KR101041742B1 - Resistance change memory device, method of operating and manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A resistance change memory device, a method for manufacturing the same, and a method for driving the same are provided to improve the operational reliability of the device by uniformly forming patterns in the device. CONSTITUTION: A plurality of first wirings(100) is arranged to one direction. A plurality of conductive patterns(200) is in connection with the first wirings. A variable resistance layer(300) is formed on the conductive patterns. A plurality of second wirings(400) is arranged to a direction crossing the first wirings and crosses a part of the conductive patterns on the variable resistance layer. A plurality of third wirings(500) is arranged to a direction crossing the first wirings and crosses remained part of the conductive patterns on the variable resistance layer.

Description

저항 변화 메모리 소자, 그 제조 방법 및 구동 방법{Resistance change memory device, method of operating and manufacturing the same}Resistance change memory device, method and method of driving the same {Resistance change memory device, method of operating and manufacturing the same}

본 발명은 저항 변화 메모리 소자에 관한 것으로, 특히 더블 패터닝(douple patterning) 및 사이드월 스페이서(sidewall spacer)를 이용하여 미세 패턴을 형성한 저항 변화 메모리 소자, 그 제조 방법 및 구동 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resistive change memory device, and more particularly, to a resistive change memory device having a fine pattern formed by using double patterning and sidewall spacers, a manufacturing method, and a driving method thereof.

최근, 플래쉬 메모리 소자에 비해 소비 전력이 낮고 집적도가 높은 차세대 비휘발성 메모리 소자가 연구되고 있다. 이러한 차세대 비휘발성 메모리 소자로는 칼코제나이드 합금(chalcogenide alloy)과 같은 상변화 물질의 상태 변화를 이용하는 상변화 메모리(Phase change RAM; PRAM), 강자성체의 자화 상태에 따른 MTJ(Magnetic Tunnel Junction) 박막의 저항 변화를 이용하는 자기 변화 메모리(Magnetic RAM; MRAM), 강유전체 물질의 분극 현상을 이용하는 강유전체 메모리(Ferroelectric RAM), 가변 저항 물질의 저항 변화를 이용하는 저항 변화 메모리(Resistance change RAM; ReRAM) 등이 있다.Recently, next-generation nonvolatile memory devices having low power consumption and high integration compared to flash memory devices have been studied. Such next-generation nonvolatile memory devices include phase change RAM (PRAM) using a state change of a phase change material such as a chalcogenide alloy, and a magnetic tunnel junction (MTJ) thin film according to the magnetization state of a ferromagnetic material. Magnetic change memory (MRAM) using a change in resistance of a ferroelectric material, ferroelectric memory using polarization of a ferroelectric material, resistance change memory (ReRAM) using a change in resistance of a variable resistance material, and the like. .

그 중에서 저항 변화 메모리 소자는 상부 전극 및 하부 전극 사이에 가변 저항 물질이 형성된 저항 변화 메모리 셀을 포함하고, 상부 전극 및 하부 전극에 인가되는 전압에 따라 가변 저항 물질의 저항이 변화하는 특성을 갖는다. 이러한 저항 메모리 소자는 제조된 후 저항 변화 메모리 셀에 상당히 높은 레벨의 필라멘트 형성 전압을 인가함으로써 가변 저항 물질 내에 필라멘트를 형성한다. 필라멘트는 상부 전극과 하부 전극 사이를 흐르는 셀 전류의 전류 경로(current path)가 된다. 필라멘트가 형성된 후 리셋 전압을 인가하여 가변 저항 물질을 리셋 상태로 만들거나, 셋 전압을 인가하여 가변 저항 물질을 셋 상태로 만들 수 있다.Among them, the resistance change memory device includes a resistance change memory cell in which a variable resistance material is formed between an upper electrode and a lower electrode, and the resistance of the variable resistance material changes according to a voltage applied to the upper electrode and the lower electrode. Such resistive memory devices are fabricated to form filaments in the variable resistive material by applying a fairly high level of filament forming voltage to the resistive change memory cells. The filament becomes a current path of cell current flowing between the upper electrode and the lower electrode. After the filament is formed, the variable resistance material may be reset by applying a reset voltage, or the variable resistance material may be set by applying a set voltage.

이러한 저항 변화 메모리 소자는 필라멘트 형태의 스위칭 메카니즘을 가짐으로써 빠른 스위칭 특성, 안정적인 리텐션(retention) 특성 등의 장점을 가지고 있지만, 원천적으로 랜덤(random)하게 형성되는 필라멘트로 인해 안정적인 스위칭 특성의 확보가 어렵다. 그런데, 금속 팁(metal tip)을 가변 저항 물질 내에 형성하면 스위칭 특성의 균일도를 개선할 수 있다. 이를 위해 피뢰침과 유사한 날카로운 금속 팁을 가지는 저항 변화 메모리에 대해 연구가 진행되었다.Such a resistance change memory device has a filament-type switching mechanism, which has advantages such as fast switching characteristics and stable retention characteristics.However, it is possible to secure stable switching characteristics due to randomly formed filaments. it's difficult. However, forming the metal tip in the variable resistance material may improve the uniformity of the switching characteristics. To this end, research was conducted on resistance change memories with sharp metal tips similar to lightning rods.

그런데, 현재 반도체 소자의 제조 공정에서 사진(lithography) 공정의 한계로 인하여 1F(feature size) 이하의 소자 구현이 어렵다. 1F란 사진 공정을 적용할 수 있는 최소 사이즈를 말한다. 예를 들어 배선의 폭 및 간격이 30nm의 소자의 경우 30nm가 1F가 되는데, 소자의 단위 면적을 계산할 때 배선의 폭 및 간격을 같이 고려하여 피치 단위로 계산하게 된다. 한편, 메모리 소자의 단위 면적이 예를 들어 30㎚×30㎚로 매우 작은 경우, 여기에 형성해야 하는 금속 팁의 크기는 이보다 작 은 10㎚ 이하이어야 한다. 또한, 기가비트(Gbit), 테라비트(Tbit)급 소자의 균일한 스위칭 특성을 확보하기 위해서는 모든 금속 팁의 크기가 아토믹 스케일(atomic scale)로 균일해야 한다. 그러나, 기존의 반도체 기술을 이용하는 경우 균일한 10㎚급의 소자를 제조하는 것은 거의 불가능하고, 금속 팁을 균일하게 형성하는 것도 거의 불가능하다.However, due to the limitation of the lithography process in the current semiconductor device manufacturing process, it is difficult to implement a device having a feature size (1F) or less. 1F is the minimum size to which the photographic process can be applied. For example, in the case of a device having a width and a distance of 30 nm, 30 nm becomes 1F. When calculating the unit area of the device, the width and the distance of the wire are considered in the unit of pitch. On the other hand, if the unit area of the memory element is very small, for example 30 nm x 30 nm, the size of the metal tip to be formed here should be less than 10 nm. In addition, in order to ensure uniform switching characteristics of Gbit and terabit (Tbit) devices, all metal tips must be uniform on an atomic scale. However, in the case of using the conventional semiconductor technology, it is almost impossible to manufacture a uniform 10 nm class device, and it is almost impossible to uniformly form a metal tip.

본 발명은 1F 이하의 패턴 형성이 가능한 가변 저항 메모리 소자, 그 구동 방법 및 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a variable resistance memory device capable of forming a pattern of 1F or less, a driving method and a manufacturing method thereof.

본 발명은 더블 패터닝(double patternig) 및 사이드월 스페이서(sidewall spacer)를 이용하여 1F 이하의 패턴 형성이 가능한 가변 저항 메모리 소자, 그 구동 방법 및 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a variable resistance memory device capable of forming a pattern of 1F or less using a double patternig and a sidewall spacer, a driving method thereof, and a manufacturing method thereof.

본 발명은 소정 면적 내에 복수의 단위 소자를 형성함으로써 소정의 면적 내에 멀티 비트의 데이터 저장이 가능한 가변 저항 메모리 소자, 그 구동 방법 및 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a variable resistance memory device capable of storing multi-bit data in a predetermined area by forming a plurality of unit devices in a predetermined area, a driving method thereof, and a manufacturing method thereof.

본 발명은 소정의 면적 내에 복수의 단위 소자가 형성된 일 소자층을 복수 적층하여 집적도를 향상시킬 수 있는 3차원 구조의 가변 저항 메모리 소자, 그 구동 방법 및 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a variable resistance memory device having a three-dimensional structure that can improve the degree of integration by stacking a plurality of device layers in which a plurality of unit devices are formed in a predetermined area, and a driving method and a manufacturing method thereof.

한편, 본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다.On the other hand, the technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, other technical problems that are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 양태에 따른 가변 저항 메모리 소자는 일 방향으로 배열된 복수의 제 1 배선; 상기 제 1 배선과 연결 형성된 복수의 도전 패턴; 상기 도전 패턴 상에 형성된 가변 저항층; 상기 가변 저항층 상의 상기 도전 패턴의 일부를 지나도록 상기 제 1 배선과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 2 배선; 및 상기 가변 저항층 상의 상기 도전 패턴의 나머지 일부를 지나도록 상기 제 1 배선과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 3 배선을 포함한다.A variable resistance memory device according to an aspect of the present invention includes a plurality of first wirings arranged in one direction; A plurality of conductive patterns connected to the first wirings; A variable resistance layer formed on the conductive pattern; A plurality of second wirings arranged in a direction crossing the first wiring so as to pass a portion of the conductive pattern on the variable resistance layer; And a plurality of third wires arranged in a direction crossing the first wire so as to pass through the remaining portion of the conductive pattern on the variable resistance layer.

상기 도전 패턴은 상기 제 1 배선의 측면으로부터 상부로 돌출되며, 상기 제 1 배선의 높이보다 높게 형성되고, 상기 도전 패턴은 4F2의 면적에 복수 형성된다.The conductive pattern protrudes upward from the side surface of the first wiring, is formed higher than the height of the first wiring, and a plurality of conductive patterns are formed in an area of 4F 2 .

상기 도전 패턴은 상기 제 1 배선의 상부로부터 돌출되어 형성된다.The conductive pattern is formed to protrude from an upper portion of the first wiring.

상기 가변 저항층은 금속 산화물, PCMO(Pr1 - XCaXMnO3, 0<X<1), 칼코게나이드(chalcogenide), 페로브스카이트(perovskite) 및 금속 도핑된 고체 전해질의 적어도 어느 하나로 형성된다.The variable resistance layer is formed of at least one of a metal oxide, PCMO (Pr 1 - X Ca X MnO 3 , 0 <X <1), chalcogenide, perovskite, and a metal doped solid electrolyte. Is formed.

상기 도전 패턴과 상기 가변 저항층 사이에 터널링 배리어가 더 형성된다.A tunneling barrier is further formed between the conductive pattern and the variable resistance layer.

상기 제 2 배선은 평면 방향에서 상기 제 1 배선과 예각을 이루며 연장 형성되고, 상기 제 3 배선은 평면 방향에서 상기 제 1 배선과 예각을 이루고 상기 제 2 배선과 직교하는 방향으로 연장 형성된다.The second wiring extends at an acute angle with the first wiring in a planar direction, and the third wiring extends at an acute angle with the first wiring in a plane direction and orthogonal to the second wiring.

상기 제 2 배선 및 제 3 배선 사이에 마련된 절연층을 더 포함한다.The semiconductor device may further include an insulating layer provided between the second wiring and the third wiring.

상기 제 3 배선은 상기 절연층 내에 형성된 홀 또는 트렌치를 통해 상기 도전 패턴 상의 상기 가변 저항층 상에 접하여 형성된다.The third wiring is formed in contact with the variable resistance layer on the conductive pattern through a hole or a trench formed in the insulating layer.

상기 제 2 배선은 상기 복수의 제 1 배선의 일 측면에 형성된 상기 도전 패턴 상을 지나도록 형성되고, 상기 제 3 배선은 상기 복수의 제 1 배선의 타 측면에 형성된 상기 도전 패턴 상을 지나도록 형성된다.The second wiring is formed to pass through the conductive patterns formed on one side of the plurality of first wirings, and the third wiring is formed to pass through the conductive patterns formed on the other side of the plurality of first wirings. do.

상기 복수의 제 1 배선, 도전 패턴, 가변 저항층, 제 2 배선 및 제 3 배선이 일 소자층을 이루고, 복수의 상기 소자층이 적층되어 3차원 구조를 이루며, 상기 복수의 소자층 각각의 사이에 형성된 층간 절연막을 더 포함한다.The plurality of first wirings, conductive patterns, variable resistance layers, second wirings, and third wirings form one device layer, and the plurality of device layers are stacked to form a three-dimensional structure, between each of the plurality of device layers. It further comprises an interlayer insulating film formed on.

본 발명의 다른 양태에 따른 가변 저항 메모리 소자는 일 방향으로 배열된 복수의 하부 배선; 상기 복수의 하부 배선과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 1 상부 배선; 상기 복수의 하부 배선과 교차하고, 상기 복수의 제 1 상부 배선과 직교하는 방향으로 배열된 복수의 제 2 상부 배선; 및 상기 하부 배선과 제 1 및 제 2 상부 배선 사이에 형성된 복수의 가변 저항 소자를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a variable resistance memory device includes a plurality of lower wires arranged in one direction; A plurality of first upper wires arranged in a direction crossing the plurality of lower wires; A plurality of second upper interconnections crossing the plurality of lower interconnections and arranged in a direction orthogonal to the plurality of first upper interconnections; And a plurality of variable resistance elements formed between the lower interconnection and the first and second upper interconnections.

상기 가변 저항 소자는 상기 제 1 배선 상에 형성된 도전 패턴과, 상기 도전 패턴 상에 형성된 가변 저항층을 포함하고, 상기 도전 패턴은 4F2의 면적에 복수로 형성되어 4F2의 면적당 복수 비트의 프로그램이 가능하다.The variable resistance element has the first wiring comprises a conductive pattern formed on the variable resistance layer formed on the conductive pattern, the conductive pattern is formed in a plurality in the area of 4F 2 programs of a plurality of bits per unit area of 4F 2 This is possible.

본 발명의 또다른 양태에 따른 가변 저항 메모리 소자의 구동 방법은 일 방향으로 배열된 복수의 하부 배선; 상기 복수의 하부 배선과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 1 상부 배선; 상기 복수의 하부 배선과 교차하고, 상기 복수의 제 1 상부 배선과 직교하는 방향으로 배열된 복수의 제 2 상부 배선; 및 상기 하부 배선과 제 1 및 제 2 상부 배선 사이에 형성된 복수의 가변 저항 소자를 포함하고, 상기 하부중 선택된 적어도 어느 하나에 제 1 프로그램 전압을 인가하고, 상기 제 1 및 제 2 상부 배선중 선택된 적어도 어느 하나에 제 2 프로그램 전압을 인가하여 선택된 적어도 하나의 가변 저항 소자를 프로그램하며, 선택된 상기 가변 저항 소자와 연결된 상기 하부 배선에 읽기 전압을 인가하고, 상기 선택된 가변 저항 소자와 연결된 상기 제 1 또는 제 2 상부 배선에 접지 전압을 인가하여 상기 가변 저항 소자의 프로그램 상태를 읽는다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a variable resistance memory device, including: a plurality of lower wires arranged in one direction; A plurality of first upper wires arranged in a direction crossing the plurality of lower wires; A plurality of second upper interconnections crossing the plurality of lower interconnections and arranged in a direction orthogonal to the plurality of first upper interconnections; And a plurality of variable resistance elements formed between the lower interconnection and the first and second upper interconnections, applying a first program voltage to at least one of the lower interconnections, and selecting one of the first and second upper interconnections. A second programming voltage is applied to at least one of the at least one selected variable resistance element, a read voltage is applied to the lower line connected to the selected variable resistance element, and the first or second variable voltage is connected to the selected variable resistance element. The ground voltage is applied to the second upper wiring to read the program state of the variable resistance element.

상기 제 1 프로그램 전압은 포지티브 전압이고, 상기 제 2 프로그램 전압은 네가티브 전압이며, 상기 선택되지 않은 하부 배선과 선택되지 않은 제 1 및 제 2 상부 배선에 접지 전압을 인가한다.The first program voltage is a positive voltage, the second program voltage is a negative voltage, and a ground voltage is applied to the unselected lower interconnections and the unselected first and second upper interconnections.

상기 선택된 가변 저항 소자와 연결된 상기 제 1 상부 배선 또는 제 2 상부 배선의 전위 변화를 센싱하여 상기 가변 저항 소자의 프로그램 상태를 읽으며, 상기 선택되지 않은 가변 저항 소자와 연결된 상기 하부 배선, 제 1 및 제 2 상부 배선에는 읽기 전압보다 낮은 전압을 인가한다.Reading a program state of the variable resistance element by sensing a potential change of the first upper line or the second upper line connected with the selected variable resistance element, and reading the program state of the variable resistance element and the lower line, first and second 2 Apply a voltage lower than the read voltage to the upper wiring.

