (en) * 2013-12-12 2015-04-13 한양대학교 산학협력단 3 Dimensional PRAM Structure and fabrication method

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