KR100998489B1 - High Integrated Phase Memory Device and Method of Manufacturing The Same - Google Patents
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Abstract
한정된 면적내에 보다 많은 수의 다이오드를 집적할 수 있는 고집적 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 고집적 상변화 메모리 소자는, 반도체 기판 및 상기 반도체 기판 상부에 형성되며 복수의 다이오드들을 포함하는 층간 절연막을 포함한다. 상기 복수의 다이오드는 역삼각형 형태의 상면을 갖는 제 1 다이오드들 및 정삼각형 형태의 상면을 갖는 제 2 다이오드들을 포함하고, 상기 복수의 다이오드들은 열 방향 및 행방향에 대해서 제 1 다이오드와 제 2 다이오드가 교대로 배치되도록 배열된다. Disclosed are a highly integrated phase change memory device capable of integrating a larger number of diodes in a limited area, and a method of manufacturing the same. The highly integrated phase change memory device of the present invention includes a semiconductor substrate and an interlayer insulating layer formed on the semiconductor substrate and including a plurality of diodes. The plurality of diodes include first diodes having an upper surface of an inverted triangle shape and second diodes having an upper surface of an equilateral triangle shape, wherein the plurality of diodes include a first diode and a second diode in a column direction and a row direction. Arranged to be alternately arranged.
상변화, 다이오드, 삼각형(triangle) Phase change, diode, triangle
Description
본 발명은 고집적 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고집적 상변화 메모리 소자의 다이오드 배열 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a highly integrated phase change memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a diode array structure of a highly integrated phase change memory device and a method of manufacturing the same.
반도체 소자의 집적도가 증가됨에 따라, 회로를 구성하는 패턴의 사이즈 및 간격(이하, 피치) 역시 점점 감소하고 있다. 더욱이 1기가(giga) 디램 메모리 소자의 경우 0.1㎛ 이하의 선폭 및/또는 간격을 갖는 패턴이 요구됨에 따라, 현재 사용되는 광원, 예컨대 KrF 광원(248nm) 또는 ArF 광원(193nm)등으로는 1기가 디램(DRAM) 소자에 적용 가능한 패턴을 형성하기 어려운 실정이다. As the degree of integration of semiconductor devices is increased, the size and spacing (hereinafter, pitch) of the patterns constituting the circuit are also decreasing. In addition, since a pattern having a line width and / or spacing of 0.1 μm or less is required for a 1 giga DRAM memory device, a 1 gigabyte may be used as a light source currently used, such as a KrF light source (248 nm) or an ArF light source (193 nm). It is difficult to form a pattern applicable to a DRAM device.
특히, 도 1에 도시된 바와 같이 1F×1F(F: minimum feature size) 면적당 하나의 다이오드 콘택(10)을 갖는 상변화 메모리 소자의 경우, 상기와 같은 KrF 또는 ArF 광원을 이용하여 콘택을 형성하기 더욱 어렵다. In particular, as shown in FIG. 1, in the case of a phase change memory device having one
이에 보다 미세한 사이즈의 콘택을 형성하기 위하여, 보다 짧은 파장을 갖는 광원을 개발하거나 포토리소그라피 방식의 변형이 연구되고 있다.In order to form a finer size contact, a light source having a shorter wavelength or a photolithography method has been studied.
그런데, 새로운 광원의 개발은 노광 장비 교체가 수반되어야 하므로, 제조 비용을 상승시키는 결과를 초래한다.However, the development of a new light source has to be accompanied by replacement of exposure equipment, resulting in an increase in manufacturing costs.
따라서, 본 발명의 목적은 한정된 면적내에 보다 많은 수의 다이오드를 집적할 수 있는 고집적 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly integrated phase change memory device capable of integrating a larger number of diodes in a limited area and a method of manufacturing the same.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일견지에 따른 고집적 상변화 메모리 소자는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상부에 형성되는 층간 절연막, 및 상기 층간 절연막내에 형성되며, 일정 간격을 가지며 매트릭스 형태로 배열되는 상면이 삼각형 형상을 갖는 복수의 다이오드들을 포함하며, 상기 복수의 다이오드들은 그것의 상부 빗변들이 서로 평행을 이루도록 배열된다.Highly integrated phase change memory device according to an aspect of the present invention for achieving the object of the present invention is formed in a semiconductor substrate, an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate, and the interlayer insulating film, has a predetermined interval and have a matrix form An upper surface arranged as includes a plurality of diodes having a triangular shape, wherein the plurality of diodes are arranged such that their upper hypotenuses are parallel to each other.