본 발명의 또다른 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법은 기판 상에 일 방향으로 연장되는 복수의 하부 배선을 형성하는 단계; 상기 하부 배선과 연결되도록 사이드월 스페이서를 이용하여 복수의 도전 패턴을 형성하는 단계; 상기 복수의 도전 패턴 상에 가변 저항층을 형성하는 단계; 및 상기 복수의 도전 패턴 상을 지나도록 더블 패터닝을 이용하여 상기 가변 저항층 상에 복수의 상부 배선을 형성하는 단계를 포함한다.Method of manufacturing a variable resistance memory device according to another embodiment of the present invention comprises the steps of forming a plurality of lower wiring extending in one direction on the substrate; Forming a plurality of conductive patterns using sidewall spacers to be connected to the lower wirings; Forming a variable resistance layer on the plurality of conductive patterns; And forming a plurality of upper interconnections on the variable resistance layer by using double patterning to pass over the plurality of conductive patterns.

상기 상부 배선은 상기 복수의 도전 패턴의 일부를 지나도록 상기 더블 패터닝을 이용하여 상기 가변 저항층 상에 복수의 제 1 상부 배선을 형성하는 단계; 및 상기 복수의 도전 패턴의 나머지 일부를 지나도록 상기 제 1 상부 배선과 절연되면서 직교하는 방향으로 연장하는 복수의 제 2 상부 배선을 형성하는 단계를 포함한다.Forming a plurality of first upper interconnections on the variable resistance layer using the double patterning to pass the upper interconnections to a part of the plurality of conductive patterns; And forming a plurality of second upper wires insulated from the first upper wires and extending in a direction orthogonal to pass through the remaining portions of the plurality of conductive patterns.

상기 복수의 도전 패턴을 형성하는 단계는, 제 1 사이드월 스페이서 공정으로 상기 하부 배선의 양 측면에 도전층 사이드월 스페이서를 형성하는 단계; 상기 도전층 사이드월 스페이서와 교차하는 제 2 사이드월 스페이서 공정으로 절연층 사이드월 스페이서를 형성하는 단계; 상기 절연층 사이드월 스페이서에 의해 노출된 도전층 사이드월 스페이서를 제거한 후 상기 절연층 사이드월 스페이서를 제거하는 단계를 포함한다. The forming of the plurality of conductive patterns may include forming conductive layer sidewall spacers on both sides of the lower wiring by a first sidewall spacer process; Forming an insulating layer sidewall spacer by a second sidewall spacer process crossing the conductive layer sidewall spacer; And removing the insulating layer sidewall spacer after removing the conductive layer sidewall spacer exposed by the insulating layer sidewall spacer.

상기 복수의 도전 패턴을 형성하는 단계는, 상기 복수의 하부 배선 상에 복수의 제 1 마스크막을 적층하고 이들 측면에 상기 도전층 사이드월 스페이서를 형성하는 단계; 상기 하부 배선과 직교하는 방향으로 복수의 제 2 마스크막을 형성한 후 그 측벽에 상기 절연층 사이드월 스페이서를 형성하는 단계; 상기 절연층 사이드월 스페이서에 의해 노출된 상기 도전층 사이드월 스페이서를 제거하는 단계; 및 상기 절연층 사이드월 스페이서, 제 1 및 제 2 마스크막을 제거하는 단계를 포함한다.The forming of the plurality of conductive patterns may include: stacking a plurality of first mask films on the plurality of lower interconnections and forming the conductive layer sidewall spacers on the side surfaces thereof; Forming a plurality of second mask films in a direction orthogonal to the lower wirings, and forming the insulating layer sidewall spacers on sidewalls of the plurality of second mask films; Removing the conductive layer sidewall spacers exposed by the insulating layer sidewall spacers; And removing the insulating layer sidewall spacers and the first and second mask layers.

상기 도전 패턴이 일부 노출되도록 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함한다.The method may further include forming an insulating layer on the substrate to partially expose the conductive pattern.

상기 제 1 상부 배선을 형성하는 단계는, 상기 가변 저항층 상에 도전층 및 감광막을 형성하는 단계; 상기 감광막을 1차 노광하여 제 1 폭의 노광 영역과 제 2 폭의 비노광 영역을 형성하는 단계; 상기 감광막의 비노광 영역을 제 1 폭으로 2차 노광하는 단계; 상기 1차 및 2차 노광 영역을 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 도전층을 식각하는 단계를 포함한다.The forming of the first upper interconnection may include forming a conductive layer and a photosensitive film on the variable resistance layer; First exposing the photosensitive film to form an exposure area of a first width and an unexposed area of a second width; Secondarily exposing the non-exposed areas of the photosensitive film to a first width; Developing the primary and secondary exposure regions to form a photoresist pattern; Etching the conductive layer using the photoresist pattern as an etching mask.

상기 제 1 상부 배선 상에 절연층을 형성한 후 상기 절연층 내에 상기 도전 패턴의 다른 일부를 개방하는 콘택홀을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 상부 배선은 상기 콘택홀이 매립되도록 상기 절연층 상에 형성한다.After forming an insulating layer on the first upper interconnection, forming a contact hole in the insulating layer to open another portion of the conductive pattern, wherein the second upper interconnection is formed so that the contact hole is buried. It forms on an insulating layer.

상기 콘택홀을 형성하는 단계는, 상기 도전 패턴의 다른 일부 상의 상기 가변 저항층이 노출되도록 상기 절연층을 식각하여 상기 콘택홀보다 큰 제 1 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 콘택홀의 측면에 사이드월을 형성하는 단계를 포함한다.The forming of the contact hole may include forming a first contact hole larger than the contact hole by etching the insulating layer to expose the variable resistance layer on another portion of the conductive pattern; And forming a sidewall on a side surface of the first contact hole.

상기 제 2 상부 배선을 형성하는 단계는, 상기 콘택홀이 매립되도록 상기 절연층 상에 도전층 및 감광막을 형성하는 단계; 상기 감광막을 1차 노광하여 제 1 폭의 노광 영역과 제 2 폭의 비노광 영역을 형성하는 단계; 상기 감광막의 비노광 영역을 제 1 폭으로 2차 노광하는 단계; 상기 1차 및 2차 노광 영역을 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 도전층을 식각하는 단계를 포함한다.The forming of the second upper wiring may include forming a conductive layer and a photoresist film on the insulating layer to fill the contact hole; First exposing the photosensitive film to form an exposure area of a first width and an unexposed area of a second width; Secondarily exposing the non-exposed areas of the photosensitive film to a first width; Developing the primary and secondary exposure regions to form a photoresist pattern; Etching the conductive layer using the photoresist pattern as an etching mask.

상기 복수의 하부 배선은 더블 패터닝을 이용하여 형성한다.The plurality of lower interconnections are formed using double patterning.

상부 배선 상에 층간 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 하부 배선, 도전 패 턴, 가변 저항층 및 상부 배선을 순차적으로 형성하여 소자층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 층간 절연막과 상기 소자층을 복수 적층하여 3차원 구조를 제조한다.Forming an interlayer insulating film on the upper wiring; And forming a device layer by sequentially forming the lower wiring, the conductive pattern, the variable resistance layer, and the upper wiring, and manufacturing a three-dimensional structure by stacking a plurality of the interlayer insulating film and the device layer.

본 발명의 또다른 실시 예에 따른 전자 제품은 저항 변화 메모리 소자 및 이에 접속된 프로세서를 구비하는 전자 제품이고, 상기 저항 변화 메모리 소자는 일 방향으로 배열된 복수의 하부 배선; 상기 복수의 하부 배선과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 1 상부 배선; 상기 복수의 제 1 상부 배선과 직교하는 방향으로 배열된 복수의 제 2 상부 배선; 및 상기 하부 배선과 제 1 및 제 2 상부 배선 사이에 형성된 복수의 가변 저항 소자를 포함한다.An electronic product according to another embodiment of the present invention is an electronic product including a resistance change memory device and a processor connected thereto, the resistance change memory device comprising: a plurality of lower wirings arranged in one direction; A plurality of first upper wires arranged in a direction crossing the plurality of lower wires; A plurality of second upper interconnections arranged in a direction orthogonal to the plurality of first upper interconnections; And a plurality of variable resistance elements formed between the lower interconnection and the first and second upper interconnections.

본 발명의 실시 예들은 일 방향으로 연장되는 제 1 배선을 형성한 후 제 1 배선 상에 복수의 도전 패턴을 형성하고, 복수의 도전 패턴의 일부를 지나도록 복수의 제 2 배선을 형성한 후 복수의 도전 패턴의 나머지 일부를 지나도록 복수의 제 3 배선을 형성하여 일 소자층을 형성한다. 또한, 이러한 소자층을 복수 적층하여 3차원 구조의 가변 저항 메모리 소자를 제작한다. 여기서, 제 2 배선 및 제 3 배선, 더욱 바람직하게는 제 1 배선도 더블 패터닝을 이용하여 1F 이하의 폭 및 간격으로 형성할 수 있고, 도전 패턴은 사이드월 스페이서를 이용하여 바람직하게는 0.1F의 미세 패턴으로 형성할 수 있다.Embodiments of the present invention form a plurality of conductive patterns on the first wiring after forming the first wiring extending in one direction, and after forming a plurality of second wirings to pass through a portion of the plurality of conductive patterns, A plurality of third wirings are formed to pass through the remaining part of the conductive pattern, thereby forming one element layer. In addition, a plurality of such device layers are stacked to fabricate a variable resistance memory device having a three-dimensional structure. Here, the second wiring and the third wiring, more preferably, the first wiring can also be formed with a width and an interval of 1F or less by using double patterning, and the conductive pattern is preferably fine with 0.1F using sidewall spacers. It can be formed in a pattern.

본 발명의 실시 예들에 의하면, 더블 패터닝 및 사이드월 스페이서를 이용하여 1F 이하, 바람직하게는 0.1F의 미세 패턴을 형성하고, 이를 이용하여 4F2의 면적에서 복수 비트의 데이터를 저장할 수 있다.According to the exemplary embodiments of the present invention, a fine pattern of 1F or less, preferably 0.1F, may be formed using double patterning and sidewall spacers, and multiple bits of data may be stored in an area of 4F 2 using the double patterning and sidewall spacers.

따라서, 사진 공정의 한계를 극복하여 1F 이하의 패턴을 형성할 수 있고, 이에 따라 면적 대비 소자의 집적도를 향상시킬 수 있다.Therefore, the pattern of 1F or less can be formed by overcoming the limitation of the photolithography process, thereby improving the integration degree of the area-to-area device.

또한, 균일한 패턴 형성이 가능하므로 스위칭 특성의 균일성을 개선할 수 있고, 이에 따라 소자의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the uniform pattern can be formed, the uniformity of the switching characteristics can be improved, thereby improving the operational reliability of the device.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역 등의 부분이 다른 부분 “상부에” 또는 “상에” 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 “바로 상부” 또는 “바로 위에” 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., may be exaggerated for clarity, and like reference numerals designate like elements. In addition, if a part such as a layer, film, area, etc. is expressed as “upper” or “on” another part, each part is different from each part as well as being “right up” or “directly above” another part. This includes the case where there is another part between parts.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 변화 메모리 소자의 평면도이 고, 도 2는 등가 회로도이다.1 is a plan view of a resistance change memory device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an equivalent circuit diagram.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 변화 메모리 소자는 일 방향으로 연장 형성된 복수의 제 1 배선(100)과, 제 1 배선(100)의 측면에 접하여 돌출 형성된 복수의 도전 패턴(200)과, 적어도 복수의 도전 패턴(200) 상에 형성된 가변 저항층(300)과, 복수의 도전 패턴(200)의 일부를 지나도록 제 1 배선(100)과 예각을 이루고 연장 형성된 복수의 제 2 배선(400)과, 가변 저항층(300) 상부에 형성되고 복수의 도전 패턴(200)의 나머지 일부를 지나도록 제 2 배선(400)과 직교하는 방향으로 연장 형성된 복수의 제 3 배선(500)을 포함한다. 여기서, 제 1 배선(100)은 가변 저항층(300) 하부에 형성된 하부 배선이고, 제 2 및 제 3 배선(400 및 500)은 가변 저항층(300) 상부에 형성된 상부 배선이다.Referring to FIG. 1, a resistance change memory device according to a first exemplary embodiment may include a plurality of first wires 100 extending in one direction and a plurality of conductive wires protruding in contact with side surfaces of the first wire 100. A plurality of acute angles extending from the pattern 200, the variable resistance layer 300 formed on the plurality of conductive patterns 200, and the first wiring 100 so as to pass through a portion of the plurality of conductive patterns 200. The second wiring 400 and the plurality of third wirings formed on the variable resistance layer 300 and extending in a direction orthogonal to the second wiring 400 so as to pass through the remaining portions of the plurality of conductive patterns 200. 500. Here, the first wiring 100 is a lower wiring formed under the variable resistance layer 300, and the second and third wirings 400 and 500 are upper wirings formed on the variable resistance layer 300.

복수의 제 1 배선(110, 120 및 130; 100)은 일 방향, 예를들어 가로 방향으로 연장 형성될 수 있다. 복수의 제 1 배선(100)은 각각 소정의 폭, 간격 및 두께로 형성될 수 있는데, 예를들어 1F(feature size)의 폭, 간격 및 두께로 형성될 수 있다. 1F는 사진(lithography) 공정으로 형성할 수 있는 최소 사이즈(minimum size)를 말하며, 소자에 따라 30㎚, 45㎚ 등일 수 있다. 또한, 제 1 배선(100)은 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있는데, 예를들어 알루미늄(Al), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 티타늄 나이트라이드(TiN) 및 폴리실리콘의 적어도 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있으며, 단일층 또는 복수의 층으로 형성할 수 있다.The plurality of first wires 110, 120, and 130; 100 may extend in one direction, for example, in a horizontal direction. Each of the plurality of first wires 100 may be formed to have a predetermined width, spacing, and thickness. For example, the plurality of first wires 100 may be formed to have a width, spacing, and thickness of 1 F (feature size). 1F refers to a minimum size that can be formed by a lithography process, and may be 30 nm, 45 nm, or the like, depending on the device. In addition, the first wiring 100 may be formed using a conductive material. For example, aluminum (Al), iridium (Ir), platinum (Pt), ruthenium (Ru), tungsten (W), and titanium nitride It can be formed using at least one of (TiN) and polysilicon, it can be formed of a single layer or a plurality of layers.

복수의 도전 패턴(210, 220 및 230; 200)은 제 1 배선(100)의 측면에서 소정 의 폭 및 간격으로 돌출 형성된다. 즉, 도전 패턴(200)은 제 1 배선(100)의 길이 방향을 따라 제 1 배선(100)의 위쪽 측면 및 아래쪽 측면으로부터 돌출 형성된다. 예를들어 첫번째 제 1 배선(110)의 위쪽 측면 및 아래쪽 측면에서 복수의 도전 패턴(211 및 212)이 형성되고, 두번째 제 1 배선(120)의 위쪽 측면 및 아래쪽 측면에서 복수의 도전 패턴(221 및 222)이 형성되며, 세번째 제 1 배선(130)의 위쪽 측면 및 아래쪽 측면에서 복수의 도전 패턴(231 및 232)이 형성된다. 한편, 이러한 도전 패턴(200) 각각은 제 1 배선(100)의 폭 및 간격을 고려하여 서로 인접한 도전 패턴(200)이 서로 단락되지 않도록 형성되며, 이를 위해 예를들어 0.3F 이하의 폭, 바람직하게는 0.2F 또는 0.1F의 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 도전 패턴(200) 사이의 간격은 도전 패턴(200)의 폭과 동일하게 하거나, 도전 패턴(200)과 상부에서 중첩되는 제 2 배선(400) 및 제 3 배선(500)의 폭 및 간격 등을 고려하여 도전 패턴(200) 사이의 간격은 도전 패턴(200)의 폭보다 넓게 형성할 수 있다. 따라서, 4F2의 면적에 적어도 네 개의 도전 패턴(200)을 형성할 수 있다. 또한, 복수의 도전 패턴(200)은 각각이 제 1 배선(100)과 제 2 배선(400) 또는 제 3 배선(500)에 인가되는 전압에 따라 각각의 데이터를 저장하는 단위 소자로 기능할 수 있다. 따라서, 4F2의 면적에 적어도 4비트의 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 복수의 도전 패턴(200)은 제 1 배선(100)의 두께보다 두껍게 형성할 수 있다. 이러한 도전 패턴(200)은 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있는데, 예를들어 알루미늄(Al), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 티타늄 나이트라이드(TiN) 및 폴리실 리콘의 적어도 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 도전 패턴(200)은 제 1 배선(100)과 동일 물질로 형성할 수 있다.The plurality of conductive patterns 210, 220, and 230; 200 protrude from the side surfaces of the first wiring 100 at predetermined widths and intervals. That is, the conductive pattern 200 protrudes from the upper side surface and the lower side surface of the first wiring 100 in the longitudinal direction of the first wiring 100. For example, a plurality of conductive patterns 211 and 212 are formed at upper and lower sides of the first first wiring 110, and a plurality of conductive patterns 221 are formed at upper and lower sides of the second first wiring 120. And 222 is formed, and a plurality of conductive patterns 231 and 232 are formed on the upper side surface and the lower side surface of the third first wiring 130. Meanwhile, each of the conductive patterns 200 is formed such that adjacent conductive patterns 200 are not shorted to each other in consideration of the width and the spacing of the first wiring 100. For this, for example, a width of 0.3F or less is preferable. Preferably it may be formed in a width of 0.2F or 0.1F. In addition, the interval between the conductive patterns 200 is equal to the width of the conductive pattern 200, or the width and the interval of the second wiring 400 and the third wiring 500 overlapping the conductive pattern 200. The gap between the conductive patterns 200 may be wider than the width of the conductive patterns 200 in consideration of the like. Therefore, at least four conductive patterns 200 may be formed in an area of 4F 2 . In addition, each of the plurality of conductive patterns 200 may function as a unit device for storing respective data according to voltages applied to the first wiring 100, the second wiring 400, or the third wiring 500. have. Therefore, at least 4 bits of data can be stored in an area of 4F 2 . In addition, the plurality of conductive patterns 200 may be formed thicker than the thickness of the first wiring 100. The conductive pattern 200 may be formed using a conductive material, for example, aluminum (Al), iridium (Ir), platinum (Pt), ruthenium (Ru), tungsten (W), and titanium nitride (TiN). And at least one of polysilicon. In addition, the conductive pattern 200 may be formed of the same material as the first wiring 100.

