KR100941514B1 - Multi bit phase change memory device and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
멀티 비트 상전이 메모리소자를 제공한다. 이 소자는 서로 마주보는 제 1 및 제 2 전극들을 구비한다. 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 데이터 저장고가 배치된다. 상기 데이터 저장고는 하나 또는 다수의 중간전극들 및 복수의 상전이 패턴들을 갖는다. 예를 들면, 상기 데이터 저장고는 제 1 및 제 2 상전이 패턴들을 구비할 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴은 상기 제 1 전극에 접촉될 수 있다. 상기 제 2 상전이 패턴은 상기 제 2 전극에 접촉될 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴 및 상기 제 2 상전이 패턴 사이에 상기 중간전극이 개재될 수 있다. 상기 제 1 전극 및 상기 데이터 저장고는 층간절연막을 관통하는 콘택홀 내에 배치될 수 있다.It provides a multi-bit phase transition memory device. The device has first and second electrodes facing each other. A data store is disposed between the first electrode and the second electrode. The data store has one or more intermediate electrodes and a plurality of phase change patterns. For example, the data store may have first and second phase change patterns. The first phase change pattern may be in contact with the first electrode. The second phase change pattern may be in contact with the second electrode. The intermediate electrode may be interposed between the first phase transition pattern and the second phase transition pattern. The first electrode and the data reservoir may be disposed in a contact hole penetrating the interlayer insulating layer.
Description
도 1은 종래의 상전이 메모리소자를 개략적으로 보여주는 부분 단면도이다.1 is a partial cross-sectional view schematically illustrating a conventional phase change memory device.
도 2는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예들에 따른 상전이 메모리소자의 셀 어레이 영역의 일부분을 도시한 등가회로도이다.FIG. 2 is an equivalent circuit diagram illustrating a portion of a cell array region of a phase change memory device according to first and second embodiments of the present invention.
도 3은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예들에 따른 상전이 메모리소자의 셀 어레이 영역의 일부분을 도시한 평면도이다.3 is a plan view illustrating a portion of a cell array region of a phase change memory device according to first and second embodiments of the present invention.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 상전이 메모리소자를 설명하기 위하여 도 3의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 3 to explain the phase change memory device according to the first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 상전이 메모리소자를 설명하기 위하여 도 3의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 3 to explain the phase change memory device according to the second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 셀 어레이 영역의 일부분을 도시한 등가회로도이다.6 is an equivalent circuit diagram illustrating a portion of a cell array region of a phase change memory device according to a third embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 상전이 메모리소자를 설명하기 위한 단면도이다.7 is a cross-sectional view illustrating a phase change memory device according to a third embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 셀 어레이 영역 의 일부분을 도시한 등가회로도이다.8 is an equivalent circuit diagram illustrating a portion of a cell array region of a phase change memory device according to a fourth embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 상전이 메모리소자를 설명하기 위한 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating a phase change memory device according to a fourth embodiment of the present invention.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도 3의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도들이다.10 to 15 are cross-sectional views taken along the line II ′ of FIG. 3 to explain a method of manufacturing a phase change memory device according to the first embodiment of the present invention.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 다른 제조방법을 설명하기 위하여 도 3의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도들이다.16 to 18 are cross-sectional views taken along the line II ′ of FIG. 3 to explain another method of manufacturing the phase change memory device according to the first embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 메모리소자에 관한 것으로, 특히 멀티 비트 상전이 메모리소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor memory devices, and more particularly, to a multi-bit phase change memory device and a method of manufacturing the same.
반도체 메모리소자들은 휘발성 메모리소자 및 비휘발성 메모리소자로 분류될 수 있다. 상기 비휘발성 메모리소자는 그들의 전원이 차단될지라도 그들 내에 저장된 데이터들이 소멸되지 않는 특성을 갖는다. 이에 따라, 상기 비 휘발성 메모리소자는 이동통신 단말기(mobile communication system), 이동식 메모리 장치, 디지털 기기의 보조기억 장치 등에 널리 채택되고 있다.Semiconductor memory devices may be classified into volatile memory devices and nonvolatile memory devices. The nonvolatile memory devices have a characteristic that data stored therein is not destroyed even if their power is cut off. Accordingly, the nonvolatile memory device is widely adopted in a mobile communication system, a mobile memory device, an auxiliary memory device of a digital device, and the like.
비 휘발성 기억 특성을 가지며 집적도 향상에 효율적인 구조를 갖는 새로운 메모리소자를 개발하기 위한 많은 노력이 있었으며, 이에 따라 나타난 대표적인 것 으로 상전이 메모리소자가 있다. 상기 상전이 메모리소자의 단위 셀은 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자에 직렬 연결된(serially connected) 데이터 저장고(data storage)를 포함한다. 상기 데이터 저장고는 상기 스위칭 소자에 전기적으로 연결되는 하부전극 및 상기 하부전극에 접촉하는 상전이 물질막을 구비한다. 상기 상전이 물질막은, 제공되는 전류의 크기에 따라, 비정질 상태(amorphous state) 와 결정질 상태(crystalline state) 사이에서 또는 상기 결정질 상태 하의 다양한 비저항 상태들 사이에서 전기적으로 전환(switch)되는 물질막이다.There have been many efforts to develop a new memory device having a non-volatile memory characteristic and an efficient structure for improving the integration. A representative example of this is a phase change memory device. The unit cell of the phase change memory device may include a switching device and a data storage serially connected to the switching device. The data store includes a lower electrode electrically connected to the switching element and a phase change material layer in contact with the lower electrode. The phase change material film is a material film that is electrically switched between an amorphous state and a crystalline state or between various resistive states under the crystalline state, depending on the amount of current provided.
도 1은 종래의 상전이 메모리소자를 개략적으로 보여주는 부분 단면도이다.1 is a partial cross-sectional view schematically illustrating a conventional phase change memory device.
도 1을 참조하면, 상전이 메모리소자는 반도체기판(11) 상의 소정영역에 배치된 하부 절연막(12), 상기 하부 절연막(12) 내에 배치된 하부 전극(14), 상기 하부 절연막(12) 상을 덮는 상부 절연막(13), 상기 상부 절연막(13) 상에 배치된 비트라인(18), 상기 상부 절연막(13) 내에 배치되고 상기 하부 전극(14)에 접촉된 상전이 패턴(16), 및 상기 상전이 패턴(16)과 상기 비트라인(18) 사이를 전기적으로 연결하는 상부 전극(17)을 구비한다. 또한, 상기 하부 전극(14)은 다이오드 또는 트랜지스터와 같은 스위칭 소자에 전기적으로 접속된다.Referring to FIG. 1, a phase change memory device is formed on a lower
상기 하부 전극(14)을 통하여 프로그램 전류가 흐르는 경우에, 상기 상전이 패턴(16) 및 상기 하부전극(14) 사이의 계면에서 주울 열(joule heat)이 생성된다. 이러한 주울 열은 상기 상전이 패턴(16)의 일부분(20, 이하에서는 '전이영역'이라 한다.)을 비정질 상태(amorphous state) 또는 결정질 상태(crystalline state)로 변환시킨다. 상기 비정질 상태를 갖는 상기 전이영역(20)의 비저항은 상기 결정질 상태를 갖는 상기 전이영역(20)의 비저항 보다 높다. 따라서 읽기 모드에서 상기 전이영역(20)을 통하여 흐르는 전류를 감지함으로써, 상기 상전이 메모리소자의 상기 상전이 패턴(16)에 저장된 정보가 논리 '1'인지 논리 '0'인지를 판별할 수 있다.When a program current flows through the
여기서, 상기 전이영역(20)이 크면 클수록 상기 프로그램 전류는 비례적으로 커져야한다. 이 경우, 상기 스위칭 소자는 상기 프로그램 전류를 공급하기에 충분한 전류 구동능력을 갖도록 설계되어야 한다. 그러나 상기 전류 구동능력을 향상시키기 위해서는 상기 스위칭 소자가 차지하는 면적이 증가된다. 바꾸어 말하면, 상기 전이영역(20)이 작을수록 상기 상전이 메모리소자의 집적도 개선에 유리하다.Herein, the larger the
한편, 2비트 이상의 정보를 하나의 셀에 저장하는 경우, 상전이 메모리소자의 집적도를 비약적으로 향상시킬 수 있기 때문에, 이에 대한 연구가 폭넓게 진행되고 있다. 상기 상전이 물질막은 그 내부의 결정질과 비정질의 상대비에 따라 다양한 저항값을 가질 수 있기 때문에, 이론상 셀당 2비트 이상의 멀티 비트의 정보를 저장할 수 있다.On the other hand, when two or more bits of information are stored in one cell, since the degree of integration of the phase change memory device can be remarkably improved, research on this has been widely conducted. Since the phase change material film may have various resistance values according to the relative ratio between crystalline and amorphous therein, the phase change material film may theoretically store more than two bits of multi-bit information per cell.
