KR100795908B1 - Semiconductor device having heating structure and methods of forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a는 종래 기술에 따른 PRAM의 메모리 셀을 설명하기 위한 평면도이다. 1A is a plan view illustrating a memory cell of a PRAM according to the prior art.
도 1b는 종래 기술에 따른 PRAM의 발열 구조체를 설명하기 위한 공정 단면도이다. 1B is a cross-sectional view illustrating a heat generation structure of a PRAM according to the prior art.
도 1c는 종래 기술에 따른 PRAM의 기술적 문제를 설명하기 위한 회로도이다. 1C is a circuit diagram illustrating a technical problem of a PRAM according to the prior art.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예들에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도들이다. 2A through 2C are plan views illustrating a semiconductor device having a heat generating structure according to example embodiments.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다. 3A to 3G are perspective views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a heat generating structure according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a heat generating structure according to another embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다. 5A and 5B are perspective views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a heat generating structure according to another embodiment of the present invention.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또다른 실시예들에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도들이다. 6A and 6B are plan views illustrating a semiconductor device including a heat generating structure according to still other embodiments of the inventive concept.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방 법을 설명하기 위한 사시도들이다. 7A to 7D are perspective views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 8 is a perspective view illustrating a semiconductor device having a heat generating structure according to still another embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 9 is a perspective view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 장치 및 그 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치 및 그 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
이동 통신 및 컴퓨터 등과 같은 전자 산업의 발전에 따라, 빠른 읽기/쓰기 동작 속도, 비휘발성 및 낮은 동작 전압 등의 특성을 갖는 반도체 장치가 요구되고 있다. 하지만, 현재 사용되는 에스램(static random access memory; SRAM), 디램(Dynamic Random Access Memory; DRAM) 및 플래쉬 메모리(FLASH memory) 등과 같은 메모리 장치는 이러한 특성들을 모두 충족시키지 못하고 있다. BACKGROUND With the development of the electronics industry such as mobile communication and computers, semiconductor devices having characteristics such as high read / write operation speed, nonvolatile and low operating voltage are required. However, currently used memory devices such as static random access memory (SRAM), dynamic random access memory (DRAM), and flash memory do not meet all of these characteristics.
예를 들면, 상기 디램의 단위 셀은 한 개의 커패시터와 이를 제어하기 위한 한 개의 트랜지스터를 구비하기 때문에, 낸드 플래시 메모리에 비해 상대적으로 큰 단위 셀 면적을 갖는다. 또한, 디램은 커패시터에 정보를 저장하기 때문에, 알려진 것처럼, 리프레시 동작이 필요한 휘발성 메모리 장치이다. 상기 에스램은 빠른 동작 속도를 갖지만, 마찬가지로 휘발성 메모리 장치의 하나이며, 특히 단위 셀은 여 섯 개의 트랜지스터들로 구성되기 때문에 단위 셀 면적이 매우 큰 단점을 갖는다. 상기 플래시 메모리는 비휘발성 메모리 장치이면서, (특히 낸드형 플래시 메모리 장치의 경우) 현존하는 메모리 장치들 중의 가장 높은 집적도를 제공하지만, 알려진 것처럼 동작 속도가 느린 단점을 갖는다. For example, since the unit cell of the DRAM includes one capacitor and one transistor for controlling the DRAM, the unit cell has a relatively large unit cell area compared to the NAND flash memory. Also, since DRAM stores information in a capacitor, as is known, it is a volatile memory device that requires a refresh operation. The SRAM has a high operating speed, but is similarly one of volatile memory devices, and since the unit cell is composed of six transistors, the unit cell area is very large. The flash memory is a nonvolatile memory device and provides the highest degree of integration among existing memory devices (particularly in the case of NAND flash memory devices), but has the disadvantage of slow operation speed as is known.
이에 따라, 최근에는 빠른 읽기/쓰기 동작이 가능하며, 비휘발성을 갖고, 리프레쉬 동작이 불필요하며, 동작 전압이 낮은 메모리 장치에 대한 연구가 진행되고 있으며, 상변화 랜덤 억세스 메모리(phase random access memory; PRAM)는 이러한 기술적 요구들을 충족시킬 수 있을 것으로 기대되는 차세대 메모리 장치의 한가지이다. 예를 들면, PRAM은 대략 1013회 이상의 정보 변경이 가능하기 때문에 제품 수명이 길며, 대략 30ns의 고속 동작이 가능한 장점을 아울러 갖는다. Accordingly, in recent years, research has been conducted on memory devices capable of fast read / write operations, nonvolatile, refresh operations, and low operating voltages, and include phase random access memory; PRAM) is one of the next generation memory devices that are expected to meet these technical requirements. For example, a PRAM can change information more than 10 to 13 times, so it has a long product life and has a high speed of about 30 ns.
상기 PRAM의 메모리 셀에 저장된 정보는 상변화막의 결정 상태의 변화에 따른 전기적 저항의 변화를 센싱함으로써 판독될 수 있으며, 상기 상변화막의 결정 상태는 상기 상변화막의 가열 온도 및 가열 시간에 의존적이다. 이에 따라, 상기 PRAM은, 상기 상변화막을 원하는 결정 상태로 만들기 위한 방법으로, 상기 상변화막을 흐르는 전류 및 상기 전류에 의해 발생하는 줄-열(Joule's heat)을 조절하는 방법을 채택하고 있다. 상기 줄-열(Q)은 잘 알려진 것처럼 아래의 줄 법칙에 의해 표현될 수 있다. Information stored in a memory cell of the PRAM can be read by sensing a change in electrical resistance according to a change in a crystal state of a phase change film, and the crystal state of the phase change film is dependent on a heating temperature and a heating time of the phase change film. Accordingly, the PRAM adopts a method of adjusting the current flowing through the phase change film and Joule's heat generated by the current as a method for bringing the phase change film into a desired crystal state. The row-column Q can be represented by the following row law, as is well known.
이때, 상기 저항(R)은 물질의 종류 또는 제조 공정에 의존적인 고정된 파라미터(fixed parameter)인 데 비해, 상기 시간(t)과 전류(I)는 제작된 제품의 동작을 위해 외부에서 제어가능한 파라미터들(externally controllable parameters)이다. 결과적으로, 소모 전력을 최소화하면서 상기 상변화막을 요구되는 온도까지 가열하기 위해서는, 상기 상변화막을 가열하는 부분의 저항을 증가시키는 것이 필요하다. In this case, the resistance (R) is a fixed parameter depending on the type of material or the manufacturing process, whereas the time (t) and the current (I) are externally controllable for the operation of the manufactured product. Externally controllable parameters. As a result, in order to heat the phase change film to the required temperature while minimizing the power consumption, it is necessary to increase the resistance of the portion heating the phase change film.
