KR101085520B1 - Memory device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메모리 소자 및 그 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 도전 영역; 상기 도전 영역 상부에 형성되며, 상기 도전 영역의 표면 부분을 노출시키는 홀이 구비된 BPSG막; 및 상기 홀 내에 매립 형태로 형성되며, 수직 방향의 결정립계를 갖는 폴리실리콘으로 구성된 도전 패턴;을 포함한다.The present invention discloses a memory device and a method of manufacturing the same. The present invention discloses a conductive region; A BPSG film formed over the conductive region and having a hole exposing a surface portion of the conductive region; And a conductive pattern formed in the hole in the hole and made of polysilicon having a grain boundary in a vertical direction.

Description

메모리 소자 및 그 제조방법{Memory device and method of manufacturing the same}Memory device and method of manufacturing the same

본 발명은 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 안정적인 수직형 PN 다이오드를 형성할 수 있는 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a memory device capable of forming a stable vertical PN diode and a method of manufacturing the same.

일반적으로, 메모리 소자는 전원이 차단되면 입력된 정보를 잃어버리는 휘발성의 램(RAM) 소자와 전원이 차단되더라도 입력된 정보의 저장 상태를 계속해서 유지하는 비휘발성의 롬(ROM) 소자로 크게 구분된다. 상기 휘발성의 램 소자로는 디램(DRAM) 및 에스램(SRAM)을 들 수 있으며, 상기 비휘발성의 롬 소자로는 이이피롬(EEPROM)과 같은 플래쉬 메모리(Flash memory)를 들 수 있다.In general, a memory device is classified into a volatile RAM device that loses input information when a power supply is cut off, and a nonvolatile ROM device that maintains input data storage even when a power supply is cut off. do. The volatile RAM devices may include DRAM and SRAM, and the nonvolatile ROM devices may include a flash memory such as EEPROM.

그런데, 상기 디램은 점점 높은 전하 저장 능력이 요구되어 지면서, 이를 위해, 전극 표면적을 증가시켜야만 하므로 고집적화에 어려움이 있다. 또한, 상기 플래쉬 메모리는 두 개의 게이트가 적층된 구조를 갖는 것과 관련해서 전원전압에 비해 높은 동작전압이 요구되고, 이에 따라, 쓰기 및 소거 동작에 필요한 전압을 형성하기 위해 별도의 승압 회로를 필요로 하므로 고집적화에 어려움이 있다.However, the DRAM has a higher charge storage capacity is required, for this purpose, it is difficult to high integration because the electrode surface area must be increased. In addition, the flash memory requires a higher operating voltage than a power supply voltage in connection with a structure in which two gates are stacked, and thus requires a separate boost circuit to form a voltage required for write and erase operations. Therefore, there is a difficulty in high integration.

최근, 구조가 단순하고, 인접 셀 간의 간섭 문제가 없기 때문에 고집적이 가능하며, 수십㎱의 빠른 읽기 속도 및 수십∼수백㎱의 비교적 빠른 쓰기 속도를 가지는 상변화 기억 소자(Phase Change RAM, PCRAM)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In recent years, since the structure is simple and there is no interference problem between adjacent cells, high integration is possible, and phase change RAM (PCRAM) having a fast read speed of several tens of milliseconds and a relatively fast write speed of tens to hundreds of milliseconds is used. Research is actively being conducted.

통상적으로, 상변화 기억 소자는 엔모스(NMOS) 트랜지스터, 바이폴라 정션(Bipolar Junction) 트랜지스터 및 수직형(vertical type) PN 다이오드 구조를 적용하고 있다. In general, a phase change memory device employs an NMOS transistor, a bipolar junction transistor, and a vertical PN diode structure.

그 중, 상기 수직형 PN 다이오드는 트랜지스터에 비해 전류 흐름이 높아서 프로그래밍 전류를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 셀 크기를 작게 할 수 있어서 상변화 기억 소자의 고집적화에 유리하게 적용된다. Among them, the vertical PN diode has a higher current flow compared to the transistor, which not only reduces the programming current but also reduces the cell size, which is advantageously applied to high integration of the phase change memory device.

이하에서는, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 종래 기술에 따른 수직형 PN 다이오드 형성방법을 간략하게 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of forming a vertical PN diode according to the prior art will be briefly described with reference to FIGS. 1A and 1B.

도 1a를 참조하면, 셀 지역 및 주변 지역을 포함하는 실리콘기판(100)의 상기 주변 지역에 다수의 게이트(110) 및 스페이서(120)를 형성한 후, 상기 스페이서(120)를 구비한 게이트(110)들을 서로 절연시키기 위하여 상기 실리콘기판의 전면 상에 절연 물질로 BPSG막(130)을 형성한다. 상기 BPSG막(130)은 리플로우(reflow) 특성을 갖는 물질로서, 좁은 공간 내에서도 갭-필(gap-fill) 특성이 우수하여 보이드(void) 현상 없이 매립이 가능한 물질이다.Referring to FIG. 1A, after a plurality of gates 110 and spacers 120 are formed in the peripheral region of the silicon substrate 100 including the cell region and the peripheral region, a gate having the spacer 120 may be formed. The BPSG film 130 is formed of an insulating material on the entire surface of the silicon substrate to insulate the 110 from each other. The BPSG film 130 is a material having a reflow characteristic, and is a material that can be buried without a void phenomenon because of excellent gap-fill characteristics even in a narrow space.

그런다음, 상기 셀 지역의 BPSG막(130) 부분, 바람직하게, 후속의 스위칭 소자가 형성될 BPSG막(130) 부분을 식각하여 상기 실리콘기판(100)의 표면 부분을 노 출시키는 홀을 형성한다. Then, a portion of the BPSG film 130 in the cell region, preferably, a portion of the BPSG film 130 where a subsequent switching element is to be formed is etched to form a hole for exposing the surface portion of the silicon substrate 100. .

도 1b를 참조하면, 상기 홀이 형성된 실리콘기판(100)에 900℃ 이상의 고온에서 선택적인 에피택셜 성장(Selecitive Epitaxial Grwth, SEG) 공정을 수행하여 상기 홀 내에 다결정의 실리콘막을 형성한 후, 상기 실리콘막에 P형 불순물 이온주입을 수행하여, 이로써, 상기 셀 지역의 홀 내에 스위칭 소자인 수직형 PN 다이오드(150)를 형성한다.Referring to FIG. 1B, the silicon substrate 100 on which the hole is formed is subjected to a selective epitaxial growth (SEG) process at a high temperature of 900 ° C. or higher to form a polycrystalline silicon film in the hole. P-type impurity ion implantation is performed on the film, thereby forming a vertical PN diode 150 as a switching element in the hole of the cell region.

한편, 전술한 바와 같이, 종래의 상변화 기억 소자에서는 셀 지역에 형성된 수직형 PN 다이오드(150) 및 주변 지역에 형성된 게이트(120)들 간을 절연시키는 물질로 BPSG막(131)을 사용하였다. Meanwhile, as described above, in the conventional phase change memory device, the BPSG film 131 is used as a material that insulates the vertical PN diode 150 formed in the cell region and the gates 120 formed in the peripheral region.

그 이유는, 상변화 기억 소자의 셀 크기가 90㎚ 이하로 진행되면서 주변 지역의 게이트 간을 절연시키는 물질로 갭-필 특성이 우수한 물질이 필요로 하게 되었고, 그래서, 고밀도 플라즈마(High Density Plasma, HDP) 절연막 보다는 좁은 공간 내에서도 보이드 발생을 억제시킬 수 있는 능력을 갖는 BPSG막을 사용하게 되었다.The reason for this is that as the cell size of the phase change memory device is 90 nm or less, a material having excellent gap-fill characteristics is required as a material that insulates the gates between the gates in the surrounding area, and thus, high density plasma A BPSG film having a capability of suppressing void generation even in a narrow space is used rather than an HDP) insulating film.

그런데, 전술한 바와 같이, 갭-필 특성이 우수한 BPSG막을 게이트 간을 절연시키는 절연막으로 사용하는 경우에는, 주변 지역에서 보이드 현상을 방지할 수 있지만, 셀 지역에서는 상기 BPSG막으로 인하여 안정적인 수직형 PN 다이오드를 확보하는데 어려움을 겪게 된다. However, as described above, when the BPSG film having excellent gap-fill characteristics is used as an insulating film to insulate the gates, the void phenomenon can be prevented in the surrounding area, but in the cell area, the vertical vertical PN is stable due to the BPSG film. Difficulty in securing a diode.

그 이유는, 상기 셀 지역의 수직형 PN 다이오드 형성시, 900℃ 이상 고온의 SEG 공정이 수반되고 있는데, 이때, 상기 SEG 공정시 고온의 열에 의하여 상기 BPSG막 부분에서 리플로우(reflow) 현상이 나타나게 되고, 이로 인해, 수직형 PN 다이오드가 형성되는 홀의 프로파일이 변형된다.The reason is that when forming a vertical PN diode in the cell region, a high temperature SEG process of 900 ° C. or more is involved. In this case, a reflow phenomenon occurs in the BPSG film part due to high temperature heat during the SEG process. As a result, the profile of the hole in which the vertical PN diode is formed is modified.

즉, 상기 SEG 공정시 고온의 열로 인하여 BPSG막의 흘러내림 현상이 발생하게 되면서 홀 부분이 안정적인 수직 프로파일을 갖지 못하게 되고, 결과적으로, 상기 변형된 홀 내에 안정적인 수직 프로파일을 갖는 PN 다이오드가 형성하지 못하게 된다. That is, during the SEG process, the high temperature heat causes the BPSG film to flow down, and thus the hole portion does not have a stable vertical profile, and as a result, the PN diode having a stable vertical profile in the deformed hole cannot be formed. .

본 발명은 안정적인 수직 프로파일의 PN 다이오드를 형성할 수 있는 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a memory device and a method of manufacturing the same, which can form a PN diode having a stable vertical profile.

본 발명은, 도전 영역; 상기 도전 영역 상부에 형성되며, 상기 도전 영역의 표면 부분을 노출시키는 홀이 구비된 BPSG막; 및 상기 홀 내에 매립 형태로 형성되며, 수직 방향의 결정립계를 갖는 폴리실리콘으로 구성된 도전 패턴;을 포함하는 메모리 소자를 제공한다.The present invention provides a conductive region; A BPSG film formed over the conductive region and having a hole exposing a surface portion of the conductive region; And a conductive pattern formed in the hole in the hole and made of polysilicon having a grain boundary in a vertical direction.

여기서, 상기 도전 영역은 실리콘기판인 것을 특징으로 한다.Here, the conductive region is characterized in that the silicon substrate.

상기 도전 패턴은 수직형 PN 다이오드인 것을 특징으로 한다.The conductive pattern is characterized in that the vertical PN diode.

또한, 본 발명은, 스위칭 소자를 적용하는 메모리 소자에 있어서, 상기 스위칭 소자는, 수직 방향의 결정립계(grain boundary)를 갖는 폴리실리콘으로 구성된 수직형 PN 다이오드인 것을 포함하는 메모리 소자를 제공한다.The present invention also provides a memory device including a switching device, wherein the switching device is a vertical PN diode composed of polysilicon having grain boundaries in the vertical direction.

게다가, 본 발명은, 스위칭 소자의 형성 단계를 포함하는 메모리 소자의 제조방법에 있어서, 상기 스위칭 소자의 형성 단계는, 절연막의 홀 내에 폴리실리콘을 성장시켜서 수직 방향의 결정립계를 갖는 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 및 상기 폴리실리콘막의 표면에 불순물 이온주입을 수행하는 단계;를 포함하는 메모리 소자의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a memory device comprising the step of forming a switching element, wherein the step of forming the switching element, by growing a polysilicon in the hole of the insulating film to form a polysilicon film having a grain boundary in the vertical direction step; And performing impurity ion implantation on a surface of the polysilicon film.

여기서, 상기 스위칭 소자는 수직형 PN 다이오드인 것을 특징으로 한다.Here, the switching device is characterized in that the vertical PN diode.

상기 절연막은 BPSG막인 것을 특징으로 한다.The insulating film is characterized in that the BPSG film.

상기 폴리실리콘막은 500∼600℃의 저온에서 형성하는 것을 특징으로 한다.The polysilicon film is formed at a low temperature of 500 to 600 ℃.

아울러, 본 발명은, N형 불순물 영역이 구비된 실리콘기판 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 식각하여 상기 실리콘기판의 N형 불순물 영역 부분을 노출시키는 홀을 형성하는 단계; 상기 홀 내에 수직 방향의 결정립계를 갖는 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 및 상기 폴리실리콘막의 표면 부분에 불순물 이온주입을 수행하여 상기 홀 내에 스위칭 소자인 수직형 PN 다이오드를 형성하는 단계;를 포함하는 메모리 소자의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of forming an insulating film on a silicon substrate having an N-type impurity region; Etching the insulating film to form a hole exposing an N-type impurity region portion of the silicon substrate; Forming a polysilicon film having grain boundaries in a vertical direction in the hole; And performing impurity ion implantation on a surface portion of the polysilicon film to form a vertical PN diode which is a switching element in the hole.

여기서, 상기 절연막은 BPSG막으로 형성하는 것을 특징으로 한다.The insulating film may be formed of a BPSG film.

상기 폴리실리콘막은 500∼600℃의 저온에서 성장하는 것을 특징으로 한다.The polysilicon film is characterized by growing at a low temperature of 500 ~ 600 ℃.

더욱이, 본 발명은, 셀 지역 및 주변 지역을 포함하며, 상기 실리콘기판의 주변 지역 상부에 다수의 게이트를 형성하는 단계; 상기 게이트들을 덮도록 상기 실리콘기판의 전면 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 셀 지역의 절연막 부분을 식각하여 상기 실리콘기판의 상부를 노출시키는 다수의 홀을 형성하는 단계; 상기 홀 내에 수직 방향의 결정립계를 갖는 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 및 상기 폴리실리콘막의 표면 부분에 불순물 이온주입을 수행하여 상기 홀 내에 스위칭 소자인 수직형 PN 다이오드를 형성하는 단계;를 포함하는 메모리 소자의 제조방법을 제공한다.Moreover, the present invention includes a cell region and a peripheral region, comprising: forming a plurality of gates over the peripheral region of the silicon substrate; Forming an insulating film on an entire surface of the silicon substrate so as to cover the gates; Etching a portion of the insulating layer in the cell region to form a plurality of holes exposing an upper portion of the silicon substrate; Forming a polysilicon film having grain boundaries in a vertical direction in the hole; And performing impurity ion implantation on a surface portion of the polysilicon film to form a vertical PN diode which is a switching element in the hole.

여기서, 상기 절연막은 BPSG막으로 형성하는 것을 특징으로 한다.The insulating film may be formed of a BPSG film.

상기 폴리실리콘막은 500∼600℃의 저온에서 성장하는 것을 특징으로 한다.The polysilicon film is characterized by growing at a low temperature of 500 ~ 600 ℃.

본 발명은 스위칭 소자인 수직형 PN 다이오드를 수직 방향의 결정립계를 갖는 폴리실리콘 구조를 적용함으로써, 절연 물질로 사용되는 BPSG막의 리플로우 현상을 억제할 수 있다.The present invention can suppress a reflow phenomenon of a BPSG film used as an insulating material by applying a polysilicon structure having a vertical grain boundary to a vertical PN diode as a switching element.

따라서, 본 발명은 상기 BPSG막의 리플로우 억제로 인하여 안정적인 수직 프로파일을 갖는 수직형 PN 다이오드를 형성할 수 있고, 그래서, 다이오드의 특성 향상을 기대할 수 있다.Therefore, the present invention can form a vertical PN diode having a stable vertical profile due to suppression of reflow of the BPSG film, and therefore, it is expected to improve the characteristics of the diode.

본 발명은 도전 영역인 실리콘기판과 콘택되는 도전 패턴인 수직형 PN 다이오드와, 상기 수직형 PN 다이오드들을 서로 절연시키기 위한 BPSG막을 포함한다. 상기 수직형 PN 다이오드는, 수직 방향의 결정립계(grain boundary)를 갖는 폴리실리콘으로 구성되며, 바람직하게, 상기 수직형 PN 다이오드는 하부면이 N형 폴리실리콘이고, 상부면이 P형 폴리실리콘으로 이루어진 수직 방향의 결정립계(grain boundary)를 갖는 폴리실리콘으로 구성된다. The present invention includes a vertical PN diode which is a conductive pattern contacting a silicon substrate which is a conductive region, and a BPSG film for insulating the vertical PN diodes from each other. The vertical PN diode is made of polysilicon having a grain boundary in the vertical direction. Preferably, the vertical PN diode is made of N-type polysilicon at the bottom and P-type polysilicon at the top. It is composed of polysilicon having grain boundaries in the vertical direction.

도 2는 본 발명에 따른 메모리 소자의 단면도로서, 도시된 바와 같이, 도전 영역인 실리콘기판(200) 부분에 형성된 홀 내에 수직 방향의 결정립계(241)를 갖는 폴리실리콘으로 구성된 수직형 PN 다이오드(250)가 형성된 모습을 볼 수 있다. FIG. 2 is a cross-sectional view of a memory device according to the present invention. As illustrated, a vertical PN diode 250 including polysilicon having a grain boundary 241 in a vertical direction in a hole formed in a portion of a silicon substrate 200 which is a conductive region is illustrated. ) You can see the formation.

이처럼, 본 발명은 상기 수직형 PN 다이오드(250)를 상기 수직 방향의 결정립계(241)를 갖는 폴리실리콘으로 형성함으로써, 상기 홀 내에 안정적인 수직 프로파일을 갖는 수직형 PN 다이오드를 형성할 수 있다. As such, according to the present invention, the vertical PN diode 250 may be formed of polysilicon having the grain boundaries 241 in the vertical direction, thereby forming a vertical PN diode having a stable vertical profile in the hole.

바람직하게, 본 발명은 스위칭 소자를 적용하는 메모리 소자에서, 메모리 소자의 On-Off 스위칭 소자로 사용되는 수직형 PN 다이오드를 안정적인 수직 프로파일의 형태로 형성하기 위하여 수직 방향의 결정립계(grain boundary)를 갖는 폴리실리콘으로 형성한다. Preferably, the present invention has a grain boundary in the vertical direction in order to form a vertical PN diode used as an on-off switching device of the memory device in the form of a stable vertical profile in a memory device to which the switching device is applied. It is formed of polysilicon.

더 바람직하게, 본 발명은, 셀 지역의 스위칭 소자인 수직형 PN 다이오드 및 주변 지역의 게이트들을 서로 절연시키는 절연 물질로 BPSG막을 적용하는 메모리 소자에서, 상기 수직형 PN 다이오드를 안정적인 수직 프로파일로 형성하기 위하여 수직 방향의 결정립계(grain boundary)를 갖는 폴리실리콘으로 형성한다.More preferably, the present invention provides a method of forming a vertical PN diode in a stable vertical profile in a memory device that applies a BPSG film with an insulating material that insulates the gates of a peripheral region and a vertical PN diode that is a cell region. To form polysilicon having grain boundaries in the vertical direction.

구체적으로, 상기 스위칭 소자인 수직형 PN 다이오드의 형성 방법을 간략하게 설명하면 다음과 같다.Specifically, a method of forming a vertical PN diode as the switching device will be briefly described as follows.

스위칭 소자가 형성될 절연막 내에 수직 방향의 결정립계(grain boundary)를 갖는 폴리실리콘막 저온의 500∼600℃ 온도에서 성장시켜서 폴리실리콘막으로 형성하고, 상기 수직 방향의 결정립계를 갖는 폴리실리콘막의 표면에 불순물 이온주입을 수행하여, 이로써, 메모리 소자에 적용되는 스위칭 소자인 수직형 PN 다이오드 를 형성한다. A polysilicon film having a grain boundary in the vertical direction in the insulating film to be formed is grown at a low temperature of 500 to 600 ° C. to form a polysilicon film, and impurities are formed on the surface of the polysilicon film having the grain boundary in the vertical direction. Ion implantation is performed, thereby forming a vertical PN diode which is a switching element applied to the memory element.

이처럼, 본 발명은 상기 수직형 PN 다이오드가 저온의 폴리실리콘 성장 공정에 의해 형성되므로, 상기 저온의 공정에 의해 상기 BPSG막의 리플로우 현상을 억제시킬 수 있고, 이로 인해, 안정적인 수직 프로파일을 갖는 수직형 PN 다이오드를 형성할 수 있다. As described above, according to the present invention, since the vertical PN diode is formed by a low temperature polysilicon growth process, it is possible to suppress the reflow phenomenon of the BPSG film by the low temperature process, and thus, a vertical type having a stable vertical profile. PN diodes can be formed.

구체적으로 설명하면, 종래의 공정에 따른 수직형 PN 다이오드는 고온의 SEG 공정을 포함한다. 그런데, 이러한 고온의 SEG 공정은 상기 절연막인 BPSG막의 리플로우 현상을 발생시키면서 상기 홀의 수직한 프로파일을 불안정 상태로 변형시키게 한다. 만약, 불안정한 상태로 변형된 홀 내에 수직형 PN 다이오드를 형성하는 경우, 상기 수직형 PN 다이오드는 상기 불안정한 상태의 홀 내에 형성되기 때문에 상기 수직형 PN 다이오드 또한 불안정한 상태의 수직 프로파일로 형성하게 된다.Specifically, the vertical PN diode according to the conventional process includes a high temperature SEG process. However, such a high temperature SEG process causes the vertical profile of the hole to deform into an unstable state while causing a reflow phenomenon of the BPSG film, which is the insulating film. If a vertical PN diode is formed in a hole deformed into an unstable state, since the vertical PN diode is formed in the hole of the unstable state, the vertical PN diode is also formed into a vertical profile of the unstable state.

이에, 본 발명에서는, 수직형 PN 다이오드를 고온의 SEG 공정이 아닌 저온의 폴리실리콘 성장 공정을 이용하여 형성한다. 한편, 상기 저온에 의해 성장된 폴리실리콘을 수직형 PN 다이오드에 적용하는 경우가, 상기 SEG 공정에 의해 형성된 실리콘을 수직형 PN 다이오드에 적용하는 경우 보다 낮은 전하 이동도를 가질 수도 있겠지만, 본 발명에 따른 폴리실리콘의 성장은 수직 방향의 결정립계를 갖는 형태로 이루어지므로, 상기 수직 방향의 결정립계에 의하여 전하 이동 경로 방해 및 전하 분산 등을 염려하지 않아도 된다. Accordingly, in the present invention, the vertical PN diode is formed using a low temperature polysilicon growth process rather than a high temperature SEG process. On the other hand, the application of the polysilicon grown by the low temperature to the vertical PN diode may have a lower charge mobility than when applying the silicon formed by the SEG process to the vertical PN diode, Since the growth of the polysilicon is formed in a form having a grain boundary in the vertical direction, there is no need to worry about disturbance of the charge transfer path and charge dispersion by the grain boundary in the vertical direction.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 바람직하게는, 메모리 소자의 제조방법 중 상변화 기억 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating processes of manufacturing a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. Preferably, each process for explaining a method of manufacturing a phase change memory device among manufacturing methods of a memory device is described. As a cross-sectional view, it will be described with reference to the following.

도 3a를 참조하면, 셀 지역 및 주변 지역을 포함하는 실리콘기판(200)의 주변지역 내에 액티브 영역들을 절연시키는 소자분리막(201)을 형성한 후, 상기 실리콘기판(200)의 주변지역 상부에 절연막과, 도전막 및 하드마스크막의 적층막으로 이루어진 다수의 게이트(210)들을 형성한 후, 상기 게이트(210)들 양측벽에 스페이서(220)를 형성한다. Referring to FIG. 3A, after forming a device isolation layer 201 insulating active regions in a peripheral region of a silicon substrate 200 including a cell region and a peripheral region, an insulating layer is formed on the peripheral region of the silicon substrate 200. After forming a plurality of gates 210 including a stacked layer of a conductive film and a hard mask film, spacers 220 are formed on both sidewalls of the gates 210.

그런다음, 상기 셀 지역의 실리콘기판(200) 내에 이온주입 공정을 통해 N형 불순물 영역(202)을 형성한다. 상기 N형 불순물 영역(202)은 후속의 스위칭 소자와 콘택되어 워드라인으로 전류를 흘려주는 역할을 수행한다.Then, an N-type impurity region 202 is formed in the silicon substrate 200 in the cell region through an ion implantation process. The N-type impurity region 202 is in contact with a subsequent switching element and serves to flow a current to a word line.

도 3b를 참조하면, 상기 게이트(210)들을 덮도록 상기 실리콘기판의 전면 상에 제1절연막으로 BPSG막(231)을 증착한다. 상기 BPSG막(231)은 리플로우(reflow) 특성을 갖는 물질로서, 갭-필 특성이 매우 우수하다. 그래서, 상기 BPSG막(231) 증착시 상기 게이트(210)들 사이의 공간 내에 보이드가 발생하지 않는다.Referring to FIG. 3B, a BPSG film 231 is deposited as a first insulating film on the entire surface of the silicon substrate to cover the gates 210. The BPSG film 231 is a material having a reflow characteristic and has excellent gap-fill characteristics. Thus, voids do not occur in the space between the gates 210 when the BPSG film 231 is deposited.

그런다음, 상기 게이트(210)의 상단부가 노출될 때까지 상기 BPSG막(231)에 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정을 수행하여 상기 BPSG막(231)을 평탄화시킨다.Then, the BPSG film 231 is planarized by performing a chemical mechanical polishing (CMP) process on the BPSG film 231 until the upper end of the gate 210 is exposed.

도 3c를 참조하면, 상기 평탄화된 BPSG막(231)의 상부에 후속의 스위칭 소자 가 형성될 부분을 노출시키는 마스크 패턴(미도시)을 형성한 후, 상기 마스크 패턴에 의해 노출된 셀 지역의 BPSG막(231) 부분을 식각하여 실리콘기판의 표면 부분을 노출시키는 다수의 홀(H)을 형성한다.Referring to FIG. 3C, after a mask pattern (not shown) is formed on the planarized BPSG film 231 to expose a portion where a subsequent switching element is to be formed, the BPSG of the cell region exposed by the mask pattern. A portion of the film 231 is etched to form a plurality of holes H exposing the surface portion of the silicon substrate.

그런다음, 상기 마스크 패턴을 공지된 공정에 따라 제거한 후, 상기 홀(H)이 형성된 실리콘기판에 대해 600℃ 이하의 저온에서 폴리실리콘을 성장시켜서 셀 지역의 상기 홀(H) 내에 수직 프로파일의 폴리실리콘막(240)을 형성한다. 바람직하게, 500∼600℃의 저온에서 수직 방향의 결정립계(242)를 갖는 폴리실리콘을 성장시켜서 홀 내에 N형의 폴리실리콘막(240)을 형성한다.  Then, the mask pattern was removed according to a known process, and then polysilicon was grown at a low temperature of 600 ° C. or lower with respect to the silicon substrate on which the hole H was formed, so that the vertical profile poly was formed in the hole H of the cell region. The silicon film 240 is formed. Preferably, polysilicon having a grain boundary 242 in the vertical direction is grown at a low temperature of 500 to 600 ° C. to form an N-type polysilicon film 240 in the hole.

상기 수직 방향의 결정립계를 갖는 폴리실리콘을 성장시켜서 폴리실리콘막(240)을 형성하는 방법은, Fe와 같은 결정 씨드(crystal seed)를 도트(dot)로 키운 후에 폴리실리콘을 성장시키면 표면 에너지(surface energy)가 낮은 방향으로 성장하게 되면서 씨드 위로 종횡 성장(columnar growth)을 하게 하는 방법인 것으로, 그 공정이 600℃ 이하의 저온에서 가능하다.In the polysilicon film 240 is formed by growing polysilicon having a grain boundary in the vertical direction, a crystal seed, such as Fe, is grown in dots, and then polysilicon is grown to increase surface energy. energy) grows in a low direction and allows columnar growth over the seed. The process is possible at a low temperature of 600 ° C or lower.

본 발명은, 상기 폴리실리콘막의 형성 공정이 600℃ 이하의 저온에서 그 진행이 가능하므로, 상기 폴리실리콘막(240)의 형성 공정시 상기 BPSG막(231)의 리플로우 현상이 발생되지 않는다. In the present invention, since the process of forming the polysilicon film may be performed at a low temperature of 600 ° C. or less, a reflow phenomenon of the BPSG film 231 does not occur during the process of forming the polysilicon film 240.

그 이유는, 상기 BPSG막(231)은 고온의 열에 약하여 리플로우가 발생하는 단점을 가지고 있으나, 본 발명에서는, 후속의 수직형 PN 다이오드를 형성하는 공정인 폴리실리콘막의 형성 공정을 600℃ 이하의 저온에서 진행하기 때문에 상기 BPSG막의 리플로우 현상을 방지할 수 있다.The reason is that the BPSG film 231 is weak in high temperature heat and has a disadvantage in that reflow occurs. However, in the present invention, the polysilicon film forming process, which is a process of forming a subsequent vertical PN diode, is performed at 600 ° C. or less. Since it proceeds at a low temperature, the reflow phenomenon of the BPSG film can be prevented.

아울러, 상기 폴리실리콘막은 수직 방향의 결정립계를 갖는 폴리실리콘의 성장을 통해 형성하기 때문에, 종래의 다결정 실리콘막에 비해 전하 이동 경로 방해 및 전하 분산등은 염려하지 않아도 된다.In addition, since the polysilicon film is formed through the growth of polysilicon having a grain boundary in the vertical direction, the charge transfer path disturbance and the charge dispersion do not need to be more concerned than in the conventional polycrystalline silicon film.

도 3d를 참조하면, 상기 폴리실리콘막(240)이 형성된 실리콘기판에 대해 P형 불순물 이온주입을 수행하여 상기 폴리실리콘막의 상부 표면을 P형 폴리실리콘막으로 형성하고, 이로써, 상기 홀 내에 수직형 PN 다이오드(250)를 형성한다.Referring to FIG. 3D, P-type impurity ion implantation is performed on the silicon substrate on which the polysilicon film 240 is formed to form an upper surface of the polysilicon film as a P-type polysilicon film, thereby forming a vertical type in the hole. PN diode 250 is formed.

도 3e를 참조하면, 상기 수직형 PN 다이오드(250)를 포함한 BPSG막(231) 상에 제2절연막(232)을 형성한 후, 상기 제2절연막(232)을 식각하여 상기 수직형 PN 다이오드(250) 부분을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. Referring to FIG. 3E, after forming the second insulating layer 232 on the BPSG layer 231 including the vertical PN diode 250, the second insulating layer 232 is etched to form the vertical PN diode ( 250) form a contact hole exposing the portion.

그런다음, 상기 콘택홀 내에 히터용 물질을 매립하여 상기 수직형 PN 다이오드(250)와 콘택하는 히터(260)를 형성한다. 상기 히터(260)는 후속의 상변화막과 접촉되고, 상변화시 발생하는 열을 방출시키는 역할을 하게 된다.Then, the heater material is buried in the contact hole to form the heater 260 in contact with the vertical PN diode 250. The heater 260 is in contact with a subsequent phase change film, and serves to release heat generated during phase change.

다음으로, 상기 제2절연막(232) 상에 상변화막(270)과 상부전극용 박막을 차례로 증착한다. 상기 상변화막(270)은 칼코나이드(chalcogenide) 물질을 사용한다. 이어서, 상기 상부전극용 박막과 상변화막(270)을 식각하여 상기 히터(260)와 콘택하는 상변화막(270)과 상부전극(280)의 적층 패턴을 형성한다.Next, the phase change film 270 and the upper electrode thin film are sequentially deposited on the second insulating film 232. The phase change layer 270 uses a chalcogenide material. Subsequently, the upper electrode thin film and the phase change layer 270 are etched to form a stacked pattern of the phase change layer 270 and the upper electrode 280 in contact with the heater 260.

이후, 도시하지는 않았으나, 후속의 공지된 일련의 후속 공정을 차례로 진행하여 본 발명의 실시예에 따른 상변화 기억 소자를 제조한다.Subsequently, although not shown, a subsequent known series of subsequent processes are sequentially performed to manufacture a phase change memory device according to an embodiment of the present invention.

이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited thereto, and the scope of the following claims is not limited to the scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 상변화 기억 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.1A and 1B are cross-sectional views for each process for explaining a method of manufacturing a phase change memory device according to the prior art.

도 2는 본 발명에 따른 메모리 소자를 설명하기 위한 단면도.2 is a cross-sectional view illustrating a memory device according to the present invention.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 상변화 기억 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.3A to 3E are cross-sectional views of processes for explaining a method of manufacturing a phase change memory device according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

200: 실리콘기판 201: 소자분리막200: silicon substrate 201: device isolation film

202: N형 불순물 영역 210: 게이트202: N-type impurity region 210: gate

220: 스페이서 231; BPSG막220: spacer 231; BPSG film

232: 제2절연막 240: 폴리실리콘막232: second insulating film 240: polysilicon film

241: 수직 방향의 결정립계 250: 수직형 PN 다이오드241: grain boundary in the vertical direction 250: vertical PN diode

260: 히터 270: 상변화막260: heater 270: phase change film

280: 상부전극280: upper electrode

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 스위칭 소자의 형성 단계를 포함하는 메모리 소자의 제조방법에 있어서,In the method of manufacturing a memory device comprising the step of forming a switching device, 상기 스위칭 소자의 형성 단계는,Forming the switching element, 절연막의 홀 내에 폴리실리콘을 성장시켜서 수직 방향의 결정립계를 갖는 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 및 Growing polysilicon in the holes of the insulating film to form a polysilicon film having grain boundaries in the vertical direction; And 상기 폴리실리콘막의 표면에 불순물 이온주입을 수행하는 단계;Performing impurity ion implantation on a surface of the polysilicon film; 를 포함하고,Including, 상기 폴리실리콘막은 500∼600℃의 저온에서 형성하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조방법.Wherein said polysilicon film is formed at a low temperature of 500 to 600 占 폚. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 6 was abandoned when the registration fee was paid. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 스위칭 소자는 수직형 PN 다이오드인 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조방법.The switching device is a manufacturing method of a memory device, characterized in that the vertical PN diode. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 7 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 절연막은 BPSG막인 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조방법.The insulating film is a manufacturing method of a memory device, characterized in that the BPSG film. 삭제delete N형 불순물 영역이 구비된 실리콘기판 상에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the silicon substrate having the N-type impurity region; 상기 절연막을 식각하여 상기 실리콘기판의 N형 불순물 영역 부분을 노출시키는 홀을 형성하는 단계;Etching the insulating film to form a hole exposing an N-type impurity region portion of the silicon substrate; 상기 홀 내에 수직 방향의 결정립계를 갖는 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 및Forming a polysilicon film having grain boundaries in a vertical direction in the hole; And 상기 폴리실리콘막의 표면 부분에 불순물 이온주입을 수행하여 상기 홀 내에 스위칭 소자인 수직형 PN 다이오드를 형성하는 단계;Performing impurity ion implantation on a surface portion of the polysilicon film to form a vertical PN diode as a switching element in the hole; 를 포함하고,Including, 상기 폴리실리콘막은 500∼600℃의 저온에서 형성하는 것을 특징으로The polysilicon film is formed at a low temperature of 500 to 600 ℃ 하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조방법.Method of manufacturing a memory device, characterized in that. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 10 was abandoned upon payment of a setup registration fee. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 절연막은 BPSG막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조방법.And the insulating film is formed of a BPSG film. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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