KR101006517B1 - Phase-change memory device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상변화막과 하부전극(bottom electrode)간의 접촉면적을 감소시킴으로써, 상변화막의 상변화(phase change)에 필요한 전류량을 낮출 수 있는 상변화 기억 소자 및 그 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 상변화 기억 소자는, 소정의 하부구조를 포함하는 반도체 기판 상에 형성되며 상기 기판의 소정 부분을 노출시키는 제1콘택홀을 가진 제1절연막과, 상기 제1콘택홀을 매립하는 하부전극콘택과, 상기 하부전극콘택을 포함한 상기 제1절연막 상에 차례로 형성되며 상기 하부전극콘택을 노출시키는 개구부를 갖는 제2절연막, 상변화막 및 제3절연막과, 상기 제3절연막의 연장된 부위에 형성되며 상기 상변화막의 일부를 노출시키는 콘택홀과, 상기 콘택홀을 매립하는 상부전극콘택과, 상기 상부전극콘택과 연결되는 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention discloses a phase change memory device capable of reducing the amount of current required for phase change of a phase change film by reducing the contact area between the phase change film and the bottom electrode, and a manufacturing method thereof. The disclosed phase change memory device includes a first insulating film formed on a semiconductor substrate including a predetermined substructure and having a first contact hole exposing a predetermined portion of the substrate, and filling the first contact hole. A second insulating film, a phase change film, and a third insulating film formed on a lower electrode contact, and sequentially formed on the first insulating film including the lower electrode contact and exposing the lower electrode contact, and an extension of the third insulating film. And a contact hole formed in the portion and exposing a portion of the phase change film, an upper electrode contact to fill the contact hole, and an upper electrode connected to the upper electrode contact.

Description

상변화 기억 소자 및 그 제조방법{PHASE-CHANGE MEMORY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Phase change memory device and its manufacturing method {PHASE-CHANGE MEMORY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 상변화 기억 소자를 프로그램 및 소거시키는 방법을 설명하기 위한 그래프.1 is a graph for explaining a method of programming and erasing a phase change memory device.

도 2는 종래의 상변화 기억 소자를 설명하기 위한 단면도.2 is a cross-sectional view for explaining a conventional phase change memory element.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상변화 기억 소자를 설명하기 위한 단면도.3 is a cross-sectional view illustrating a phase change memory device according to an embodiment of the present invention.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 상변화 기억 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.4A to 4F are cross-sectional views for each process for explaining a method of manufacturing a phase change memory device according to an embodiment of the present invention.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on main parts of drawing

40 : 반도체 기판 41 : 제1절연막40: semiconductor substrate 41: first insulating film

42 : 제1콘택홀 43 : 하부전극콘택42: first contact hole 43: lower electrode contact

44 : 제2절연막 45 : 상변화막44: second insulating film 45: phase change film

46 : 제3절연막 47 : 개구부46: third insulating film 47: opening

48 : 하부전극 49 : 접촉면48: lower electrode 49: contact surface

50 : 제4절연막 51 : 제2콘택홀50: fourth insulating film 51: second contact hole

52 : 상부전극콘택 53 : 상부전극52: upper electrode contact 53: upper electrode

본 발명은 반도체 기억 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상변화막과 하부전극(bottom electrode)간의 접촉면적을 감소시킴으로써, 상변화막의 상변화(phase change)에 필요한 전류량을 낮추기 위한 상변화 기억 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device. More particularly, the present invention relates to a phase change memory for reducing the amount of current required for a phase change of a phase change film by reducing the contact area between the phase change film and the bottom electrode. An element and a method of manufacturing the same.

반도체 기억 소자는 디램(dynamic random access memory : DRAM) 및 에스램(static random access memory : SRAM)과 같이 시간이 지남에 따라 데이터를 잃어버리는 휘발성이면서 데이터의 입ㆍ출력이 빠른 램(RAM) 제품과, 한번 데이터를 입력하면 그 상태를 유지할 수 있지만 데이터의 입ㆍ출력이 느린 롬(read only memory : ROM) 제품으로 크게 구분할 수 있다. 이와 같은 전형적인 기억 소자들은 저장된 전하 유무에 따라 논리 '0' 또는 논리 '1'을 나타낸다. Semiconductor memory devices, such as DRAM (dynamic random access memory) and SRAM (static random access memory (SRAM)), are volatile and fast data input / output (RAM) products that lose data over time. Once the data is entered, it can be maintained, but it can be divided into read only memory (ROM) products that have slow input / output data. Such typical memory elements represent logic '0' or logic '1' depending on the stored charge.