도 1a는 종래 기술에 따른 PRAM의 메모리 셀을 설명하기 위한 평면도이고, 도 1b는 종래 기술에 따른 PRAM의 발열 구조체를 설명하기 위한 공정 단면도이다. 보다 구체적으로, 도 1b는 도 1a의 점선 I-I'을 따라 보여지는 단면을 도시한다. 도 1c는 종래 기술에 따른 PRAM의 기술적 문제를 설명하기 위한 회로도이다. 1A is a plan view illustrating a memory cell of a PRAM according to the prior art, and FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating a heat generating structure of the PRAM according to the prior art. More specifically, FIG. 1B shows a cross section taken along the dotted line II ′ of FIG. 1A. 1C is a circuit diagram illustrating a technical problem of a PRAM according to the prior art.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 반도체기판(10)의 소정영역에는 활성영역(ACT)이 배치되고, 상기 활성영역(ACT)의 상부에는 워드 라인들(WL)이 배치되고, 상기 워드 라인들(WL) 양 옆의 활성영역(ACT)에는 소오스 영역(12S) 및 드레인 영역(12D)이 배치된다. 상기 드레인 영역(12D)의 상부에는 플러그(16) 및 패드(18)가 적층되고, 상기 패드(18)가 형성된 결과물 상에는 상기 패드(18)의 상부면을 노출시키는 개구부(20)를 갖는 층간절연막(14)이 배치된다. 상기 개구부(20) 내에는 발열 장치(heater)로 이용되는 하부 전극(24)이 배치되고, 상기 층간절연막(14) 상에는 상기 하부 전극(24)에 접촉하는 상변화 패턴(GST) 및 상부 전극(28)이 적층된다. 1A and 1B, an active region ACT is disposed in a predetermined region of the
한편, 알려진 것처럼, 도선(conductive line)의 전기적 저항(electric resistance)은 그 비저항(resistivity) 및 도선의 길이에 비례하고 그 단면적에 반비례한다. 이러한 사실에 기초하여, 종래 기술에서는, 상기 하부 전극(24)의 저항을 높이기 위해, 그 단면적을 줄이기 위한 노력이 진행되어 왔다. (예를 들면, 도 1a에 도시된 것처럼, 상기 개구부(20)의 내벽에 형성된 스페이서(22).)On the other hand, as is known, the electrical resistance of a conductive line is proportional to its resistivity and the length of the conductor and inversely proportional to its cross sectional area. Based on this fact, in the prior art, efforts have been made to reduce the cross-sectional area in order to increase the resistance of the
하지만, 상기 스페이서(22)를 이용하여 상기 하부 전극(24)의 단면적을 감소시키는 방법은 (상기 상변화 패턴(GST)과 접하는) 상기 하부 전극(24)의 상부 영역의 단면적 뿐만이 아니라 (상기 상변화 패턴(GST)의 가열에 기여하지 않는) 상기 하부 전극(24)의 하부 영역의 단면적까지 감소시킨다. 그 결과, 도 1c에 도시된 것처럼, 상기 스페이서(22)를 사용하여 상기 하부 전극(24)의 단면적을 줄이는 방법은 의도된 위치의 저항(즉, 상변화 패턴과 하부 전극 계면 저항(R4))뿐만이 아니라 의도되지 않은 위치의 저항(즉, 하부 전극 저항(R5) 및 하부 전극과 다이오드의 계면 저항(R6))까지 함께 증가시킨다. 이처럼, 상기 상변화 패턴(GST)의 가열에 기여하지 않는 영역에서의 저항 증가는 소모 전력의 증가 및 신뢰성의 저하를 초래한다. 이러한 문제를 극복하기 위해서는, 의도되지 않은 다른 저항들의 증가는 최소화시키면서, 상기 상변화 패턴(GST)과 하부 전극(24) 사이의 계면 저항(R4)) 만을 선택적으로 증가시킬 수 있는 기술이 요구된다. However, the method of reducing the cross-sectional area of the
한편, 상기 개구부(20)는 포토 리소그래피 단계를 포함하는 패터닝 공정을 통해 형성되기 때문에, 상기 개구부(20)의 단면적은 상기 패터닝 공정에 수반되는 공정상의 편차를 갖는다. 이때, 상기 개구부(20)의 단면적은 실질적으로 상기 하부 전극(24)의 단면적을 결정한다는 점에서, 상기 개구부(20) 형성 공정에서 발생하는 면적 산포는 상기 하부 전극(24)의 면적 산포로 이어진다. On the other hand, since the
보다 구체적으로, 상술한 것처럼, 상기 하부 전극(24)의 단면적은 상기 스페이서(22)에 의해 감소될 수 있을지라도, 상기 하부 전극(24)의 단면적 산포는 본질적으로 상기 개구부(20)의 면적 산포에 의해 결정된다. 즉, 상기 하부 전극(24)의 단면적의 감소가 적어도 동일한 비율로 이루어지는 그 단면적 산포의 감소를 수반하지 않는 경우, 상기 하부 전극(24)의 단면적 감소는 오히려 메모리 셀들의 균일성(uniformity)를 감소시킨다. 이러한 균일성의 문제는 반도체 장치의 집적도가 증가할수록 더욱 심화된다는 점에서, PRAM의 수율에 중요한 영향을 주는 기술적 이슈이다. 결론적으로, 상기 하부 전극(24)의 단면적 뿐만이 아니라 그 산포를 함께 줄일 수 있는 기술이 요구되고 있다. More specifically, as described above, although the cross sectional area of the
이에 더하여, 종래 기술에 따르면, 도 1a에 도시된 것처럼, PRAM의 메모리 셀들은 (서로 연결되지 않은) 섬 모양의 상변화 패턴들(GST)을 구비한다. 하지만, 상기 상변화 패턴들(GST)을 형성하기 위한 이방성 식각 단계는 상변화 패턴(GST)의 물리적 특성에 영향을 주는 식각 손상을 수반한다. 특히, 도 1a에 도시한 것처럼, 섬 모양의 상변화 패턴(GST)은 이러한 식각 손상에 더욱 취약하다. 또한, 섬 모양의 상변화 패턴(GST)은 그 하부의 막들(예를 들면, 상기 하부 전극(24) 및 상기 층간절연막(14))과 접촉 면적이 크지 않기 때문에, PRAM의 집적도가 증가될수록 제품 불량을 초래하는 리프팅(lifting)의 문제에 취약하다. 특히, 상기 상변화 패턴(GST)은 고온으로 가열된다는 점에서, 열 팽창에 따른 리프팅의 문제는 PRAM의 상용화를 위해 극복돼야 할 기술적 과제이다. In addition, according to the prior art, as shown in FIG. 1A, the memory cells of the PRAM have island-shaped phase change patterns GST (not connected to each other). However, the anisotropic etching step for forming the phase change patterns GST involves etching damage that affects the physical properties of the phase change pattern GST. In particular, as shown in FIG. 1A, the island-shaped phase change pattern GST is more vulnerable to such etching damage. In addition, since the island-shaped phase change pattern GST does not have a large contact area with the underlying films (for example, the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상변화막과 하부 전극 사이의 계면 저항 만을 선택적으로 증가시킬 수 있는 반도체 장치를 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of selectively increasing only the interface resistance between the phase change film and the lower electrode.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상변화막과 하부 전극 사이의 계면 저항 만을 선택적으로 증가시킬 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can selectively increase only the interface resistance between the phase change film and the lower electrode.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하부 전극과 상변화막 사이의 접촉 면적 및 접촉 면적 산포를 함께 줄일 수 있는 반도체 장치를 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the contact area and the contact area distribution between the lower electrode and the phase change film.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하부 전극과 상변화막 사이의 접촉 면적 및 접촉 면적 산포를 함께 줄일 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce the contact area and the contact area distribution between the lower electrode and the phase change film together.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상변화막의 리프팅 문제를 최소화할 수 있는 반도체 장치를 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can minimize the lifting problem of the phase change film.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상변화막의 리프팅 문제를 최소화할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can minimize the lifting problem of the phase change film.
상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여, 본 발명은 하부 전극의 측벽부 일부와 접하는 피가열 패턴을 구비하는 반도체 장치를 제공한다. 이 장치는 바닥부 및 상기 바닥부의 가장자리로부터 상부로 연장된 측벽부를 구비하는 복수개의 하부 전극들; 상기 하부 전극들의 상부에 배치되는 피가열 패턴; 및 상기 하부 전극의 측 벽부의 상부면 일부를 노출시키는 접촉 윈도우를 가지면서 상기 피가열 패턴과 상기 하부 전극들 사이에 개재되는 절연막을 구비한다. 이때, 상기 피가열 패턴은 상기 접촉 윈도우를 통해 상기 하부 전극의 측벽부 상부면 일부에 연결된다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a semiconductor device having a heating pattern to contact a portion of the side wall portion of the lower electrode. The apparatus includes a plurality of bottom electrodes having a bottom portion and a side wall portion extending upwardly from an edge of the bottom portion; A heated pattern disposed on the lower electrodes; And an insulating layer interposed between the heating pattern and the lower electrodes while having a contact window exposing a portion of the upper surface of the side wall of the lower electrode. In this case, the heated pattern is connected to a portion of an upper surface of the sidewall portion of the lower electrode through the contact window.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접촉 윈도우는 상기 피가열 패턴보다 좁은 폭을 갖고, 상기 피가열 패턴과 상기 하부 전극 사이의 접촉 면적은 상기 측벽부의 두께와 상기 접촉 윈도우의 폭의 곱과 같다. According to an embodiment of the present invention, the contact window has a narrower width than the heating pattern, and the contact area between the heating pattern and the lower electrode is equal to the product of the thickness of the sidewall portion and the width of the contact window. .
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 접촉 윈도우는 상기 피가열 패턴을 가로지르는 방향에서 상기 하부 전극들의 측벽부 상부면들을 노출시키도록 형성되고, 상기 피가열 패턴과 상기 하부 전극 사이의 접촉 면적은 상기 측벽부의 두께와 상기 피가열 패턴의 폭의 곱과 같다. According to another embodiment of the present invention, the contact window is formed to expose the upper surface of the side wall portion of the lower electrodes in the direction crossing the heating pattern, the contact area between the heating pattern and the lower electrode is It is equal to the product of the thickness of the side wall portion and the width of the heated pattern.
본 발명에 따르면, 상기 피가열 패턴은 복수개의 하부 전극들을 연결하도록 형성되고, 상기 하부 전극의 측벽부는 1 내지 20nm의 두께를 갖는 폐곡선(closed line)일 수 있다. 상기 피가열 패턴의 상부에는 상부 전극이 더 배치될 수 있다. 이때, 상기 상부 전극은 상기 피가열 패턴에 자기 정렬되어, 상기 피가열 패턴에 연결된 하부 전극들을 전기적으로 연결한다. According to the present invention, the heated pattern is formed to connect the plurality of lower electrodes, and the sidewall portion of the lower electrode may be a closed line having a thickness of 1 to 20 nm. An upper electrode may be further disposed on the heated pattern. In this case, the upper electrode is self-aligned to the heating pattern, thereby electrically connecting the lower electrodes connected to the heating pattern.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 전극들의 하부에는 상기 피가열 패턴을 가로지르는 하부 도전 패턴이 더 배치되고, 상기 하부 도전 패턴과 상기 하부 전극들 사이에는 다이오드를 구성하는 반도체 패턴들이 더 배치될 수 있다. 이때, 상기 하부 전극과 상기 반도체 패턴은 실질적으로 같은 점유 면적을 갖도록 자기정렬된다. According to one embodiment of the present invention, a lower conductive pattern crossing the heated pattern is further disposed below the lower electrodes, and semiconductor patterns constituting a diode are further disposed between the lower conductive pattern and the lower electrodes. Can be. In this case, the lower electrode and the semiconductor pattern are self-aligned to have substantially the same occupied area.
본 발명에 따르면, 상기 하부 전극의 바닥부와 상기 절연막 사이에는 내부 절연 패턴이 더 배치되고, 상기 하부 전극의 측벽부 둘레에는 상기 하부 전극들을 전기적으로 분리시키는 외부 절연 패턴이 더 배치된다. 상기 하부 전극의 측벽부의 상부면은, 적어도 상기 접촉 윈도우 내에서, 상기 내부 절연 패턴 및 상기 외부 절연 패턴의 상부면들보다 낮을 수 있다. According to the present invention, an inner insulating pattern is further disposed between the bottom portion of the lower electrode and the insulating layer, and an outer insulating pattern is further disposed around the sidewall portion of the lower electrode to electrically separate the lower electrodes. The upper surface of the sidewall portion of the lower electrode may be lower than the upper surfaces of the inner insulation pattern and the outer insulation pattern at least in the contact window.
본 발명의 다른 실시예에 다르면, 상기 하부 전극의 아래에는 메모리 트랜지스터가 더 배치될 수 있다. 이때, 상기 메모리 트랜지스터는 상기 피가열 패턴을 가로지르는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극 양 옆에 형성된 소오스/드레인 영역들을 구비한다. 본 발명에 따르면, 상기 접촉 윈도우의 깊이는 5Å 내지 1000Å이고, 그 종횡비는 0.0001 내지 2일 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a memory transistor may be further disposed under the lower electrode. In this case, the memory transistor includes a gate electrode crossing the heated pattern and source / drain regions formed on both sides of the gate electrode. According to the present invention, the contact window has a depth of 5 kPa to 1000 kPa, and an aspect ratio thereof may be 0.0001 to 2.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체기판 상에 갭 영역들을 갖는 외부 절연 패턴을 형성하는 단계; 상기 갭 영역 내에, 바닥부 및 상기 바닥부의 가장자리로부터 상부로 연장된 측벽부를 구비하는 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 외부 절연 패턴 상에, 상기 하부 전극의 측벽부의 상부면 일부를 노출시키는 접촉 윈도우를 갖는 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 절연막 상에, 상기 접촉 윈도우를 통해 노출된 상기 하부 전극의 측벽부의 상부면에 접속하는 피가열 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above another technical problem, the present invention comprises the steps of forming an outer insulating pattern having gap regions on a semiconductor substrate; Forming a bottom electrode in the gap region, the bottom electrode having a bottom portion and a sidewall portion extending upwardly from an edge of the bottom portion; Forming an insulating layer on the outer insulating pattern, the insulating layer having a contact window exposing a portion of an upper surface of the sidewall of the lower electrode; And forming a heated pattern on the insulating layer to be connected to an upper surface of the sidewall of the lower electrode exposed through the contact window.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 전극을 형성하기 전에, 상기 갭 영역들의 하부 영역에 각각 배치되어, 다이오드를 구성하는 반도체 패턴들을 더 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 외부 절연 패턴을 형성하기 전에, 상기 반도체 패턴 들의 아래에는 하부 도전 패턴이 더 형성될 수 있다. 상기 하부 도전 패턴은 상기 반도체 패턴들을 상기 피가열 패턴을 가로지르는 방향으로 연결한다. According to an embodiment of the present invention, before forming the lower electrode, the semiconductor patterns constituting the diode may be further formed on the lower regions of the gap regions. In this case, before forming the external insulating pattern, a lower conductive pattern may be further formed below the semiconductor patterns. The lower conductive pattern connects the semiconductor patterns in a direction crossing the heated pattern.
한편, 상기 반도체 패턴을 형성하는 단계는 상기 하부 도전 패턴을 씨드층으로 사용하는 에피택시얼 공정을 실시하여 상기 갭 영역들을 채우는 반도체막을 형성하고, 상기 반도체막을 전면 식각하여 상기 갭 영역의 상부 측벽이 노출시키는 상기 반도체 패턴을 형성한 후, 상기 반도체기판에 서로 다른 도전형의 불순물들을 차례로 주입하는 단계를 포함할 수 있다. In the forming of the semiconductor pattern, an epitaxial process using the lower conductive pattern as a seed layer is performed to form a semiconductor film filling the gap regions, and the upper sidewall of the gap region is formed by etching the entire surface of the semiconductor layer. After forming the semiconductor pattern to expose, it may include the step of injecting impurities of different conductivity type to the semiconductor substrate.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 외부 절연 패턴을 형성하기 전에, 트랜지스터를더 형성할 수 있다. 이때, 상기 트랜지스터는 상기 피가열 패턴을 가로지르는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극 양 옆에 형성된 소오스/드레인 영역들을 구비한다. 이어서, 상기 트랜지스터의 드레인 영역과 상기 하부 전극을 전기적으로 연결하는 드레인 플러그를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, before forming the external insulating pattern, a transistor may be further formed. In this case, the transistor includes a gate electrode crossing the heated pattern and source / drain regions formed on both sides of the gate electrode. Subsequently, the method may further include forming a drain plug electrically connecting the drain region of the transistor and the lower electrode.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접촉 윈도우들을 갖는 절연막을 형성하는 단계는 상기 하부 전극이 형성된 결과물 상에 상기 절연막을 형성한 후, 한 개의 접촉 윈도우가 한 개의 하부 전극을 노출시키도록 상기 절연막을 패터닝하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the forming of the insulating film having the contact windows may include forming the insulating film on a resultant product on which the lower electrode is formed, and then forming the insulating film so that one contact window exposes one lower electrode. Patterning the;
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 접촉 윈도우들을 갖는 절연막을 형성하는 단계는 상기 하부 전극이 형성된 결과물 상에 상기 절연막을 형성한 후, 한 개의 접촉 윈도우가 복수개의 하부 전극들을 노출시키도록 상기 절연막을 패터닝하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 접촉 윈도우는 상기 피가열 패턴을 가로지르는 방 향의 장축 또는 상기 피가열 패턴에 평행한 장축을 갖도록 형성된다. According to another embodiment of the present invention, the step of forming the insulating film having the contact window is formed after the insulating film formed on the lower electrode formed, the insulating film so that one contact window exposes a plurality of lower electrodes Patterning the; In this case, the contact window is formed to have a long axis in a direction crossing the heated pattern or a long axis parallel to the heated pattern.
상기 접촉 윈도우는 5Å 내지 1000Å의 깊이 및 0.0001 내지 2의 종횡비를 갖도록 형성된다. The contact window is formed to have a depth of 5 μs to 1000 μs and an aspect ratio of 0.0001 to 2.
상기 피가열 패턴을 형성하는 단계는 상기 절연막 상에 상기 접촉 윈도우를 통해 상기 하부 전극의 측벽부 상부면에 접촉하는 상변화막을 형성한 후, 상기 상변화막을 패터닝하여 상기 피가열 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 피가열 패턴은 복수개의 하부 전극들을 연결하도록 형성된다. The forming of the pattern to be heated may include forming a phase change layer on the insulating layer to contact an upper surface of the sidewall of the lower electrode through the contact window, and then patterning the phase change layer to form the pattern to be heated. It may include. In this case, the heated pattern is formed to connect the plurality of lower electrodes.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Objects, other objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following preferred embodiments associated with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.In the present specification, when it is mentioned that a film is on another film or substrate, it means that it may be formed directly on another film or substrate or a third film may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical contents. In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various regions, films, and the like, but these regions and films should not be limited by these terms. . These terms are only used to distinguish any given region or film from other regions or films. Thus, the film quality referred to as the first film quality in one embodiment may be referred to as the second film quality in other embodiments. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다. 2A is a plan view illustrating a semiconductor device having a heat generating structure according to an exemplary embodiment of the present invention. 3A to 3G are perspective views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a heat generating structure according to an embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 3a를 참조하면, 반도체기판(100) 상에 하부 도전 패턴들(110)을 형성한다. 상기 하부 도전 패턴(110)은 PRAM의 메모리 셀들을 소정의 방향으로 연결하는 배선(보다 구체적으로는, 워드 라인)으로 사용될 수 있다. 2A and 3A, lower
본 발명의 일 실시예에 따르면, 잘 알려진 얕은 트렌치 소자분리(shallow trench isolation, STI) 기술을 사용하여 형성된 활성영역들이 상기 하부 도전 패턴들(110)로 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 하부 도전 패턴(110)을 형성하는 단계는 상기 반도체기판(100) 내에 활성영역들을 한정하는 소자분리 트렌치들을 형성하는 단계, 상기 소자분리 트렌치들을 채우는 소자분리막 패턴(도시하지 않음)을 형성하는 단계 및 상기 활성영역들 내에 불순물들을 고농도로 주입하여 상기 하부 도전 패턴(110)으로 사용되는 불순물 영역들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 불순물의 도전형은 상기 반도체기판(100)의 도전형과는 다르다. 예를 들어, 상기 반도체기판(100)의 도전형이 p형인 경우, 상기 하부 도전 패턴(110) 의 도전형은 n+일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, active regions formed using well-known shallow trench isolation (STI) techniques may be used as the lower
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 하부 도전 패턴(110)은 금속성 물질(예를 들면, 금속 실리사이드들 및 금속들)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 한국출원번호 제2005-110004호에 구체적으로 개시되고 있으며, 여기에서는 이에 대한 설명을 생략한다. According to another embodiment of the present invention, the lower
도 2a 및 도 3b를 참조하면, 상기 반도체기판(100) 상에, 상기 하부 도전 패턴들(110)을 덮는 제 1 절연막(120)을 형성한다. 상기 제 1 절연막(120)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막 및 저유전막들 중의 적어도 한가지로 형성될 수 있으며, 후속 공정에서 하부 전극을 둘러싸는 외부 절연 패턴으로 사용된다. 2A and 3B, a first insulating
상기 제 1 절연막(120)을 패터닝하여, 상기 하부 도전 패턴들(110)의 상부면들을 노출시키는 갭 영역들(125)을 형성한다. 상기 갭 영역들(125)을 형성하는 단계는 상기 제 1 절연막(120) 상에 제 1 마스크 패턴(도시하지 않음)을 형성하는 단계 및 상기 제 1 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 제 1 절연막(120)을 이방성 식각하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 제 1 절연막(120)을 식각하는 단계는 상기 하부 도전 패턴(110)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 실시되는 것이 바람직하다. The first insulating
한편, 상기 제 1 마스크 패턴은 포토 리소그래피 공정을 통해 형성된 포토레지스트 패턴일 수 있다. 이 경우, 상기 갭 영역들(125)의 모서리들은 라운드될 수 있다. 예를 들면, 상기 갭 영역(125)는 장축과 단축을 갖는 타원형일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 도전 패턴들(110)을 가로지른 방향에서 측 정되는 상기 갭 영역(120)의 측벽 곡률이 감소될 수 있도록, 상기 갭 영역(125)의 장축은 상기 하부 도전 패턴(110)의 길이 방향에 평행한 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 상기 갭 영역(125)의 장축 길이 또는 단축 길이는 1 내지 250nm일 수 있다.The first mask pattern may be a photoresist pattern formed through a photolithography process. In this case, corners of the
또한, 도 2a 및 도 3b에 도시된 것처럼, 상기 갭 영역들(125)은 2차원적으로 배열된다. 즉, 하나의 하부 도전 패턴(110)의 상부에는 복수개의 갭 영역들(125)이 형성된다. Also, as shown in FIGS. 2A and 3B, the
도 2a 및 도 3c를 참조하면, 상기 갭 영역(125)의 하부 영역에 반도체 패턴(130)을 형성한다. 상기 반도체 패턴(130)은 차례로 적층되어 다이오드를 구성하는 상부 불순물 영역(131) 및 하부 불순물 영역(132)을 포함한다. 상기 하부 불순물 영역(132)은 상기 하부 도전 패턴(110)의 상부면에 접하도록 형성된다. 상기 하부 도전 패턴(110)이 불순물을 포함하는 다결정 실리콘으로 형성되는 경우, 상기 하부 불순물 영역(132)은 상기 하부 도전 패턴(110)과 같은 도전형을 갖고, 상기 상부 불순물 영역(131)은 상기 하부 도전 패턴(110)과 다른 도전형을 갖는다. 2A and 3C, the
본 발명에 따르면, 상기 반도체 패턴(130)을 형성하는 단계는 상기 갭 영역(125)을 채우는 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 갭 영역(125)의 상부 영역의 측벽이 노출될 때까지 상기 반도체층을 전면식각(etchback)하는 단계를 포함한다. 상기 전면식각에 의해 노출되는 상기 갭 영역(125) 측벽의 높이는 (후속 공정에서 형성될) 하부 전극의 높이를 결정하므로, 이를 고려하여 상기 전면 식각 공정을 실시한다. According to the present invention, the forming of the
상기 반도체층은 상기 갭 영역(125)를 통해 노출된 상기 하부 도전 패턴(110)을 씨드층으로 사용하는 에피택시얼 공정을 통해 형성될 수 있으며, 4족 원소들 및 3-5족 원소들 중의 한가지일 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체층은 에피택시얼 게르마늄-실리콘층(epitaxial Ge-Si layer) 또는 에피택시얼 실리콘층(epitaxial Si layer)일 수 있다. 한편, 상기 반도체층은 화학기상증착 기술을 사용하여 형성되는 비정질 실리콘막(amorphous Si layer)일 수도 있다. The semiconductor layer may be formed through an epitaxial process using the lower
상기 상부 및 하부 불순물 영역들(131, 132)을 형성하는 단계는 이온 주입 공정을 이용하여 상기 반도체층에 서로 다른 도전형을 갖는 불순물들을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 인-시튜 도핑 기술을 사용하여 에피택시얼 공정을 실시하는 동안 상기 반도체층 내에 제 1 도전형의 불순물들을 주입한 후, 이온 주입 기술을 사용하여 상기 제 1 도전형의 불순물들을 포함하는 반도체층 내에 제 2 도전형의 불순물들을 주입할 수 있다. The forming of the upper and
도 2a 및 도 3d를 참조하면, 상기 반도체 패턴(130)이 형성된 결과물 상에 하부 전극막(bottom electrode layer, 140)을 형성한다. 즉, 상기 하부 전극막(140)은 상기 제 1 절연막(120)의 상부면 및 상기 갭 영역(125)의 내벽(보다 구체적으로는, 상기 하부 전극막(140)은 상기 갭 영역(125)의 상부 영역의 노출된 측벽 및 상기 반도체 패턴(130)의 상부면)을 덮는다. 2A and 3D, a
본 발명에 따르면, 상기 하부 전극막(140)의 두께는, 후술할 것처럼 본 발명의 기술적 특징들 중의 한가지인 하부 전극과 피가열 패턴 사이의 접촉 면적을 결정하기 때문에, 그 두께의 엄밀한 제어가 가능한 방법들을 통해 형성된다. 예를 들 면, 상기 하부 전극막(140)은 ALD(atomic layer deposition), MO-CVD(metal organic chemical vapor deposition), Thermal CVD, Biased CVD, Plasma CVD 및 ECR CVD 중의 한가지를 사용하여 형성될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 상기 하부 전극막(140)의 두께는 대략 1nm 내지 30nm일 수 있다. According to the present invention, since the thickness of the
또한, 상기 하부 전극막(140)은 금속 원소를 포함하는 질화물들, 금속 원소를 포함하는 산화질화물들, 탄소(carbon, C), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 알루미늄 티타늄(TiAl), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 알루미늄-구리(Al-Cu), 알루미늄-구리-실리콘(Al-Cu-Si), 구리(Cu), 텅스텐(W), 텅스텐 티타늄(TiW) 및 텅스텐 실리사이드(WSix) 중에서 선택된 적어도 한가지 물질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 금속 원소를 포함하는 질화물들은 TiN, TaN, WN, MoN, NbN, TiSiN, TiAlN, TiBN, ZrSiN, WSiN, WBN, ZrAlN, MoSiN, MoAlN, TaSiN 및 TaAlN을 포함하고, 상기 금속 원소를 포함하는 산화질화물들은 TiON, TiAlON, WON, TaON을 포함한다. 이 실시예에 따르면, 상기 하부 전극막(140)은 티타늄 질화막으로 형성된다. In addition, the
도 2a 및 도 3e를 참조하면, 상기 하부 전극막(140)이 형성된 결과물 상에 상기 갭 영역(125)의 상부 영역을 채우는 제 2 절연막을 형성한 후, 상기 제 2 절연막 및 상기 하부 전극막(140)을 평탄화 식각하여 상기 제 1 절연막(120)의 상부면을 노출시킨다. 그 결과, 도 3e에 도시된 것처럼, 상기 갭 영역(125)의 상부 영역 내에는, 바닥부 및 측벽부를 갖는 하부 전극(145) 그리고 상기 바닥부 상에 배치되는 내부 절연 패턴(150)이 형성된다.Referring to FIGS. 2A and 3E, after forming a second insulating film filling the upper region of the
상기 제 2 절연막은 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중의 한가지일 수 있으며, 화학 기상 증착 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 평탄화 식각은 화학적-기계적 연마 기술을 사용하여 실시될 수 있다.The second insulating film may be one of a silicon oxide film and a silicon nitride film, and may be formed using a chemical vapor deposition technique. In addition, the planarization etching may be performed using a chemical-mechanical polishing technique.
상기 바닥부는 상기 반도체 패턴(130)의 상부면에 접하도록 형성되며, 상기 갭 영역(125)과 같은 면적을 갖는다. 상기 측벽부는 상기 바닥부로부터 상기 갭 영역(125)의 입구로 연장된다. 상기 하부 전극(145)은 갭 영역을 콘포말하게 덮는 하부 전극막(140)을 평탄화 식각한 결과물이라는 점에서, 폐곡선을 형성한다. 보다 구체적으로, 상기 측벽부는 링 모양의 단면을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 하부 전극(145)의 측벽부의 상부면이 상기 갭 영역(125)의 입구에서 노출된다. The bottom portion is formed to be in contact with the top surface of the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 것처럼, 상기 하부 전극(145)의 측벽부 상부면이 상기 제 1 절연막(120)의 상부면보다 낮아지도록, 상기 하부 전극(145)을 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 하부 전극(145)의 측벽부의 측벽이 노출되지 않기 때문에, 상기 하부 전극(145)과 (그 상부에 형성될) 상변화막 사이의 접촉 면적 그리고 접촉 면적의 산포를 최소화할 수 있다. 즉, 상기 하부 전극(145)의 측벽부의 상부면 만이 노출되기 때문에, 상기 접촉 면적의 안정적인 관리가 가능하다. Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4, the
도 2a 및 도 3f를 참조하면, 상기 하부 전극(145)이 형성된 결과물 상에, 절연막(160)을 형성한 후, 이를 패터닝하여 상기 하부 전극(145)의 측벽부의 상부면 일부를 노출시키는 접촉 윈도우들(165)을 형성한다. 2A and 3F, a contact window for forming an insulating
상기 절연막(160)은 적어도 10×10-3 Ωcm의 비저항을 갖고, 열전도율이 낮고, )후속 공정에서 형성될) 피가열 패턴(170)과의 접착 특성이 양호한 물질들 중의 한가지로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 절연막(160)은 5 Å 내지 1000Å의 두께로 형성되는 알루미늄 질화막(AlN), 실리콘 질화막(SiN), 실리콘 산화질화막(SiON), 실리콘 산화막(SiO2), 비정질 탄소(amorphous carbon), 티타늄 산화막(TiO2), 탄탈륨 산화막(Ta2O5), 알루미늄 산화막(AlOX), 하프늄 산화막(HfOX), 란탄 산화막(LaOX) 및 이트륨 산화막(Y2OX) 중의 한가지일 수 있다. The insulating
상기 접촉 윈도우(165)는 상기 하부 전극(145)의 측벽부의 일부를 노출시키도록 형성된다. 보다 구체적으로는, 상기 접촉 윈도우(165)는 상기 하부 전극(145)의 바닥부보다 좁은 폭(W1)을 갖도록 형성되고, 상기 접촉 윈도우(165)의 중심점은 상기 갭 영역(125)의 중심축 상이 아니라 상기 갭 영역의 가장자리 상에 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접촉 윈도우들(165)은 상기 하부 전극들(125)의 상부에 각각 하나씩 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 접촉 윈도우(165)는 5Å 내지 1000Å의 깊이 및 0.0001 내지 2의 종횡비를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. The
상기 접촉 윈도우들(165)은 포토 리소그래피 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 접촉 윈도우들(165)의 모서리들은 라운드될 수 있다. 예를 들면, 상기 접촉 윈도우(165)는 장축과 단축을 갖는 타원형일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 도전 패턴들(110)에 평행한 방향에서 측정되는 상기 접촉 윈도우(165)의 측벽 곡률이 감소될 수 있도록, 상기 접촉 윈도우(165)의 장축은 상기 하부 도전 패턴(110)의 길이 방향에 수직한 것이 바람직하다. 상기 접촉 윈도우(165)의 장축 길이 또는 단축 길이는 1 내지 100nm일 수 있다. The
도 2a 및 도 3g를 참조하면, 상기 접촉 윈도우들(165)이 형성된 결과물 상에, 차례로 적층되어, 상기 하부 도전 패턴들(110)을 가로지르는 피가열 패턴(170) 및 상부 전극(180)을 형성한다. 상기 피가열 패턴(170) 및 상부 전극(180)은 상기 접촉 윈도우들(165)을 통해 상기 하부 전극들(145)에 직접 접촉된다. Referring to FIGS. 2A and 3G, the
PRAM의 경우, 상기 피가열 패턴(170)은 안티몬(antimony, Sb), 텔루리움(tellurium, Te) 및 셀레늄(selenium, Se) 중의 적어도 한가지를 포함하는 칼코겐 화합물들 중의 한가지로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 피가열 패턴(170)은 텔루리움(Te), 안티몬(Sb) 및 게르마늄(Ge)의 삼원소로 이루어진 Ge22Sb22Te56일 수 있다. 향상된 전기적인 스위칭 특성을 제공하는 하나의 조성에 있어서, 텔루리움(Te)은 약 80 원자 퍼센트 이하의 농도를 가지며, 적어도 약 20 원자 퍼센트 이상의 농도를 갖고, 안티몬(Sb)은 약 5 원자 퍼센트 내지 50 원자 퍼센트의 농도를 갖고, 나머지는 게르마늄(Ge)이다. 또한, 상기 피가열 패턴(170)은 N, O, C, Bi, In, B, Sn, Si, Ti, Al, Ni, Fe, Dy 및 La 중의 적어도 한가지가 불순물로 포함되는 GeSbTe 막으로 형성되거나, GeBiTe, InSb, GeSb 및 GaSb 중의 한가지로 형성될 수도 있다. In the case of PRAM, the
상기 상부 전극(180)은 금속 원소를 포함하는 질화물들, 금속 원소를 포함하는 산화질화물들, 탄소, 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 알루미늄 티타늄(TiAl), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 알루미늄-구리(Al-Cu), 알루미늄-구리-실리콘(Al-Cu-Si), 구리(Cu), 텅스텐(W), 텅스텐 티타늄(TiW) 및 텅스텐 실리사이드(WSix) 중에서 선택된 적어도 한가지 물질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 금속 원소를 포함하는 질화물들은 TiN, TaN, WN, MoN, NbN, TiSiN, TiAlN, TiBN, ZrSiN, WSiN, WBN, ZrAlN, MoSiN, MoAlN, TaSiN 및 TaAlN을 포함하고, 상기 금속 원소를 포함하는 산화질화물들은 TiON, TiAlON, WON, TaON을 포함한다. 이 실시예에 따르면, 상기 상부 전극(180)은 티타늄 질화막으로 형성된다. 상기 상부 전극(180)의 상부에는 (워드라인으로 사용되는) 상기 하부 도전 패턴들(110)을 가로지르는 비트 라인들(도시하지 않음)이 배치될 수 있다. The
이 실시예에 따르면, 상기 피가열 패턴(170)가 상기 접촉 윈도우(165)를 완전히 가리도록, 도 2c에 도시된 것처럼, 상기 피가열 패턴(170)의 폭(W2)은 상기 접촉 윈도우(165)의 폭(W1)보다 넓게 형성된다. 이 경우, 상기 하부 전극(145)과 상기 피가열 패턴(170)이 접촉하는 면적은 상기 하부 전극(145)의 측벽부의 두께(T)와 상기 접촉 윈도우(165)의 폭(W1)의 곱과 같다. 상술한 것처럼, 상기 접촉 윈도우(165) 및 상기 갭 영역(125)이 포토 리소그래피 공정의 결과로 라운드될 경우, 이들의 측벽 곡률 때문에 상기 접촉 면적은 T×W로부터 달라질 수 있다. According to this embodiment, as shown in FIG. 2C, the
한편, 상기 측벽부의 두께(T)는 상기 하부 전극막(140)의 증착 두께에 의해 결정되며, 상술한 것처럼 상기 하부 전극막(140)은 그 두께를 수 옹스트롬의 오더(order of angstrom)로 정밀하게 제어할 수 있는 증착 방법들을 통해 형성된다. 이에 따라, 상기 측벽부의 두께 및 두께 산포는, 통상적인 포토 리소그래피 공정에 의해 형성되는, 플러그형 하부 전극의 폭 및 폭 산포에 비해 훨씬 작다. 결과적으로, 상기 하부 전극(145)과 상기 피가열 패턴(170) 사이의 접촉 면적은 종래의 플러그형 하부 전극의 그것에 비해 작다. 이에 더하여, 상기 하부 전극(145)과 상기 피가열 패턴(170) 사이의 접촉 면적 산포는 주로 상기 접촉 윈도우(165)의 폭(W1)의 산포에 의해 1차원적으로 결정되기 때문에, (플러그의 2차원적 단면적 산포와 같은) 종래 기술의 접촉 면적 산포보다 훨씬 작다. 즉, 본 발명에 따르면, 상기 하부 전극(145)과 상기 피가열 패턴(170) 사이의 접촉 면적 및 접촉 면적 산포를 동시에 줄이는 것이 가능하다. Meanwhile, the thickness T of the sidewall portion is determined by the deposition thickness of the
본 발명에 따르면, 상기 하부 전극(145)과 상기 피가열 패턴(170) 사이의 접촉 면적은 감소하지만, 상기 하부 전극(145)과 그 하부막(예를 들면, 상기 반도체 패턴(130)) 사이의 접촉 면적은 상기 갭 영역(125)의 단면적과 같다. 이에 더하여, 상기 하부 전극(145)의 측벽부의 일부분 만이 상기 피가열 패턴(170)과의 접촉을 위해 이용될지라도, 상기 하부 전극(145)의 측벽부는 상기 반도체 패턴(130)과 상기 피가열 패턴(170)을 연결하는 배선으로 사용된다. 그 결과, 상기 하부 전극(145)과 상기 피가열 패턴(170) 사이의 계면 저항은 급격히 증가하지만, 상기 하부 전극(145)의 벌크 저항 또는 상기 하부 전극(145)과 상기 반도체 패턴(130) 사 이의 계면 저항은 급격하게 증가하지 않는다. 앞서 설명하였던, 상변화막과 하부 전극 사이의 계면 저항 만을 선택적으로 증가의 요청은 본원 발명의 이러한 사실로부터 달성될 수 있다. According to the present invention, the contact area between the
이에 더하여, 본 발명에 따르면, 상기 피가열 패턴(170)은 상기 상부 전극(180)과 함께 패터닝됨으로써, 상기 상부 전극(180)에 자기정렬된다. 이에 따라, 상기 피가열 패턴(170)은 복수개의 메모리 셀들(즉, 상기 하부 전극들(145))을 가로지르도록 형성된다. 그 결과, 종래의 섬형 상변화 패턴들에 수반되는, 식각 손상에 따른 제품 특성의 열화 또는 상변화 패턴들의 리프팅 등의 문제는 최소화될 수 있다. In addition, according to the present invention, the pattern to be heated 170 is patterned together with the
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 도 5a 내지 도 5b는 이 실시예에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다. 이 실시예는 접촉 윈도우(165)와 관련된 기술적 차이를 제외하면, 도 2a를 참조하여 설명된 실시예와 유사하다. 따라서, 논의의 간결함을 위해, 아래에서는 중복되는 설명은 생략한다. 2B is a plan view illustrating a semiconductor device having a heat generating structure according to another exemplary embodiment of the present invention. 5A to 5B are perspective views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a heat generating structure according to this embodiment. This embodiment is similar to the embodiment described with reference to FIG. 2A, except for the technical differences associated with
도 2b 및 도 5a를 참조하면, 상기 절연막(160)을 형성한 후, 이를 패터닝하여 상기 하부 전극(145)의 측벽부의 상부면 일부를 노출시키는 접촉 윈도우(165)를 형성한다. 이 실시예에 따르면, 상기 접촉 윈도우(165)는 상기 하부 도전 패턴(145)에 평행한 방향으로 형성되며, 하나의 접촉 윈도우(165)는 복수개의 하부 전극들(145)을 노출시킨다. 상기 접촉 윈도우(165)는, 도 2a를 참조하여 설명된 실 시예와 달리, 라인 형태로 형성된다. 2B and 5A, after forming the insulating
도 2b 및 도 5b를 참조하면, 상기 접촉 윈도우(165)가 형성된 결과물 상에, 차례로 적층되어, 상기 하부 도전 패턴들(110)을 가로지르는 피가열 패턴(170) 및 상부 전극(180)을 형성한다. 상기 피가열 패턴(170) 및 상부 전극(180)은 상기 접촉 윈도우들(165)을 통해 상기 하부 전극들(145)에 직접 접촉된다. 이 실시예에 따르면, 상기 접촉 윈도우(165)는 라인 형태로 형성되기 때문에, 상기 하부 전극(145)과 상기 피가열 패턴(170)이 접촉하는 면적은 상기 피가열 패턴(170)의 폭(W2)과 상기 하부 전극(145)의 측벽부 두께(T)의 곱과 같다. 이때, 상기 접촉 면적을 최소화하기 위해, 상기 피가열 패턴(170)의 폭은 상기 갭 영역(125)의 폭(즉, 상기 하부 전극(145)의 바닥부의 폭)보다 작다. 그 결과, 상기 피가열 패턴(170) 양측의 접촉 윈도우(165)에서는 상기 하부 전극(145)의 상부면이 일부분 노출될 수 있다. Referring to FIGS. 2B and 5B, the
한편, 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 접촉 윈도우(165)는, 도 9에 도시된 것처럼, 상기 하부 도전 패턴들(145)을 가로지르는 방향으로 형성될 수 있다. 이 경우, 하나의 접촉 윈도우(165)는, 앞선 실시예와 마찬가지로, 라인 형태로 형성되어, 복수개의 하부 전극들(145)의 상부면을 노출시킨다. 또한, 이 실시예에 따르면, 상기 접촉 윈도우(165)는 상기 피가열 패턴(170)의 폭보다 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 피가열 패턴(170)과 상기 하부 전극(145) 사이의 접촉 면적은 상기 측벽부의 두께와 상기 접촉 윈도우(165)의 폭의 곱과 같다.Meanwhile, according to another exemplary embodiment, the
도 6a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도들이다. 이 실시예는 워드라인과 비트라인 사이의 전류의 흐름이 다이오드가 아니라 트랜지스터라는 점을 제외하면, 도 2a를 참조하여 설명된 실시예와 유사하다. 따라서, 논의의 간결함을 위해, 아래에서는 중복되는 설명은 생략한다. 6A is a plan view illustrating a semiconductor device having a heat generating structure according to still another embodiment of the present invention. 7A to 7D are perspective views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to the embodiment described with reference to FIG. 2A except that the flow of current between the word line and the bit line is a transistor, not a diode. Therefore, for the sake of brevity of discussion, redundant descriptions are omitted below.
도 6a 및 도 7a를 참조하면, 반도체기판(100)의 소정 영역에 활성영역들(101)을 한정하는 트렌치들(105)을 형성한다. 상기 트렌치들(105)은 잘 알려진 얕은 트렌치 소자분리(shallow trench isolation, STI) 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 활성영역들(101)은 DRAM의 그것들과 유사한 구조로 배치될 수 있다. 6A and 7A,
도 6a 및 도 7b를 참조하면, 상기 트렌치들(105)을 채우는 소자분리막 패턴들(210)을 형성한 후, 상기 활성영역들(101)을 가로지르는 게이트 패턴들(220)을 형성한다. (워드 라인으로 이용되는) 상기 게이트 패턴들(220)은 메모리 셀 트랜지스터들의 게이트 전극을 구성한다. 상기 게이트 패턴들(220)을 형성하기 전에, 상기 활성영역들(101)의 상부면에 게이트 절연막(도시하지 않음)을 형성하는 단계를 더 실시할 수 있다. 6A and 7B, after forming device
이어서, 상기 게이트 패턴들(220)을 마스크로 사용하는 이온 주입 공정을 실시하여, 상기 게이트 패턴들(220) 양측의 활성영역(101) 내에 소오스 영역(230S) 및 드레인 영역(230D)으로 사용되는 불순물 영역들을 형성한다. 본 발명에 따르면, 한 쌍의 게이트 패턴들(220)이 하나의 활성영역(101)을 가로지르도록 형성된다. 결과적으로, 상기 한 쌍의 게이트 패턴들(220)의 외부의 활성영역(101)에는 상기 한 쌍의 드레인 영역들(230D)이 형성되고, 상기 게이트 패턴들(220) 사이의 활성영역(101)에는 상기 소오스 영역(230S)이 형성된다. Subsequently, an ion implantation process using the
도 6a 및 도 7c를 참조하면, 상기 소오스 영역(230S)에 접속하는 소오스 플러그(240) 및 소오스 라인(250)을 형성한다. 상기 소오스 라인(250)은 상기 게이트 패턴들(220)에 평행하고, 상기 소오스 플러그(240)는 상기 소오스 라인(250)과 상기 소오스 영역(230S)을 전기적으로 연결시킨다. 이어서, 상기 드레인 영역들(230D)에 접속하는 드레인 플러그(260) 및 상기 드레인 플러그(260)에 접속하는 패드들(270)을 형성한다. 6A and 7C, a
도 6a 및 도 7d를 참조하면, 상기 패드(270)의 상부면을 노출시키는 갭 영역들(125)을 구비하는 제 1 절연막(120)을 형성한다. 이어서, 상기 갭 영역(125) 내에 하부 전극(145) 및 내부 절연 패턴(150)을 형성하고, 그 결과물 상에 접촉 윈도우(165)를 갖는 절연막(160)을 형성한다. 이어서, 상기 접촉 윈도우(165)를 통해 상기 하부 전극(145)에 접속하는 피가열 패턴(170) 및 상부 전극(180)을 차례로 형성한다. 상기 제 1 절연막(120)을 형성하는 단계에서부터 상기 상부 전극(180)을 형성하는 단계까지의 공정은 앞서 도 3d 내지 도 3g를 참조하여 설명한 실시예의 그것과 동일할 수 있다. 6A and 7D, a first insulating
도 6b는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 발열 구조체를 구비하는 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 발열 구 조체를 구비하는 반도체 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 이 실시예는 접촉 윈도우(165)와 관련된 기술적 차이를 제외하면, 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 설명한 실시예와 유사하다. 따라서, 논의의 간결함을 위해, 아래에서는 중복되는 설명은 생략한다. 6B is a plan view illustrating a semiconductor device having a heat generating structure according to still another embodiment of the present invention. 8 is a perspective view illustrating a semiconductor device including a heat generating structure according to still another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to the embodiment described with reference to FIGS. 7A-7D, except for the technical differences associated with
도 6b 및 도 8을 참조하면, 상기 절연막(160)을 형성한 후, 이를 패터닝하여 상기 하부 전극(145)의 측벽부의 상부면 일부를 노출시키는 접촉 윈도우(165)를 형성한다. 이 실시예에 따르면, 상기 접촉 윈도우(165)는 상기 하부 도전 패턴(145)에 평행한 방향으로 형성되며, 하나의 접촉 윈도우(165)는 복수개의 하부 전극들(145)을 노출시킨다. 상기 접촉 윈도우(165)는, 도 2a를 참조하여 설명된 실시예와 달리, 라인 형태로 형성된다. 6B and 8, after forming the insulating
이어서, 상기 접촉 윈도우(165)를 통해 상기 하부 전극(145)에 접속하는 피가열 패턴(170) 및 상부 전극(180)을 형성한다. 상기 피가열 패턴(170) 및 상기 하부 전극(145)을 형성하는 단계는 앞서 도 7d를 참조하여 설명한 실시예의 그것과 동일하다. Subsequently, the
본 발명에 따르면, PRAM의 상변화 패턴은 접촉 윈도우를 통해 노출된 하부 전극의 측벽부의 일부분에 연결된다. 이 경우, 상변화 패턴과 하부 전극의 접촉 면적은 상기 측벽부의 두께 및 상기 접촉 윈도우의 폭의 곱과 같다. 이때, 상기 하부 전극은 그 두께를 수 옹스트롬의 오더로 엄밀하게 제어할 수 있는 증착 공정을 통해 형성되기 때문에, 본 발명은 접촉 면적뿐만이 아니라 접촉 면적의 산포도 함께 최소화할 수 있다. 이러한 접촉 면적의 감소는 PRAM의 전기적 특성의 개선에 기여하고, 상기 접촉 면적의 산포의 감소는 메모리 셀들의 균일성을 개선하는데 기여한다. According to the present invention, the phase change pattern of the PRAM is connected to a portion of the sidewall portion of the lower electrode exposed through the contact window. In this case, the contact area of the phase change pattern and the lower electrode is equal to the product of the thickness of the side wall portion and the width of the contact window. In this case, since the lower electrode is formed through a deposition process in which the thickness thereof is strictly controlled by an order of several angstroms, the present invention can minimize not only the contact area but also the distribution of the contact area. This reduction in contact area contributes to the improvement of the electrical properties of the PRAM, and the reduction in the spread of the contact area contributes to improving the uniformity of the memory cells.
이에 더하여, 본 발명에 따르면, 하부 전극은 그 하부 막과의 접촉 면적의 감소없이 형성된다. 이에 따라, 하부 전극과 상변화 패턴 사이의 계면 저항 만이 선택적으로 증가될 수 있으며, 이러한 선택적 증가는 PRAM의 전기적 특성을 개선하는데 기여한다. In addition, according to the present invention, the lower electrode is formed without reducing the contact area with the lower film. Accordingly, only the interface resistance between the lower electrode and the phase change pattern can be selectively increased, and this selective increase contributes to improving the electrical characteristics of the PRAM.
또한, 본 발명에 따르면, 상변화 패턴은 복수개의 메모리 셀들(즉, 하부 전극들)을 가로지르는 라인 형태로 패터닝되기 때문에, 종래의 섬형 상변화 패턴들에서 발생하는 식각 손상에 따른 제품 특성의 열화 또는 상변화 패턴들의 리프팅 등과 같은 문제는 최소화될 수 있다. In addition, according to the present invention, since the phase change pattern is patterned in the form of a line crossing a plurality of memory cells (ie, lower electrodes), deterioration of product characteristics due to etching damage occurring in conventional island-like phase change patterns. Or problems such as lifting of phase change patterns can be minimized.
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