또한, 본 발명의 다른 견지에 따른 고집적 상변화 메모리 소자는, 반도체 기판 및 상기 반도체 기판 상부에 형성되며 복수의 다이오드들을 포함하는 층간 절연막을 포함한다. 상기 복수의 다이오드는 역삼각형 형태의 상면을 갖는 제 1 다이오드들 및 정삼각형 형태의 상면을 갖는 제 2 다이오드들을 포함하고, 상기 복수의 다이오드들은 열 방향 및 행방향에 대해서 제 1 다이오드와 제 2 다이오드가 교대로 배치되도록 배열된다. In addition, a highly integrated phase change memory device according to another aspect of the present invention includes a semiconductor substrate and an interlayer insulating layer formed on the semiconductor substrate and including a plurality of diodes. The plurality of diodes include first diodes having an upper surface of an inverted triangle shape and second diodes having an upper surface of an equilateral triangle shape, wherein the plurality of diodes include a first diode and a second diode in a column direction and a row direction. Arranged to be alternately arranged.
또한, 본 발명의 또 다른 견지에 따른 고집적 상변화 메모리 소자의 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 반도체 기판 상부에 층간 절연막을 형성한다음, 상기 층간 절연막 내에 상면이 역삼각형 형태를 갖는 제 1 다이오드 영역을 열 방향 및 행 방향으로 일정 간격을 두고 복수개 형성한다. 이어서, 상기 열 방향 및 행 방향 각 각에 대해, 상기 제 1 다이오드 사이의 층간 절연막내에 상면이 정삼각형 형태를 갖는 제 2 다이오드 영역을 형성한다. In addition, a method of manufacturing a highly integrated phase change memory device according to still another aspect of the present invention is as follows. First, an interlayer insulating film is formed on the semiconductor substrate, and then a plurality of first diode regions having an inverted triangle shape on the upper surface of the interlayer insulating film are formed at predetermined intervals in the column direction and the row direction. Subsequently, for each of the column direction and the row direction, a second diode region in which an upper surface has an equilateral triangle shape is formed in the interlayer insulating film between the first diodes.
본 발명에 의하면, 이중 포토리소그라피 방식을 이용하여 상면이 삼각형 구조를 갖는 다이오드를 형성한다. 이러한 상면이 삼각형 구조를 갖는 다이오드들은 그것들의 상부 빗변이 인접하는 다이오드들의 상부 빗변과 각각 평행할 수 있도록 배치시킴으로써, 다이오드들 사이의 공간을 최대로 활용할 수 있어, 다이오드의 배치 효율을 크게 개선시킬 수 있다. According to the present invention, a diode having a triangular structure on its upper surface is formed by using a double photolithography method. Diodes having a triangular top surface can be arranged so that their upper hypotenuses can be parallel to the upper hypotenuses of adjacent diodes, thereby making the most of the space between the diodes, thereby greatly improving the diode placement efficiency. have.
또한, 이중 포토리소그라피 공정을 이용하므로써, 다이오드간을 노광 한계치 이하로 배치시킬 수 있다.In addition, by using the double photolithography process, the diodes can be arranged below the exposure limit value.
따라서, 새로운 노광원 및 노광 장비의 교체 없이 상변화 메모리 소자의 집적도를 증대시킬 수 있다. Therefore, the degree of integration of the phase change memory device can be increased without replacing a new exposure source and exposure equipment.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 고집적 상변화 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 평면도이고, 도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고집적 상변화 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다. 2A and 2B are plan views illustrating processes of manufacturing a highly integrated phase change memory device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 9 are views illustrating a highly integrated phase change memory device according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing for each process for demonstrating a manufacturing method.