멀티 비트 상전이 메모리소자가 미국공개특허 제2004-0178404호에 "멀티 비트 칼코게나이드 저장 장치(Multiple bit chalcogenide storage device)"라는 제목으로 오브신스키(Ovshinsky)에 의해 개시된 바 있다.A multi-bit phase change memory device has been disclosed by Ovshinsky in US Patent Publication No. 2004-0178404 entitled "Multiple bit chalcogenide storage device."
오브신스키에 따르면, 상전이 메모리 셀은 상전이 물질막의 상부면, 하부면 및 측면에 각각 접하는 세 개의 전극들을 구비한다. 상기 상전이 물질막의 상부면 및 측면에 접하는 전극들을 사용하여 상기 상전이 물질막의 상부영역의 결정 상태 를 변화시키고, 상기 상전이 물질막의 하부면 및 측면에 접하는 전극들을 사용하여 상기 상전이 물질막의 하부영역의 결정 상태를 변화시킬 수 있게 되어 셀당 2비트의 정보를 저장할 수 있게 된다. 그러나 상전이 메모리 셀의 구조 및 제조공정이 복잡해 질 수 있으며 프로그램 전류를 공급하기 위한 주변회로의 구성이 복잡해 질 수 있다.According to Obsinski, the phase change memory cell has three electrodes that respectively contact the top, bottom and side surfaces of the phase change material film. The crystal state of the upper region of the phase change material film is changed using electrodes contacting the top and side surfaces of the phase change material film, and the crystal state of the lower region of the phase change material film is used using electrodes contacting the bottom and side surfaces of the phase change material film. Can be changed to store two bits of information per cell. However, the structure and manufacturing process of the phase change memory cell may be complicated, and the configuration of the peripheral circuit for supplying the program current may be complicated.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 작은 전이영역을 갖는 멀티 비트 상전이 메모리소자를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to improve the above-described problems of the related art, and to provide a multi-bit phase change memory device having a small transition region.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 작은 전이영역을 갖는 멀티 비트 상전이 메모리소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a multi-bit phase change memory device having a small transition region.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 멀티 비트 상전이 메모리소자를 제공한다. 이 소자는 기판 상에 제공된 제 1 전극을 구비한다. 상기 제 1 전극에 이격된 제 2 전극이 배치된다. 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 데이터 저장고가 배치된다. 상기 데이터 저장고는 하나 또는 다수의 중간전극들 및 복수의 상전이 패턴들을 갖는다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a multi-bit phase transition memory device. The device has a first electrode provided on the substrate. A second electrode spaced apart from the first electrode is disposed. A data store is disposed between the first electrode and the second electrode. The data store has one or more intermediate electrodes and a plurality of phase change patterns.
본 발명의 몇몇 실시 예에 있어서, 상기 데이터 저장고는 제 1 및 제 2 상전 이 패턴들을 구비할 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴은 상기 제 1 전극에 접촉될 수 있다. 상기 제 2 상전이 패턴은 상기 제 2 전극에 접촉될 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴 및 상기 제 2 상전이 패턴 사이에 상기 중간전극이 개재될 수 있다.In some embodiments of the present disclosure, the data store may have first and second phase change patterns. The first phase change pattern may be in contact with the first electrode. The second phase change pattern may be in contact with the second electrode. The intermediate electrode may be interposed between the first phase transition pattern and the second phase transition pattern.
다른 실시 예에 있어서, 상기 제 1 상전이 패턴 및 상기 중간전극 사이에 다른 상전이 패턴이 배치될 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴 및 상기 다른 상전이 패턴 사이에 다른 중간전극이 개재될 수 있다.In another embodiment, another phase change pattern may be disposed between the first phase change pattern and the intermediate electrode. Another intermediate electrode may be interposed between the first phase transition pattern and the other phase transition pattern.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 기판 상에 층간절연막이 제공될 수 있다. 상기 데이터 저장고는 상기 층간절연막을 관통하는 콘택홀 내에 배치될 수 있다. 상기 제 1 전극 또한 상기 콘택홀 내에 배치될 수 있다. 이에 더하여, 상기 콘택홀 내의 상기 층간절연막 및 상기 데이터 저장고 사이에 스페이서가 개재될 수 있다.In another embodiment, an interlayer insulating film may be provided on the substrate. The data store may be disposed in a contact hole penetrating the interlayer insulating layer. The first electrode may also be disposed in the contact hole. In addition, a spacer may be interposed between the interlayer insulating layer and the data storage in the contact hole.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 제 1 전극은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나를 포함할 수 있다.In another embodiment, the first electrode is a Ti film, TiSi film, TiN film, TiON film, TiW film, TiAlN film, TiAlON film, TiSiN film, TiBN film, W film, WN film, WON film, WSiN film , WBN film, WCN film, Si film, Ta film, TaSi film, TaN film, TaON film, TaAlN film, TaSiN film, TaCN film, Mo film, MoN film, MoSiN film, MoAlN film, NbN film, ZrSiN film, ZrAlN The film may include one selected from the group consisting of a film, a conductive carbon group film, and a Cu film.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 중간전극은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나를 포함할 수 있다.In another embodiment, the intermediate electrode may be a Ti film, a TiSi film, a TiN film, a TiON film, a TiW film, a TiAlN film, a TiAlON film, a TiSiN film, a TiBN film, a W film, a WN film, a WON film, a WSiN film, WBN film, WCN film, Si film, Ta film, TaSi film, TaN film, TaON film, TaAlN film, TaSiN film, TaCN film, Mo film, MoN film, MoSiN film, MoAlN film, NbN film, ZrSiN film, ZrAlN film , A conductive carbon group film, and a Cu film.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 상전이 패턴들은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물일 수 있다. 상기 상전이 패턴들은 서로 다른 물질막일 수 있다.In another embodiment, the phase change patterns may be two or more compounds selected from the group consisting of Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, and C. . The phase change patterns may be different material layers.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 제 1 전극에 전기적으로 접속된 워드라인이 제공될 수 있다. 상기 제 2 전극에 전기적으로 접속된 비트라인이 제공될 수 있다. 상기 제 1 전극에 전기적으로 접속된 스위칭 소자가 제공될 수 있다.In another embodiment, a word line electrically connected to the first electrode may be provided. A bit line may be provided that is electrically connected to the second electrode. A switching element electrically connected to the first electrode may be provided.
또한, 본 발명은, 멀티 비트 상전이 메모리소자의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 기판 상에 콘택홀을 갖는 층간절연막을 형성하는 것을 포함한다. 상기 콘택홀을 부분적으로 채우는 제 1 전극을 형성한다. 상기 콘택홀 내의 상기 제 1 전극 상에 제 1 상전이 패턴을 형성한다. 상기 제 1 상전이 패턴 상에 중간전극을 형성한다. 상기 중간전극 상에 제 2 상전이 패턴을 형성한다. 상기 층간절연막 상에 상기 제 2 상전이 패턴과 접촉되는 제 2 전극을 형성한다.The present invention also provides a method of manufacturing a multi-bit phase change memory device. The method includes forming an interlayer insulating film having contact holes on the substrate. A first electrode partially filling the contact hole is formed. A first phase change pattern is formed on the first electrode in the contact hole. An intermediate electrode is formed on the first phase change pattern. A second phase change pattern is formed on the intermediate electrode. A second electrode in contact with the second phase change pattern is formed on the interlayer insulating film.
몇몇 실시 예에 있어서, 상기 콘택홀의 측벽에 스페이서를 형성할 수 있다. 상기 스페이서는 상기 제 1 전극을 형성하기 전 및/또는 후에 형성할 수 있다.In some embodiments, a spacer may be formed on sidewalls of the contact hole. The spacer may be formed before and / or after forming the first electrode.