가변 저항층(300)은 복수의 제 1 배선(100)과 복수의 도전 패턴(200)을 포함한 전체 상부에 형성된다. 가변 저항층(300)은 제 1 배선(100)과 제 2 및 제 3 배선(400 및 500) 사이에 인가되는 전압에 따라 저항이 변화되는 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 가변 저항층(300)은 금속 산화물, PCMO(Pr1 - XCaXMnO3, 0<X<1), 칼코게나이드(chalcogenide), 페로브스카이트(perovskite) 또는 금속 도핑된 고체 전해질을 이용할 수 있다. 금속 산화물은 SiO2, Al2O3 또는 전이 금속 산화물을 포함할 수 있고, 전이 금속 산화물은 HfO2, ZrO2, Y2O3, TiO2, NiO, Nb2O5, Ta2O5, CuO, Fe2O3 또는 란타노이드 산화물(lanthanoids oxide)을 포함할 수 있으며, 란타노이드는 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디움(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 가돌리움(Gd) 또는 디스프로슘(Dy)를 포함할 수 있다. 또한, 칼코게나이드는 GeSbTe를 포함할 수 있고, 페로브스카이트는 SrTiO3, Cr 또는 Nb 도핑된 SrZrO3를 포함할 수 있으며, 금속 도핑된 고체 전해질은 GeSe 내에 Ag가 도핑된, 즉 AgGeSe을 포함할 수 있다. 한편, 도시되지 않았지만, 가변 저항층(300) 하부, 즉 가변 저항층(300)과 제 1 배선(100) 및 도전 패턴(200) 사이에 터널링 배리어(미도시)가 더 형성될 수 있다. 터널링 배리어는 그 양단에 걸리는 전계가 소정 전압 이상일 때 전위 장벽(potential barrier)이 변화되어 전자를 터널링시킬 수 있는 막으로, 예를 들어 약 2∼5nm 정도의 SiO2, Al2O3, HfO2 또는 SiO2/HfO2 등의 적층 구조를 가질 수 있다. 이러한 터널링 배리어가 형성되는 경우에는 선택되지 않은 셀에 소정 전압 미만의 전계를 가하여 누설 전류를 최소화할 수 있다.The variable resistance layer 300 is formed on the entire top including the plurality of first wires 100 and the plurality of conductive patterns 200. The variable resistance layer 300 may be formed using a material whose resistance changes according to a voltage applied between the first wiring 100 and the second and third wirings 400 and 500. The variable resistance layer 300 may use a metal oxide, PCMO (Pr 1 - X Ca X MnO 3 , 0 <X <1), chalcogenide, perovskite, or a metal doped solid electrolyte. Can be. The metal oxide may comprise SiO 2 , Al 2 O 3 or a transition metal oxide, wherein the transition metal oxide is HfO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 , NiO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , CuO, Fe 2 O 3 or lanthanoids oxide (lanthanoids oxide) can be included, the lanthanoids are lanthanum (La), cerium (Ce), prasedium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), Gadolium (Gd) or dysprosium (Dy). In addition, the chalcogenide may comprise GeSbTe, perovskite teuneun SrTiO 3, Cr or Nb-doped may include SrZrO 3, metal doped solid electrolyte comprising a Ag is doped into GeSe, i.e. AgGeSe can do. Although not shown, a tunneling barrier (not shown) may be further formed below the variable resistance layer 300, that is, between the variable resistance layer 300, the first wiring 100, and the conductive pattern 200. The tunneling barrier is a film that can tunnel electrons by changing a potential barrier when the electric field applied to both ends is above a predetermined voltage. For example, SiO 2 , Al 2 O 3 , HfO 2 having a thickness of about 2 to 5 nm. Or it may have a laminated structure such as SiO 2 / HfO 2 . When such a tunneling barrier is formed, a leakage current may be minimized by applying an electric field below a predetermined voltage to an unselected cell.

복수의 제 2 배선(410 내지 470; 400)은 제 1 배선(100)과 예각, 예를들어 45°의 각도를 이루는 사선 방향으로 연장 형성되는데, 예를들어 좌측 상향으로부터 우측 하향으로 연장 형성된다. 복수의 제 2 배선(400)은 제 1 배선(100)의 상측에 형성된 도전 패턴(210)을 지나도록 형성된다. 예를들어, 두번째 제 2 배선(420)는 첫번째 제 1 배선(110)의 도전 패턴(211a), 두번째 제 1 배선(120)의 도전 패턴(221b) 및 세번째 제 1 배선 라인(130)의 도전 패턴(231c) 상을 지나도록 연장 형성된다. 즉, 제 2 배선(400)은 n번째 제 1 배선(100, n) 상의 n번째 도전 패턴(200, n)으로부터 n+1번째 제 1 배선(100, n+1) 상의 n+1 번째 도전 패턴(200, n+1), n+2 번째 제 1 배선(100, n+2) 상의 n+2번째 도전 패턴(200, n+2)을 지나도록 연장 형성된다. 이러한 복수의 제 2 배선(400)은 도전성 물질로 형성되는데, 제 1 배선(100) 및 도전 패턴(200)과 동일 물질로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 배선(400)은 도전 패턴(200)의 폭 및 간격 등을 고려하여 소정 폭으로 형성될 수 있는데, 예를 들면 도전 패턴(200)과 동일한 폭으로 형성될 수 있다.The plurality of second wires 410 to 470; 400 extend in an oblique direction forming an acute angle, for example, an angle of 45 ° with the first wire 100, for example, extending from a left upper side to a right downward side. . The plurality of second wirings 400 are formed to pass through the conductive pattern 210 formed on the first wiring 100. For example, the second second wiring 420 may have a conductive pattern 211a of the first first wiring 110, a conductive pattern 221b of the second first wiring 120, and a conductivity of the third first wiring line 130. It extends past the pattern 231c. That is, the second wiring 400 is the n + 1 th conductive on the n + 1 th first wiring 100, n + 1 from the n th conductive pattern 200, n on the n th first wiring 100, n. The patterns 200 and n + 1 extend to pass through the n + 2th conductive patterns 200 and n + 2 on the n + 2nd first wirings 100 and n + 2. The plurality of second wires 400 may be formed of a conductive material, and may be formed of the same material as the first wires 100 and the conductive pattern 200. In addition, the second wiring 400 may be formed to have a predetermined width in consideration of the width and spacing of the conductive pattern 200. For example, the second wiring 400 may be formed to have the same width as the conductive pattern 200.

복수의 제 3 배선(510 내지 570; 500)은 제 1 배선(100)과 예각, 예를들어 45°의 각도를 이루고, 제 2 배선(400)과 수직을 이루는 방향으로 연장 형성되는데, 예를들어 우상향으로부터 좌하향으로 연장 형성된다. 또한, 제 3 배선(500)은 제 2 배선(400)과 연결되지 않은 도전 패턴(200)의 일부, 즉 제 1 배선(100)의 하측에 형성된 도전 패턴(212, 222 및 232) 상을 지나도록 연장 형성된다. 예를들어, 두번째 제 3 배선(520)는 첫번째 제 1 배선(110) 상의 도전 패턴(212c), 두번째 제 1 배선(120) 상의 도전 패턴(222b) 및 세번째 제 1 배선(130) 상의 도전 패턴(232a) 상을 지나도록 연장된다. 즉, 제 3 배선(500)은 n번째 제 1 배선(100, n) 상의 n+2번째 도전 패턴(200, n+2)으로부터 n+1번째 제 1 배선(100, n+1) 상의 n+1 번째 도전 패턴(200, n+1), n+2 번째 제 1 배선(100, n+2) 상의 n번째 도전 패턴(200, n)을 지나도록 연장 형성된다. 이러한 복수의 제 3 배선(500) 또한 도전성 물질로 형성되는데, 제 1 배선(100), 도전 패턴(200) 및 제 2 배선(400)과 동일 물질로 형성될 수 있다. 또한, 제 3 배선(500)은 도전 패턴(200) 및 제 2 배선(400)의 폭 및 간격 등을 고려하여 소정 폭으로 형성될 수 있는데, 예를 들면 도전 패턴(200) 및 제 2 배선(400)과 동일한 폭으로 형성될 수 있다.The plurality of third wires 510 to 570; 500 form an acute angle, for example, 45 °, with the first wire 100 and extend in a direction perpendicular to the second wire 400. For example, it extends from the upper right to the lower left. In addition, the third wiring 500 passes over a portion of the conductive pattern 200 that is not connected to the second wiring 400, that is, over the conductive patterns 212, 222, and 232 formed under the first wiring 100. It is formed so as to extend. For example, the second third wiring 520 may include a conductive pattern 212c on the first first wiring 110, a conductive pattern 222b on the second first wiring 120, and a conductive pattern on the third first wiring 130. 232a extends past the phase. That is, the third wiring 500 is n on the n + 1th first wirings 100 and n + 1 from the n + 2th conductive patterns 200 and n + 2 on the nth first wirings 100 and n. The nth conductive patterns 200 and n + 1 are extended to pass through the nth conductive patterns 200 and n on the n + 2th first wirings 100 and n + 2. The plurality of third wires 500 may also be formed of a conductive material, and may be formed of the same material as the first wires 100, the conductive patterns 200, and the second wires 400. In addition, the third wiring 500 may be formed to have a predetermined width in consideration of the width and the gap of the conductive pattern 200 and the second wiring 400, for example, the conductive pattern 200 and the second wiring ( It may be formed to the same width as 400).

상기한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 변화 메모리 소자는 제 1 배선(100)과 제 2 배선(400) 또는 제 3 배선(500)에 인가되는 전압에 따라 제 1 배선(100)과 도전 패턴(200)의 적어도 어느 하나와 제 2 배선(400) 및 제 3 배선(500)의 적어도 어느 하나 사이의 가변 저항층(300) 내에 도전성 경로가 형성(저저항 상태)되거나 형성된 도전성 경로가 단절(고저항 상태)된다. 예를 들어, 제 1 배선(100)에 소정 전압이 인가되고, 제 2 배선(400)의 선택된 하나에 소정 전압이 인가되면 선택된 제 1 배선(100) 및 제 2 배선(400) 사이의 도전 패턴(200)과 제 2 배선(400) 사이의 가변 저항층(300)에 도전성 경로가 생겨 1비트의 데이터를 저장하게 된다. 따라서, 도전 패턴(200) 하나는 1비트의 데이터를 저장할 수 있고, 4F2의 면적에서 적어도 네 개의 도전 패턴(200)을 형성할 수 있으므로 4F2의 면적에서 적어도 4비트의 데이터를 저장할 수 있다.As described above, the resistance change memory device according to the first exemplary embodiment may include the first wiring 100 according to a voltage applied to the first wiring 100, the second wiring 400, or the third wiring 500. And a conductive path is formed (low resistance state) or formed in the variable resistance layer 300 between at least one of the conductive pattern 200 and at least one of the second wiring 400 and the third wiring 500. Is disconnected (high resistance state). For example, when a predetermined voltage is applied to the first wiring 100 and a predetermined voltage is applied to the selected one of the second wirings 400, the conductive pattern between the selected first wirings 100 and the second wirings 400 is applied. A conductive path is formed in the variable resistance layer 300 between the 200 and the second wiring 400 to store one bit of data. Thus, a conductive pattern 200 may store data of one bit, to form at least four conductive patterns 200 in the area of 4F 2 it can store the data of at least 4 bits in the area of 4F 2 .

도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 메모리 소자의 등가 회로도로서 일 방향, 예를 들어 가로 방향으로 배열된 복수의 제 1 배선(D11 내지 및 D15; D10)과, 제 1 배선(D10)과 상하로 이격되고 예각을 이루는 사선 방향으로 배열된 복수의 제 2 배선(D21 내지 D24; D20)과, 제 1 배선(D10)과 상하로 이격되고 제 2 배선(D20)과 평면상에서 직교하는 방향으로 배열된 복수의 제 3 배선(D31 내지 D34; D30)이 마련되고, 인접한 각각 두 개의 제 2 배선(D20) 및 제 3 배선(D30)이 이루는 영역(A)과 제 1 배선(D10) 사이에 네 개의 단위 소자(R1, R2, R3 및 R4)가 마련된다. 이러한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 메모리 소자는 단위 소자(R1, R2, R3 및 R4)의 선택된 적어도 어느 하나에 데이터를 프로그램시킬 수 있고, 그 데이터를 읽어내거나 소거할 수도 있다. 즉, 단위 소자(R1, R2, R3 및 R4)를 독립적으로, 또는 동시에 구동시킬 수 있다.FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a resistance memory device according to a first exemplary embodiment of the present invention, and a plurality of first wirings D11 to D15 and D10 arranged in one direction, for example, a horizontal direction, and a first wiring D10. A plurality of second wirings D21 to D24 arranged in an oblique direction spaced up and down and formed at an acute angle, and vertically spaced apart from the first wiring D10 and perpendicular to the second wiring D20 in a plane. A plurality of third wirings D31 to D34 (D30) arranged in a direction are provided, and the region A and the first wiring D10 formed by two adjacent second wirings D20 and D30 are respectively formed. Four unit elements R1, R2, R3 and R4 are provided in between. The resistive memory device according to the first exemplary embodiment may program data into at least one selected from the unit devices R1, R2, R3, and R4, and may read or erase the data. That is, the unit elements R1, R2, R3, and R4 can be driven independently or simultaneously.

이러한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 메모리 소자의 구동 방법을 도 3 내지 도 5를 이용하여 설명하면 다음과 같다. The driving method of the resistive memory device according to the first exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 5 as follows.

도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 변화 메모리 소자의 프로그램 방법을 설명하기 위한 등가 회로도로서, 선택된 일 단위 소자에 1비트의 데이터를 저장하는 예를 설명하기 위한 것이다.3 is an equivalent circuit diagram illustrating a method of programming a resistance change memory device according to a first exemplary embodiment of the present invention, and illustrates an example of storing one bit of data in a selected unit device.

도 3을 참고하면, 선택된 단위 소자(R1)와 연결된 제 1 배선(D12)에 소정 전압, 예를들어 1/2Vwrite를 인가하고, 그 외의 제 1 배선(D11, D13, D14 및 D15)에는 접지 전압(0V)을 인가한다. 그리고, 선택된 단위 소자(R1)와 연결된 제 2 배선(D22)에 소정 전압, 예를들어 -1/2Vwrite를 인가하고, 제 2 배선(D22) 이외의 나머지 제 2 배선(D21, D23 및 D24)과 제 3 배선(D31, D32, D33 및 D34)에 접지 전압(0V)를 인가한다. 이렇게 하면 선택된 단위 소자(R1)에 프로그램 전압, 즉 Vwrite의 전압이 인가된다. 따라서, 하나의 단위 소자(R1)에 데이터가 저저항 상태 또는 고저항 상태로 프로그램된다. 이때, 선택된 제 1 배선(D12)과 선택되지 않은 제 2 및 제 3 배선(D20 및 D30) 사이의 단위 소자에는 1/2Vwrite의 전계가 인가되지만, 데이터 프로그램에 필요한 전위가 되지 않아 프로그램되지 않는다. 또한, 선택되지 않은 제 1 배선(D11, D13 및 D14)과 선택되지 않은 제 2 및 제 3 배선(D20 및 D30) 사이의 나머지 단위 소자들에는 전압이 인가되지 않아 데이터가 프로그래밍되지 않는다.Referring to FIG. 3, a predetermined voltage, for example, 1 / 2V write is applied to the first wiring D12 connected to the selected unit device R1, and the other first wirings D11, D13, D14, and D15 are applied. Apply ground voltage (0V). Then, a predetermined voltage, for example, -1 / 2V write is applied to the second wiring D22 connected to the selected unit device R1, and the remaining second wirings D21, D23, and D24 other than the second wiring D22 are applied. ) And the ground voltage (0V) is applied to the third wirings (D31, D32, D33, and D34). In this case, a program voltage, that is, a voltage of V write is applied to the selected unit device R1. Therefore, data is programmed in one unit element R1 in a low resistance state or a high resistance state. At this time, an electric field of 1/2 V write is applied to the unit elements between the selected first wiring D12 and the unselected second and third wirings D20 and D30, but the electric potential required for the data program does not become programmed. . In addition, no voltage is applied to the remaining unit elements between the unselected first wires D11, D13 and D14 and the unselected second and third wires D20 and D30, so that data is not programmed.