먼저, 도 2a 및 도 3을 참조하면, 불순물 영역(도시되지 않음)을 포함하는 반도체 기판(100)을 준비한다. 반도체 기판(100) 상부에 층간 절연막(110)을 소정 두께로 형성한다. 층간 절연막(110)은 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있으며, 예정된 다이오드의 두께보다 소정 두께 만큼 큰 두께로 형성된다. 층간 절연막(110) 상부에 제 1 다이오드 콘택홀을 형성하기 위한 제 1 포토레지스트 패턴(115)을 형성한다. 제 1 포토레지스트 패턴(115)은 예를 들어, 상면 구조가 역삼각형 형태를 갖는 홀을 한정하기 위한 마스크 패턴이다. First, referring to FIGS. 2A and 3, a
계속해서, 도 4를 참조하면, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(115)을 이용하여 층간 절연막(110)을 식각하므로써, 층간 절연막(110) 내에 제 1 다이오드 콘택홀(H1)을 형성한다. 4, the first diode contact hole H1 is formed in the
이어서 도 5를 참조하여, 제 1 다이오드 콘택홀(H1)이 충분히 충진되도록 공지의 방식으로 선택적 에피택셜 성장층(115)을 형성한 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 선택적 에피택셜 성장층(115)을 평탄화한다. 이때, 선택적 에피택셜 성장층(115)은 반도체 기판(100)의 n형의 불순물 영역을 씨드로 하여 형성되어, n형의 도전성을 띨 수 있다. 이에, 층간 절연막(110) 내에 제 1 다이오드 영역(120)이 한정된다. Next, referring to FIG. 5, the selective
상기 제 1 다이오드 영역(120)들은 도 2a에 도시된 바와 같이, 그 상면이 역삼각형 구조를 가지면서 행 방향을 따라 일정 등간격으로 이격 배치된다. 여기서, 제 1 다이오드 영역(120)의 밑변 사이의 거리(d1)는 노광 한계치일 수 있으며, 짝수행(r2,r4)에 위치하는 제 1 다이오드 영역(120')은 홀수행(r1,r3)에 위치하는 제 1 다이오드 영역(120) 사이의 공간과 대응되도록 위치될 수 있다. As shown in FIG. 2A, the
다음 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 다이오드 영역(120)이 한정된 층간 절연막(110) 상부에 제 2 다이오드 콘택홀을 한정하기 위한 제 2 포토 레지스트 패턴(125)을 공지의 방식으로 형성한다. 여기서, 제 2 포토레지스트 패턴(125)은 상기 제 1 다이오드 영역(120) 사이의 층간 절연막(110)을 정삼각형 형태로 노출시킨다. 그 후, 제 2 포토레지스트 패턴(125)의 형태로 층간 절연막(110)을 식각하여, 제 2 다이오드 콘택홀(H2)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 7, the second
도 8을 참조하면, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(125)을 공지의 방식으로 제거한다음, 제 2 다이오드 콘택홀(H2)이 충진되도록 제 2 선택적 에피택셜 성장층(130)을 공지의 방식으로 형성한다. 제 2 선택적 에피택셜 성장층(130) 역시 n형의 불순물을 씨드로 하여 성장된 것이므로 n형의 도전형을 띨 수 있다. Referring to FIG. 8, after removing the second
다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 선택적 에피택셜 성장층(130) 및 층간 절연막(110)을 평탄화하여, 제 1 다이오드 영역(120) 사이에 제 2 다이오드 영역(135)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 9, the second selective
여기서, 제 2 다이오드 영역(135)은 도 2b에 도시된 바와 같이, 그 상면이 정삼각형 구조를 가지면서 상기 제 1 다이오드 영역(120) 사이에 행 방향을 따라 일정 등간격으로 배치된다. 제 1 다이오드 영역(120)과 마찬가지로, 짝수행(r2,r4)에 위치하는 제 2 다이오드 영역(135')은 홀수행(r1,r3)에 위치하는 제 2 다이오드 영역(135) 사이의 공간과 대응되도록 위치될 수 있다. 여기서, 여기서, 제 2 다이오드 영역(135)의 밑변 사이의 거리(d2) 역시 노광 한계치일 수 있고, 제 1 다이오드 영역(120)과 제 2 다이오드 영역(135) 사이의 거리(d3)는 제 1 다이오드 영 역(120)과 제 2 다이오드 영역(135) 사이에서 전기적 문제를 일으키지 않을 최소 거리이며, 상기 거리(d3)는 노광 한계치 이하가 된다. 또한, 본 실시예에서 제 2 다이오드 영역(135)의 상면 형상을 정삼각형으로 정의하였지만, 여기서의 정삼각형은 세변이 동일한 길이를 갖는다는 의미 보다는 상기 역삼각형과 동일한 크기를 가지며 밑변이 바닥에 지지되는 모든 삼각형 구조로 해석될 수 있다. Here, as shown in FIG. 2B, the
즉, 본 실시예에서 동일 행 및 동일 열 상에 위치하는 제 1 다이오드 영역(120)과 제 2 다이오드 영역(135)은 서로의 빗변들이 평행을 이루도록 서로 교대로 배치되며, 특히, 동일 열 상에 위치되는 제 1 다이오드 영역(120)과 제 2 다이오드 영역(135)은 서로 꼭지점끼리 대응되거나 밑변끼리 대응될 수 있다. That is, in the present embodiment, the
계속해서 도 9를 참조하여, 상기 제 1 및 제 2 다이오드 영역(120,135)에 p형 불순물을 주입하여 PN 다이오드(D1,D2)를 형성한다. 9, p-type impurities are implanted into the first and
이와 같은 본 실시예에 따르면, 이중 포토리소그라피 방식을 이용하여 상면이 역삼각형 형태로 된 제 1 다이오드(D1) 사이에, 상면이 정삼각형 형태로 된 제 2 다이오드(D2)를 배치하여, 제 1 및 제 2 다이오드(D1,D2)를 노광 한계치 이하의 거리만큼 이격 배치시킬 수 있다. According to the present exemplary embodiment, a second diode D2 having an upper triangle in the shape of an equilateral triangle is disposed between the first diode D1 having an inverted triangle on the upper surface by using a double photolithography method. The second diodes D1 and D2 may be spaced apart by a distance less than or equal to the exposure limit value.
또한, 본 실시예의 제 1 및 제 2 다이오드(D1,D2)의 상면이 삼각형이 되도록, 즉, 제 1 및 제 2 다이오드(D1,D2)가 각각 삼각 기둥 형태로 형성된다. 이에 따라, 제 1 다이오드(D1) 사이의 공간 및 제 2 다이오드(D2) 사이의 공간을 충분히 확보되어, 한정된 면적에 보다 많은 수의 다이오드를 집적할 수 있다. In addition, the upper surfaces of the first and second diodes D1 and D2 of the present embodiment are triangular, that is, the first and second diodes D1 and D2 are formed in the form of triangular pillars, respectively. Accordingly, the space between the first diode D1 and the space between the second diode D2 is sufficiently secured, so that a larger number of diodes can be integrated in a limited area.
<실험예>Experimental Example
일반적인 상변화 메모리 소자의 경우 8F×4F 면적에 총 32개의 다이오드 콘택홀(10)을 배치시킬 수 있는 반면(도 1 참조), 본 실시예의 경우 동일 면적에서 총 36개의 다이오드(다이오드 콘택홀)을 배치시킬 수 있었다(도 2 참조). In the case of a general phase change memory device, a total of 32
이에 따라, 본 실시예의 경우, 종래보다 12.5%의 배치 효율이 개선된다. Accordingly, in the case of the present embodiment, an arrangement efficiency of 12.5% is improved as compared with the conventional case.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것만은 아니다.The present invention is not limited to the above embodiment.
본 실시예에서는 제 1 다이오드(혹은 제 1 다이오드 영역)의 상면을 역삼각형 구조로 형성하고, 제 2 다이오드(혹은 제 2 다이오드 영역)의 상면을 정삼각형 구조로 형성하였으나, 여기에 한정되지 않고 서로 바꾸어 구성할 수 있음은 물론이다. In this embodiment, the upper surface of the first diode (or the first diode region) is formed in an inverted triangle structure, and the upper surface of the second diode (or the second diode region) is formed in an equilateral triangle structure, but the present invention is not limited thereto. Of course, it can be configured.
도면 및 실시예에서는 본 발명의 전형적인 바람직한 실시예가 개시되었으며, 비록 특정한 용어를 사용하였지만, 이것들은 단지 일반적이고 묘사적인 의미로 사용된 것이지 후술되는 청구항에 의하여 정해지는 본 발명의 사상을 제한하기 위하여 사용되는 것은 아니다. In the drawings and embodiments, exemplary preferred embodiments of the invention have been disclosed, although specific terms are used, these are used only in a general and descriptive sense, and are used to limit the spirit of the invention as defined by the claims which follow. It doesn't happen.
도 1은 일반적인 상변화 메모리 소자의 다이오드의 배열을 보여주는 평면도, 1 is a plan view showing the arrangement of a diode of a typical phase change memory device;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 고집적 상변화 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 평면도, 및2A and 2B are plan views for each process for explaining a method of manufacturing a highly integrated phase change memory device according to an embodiment of the present invention; and
도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고집적 상변화 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다. 3 to 9 are cross-sectional views of respective processes for explaining a method of manufacturing a highly integrated phase change memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 반도체 기판 110 : 층간 절연막100
120 : 제 1 다이오드 영역 135 : 제 2 다이오드 영역120: first diode region 135: second diode region
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- 2008-11-13 KR KR1020080112589A patent/KR100998489B1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |