KR100830060B1 - 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
상변화 메모리 소자 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100830060B1 KR100830060B1 KR1020060128888A KR20060128888A KR100830060B1 KR 100830060 B1 KR100830060 B1 KR 100830060B1 KR 1020060128888 A KR1020060128888 A KR 1020060128888A KR 20060128888 A KR20060128888 A KR 20060128888A KR 100830060 B1 KR100830060 B1 KR 100830060B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- phase change
- change material
- insulating layer
- lower electrode
- memory device
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 28
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims abstract description 98
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 80
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 4
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 claims 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 7
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 7
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
- H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0004—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising amorphous/crystalline phase transition cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
- H10N70/061—Shaping switching materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/821—Device geometry
- H10N70/826—Device geometry adapted for essentially vertical current flow, e.g. sandwich or pillar type devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
- H10N70/8825—Selenides, e.g. GeSe
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
- H10N70/8828—Tellurides, e.g. GeSbTe
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
본 발명은 상변화 메모리 소자에 있어서, 상변화 재료를 U-groove 안에 채워 넣어 상변화 재료의 부피를 최소화함으로써 전류에 의한 상변화시 발생할 수 있는 조성 변화를 방지하고, 이와 함께 상변화 재료 주위의 열을 외부로 방출할 수 있는 구조를 통해 상변화 메모리 소자가 열에 의해 변형되는 것을 방지하도록 구조적 안정성을 확보하며, 상변화 메모리 소자 내의 상변화 재료가 차지하는 부피를 줄여 고집적화를 가능하게 하고, 상변화 재료 내의 상변화 영역을 항상 일정하게 유지하도록 하여 전기적으로 우수한 특성을 갖는 U-groove 형태의 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
도 1은 하부 전극과 상변화 재료, 상부 전극이 수직형 구조를 가지는 종래의 상변화 메모리 소자의 단면도,
도 2 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 U-groove 형태의 상변화 메모리 소자의 제조방법에 있어서 각 공정 단계별로 얻어지는 소자의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 제1절연층(실리콘 절연막) 2: 하부 전극 접촉
3: 하부 전극 4: 실리콘 질화막
5: 상변화 재료 6: 상변화 재료 내의 상변화 영역
7: 상부 전극 8: 제2절연층(실리콘 절연막)
9: 상부 전극 접촉
10: 반도체 기판 20: 제1절연층(실리콘 절연막)
30: 하부 전극 40: 상변화 재료
50: 제2절연층(실리콘 절연막) 60: 실리콘 질화막
70: 상부 전극(열전극) 80: 제3절연층(실리콘 절연막)
90: 상부 전극 접촉 100: 하부 전극 접촉
본 발명은 상변화 메모리 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상변화 재료의 상변화에 따른 저항의 차이를 이용한 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상변화 메모리 소자에서는 상변화 재료에 가한 온도와 가열 시간, 가열 후 냉각 시간 등에 따라 결정상과 비결정상으로 변하면서 전기적 전도성 또는 저항 차이가 발생하게 되는데, 상변화 메모리 소자는 이 저항 차이를 이용하여 정보를 저장하는 메모리 소자를 의미한다. 공급하는 전류의 양에 따라 열전극과 상변화 재료가 접촉하는 부분에서 발생하는 열의 온도가 달라지게 되고, 이 열에 의해 상변화 재료에 정보를 저장하고 지울 수 있다. 상변화 재료에 저장된 정보는 상변화가 일어날 수 있을 정도의 전류보다 상대적으로 낮은 전류를 흘려주어 상변화 재료의 저항을 측정하여 판독하는 것으로 이루어진다. 이러한 상변화 메모리는 안정적인 동작 특성을 확보할 수 있고, 전자기파 등의 외부 여건에 의한 변화에 영향을 받지 않는 특성을 지닌다. 상변화 재료를 이용한 상변화 메모리의 연구는 최근 몇 년간 활발히 이루어졌으며, 아직 상용화된 제품은 없고, 현재 테스트 메모리의 제작이 이루어지고 있는 실정이다.