여기서, 휘발성 기억 소자인 디램(DRAM)은 주기적인 리프레쉬(refresh) 동작이 필요하기 때문에 높은 전하저장 능력이 요구되며, 이로 인해 캐패시터(capacitor) 전극의 표면적을 증가시키기 위해 많은 노력이 시도되고 있다. 하지만 캐패시터 전극의 표면적 증가는 디램 소자의 집적도 증가를 어렵게 한다. Here, the DRAM, which is a volatile memory device, requires high charge storage capability because periodic refresh operation is required, and thus many efforts have been made to increase the surface area of a capacitor electrode. However, increasing the surface area of the capacitor electrode makes it difficult to increase the integration of the DRAM device.

한편, 불휘발성 메모리 장치는 거의 무기한의 축적용량을 갖는데, 특히, EEPROM(elecrtically erasable and programmable ROM)과 같이 전기적으로 입ㆍ출력이 가능한 플래쉬 기억(flash memory) 소자에 대한 수요가 늘고 있다. On the other hand, nonvolatile memory devices have almost indefinite storage capacities, and in particular, demand for flash memory devices that can be electrically input and output such as EEPROM (elecrtically erasable and programmable ROM) is increasing.                         

이러한 플래쉬 기억 셀은 일반적으로 실리콘 기판 상에 형성된 플로팅 게이트(floating gate)를 구비하는 수직 적층형 게이트 구조를 갖는다. 다층 게이트 구조는 전형적으로 하나 이상의 터널 산화막 또는 유전막과, 상기 플로팅 게이트의 상부 또는 주변에 형성된 컨트롤 게이트(control gate)를 포함하며, 상기 플래쉬 기억 셀의 데이타를 기입 또는 소거하는 원리는 상기 터널 산화막을 통하여 전하들을 터널링(tunneling)시키는 방법을 사용한다. 이때, 전원 전압에 비하여 높은 동작 전압이 요구된다. 이로 인하여, 상기 플래쉬 기억 소자들은 기입 및 소거 동작에 필요한 전압을 형성하기 위하여 승압 회로가 요구된다. Such flash memory cells generally have a vertically stacked gate structure with a floating gate formed on a silicon substrate. The multilayer gate structure typically includes one or more tunnel oxide or dielectric films and a control gate formed on or around the floating gate, wherein the principle of writing or erasing data in the flash memory cell is based on It uses a method of tunneling charges through. At this time, a higher operating voltage than the power supply voltage is required. As a result, the flash memory elements require a boosting circuit to form a voltage necessary for writing and erasing operations.

따라서 비휘발성 특성 및 임의 접근이 가능하고, 소자의 집적도도 증가시키면서 구조가 간단한 새로운 기억 소자를 개발하기 위한 많은 노력이 있었으며, 이에 따라 나타난 대표적인 것이 상변화 기억 소자(phase change random access memory ; PRAM)이다. Therefore, many efforts have been made to develop a new memory device having a non-volatile characteristic, random access, and a simple structure while increasing the integration of the device. A representative example is a phase change random access memory (PRAM). to be.

상변화 기억 소자는 상변화막으로서 칼코게나이드(chalcogenide)막을 널리 사용한다. 이때, 상기 칼코게나이드막은 게르마늄(Ge), 스티비움(Sb) 및 텔루리움(Te)을 함유하는 화합물막(이하, 'GST막' 이라 함)으로서, 상기 GST막은 제공되는 전류, 즉, 주울 열(joule heat)에 따라서 비정질(amorphouse) 상태와 결정질(crystalline) 상태 사이에서 전기적으로 스위치(switch)된다. The phase change memory device widely uses a chalcogenide film as a phase change film. In this case, the chalcogenide film is a compound film containing germanium (Ge), stevidium (Sb), and tellurium (Te) (hereinafter referred to as a 'GST film'), wherein the GST film is provided with a current, that is, Joule According to joule heat, the switch is electrically switched between an amorphous state and a crystalline state.

도 1은 상변화 기억 소자를 프로그램 및 소거시키는 방법을 설명하기 위한 그래프로서, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 상변화막에 가해지는 온도를 나타낸다. 1 is a graph for explaining a method of programming and erasing a phase change memory device, in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature applied to the phase change film.                         

도 1에 도시된 바와 같이, 상변화막을 용융온도(melting temperature; Tm)보다 높은 온도에서 짧은시간(제1동작구간; t1) 동안 가열한 후에 빠른 속도로 냉각시키면(quenching) 상변화막은 비정질 상태(amorphous state)로 변한다(곡선 'A' 참조). 이에 반하여, 상기 상변화막을 용융온도(Tm)보다 낮고 결정화 온도(crystallization temperature; Tc) 보다 높은 온도에서 제1동작구간(t1) 보다 긴시간(제2동작구간; t2) 동안 가열한 후에 냉각시키면, 상변화막은 결정 상태(crystalline state)로 변한다(곡선 'B' 참조). As shown in FIG. 1, when the phase change film is heated at a temperature higher than the melting temperature (Tm) for a short time (first operating period; t 1 ) and then cooled rapidly (quenching), the phase change film is amorphous. Change to an amorphous state (see curve 'A'). On the contrary, the phase change film is heated at a temperature lower than the melting temperature Tm and higher than the crystallization temperature Tc for a longer time than the first operating period t 1 (second operating period; t 2 ). Upon cooling, the phase change film changes to a crystalline state (see curve 'B').

여기서, 비정질 상태를 갖는 상변화막의 비저항(resistivity)은 결정질 상태를 갖는 상변화막의 비저항보다 높다. 따라서, 읽기 모드에서 상기 상변화막을 통하여 흐르는 전류를 감지함으로써, 상기 상변화 기억 셀에 저장된 정보가 논리 '1'인지 또는 논리 '0'인지를 판별할 수 있다. Here, the resistivity of the phase change film having an amorphous state is higher than that of the phase change film having a crystalline state. Therefore, by sensing the current flowing through the phase change film in the read mode, it is possible to determine whether the information stored in the phase change memory cell is logic '1' or logic '0'.

상술한 바와 같이 상변화막의 상변화를 위해서는 주울 열이 필요하다. 통상적인 상변화 기억 소자에 있어서, 상변화막과 접촉하는 면적을 통해 높은 밀도의 전류를 흘려보내면 상변화막 접촉면의 결정 상태가 변하며, 상기 접촉면이 작으면 작을 수록 상변화 물질의 상태를 변화시키는데 필요한 전류 밀도는 작아진다. As described above, Joule heat is required for the phase change of the phase change film. In a conventional phase change memory device, when a high density of current flows through an area in contact with a phase change film, the crystal state of the phase change film contact surface changes, and the smaller the contact surface changes the state of the phase change material. The required current density is small.

도 2는 종래의 상변화 기억 소자를 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a conventional phase change memory device.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 상변화 기억 소자는 하부전극(bottom electrode)(11)이 형성된 반도체 기판(10)과, 상기 하부전극(11) 상에 형성되며 상기 하부전극(11)의 소정 부분을 노출시키는 제1콘택홀(13)을 가진 제1절연막(12) 과, 상기 제1콘택홀(13)을 매립하는 하부전극콘택(bottom electrode contact)(14)과, 상기 하부전극콘택(14)을 포함한 상기 제1절연막(12) 상에 형성되며 상기 하부전극콘택(14)을 노출시키는 제2콘택홀(16)을 가진 제2절연막(15)과, 상기 제2콘택홀(16)을 매립하는 상변화막(17)과, 상기 상변화막(17)을 포함한 상기 제2절연막(15) 상에 형성된 상부전극(top electrode)(18)을 포함한다. As shown in FIG. 2, the conventional phase change memory device includes a semiconductor substrate 10 having a bottom electrode 11 formed thereon, and formed on the bottom electrode 11. A first insulating film 12 having a first contact hole 13 exposing a predetermined portion, a bottom electrode contact 14 filling the first contact hole 13, and the bottom electrode contact; A second insulating film 15 formed on the first insulating film 12 including the second insulating film 15 having a second contact hole 16 exposing the lower electrode contact 14, and the second contact hole 16. ) And a top electrode 18 formed on the second insulating layer 15 including the phase change layer 17.

이와 같은 종래의 상변화 기억 소자에서, 상기 하부전극(11) 및 상부전극(18) 사이에 전류가 흐르면, 상기 하부전극콘택(14)과 상기 상변화막(17)의 접촉면(19)을 통하는 전류 세기(즉, 열)에 따라 상기 접촉면(19)의 상변화막의 결정 상태가 변한다. 이때, 상변화막의 상태를 변화시키기 위해서 필요한 열은 상변화막(17)과 하부전극콘택(14)의 접촉면(19)에 직접적인 영향을 받는다. 따라서 상기 상변화막(17)과 하부전극콘택(14)간의 접촉면적은 가능한한 작아야 한다.In the conventional phase change memory device, when a current flows between the lower electrode 11 and the upper electrode 18, the contact surface 19 between the lower electrode contact 14 and the phase change film 17 passes through. The crystal state of the phase change film of the contact surface 19 changes according to the current intensity (ie, heat). At this time, the heat required to change the state of the phase change film is directly affected by the contact surface 19 of the phase change film 17 and the lower electrode contact 14. Therefore, the contact area between the phase change film 17 and the lower electrode contact 14 should be as small as possible.

하지만 이와 같은 종래의 상변화 기억 소자에서는, 상기 하부전극콘택(14)을 통해서 하부전극(11)과 상변화막(17)이 연결되기 때문에, 상기 상변화막(17)과 하부전극콘택(14)간의 접촉면적이 전적으로 콘택홀에 대한 사진 공정 한계에 제한을 받게 되어서 접촉면적을 감소시키는 데에 어려움이 따른다. 이에, 상변화에 필요한 전류량이 커지는 문제점이 발생된다. However, in the conventional phase change memory device, since the lower electrode 11 and the phase change film 17 are connected through the lower electrode contact 14, the phase change film 17 and the lower electrode contact 14 are connected. The contact area between) is entirely limited by the photo process limits for the contact hole, which makes it difficult to reduce the contact area. Thus, a problem arises in that the amount of current required for phase change is increased.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상변화막과 하부전극간의 접촉면적을 감소시킴으로써, 상변화막의 상변화에 필요한 전류량을 낮출 수 있는 상변화 기억 소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있 다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and by reducing the contact area between the phase change film and the lower electrode, the phase change memory device and the method of manufacturing the same can reduce the amount of current required for the phase change of the phase change film Its purpose is to provide this.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상변화 기억 소자는, 소정의 하부구조를 포함하는 반도체 기판 상에 형성되며 상기 기판의 소정 부분을 노출시키는 제1콘택홀을 가진 제1절연막과, 상기 제1콘택홀을 매립하는 하부전극콘택과, 상기 하부전극콘택을 포함한 상기 제1절연막 상에 차례로 형성되며 상기 하부전극콘택을 노출시키는 개구부를 갖는 제2절연막, 상변화막 및 제3절연막과, 상기 제3절연막의 연장된 부위에 형성되며 상기 상변화막의 일부를 노출시키는 콘택홀과, 상기 콘택홀을 매립하는 상부전극콘택과, 상기 상부전극콘택과 연결되는 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. The phase change memory device of the present invention for achieving the above object is a first insulating film formed on a semiconductor substrate including a predetermined substructure and having a first contact hole for exposing a predetermined portion of the substrate, and A second insulating film, a phase change film, and a third insulating film having a lower electrode contact filling the first contact hole, an opening formed on the first insulating film including the lower electrode contact and exposing the lower electrode contact; And a contact hole formed in an extended portion of the third insulating layer and exposing a portion of the phase change layer, an upper electrode contact to fill the contact hole, and an upper electrode connected to the upper electrode contact. .

여기서, 상기 제2, 제3절연막은 HDP, USG, SOG, TEOS, BPSG, PSG 및 HLD 산화막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지며, 상기 상변화막은 GeSb2Te4막 및 Ge2Sb2Te5막 중 어느 하나로 이루어진다. The second and third insulating layers may be any one selected from the group consisting of HDP, USG, SOG, TEOS, BPSG, PSG, and HLD oxide, and the phase change layer may include any one of GeSb2Te4 and Ge2Sb2Te5.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상변화 기억 소자의 제조방법은, 소정의 하부구조를 포함하는 반도체 기판 상에 상기 기판의 소정 부분을 노출시키는 제1콘택홀을 가진 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1콘택홀을 매립하는 하부전극콘택을 형성하는 단계; 하부전극콘택을 포함한 상기 제1절연막 상에 제2절연막, 상변화막 및 제3절연막을 차례로 형성하는 단계; 상기 제3절연막, 상변화막 및 제2절연막을 선택적으로 식각하여 상기 하부전극콘택을 노출시키는 개구부를 형성하는 단계; 상기 개구부를 매립하는 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부 전극을 포함한 상기 제3절연막 상에 제4절연막을 형성하는 단계; 상기 제4절연막 및 제3절연막을 선택적으로 식각하여 상기 상변화막의 일부분을 노출시키는 제2콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제2콘택홀을 매립하는 상부전극콘택을 형성하는 단계; 및 상기 결과물 상에 상기 상부전극콘택과 연결되는 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the manufacturing method of the phase change memory device of the present invention for achieving the above object, the first insulating film having a first contact hole for exposing a predetermined portion of the substrate on a semiconductor substrate including a predetermined substructure Forming a; Forming a bottom electrode contact to fill the first contact hole; Sequentially forming a second insulating film, a phase change film, and a third insulating film on the first insulating film including a lower electrode contact; Selectively etching the third insulating film, the phase change film, and the second insulating film to form an opening exposing the lower electrode contact; Forming a lower electrode filling the opening; Forming a fourth insulating film on the third insulating film including the lower electrode; Selectively etching the fourth insulating layer and the third insulating layer to form a second contact hole exposing a portion of the phase change layer; Forming an upper electrode contact to fill the second contact hole; And forming an upper electrode connected to the upper electrode contact on the resultant.

여기서, 상기 개구부를 매립하는 하부전극을 형성하는 단계는, 상기 개구부를 포함한 상기 제3절연막 상에 상기 개구부를 매립하도록 하부전극용 도전막을 형성하는 단계와, 상기 제3절연막이 노출될 때까지 상기 하부전극용 도전막을 씨엠피하는 단계를 포함한다. The forming of the lower electrode filling the opening may include forming a conductive film for the lower electrode so as to fill the opening on the third insulating film including the opening, and until the third insulating film is exposed. CMP of the lower electrode conductive film is included.

(실시예)(Example)

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상변화 기억 소자를 설명하기 위한 단면도이다. 3 is a cross-sectional view illustrating a phase change memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 상변화 기억 소자는 도 3에 도시된 바와 같이, 소정의 하부구조(미도시)를 포함하는 반도체 기판(40) 상에 형성되며 상기 기판(40)의 소정 부분을 노출시키는 제1콘택홀(42)을 가진 제1절연막(41)과, 상기 제1콘택홀(42)을 매립하는 하부전극콘택(43)과, 상기 하부전극콘택(43)을 포함한 상기 제1절연막(41) 상에 차례로 형성되며 상기 하부전극콘택(43)을 노출시키는 개구부(47)를 갖는 제2절연막(44), 상변화막(45) 및 제3절연막(46)과, 상기 개구부(47)를 매 립하는 하부전극(48)과, 상기 하부전극(48)을 포함한 상기 제3절연막(46) 상에 형성된 제4절연막(50)과, 상기 상변화막(45)의 일부분을 노출시키도록 상기 제3절연막(46) 및 제4절연막(50) 내에 형성된 제2콘택홀(51)과, 상기 제2콘택홀(51)을 매립하는 상부전극콘택(52)과, 상기 상부전극콘택(52)을 포함한 상기 제4절연막(50) 상에 상기 상부전극콘택(52)과 연결되도록 형성된 상부전극(53)을 포함한다. As shown in FIG. 3, a phase change memory device according to an exemplary embodiment of the present invention is formed on a semiconductor substrate 40 including a predetermined substructure (not shown) and exposes a predetermined portion of the substrate 40. A first insulating layer 41 having a first contact hole 42, a lower electrode contact 43 filling the first contact hole 42, and the first insulating layer including the lower electrode contact 43. A second insulating film 44, a phase change film 45 and a third insulating film 46, which are sequentially formed on the 41 and have an opening 47 exposing the lower electrode contact 43, and the opening 47. ) And a portion of the phase change film 45 to expose the lower electrode 48, the fourth insulating film 50 formed on the third insulating film 46 including the lower electrode 48, The second contact hole 51 formed in the third insulating layer 46 and the fourth insulating layer 50, the upper electrode contact 52 filling the second contact hole 51, and the upper electrode contact ( 52) The upper electrode 53 is formed on the fourth insulating layer 50 to be connected to the upper electrode contact 52.

여기서, 상기 하부전극콘택(43), 하부전극(48), 상부전극콘택(52) 및 상부전극(53)은 모두 폴리실리콘 계열 및 금속 계열 중 어느 하나의 물질로 이루어진다. 또한, 상기 제2, 제3절연막(44, 46)은 HDP, USG, SOG, PSG, BPSG, TEOS 및 HLD 산화막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진다. 그리고, 상기 상변화막(45)은 GST막으로 이루어지며, 이때, 상기 GST막으로는 GeSb2Te4막 및 Ge2Sb2Te5막 중 어느 하나를 이용한다. Here, the lower electrode contact 43, the lower electrode 48, the upper electrode contact 52, and the upper electrode 53 are all made of one of polysilicon-based and metal-based materials. In addition, the second and third insulating layers 44 and 46 are made of any one selected from the group consisting of HDP, USG, SOG, PSG, BPSG, TEOS, and HLD oxide. The phase change layer 45 is made of a GST layer, and in this case, any one of the GeSb 2 Te 4 layer and the Ge 2 Sb 2 Te 5 layer may be used as the GST layer.

한편, 상기 하부전극(48) 측벽의 일부분에 상기 상변화막(45)과의 접촉면(49)이 형성되고, 상기 하부전극(48)과 상부전극(53)간에 전류가 흐르게 되면 상기 접촉면(49)에서 상기 상변화막(45)의 상변화가 일어난다.On the other hand, a contact surface 49 with the phase change layer 45 is formed on a portion of the sidewall of the lower electrode 48, and when the current flows between the lower electrode 48 and the upper electrode 53, the contact surface 49. ), The phase change of the phase change film 45 occurs.

이때, 상기 접촉면(49)의 면적은 상기 상변화막(45)의 두께에 의해 결정지어 진다. 즉, 상기 상변화막(45)이 가능한 얇은 두께로 형성되면, 상기 접촉면(49)의 면적도 그만큼 감소되는 것이다. At this time, the area of the contact surface 49 is determined by the thickness of the phase change film 45. That is, when the phase change film 45 is formed as thin as possible, the area of the contact surface 49 is also reduced by that much.

이러한 접촉면적을 결정짓는 상기 상변화막(45)의 두께는 사진 공정의 한계에 의해 좌우되지 않고, 증착 공정에 의해 원하는 치수로 형성할 수 있으므로, 사진 공정의 한계 보다 더 낮은 치수로 상기 접촉면(49)이 형성될 수 있다. 이에, 상 기 상변화막(45)의 상변화에 필요한 전류량을 종래에 비해 낮출 수 있다. The thickness of the phase change film 45 that determines the contact area is not influenced by the limitations of the photolithography process, and can be formed to a desired dimension by the deposition process. 49) can be formed. Thus, the amount of current required for the phase change of the phase change film 45 may be lower than in the related art.

이하에서는 도 3에 도시된 상변화 기억 소자의 제조방법에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of manufacturing the phase change memory device shown in FIG. 3 will be described.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 상변화 기억 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다. 4A through 4F are cross-sectional views illustrating processes of manufacturing a phase change memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 상변화 기억 소자의 제조방법은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 소정의 하부구조(미도시)를 포함하는 반도체 기판(40) 상에 상기 기판(40)의 소정 부분을 노출시키는 제1콘택홀(42)을 가진 제1절연막(41)을 형성한다. 이어서, 상기 제1콘택홀(42)을 도전막으로 매립시켜 하부전극콘택(43)을 형성한다. 여기서, 상기 하부전극콘택(43)은 폴리실리콘 계열 및 금속 계열 중 어느 하나의 물질로 이루어진다. In a method of manufacturing a phase change memory device according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 4A, a predetermined portion of the substrate 40 is formed on a semiconductor substrate 40 including a predetermined substructure (not shown). The first insulating layer 41 having the first contact hole 42 exposing the light emitting layer is formed. Subsequently, the first contact hole 42 is filled with a conductive film to form a lower electrode contact 43. Here, the lower electrode contact 43 is made of one of polysilicon and metal based materials.

그런다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 하부전극콘택(43)을 포함한 상기 제1절연막(41) 상에 제2절연막(44), 상변화막(45) 및 제3절연막(46)을 차례로 형성한다. 여기서, 상기 제2, 제3절연막(44, 46)은 HDP, USG, SOG, PSG, BPSG, TEOS 및 HLD 산화막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진다. 또한, 상기 상변화막(45)은 GST막으로 이루어지며, 이때, 상기 GST막으로는 GeSb2Te4막 및 Ge2Sb2Te5막 중 어느 하나를 이용한다. Next, as shown in FIG. 4B, a second insulating film 44, a phase change film 45, and a third insulating film 46 are disposed on the first insulating film 41 including the lower electrode contact 43. Form in turn. Here, the second and third insulating films 44 and 46 are made of any one selected from the group consisting of HDP, USG, SOG, PSG, BPSG, TEOS, and HLD oxide. In addition, the phase change film 45 is made of a GST film, and in this case, any one of the GeSb2Te4 film and the Ge2Sb2Te5 film is used as the GST film.

한편, 상기 상변화막(45)과 후속으로 형성될 하부전극간의 접촉면적은 상기 상변화막(45)의 두께에 의해 결정지어 진다. 즉, 상기 상변화막(45)의 두께를 가능한 얇게 함으로써, 상기 상변화막과 하부전극간의 접촉면적을 그만큼 작게 할 수 있다. 이러한 상기 상변화막(45)의 두께는 증착 공정에 의해 원하는 치수로 형성할 수 있으므로, 상기 상변화막(45)과 하부전극간의 접촉면적을 종래의 사진 공정의 한계 보다 더 낮은 치수로 형성할 수 있게 된다. Meanwhile, the contact area between the phase change film 45 and the lower electrode to be formed subsequently is determined by the thickness of the phase change film 45. That is, by making the thickness of the phase change film 45 as thin as possible, the contact area between the phase change film and the lower electrode can be made smaller. Since the thickness of the phase change film 45 may be formed to a desired dimension by the deposition process, the contact area between the phase change film 45 and the lower electrode may be formed to a dimension lower than the limit of the conventional photo process. It becomes possible.

그리고 나서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 제3절연막(46), 상변화막(45) 및 제2절연막(44)을 선택적으로 식각하여 상기 하부전극콘택(43)을 노출시키는 개구부(47)를 형성한다. Then, as shown in FIG. 4C, the opening 47 that selectively exposes the lower electrode contact 43 by selectively etching the third insulating layer 46, the phase change layer 45, and the second insulating layer 44. ).

다음으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 개구부(47)를 포함한 상기 제3절연막(46) 상에 상기 개구부(47)를 매립하도록 하부전극용 도전막(미도시)을 형성한다. 그런후에, 상기 제3절연막(46)이 노출될 때까지 상기 하부전극용 도전막을 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing ; 이하, 씨엠피)하여 상기 개구부(47)를 매립하는 하부전극(48)을 형성한다. 여기서, 상기 하부전극(48)은 폴리실리콘 계열 및 금속 계열 중 어느 하나의 물질로 이루어진다. 이때, 상기 하부전극(48) 측벽의 일부분에 상기 상변화막(45)과의 접촉면(49)이 형성되고, 상기 하부전극(48)과 후속으로 형성될 상부전극간에 전류가 흐르게 되면 상기 접촉면(49)에서 상기 상변화막(45)의 상변화가 일어난다.Next, as shown in FIG. 4D, a conductive film for a lower electrode (not shown) is formed on the third insulating layer 46 including the opening 47 to fill the opening 47. Thereafter, the lower electrode 48 filling the opening 47 is formed by chemical mechanical polishing (CMP) of the lower electrode conductive film until the third insulating layer 46 is exposed. do. Here, the lower electrode 48 is made of one of polysilicon-based and metal-based materials. In this case, a contact surface 49 of the phase change layer 45 is formed on a portion of a sidewall of the lower electrode 48, and when a current flows between the lower electrode 48 and an upper electrode to be formed subsequently, the contact surface ( In 49, a phase change of the phase change film 45 occurs.

이어서, 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 하부전극(48)을 포함한 상기 제3절연막(46) 상에 제4절연막(50)을 형성한다. 그런 후, 상기 제4절연막(50) 및 제3절연막(46)을 선택적으로 식각하여 상기 상변화막(45)의 일부를 노출시키는 제2콘택홀(51)을 형성한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 4E, a fourth insulating film 50 is formed on the third insulating film 46 including the lower electrode 48. Thereafter, the fourth insulating layer 50 and the third insulating layer 46 are selectively etched to form a second contact hole 51 exposing a portion of the phase change layer 45.

이후, 도 4f에 도시된 바와 같이, 상기 제2콘택홀(51)을 도전막(미도시)으로 매립시켜 상부전극콘택(52)을 형성한 다음, 상기 상부전극콘택(52)을 포함한 상기 제4절연막(50) 상에 상기 상부전극콘택(52)과 연결되는 상부전극(53)을 형성한다. 여기서, 상기 상부전극콘택(52) 및 상부전극(53)은 모두 폴리실리콘 계열 및 금속 계열 중 어느 하나의 물질로 이루어진다. Subsequently, as shown in FIG. 4F, the second contact hole 51 is filled with a conductive film (not shown) to form an upper electrode contact 52, and then the second electrode including the upper electrode contact 52. An upper electrode 53 connected to the upper electrode contact 52 is formed on the fourth insulating layer 50. Here, the upper electrode contact 52 and the upper electrode 53 are all made of one of polysilicon and metal based materials.

이상에서와 같이, 본 발명은 하부전극과 상변화막간의 접촉면적이 상기 상변화막의 두께에 의해 결정될 수 있도록, 상기 하부전극의 측벽에 상기 상변화막과의 접촉면을 형성함으로써, 상기 상변화막과 하부전극간의 접촉면적을 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 상변화막의 두께는 증착 공정에 의해 원하는 치수로 형성할 수 있기 때문에, 상기 상변화막과 하부전극간의 접촉면을 종래의 사진 공정의 한계 보다 더 낮은 치수로 형성할 수 있다. As described above, in the present invention, the phase change film is formed by forming a contact surface with the phase change film on the sidewall of the lower electrode so that the contact area between the lower electrode and the phase change film can be determined by the thickness of the phase change film. The contact area between the lower electrode and the lower electrode can be reduced. That is, since the thickness of the phase change film may be formed to a desired dimension by the deposition process, the contact surface between the phase change film and the lower electrode may be formed to have a lower dimension than the limit of the conventional photo process.

따라서, 본 발명은 상변화막의 상변화에 필요한 전류량을 낮출 수 있다. Therefore, the present invention can lower the amount of current required for the phase change of the phase change film.

Claims (5)

소정의 하부구조를 포함하는 반도체 기판 상에 형성되며 상기 기판의 소정 부분을 노출시키는 제1콘택홀을 가진 제1절연막과, A first insulating layer formed on the semiconductor substrate including a predetermined substructure and having a first contact hole exposing a predetermined portion of the substrate; 상기 제1콘택홀을 매립하는 하부전극콘택과, A lower electrode contact filling the first contact hole; 상기 하부전극콘택을 포함한 상기 제1절연막 상에 차례로 적층되며 상기 하부전극콘택을 노출시키는 개구부를 갖는 제2절연막, 상변화막 및 제3절연막과, A second insulating film, a phase change film, and a third insulating film that are sequentially stacked on the first insulating film including the lower electrode contact and have an opening exposing the lower electrode contact; 상기 개구부 내에 형성되며 측벽 일부분이 상기 상변화막과 접촉면을 형성하는 하부전극과, A lower electrode formed in the opening and having a sidewall portion forming a contact surface with the phase change film; 상기 제3절연막의 연장된 부위에 형성되며 상기 상변화막의 일부를 노출시키는 콘택홀과,A contact hole formed in an extended portion of the third insulating layer and exposing a portion of the phase change layer; 상기 콘택홀을 매립하는 상부전극콘택과, An upper electrode contact filling the contact hole; 상기 상부전극콘택과 연결되는 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.And an upper electrode connected to the upper electrode contact. 제 1 항에 있어서, 상기 제2, 제3절연막은 HDP, USG, SOG, TEOS, BPSG, PSG 및 HLD 산화막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.The phase change memory device as claimed in claim 1, wherein the second and third insulating films are one selected from the group consisting of HDP, USG, SOG, TEOS, BPSG, PSG, and HLD oxide films. 제 1 항에 있어서, 상기 상변화막은 GeSb2Te4막 및 Ge2Sb2Te5막 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.The phase change memory device as claimed in claim 1, wherein the phase change film is made of one of a GeSb2Te4 film and a Ge2Sb2Te5 film. 소정의 하부구조를 포함하는 반도체 기판 상에 상기 기판의 소정 부분을 노출시키는 제1콘택홀을 가진 제1절연막을 형성하는 단계;Forming a first insulating layer having a first contact hole exposing a predetermined portion of the substrate on a semiconductor substrate including a predetermined substructure; 상기 제1콘택홀을 매립하는 하부전극콘택을 형성하는 단계;Forming a bottom electrode contact to fill the first contact hole; 상기 하부전극콘택을 포함한 상기 제1절연막 상에 제2절연막, 상변화막 및 제3절연막을 차례로 형성하는 단계; Sequentially forming a second insulating film, a phase change film, and a third insulating film on the first insulating film including the lower electrode contact; 상기 제3절연막, 상변화막 및 제2절연막을 선택적으로 식각하여 상기 하부전극콘택을 노출시키는 개구부를 형성하는 단계;Selectively etching the third insulating film, the phase change film, and the second insulating film to form an opening exposing the lower electrode contact; 상기 개구부를 매립하여 측벽 일부분이 상기 상변화막과 접촉면을 형성하는 하부전극을 형성하는 단계;Filling the opening to form a lower electrode having a portion of a sidewall forming a contact surface with the phase change layer; 상기 하부전극을 포함한 상기 제3절연막 상에 제4절연막을 형성하는 단계;Forming a fourth insulating film on the third insulating film including the lower electrode; 상기 제4절연막 및 제3절연막을 선택적으로 식각하여 상기 상변화막의 일부분을 노출시키는 제2콘택홀을 형성하는 단계;Selectively etching the fourth insulating layer and the third insulating layer to form a second contact hole exposing a portion of the phase change layer; 상기 제2콘택홀을 매립하는 상부전극콘택을 형성하는 단계; 및Forming an upper electrode contact to fill the second contact hole; And 상기 상부전극콘택 및 제4절연막 상에 상기 상부전극콘택과 연결되는 상부전극을 형성하는 단계;Forming an upper electrode connected to the upper electrode contact on the upper electrode contact and the fourth insulating layer; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자의 제조방법. Method of manufacturing a phase change memory device comprising a. 제 4 항에 있어서, 상기 개구부를 매립하는 하부전극을 형성하는 단계는, 상기 개구부를 포함한 상기 제3절연막 상에 상기 개구부를 매립하도록 하부전극용 도전막을 형성하는 단계와, 상기 제3절연막이 노출될 때까지 상기 하부전극용 도전막을 씨엠피하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자의 제조방법.The method of claim 4, wherein the forming of the lower electrode filling the opening comprises: forming a conductive film for the lower electrode so as to fill the opening on the third insulating film including the opening, and exposing the third insulating film. And CMP of the lower electrode conductive film until the lower electrode is conductive.
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