또한, 이러한 방식으로 단위 소자(R2)와 연결된 제 1 배선(D12)에 소정 전압(1/2Vwrite)을 인가하고 단위 소자(R2)와 연결된 제 3 배선(D31)에만 소정 전압(- 1/2Vwrite)을 인가하면 선택된 단위 소자(R2)에 데이터가 프로그램된다. 같은 방식으로 제 1 배선(D12)에 소정 전압(1/2Vwrite)을 인가하고 제 2 배선(D23) 및 제 3 배선(D32)에 소정 전압(-1/2Vwrite)을 각각 인가하면 단위 소자(R3) 및 단위 소자(R4)에 각각 데이터가 프로그램된다.In addition, a predetermined voltage (1 / 2V write ) is applied to the first wiring D12 connected to the unit device R2 in this manner, and the predetermined voltage (−1 / only) is applied only to the third wiring D31 connected to the unit device R2. When 2V write is applied, data is programmed in the selected unit device R2. Applying a first wiring (D12) the predetermined voltage (1 / 2V write) and the applied predetermined voltage (-1 / 2V write) to the second wiring (D23) and a third wiring (D32) in the same way, when each unit element Data is programmed in each of R3 and the unit element R4.

뿐만 아니라 제 1 배선(D12)에 소정 전압(1/2Vwrite)을 인가하고 제 2 배선(D22 및 D23)과 제 3 배선(D31 및 D32)에 소정 전압(-1/2Vwrite)을 인가하면, 단위 소자(R1, R2, R3 및 R4)에 데이터를 프로그램할 수 있다.As well as applying a first wiring (D12) the predetermined voltage (1 / 2V write) the application and a second wiring (D22 and D23) and the third wiring predetermined voltage (-1 / 2V write) to (D31 and D32) in Data can be programmed into the unit elements R1, R2, R3, and R4.

따라서, 제 1 배선(D10)과 제 2 배선(D20) 및 제 3 배선(D30)에 인가되는 전압에 따라 적어도 하나의 단위 소자를 프로그램할 수 있다.Accordingly, at least one unit device may be programmed according to voltages applied to the first wiring D10, the second wiring D20, and the third wiring D30.

도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 변화 메모리 소자의 읽기 동작의 일 예를 설명하기 위한 등가 회로도이다.4 is an equivalent circuit diagram illustrating an example of a read operation of a resistance change memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 선택된 소자(R1)가 연결된 제 1 배선(D12)에 소정의 읽기 전압, 예를들어 Vread를 인가하고, 선택된 소자(R1)가 연결되지 않은 나머지 제 1 배선(D110, D13, D14 및 D15)에는 접지 전압(0V)를 인가한다. 그리고, 선택된 소자(R1)가 연결된 제 2 배선(D22)에는 접지 전압(OV)를 인가하고, 나머지 제 2 배선(D21, D23, D24)과 제 3 배선(D30)에는 읽기 전압(Vread)과 접지 전압(OV) 사이의 전압, 예를들어 1/2Vread를 인가한다. 이렇게 하면 선택된 소자(R1)을 사이에 두고 제 1 배선(D12)과 제 2 배선(D22) 사이에 읽기 전압(Vread)의 전위차가 존재하게 된다. 이때, 선택된 소자(R1)가 저저항 상태로 프로그램된 경우 제 1 배선(D12)과 제 2 배선(D22)에는 도전 경로가 존재하고, 이에 따라 제 2 배선(D22)은 읽기 전압(Vread)의 레벨을 갖게 된다. 따라서, 선택된 소자(R1)가 저전압 상태로 프로그램된 것으로 인식하게 된다. 또한, 선택된 소자(R1)가 고저항 상태로 프로그램된 경우 제 1 배선(D12)과 제 2 배선(D22)에는 도전 경로가 존재하지 않게 되고, 이에 따라 제 2 배선(D22)은 접지 전압(0V)의 레벨을 갖게 된다.Referring to FIG. 4, a predetermined read voltage, for example, V read is applied to the first wiring D12 to which the selected device R1 is connected, and the remaining first wiring D110, to which the selected device R1 is not connected, is applied. The ground voltage (0V) is applied to D13, D14, and D15. The ground voltage OV is applied to the second wiring D22 to which the selected element R1 is connected, and the read voltage V read is applied to the remaining second wirings D21, D23, and D24 and the third wiring D30. Apply a voltage between ground and OV, for example 1 / 2V read . In this case, a potential difference between the read voltage V read exists between the first wire D12 and the second wire D22 with the selected element R1 interposed therebetween. At this time, when the selected element R1 is programmed to a low resistance state, a conductive path exists in the first wiring D12 and the second wiring D22, and accordingly, the second wiring D22 is read voltage V read . You will have a level of. Thus, it is recognized that the selected element R1 is programmed to a low voltage state. In addition, when the selected element R1 is programmed to a high resistance state, conductive paths do not exist in the first wiring D12 and the second wiring D22, and accordingly, the second wiring D22 has a ground voltage (0V). ) Level.

물론, 선택된 제 1 배선(D12) 상에 형성된 복수의 단위 소자(R1, R2, R3 및 R4)의 프로그램 상태를 한꺼번에 읽기할 수도 있는데, 이 경우 제 1 배선(D12)에 읽기 전압(Vread)을 인가하고, 읽기 하고자하는 단위 소자와 연결된 모든 제 2 배선(D20) 및 제 3 배선(D30)에 접지 전압(0V)를 인가한다. 그리고, 단위 소자(R1, R2, R3 및 R4)의 저항 상태에 따른 제 2 배선(D20) 및 제 3 배선(D30)의 전압 변화를 센싱하여 단위 소자(R1, R2, R3 및 R4)를 센싱하게 된다. 즉, 제 2 배선(D20) 및 제 3 배선(D30)이 고전압 상태, 즉 읽기 전압(Vread)의 레벨을 유지하면 단위 소자(R1, R2, R3 및 R4)가 저저항 상태로 프로그램되고, 제 2 배선(D20) 및 제 3 배선(D30)이 저전압 상태, 즉 접지 전압(0V)의 레벨을 유지하면 단위 소자(R1, R2, R3 및 R4)가 저저항 상태로 프로그램된 것으로 판단하게 된다.Of course, the program states of the plurality of unit elements R1, R2, R3, and R4 formed on the selected first wiring D12 may be read at a time. In this case, the read voltage V read is applied to the first wiring D12. The ground voltage (0V) is applied to all the second wirings D20 and the third wirings D30 connected to the unit device to be read. In addition, the unit devices R1, R2, R3, and R4 are sensed by sensing a voltage change of the second wiring D20 and the third wiring D30 according to the resistance state of the unit devices R1, R2, R3, and R4. Done. That is, when the second wiring D20 and the third wiring D30 maintain the high voltage state, that is, the level of the read voltage V read , the unit elements R1, R2, R3, and R4 are programmed to a low resistance state. When the second wiring D20 and the third wiring D30 maintain the low voltage state, that is, the level of the ground voltage 0V, it is determined that the unit elements R1, R2, R3, and R4 are programmed to the low resistance state. .

도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 변화 메모리의 소거 동작의 일 예를 설명하기 위한 등가 회로도이다.FIG. 5 is an equivalent circuit diagram illustrating an example of an erase operation of a resistance change memory according to a first exemplary embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 제 1 배선(D10)에 접지 전압(0V)를 인가하고, 제 2 배선 및 제 3 배선(D20 및 D30)에 소거 전압, 예를들어 Verase를 인가하여 모든 단위 소자들에 Verase의 전계를 인가하면 모든 단위 소자들에 기입된 데이터를 소거할 수 있다.Referring to FIG. 5, all unit elements are applied by applying a ground voltage (0V) to the first wiring D10 and an erase voltage, for example, V erase , to the second wiring and the third wiring D20 and D30. Applying an electric field of V erase to erases data written to all unit elements.

상기한 바와 같은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 변화 메모리 소자는 제 1 배선(100), 도전 패턴(200), 가변 저항층(300), 제 2 배선(400) 및 제 3 배선(500)이 적층되어 일 소자층이 형성되고, 이러한 소자층이 복수 적층되어 3차원 구조의 저항 변화 메모리 소자가 제조될 수 있다. 이때, 도전 패턴(200), 제 2 배선(400) 및 제 3 배선(500)은 더블 패터닝(double patterning) 및 사이드월 스페이서(sidewall spacer) 공정을 선택적으로 이용하여 1F 이하, 바람직하게는 0.1F의 폭으로 형성할 수 있는데, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 변화 메모리 소자의 제조 방법을 도면을 이용하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.As described above, the resistance change memory device according to the first exemplary embodiment may include a first wiring 100, a conductive pattern 200, a variable resistance layer 300, a second wiring 400, and a third wiring 500. ) May be stacked to form one device layer, and a plurality of such device layers may be stacked to manufacture a resistance change memory device having a three-dimensional structure. In this case, the conductive pattern 200, the second wiring 400, and the third wiring 500 may be selectively used in a manner of 1F or less, preferably 0.1F, using a double patterning process and a sidewall spacer process. It can be formed in a width of, the method of manufacturing a resistance change memory device according to a first embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 저항 변화 메모리 소자의 사시도로서, 복수의 소자층이 적층된 3차원 구조의 저항 변화 메모리 소자를 도시하였다. 또한, 또한, 도 7a 내지 도 7n은 도 6의 A-A' 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 공정 순서에 따른 단면도들이다.FIG. 6 is a perspective view of a resistance change memory device according to a first embodiment of the present invention, and illustrates a resistance change memory device having a three-dimensional structure in which a plurality of device layers are stacked. Also, FIGS. 7A to 7N are cross-sectional views of a process sequence of a state cut along the lines A-A 'and B-B' of FIG. 6.

도 6 및 도 7a를 참조하면, 소정의 구조가 형성된 기판(10)이 제공된다. 기 판(11)은 통상의 반도체 메모리 소자에 적용되는 모든 것이 가능하며, 본 발명에서는 특별히 한정하지 않으나, 예를들어 Si 기판, SiO2 기판, Si/SiO2의 다층 기판, 폴리실리콘 기판 등을 이용할 수 있다. 또한, 기판(10) 상에는 정류 소자(미도시)가 형성될 수 있다. 정류 소자는 다이오드 또는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 다이오드는 기판(10) 내에 불순물 이온 주입 공정으로 p 불순물 영역(미도시) 및 n 불순물 영역(미도시)을 형성하여 제조할 수 있다. 또한, 트랜지스터는 기판(10) 상부에 게이트 절연막(미도시) 및 게이트 전극(미도시)을 적층 형성하고, 게이트 전극 양측의 기판(10) 내에 불순물 이온 주입 공정으로 소오스/드레인 영역(미도시)을 형성함으로써 제조할 수 있다. 또한, 정류 소자를 덮도록 기판(10) 상에 절연막(미도시)이 더 형성될 수 있다. 이러한 기판(10) 상에 도전층(100a) 및 제 1 마스크막(20)을 형성한다. 도전층(100a)은 알루미늄(Al), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 티타늄 나이트라이드(TiN) 및 폴리실리콘의 적어도 어느 하나를 포함하는 도전층을 이용하여 형성할 수 있으며, 단일층 또는 복수의 층으로 형성할 수 있다. 또한, 제 1 마스크막(20)은 도전층(100a)과 식각률이 다르고, 이후 형성될 제 2 마스크막과 식각률이 다른 물질을 이용할 수 있는데, 예를들어 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 절연 물질을 이용할 수 있다. 또한, 형성하고자 하는 도전 패턴의 두께를 고려하여 제 1 마스크막(20)의 두께를 조절할 수 있다. 6 and 7A, a substrate 10 having a predetermined structure is provided. The substrate 11 can be applied to any conventional semiconductor memory device, and is not particularly limited in the present invention. For example, the substrate 11 may be a Si substrate, a SiO 2 substrate, a Si / SiO 2 multilayer substrate, a polysilicon substrate, or the like. It is available. In addition, a rectifying element (not shown) may be formed on the substrate 10. The rectifying element may comprise a diode or a transistor. The diode may be manufactured by forming p impurity regions (not shown) and n impurity regions (not shown) in the impurity ion implantation process in the substrate 10. The transistor is formed by stacking a gate insulating film (not shown) and a gate electrode (not shown) on the substrate 10, and source / drain regions (not shown) by an impurity ion implantation process in the substrate 10 on both sides of the gate electrode. It can manufacture by forming a. In addition, an insulating film (not shown) may be further formed on the substrate 10 to cover the rectifying device. The conductive layer 100a and the first mask film 20 are formed on the substrate 10. The conductive layer 100a may include a conductive layer including at least one of aluminum (Al), iridium (Ir), platinum (Pt), ruthenium (Ru), tungsten (W), titanium nitride (TiN), and polysilicon. It may be formed using a single layer or may be formed of a single layer or a plurality of layers. In addition, the first mask layer 20 may be formed of a material having a different etching rate from that of the conductive layer 100a and having a different etching rate from that of the second mask layer to be formed. For example, an insulating material such as a silicon oxide film or a silicon nitride film may be used. It is available. In addition, the thickness of the first mask layer 20 may be adjusted in consideration of the thickness of the conductive pattern to be formed.

도 6 및 도 7b를 참조하면, 제 1 마스크막(20) 상에 감광막(미도시)을 형성한 후 소정의 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 1 마스크막(20) 및 도전 층(100a)을 패터닝한다. 이에 따라 제 1 배선(100)이 형성되고, 그 상부에 제 1 마스크막(20)이 패터닝되어 잔류하게 된다. 여기서, 제 1 배선(100) 및 제 1 마스크막(20)은 일 방향, 예를 들어 가로 방향으로 연장 형성되며, 예를들어 1F의 폭 및 간격으로 복수 형성될 수 있다. 6 and 7B, after forming a photoresist film (not shown) on the first mask film 20, the first mask film 20 and the conductive layer 100a are formed by a photolithography and an etching process using a predetermined mask. Pattern. As a result, the first wiring 100 is formed, and the first mask film 20 is patterned and remains thereon. The first wiring 100 and the first mask film 20 may extend in one direction, for example, in a horizontal direction, and may be formed in a plurality of widths and intervals, for example, 1F.

도 6 및 도 7c를 참조하면, 패터닝된 제 1 마스크막(20)을 포함한 전체 상부에 도전층(미도시)을 형성한다. 도전층은 제 1 배선(100)과 동일 물질을 포함한 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 이어서, 도전층을 전면 식각(etchback)한다. 따라서, 도전층은 적층된 제 1 배선(100) 및 제 1 마스크막(20)의 측벽에 잔류하여 제 1 사이드월 스페이서(200a)가 형성된다. 이때, 제 1 사이드월 스페이서(200a)의 폭은 도전층의 두께, 제 1 배선(100) 및 제 1 마스크막(150)의 적층 높이에 따라 달라질 수 있는데, 특히 도전층의 두께를 조절하여 예를들어 0.3F, 바람직하게는 0.1F의 폭으로 형성되도록 한다. 이는 1F의 간격을 유지하는 제 1 배선(100) 사이에 형성된 제 1 사이드월 스페이서(200a)가 서로 단락되지 않도록 하기 위함이다.6 and 7C, a conductive layer (not shown) is formed over the entire surface including the patterned first mask layer 20. The conductive layer may be formed using a conductive material including the same material as the first wiring 100. The conductive layer is then etched back. Accordingly, the conductive layer remains on sidewalls of the stacked first wiring 100 and the first mask film 20 to form a first sidewall spacer 200a. In this case, the width of the first sidewall spacer 200a may vary depending on the thickness of the conductive layer, the stack height of the first wiring 100 and the first mask layer 150. For example, it is formed to a width of 0.3F, preferably 0.1F. This is to prevent the first sidewall spacers 200a formed between the first wires 100 maintaining the interval of 1F from being shorted to each other.

도 6 및 도 7d를 참조하면, 제 1 사이드월 스페이서(200a) 및 제 1 마스크막(20)을 포함한 전체 상부에 제 2 마스크막(30)을 형성한다. 제 2 마스크막(30)은 예를들어 제 1 마스크막(20)과 식각률이 차이나는 물질로 형성할 수 있다. 예를들어, 제 1 마스크막(20)이 실리콘 질화막으로 형성되면 제 2 마스크막(30)은 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 제 2 마스크막(30)은 실리콘 산화막 뿐만 아니라 식각이 용이한 다양한 물질로 형성될 수 있다. 이어서, 제 2 마스크 막(30) 상에 감광막(미도시)을 형성한 후 소정의 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 제 2 마스크막(30)을 패터닝한다. 이때, 제 2 마스크막(30)은 제 1 마스크막(20)과 직교하는 방향으로 잔류하며, 바람직하게는 제 1 마스크막(30)과 동일 폭 및 간격, 예를들어 1F의 폭 및 간격으로 패터닝된다. 6 and 7D, the second mask layer 30 is formed over the entire surface including the first sidewall spacer 200a and the first mask layer 20. For example, the second mask layer 30 may be formed of a material having an etching rate different from that of the first mask layer 20. For example, when the first mask film 20 is formed of a silicon nitride film, the second mask film 30 may be formed of a silicon oxide film. In addition, the second mask layer 30 may be formed of not only a silicon oxide layer but also various materials that are easily etched. Subsequently, after forming a photoresist film (not shown) on the second mask film 30, the second mask film 30 is patterned by a photolithography and an etching process using a predetermined mask. At this time, the second mask film 30 remains in a direction orthogonal to the first mask film 20, and preferably has the same width and spacing as the first mask film 30, for example, the width and spacing of 1F. Is patterned.

도 6 및 도 7e를 참조하면, 전체 상부에 절연층(미도시)을 형성한 후 전면 식각하여 제 2 마스크막(30) 측벽에 제 2 사이드월 스페이서(200b)를 형성한다. 여기서, 절연층은 제 2 마스크막(30)과 식각률이 다른 물질로 형성할 수 있다. 예를들어 절연층은 제 1 마스크막(20)과 마찬가지로 실리콘 질화막으로 형성할 수 있다. 6 and 7E, an insulating layer (not shown) is formed over the entire surface, and then the entire surface is etched to form second sidewall spacers 200b on sidewalls of the second mask layer 30. The insulating layer may be formed of a material having an etching rate different from that of the second mask layer 30. For example, the insulating layer may be formed of a silicon nitride film similarly to the first mask film 20.

도 6 및 도 7f를 참조하면, 제 2 사이드월 스페이서(200b)를 식각 마스크로 제 2 마스크막(30)을 식각하여 제거한다. 여기서, 제 2 사이드월 스페이서(200b) 및 제 1 마스크막(20)은 제 2 마스크막(30)과 식각 선택비가 다른 물질로 형성되기 때문에 제 2 마스크막(30)이 제거될 때 제 2 사이드월 스페이서(200b) 및 제 1 마스크막(20)은 식각에 의해 손상되지 않는다. 이어서, 제 2 마스크막(30)이 제거되어 노출된 제 1 사이드월 스페이서(200a)의 일부를 식각하여 기판(10)을 노출시킨다. 6 and 7F, the second mask layer 30 is etched and removed using the second sidewall spacer 200b as an etch mask. Here, since the second sidewall spacer 200b and the first mask layer 20 are formed of a material having an etch selectivity different from that of the second mask layer 30, the second sidewall spacer 200b is removed when the second mask layer 30 is removed. The wall spacer 200b and the first mask layer 20 are not damaged by etching. Subsequently, a portion of the first sidewall spacer 200a exposed by removing the second mask layer 30 is etched to expose the substrate 10.

도 6 및 도 7g를 참조하면, 제 2 사이드월 스페이서(200b) 및 제 1 마스크막(20)을 제거한다. 따라서 복수의 도전 패턴(200)이 완성된다. 도전 패턴(200)는 기판(10) 상으로부터 제 1 배선(100)의 측벽을 따라 형성되며, 예를들어 0.1F의 가로 및 세로 폭으로 형성되고, 적어도 0.1F 이상의 간격으로 복수 형성된다.6 and 7G, the second sidewall spacer 200b and the first mask layer 20 are removed. Thus, the plurality of conductive patterns 200 are completed. The conductive pattern 200 is formed along the sidewall of the first wiring 100 from the substrate 10, for example, has a horizontal and vertical width of 0.1F, and is formed in a plurality at intervals of at least 0.1F.

도 6 및 도 7h를 참조하면, 복수의 도전 패턴(200)을 포함한 전체 상부에 가변 저항층(300)을 형성한다. 가변 저항층(300)은 도전 패턴(200)의 두께보다 두껍게 형성한다. 이는 도전 패턴(200)과 그 상부의 제 2 배선(400) 또는 제 3 배선(500) 사이의 전압에 따라 가변 저항층(300)에 도전 경로가 형성되도록 하기 위함이다. 만약, 가변 저항층(300)이 도전 패턴(200)과 동일 높이로 형성되거나 도전 패턴(200)보다 낮은 두께로 형성되면, 도전 패턴(200)과 제 2 배선(400) 및 제 3 배선(500)이 단락(short)될 수 있어 소자의 동작 불량을 유발할 수 있다. 이러한 가변 저항층(300)은 금속 산화물, PCMO(Pr1 - XCaXMnO3, 0<X<1)막, 칼코게나이드(chalcogenide)막, 페로브스카이트(perovskite)막 또는 금속 도핑된 고체 전해질막을 포함하는 물질을 이용할 수 있다. 또한, 가변 저항층(300)은 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition; PLD), 증발법(Thermal Evaporation), 전자빔 증발법(Electron-beam Evaporation) 등과 같은 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition; PVD), 분자선 에피택시 증착법(Molecular Beam Epitaxy; MBE) 또는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD) 등의 다양한 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.6 and 7H, the variable resistance layer 300 is formed over the entire surface including the plurality of conductive patterns 200. The variable resistance layer 300 is formed thicker than the thickness of the conductive pattern 200. This is to allow a conductive path to be formed in the variable resistance layer 300 according to the voltage between the conductive pattern 200 and the second wiring 400 or the third wiring 500 thereon. If the variable resistance layer 300 is formed at the same height as the conductive pattern 200 or has a lower thickness than the conductive pattern 200, the conductive pattern 200, the second wiring 400, and the third wiring 500 are formed. ) May be shorted and cause a malfunction of the device. A film, a chalcogenide (chalcogenide) film, a perovskite (perovskite) film or a metal doping - such a variable resistance layer 300 is a metal oxide, PCMO (X Ca X MnO 3 , 0 <X <1 Pr 1) A material containing a solid electrolyte membrane can be used. In addition, the variable resistance layer 300 may include a physical vapor deposition (PVD), molecular beam such as pulsed laser deposition (PLD), thermal evaporation, and electron-beam evaporation. It can be formed using a variety of deposition methods, such as epitaxial deposition (Molecular Beam Epitaxy (MBE)) or chemical vapor deposition (CVD).

도 6 및 도 7i를 참조하면, 가변 저항층(300)을 포함한 전체 상부에 도전층(400a)을 형성한다. 도전층(400a)은 제 1 배선(100) 및 도전 패턴(200)과 동일 물질을 포함한 도전 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 이어서, 도전층(400a) 상에 감광막(40)을 형성한다.6 and 7I, the conductive layer 400a is formed over the entire surface including the variable resistance layer 300. The conductive layer 400a may be formed using a conductive material including the same material as the first wiring 100 and the conductive pattern 200. Next, the photosensitive film 40 is formed on the conductive layer 400a.

도 6 및 도 7j를 참조하면, 감광막(40)을 2회의 노광 및 현상 공정으로 패터닝한다. 즉, 감광막(40)은 예를들어 1F의 폭과 2F의 간격으로 1차 노광한 후 노광되지 않은 2F의 영역을 1F의 폭으로 2차 노광한다. 이렇게 하면 1F의 폭으로 노광된 영역과 0.5F의 폭으로 노광되지 않은 영역이 존재하게 된다. 마찬가지로, 예를들어 1F의 폭과 1.2F의 간격으로 1차 노광한 후 노광되지 않은 1.2F의 영역을 1F의 폭으로 2차 노광하면 1F의 폭으로 노광된 영역과 0.1F의 폭으로 노광되지 않은 영역이 존재하게 된다. 이러한 더블 패터닝(douple patterning) 방법으로 미세 폭의 감광막 패턴(40a)을 형성할 수 있다. 이어서, 소정의 현상액을 이용하여 1차 및 2차 노광된 영역을 현상한다. 따라서, 0.5F의 폭, 바람직하게는 0.1F의 폭을 갖는 감광막 패턴(40a)이 형성된다. 이때, 감광막 패턴(40a)은 제 1 배선(100)과 예각, 예를들어 45°의 각도를 이루면서 예를들어 좌측 상방으로부터 우측 하방으로 사선 방향으로 연장되도록 패터닝된다. 또한, 감광막 패턴(40a)은 복수의 도전 패턴(200)의 일부, 예를들어 배선(100)의 일 측면에 접하여 형성된 도전 패턴(200)을 지나도록 형성된다.6 and 7J, the photosensitive film 40 is patterned in two exposure and development processes. That is, the photosensitive film 40 first exposes the 2F unexposed area | region by the width | variety of 1F, for example after first exposure by the interval of 1F width | variety and 2F. In this way, there are regions exposed at a width of 1F and regions not exposed at a width of 0.5F. Similarly, for example, if a first exposure is performed at a width of 1F and a 1.2F interval, then an unexposed area of 1.2F is secondly exposed at a width of 1F, the area exposed at a width of 1F and a width of 0.1F are not exposed. There is an area that is not present. By such a double patterning method, the photoresist pattern 40a having a fine width may be formed. Subsequently, the first and second exposed regions are developed using a predetermined developer. Thus, a photosensitive film pattern 40a having a width of 0.5F, preferably 0.1F is formed. In this case, the photoresist pattern 40a is patterned to extend in an oblique direction from the upper left side to the lower right side, for example, at an angle of 45 ° with the first wiring 100. In addition, the photosensitive film pattern 40a is formed to pass through the conductive pattern 200 formed in contact with a portion of the plurality of conductive patterns 200, for example, one side of the wiring 100.

도 6 및 도 7k를 참조하면, 감광막 패턴(40a)를 식각 마스크로 이용한 식각 공정으로 도전층(400a)을 패터닝한다. 따라서, 도전 패턴(200)의 일부를 지나면서 제 1 배선(100)과 예각을 이루도록 사선 방향으로 형성된 제 2 배선(400)이 형성된다. 6 and 7K, the conductive layer 400a is patterned by an etching process using the photoresist pattern 40a as an etching mask. Therefore, a second wiring 400 formed in an oblique direction is formed to form an acute angle with the first wiring 100 while passing through a portion of the conductive pattern 200.

도 6 및 도 7l를 참조하면, 제 2 배선(400)을 포함한 전체 상부에 절연막(50)을 형성한다. 절연막(50)은 가변 저항층(300)과 식각 선택비가 큰 물질을 이 용하여 형성하는 것이 바람직한데, 예를들어 비정질 탄소막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 절연 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 이어서, 절연막(460)의 소정 영역을 식각하여 복수의 트렌치(60)을 형성한다. 복수의 트렌치(60)은 제 2 배선(400)과 직교하는 방향으로 연장되며, 제 2 배선(400)이 그 상부를 지나지 않는 도전 패턴(200) 상의 가변 저항층(300)이 노출되도록 형성한다. 이때, 트렌치(60)는 절연막(50) 상에 감광막(미도시)을 형성한 후 2회의 노광 및 현상 공정, 즉 더블 패터닝 공정으로 형성할 수 있다. 즉, 예를들어 1F의 폭과 1.2F의 간격으로 1차 노광한 후 노광되지 않은 1.2F의 영역을 1F의 폭으로 2차 노광하면 1F의 폭으로 노광된 영역과 0.1F의 폭으로 노광되지 않은 영역이 존재하게 된다. 이어서, 소정의 현상 공정으로 감광막의 노광된 영역을 제거하여 감광막 패턴을 형성하고, 감광막 패턴을 식각 마스크로 절연막(50)을 식각하여 복수의 트렌치(60)를 형성한다. 한편, 절연막(50)과 가변 저항층(300) 사이에 식각 정지막(미도시)을 더 형성하여 절연막(50) 식각 시 그 하부의 가변 저항층(300)이 식각에 의해 손상되지 않도록 할 수 있다. 이때, 식각 정지막은 절연막(50)과 식각 선택비가 큰 물질로 형성할 수 있는데, 예를들어 절연막(50)을 실리콘 산화막으로 형성하는 경우 식각 정지막은 실리콘 질화막으로 형성할 수 있다.6 and 7L, an insulating film 50 is formed over the entirety of the second wiring 400. The insulating film 50 is preferably formed using a variable resistance layer 300 and a material having a high etching selectivity. For example, the insulating film 50 may be formed using an insulating material such as an amorphous carbon film, a silicon oxide film, or a silicon nitride film. Next, a predetermined region of the insulating layer 460 is etched to form a plurality of trenches 60. The plurality of trenches 60 extend in a direction orthogonal to the second wiring 400 and are formed to expose the variable resistance layer 300 on the conductive pattern 200 in which the second wiring 400 does not pass thereon. . In this case, the trench 60 may be formed by two exposure and development processes, that is, a double patterning process, after forming a photoresist film (not shown) on the insulating film 50. That is, for example, if the first exposure at the interval of 1F width and 1.2F is followed by the second exposure of the unexposed area of 1.2F to the width of 1F, the area exposed to the width of 1F and the width of 0.1F are not exposed. There is an area that is not present. Subsequently, the exposed region of the photoresist film is removed to form a photoresist pattern, and the insulating film 50 is etched using the photoresist pattern as an etch mask to form a plurality of trenches 60. Meanwhile, an etch stop layer (not shown) may be further formed between the insulating layer 50 and the variable resistance layer 300 to prevent the lower portion of the variable resistance layer 300 from being damaged by etching when the insulating layer 50 is etched. have. In this case, the etch stop layer may be formed of a material having a large etching selectivity with the insulating layer 50. For example, when the insulating layer 50 is formed of a silicon oxide layer, the etch stop layer may be formed of a silicon nitride layer.

도 6 및 도 7m을 참조하면, 절연막(50) 상부에 복수의 트렌치(60)을 매립하도록 도전층(미도시)을 형성한다. 도전층 상부에 감광막(미도시)을 형성한 후 복수의 트렌치(60)를 형성하기 위한 공정과 동일한 더블 패터닝 공정으로 감광막을 패터닝한다. 이에 따라 제 2 배선(400)과 직교하는 방향으로 연장 형성된 복수의 제 3 배선(500)이 형성된다. 즉, 제 3 배선(500)은 제 1 배선(100)과 예를들어 45°의 예각을 이루면서 우측 상방으로부터 좌측 하방으로 연장되도록 형성된다. 또한, 제 3 배선(500)은 트렌치(60) 내부에 매립된 부분을 고려하여 제 2 배선(400)과 저항이 동일하도록 형성한다. 이는 제 2 배선(400)과 제 3 배선(500)의 저항을 동일하게 하여 신호 전송 속도를 동일하게 유지하기 위함이다.6 and 7M, a conductive layer (not shown) is formed to fill the plurality of trenches 60 on the insulating film 50. After the photoresist layer (not shown) is formed on the conductive layer, the photoresist layer is patterned by the same double patterning process as the process for forming the plurality of trenches 60. As a result, a plurality of third wires 500 extending in a direction orthogonal to the second wires 400 are formed. That is, the third wiring 500 is formed to extend from the upper right side to the lower left side at an acute angle of, for example, 45 ° with the first wiring 100. In addition, the third wiring 500 may be formed to have the same resistance as the second wiring 400 in consideration of a portion embedded in the trench 60. This is to maintain the same signal transmission speed by making the resistances of the second wire 400 and the third wire 500 the same.

이렇게 가로 방향으로 연장 형성된 복수의 제 1 배선(100)과, 제 1 배선(100)의 측면으로부터 형성된 복수의 도전 패턴(200)과, 도전 패턴(200) 상에 형성된 가변 저항층(300)과, 가변 저항층(300) 상에 형성되어 도전 패턴(200)의 일부를 지나도록 제 1 배선(100)과 예각을 이루도록 연장 형성된 제 2 배선(400)과, 제 2 배선(400)과 절연막(50)을 사이에 두고 절연되어 제 2 배선(400)과 직교하는 방향으로 연장 형성된 제 3 배선(500)으로 일 층의 소자층(1000)을 형성할 수 있다.Thus, the plurality of first wirings 100 extending in the horizontal direction, the plurality of conductive patterns 200 formed from the side surfaces of the first wirings 100, the variable resistance layer 300 formed on the conductive pattern 200, and The second wiring 400 is formed on the variable resistance layer 300 and extends to form an acute angle with the first wiring 100 so as to pass through a portion of the conductive pattern 200. The second wiring 400 and the insulating film ( A single layer device layer 1000 may be formed of the third wiring 500 that is insulated with the 50 interposed therebetween and formed to extend in a direction orthogonal to the second wiring 400.

도 6 및 도 7n을 참조하면, 소자층(1000) 상부에 층간 절연막(600)을 형성하고, 층간 절연막(600) 상에 제 1 배선(100), 도전 패턴(200), 가변 저항층(300), 제 2 배선(400) 및 제 3 배선(500)을 적층 형성하여 복수의 소자층(2000 및 3000)을 형성한다. 이렇게 적층하여 복수의 소자층(1000, 2000 및 3000)이 적층된 가변 저항 메모리 소자가 제조된다.6 and 7N, an interlayer insulating film 600 is formed on the device layer 1000, and the first wiring 100, the conductive pattern 200, and the variable resistance layer 300 are formed on the interlayer insulating film 600. ), The second wiring 400 and the third wiring 500 are stacked to form a plurality of device layers 2000 and 3000. In this way, a variable resistance memory device in which a plurality of device layers 1000, 2000, and 3000 are stacked is manufactured.

상기한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시 예는 사이드월 스페이서를 이용하여 복수의 도전 패턴(200)을 형성하고, 더블 패터닝을 이용하여 제 2 배선(400) 및 제 3 배선(500)을 형성하여 이들이 적층된 3차원 구조의 가변 저항 소자를 제조하였 다. 그러나, 사이드월 스페이서 및 더블 패터닝을 이용하여 본 발명의 제 1 실시 예의 구조 뿐만 아니라 소자의 사이즈를 줄일 수 있는 다양한 구조의 가변 저항 메모리 소자를 제조할 수 있다.As described above, in the first embodiment of the present invention, the plurality of conductive patterns 200 are formed using sidewall spacers, and the second wiring 400 and the third wiring 500 are formed using double patterning. A variable resistance element having a three-dimensional structure in which these were stacked was manufactured. However, by using sidewall spacers and double patterning, not only the structure of the first embodiment of the present invention but also a variable resistance memory device having various structures capable of reducing the size of the device can be manufactured.

이하, 사이드월 스페이서 및 더블 패터닝을 이용하여 배선의 사이즈를 줄일 수 있는 본 발명의 다른 실시 예들에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, other embodiments of the present invention that can reduce the size of the wiring by using sidewall spacers and double patterning will be described.

도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 평면도이고, 도 9는 도 8의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도이다. 여기서는 일 소자층의 평면도 및 단면도만을 도시하였으나, 일 소자층이 복수 적층되어 가변 저항 메모리 소자가 구성될 수 있다.FIG. 8 is a plan view of a variable resistance memory device according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'and line B-B' of FIG. 8. Here, only a plan view and a cross-sectional view of one device layer are illustrated, but a plurality of device layers may be stacked to form a variable resistance memory device.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자는 일 방향으로 연장 형성된 복수의 제 1 배선(100)과, 제 1 배선(100) 상의 소정 영역에 형성된 복수의 도전 패턴(200)과, 복수의 도전 패턴(200) 사이에 형성되며 복수의 도전 패턴(200)이 일부 노출되도록 형성된 절연층(250)과, 절연층(450) 및 복수의 도전 패턴(200) 상에 형성된 가변 저항층(300)과, 제 1 배선(100)과 직교하는 방향으로 형성되며 복수의 도전 패턴(200) 상을 지나도록 형성된 복수의 제 2 배선(400)을 포함한다. 여기서, 제 1 배선(100) 및 제 2 배선(400)은 더블 패터닝을 이용하여 1F 이하의 폭, 예를들어 0.5F의 폭으로 형성하고, 도전 패턴(200)은 사이드월 스페이서를 이용하여 형성할 수 있다.8 and 9, the variable resistance memory device according to the second exemplary embodiment may include a plurality of first wires 100 extending in one direction and a plurality of first wires 100 formed in a predetermined region on the first wire 100. Of the conductive pattern 200, the insulating layer 250 formed between the plurality of conductive patterns 200, and the plurality of conductive patterns 200 are partially exposed, the insulating layer 450, and the plurality of conductive patterns 200. ) And a plurality of second wirings 400 formed in a direction orthogonal to the first wiring 100 and passing through the plurality of conductive patterns 200. Here, the first wiring 100 and the second wiring 400 are formed to have a width of 1F or less, for example, 0.5F, by using double patterning, and the conductive pattern 200 is formed by using sidewall spacers. can do.

이러한 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the variable resistance memory device according to the second exemplary embodiment of the present invention will be described below.

도 10a 내지 도 10i는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도로서, 도 9의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 절취한 상태의 공정 순으로 도시한 소자의 단면도이다.10A to 10I are cross-sectional views of devices sequentially illustrating a method of manufacturing a variable resistance memory device according to a second exemplary embodiment of the present invention, and are taken along lines AA ′ and BB ′ of FIG. 9. It is sectional drawing of the element shown in the order of process.

도 10a를 참조하면, 소정의 구조가 형성된 기판(10) 상에 제 1 도전층(100a)을 형성한다. 기판(10)은 Si 기판, SiO2 기판, Si/SiO2의 다층 기판, 폴리실리콘 기판 등을 이용할 수 있다. 또한, 기판(10) 상에는 다이오드 또는 트랜지스터 등의 정류 소자(미도시)가 형성될 수 있고, 정류 소자를 덮도록 기판(10) 상에 절연막(미도시)이 더 형성될 수 있다. 정류 소자는 다이오드 또는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 그리고, 제 1 도전층(100a)은 예를들어 알루미늄(Al), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 티타늄 나이트라이드(TiN) 및 폴리실리콘의 적어도 어느 하나의 도전 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 단일층 또는 복수의 층으로 형성할 수 있다. 이어서, 제 1 도전층(100a) 상에 제 1 감광막(40)을 형성한다.Referring to FIG. 10A, a first conductive layer 100a is formed on a substrate 10 on which a predetermined structure is formed. The substrate 10 may be a Si substrate, a SiO 2 substrate, a multilayer substrate of Si / SiO 2 , a polysilicon substrate, or the like. In addition, a rectifying device (not shown) such as a diode or a transistor may be formed on the substrate 10, and an insulating film (not shown) may be further formed on the substrate 10 to cover the rectifying device. The rectifying element may comprise a diode or a transistor. The first conductive layer 100a may be formed of at least one of, for example, aluminum (Al), iridium (Ir), platinum (Pt), ruthenium (Ru), tungsten (W), titanium nitride (TiN), and polysilicon. It may be formed using one conductive material and may be formed of a single layer or a plurality of layers. Subsequently, a first photosensitive film 40 is formed on the first conductive layer 100a.

도 10b를 참조하면, 제 1 감광막(40)을 2회의 노광 및 현상 공정, 즉 더블 패터닝 공정으로 패터닝한다. 여기서, 제 1 감광막(40)은 예를들어 1F의 폭과 2F의 간격으로 1차 노광한 후 노광되지 않은 2F 영역을 1F의 폭으로 2차 노광한다. 이렇게 하면 1F의 폭으로 노광된 영역과 0.5F의 폭으로 노광되지 않은 영역이 존재하게 된다. 이어서, 소정의 현상액을 이용하여 1차 및 2차 노광된 영역을 현상한다. 따 라서, 0.5F의 폭을 갖는 제 1 감광막 패턴(40a)이 형성된다. 이때, 제 1 감광막 패턴(40a)은 일 방향, 예를들어 가로 방향으로 연장된 형태로 패터닝되며, 제 1 감광막 패턴(40a) 사이는 1F의 폭을 유지하게 된다.Referring to FIG. 10B, the first photosensitive film 40 is patterned by two exposure and development processes, that is, a double patterning process. Here, the first photosensitive film 40 is first exposed at, for example, a width of 1F and an interval of 2F, and then secondly exposed unexposed 2F regions at a width of 1F. In this way, there are regions exposed at a width of 1F and regions not exposed at a width of 0.5F. Subsequently, the first and second exposed regions are developed using a predetermined developer. Thus, the first photosensitive film pattern 40a having a width of 0.5F is formed. In this case, the first photoresist pattern 40a is patterned in a shape extending in one direction, for example, a horizontal direction, and maintains a width of 1F between the first photoresist pattern 40a.

도 10c를 참조하면, 제 1 감광막 패턴(40a)을 식각 마스크로 이용하여 하부의 제 1 도전층(100a)을 식각한다. 따라서, 0.5F의 폭을 가지고 1F의 간격으로 이격된 복수의 제 1 배선(100)이 형성된다. 제 1 감광막 패턴(40a)을 제거한 후 복수의 제 1 배선(100)이 형성된 기판(10) 상부에 제 1 마스크막(20)을 형성한다. 제 1 마스크막(20)은 제 1 배선(100)과 식각률이 다른 물질을 이용할 수 있는데, 예를들어 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 절연 물질을 이용할 수 있다. 또한, 제 1 마스크막(20)은 형성하고자 하는 도전 패턴의 두께를 고려하여 두께를 조절할 수 있다. 이어서, 사진 및 식각 공정으로 제 1 마스크막(20)을 패터닝한다. 이때, 제 1 마스크막(20)은 제 1 배선(100)과 직교하는 방향, 즉 세로 방향으로 연장 형성되며, 예를들어 1F의 폭 및 간격을 유지하도록 패터닝된다. Referring to FIG. 10C, the lower first conductive layer 100a is etched using the first photoresist pattern 40a as an etch mask. Thus, a plurality of first wirings 100 having a width of 0.5F and spaced at intervals of 1F are formed. After removing the first photoresist pattern 40a, the first mask layer 20 is formed on the substrate 10 on which the plurality of first interconnections 100 are formed. The first mask layer 20 may be formed of a material having a different etching rate from that of the first wiring 100. For example, an insulating material such as a silicon oxide film or a silicon nitride film may be used. In addition, the thickness of the first mask layer 20 may be adjusted in consideration of the thickness of the conductive pattern to be formed. Subsequently, the first mask film 20 is patterned by a photolithography and an etching process. In this case, the first mask film 20 extends in a direction perpendicular to the first wiring 100, that is, in a vertical direction, and is patterned to maintain, for example, a width and a spacing of 1F.

도 10d를 참조하면, 패터닝된 제 1 마스크막(20)을 포함한 전체 상부에 도전층(미도시)을 형성한다. 도전층은 제 1 배선(100)과 동일 물질을 포함한 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 이어서, 도전층을 전면 식각(etchback)한다. 따라서, 도전층은 제 1 마스크막(20)의 측벽에 잔류하여 제 1 사이드월 스페이서(200a)가 형성된다. 이때, 제 1 사이드월 스페이서(200a)의 폭은 도전층의 두께, 제 1 배선(100)과 제 1 마스크막(20)의 적층 높이 등에 따라 달라질 수 있는데, 예를들어 0.3F, 바람직하게는 0.1F의 폭으로 잔류하게 된다.Referring to FIG. 10D, a conductive layer (not shown) is formed over the entire surface including the patterned first mask layer 20. The conductive layer may be formed using a conductive material including the same material as the first wiring 100. The conductive layer is then etched back. Therefore, the conductive layer remains on the sidewall of the first mask film 20 to form the first sidewall spacer 200a. In this case, the width of the first sidewall spacer 200a may vary depending on the thickness of the conductive layer, the stacking height of the first wiring 100 and the first mask layer 20, and the like, for example, 0.3F. It will remain in the width of 0.1F.

도 10e를 참조하면, 제 1 마스크막(20)을 제거한 후 제 1 배선(100) 상에 제 2 감광막 패턴(45)을 형성한다. 즉, 전체 상부에 제 2 감광막(미도시)을 형성한 후 제 1 배선(100) 형성 시 이용된 더블 패터닝 공정을 이용하여 제 2 감광막을 패터닝한다. 따라서, 제 2 감광막 패턴(45)은 제 1 배선(100)과 동일 형상으로 제 1 배선(100) 상에 형성된다. 이어서, 제 2 감광막 패턴(45)을 식각 마스크로 노출된 제 1 사이드월 스페이서(200a)을 식각한다. 즉, 기판(10) 상에 잔류하는 사이드월 스페이거(200a)를 제거한다.Referring to FIG. 10E, after removing the first mask layer 20, the second photoresist layer pattern 45 is formed on the first wiring 100. That is, after forming the second photoresist film (not shown) on the entire upper portion, the second photoresist film is patterned by using the double patterning process used when forming the first wiring 100. Therefore, the second photosensitive film pattern 45 is formed on the first wiring 100 in the same shape as the first wiring 100. Subsequently, the first sidewall spacers 200a exposing the second photoresist pattern 45 as an etching mask are etched. In other words, the sidewall spacer 200a remaining on the substrate 10 is removed.

도 10f를 참조하면, 제 2 감광막 패턴(250)을 제거한 후 제 1 마스크막(20)을 제거한다. 이에 따라 제 1 배선(100) 상에 소정 간격, 예를들어 1F의 간격을 유지하고, 0.3F 이하의 폭을 갖는 도전 패턴(200)이 형성된다.Referring to FIG. 10F, after removing the second photoresist pattern 250, the first mask layer 20 is removed. As a result, a conductive pattern 200 having a width of 0.3 F or less while maintaining a predetermined interval, for example, 1 F, is formed on the first wiring 100.

도 10g 참조하면, 도전 패턴(200) 사이의 영역, 즉 도전 패턴(200) 사이의 기판(10) 및 제 1 배선(100) 상에 절연층(450)을 형성한다. 이때, 절연층(450)은 도전 패턴(200)의 상부 일부가 노출되도록 형성하며, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 절연 물질을 이용할 수 있다. 이어서, 전체 상부에 가변 저항층(300)을 형성한다. 가변 저항층(300)은 금속 산화물, PCMO(Pr1 - XCaXMnO3, 0<X<1)막, 칼코게나이드(chalcogenide)막, 페로브스카이트(perovskite)막 또는 금속 도핑된 고체 전해질막을 포함할 수 있다. 또한, 가변 저항층(300)은 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition; PLD), 증발법(Thermal Evaporation), 전자빔 증발법(Electron-beam Evaporation) 등과 같은 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition; PVD), 분자선 에피택시 증착법(Molecular Beam Epitaxy; MBE) 또는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 이용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10G, an insulating layer 450 is formed on a region between the conductive patterns 200, that is, the substrate 10 and the first wiring 100 between the conductive patterns 200. In this case, the insulating layer 450 may be formed to expose a portion of the upper portion of the conductive pattern 200, and an insulating material such as a silicon oxide film or a silicon nitride film may be used. Subsequently, the variable resistance layer 300 is formed on the whole. Resistance variable layer 300 is a metal oxide, PCMO (Pr 1 - X Ca X MnO 3, 0 <X <1) film, a chalcogenide (chalcogenide) film, a perovskite (perovskite) film or a metal-doped solid It may include an electrolyte membrane. In addition, the variable resistance layer 300 may include a physical vapor deposition (PVD), molecular beam such as pulsed laser deposition (PLD), thermal evaporation, and electron-beam evaporation. It may be formed using a epitaxy deposition method (Molecular Beam Epitaxy; MBE) or chemical vapor deposition (CVD).

도 10h를 참조하면, 전체 상부에 제 2 마스크막(25)을 형성한다. 이어서, 제 2 마스크막(25)을 더블 패터닝을 이용하여 제 1 마스크막(20)이 패터닝된 형상과 동일 형상으로 패터닝한다. 즉, 더블 패터닝을 이용하여 제 1 배선(100)과 직교하는 방향으로 연장되며, 도전 패턴(200)이 형성된 부분이 노출되도록 패터닝된다. 이때, 제 2 마스크막(25) 사이의 간격은 도전 패턴(200)의 폭보다 넓게 패터닝될 수 있으며, 바람직하게는 제 1 배선(100)의 폭과 동일하게, 예를들어 0.5F의 폭으로 패터닝될 수 있다. 따라서, 제 2 마스크막(25)은 제 1 배선(100)과 직교하는 방향으로 연장되며, 하부의 도전 패턴(200)이 노출되는 형상으로 형성된다. 제 2 마스크막(25)을 포함한 전체 상부에 제 2 도전층(미도시)을 형성한다. 이어서, 제 2 도전층을 전면 식각하여 제 2 마스크막의 측벽에 제 2 사이드월 스페이서(400a)를 형성한다. Referring to FIG. 10H, the second mask layer 25 is formed over the entire surface. Subsequently, the second mask film 25 is patterned into the same shape as the shape of the patterned first mask film 20 by double patterning. That is, it extends in a direction orthogonal to the first wiring 100 using double patterning, and is patterned so that a portion where the conductive pattern 200 is formed is exposed. At this time, the interval between the second mask layer 25 may be patterned wider than the width of the conductive pattern 200, preferably equal to the width of the first wiring 100, for example, to a width of 0.5F Can be patterned. Therefore, the second mask layer 25 extends in the direction orthogonal to the first wiring 100 and is formed in a shape in which the lower conductive pattern 200 is exposed. A second conductive layer (not shown) is formed over the entire surface including the second mask layer 25. Subsequently, the second conductive layer is entirely etched to form second sidewall spacers 400a on sidewalls of the second mask layer.

10i를 참조하면, 제 2 마스크막(25)을 제거하면 하부 도전 패턴(200)과 중첩되어 제 1 배선(100)과 직교하는 방향으로 연장되는 복수의 제 2 배선(400)을 형성할 수 있다. 이렇게 하나의 소자층을 형성한 후 층간 절연막(600)을 형성하고, 복수의 소자층을 적층하여 3차원 구조의 가변 저항 메모리 소자를 제조할 수 있다.Referring to 10i, when the second mask layer 25 is removed, a plurality of second wires 400 may be formed to overlap the lower conductive pattern 200 and extend in a direction orthogonal to the first wires 100. . After forming one device layer as described above, an interlayer insulating film 600 may be formed, and a plurality of device layers may be stacked to manufacture a variable resistance memory device having a three-dimensional structure.

도 11은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 평면도이고, 도 12는 도 11의 A-A' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도로서, 복수의 소자층 이 적층된 가변 저항 메모리 소자의 일 소자층의 평면도 및 단면도이다.FIG. 11 is a plan view of a variable resistance memory device according to a third exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a cross-sectional view of the variable resistance memory device taken along line AA ′ of FIG. 11. It is a top view and sectional drawing of one element layer.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자는 일 방향으로 연장 형성된 복수의 제 1 배선(100)과, 제 1 배선(100) 사에 형성된 복수의 도전 패턴(200)과, 도전 패턴을 포함한 전체 상부에 형성된 절연층(250)과, 절연층(250)의 소정 영역에 형성되어 도전 패턴(200)을 노출시키는 콘택홀(260)과, 콘택홀(260) 내의 도전 패턴(200) 상에 형성된 가변 저항층(300)과, 콘택홀(260)을 매립하도록 형성되며 제 1 배선(100)과 직교하는 방향으로 형성된 복수의 제 2 배선(400)을 포함한다. 또한, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자는 제 1 배선(100) 및 제 2 배선(400)을 더블 패터닝을 이용하여 1F 이하의 폭, 바람직하게는 0.5F의 폭으로 형성할 수 있다.11 and 12, the variable resistance memory device according to the third exemplary embodiment may include a plurality of first wires 100 extending in one direction and a plurality of conductive wires formed in the first wire 100. A pattern 200, an insulating layer 250 formed over the entire surface including the conductive pattern, a contact hole 260 formed in a predetermined region of the insulating layer 250 to expose the conductive pattern 200, and a contact hole ( The variable resistance layer 300 formed on the conductive pattern 200 in the 260 and the plurality of second wirings 400 formed to fill the contact hole 260 and orthogonal to the first wiring 100 may be formed. Include. In addition, in the variable resistance memory device according to the second exemplary embodiment, the first wiring 100 and the second wiring 400 may be formed to have a width of 1F or less, preferably 0.5F, by using double patterning. Can be.

이러한 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the variable resistance memory device according to the third exemplary embodiment of the present invention will be described below.

도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도이다.13A to 13D are cross-sectional views of devices sequentially illustrated to explain a method of manufacturing a variable resistance memory device according to a third embodiment of the present invention.

도 13a를 참조하면, 소정의 구조가 형성된 기판(10) 상에 더블 패터닝을 이용하여 일 방향으로 연장 형성된 복수의 제 1 배선(100)을 형성한다. 즉, 기판(10) 상에 도전층(미도시) 및 감광막(미도시)을 형성하고 감광막을 2회의 노광 및 현상 공정으로 패터닝한 후 패터닝된 감광막을 식각 마스크로 도전층을 식각하여 제 1 배선(100)을 형성한다. 여기서, 감광막은 예를들어 1F의 폭과 2F의 간격으로 1차 노광한 후 노광되지 않은 2F 영역을 1F의 폭으로 2차 노광하여 1F의 폭으로 노광된 영역과 0.5F의 폭으로 노광되지 않은 영역이 존재하도록 한 후 소정의 현상액을 이용하여 1차 및 2차 노광된 영역을 현상함으로써 0.5F의 폭을 갖도록 패터닝된다. 따라서, 제 1 배선(100)은 예를들어 0.5F의 폭을 가지고 1F의 간격으로 이격되어 형성된다.Referring to FIG. 13A, a plurality of first wires 100 extending in one direction are formed on the substrate 10 having a predetermined structure by using double patterning. That is, a conductive layer (not shown) and a photoresist film (not shown) are formed on the substrate 10, the photoresist is patterned by two exposure and development processes, and then the conductive layer is etched using the patterned photoresist as an etch mask to form a first wiring. Form 100. Here, the photoresist film is first exposed at an interval of 1F width and 2F, and then secondly exposed unexposed 2F area at a width of 1F, and thus is not exposed at a width of 1F and a width of 0.5F. After allowing the region to exist, it is patterned to have a width of 0.5 F by developing the first and second exposed regions using a predetermined developer. Thus, for example, the first wiring 100 has a width of 0.5F and is spaced apart at intervals of 1F.

도 13b는 제 1 배선(100) 상에 복수의 도전 패턴(200)을 형성한다. 도전 패턴(200)은 사이드월 스페이서를 이용하여 형성할 수 있는데, 이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 제 1 배선(100)을 포함한 기판(10) 상에 제 1 배선(100)과 직교하는 방향으로 복수의 제 1 마스크막(미도시)을 형성하고 전체 상부에 도전층(미도시)을 형성한 후 도전층을 전면 식각하여 제 1 마스크막 측벽에 사이드월 스페이서(미도시)를 형성한다. 이어서, 제 1 배선(100)과 동일한 형상으로 제 1 배선(100) 상에 제 2 마스크막(미도시)을 형성하고 제 2 마스크막에 의해 노출된 사이드월 스페이서를 식각한다. 이어서, 제 1 및 제 2 마스크막을 제거하면 제 1 배선(100) 상에 복수의 도전 패턴(200)이 형성된다.FIG. 13B forms a plurality of conductive patterns 200 on the first wiring 100. The conductive pattern 200 may be formed using sidewall spacers, which will be described in more detail as follows. A plurality of first mask films (not shown) are formed on the substrate 10 including the first wiring 100 in a direction orthogonal to the first wiring 100, and conductive layers (not shown) are formed over the entirety. Afterwards, the conductive layer is etched entirely to form sidewall spacers (not shown) on the sidewalls of the first mask layer. Subsequently, a second mask film (not shown) is formed on the first wiring 100 in the same shape as the first wiring 100 and the sidewall spacers exposed by the second mask film are etched. Subsequently, when the first and second mask layers are removed, a plurality of conductive patterns 200 are formed on the first wiring 100.

도 13c를 참조하면, 전체 상부에 절연층(250)을 형성한 후 절연층(250)의 소정 영역을 식각하여 도전 패턴(200)을 노출시키는 제 1 콘택홀(260a)을 형성한다. 여기서, 제 1 콘택홀(260a)은 도전 패턴(200)의 폭보다 넓은 직경으로 형성된다. 이는 도전 패턴(200)이 사이드월 스페이서를 이용하여 형성되기 때문에 1F보다 작은 폭, 예를들어 0.3F 이하의 폭으로 형성되고, 제 1 콘택홀(260a)은 사진 공정의 한계로 인하여 예를들어 1F의 직경으로 형성되기 때문이다. 따라서, 인접한 제 1 콘택홀(260a)은 일부 중첩되어 형성될 수도 있다.Referring to FIG. 13C, after forming the insulating layer 250 over the entire surface, a first contact hole 260a is formed to expose the conductive pattern 200 by etching a predetermined region of the insulating layer 250. Here, the first contact hole 260a is formed to have a diameter larger than the width of the conductive pattern 200. This is because the conductive pattern 200 is formed by using the sidewall spacer, the width is smaller than 1F, for example less than 0.3F, the first contact hole 260a is due to the limitation of the photo process, for example This is because it is formed with a diameter of 1F. Therefore, the adjacent first contact holes 260a may be partially overlapped with each other.

도 13d를 참조하면, 제 1 콘택홀(260a)을 포함한 전체 상부에 제 1 콘택홀(260a)이 완전히 매립되지 않도록 소정 두께의 제 2 절연층(미도시)을 형성한다. 이어서, 제 2 절연층을 전면 식각하여 제 1 콘택홀(260a) 측벽에 사이드월(260b)을 형성한다. 따라서, 제 1 콘택홀(260a) 내에 사이드월(260b)이 형성되어 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 콘택홀(260)이 형성된다. 또한, 인접한 콘택홀(260)이 접촉되지 않게 된다.Referring to FIG. 13D, a second insulating layer (not shown) having a predetermined thickness is formed on the entire upper portion including the first contact hole 260a such that the first contact hole 260a is not completely filled. Subsequently, the entire surface of the second insulating layer is etched to form sidewalls 260b on the sidewalls of the first contact holes 260a. Accordingly, a side wall 260b is formed in the first contact hole 260a to form a contact hole 260 that becomes narrower downward. In addition, adjacent contact holes 260 are not in contact.

도 13e를 참조하면, 콘택홀(260) 내에 가변 저항층(300)을 형성한 후 콘택홀(260)을 매립하도록 도전층을 형성하고 도전층을 패터닝하여 제 1 배선(100)과 직교하는 방향으로 연장되는 제 2 배선(400)을 형성한다. 여기서, 제 2 배선(400) 또한 더블 패터닝을 이용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 13E, after the variable resistance layer 300 is formed in the contact hole 260, a conductive layer is formed to fill the contact hole 260, and the conductive layer is patterned to be perpendicular to the first wiring 100. A second wiring 400 extending to the trench is formed. Here, the second wiring 400 may also be formed using double patterning.

상기한 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 저항 메모리 소자의 제조 방법은 도전 패턴(200)보다 큰 직경의 제 1 콘택홀(260a)이 형성되어 인접한 제 1 콘택홀(260a)이 중첩될 수 있으나, 제 1 콘택홀(260a) 내에 사이드월(260b)이 형성되어 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 콘택홀(260)이 형성되기 때문에 인접한 콘택홀(260)이 단락되지 않게 된다.In the method of manufacturing the resistive memory device according to the third exemplary embodiment, the first contact hole 260a having a larger diameter than the conductive pattern 200 may be formed to overlap the adjacent first contact hole 260a. Since the sidewall 260b is formed in the first contact hole 260a to form a contact hole 260 that becomes narrower toward the bottom, the adjacent contact hole 260 is not shorted.

한편, 상기한 본 발명의 실시 예들의 특징을 일부를 각각 이용하여 본 발명의 다른 실시 예들을 구현할 수 있다. 예를들어 본 발명의 제 1 실시 예에서 제 1 배선(100)을 더블 패터닝을 이용하여 0.5F 이하의 폭을 갖도록 형성할 수도 있고, 제 1 실시 예에서 도전 패턴(200)을 포함한 전체 상부에 가변 저항층(300)을 형성하기 이전에 본 발명의 제 2 실시 예와 같이 도전 패턴(200)의 일부를 노출시키도록 절연층을 형성한 후 그 상부에 가변 저항층을 형성할 수도 있다. 또한, 제 1 실시 예에서 트렌치(60)를 형성하지 않고 제 3 실시 예의 콘택홀 형성 방법, 즉 콘택홀을 형성한 후 콘택홀 측벽에 사이드월을 형성하여 콘택홀의 사이즈를 줄이는 방법을 이용할 수도 있다.Meanwhile, other embodiments of the present invention can be implemented using some of the features of the above-described embodiments of the present invention. For example, in the first embodiment of the present invention, the first wiring 100 may be formed to have a width of 0.5F or less by using double patterning. In the first embodiment, the first wiring 100 may be formed to have a width of 0.5F or less. Before the variable resistance layer 300 is formed, an insulating layer may be formed to expose a portion of the conductive pattern 200 as in the second embodiment of the present invention, and then a variable resistance layer may be formed thereon. In addition, in the first embodiment, the contact hole forming method of the third embodiment without forming the trench 60, that is, forming a contact hole and then forming a sidewall on the sidewalls of the contact hole may reduce the size of the contact hole. .

도 14는 본 발명의 실시 예들에 따른 저항 변화 메모리 소자를 데이터 저장 매체로(data storage media) 이용하는 전자 제품(electronic product)의 개략적인 블럭도이다.FIG. 14 is a schematic block diagram of an electronic product using a resistance change memory device as a data storage medium according to embodiments of the present disclosure.

도 14를 참조하면, 전자 제품(700)은 데이터 저장 매체인 적어도 하나의 저항 변화 메모리 소자(710), 저항 변화 메모리 소자(710)에 접속된 프로세서(720) 및 프로세서(720)에 접속된 입/출력 장치(730)를 포함한다. 여기서, 저항 변화 메모리 소자(710)는 상술한 본 발명의 실시 예들에 따른 저항 변화 메모리 소자들 중 어느 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 14, the electronic product 700 includes at least one resistance change memory device 710, a data storage medium, a processor 720 connected to the resistance change memory device 710, and an input connected to the processor 720. / Output device 730. Here, the resistance change memory device 710 may include any one of the resistance change memory devices according to the embodiments of the present invention described above.

프로세서(720)은 저항 변화 메모리 소자(710)를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 전자 제품(700)은 입/출력 장치(730)를 통해 다른 전자 제품과 데이터를 교환할 수 있다. 프로세서(720) 및 저항 변화 메모리 소자(710) 사이의 데이터 통신과 아울러서 프로세서(720) 및 입/출력 장치(730) 사이의 데이터 통신은 데이 터 버스 라인들을 사용하여 이루어질 수 있다.The processor 720 may perform a function of controlling the resistance change memory device 710. In addition, the electronic product 700 may exchange data with another electronic product through the input / output device 730. In addition to data communication between the processor 720 and the resistance change memory device 710, data communication between the processor 720 and the input / output device 730 may be performed using data bus lines.

전자 제품(710)은 메모리 카드 등의 데이터 저장 장치, 컴퓨터 등의 정보 처리 장치, 디지털 카메라 또는 휴대용 전화기(cellular phone)일 수 있다. The electronic product 710 may be a data storage device such as a memory card, an information processing device such as a computer, a digital camera, or a cellular phone.

이러한 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 평면도.1 is a plan view of a variable resistance memory device according to a first exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 등가 회로도.2 is an equivalent circuit diagram of a variable resistance memory device according to a first exemplary embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 구동 방법을 설명하기 위한 등가 회로도.3 to 5 are equivalent circuit diagrams for describing a method of driving a variable resistance memory device according to a first embodiment of the present invention.

도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 사시도.6 (a) and 6 (b) are perspective views of a variable resistance memory device according to a first embodiment of the present invention.

도 7(a) 내지 도 7(m)은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도 6(a)의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 공정 순으로 도시한 단면도.7 (a) to 7 (m) are cut along the AA 'and BB' lines of FIG. 6 (a) to explain a method of manufacturing a variable resistance memory device according to a first exemplary embodiment of the present invention. Sectional view in order of process.

도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 평면도.8 is a plan view of a variable resistance memory device according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도 9(a) 및 도 9(b)는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.9 (a) and 9 (b) are cross-sectional views taken along the lines A-A 'and B-B' of the variable resistance memory device according to the second embodiment of the present invention.

도 10(a) 내지 도 10(i)는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도 8의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 공정 순으로 도시한 단면도.10 (a) to 10 (i) illustrate a process sequence of cutting along the AA ′ and BB ′ lines of FIG. 8 to explain a method of manufacturing a variable resistance memory device according to a second exemplary embodiment of the present invention. Shown as a cross-section.

도 11은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 평면도.11 is a plan view of a variable resistance memory device according to a third embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 A-A' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.12 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of the variable resistance memory device according to the third embodiment of the present invention.

도 13(a) 내지 도 13(d)은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위해 도 11의 A-A' 라인을 따라 절취한 상태의 공정 순으로 도시한 단면도.13 (a) to 13 (d) are cross-sectional views in the order of steps taken along line AA ′ of FIG. 11 to explain a method of manufacturing a variable resistance memory device according to a third exemplary embodiment of the present invention. .

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 제 1 배선 200 : 도전 패턴100: first wiring 200: conductive pattern

300 : 가변 저항층 400 : 제 2 배선300: variable resistance layer 400: second wiring

500 : 제 3 배선500: third wiring

Claims (34)

일 방향으로 배열된 복수의 제 1 배선;A plurality of first wirings arranged in one direction; 상기 제 1 배선과 연결 형성된 복수의 도전 패턴;A plurality of conductive patterns connected to the first wirings; 상기 도전 패턴 상에 형성된 가변 저항층;A variable resistance layer formed on the conductive pattern; 상기 가변 저항층 상의 상기 도전 패턴의 일부를 지나도록 상기 제 1 배선과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 2 배선; 및A plurality of second wirings arranged in a direction crossing the first wiring so as to pass a portion of the conductive pattern on the variable resistance layer; And 상기 가변 저항층 상의 상기 도전 패턴의 나머지 일부를 지나도록 상기 제 1 배선과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 3 배선을 포함하는 가변 저항 메모리 소자.And a plurality of third wires arranged in a direction crossing the first wire so as to pass through the remaining portion of the conductive pattern on the variable resistance layer. 제 1 항에 있어서, 상기 도전 패턴은 상기 제 1 배선의 측면으로부터 상부로 돌출되며, 상기 제 1 배선의 높이보다 높게 형성된 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 1, wherein the conductive pattern protrudes upward from a side surface of the first wiring and is higher than a height of the first wiring. 제 2 항에 있어서, 상기 도전 패턴은 4F2의 면적에 복수 형성되는 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 2, wherein a plurality of conductive patterns are formed in an area of 4F 2 . 제 1 항에 있어서, 상기 도전 패턴은 상기 제 1 배선의 상부로부터 돌출되어 형성된 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 1, wherein the conductive pattern protrudes from an upper portion of the first wire. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 저항층은 금속 산화물, PCMO(Pr1 - XCaXMnO3, 0<X<1), 칼코게나이드(chalcogenide), 페로브스카이트(perovskite) 및 금속 도핑된 고체 전해질의 적어도 어느 하나로 형성된 가변 저항 메모리 소자.The method of claim 1, wherein the variable resistance layer is metal oxide, PCMO (Pr 1 - X Ca X MnO 3 , 0 <X <1), chalcogenide, perovskite and metal doped A variable resistance memory device formed of at least one of a solid electrolyte. 제 5 항에 있어서, 상기 도전 패턴과 상기 가변 저항층 사이에 터널링 배리어가 더 형성된 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 5, further comprising a tunneling barrier formed between the conductive pattern and the variable resistance layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 배선은 평면 방향에서 상기 제 1 배선과 예각을 이루며 연장 형성된 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 1, wherein the second wiring extends at an acute angle with the first wiring in a planar direction. 제 7 항에 있어서, 상기 제 3 배선은 평면 방향에서 상기 제 1 배선과 예각 을 이루고, 상기 제 2 배선과 직교하는 방향으로 연장 형성된 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 7, wherein the third wiring forms an acute angle with the first wiring in a planar direction and extends in a direction orthogonal to the second wiring. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 배선 및 제 3 배선 사이에 마련된 절연층을 더 포함하는 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 8, further comprising an insulating layer provided between the second wiring and the third wiring. 제 9 항에 있어서, 상기 제 3 배선은 상기 절연층 내에 형성된 홀 또는 트렌치를 통해 상기 도전 패턴 상의 상기 가변 저항층 상에 접하여 형성된 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 9, wherein the third wiring is formed on and in contact with the variable resistance layer on the conductive pattern through a hole or a trench formed in the insulating layer. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 배선은 상기 복수의 제 1 배선의 일 측면에 형성된 상기 도전 패턴 상을 지나도록 형성된 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 10, wherein the second wiring passes through the conductive pattern formed on one side of the plurality of first wirings. 제 11 항에 있어서, 상기 제 3 배선은 상기 복수의 제 1 배선의 타 측면에 형성된 상기 도전 패턴 상을 지나도록 형성된 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 11, wherein the third wiring is formed to pass over the conductive pattern formed on the other side surface of the plurality of first wirings. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 제 1 배선, 도전 패턴, 가변 저항층, 제 2 배선 및 제 3 배선이 일 소자층을 이루고, 복수의 상기 소자층이 적층된 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 1, wherein the plurality of first wirings, conductive patterns, variable resistance layers, second wirings, and third wirings form one device layer, and the plurality of device layers are stacked. 제 13 항에 있어서, 상기 복수의 소자층 각각의 사이에 형성된 층간 절연막을 더 포함하는 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 13, further comprising an interlayer insulating layer formed between each of the plurality of device layers. 일 방향으로 배열된 복수의 하부 배선;A plurality of lower wires arranged in one direction; 상기 복수의 하부 배선과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 1 상부 배선;A plurality of first upper wires arranged in a direction crossing the plurality of lower wires; 상기 복수의 하부 배선과 교차하고, 상기 복수의 제 1 상부 배선과 직교하는 방향으로 배열된 복수의 제 2 상부 배선; 및A plurality of second upper interconnections crossing the plurality of lower interconnections and arranged in a direction orthogonal to the plurality of first upper interconnections; And 상기 하부 배선과 제 1 및 제 2 상부 배선 사이에 형성된 복수의 가변 저항 소자를 포함하는 가변 저항 메모리 소자.And a plurality of variable resistance elements formed between the lower interconnections and the first and second upper interconnections. 제 15 항에 있어서, 상기 가변 저항 소자는 상기 제 1 배선 상에 형성된 도전 패턴과, 상기 도전 패턴 상에 형성된 가변 저항층을 포함하는 가변 저항 메모리 소자.The variable resistance memory device of claim 15, wherein the variable resistance element comprises a conductive pattern formed on the first wiring and a variable resistance layer formed on the conductive pattern. 제 16 항에 있어서, 상기 도전 패턴은 4F2의 면적에 복수로 형성되어 4F2의 면적당 복수 비트의 프로그램이 가능한 가변 저항 메모리 소자.17. The method of claim 16 wherein the conductive pattern is formed of a plurality in the area of 4F 2 resistance variable memory element which can be a plurality of bit program area of 4F 2. 일 방향으로 배열된 복수의 하부 배선;A plurality of lower wires arranged in one direction; 상기 복수의 하부 배선과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 1 상부 배선;A plurality of first upper wires arranged in a direction crossing the plurality of lower wires; 상기 복수의 하부 배선과 교차하고, 상기 복수의 제 1 상부 배선과 직교하는 방향으로 배열된 복수의 제 2 상부 배선; 및A plurality of second upper interconnections crossing the plurality of lower interconnections and arranged in a direction orthogonal to the plurality of first upper interconnections; And 상기 하부 배선과 제 1 및 제 2 상부 배선 사이에 형성된 복수의 가변 저항 소자를 포함하고,A plurality of variable resistance elements formed between the lower interconnections and the first and second upper interconnections, 상기 하부 배선 중 선택된 적어도 어느 하나에 제 1 프로그램 전압을 인가하고, 상기 제 1 및 제 2 상부 배선중 선택된 적어도 어느 하나에 제 2 프로그램 전압을 인가하여 선택된 적어도 하나의 가변 저항 소자를 프로그램하며,Program the at least one variable resistance element by applying a first program voltage to at least one selected from among the lower interconnections, and applying a second program voltage to at least one selected from among the first and second upper interconnections, 선택된 상기 가변 저항 소자와 연결된 상기 하부 배선에 읽기 전압을 인가하고, 상기 선택된 가변 저항 소자와 연결된 상기 제 1 또는 제 2 상부 배선에 접지 전압을 인가하여 상기 가변 저항 소자의 프로그램 상태를 읽는 가변 저항 메모리 소자의 구동 방법.A variable resistance memory reading a program state of the variable resistance element by applying a read voltage to the lower line connected to the selected variable resistance element and applying a ground voltage to the first or second upper line connected to the selected variable resistance element Method of driving the device. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 프로그램 전압은 포지티브 전압이고, 상기 제 2 프로그램 전압은 네가티브 전압인 가변 저항 메모리 소자의 구동 방법.19. The method of claim 18, wherein the first program voltage is a positive voltage and the second program voltage is a negative voltage. 제 19 항에 있어서, 상기 선택된 가변 저항 소자를 프로그램할 때 선택되지 않은 상기 하부 배선과 선택되지 않은 상기 제 1 및 제 2 상부 배선에 접지 전압을 인가하는 가변 저항 메모리 소자의 구동 방법.20. The method of claim 19, wherein a ground voltage is applied to the unselected lower interconnections and the unselected first and second upper interconnections when programming the selected variable resistive element. 제 18 항에 있어서, 상기 선택된 가변 저항 소자와 연결된 상기 제 1 상부 배선 또는 제 2 상부 배선의 전위 변화를 센싱하여 상기 가변 저항 소자의 프로그램 상태를 읽는 가변 저항 메모리 소자의 구동 방법.19. The method of claim 18, wherein the program state of the variable resistance element is read by sensing a change in potential of the first upper line or the second upper line connected to the selected variable resistance element. 제 19 항에 있어서, 상기 선택된 가변 저항 소자의 프로그램 상태를 읽을 때 선택되지 않은 상기 가변 저항 소자와 연결된 상기 하부 배선, 제 1 및 제 2 상부 배선에는 상기 읽기 전압보다 낮은 전압을 인가하는 가변 저항 메모리 소자의 구동 방법.20. The variable resistance memory of claim 19, wherein a lower voltage than the read voltage is applied to the lower wirings, the first and the second upper wirings connected to the non-selected variable resistance elements when the program state of the selected variable resistance element is read. Method of driving the device. 기판 상에 일 방향으로 연장되는 복수의 하부 배선을 형성하는 단계;Forming a plurality of lower wires extending in one direction on the substrate; 상기 하부 배선과 연결되도록 사이드월 스페이서를 이용하여 복수의 도전 패턴을 형성하는 단계;Forming a plurality of conductive patterns using sidewall spacers to be connected to the lower wirings; 상기 복수의 도전 패턴 상에 가변 저항층을 형성하는 단계; 및Forming a variable resistance layer on the plurality of conductive patterns; And 상기 복수의 도전 패턴 상을 지나도록 더블 패터닝을 이용하여 상기 가변 저항층 상에 복수의 상부 배선을 형성하는 단계를 포함하는 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법.Forming a plurality of upper interconnections on the variable resistance layer by double patterning so as to pass over the plurality of conductive patterns. 제 23 항에 있어서, 상기 상부 배선은 상기 복수의 도전 패턴의 일부를 지나도록 상기 더블 패터닝을 이용하여 상기 가변 저항층 상에 복수의 제 1 상부 배선을 형성하는 단계; 및24. The method of claim 23, wherein the upper interconnection comprises: forming a plurality of first upper interconnections on the variable resistance layer using the double patterning to pass a portion of the plurality of conductive patterns; And 상기 복수의 도전 패턴의 나머지 일부를 지나도록 상기 제 1 상부 배선과 절연되면서 직교하는 방향으로 연장하는 복수의 제 2 상부 배선을 형성하는 단계를 포함하는 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법.And forming a plurality of second upper wires insulated from the first upper wires and extending in a direction orthogonal to pass through the remaining portions of the plurality of conductive patterns. 제 24 항에 있어서, 상기 복수의 도전 패턴을 형성하는 단계는,The method of claim 24, wherein the forming of the plurality of conductive patterns comprises: 상기 복수의 하부 배선 상에 복수의 제 1 마스크막을 적층하고 이들 측면에 도전층 사이드월 스페이서를 형성하는 단계;Stacking a plurality of first mask films on the plurality of lower wirings and forming conductive layer sidewall spacers on the side surfaces thereof; 상기 하부 배선과 직교하는 방향으로 복수의 제 2 마스크막을 형성한 후 그 측벽에 절연층 사이드월 스페이서를 형성하는 단계;Forming a plurality of second mask films in a direction orthogonal to the lower wirings, and forming insulating layer sidewall spacers on the sidewalls; 상기 절연층 사이드월 스페이서를 식각 마스크로 상기 제 2 마스크막을 제거하는 단계;Removing the second mask layer using the insulating layer sidewall spacer as an etch mask; 상기 절연층 사이드월 스페이서 및 제 1 마스크막을 식각 마스크로 노출된 상기 도전층 사이드월 스페이서를 선택적으로 제거하는 단계; 및Selectively removing the conductive layer sidewall spacers exposing the insulating layer sidewall spacers and the first mask layer as an etch mask; And 상기 절연층 사이드월 스페이서 및 제 1 마스크막을 제거하는 단계를 포함하는 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법.And removing the insulating layer sidewall spacers and the first mask layer. 제 25 항에 있어서, 상기 제 2 마스크막은 상기 제 1 마스크막 및 절연층 사이드월 스페이서와 식각률이 다른 물질로 형성하는 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법.26. The method of claim 25, wherein the second mask layer is formed of a material having an etch rate different from that of the first mask layer and the insulating layer sidewall spacer. 제 24 항에 있어서, 상기 도전 패턴이 일부 노출되도록 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법.25. The method of claim 24, further comprising forming an insulating layer on the substrate to partially expose the conductive pattern. 제 24 항에 있어서, 상기 제 1 상부 배선을 형성하는 단계는,The method of claim 24, wherein the forming of the first upper wiring comprises: 상기 가변 저항층 상에 도전층 및 감광막을 형성하는 단계;Forming a conductive layer and a photosensitive film on the variable resistance layer; 상기 감광막을 1차 노광하여 제 1 폭의 노광 영역과 제 2 폭의 비노광 영역을 형성하는 단계;First exposing the photosensitive film to form an exposure area of a first width and an unexposed area of a second width; 상기 감광막의 비노광 영역을 제 1 폭으로 2차 노광하는 단계;Secondarily exposing the non-exposed areas of the photosensitive film to a first width; 상기 1차 및 2차 노광 영역을 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계;Developing the primary and secondary exposure regions to form a photoresist pattern; 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 도전층을 식각하는 단계를 포함하는 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법.And etching the conductive layer using the photoresist pattern as an etch mask. 제 24 항에 있어서, 상기 제 1 상부 배선 상에 절연층을 형성한 후 상기 절연층 내에 상기 도전 패턴의 다른 일부를 개방하는 콘택홀을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 상부 배선은 상기 콘택홀이 매립되도록 상기 절연층 상에 형성하는 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법.25. The method of claim 24, further comprising: forming a contact hole in the insulating layer to open another portion of the conductive pattern after forming the insulating layer on the first upper wiring; And forming a contact hole on the insulating layer to fill the contact hole. 제 29 항에 있어서, 상기 콘택홀을 형성하는 단계는,The method of claim 29, wherein forming the contact hole comprises: 상기 도전 패턴의 다른 일부 상의 상기 가변 저항층이 노출되도록 상기 절연층을 식각하여 상기 콘택홀보다 큰 제 1 콘택홀을 형성하는 단계; 및Etching the insulating layer to expose the variable resistance layer on another portion of the conductive pattern to form a first contact hole larger than the contact hole; And 상기 제 1 콘택홀의 측면에 사이드월을 형성하는 단계를 포함하는 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법. And forming a sidewall on a side surface of the first contact hole. 제 30 항에 있어서, 상기 제 2 상부 배선을 형성하는 단계는,The method of claim 30, wherein the forming of the second upper interconnection comprises: 상기 콘택홀이 매립되도록 상기 절연층 상에 도전층 및 감광막을 형성하는 단계;Forming a conductive layer and a photosensitive film on the insulating layer to fill the contact hole; 상기 감광막을 1차 노광하여 제 1 폭의 노광 영역과 제 2 폭의 비노광 영역을 형성하는 단계;First exposing the photosensitive film to form an exposure area of a first width and an unexposed area of a second width; 상기 감광막의 비노광 영역을 제 1 폭으로 2차 노광하는 단계;Secondarily exposing the non-exposed areas of the photosensitive film to a first width; 상기 1차 및 2차 노광 영역을 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계;Developing the primary and secondary exposure regions to form a photoresist pattern; 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 도전층을 식각하는 단계를 포함하는 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법.And etching the conductive layer using the photoresist pattern as an etch mask. 제 23 항에 있어서, 상기 복수의 하부 배선은 더블 패터닝을 이용하여 형성하는 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법.24. The method of claim 23, wherein the plurality of lower interconnections are formed using double patterning. 제 23 항에 있어서, 상기 상부 배선 상에 층간 절연막을 형성하는 단계; 및24. The method of claim 23, further comprising: forming an interlayer insulating film on the upper wiring; And 상기 하부 배선, 도전 패턴, 가변 저항층 및 상부 배선을 순차적으로 형성하 여 소자층을 형성하는 단계를 더 포함하고,The method may further include forming a device layer by sequentially forming the lower wiring, the conductive pattern, the variable resistance layer, and the upper wiring, 상기 층간 절연막과 상기 소자층을 복수 적층하여 3차원 구조를 제조하는 가변 저항 메모리 소자의 제조 방법.And manufacturing a three-dimensional structure by laminating a plurality of the interlayer insulating films and the device layers. 저항 변화 메모리 소자 및 이에 접속된 프로세서를 구비하는 전자 제품이고,An electronic product having a resistance change memory device and a processor connected thereto. 상기 저항 변화 메모리 소자는,The resistance change memory device, 일 방향으로 배열된 복수의 하부 배선;A plurality of lower wires arranged in one direction; 상기 복수의 하부 배선과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 1 상부 배선;A plurality of first upper wires arranged in a direction crossing the plurality of lower wires; 상기 복수의 하부 배선과 교차하고, 상기 복수의 제 1 상부 배선과 직교하는 방향으로 배열된 복수의 제 2 상부 배선; 및A plurality of second upper interconnections crossing the plurality of lower interconnections and arranged in a direction orthogonal to the plurality of first upper interconnections; And 상기 하부 배선과 제 1 및 제 2 상부 배선 사이에 형성된 복수의 가변 저항 소자를 포함하는 전자 제품.An electronic product comprising a plurality of variable resistance elements formed between the lower wiring and the first and second upper wiring.
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