이러한 상변화 메모리 소자를 상용화하는 데는 몇 가지 극복해야할 문제점이 남아있다. 그 중에 상변화 메모리 소자의 신뢰성과 관계되는 가장 큰 문제는 상변화 재료의 열화 현상이다. 열화 현상이란, 상변화 재료를 결정질에서 비결정질로 변화시키기 위해 높은 전류를 인가할 때, 상변화 재료가 수 나노세크(nano secconds) 안에 용융점 이상으로 상승하게 되면 상변화 재료 내에서 상대적으로 용융점이 낮은 원소가 먼저 액화되어 상변화 영역 밖으로 이동하여 상변화 재료의 조성이 변화하게 되는 현상이다. 상변화 재료는 Ge, Sb, Te, Sn, Ag, In, Bi, Se, Pb, As, S 의 원소들 중에서 2개 이상 원소의 조합으로 상변화에 적합한 조성을 맞춰 증착하여 기억 소자로 사용하게 되는데, 열화가 된 부분은 상변화 재료의 고유 특성이 변화하기 때문에 기존의 쓰기, 지우기 전류로는 더 이상 상변화가 이루어지지 않으므로 기억소자로서의 역할을 더 이상 못하게 된다. 도 1에 나와있는 기존 상변화 메모리 소자 구조는 상변화 영역(6)에 비해 상변화 재료(5)의 부피가 커서 쓰기, 지우기를 반복하는 경우 상변화 영역(6)의 일부 원소들이 다른 부분으로 이동하기가 쉽다.
상변화 메모리 소자의 다른 문제점은 상변화 재료가 상변화 시에 부피변화를 일으키면서 생겨나는 문제점이다. 상변화를 위해서는 상변화 재료를 고체상태에서 용융점 이상으로 가열하여 액체상태로 만들게 되는데 이때 부피변화가 생겨나면서 상변화 재료 주변에 열적-기계적 스트레스를 가하게 된다. 이러한 열적-기계적 스트레스가 누적되면 상변화 재료 주변에 구조적 결함을 유발하게 된다.
또 다른 문제점은 기존 상변화 메모리 소자의 구조에서는 상변화 재료(5)와 열전극으로 사용되는 하부 전극(3)이 접촉하는 부분의 주변이 열전도 특성이 좋지 않은 실리콘 질화막(4)과 제1절연층(실리콘 절연막)(1)으로 상변화 재료로 둘러싸여 있어 고온의 열이 급속히 상변화 영역(6) 외부로 빠져나가기 힘든 구조로 되어 있으므로 쓰기, 지우기가 반복될 경우 상변화 영역(6) 주변에 열이 축적되어 비결정화 과정에서 급가열 후 급냉을 시켜야 할 때 주변의 열 때문에 비결정화가 되는 것이 아니라 상변화 재료의 일부분에서 결정화가 일어날 수 있게 된다.
또한, 도 1에 나와 있는 바와 같이 상변화 영역(6)에 비해 상변화 재료(5)의 부피가 큰 경우에 상변화 메모리 소자를 집적화에 많은 어려움이 따르게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다음과 같은 목적이 있다.
1. Ge, Sb, Te, Sn, Ag, In, Bi, Se, Pb, As, S의 원소들 중에서 2개 이상 원소의 조합으로 이루어진 상변화 재료(이하, "상변화 재료"라 함)를 이용하여 상변화 메모리 소자를 제작하여 동작시킬 경우, 상변화 재료의 열화 현상에 의해 상변화 영역(Active Region)의 조성이 변화하는 것을 방지하는 데 그 목적이 있다.
2. 상변화 재료의 상을 변화시키기 위해서는 높은 전류밀도를 가지는 전류를 열전극에 흘려주어 상변화 재료와 접촉하는 부분에서 열이 발생하도록 하여야 하는데, 이때 고온의 열에 의해 상변화 메모리 소자가 구조적으로 변형되는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.
3. 상변화 메모리 소자 구조 내의 상변화 재료의 부피를 열전극과 상변화 재료가 접촉하는 면적에 비례하는 상변화 영역의 크기에 맞춰 상변화 재료의 부피를 줄임으로써 고집적화를 달성하는데 그 목적이 있다.