다른 실시 예에 있어서, 상기 콘택홀을 채우는 제 1 도전막을 형성할 수 있다. 상기 제 1 도전막을 에치백(etch back) 하여 상기 제 1 전극을 형성할 수 있다. 상기 제 1 전극의 상부표면은 상기 콘택홀의 중심에서 가장자리로 갈수록 상향 돌출되도록 형성할 수 있다. 상기 제 1 전극은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나로 형성할 수 있다.In another embodiment, a first conductive layer may be formed to fill the contact hole. The first electrode may be formed by etching back the first conductive layer. The upper surface of the first electrode may be formed to protrude upward from the center of the contact hole toward the edge. The first electrode is a Ti film, a TiSi film, a TiN film, a TiON film, a TiW film, a TiAlN film, a TiAlON film, a TiSiN film, a TiBN film, a W film, a WN film, a WON film, a WSiN film, a WBN film, a WCN film, Si film, Ta film, TaSi film, TaN film, TaON film, TaAlN film, TaSiN film, TaCN film, Mo film, MoN film, MoSiN film, MoAlN film, NbN film, ZrSiN film, ZrAlN film, conductive carbon group carbon group) film, and one selected from the group consisting of a Cu film.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 제 1 전극 상에 상기 콘택홀을 채우는 제 1 상전이 물질막을 형성할 수 있다. 상기 제 1 상전이 물질막을 에치백(etch back)하여 상기 제 1 상전이 패턴을 형성할 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물로 형성할 수 있다.In another embodiment, a first phase change material layer may be formed on the first electrode to fill the contact hole. The first phase change pattern may be etched back to form the first phase change pattern. The first phase transition pattern may be formed of two or more compounds selected from the group consisting of Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, and C.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 제 1 상전이 패턴 상에 상기 콘택홀을 채우는 중간 도전막을 형성할 수 있다. 상기 중간 도전막을 에치백(etch back)하여 상기 중간전극을 형성할 수 있다. 상기 중간전극의 상부표면은 상기 콘택홀의 중심에서 가장자리로 갈수록 상향 돌출되도록 형성할 수 있다. 상기 중간전극은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나로 형성할 수 있다.In another embodiment, an intermediate conductive layer filling the contact hole may be formed on the first phase change pattern. The intermediate electrode may be formed by etching back the intermediate conductive layer. The upper surface of the intermediate electrode may be formed to protrude upward from the center of the contact hole toward the edge. The intermediate electrode may be a Ti film, a TiSi film, a TiN film, a TiON film, a TiW film, a TiAlN film, a TiAlON film, a TiSiN film, a TiBN film, a W film, a WN film, a WON film, a WSiN film, a WBN film, a WCN film, or a Si. Film, Ta film, TaSi film, TaN film, TaON film, TaAlN film, TaSiN film, TaCN film, Mo film, MoN film, MoSiN film, MoAlN film, NbN film, ZrSiN film, ZrAlN film, conductive carbon group group) film, and one selected from the group consisting of a Cu film.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 중간전극 상에 상기 콘택홀을 완전히 채우 고 상기 층간절연막을 덮는 제 2 상전이 물질막을 형성할 수 있다. 상기 층간절연막이 노출될 때까지 상기 제 2 상전이 물질막을 평탄화하여 상기 제 2 상전이 패턴을 형성할 수 있다. 상기 제 2 상전이 패턴은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물로 형성할 수 있다. 상기 제 2 상전이 패턴은 상기 제 1 상전이 패턴과 다른 물질막으로 형성할 수 있다.In another embodiment, a second phase change material layer may be formed on the intermediate electrode to completely fill the contact hole and cover the interlayer insulating layer. The second phase change material layer may be planarized to form the second phase change pattern until the interlayer insulating layer is exposed. The second phase transition pattern may be formed of two or more compounds selected from the group consisting of Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, and C. The second phase change pattern may be formed of a material layer different from the first phase change pattern.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to 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 to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. In addition, where a layer is said to be "on" another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.
도 2는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예들에 따른 상전이 메모리소자의 셀 어레이 영역의 일부분을 도시한 등가회로도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예들에 따른 상전이 메모리소자의 셀 어레이 영역의 일부분을 도시한 평면도이다. 즉, 도 3은 도 2의 상기 셀 어레이 영역의 일부분을 도시한 평면도이다. 도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 상전이 메모리소자를 설명하기 위하여 도 3의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 상전이 메모리소자를 설명하기 위하여 도 3의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도이다.FIG. 2 is an equivalent circuit diagram illustrating a portion of a cell array region of a phase change memory device according to the first and second embodiments of the present invention, and FIG. 3 illustrates a phase change memory device according to the first and second embodiments of the present invention. A plan view of a portion of the cell array region. That is, FIG. 3 is a plan view illustrating a portion of the cell array region of FIG. 2. 4 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 3 to explain the phase change memory device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 illustrates the phase change memory device according to the second embodiment of the present invention. It is sectional drawing taken along the cutting line II 'of FIG.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예들에 따른 상전이 메모리소자는 열 방향으로 서로 평행하게 배치된 워드라인들(WL), 행 방향으로 서로 평행하게 배치된 비트라인들(BL), 및 다수의 데이터 저장고들(data storages; RP)을 구비할 수 있다.2 and 3, the phase change memory devices according to the first and second embodiments of the present invention are word lines WL disposed parallel to each other in a column direction, and bit lines disposed parallel to each other in a row direction. s (BL), and a plurality of data storage in; the (data storages R P) may be provided.
상기 비트라인들(BL)은 상기 워드라인들(WL)에 교차하도록 배치될 수 있다. 상기 데이터 저장고들(RP)은 각각 상기 비트라인들(BL) 및 상기 워드라인들(WL)의 교차점들에 배치될 수 있다. 상기 데이터 저장고들(RP) 및 상기 워드라인들(WL) 사이에 제 1 전극들(71)이 개재될 수 있다. 상기 데이터 저장고들(RP) 및 상기 비트라인들(BL) 사이에 제 2 전극들(95)이 개재될 수 있다.The bit lines BL may be disposed to intersect the word lines WL. The data stores R P may be disposed at intersections of the bit lines BL and the word lines WL, respectively.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 상전이 메모리소자는 기판(51) 상에 제공된 워드라인(55, WL) 및 비트라인(97, BL)을 구비할 수 있다. 상기 워드라인(55, WL) 및 상기 비트라인(97, BL)은 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 상기 기판(51)은 실리콘웨이퍼와 같은 반도체기판일 수 있다.3 and 4, the phase change memory device according to the first embodiment of the present invention may include
상기 기판(51) 상에 하부 절연막(53)이 제공될 수 있다. 상기 하부 절연막(53)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막일 수 있다. 상기 하부 절연막(53) 내에 워드라인(55, WL)이 배치될 수 있다. 상기 하부 절연막(53)의 상부표면 및 상기 워드라인(55, WL)의 상부표면들은 동일평면 상에 노출될 수 있다. 상기 워드라인(55, WL)은 폴리실리콘 패턴, 금속배선 또는 에피택시얼 반도체 패턴과 같은 도전성패턴일 수 있다.A lower insulating
상기 워드라인(55, WL) 및 상기 하부 절연막(53) 상에 층간절연막(57)이 제공될 수 있다. 상기 층간절연막(57)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막과 같은 절연막일 수 있다. 상기 층간절연막(57)은 평탄화된 상부표면을 구비할 수 있다.An interlayer insulating
상기 워드라인(55, WL) 상에 상기 층간절연막(57)을 관통하는 콘택홀(61)이 배치될 수 있다. 상기 콘택홀(61)의 측벽에 스페이서(63)가 배치될 수 있다. 상기 스페이서(63)는 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막과 같은 절연막일 수 있다. 그 결과, 상기 콘택홀(61)의 내경은 작아질 수 있다. 또한, 상기 스페이서(63)는 상기 콘택홀(61)의 측벽을 부분적으로 덮을 수 있다. 그러나 상기 스페이서(63)는 생략될 수도 있다.A
상기 콘택홀(61) 내에 제 1 전극(71)이 배치될 수 있다. 상기 제 1 전극(71)은 상기 워드라인(55, WL)에 접촉될 수 있다. 상기 제 1 전극(71)은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나 또는 이들의 조합막일 수 있다.The
상기 층간절연막(57) 상에 제 2 전극(95)이 배치될 수 있다. 상기 제 2 전극(95)은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나 또는 이들의 조합막일 수 있다.The
상기 제 1 전극(71) 및 상기 제 2 전극(95) 사이에 데이터 저장고(data storage; RP)가 배치될 수 있다. 즉, 상기 데이터 저장고(RP)는 상기 콘택홀(61) 내에 제공될 수 있다. 상기 데이터 저장고(RP) 및 상기 층간절연막(57) 사이에 상기 스페이서(63)가 개재될 수 있다.A data storage R P may be disposed between the
상기 데이터 저장고(RP)는 제 1 상전이 패턴(73) 및 제 2 상전이 패턴(77)을 구비할 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73) 및 상기 제 2 상전이 패턴(77) 사이에 중간 전극(75)이 개재될 수 있다. 상기 중간 전극(75)의 일단은 상기 제 1 상전이 패턴(73)에 접촉될 수 있다. 상기 중간 전극(75)의 타단은 상기 제 2 상전이 패턴(77)에 접촉될 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73)은 상기 제 1 전극(71)에 접촉될 수 있다. 상기 제 2 상전이 패턴(77)은 상기 제 2 전극(95)에 접촉될 수 있다.The data store R P may include a first
예를 들면, 상기 콘택홀(61) 내에 상기 제 1 전극(71), 상기 제 1 상전이 패턴(73), 상기 중간 전극(75), 및 상기 제 2 상전이 패턴(77)이 차례로 적층될 수 있다. 이 경우에, 상기 제 1 전극(71), 상기 제 1 상전이 패턴(73), 상기 중간 전극(75), 상기 제 2 상전이 패턴(77), 및 상기 제 2 전극(95)은 전기적으로 직렬 접속될 수 있다.For example, the
상기 제 1 상전이 패턴(73)은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물(compound)일 수 있다. 상기 제 2 상전이 패턴(77)은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물(compound)일 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73) 및 상기 제 2 상전이 패턴(77)은 같은 물질막이거나 서로 다른 물질막일 수도 있다.The first
상기 중간 전극(75)은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나 또는 이들의 조합막일 수 있다. 상기 중간 전극(75)은 상기 제 1 전극(71)과 같은 물질막이거나 다른 물질막일 수도 있다.The
상기 층간절연막(57)은 상부절연막(93)으로 덮일 수 있다. 상기 제 2 전극(95)의 상부표면은 상기 상부절연막(93) 상에 노출될 수 있다. 상기 상부절연막(93)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막과 같은 절연막일 수 있다. 상기 상부절연막(93) 상에 상기 비트라인(97, BL)이 배치될 수 있다. 상기 비트라인(97, BL)은 상기 제 2 전극(95)에 접촉될 수 있다. 상기 비트라인(97, BL)은 도전성 물질막일 수 있다. 상기 제 2 전극(95)은 생략될 수 있다. 이 경우에, 상기 비트라인(97, BL)은 상기 제 2 상전이 패턴(77)에 접촉될 수 있다.The interlayer insulating
이제 도 2 내지 도 4를 다시 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 동작을 설명하기로 한다.Referring to FIGS. 2 to 4 again, the operation of the phase change memory device according to the first embodiment of the present invention will be described.
도 2 내지 도 4를 다시 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 프로그램 동작은 상기 제 1 전극(71) 및 상기 제 2 전극(95)을 통하여 상기 데이터 저장고(RP)에 프로그램 전류를 인가하여 수행할 수 있다.Referring back to FIGS. 2 to 4, the program operation of the phase change memory device according to the first embodiment of the present invention is performed through the data storage R P through the
구체적으로, 상기 제 1 상전이 패턴(73) 및 상기 제 2 상전이 패턴(77)이 모두 비정질 상태(amorphous state)일 경우 상기 데이터 저장고(RP)는 제 1 합성저항을 보일 수 있다. 상기 제 1 합성저항은 상기 제 1 상전이 패턴(73)의 리셋 저항 및 상기 제 2 상전이 패턴(77)의 리셋 저항의 직렬접속에 대응하는 값으로 해석될 수 있다.In detail, when the first
상기 데이터 저장고(RP)에 제 1 프로그램 전류가 인가되면 상기 제 1 상전이 패턴(73)에 제 1 전이영역(73T)이 생성될 수 있다. 상기 제 1 전이영역(73T)은 상기 제 1 전극(71)에 인접한 곳에 형성될 수 있다. 상기 제 1 전이영역(73T)은 결정질 상태(crystalline state)일 수 있다. 이 경우에, 상기 데이터 저장고(RP)는 상기 제 1 합성저항보다 낮은 제 2 합성저항을 보인다. 상기 제 2 합성저항은 상기 제 1 상전이 패턴(73)의 프로그램 저항 및 상기 제 2 상전이 패턴(77)의 리셋 저항의 직렬접속에 대응하는 값으로 해석될 수 있다.When a first program current is applied to the data store R P , a
이어서, 상기 데이터 저장고(RP)에 상기 제 1 프로그램 전류보다 높은 제 2 프로그램 전류가 인가되면 상기 제 2 상전이 패턴(77)에 제 2 전이영역(77T)이 생성될 수 있다. 상기 제 2 전이영역(77T)은 상기 중간전극(75)에 인접한 곳에 형성될 수 있다. 상기 제 2 전이영역(77T)은 결정질 상태일 수 있다. 이 경우에, 상기 데이터 저장고(RP)는 상기 제 2 합성저항보다 낮은 제 3 합성저항을 보인다. 상기 제 3 합성저항은 상기 제 1 상전이 패턴(73)의 프로그램 저항 및 상기 제 2 상전이 패턴(77)의 프로그램 저항의 직렬접속에 대응하는 값으로 해석될 수 있다.Subsequently, when a second program current higher than the first program current is applied to the data storage R P , a
계속하여, 상기 데이터 저장고(RP)에 상기 제 2 프로그램 전류보다 높은 제 3 프로그램 전류가 인가되면 상기 제 1 상전이 패턴(73)은 상기 비정질 상태로 환원될 수 있다. 이 경우에, 상기 데이터 저장고(RP)는 제 4 합성저항을 보인다. 상기 제 4 합성저항은 상기 제 1 합성저항보다 낮고 상기 제 2 합성저항보다 높을 수 있다. 상기 제 4 합성저항은 상기 제 1 상전이 패턴(73)의 리셋 저항 및 상기 제 2 상전이 패턴(77)의 프로그램 저항의 직렬접속에 대응하는 값으로 해석될 수 있다.Subsequently, when a third program current higher than the second program current is applied to the data storage R P , the first
더 나아가서, 상기 데이터 저장고(RP)에 상기 제 3 프로그램 전류보다 높은 제 4 프로그램 전류가 인가되면 상기 제 2 상전이 패턴(77)은 상기 비정질 상태로 환원될 수 있다. 이 경우에, 상기 데이터 저장고(RP)는 상기 제 1 합성저항으로 환 원될 수 있다.Furthermore, when the fourth program current higher than the third program current is applied to the data storage R P , the second
상술한 바와 같이, 상기 데이터 저장고(RP)는 상기 제 1 내지 제 4 프로그램 전류에 의하여 상기 제 1 내지 제 4 합성저항으로 전환될 수 있다. 이에 따라, 상기 데이터 저장고(RP)는 4가지 상태로 프로그램될 수 있다. 이 경우에, 상기 데이터 저장고(RP)는 2-비트(2-bit)의 데이터를 저장할 수 있다.As described above, the data storage R P may be converted into the first to fourth composite resistors by the first to fourth program currents. Accordingly, the data store R P can be programmed in four states. In this case, the data store R P may store 2-bit data.
도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 상전이 메모리소자는 기판(51) 상에 제공된 워드라인(55, WL) 및 비트라인(97, BL)을 구비할 수 있다. 상기 기판(51) 상에 하부 절연막(53)이 제공될 수 있다. 상기 워드라인(55, WL) 및 상기 하부 절연막(53) 상에 층간절연막(57)이 제공될 수 있다. 상기 워드라인(55, WL) 상에 상기 층간절연막(57)을 관통하는 콘택홀(61)이 배치될 수 있다. 상기 콘택홀(61)의 내벽에 스페이서(63)가 배치될 수 있다. 상기 콘택홀(61) 내에 제 1 전극(71)이 배치될 수 있다. 상기 층간절연막(57) 상에 제 2 전극(95)이 배치될 수 있다. 이하에서는, 도 4를 통하여 설명된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 상전이 메모리소자와의 차이점만 간략하게 설명하기로 한다.3 and 5, the phase change memory device according to the second exemplary embodiment of the present invention may include
상기 제 1 전극(71) 및 상기 제 2 전극(95) 사이에 데이터 저장고(data storage; RP)가 배치될 수 있다. 즉, 상기 데이터 저장고(RP)는 상기 콘택홀(61) 내에 제공될 수 있다. 상기 데이터 저장고(RP) 및 상기 층간절연막(57) 사이에 상기 스페이서(63)가 개재될 수 있다.A data storage R P may be disposed between the
상기 데이터 저장고(RP)는 제 1 상전이 패턴(73) 및 제 2 상전이 패턴(77)을 구비할 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73)은 상기 제 1 전극(71)에 접촉될 수 있다. 상기 제 2 상전이 패턴(77)은 상기 제 2 전극(95)에 접촉될 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73) 및 상기 제 2 상전이 패턴(77) 사이에 복수의 중간전극들(75, 81, 85) 및 복수의 중간 상전이 패턴들(83, 87)이 제공될 수 있다. 또한, 상기 제 1 상전이 패턴(73) 및 상기 제 2 상전이 패턴(77) 사이에 다른 중간전극들(도시하지 않음) 및 다른 상전이 패턴들(도시하지 않음)이 제공될 수 있다.The data store R P may include a first
예를 들면, 상기 중간전극들(75, 81, 85)은 제 1 중간전극(75), 제 2 중간전극(81) 및 제 3 중간전극(85)을 포함할 수 있다. 상기 중간 상전이 패턴들(83, 87)은 제 1 중간 상전이 패턴(83) 및 제 2 중간 상전이 패턴(87)을 포함할 수 있다.For example, the
상기 제 1 중간 전극(75)의 일단은 상기 제 2 상전이 패턴(77)에 접촉될 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73) 상에 상기 제 1 중간 상전이 패턴(83)이 배치될 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73) 및 상기 제 1 중간 상전이 패턴(83) 사이에 상기 제 2 중간전극(81)이 개재될 수 있다. 상기 제 1 중간 상전이 패턴(83) 상에 상기 제 3 중간전극(85)이 배치될 수 있다. 상기 제 3 중간전극(85) 및 상기 제 1 중간 전극(75) 사이에 상기 제 2 중간 상전이 패턴(87)이 개재될 수 있다.One end of the first
예를 들면, 상기 콘택홀(61) 내에 차례로 적층된 상기 제 1 전극(71), 상기 제 1 상전이 패턴(73), 상기 제 2 중간 전극(81), 상기 제 1 중간 상전이 패턴(83), 상기 제 3 중간전극(85), 상기 제 2 중간 상전이 패턴(87), 상기 제 1 중 간 전극(75), 및 상기 제 2 상전이 패턴(77)이 제공될 수 있다. 이 경우에, 상기 제 1 전극(71), 상기 제 1 상전이 패턴(73), 상기 제 2 중간 전극(81), 상기 제 1 중간 상전이 패턴(83), 상기 제 3 중간전극(85), 상기 제 2 중간 상전이 패턴(87), 상기 제 1 중간 전극(75), 상기 제 2 상전이 패턴(77), 및 상기 제 2 전극(95)은 전기적으로 직렬 접속될 수 있다.For example, the
상기 제 1 상전이 패턴(73)은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물(compound)일 수 있다. 상기 제 2 상전이 패턴(77)은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물(compound)일 수 있다.The first
상기 제 1 중간 상전이 패턴(83)은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물(compound)일 수 있다. 상기 제 2 중간 상전이 패턴(87)은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물(compound)일 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73), 상기 제 2 상전이 패턴(77), 상기 제 1 중간 상전이 패턴(83) 및 상기 제 2 중간 상전이 패턴(87)은 같은 물질막이거나 서로 다른 물질막일 수도 있다.The first intermediate
상기 중간전극들(75, 81, 85)은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소 군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나 또는 이들의 조합막일 수 있다. 상기 중간전극들(75, 81, 85)은 상기 제 1 전극(71)과 같은 물질막이거나 다른 물질막일 수도 있다.The
상기 층간절연막(57)은 상부절연막(93)으로 덮일 수 있다. 상기 제 2 전극(95)의 상부표면은 상기 상부절연막(93) 상에 노출될 수 있다. 상기 상부절연막(93) 상에 상기 비트라인(97, BL)이 배치될 수 있다. 상기 비트라인(97, BL)은 상기 제 2 전극(95)에 접촉될 수 있다. 상기 비트라인(97, BL)은 도전성 물질막일 수 있다. 상기 제 2 전극(95)은 생략될 수 있다. 이 경우에, 상기 비트라인(97, BL)은 상기 제 2 상전이 패턴(77)에 접촉될 수 있다.The interlayer insulating
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 프로그램 동작은 상기 제 1 전극(71) 및 상기 제 2 전극(95)을 통하여 상기 데이터 저장고(RP)에 프로그램 전류를 인가하여 수행할 수 있다. 상기 프로그램 전류에 의하여 상기 제 1 상전이 패턴(73)에 제 1 전이영역(73T)이 생성될 수 있으며, 상기 제 2 상전이 패턴(77)에 제 2 전이영역(77T)이 생성될 수 있고, 상기 제 1 중간 상전이 패턴(83)에 제 3 전이영역(83T)이 생성될 수 있으며, 상기 제 2 중간 상전이 패턴(87)에 제 4 전이영역(도시하지 않음)이 생성될 수 있다. 이 경우에, 상기 데이터 저장고(RP)는 4-비트(4-bit)의 데이터를 저장할 수 있다.The program operation of the phase change memory device according to the second embodiment of the present invention may be performed by applying a program current to the data storage R P through the
상술한 바와 같이, 상기 데이터 저장고(RP)는 다른 중간전극들(도시하지 않음) 및 다른 상전이 패턴들(도시하지 않음)을 구비할 수 있다. 이 경우에, 상기 데 이터 저장고(RP)는 멀티-비트(multi-bit)의 데이터를 저장할 수 있다.As described above, the data store R P may include other intermediate electrodes (not shown) and other phase change patterns (not shown). In this case, the data store R P may store multi-bit data.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 셀 어레이 영역의 일부분을 도시한 등가회로도이고, 도 7은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 상전이 메모리소자를 설명하기 위한 단면도이다.6 is an equivalent circuit diagram illustrating a portion of a cell array region of a phase change memory device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a phase change memory device according to a third embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 상전이 메모리소자는 열 방향으로 서로 평행하게 배치된 비트라인들(BL), 행 방향으로 서로 평행하게 배치된 워드라인들(WL), 다수의 데이터 저장고들(data storages; RP), 및 다수의 다이오드들(D)을 구비할 수 있다.Referring to FIG. 6, a phase change memory device according to a third embodiment of the present invention may include a plurality of bit lines BL arranged in parallel with each other in a column direction, word lines WL disposed in parallel with each other in a row direction. in the data store; it may be provided with a (data storages R P), and a plurality of diodes (D).
상기 비트라인들(BL)은 상기 워드라인들(WL)에 교차하도록 배치될 수 있다. 상기 데이터 저장고들(RP)의 각각은 상기 비트라인들(BL) 및 상기 워드라인들(WL)의 교차점들에 배치될 수 있다. 상기 다이오드들(D)의 각각은 상기 데이터 저장고들(RP) 중 대응하는 하나에 직렬 접속될 수 있다. 상기 데이터 저장고들(RP)의 일단들은 상기 비트라인들(BL) 중 대응하는 하나에 접속될 수 있다. 상기 다이오드들(D)의 각각은 상기 워드라인들(WL) 중 대응하는 하나에 접속될 수 있다. 상기 다이오드들(D)은 스위칭 소자의 역할을 할 수 있다. 그러나 상기 다이오드들(D)은 생략될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 스위칭 소자는 모스 트랜지스터일 수도 있다.The bit lines BL may be disposed to intersect the word lines WL. Each of the data stores R P may be disposed at intersections of the bit lines BL and the word lines WL. Each of the diodes D may be connected in series to a corresponding one of the data stores R P. One ends of the data stores R P may be connected to a corresponding one of the bit lines BL. Each of the diodes D may be connected to a corresponding one of the word lines WL. The diodes D may serve as switching elements. However, the diodes D may be omitted. Alternatively, the switching element may be a MOS transistor.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 상전이 메모리소자는 기판(51) 상에 제공된 워드라인(155, WL) 및 비트라인(97, BL)을 구비할 수 있다. 상기 기판(51)은 실리콘웨이퍼와 같은 반도체기판일 수 있다. 상기 워드라인(155, WL)은 상기 기판(51)에 배치된 소자분리막(152)에 의하여 한정될 수 있다. 상기 소자분리막(152)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막과 같은 절연막일 수 있다.Referring to FIG. 7, the phase change memory device according to the third exemplary embodiment may include
상기 워드라인(155, WL)은 불순물 이온주입 영역일 수 있다. 이와는 달리, 상기 워드라인(155, WL)은 상기 기판(51) 상에 적층된 도전성 배선일 수 있다. 상기 도전성 배선은 금속배선 또는 에피택시얼 반도체 패턴일 수 있다.The word lines 155 and WL may be impurity ion implantation regions. Alternatively, the word lines 155 and WL may be conductive wires stacked on the
상기 워드라인(155, WL) 및 상기 소자분리막(152) 상에 하부 절연막(153)이 제공될 수 있다. 상기 하부 절연막(153)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막일 수 있다. 상기 하부 절연막(153) 내에 다이오드들(D)이 배치될 수 있다. 상기 다이오드(D)는 제 1 반도체 패턴(165) 및 제 2 반도체 패턴(166)을 구비할 수 있다.A lower insulating
상기 제 1 반도체 패턴(165)은 n형 또는 p형 반도체 막일 수 있다. 상기 제 2 반도체 패턴(166)은 상기 제 1 반도체 패턴(165)과 다른 도전형의 반도체 막일 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 반도체 패턴(165)이 n형 반도체 막인 경우 상기 제 2 반도체 패턴(166)은 p형 반도체 막일 수 있다.The
상기 제 1 반도체 패턴(165) 및 상기 제 2 반도체 패턴(166)은 상기 워드라인(155)의 소정영역 상에 차례로 적층될 수 있다. 이 경우에, 상기 제 1 반도체 패턴(165)은 상기 워드라인(155)에 접촉될 수 있다. 상기 제 2 반도체 패턴(166) 상에 다이오드 전극(169)이 배치될 수 있다. 상기 다이오드 전극(169)은 금속막, 또는 금속실리사이드막과 같은 도전막일 수 있다. 그러나 상기 다이오드 전극(169)은 생략될 수 있다.The
상기 다이오드들(D) 및 상기 하부 절연막(153) 상에 층간절연막(57)이 제공될 수 있다. 상기 층간절연막(57)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막일 수 있다. 상기 다이오드 전극(169) 상에 상기 층간절연막(57)을 관통하는 콘택 홀(61)이 배치될 수 있다.An interlayer insulating
이어서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 스페이서(63), 제 1 전극(71), 제 2 전극(95), 데이터 저장고(data storage; RP)가 배치될 수 있다. 상기 제 1 전극(71)은 상기 다이오드 전극(169)에 접촉될 수 있다.Subsequently, as described with reference to FIG. 4, a
상기 데이터 저장고(RP)는 제 1 상전이 패턴(73) 및 제 2 상전이 패턴(77)을 구비할 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73) 및 상기 제 2 상전이 패턴(77) 사이에 중간 전극(75)이 개재될 수 있다. 상기 층간절연막(57)은 상부절연막(93)으로 덮일 수 있다. 상기 상부절연막(93) 상에 상기 비트라인(97, BL)이 배치될 수 있다. 상기 비트라인(97, BL)은 상기 제 2 전극(95)에 접촉될 수 있다. 상기 제 2 전극(95)은 생략될 수 있다. 이 경우에, 상기 비트라인(97, BL)은 상기 제 2 상전이 패턴(77)에 접촉될 수 있다.The data store R P may include a first
본 발명의 제 3 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 프로그램 동작은 상기 워드라인(155, WL) 및 상기 비트라인(97, BL)을 통하여 상기 데이터 저장고(RP)에 프로그램 전류를 인가하여 수행할 수 있다. 상기 프로그램 전류에 의하여 상기 제 1 상전이 패턴(73)에 제 1 전이영역(73T)이 생성될 수 있으며, 상기 제 2 상전이 패턴(77)에 제 2 전이영역(77T)이 생성될 수 있다. 이 경우에, 상기 데이터 저장고(RP)는 2-비트(2-bit)의 데이터를 저장할 수 있다.The program operation of the phase change memory device according to the third embodiment of the present invention may be performed by applying a program current to the data storage R P through the word lines 155 and WL and the bit lines 97 and BL. Can be. The
도 8은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 셀 어레이 영역의 일부분을 도시한 등가회로도이고, 도 9는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 상전이 메모리소자를 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 8 is an equivalent circuit diagram illustrating a portion of a cell array region of a phase change memory device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a phase change memory device according to a fourth embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 상전이 메모리소자는 열 방향으로 서로 평행하게 배치된 비트라인들(BL), 행 방향으로 서로 평행하게 배치된 워드라인들(WL), 다수의 데이터 저장고들(data storages; RP), 및 다수의 모스 트랜지스터들(Ta)을 구비할 수 있다.Referring to FIG. 8, a phase change memory device according to a fourth embodiment of the present invention may include a plurality of bit lines BL arranged in parallel with each other in a column direction, word lines WL disposed in parallel with each other in a row direction. Data storages R P and a plurality of MOS transistors Ta.
상기 비트라인들(BL)은 상기 워드라인들(WL)에 교차하도록 배치될 수 있다. 상기 데이터 저장고들(RP)의 각각은 상기 비트라인들(BL) 및 상기 워드라인들(WL)의 교차점들에 배치될 수 있다. 상기 모스 트랜지스터들(Ta)의 각각은 상기 데이터 저장고들(RP) 중 대응하는 하나에 직렬 접속될 수 있다. 상기 데이터 저장고들(RP)의 일단들은 상기 비트라인들(BL) 중 대응하는 하나에 접속될 수 있다. 상기 모스 트랜지스터들(Ta)의 각각은 상기 워드라인들(WL) 중 대응하는 하나에 접속될 수 있다. 상기 모스 트랜지스터들(Ta)은 스위칭 소자의 역할을 할 수 있다. 그러나 상기 모스 트랜지스터들(Ta)은 생략될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 스위칭 소자는 다이오드일 수도 있다.The bit lines BL may be disposed to intersect the word lines WL. Each of the data stores R P may be disposed at intersections of the bit lines BL and the word lines WL. Each of the MOS transistors Ta may be connected in series to a corresponding one of the data stores R P. One ends of the data stores R P may be connected to a corresponding one of the bit lines BL. Each of the MOS transistors Ta may be connected to a corresponding one of the word lines WL. The MOS transistors Ta may serve as switching elements. However, the MOS transistors Ta may be omitted. Alternatively, the switching element may be a diode.
다른 실시 예에서, 상기 모스 트랜지스터(Ta)의 소스/드레인 영역들 중 하나 에 비트라인(도시하지 않음)이 접속될 수 있다. 상기 데이터 저장고(RP)의 일단은 상기 소스/드레인 영역들 중 다른 하나에 접속될 수 있다. 이 경우에, 상기 데이터 저장고(RP)의 타단은 플레이트 전극(도시하지 않음)에 접속될 수 있다.In another embodiment, a bit line (not shown) may be connected to one of the source / drain regions of the MOS transistor Ta. One end of the data store R P may be connected to the other of the source / drain regions. In this case, the other end of the data storage R P may be connected to a plate electrode (not shown).
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 상전이 메모리소자는 기판(51) 상에 제공된 워드라인(237, WL) 및 비트라인(97, BL)을 구비할 수 있다. 상기 기판(51)은 실리콘웨이퍼와 같은 반도체기판일 수 있다.Referring to FIG. 9, the phase change memory device according to the fourth embodiment of the present invention may include
상기 기판(51)에 활성영역을 한정하는 소자분리막(252)이 배치될 수 있다. 상기 소자분리막(252)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막과 같은 절연막일 수 있다. 상기 활성영역 상에 게이트전극(237)이 배치될 수 있다. 상기 게이트전극(237)은 상기 워드라인(WL)의 역할을 할 수 있다. 상기 게이트전극(237)은 폴리실리콘막, 금속막, 금속실리사이드막, 또는 이들의 조합막과 같은 도전막일 수 있다. 상기 게이트전극(237) 양측의 상기 활성영역에 소스/드레인 영역들(233)이 배치될 수 있다.An
상기 게이트전극(237), 상기 기판(51), 상기 소스/드레인 영역들(233)은 모스 트랜지스터(도 8의 Ta)를 구성할 수 있다.The
상기 모스 트랜지스터 및 상기 소자분리막(252)은 하부 절연막(253)으로 덮일 수 있다. 상기 하부 절연막(253)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막일 수 있다.The MOS transistor and the
상기 하부 절연막(253) 내에 소스라인(245) 및 드레인 패드(247)가 배치될 수 있다. 상기 소스라인(245)은 상기 하부 절연막(253)을 관통하는 소스 플러그(244)를 통하여 상기 소스/드레인 영역들(233) 중 하나에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 드레인 패드(247)는 상기 하부 절연막(253)을 관통하는 드레인 플러그(241)를 통하여 상기 소스/드레인 영역들(233) 중 다른 하나에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 소스라인(245), 상기 드레인 패드(247), 상기 소스 플러그(244) 및 상기 드레인 플러그(241)는 도전막일 수 있다.The
상기 하부 절연막(253) 상에 층간절연막(57)이 제공될 수 있다. 상기 층간절연막(57)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막과 같은 절연막일 수 있다. 상기 드레인 패드(247) 상에 상기 층간절연막(57)을 관통하는 콘택 홀(61)이 배치될 수 있다.An interlayer insulating
이어서 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 스페이서(63), 제 1 전극(71), 제 2 전극(95), 데이터 저장고(data storage; RP)가 배치될 수 있다. 상기 제 1 전극(71)은 상기 드레인 패드(247)에 접촉될 수 있다.Subsequently, as described with reference to FIG. 4, a
상기 데이터 저장고(RP)는 제 1 상전이 패턴(73) 및 제 2 상전이 패턴(77)을 구비할 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73) 및 상기 제 2 상전이 패턴(77) 사이에 중간 전극(75)이 개재될 수 있다. 상기 층간절연막(57)은 상부절연막(93)으로 덮일 수 있다. 상기 상부절연막(93) 상에 상기 비트라인(97, BL)이 배치될 수 있다. 상기 비트라인(97, BL)은 상기 제 2 전극(95)에 접촉될 수 있다. 상기 제 2 전극(95)은 생략될 수 있다. 이 경우에, 상기 비트라인(97, BL)은 상기 제 2 상전이 패 턴(77)에 접촉될 수 있다.The data store R P may include a first
다른 실시 예에서, 상기 비트라인(97, BL)은 플레이트 전극(도시하지 않음)으로 대체될 수 있다. 이 경우에, 상기 소스라인(245)은 비트라인의 역할을 할 수 있다.In another embodiment, the bit lines 97 and BL may be replaced with plate electrodes (not shown). In this case, the
본 발명의 제 4 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 프로그램 동작은 상기 제 1 전극(71) 및 상기 제 2 전극(95)을 통하여 상기 데이터 저장고(RP)에 프로그램 전류를 인가하여 수행할 수 있다. 상기 프로그램 전류에 의하여 상기 제 1 상전이 패턴(73)에 제 1 전이영역(73T)이 생성될 수 있으며, 상기 제 2 상전이 패턴(77)에 제 2 전이영역(77T)이 생성될 수 있다. 이 경우에, 상기 데이터 저장고(RP)는 2-비트(2-bit)의 데이터를 저장할 수 있다.The program operation of the phase change memory device according to the fourth exemplary embodiment of the present invention may be performed by applying a program current to the data storage R P through the
도 10 내지 도 15는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 제조방법을 설명하기 위하여 도 3의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도들이다.10 to 15 are cross-sectional views taken along the line II ′ of FIG. 3 to explain a method of manufacturing a phase change memory device according to the first embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 기판(51) 상에 하부 절연막(53)을 형성할 수 있다. 상기 기판(51)은 실리콘웨이퍼와 같은 반도체기판일 수 있다. 상기 하부 절연막(53)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10, a lower insulating
상기 하부 절연막(53) 내에 워드라인(55, WL)을 형성할 수 있다. 상기 하부 절연막(53)의 상부표면 및 상기 워드라인(55, WL)의 상부표면들은 동일평면 상에 노출될 수 있다. 상기 워드라인(55, WL)은 폴리실리콘 패턴, 금속배선 또는 에피택 시얼 반도체 패턴과 같은 도전성 패턴으로 형성할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 워드라인(55, WL) 및 상기 하부 절연막(53) 상에 층간절연막(57)을 형성할 수 있다. 상기 층간절연막(57)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다. 상기 층간절연막(57)은 평탄화된 상부표면을 갖도록 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11, an
상기 워드라인(55, WL) 상에 상기 층간절연막(57)을 관통하는 콘택홀(61)을 형성할 수 있다. 상기 콘택홀(61)의 바닥에 상기 워드라인(55, WL)이 노출될 수 있다. 상기 콘택홀(61)의 측벽에 상기 층간절연막(57)이 노출될 수 있다. 상기 콘택홀(61)의 측벽에 스페이서(63)를 형성할 수 있다. 상기 스페이서(63)는 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막과 같은 절연막으로 형성할 수 있다. 그 결과, 상기 콘택홀(61)의 내경은 작아질 수 있다. 상기 콘택홀(61)의 바닥에 상기 워드라인(55, WL)이 노출될 수 있다. 또한, 상기 스페이서(63)는 상기 콘택홀(61)의 측벽을 부분적으로 덮도록 형성할 수 있다. 그러나 상기 스페이서(63)는 생략될 수도 있다.A
도 12를 참조하면, 상기 콘택홀(61) 내에 제 1 전극(71)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 전극(71)은 상기 콘택홀(61)을 채우는 제 1 도전막을 형성한 후, 상기 제 1 도전막을 에치백(etch back)하여 형성할 수 있다. 상기 제 1 전극(71)은 상기 워드라인(55, WL)에 접촉될 수 있다. 상기 제 1 전극(71)은 상기 콘택홀(61)의 하단 영역에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 전극(71)은 상기 층간절연막(57)의 상부표면보다 낮은 레벨에 형성될 수 있다.Referring to FIG. 12, a
상기 스페이서(63)는 상기 제 1 전극(71)을 형성한 후에 형성할 수도 있다. 이 경우에, 상기 스페이서(63)는 상기 제 1 전극(71)보다 상부 레벨에 형성될 수 있다.The
상기 제 1 전극(71)은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다.The
상기 제 1 전극(71) 상에 상기 콘택홀(61)을 채우는 제 1 상전이 물질막(72)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 상전이 물질막(72)은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물(compound)로 형성할 수 있다.A first phase
도 13을 참조하면, 상기 제 1 상전이 물질막(72)을 에치백(etch back)하여 상기 제 1 전극(71) 상에 제 1 상전이 패턴(73)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73)은 상기 콘택홀(61)의 중간 영역에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 상전이 패턴(73)은 상기 층간절연막(57)의 상부표면보다 낮은 레벨에 형성될 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73)은 상기 제 1 전극(71)에 접촉될 수 있다.Referring to FIG. 13, a first
상기 제 1 상전이 패턴(73) 상에 중간 전극(75)을 형성할 수 있다. 상기 중간 전극(75)은 상기 제 1 상전이 패턴(73) 상에 상기 콘택홀(61)을 채우는 중간 도 전막을 형성한 후, 상기 중간 도전막을 에치백(etch back)하여 형성할 수 있다. 상기 중간 전극(75)은 상기 제 1 상전이 패턴(73)에 접촉될 수 있다. 상기 중간 전극(75)은 상기 콘택홀(61)의 중간 영역에 형성될 수 있다. 즉, 상기 중간 전극(75)은 상기 층간절연막(57)의 상부표면보다 낮은 레벨에 형성될 수 있다.An
상기 중간 전극(75)은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다. 상기 중간 전극(75)은 상기 제 1 전극(71)과 같은 물질막으로 형성하거나 다른 물질막으로 형성할 수 있다.The
도 14를 참조하면, 상기 중간 전극(75) 상에 제 2 상전이 패턴(77)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 14, a second
구체적으로, 상기 중간 전극(75) 상에 상기 콘택홀(61)을 채우는 제 2 상전이 물질막을 형성할 수 있다. 상기 제 2 상전이 물질막을 평탄화하여 상기 제 2 상전이 패턴(77)을 형성할 수 있다. 상기 제 2 상전이 물질막의 평탄화에는 상기 층간절연막(57)을 정지막으로 채택하는 화학기계적연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정이 적용될 수 있다. 이 경우에, 상기 층간절연막(57) 및 상기 제 2 상전이 패턴(77)의 상부표면들은 동일평면상에 노출될 수 있다. 다른 방법으로 상기 제 2 상전이 물질막의 평탄화에는 에치백(etch back) 공정이 적용될 수도 있다.In detail, a second phase change material layer may be formed on the
상기 제 2 상전이 패턴(77)은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물(compound)로 형성할 수 있다. 상기 제 2 상전이 패턴(77)은 상기 제 1 상전이 패턴(73)과 같은 물질막으로 형성하거나 서로 다른 물질막으로 형성할 수 있다.The second
상기 제 1 상전이 패턴(73), 상기 중간 전극(75) 및 상기 제 2 상전이 패턴(77)은 데이터 저장고(data storage; RP)를 구성할 수 있다.The first
도 15를 참조하면, 상기 층간절연막(57) 상에 제 2 전극(95) 및 상부절연막(93)을 형성할 수 있다. 상기 제 2 전극(95)은 상기 층간절연막(57) 상에 상기 제 2 상전이 패턴(77)과 접촉되도록 형성할 수 있다. 상기 상부절연막(93)은 상기 층간절연막(57)을 덮도록 형성할 수 있다.Referring to FIG. 15, a
상기 제 2 전극(95)은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다. 상기 제 2 전극(95)은 상기 제 1 전극(71)과 같은 물질막으로 형성하거나 다른 물질막으로 형성할 수 있다. 상기 상부절연막(93)은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산질화막, 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다.The
상기 상부절연막(93) 상에 상기 비트라인(97, BL)을 형성할 수 있다. 상기 비트라인(97, BL)은 상기 제 2 전극(95)에 접촉되도록 형성할 수 있다. 상기 비트라인(97, BL)은 도전성 물질막으로 형성할 수 있다. 상기 제 2 전극(95)은 생략될 수 있다. 이 경우에, 상기 비트라인(97, BL)은 상기 제 2 상전이 패턴(77)에 접촉될 수 있다.The bit lines 97 and BL may be formed on the upper insulating
도 16 내지 도 18은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 상전이 메모리소자의 다른 제조방법을 설명하기 위하여 도 3의 절단선 I-I'에 따라 취해진 단면도들이다.16 to 18 are cross-sectional views taken along the line II ′ of FIG. 3 to explain another method of manufacturing the phase change memory device according to the first embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명된 것과 같은 방법으로 기판(51) 상에 하부 절연막(53), 워드라인(55, WL), 층간절연막(57), 콘택홀(61) 및 스페이서(63)를 형성할 수 있다. 이하에서는 차이점만 간략하게 설명하기로 한다.Referring to FIG. 16, the lower insulating
상기 콘택홀(61) 내에 제 1 전극(71')을 형성할 수 있다. 상기 제 1 전극(71')은 상기 콘택홀(61)을 채우는 제 1 도전막을 형성한 후, 상기 제 1 도전막을 에치백(etch back)하여 형성할 수 있다. 상기 제 1 도전막의 에치백은 등방성 식각공정을 사용하여 수행할 수 있다. 이 경우에, 상기 제 1 도전막의 식각속도는 상기 콘택홀(61)의 중심에서 가장자리로 갈수록 상대적으로 느려질 수 있다. 그 결과, 상기 제 1 전극(71')의 상부표면은 오목한 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 전극(71')의 상부표면은 상기 콘택홀(61)의 중심에서 가장자리로 갈수록 상향 돌출될 수 있다.The
상기 제 1 전극(71')은 상기 워드라인(55, WL)에 접촉될 수 있다. 상기 제 1 전극(71')은 상기 콘택홀(61)의 하단 영역에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 전극(71')은 상기 층간절연막(57)의 상부표면보다 낮은 레벨에 형성될 수 있다.The
상기 스페이서(63)는 상기 제 1 전극(71')을 형성한 후에 형성할 수도 있다. 이 경우에, 상기 스페이서(63)는 상기 제 1 전극(71')보다 상부 레벨에 형성될 수 있다.The
상기 제 1 전극(71')은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다.The first electrode 71 'is formed of a Ti film, a TiSi film, a TiN film, a TiON film, a TiW film, a TiAlN film, a TiAlON film, a TiSiN film, a TiBN film, a W film, a WN film, a WON film, a WSiN film, and a WBN film. , WCN film, Si film, Ta film, TaSi film, TaN film, TaON film, TaAlN film, TaSiN film, TaCN film, Mo film, MoN film, MoSiN film, MoAlN film, NbN film, ZrSiN film, ZrAlN film, conductive It may be formed of one or a combination thereof selected from the group consisting of a carbon group film and a Cu film.
상기 제 1 전극(71') 상에 상기 콘택홀(61)을 채우는 제 1 상전이 물질막(72)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 상전이 물질막(72)은 Te, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, Ag, As, S, Si, P, O, 및 C로 이루어진 일군에서 선택된 두개 이상의 화합물(compound)로 형성할 수 있다.A first phase
도 17을 참조하면, 상기 제 1 상전이 물질막(72)을 에치백(etch back)하여 상기 제 1 전극(71') 상에 제 1 상전이 패턴(73')을 형성할 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73')은 상기 콘택홀(61)의 중간 영역에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 상전이 패턴(73')은 상기 층간절연막(57)의 상부표면보다 낮은 레벨에 형성될 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73')은 상기 제 1 전극(71')에 접촉될 수 있다.Referring to FIG. 17, a first
상기 제 1 상전이 패턴(73') 상에 중간 전극(75')을 형성할 수 있다. 상기 중간 전극(75')은 상기 제 1 상전이 패턴(73') 상에 상기 콘택홀(61)을 채우는 중간 도전막을 형성한 후, 상기 중간 도전막을 에치백(etch back)하여 형성할 수 있다. 상기 중간 전극(75')의 상부표면은 오목한 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 중간 전극(75')의 상부표면은 상기 콘택홀(61)의 중심에서 가장자리로 갈수록 상향 돌출될 수 있다.An
상기 중간 전극(75')은 상기 제 1 상전이 패턴(73')에 접촉될 수 있다. 상기 중간 전극(75')은 상기 콘택홀(61)의 중간 영역에 형성될 수 있다. 즉, 상기 중간 전극(75')은 상기 층간절연막(57)의 상부표면보다 낮은 레벨에 형성될 수 있다.The
상기 중간 전극(75')은 Ti 막, TiSi 막, TiN 막, TiON 막, TiW 막, TiAlN 막, TiAlON 막, TiSiN 막, TiBN 막, W 막, WN 막, WON 막, WSiN 막, WBN 막, WCN 막, Si 막, Ta 막, TaSi 막, TaN 막, TaON 막, TaAlN 막, TaSiN 막, TaCN 막, Mo 막, MoN 막, MoSiN 막, MoAlN 막, NbN 막, ZrSiN 막, ZrAlN 막, 도전성 탄소군(conductive carbon group) 막, 및 Cu 막으로 이루어진 일군에서 선택된 하나 또는 이들의 조합막으로 형성할 수 있다. 상기 중간 전극(75')은 상기 제 1 전극(71')과 같은 물질막으로 형성하거나 다른 물질막으로 형성할 수 있다.The intermediate electrode 75 'includes a Ti film, a TiSi film, a TiN film, a TiON film, a TiW film, a TiAlN film, a TiAlON film, a TiSiN film, a TiBN film, a W film, a WN film, a WON film, a WSiN film, a WBN film, WCN film, Si film, Ta film, TaSi film, TaN film, TaON film, TaAlN film, TaSiN film, TaCN film, Mo film, MoN film, MoSiN film, MoAlN film, NbN film, ZrSiN film, ZrAlN film, conductive carbon It may be formed of one or a combination of these selected from a group consisting of a conductive carbon group film and a Cu film. The
도 18을 참조하면, 도 14 및 도 15를 참조하여 설명된 것과 같은 방법으로 상기 중간 전극(75') 상에 제 2 상전이 패턴(77)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 상전이 패턴(73'), 상기 중간 전극(75') 및 상기 제 2 상전이 패턴(77)은 데이터 저 장고(data storage; RP)를 구성할 수 있다.Referring to FIG. 18, a second
상기 층간절연막(57) 상에 제 2 전극(95) 및 상부절연막(93)을 형성할 수 있다. 상기 상부절연막(93) 상에 비트라인(97, BL)을 형성할 수 있다. 상기 제 2 전극(95)은 생략될 수 있다. 이 경우에, 상기 비트라인(97, BL)은 상기 제 2 상전이 패턴(77)에 접촉될 수 있다.The
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판 상에 서로 마주보는 제 1 및 제 2 전극들이 제공된다. 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 데이터 저장고가 배치된다. 상기 데이터 저장고는 하나 또는 다수의 중간전극들 및 복수의 상전이 패턴들을 갖는다. 상기 제 1 전극 및 상기 데이터 저장고는 층간절연막을 관통하는 콘택홀 내에 배치된다. 상기 데이터 저장고는 상기 상전이 패턴들의 수에 해당하는 멀티 비트의 데이터를 저장할 수 있다. 결과적으로, 작은 전이영역들을 갖는 멀티 비트 상전이 메모리소자를 구현할 수 있다.As described above, according to the present invention, first and second electrodes facing each other are provided on a substrate. A data store is disposed between the first electrode and the second electrode. The data store has one or more intermediate electrodes and a plurality of phase change patterns. The first electrode and the data reservoir are disposed in a contact hole penetrating the interlayer insulating layer. The data store may store multi-bit data corresponding to the number of phase change patterns. As a result, a multi-bit phase change memory device having small transition regions can be implemented.
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US20060278900A1 (en) | 2004-12-30 | 2006-12-14 | Stmicroelectronics S.R.I. | Phase change memory device having an adhesion layer and manufacturing process thereof |
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