4. 상변화 메모리 소자 내의 상변화 재료가 결정상과 비결정상으로 반복 변화해도 상변화 영역의 부피가 항상 일정하게 유지되어 일정한 저항값을 나타내도록 전기적 특성을 향상시키는데 그 목적이 있다.
상변화 메모리 소자의 제조에 있어서, 전극과 상변화 재료 간의 접촉 면적을 줄이는 것이 가장 큰 문제점으로 지적되었으나, 메모리 소자라는 특성상 소자의 신뢰성에 문제가 많이 발생하고 있어 이에 대한 해결책이 필요한 실정이다. 앞에서 언급한 상변화 메모리 소자의 여러 가지 문제점을 극복하기 위해 본 발명은 상변화 메모리 소자의 구성에 있어서 상변화 재료의 부피를 최소화하여 상변화 현상이 상변화 메모리 소자 내의 상변화 재료 전체에서 일어나도록 하여 부분별 조성이 달라지는 열화 현상을 방지하고, 상변화 재료를, 예컨대, U-groove 형태의 하부 전극 내부에 넣어 구조적 안정성을 확보하였으며, 더불어 상변화 재료를 둘러쌓고 있는 하부 전극을 열방출에 이용함으로써 상변화 재료 주변으로의 열에 의한 열적-기계적 스트레스를 해소하였다. 또한, 상변화 메모리 소자 내에 상변화 영역에 해당하는 부피의 상변화 재료만을 증착하기 때문에 불필요한 부분을 제거함으로써 집적도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상변화 영역의 부피가 항상 일정하기 때문에 전기적 특성이 매우 안정되게 유지시킬 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 상변화 메모리 소자 는,
기판; 기판 위에 형성되며, 상면에 하방으로 파여 진 그루브가 형성된 제1절연층; 상기 제1절연층 위에 증착되어 상기 그루브의 형상을 따라 하방으로 움푹 꺼진 오목부가 존재하는 하부 전극; 상기 오목부에 채워진 상변화 재료; 상기 상변화 재료 위에 형성되며, 상기 상변화 재료의 상면 중 일부가 노출되도록 개구부가 형성된 제2절연층; 및 상기 개구부를 통해 상기 상변화 재료 상면과 접촉하는 상부 전극;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 상변화 메모리 소자의 제조방법은,
기판 위에 제1절연층을 형성하는 단계; 상기 제1절연층의 상면에 하방으로 그루브를 형성하는 단계; 상기 그루브가 형성된 영역을 포함한 제1절연층 위에 전도성 재료를 증착하여 상기 그루브의 형상을 따라 하방으로 움푹 꺼진 오목부가 존재하는 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 전극이 형성하는 상기 오목부에 상변화 재료를 형성하는 단계; 상기 하부 전극 및 상기 상변화 재료 위에 제2절연층을 형성하는 단계; 상기 상변화 재료의 상면 중 일부가 노출되도록 상기 제2절연층에 개구부를 형성하는 단계; 및 상기 개구부를 통해 상기 상변화 재료의 상면과 접촉하는 상부 전극을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 반도체 기판 위에 실리콘 절연막을 증착하고, 실리콘 절연막에 U-groove 형태의 패턴을 형성하여, 이 안에 하부 전극과 Ge, Sb, Te, Sn, Ag, In, Bi, Se, Pb, As, S 의 원소들 중에서 2개 이상 원소의 조합으로 이루어진 상변화 재료(이하, "상변화 재료"라 함)를 순차적으로 채워 넣음으로써 상변화 재료의 부피를 상변화가 일어나는 영역(이하, "상변화 영역"이라 함)만큼만 형성하도록 하는데 중점을 둔다. 이렇게 상변화 재료의 부피가 상변화 영역과 같은 부피가 되면 결정화와 비결정화를 반복하는 경우에 상변화 재료 전체가 용융점 이상으로 가열되고 액체상태로 냉각되면서 조성이 항상 일정하게 유지된다. 이러한 방법으로 상변화 재료의 열화현상을 방지할 수 있다.
또한, 쓰기, 지우기를 수없이 반복해야 하는 상변화 메모리 소자의 경우 비결정화시에 상변화 재료를 용융점 이상으로 가열하고 바로 결정화 온도 이하로 냉각시켜야지만 비결정질이 형성되는데, 상변화 재료와 열전극이 접촉하는 부위에서 발생하는 열이 주변으로 빨리 빠져나가지 않아 상변화 영역 주위의 온도가 결정화 온도만큼 상승해 있게 되면, 상변화 재료는 비결정질이 안되고 결정질로 변화화게 되어, 결국은 상변화 메모리 소자가 오류동작을 일으키게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 U-groove 형태의 상변화 메모리 소자는 상변화 재료와 상부 전극이 접촉하는 상면을 제외한 나머지 부분이 전부 하부 전극과 접촉하고 있는 구조이기 때문에, 하부 전극은 상변화시에 발생한 열을 상변화 영역 외부로 재빠르게 방출하는 역할을 하게 되어 상변화 메모리 소자의 동작 신뢰성을 높이게 된다. 이에 따라, 상변화 영역 주변으로 전달되는 열이 많지 않게 되므로 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막에 가해지는 열적 스트레스를 감소시켜 열적 스트레스에서 오는 기계적 스트레스를 감소시킴으로써 소자의 구조적 안정성도 확보할 수 있다.
또한, U-groove 형태의 상변화 메모리 소자 구조에서는 상변화 재료의 부피가 기존 상변화 메모리 소자 구조보다 작아지게 되므로 상변화 메모리를 제작하는 데 있어 집적도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상변화 메모리 소자의 동작에 있어서 쓰기, 지우기 전류를 항상 일정하게 유지하기 어렵기 때문에 과전류에 의한 상변화 영역의 확장 현상을 방지하는 구조를 가져야 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 U-groove 형태의 상변화 메모리 소자 구조의 또 다른 장점으로는 상변화 영역의 크기가 일정하게 유지되므로 결정질과 비결정질 상태에서의 저항이 항상 같은 값을 유지하게 된다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 상변화 메모리 소자의 제조방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.
먼저, 도 2에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(10) 위에 제1절연층인 실리콘 산화막(20)을 증착한다.
그 다음, 도 3에 나타낸 바와 같이, 포토리소그래피 공정과 습식 식각 공정에 의해 실리콘 산화막(20)의 상면을 하방으로 식각하여 U-groove 형태를 형성한다. 다만, 본 발명의 내용은 U-자형 단면 형상을 갖는 그루브(groove)에 한정되지 않는다.
그 다음, 도 4에 나타낸 바와 같이, 그루브가 형성된 영역을 포함한 실리콘 산화막(20) 위에 전도성 재료를 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)으 로 증착하여 하부 전극(30)을 형성한다. 여기서, 하부 전극을 구성하는 전도성 재료로는 W, WN, WCN, TiN, TiAlN 또는 이를 포함하는 합금이 사용될 수 있다. 도면을 참조하면, 하부 전극(30)에는 그루브의 형상을 따라 하방으로 움푹 꺼진 오목부가 존재하게 되는데, 이 오목부에 상변화 메모리 소자의 정보 저장을 담당하는 상변화 재료(40)를 채워넣기 위해 하부 전극(30) 위에 상변화 재료(40)를 증착한다. 이러한 상변화 재료(40)는 Ge, Sb, Te, Sn, Ag, In, Bi, Se, Pb, As, S의 원소들 중에서 2개 이상 원소의 조합으로 이루어진 물질이 사용될 수 있다.
그 다음, 도 5에 나타낸 바와 같이, 화학적·기계적 연마(Chemical Mechanical Polish)법으로 상기 오목부가 형성된 영역을 제외하고 하부전극(30) 위의 상변화 재료(40)를 평탄화한다.
그 다음, 도 6에 나타낸 바와 같이, 도 5의 공정이 끝난 후의 상변화 재료(40)를 습식 식각을 통해 상변화 영역만 남기고 나머지는 제거한다. 이에 따라, U-groove 안에만 상변화 재료가 남아있게 된다. 즉, 상변화 재료(40)가 상기 오목부가 형성된 영역 내에 한정되도록 한다. 도면을 참조하면, 오목부의 최대 깊이는 상변화 재료(40)의 하방 길이보다 큰 것을 알 수 있다.
그 다음, 도 7에 나타낸 바와 같이, 하부전극(30)과 상변화 재료(40) 위에 제2절연층인 실리콘 산화막(50)을 증착한 다음, 화학적·기계적 연마(Chemical Mechanical Polish)법으로 평탄화 작업을 한다.
그 다음, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상변화 재료(40) 윗부분에 상부 전극을 형성하기 위해 실리콘 산화막(50)의 일부를 식각하여 개구부를 형성한다.
그 다음, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 상부 전극과 상변화 재료(40)와의 접촉 면적을 작게 하기 위해, 상부 전극을 형성하기 전에 스페이서 패터닝(Spacer Patterning) 공정을 실시한다. 즉, 식각한 실리콘 산화막(50) 위에 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)법으로 실리콘 질화막(60)을 증착하고 비등방성 에칭(예컨대, 수직으로 건식 식각)을 하면, 식각된 실리콘 산화막(50)의 내벽에 증착된 부분만 실리콘 질화막(60)이 남게 되고(여기서, 남게 되는 실리콘 질화막을 "스페이서"라고 한다), 상변화 재료(40)의 윗부분이 드러나게 되어 상변화 재료(40)와 상부 전극과의 접촉면적을 줄일 수 있게 된다.
그 다음, 도 11에 나타낸 바와 같이, 화학적 기상 증착법을 이용하여 상부 전극(70)을 증착한다. 이에 따라, 상부 전극(70)은 상기 개구부를 통해 상변화 재료(40)의 상면과 접촉하게 된다. 이러한 상부 전극(70)은 상변화 재료(40)의 상변화를 유도하는 열을 발생시키는 열전극으로 W, WN, WCN, TiN, TiAlN 또는 이를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
그 다음, 도 12에 나타낸 바와 같이, 화학적 기계적 연마법으로 상부 전극(70)을 평탄화하는 작업을 실시한다.
그 다음, 도 13에 나타낸 바와 같이, 소자의 윗면에 제3절연층인 실리콘 산화막(80)을 증착한다.
그 다음, 도 14에 나타낸 바와 같이, 상부 전극(70) 위에, 상부 전극(70)에 전류를 공급하는 상부 전극 접촉(90)을 형성하기 위해 포토리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 실리콘 산화막(80)을 일부 식각해 낸 다음, 상부 전극 접촉(90)에 사용되는 재료를 화학적 기상 증착법으로 증착한다, 그 다음, 화학적 기계적 연마법으로 평탄화 작업을 실시한다.
또한, 도 15에 나타낸 바와 같이, 마찬가지 공정으로 하부 전극(30) 위에, 하부 전극(30)에 전류를 공급하는 하부 전극 접촉(100)을 형성하기 위해 포토리소그래피 및 식각 공정을 이용하여 실리콘 산화막(80 및 50)을 일부 식각해 낸 다음, 하부 전극 접촉(100)에 사용되는 재료를 화학적 기상 증착법으로 증착한다, 그 다음, 화학적 기계적 연마법으로 평탄화 작업을 실시한다.
본 발명에 의하면, 소자의 신뢰성에 가장 큰 문제가 되는 상변화 재료의 열화현상 방지 및 열방출이 용이한 구조를 가질 수 있어, 열에 의한 상변화 메모리 소자의 구조적 결함을 방지할 수 있다. 또한, 상변화 재료의 부피를 감소시켜 집적도를 향상시키며, 항상 일정 부피의 상변화 영역을 유지함으로써 우수한 전기적 특성을 나타내게 된다.
본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.
Claims (16)
- 기판;기판 위에 형성되며, 상면에 하방으로 파여 진 그루브가 형성된 제1절연층;상기 제1절연층 위에 증착되어 상기 그루브의 형상을 따라 하방으로 움푹 꺼진 오목부가 존재하는 하부 전극;상기 오목부에 채워진 상변화 재료;상기 상변화 재료 위에 형성되며, 상기 상변화 재료의 상면 중 일부가 노출되도록 개구부가 형성된 제2절연층; 및상기 개구부를 통해 상기 상변화 재료 상면과 접촉하는 상부 전극;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 상변화 재료의 부피는 상변화가 일어나는 영역과 같은 부피인 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 상변화 재료의 상면을 제외한 나머지 부분은 상기 하부 전극과 접촉하여 있는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 오목부의 최대 깊이는 상기 상변화 재료의 하방 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 상변화 재료는 Ge, Sb, Te, Sn, Ag, In, Bi, Se, Pb, As, S의 원소들 중 적어도 2개의 원소의 조합으로 이루어진 물질인 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 하부 전극은 W, WN, WCN, TiN 또는 TiAlN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 상부 전극은 상기 상변화 재료의 상변화를 유도하는 열을 발생시키는 열전극으로, W, WN, WCN, TiN 또는 TiAlN으로 이루어진 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 상부 전극과 상기 제2절연층 사이에 개재된 스페이서를 더 포함하는 것 을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 상부 전극의 상면과 전기 접속하는 상부 전극 접촉과, 상기 하부 전극의 상면과 전기 접속하는 하부 전극 접촉을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 그루브의 일 단면은 U-자형인 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 기판 위에 제1절연층을 형성하는 단계;상기 제1절연층의 상면에 하방으로 그루브를 형성하는 단계;상기 그루브가 형성된 영역을 포함한 제1절연층 위에 전도성 재료를 증착하여 상기 그루브의 형상을 따라 하방으로 움푹 꺼진 오목부가 존재하는 하부 전극을 형성하는 단계;상기 하부 전극이 형성하는 상기 오목부에 상변화 재료를 형성하는 단계;상기 하부 전극 및 상기 상변화 재료 위에 제2절연층을 형성하는 단계;상기 상변화 재료의 상면 중 일부가 노출되도록 상기 제2절연층에 개구부를 형성하는 단계; 및상기 개구부를 통해 상기 상변화 재료의 상면과 접촉하는 상부 전극을 형성 하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 그루브는 포토리소그래피 공정 및 습식 식각 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 상변화 재료는 상기 오목부가 형성된 영역 내에 한정되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 하부 전극 위에 상기 상변화 재료 물질을 증착시킨 후, 상기 오목부가 형성된 영역 내에만 상기 상변화 재료가 남아있도록 연마 공정 및 습식 식각 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제2절연층에 개구부를 형성한 후, 스페이서 물질을 증착하고 비등방성 에칭을 통해 상기 상변화 재료의 상면 중 일부를 노출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 상부 전극 및 제2절연층 위에 제3절연층을 형성한 후, 포토리소그래피 및 식각 공정을 이용해 상기 상부 전극 및 하부 전극에 각각 전기 접속하는 상부 전극 접촉 및 하부 전극 접촉을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060128888A KR100830060B1 (ko) | 2006-12-15 | 2006-12-15 | 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060128888A KR100830060B1 (ko) | 2006-12-15 | 2006-12-15 | 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100830060B1 true KR100830060B1 (ko) | 2008-05-19 |
Family
ID=39664450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060128888A KR100830060B1 (ko) | 2006-12-15 | 2006-12-15 | 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100830060B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010016869A2 (en) * | 2008-08-06 | 2010-02-11 | Micron Technology, Inc. | Phase change memory structures and methods |
| CN106240026A (zh) * | 2016-09-09 | 2016-12-21 | 成都九十度工业产品设计有限公司 | 汽车用隔热遮阳垫 |
| KR20190124106A (ko) * | 2018-04-25 | 2019-11-04 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 저항 스위칭 소자 및 이를 이용한 상변화 메모리 소자 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100546406B1 (ko) | 2004-04-10 | 2006-01-26 | 삼성전자주식회사 | 상변화 메모리 소자 제조 방법 |
| KR100564608B1 (ko) | 2004-01-29 | 2006-03-28 | 삼성전자주식회사 | 상변화 메모리 소자 |
| KR20060042314A (ko) * | 2004-11-09 | 2006-05-12 | 한국전자통신연구원 | 상변화 메모리 소자의 제조방법 |
| KR20060089401A (ko) * | 2005-02-04 | 2006-08-09 | 정홍배 | 상변화 메모리 소자 |
-
2006
- 2006-12-15 KR KR1020060128888A patent/KR100830060B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100564608B1 (ko) | 2004-01-29 | 2006-03-28 | 삼성전자주식회사 | 상변화 메모리 소자 |
| KR100546406B1 (ko) | 2004-04-10 | 2006-01-26 | 삼성전자주식회사 | 상변화 메모리 소자 제조 방법 |
| KR20060042314A (ko) * | 2004-11-09 | 2006-05-12 | 한국전자통신연구원 | 상변화 메모리 소자의 제조방법 |
| KR20060089401A (ko) * | 2005-02-04 | 2006-08-09 | 정홍배 | 상변화 메모리 소자 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010016869A2 (en) * | 2008-08-06 | 2010-02-11 | Micron Technology, Inc. | Phase change memory structures and methods |
| WO2010016869A3 (en) * | 2008-08-06 | 2010-04-01 | Micron Technology, Inc. | Phase change memory structures and methods |
| US7754522B2 (en) | 2008-08-06 | 2010-07-13 | Micron Technology, Inc. | Phase change memory structures and methods |
| US8076663B2 (en) | 2008-08-06 | 2011-12-13 | Micron Technology, Inc. | Phase change memory structures |
| US8283648B2 (en) | 2008-08-06 | 2012-10-09 | Micron Technology, Inc. | Resistance variable memory cell |
| CN106240026A (zh) * | 2016-09-09 | 2016-12-21 | 成都九十度工业产品设计有限公司 | 汽车用隔热遮阳垫 |
| KR20190124106A (ko) * | 2018-04-25 | 2019-11-04 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 저항 스위칭 소자 및 이를 이용한 상변화 메모리 소자 |
| KR102119306B1 (ko) * | 2018-04-25 | 2020-06-04 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 저항 스위칭 소자 및 이를 이용한 상변화 메모리 소자 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4724550B2 (ja) | ＡｌＮ熱放出層及びＴｉＮ下部電極が適用された相変化メモリ | |
| US7122824B2 (en) | Sublithographic contact structure, in particular for a phase change memory cell, and fabrication process thereof | |
| US7667998B2 (en) | Phase change memory device and method of forming the same | |
| KR100595450B1 (ko) | 상 변화 재료 메모리 디바이스 | |
| JP4150667B2 (ja) | ポアの位置を高くした相変化型メモリ | |
| CN100593865C (zh) | 对一主动侧壁相变存储单元改善热绝缘的结构及方法 | |
| US7408181B2 (en) | Phase-change memory device and method of manufacturing the same | |
| KR100660287B1 (ko) | 상변화 메모리 및 그 제조 방법 | |
| EP2034536B1 (en) | Phase change memory device for multibit storage | |
| US20100270527A1 (en) | Phase-change memory device and method of manufacturing the phase-change memory device | |
| US8384135B2 (en) | Phase-change random access memory device and method of manufacturing the same | |
| KR20120006540A (ko) | Ｐｒａｍ의 다이아몬드 타입 쿼드-저항기 셀들 | |
| US20140367630A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
| CN101252169A (zh) | 相变存储器件及其制造方法 | |
| US20080186762A1 (en) | Phase-change memory element | |
| CN101981720B (zh) | 垂直相变存储单元 | |
| KR100713943B1 (ko) | 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법 | |
| CN111146340B (zh) | 一种相变存储器单元及其制备方法 | |
| KR100830060B1 (ko) | 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법 | |
| KR20080044522A (ko) | 상변환 기억 소자 및 그의 제조방법 | |
| KR100807224B1 (ko) | 상변화 메모리 장치의 제조 방법 | |
| US7985693B2 (en) | Method of producing phase change memory device | |
| US20090101885A1 (en) | Method of producing phase change memory device | |
| US20060115909A1 (en) | Method for manufacturing a resistively switching memory cell, manufactured memory cell, and memory device based thereon | |
| JP5940924B2 (ja) | 低電力で動作する半導体記憶装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130430 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140507 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |