KR102531380B1 - 3D cross point memory device including interlevel connection structures and manufacturing method thereof - Google Patents
3D cross point memory device including interlevel connection structures and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR102531380B1 KR102531380B1 KR1020217018292A KR20217018292A KR102531380B1 KR 102531380 B1 KR102531380 B1 KR 102531380B1 KR 1020217018292 A KR1020217018292 A KR 1020217018292A KR 20217018292 A KR20217018292 A KR 20217018292A KR 102531380 B1 KR102531380 B1 KR 102531380B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrically conductive
- structures
- pillar structures
- conductive lines
- layer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
- H10B63/20—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices comprising selection components having two electrodes, e.g. diodes
- H10B63/24—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices comprising selection components having two electrodes, e.g. diodes of the Ovonic threshold switching type
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
- H10B63/20—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices comprising selection components having two electrodes, e.g. diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
- H10B63/80—Arrangements comprising multiple bistable or multi-stable switching components of the same type on a plane parallel to the substrate, e.g. cross-point arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
- H10B63/80—Arrangements comprising multiple bistable or multi-stable switching components of the same type on a plane parallel to the substrate, e.g. cross-point arrays
- H10B63/84—Arrangements comprising multiple bistable or multi-stable switching components of the same type on a plane parallel to the substrate, e.g. cross-point arrays arranged in a direction perpendicular to the substrate, e.g. 3D cell arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
- H10N70/061—Patterning of the switching material
- H10N70/063—Patterning of the switching material by etching of pre-deposited switching material layers, e.g. lithography
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
- H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/821—Device geometry
- H10N70/826—Device geometry adapted for essentially vertical current flow, e.g. sandwich or pillar type devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
- H10N70/8828—Tellurides, e.g. GeSbTe
Abstract
제1 전기 전도성 라인들, 제1 필라 구조물들, 제2 전기 전도성 라인들, 제2 필라 구조물들, 제3 전기 전도성 라인들, 제3 필라 구조물들, 제4 전기 전도성 라인들, 및 제4 필라 구조물들이 기판 위에 형성된다. 각각의 필라 구조물은 메모리 요소를 포함한다. 상호접속 구조물들은 제1 전기 전도성 라인들 상에 형성된다. 제1 전기 전도성 라인들은 메모리 요소들의 어레이들의 영역 외부에 위치되는 얇은 세그먼트들을 가질 수 있고, 상호접속 구조물들은 얇은 세그먼트들 상에 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상호접속 구조물들은 제1 전기 전도성 라인들의 각자의 제1 전기 전도성 라인과 접촉하는 제1 전도성 비아 구조물, 전도성 패드 구조물, 및 제2 전도성 비아 구조물의 수직 스택을 포함할 수 있다. 제5 전기 전도성 라인들은 메모리 요소들의 제2 2차원 어레이의 상단 표면들 상에 그리고 상호접속 구조물들의 상단 표면 상에 형성될 수 있다.First electrically conductive lines, first pillar structures, second electrically conductive lines, second pillar structures, third electrically conductive lines, third pillar structures, fourth electrically conductive lines, and fourth pillar Structures are formed over the substrate. Each pillar structure includes a memory element. Interconnection structures are formed on the first electrically conductive lines. The first electrically conductive lines can have thin segments located outside the area of the arrays of memory elements, and interconnection structures can be formed on the thin segments. Alternatively or additionally, the interconnection structures may include a vertical stack of first conductive via structures, conductive pad structures, and second conductive via structures in contact with respective first electrically conductive lines of the first electrically conductive lines. . Fifth electrically conductive lines may be formed on top surfaces of the second two-dimensional array of memory elements and on top surfaces of the interconnection structures.
Description
관련 출원related application
본 출원은 2019년 5월 13일자로 출원된 미국 정규 특허 출원 제16/410,326호 및 미국 정규 특허 출원 제16/410,376호의 우선권의 이익을 주장하며, 상기 출원들의 전체 내용들은 본 명세서에 참고로 포함된다.This application claims the benefit of priority to U.S. Provisional Patent Application No. 16/410,326 and U.S. Provisional Patent Application No. 16/410,376, filed on May 13, 2019, the entire contents of which are incorporated herein by reference. do.
기술분야technology field
본 발명은 대체적으로 반도체 디바이스들의 분야에 관한 것이고, 특히, 인터레벨(inter-level) 접속 구조물들을 포함하는 3차원 크로스 포인트(cross-point) 메모리 디바이스들 및 그 제조 방법들에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD [0002] The present invention relates generally to the field of semiconductor devices, and more particularly to three-dimensional cross-point memory devices including inter-level connection structures and methods of manufacturing the same.
크로스 포인트 어레이 디바이스는, 단위 디바이스 요소들이 3차원 어레이의 2차원 어레이로서 배열되고 상이한 레벨들에 위치된 액세스 라인들의 선택된 쌍에 의해 액세스되는 디바이스이다. 크로스 포인트 어레이 디바이스는 액세스 라인들의 2개의 세트들을 포함하는 2차원 어레이로서 구성될 수 있거나, 또는 액세스 라인들의 3개 이상의 세트들을 포함하는 3차원 어레이로서 구성될 수 있다.A cross point array device is a device in which unit device elements are arranged as a two-dimensional array of a three-dimensional array and are accessed by selected pairs of access lines located at different levels. A cross point array device may be configured as a two dimensional array comprising two sets of access lines, or may be configured as a three dimensional array comprising three or more sets of access lines.
각각의 단위 디바이스 요소는 액세스 라인들 중 위에 놓인 하나의 액세스 라인 및 액세스 라인들 중 아래에 놓인 하나의 액세스 라인의 선택에 의해 액세스될 수 있다. 액세스 라인들은 액세스 라인들에 접속된 주변 디바이스의 구성에 따라 그리고 각각의 단위 디바이스 요소 내의 컴포넌트들의 구성에 따라 워드 라인들 또는 비트 라인들로 지칭된다. 3차원 크로스 포인트 어레이 디바이스의 경우에 있어서, 각각의 홀수 번호 레벨에서의 액세스 라인들이 비트 라인일 수 있고 각각의 짝수 번호 레벨에서의 액세스 라인들이 워드 라인들일 수 있거나, 또는 그 역도 성립할 수 있다.Each unit device element can be accessed by selection of an upper one of the access lines and a lower one of the access lines. Access lines are referred to as word lines or bit lines according to the configuration of peripheral devices connected to the access lines and according to the configuration of components within each unit device element. In the case of a three-dimensional cross point array device, the access lines at each odd-numbered level can be bit lines and the access lines at each even-numbered level can be word lines, or vice versa.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 메모리 디바이스가 제공되며, 이 메모리 디바이스는, 제1 전기 전도성 라인들, 제1 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제2 전기 전도성 라인들, 제2 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제3 전기 전도성 라인들, 제3 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제4 전기 전도성 라인들, 제4 필라 구조물들의 2차원 어레이, 및 제5 전기 전도성 라인들을 포함하는 수직 스택 - 제1 필라 구조물들, 제2 필라 구조물들, 제3 필라 구조물들, 및 제4 필라 구조물들 각각은 각자의 메모리 요소를 포함하고, 제1 필라 구조물들의 2차원 어레이는 제1 폭을 갖는 제1 전기 전도성 라인들의 제1 부분들의 상단 표면들 위에 놓임 -; 및 제5 전기 전도성 라인들과 제1 전기 전도성 라인들 사이에 전기 전도성 경로들을 제공하는 상호접속 구조물들 - 상호접속 구조물들 각각은 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는 제1 전기 전도성 라인들의 각자의 제1 전기 전도성 라인의 제2 부분의 상단 표면과 접촉함 - 을 포함한다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a memory device, comprising: first electrically conductive lines, a two-dimensional array of first pillar structures, second electrically conductive lines, a two-dimensional array of second pillar structures A vertical stack comprising an array, third electrically conductive lines, a two-dimensional array of third pillar structures, fourth electrically conductive lines, a two-dimensional array of fourth pillar structures, and fifth electrically conductive lines - a first pillar structure each of the first pillar structures, the second pillar structures, the third pillar structures, and the fourth pillar structures include a respective memory element, and the two-dimensional array of first pillar structures comprises first electrically conductive lines having a first width. lying on top surfaces of the first parts; and interconnection structures providing electrically conductive paths between the fifth electrically conductive lines and the first electrically conductive lines, each of the interconnection structures having a second width smaller than the first width. in contact with the top surface of the second portion of the first electrically conductive line of the
본 발명의 다른 태양에 따르면, 메모리 디바이스를 형성하는 방법이 제공되며, 이 방법은, 기판 위에 제1 수평 방향을 따라 측방향으로 연장되는 제1 전기 전도성 라인들을 형성하는 단계 - 제1 전기 전도성 라인들은 제1 폭을 갖는 제1 부분들 및 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는 제2 부분들을 포함함 -; 제1 필라 구조물들의 2차원 어레이 위에, 제2 전기 전도성 라인들, 제2 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제3 전기 전도성 라인들, 제3 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제4 전기 전도성 라인들, 및 제4 필라 구조물들의 2차원 어레이를 포함하는 수직 스택을 형성하는 단계 - 제1 필라 구조물들, 제2 필라 구조물들, 제3 필라 구조물들, 및 제4 필라 구조물들 각각은 각자의 메모리 요소를 포함함 -; 제1 전기 전도성 라인들의 제2 부분들의 상단 표면들 상에 상호접속 구조물들을 형성하는 단계; 및 제4 필라 구조물들의 2차원 어레이의 상단 표면들 상에 그리고 상호접속 구조물들의 상단 표면들 상에 제5 전기 전도성 라인들을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method of forming a memory device is provided, the method comprising forming first electrically conductive lines extending laterally along a first horizontal direction over a substrate - the first electrically conductive line. include first portions having a first width and second portions having a second width smaller than the first width; Over the two-dimensional array of first pillar structures, second electrically conductive lines, two-dimensional array of second pillar structures, third electrically conductive lines, two-dimensional array of third pillar structures, fourth electrically conductive lines, and Forming a vertical stack comprising a two-dimensional array of fourth pillar structures, each of the first pillar structures, the second pillar structures, the third pillar structures, and the fourth pillar structures including a respective memory element. Ham -; forming interconnection structures on top surfaces of the second portions of the first electrically conductive lines; and forming fifth electrically conductive lines on top surfaces of the two-dimensional array of fourth pillar structures and on top surfaces of the interconnection structures.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 메모리 디바이스가 제공되며, 이 메모리 디바이스는, 제1 전기 전도성 라인들, 제1 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제2 전기 전도성 라인들, 제2 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제3 전기 전도성 라인들, 제3 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제4 전기 전도성 라인들, 제4 필라 구조물들의 2차원 어레이, 및 제5 전기 전도성 라인들을 포함하는 수직 스택 - 제1 필라 구조물들, 제2 필라 구조물들, 제3 필라 구조물들, 및 제4 필라 구조물들 각각은 각자의 메모리 요소를 포함함 -; 및 제5 전기 전도성 라인들과 제1 전기 전도성 라인들 사이에 전기 전도성 경로들을 제공하는 상호접속 구조물들 - 상호접속 구조물들 각각은 제1 전기 전도성 라인들의 각자의 제1 전기 전도성 라인과 접촉하는 제1 전도성 비아 구조물, 제1 전도성 비아 구조물의 상단 표면과 접촉하는 전도성 패드 구조물, 및 전도성 패드 구조물 및 제5 전기 전도성 라인들의 각자의 제5 전기 전도성 라인과 접촉하는 제2 전도성 비아 구조물의 수직 스택을 포함함 - 을 포함한다.According to yet another aspect of the present invention, a memory device is provided, comprising: first electrically conductive lines, a two-dimensional array of first pillar structures, second electrically conductive lines, a two-dimensional array of second pillar structures A vertical stack comprising an array, third electrically conductive lines, a two-dimensional array of third pillar structures, fourth electrically conductive lines, a two-dimensional array of fourth pillar structures, and fifth electrically conductive lines - a first pillar structure s, the second pillar structures, the third pillar structures, and the fourth pillar structures each include a respective memory element; and interconnection structures providing electrically conductive pathways between the fifth electrically conductive lines and the first electrically conductive lines, each of the interconnection structures first contacting a respective first electrically conductive line of the first electrically conductive lines. a vertical stack of a first conductive via structure, a conductive pad structure in contact with a top surface of the first conductive via structure, and a second conductive via structure in contact with a respective fifth electrically conductive line of the conductive pad structure and the fifth electrically conductive lines; contains - contains
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 메모리 디바이스를 형성하는 방법이 제공되며, 이 방법은, 기판 위에 수직 스택을 형성하는 단계 - 수직 스택은 제1 전기 전도성 라인들, 제1 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제2 전기 전도성 라인들, 제2 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제3 전기 전도성 라인들, 제3 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제4 전기 전도성 라인들, 및 제4 필라 구조물들의 2차원 어레이를 포함하고, 제1 필라 구조물들, 제2 필라 구조물들, 제3 필라 구조물들, 및 제4 필라 구조물들 각각은 각자의 메모리 요소를 포함하고 각자의 유전체 재료 층 내에 임베드됨 -; 제1 필라 구조물들, 제2 필라 구조물들, 제3 필라 구조물들, 또는 제4 필라 구조물들을 임베드하는 유전체 재료 층들을 통과하여 상호접속 구조물들을 형성하는 단계 - 상호접속 구조물들 각각은 제1 전기 전도성 라인들의 각자의 제1 전기 전도성 라인과 접촉하는 제1 전도성 비아 구조물, 제1 전도성 비아 구조물의 상단 표면과 접촉하는 전도성 패드 구조물, 및 전도성 패드 구조물 및 제5 전기 전도성 라인들의 각자의 제5 전기 전도성 라인과 접촉하는 제2 전도성 비아 구조물의 수직 스택을 포함함 -; 및 제4 필라 구조물들의 2차원 어레이 및 상호접속 구조물들 상에 제5 전기 전도성 라인들을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method of forming a memory device is provided, the method comprising forming a vertical stack over a substrate, the vertical stack comprising first electrically conductive lines, a two-dimensional array of first pillar structures. , second electrically conductive lines, a two-dimensional array of second pillar structures, third electrically conductive lines, a two-dimensional array of third pillar structures, fourth electrically conductive lines, and a two-dimensional array of fourth pillar structures. wherein each of the first pillar structures, the second pillar structures, the third pillar structures, and the fourth pillar structures includes a respective memory element and is embedded within a respective dielectric material layer; forming interconnection structures through dielectric material layers embedding the first pillar structures, the second pillar structures, the third pillar structures, or the fourth pillar structures, each of the interconnection structures having a first electrically conductive a first conductive via structure in contact with a respective first electrically conductive line of the lines, a conductive pad structure in contact with a top surface of the first conductive via structure, and a respective fifth electrically conductive of the conductive pad structure and the fifth electrically conductive lines; a vertical stack of second conductive via structures in contact with the line; and forming fifth electrically conductive lines on the two-dimensional array of fourth pillar structures and interconnect structures.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 제1 전도성 재료 층, 제1 선택자 층, 제1 상변화 메모리 층, 선택적 제1 배리어 층, 및 제1 하드 마스크 층을 포함하는 제1 층 스택의 형성 이후의 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 수직 평면 B - B'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 1c는 도 1a의 수직 평면 C - C'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 1d는 도 1a 내지 도 1c의 제1 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 1a 내지 도 1c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 1a 내지 도 1c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 1a 내지 도 1c의 수직 단면도의 평면이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 제1 하드 마스크 층을 하드 마스크 스트립들로 패턴화한 이후의 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 수직 평면 B - B'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 2c는 도 2a의 수직 평면 C - C'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 2d는 도 2a 내지 도 2c의 제1 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 2a 내지 도 2c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 2a 내지 도 2c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 2a 내지 도 2c의 수직 단면도의 평면이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 마스킹 재료 층으로 하드 마스크 스트립들의 제1 부분들을 커버하고 하드 마스크 스트립들의 제2 부분들을 슬리밍한 이후의 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 수직 평면 B - B'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 3c는 도 3a의 수직 평면 C - C'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 3d는 도 3a 내지 도 3c의 제1 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 3a 내지 도 3c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 3a 내지 도 3c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 3a 내지 도 3c의 수직 단면도의 평면이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 제1 트렌치들에 의해 측방향으로 이격된 제1 스택형 레일 구조물들의 형성 이후의 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 수직 평면 B - B'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 4c는 도 4a의 수직 평면 C - C'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 4d는 도 4a 내지 도 4c의 제1 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 4a 내지 도 4c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 4a 내지 도 4c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 4a 내지 도 4c의 수직 단면도의 평면이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 제1 필라 구조물들의 2차원 직사각형 어레이의 형성 이후의 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 수직 평면 B - B'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 5c는 도 5a의 수직 평면 C - C'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 5d는 도 5a 내지 도 5c의 제1 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 5a 내지 도 5c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 5a 내지 도 5c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 5a 내지 도 5c의 수직 단면도의 평면이다.
도 6a는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 제1 유전체 재료 층의 형성 이후의 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 수직 평면 B - B'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 6c는 도 6a의 수직 평면 C - C'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 6d는 도 6a 내지 도 6c의 제1 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 6a 내지 도 6c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 6a 내지 도 6c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 6a 내지 도 6c의 수직 단면도의 평면이다.
도 7a는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 제2 전도성 재료 층, 제2 선택자 층, 제2 상변화 메모리 층, 선택적 제2 배리어 층, 및 제2 하드 마스크 층을 포함하는 제2 층 스택의 형성 이후의 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 7b는 도 7a의 수직 평면 B - B'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 7c는 도 7a의 수직 평면 C - C'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 7d는 도 7a 내지 도 7c의 제1 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 7a 내지 도 7c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 7a 내지 도 7c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 7a 내지 도 7c의 수직 단면도의 평면이다.
도 8a는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 제2 전기 전도성 라인들, 제2 필라 구조물들의 2차원 직사각형 어레이, 및 제2 유전체 재료 층의 형성 이후의 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 8b는 도 8a의 수직 평면 B - B'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 8c는 도 8a의 수직 평면 C - C'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 8d는 도 8a 내지 도 8c의 제1 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 8a 내지 도 8c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 8a 내지 도 8c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 8a 내지 도 8c의 수직 단면도의 평면이다.
도 9a는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 제1 전도성 비아 구조물들의 형성 이후의 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 9b는 도 9a의 수직 평면 B - B'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 9c는 도 9a의 수직 평면 C - C'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 9d는 도 9a 내지 도 9c의 제1 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 9a 내지 도 9c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 9a 내지 도 9c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 9a 내지 도 9c의 수직 단면도의 평면이다.
도 9e는 도 9a 내지 도 9d의 제1 예시적 구조물 내에 제1 전도성 비아 구조물들을 포함하는 영역의 사시도이다.
도 9f는 도 9e의 영역의 개략적 레이아웃이다.
도 10a는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 제3 전기 전도성 라인들, 제3 필라 구조물들의 2차원 직사각형 어레이, 제3 유전체 재료 층, 제4 전기 전도성 라인들, 제4 필라 구조물의 2차원 어레이, 제4 유전체 재료 층, 및 제2 전도성 비아 구조물들의 형성 이후의 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 10b는 도 10a의 수직 평면 B - B'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 10c는 도 10a의 수직 평면 C - C'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 10d는 도 10a 내지 도 10c의 제1 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 10a 내지 도 10c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 10a 내지 도 10c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 10a 내지 도 10c의 수직 단면도의 평면이다.
도 11a는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 제5 전기 전도성 라인들의 형성 이후의 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 11b는 도 11a의 수직 평면 B - B'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 11c는 도 11a의 수직 평면 C - C'를 따른 제1 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 11d는 도 11a 내지 도 11c의 제1 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 11a 내지 도 11c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 11a 내지 도 11c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 11a 내지 도 11c의 수직 단면도의 평면이다.
도 12a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제1 전도성 재료 층, 제1 선택자 층, 제1 상변화 메모리 층, 선택적 제1 배리어 층, 및 제1 하드 마스크 층을 포함하는 제1 층 스택의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 12b는 도 12a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 12c는 도 12a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 12d는 도 12a 내지 도 12c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 12a 내지 도 12c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 12a 내지 도 12c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 12a 내지 도 12c의 수직 단면도의 평면이다.
도 13a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제1 트렌치들에 의해 측방향으로 이격된 제1 스택형 레일 구조물들의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 13b는 도 13a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 13c는 도 13a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 13d는 도 13a 내지 도 13c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 13a 내지 도 13c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 13a 내지 도 13c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 13a 내지 도 13c의 수직 단면도의 평면이다.
도 14a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제1 필라 구조물들의 2차원 직사각형 어레이의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 14b는 도 14a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 14c는 도 14a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 14d는 도 14a 내지 도 14c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 14a 내지 도 14c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 14a 내지 도 14c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 14a 내지 도 14c의 수직 단면도의 평면이다.
도 15a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제1 유전체 재료 층의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 15b는 도 15a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 15c는 도 15a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 15d는 도 15a 내지 도 15c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 15a 내지 도 15c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 15a 내지 도 15c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 15a 내지 도 15c의 수직 단면도의 평면이다.
도 16a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제2 전기 전도성 라인들, 제2 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제2 유전체 재료 층, 및 제1 전도성 비아 구조물들의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 16b는 도 16a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 16c는 도 16a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 16d는 도 16a 내지 도 16c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 16a 내지 도 16c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 16a 내지 도 16c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 16a 내지 도 16c의 수직 단면도의 평면이다.
도 17a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제3 전도성 재료 층, 제3 선택자 층, 제3 상변화 메모리 층, 선택적 제3 배리어 층, 및 제3 하드 마스크 층을 포함하는 층 스택의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 17b는 도 17a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 17c는 도 17a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 17d는 도 17a 내지 도 17c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 17a 내지 도 17c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 17a 내지 도 17c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 17a 내지 도 17c의 수직 단면도의 평면이다.
도 18a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제3 하드 마스크 층을 하드 마스크 스트립들 및 하드 마스크 플레이트들로 패턴화한 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 18b는 도 18a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 18c는 도 18a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 18d는 도 18a 내지 도 18c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 18a 내지 도 18c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 18a 내지 도 18c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 18a 내지 도 18c의 수직 단면도의 평면이다.
도 19a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 하드 마스크 스트립들 주위의 제1 스페이서 재료 부분들의 형성 및 하드 마스크 플레이트들 주위의 제2 스페이서 재료 부분들의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 19b는 도 19a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 19c는 도 19a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 19d는 도 19a 내지 도 19c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 19a 내지 도 19c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 19a 내지 도 19c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 19a 내지 도 19c의 수직 단면도의 평면이다.
도 20a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제2 스페이서 재료 부분들을 패턴화된 포토레지스트 층으로 마스킹하고 제2 스페이서 재료 부분들을 제거한 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 20b는 도 20a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 20c는 도 20a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 20d는 도 20a 내지 도 20c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 20a 내지 도 20c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 20a 내지 도 20c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 20a 내지 도 20c의 수직 단면도의 평면이다.
도 21a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 패턴화된 포토레지스트 층을 제거한 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 21b는 도 21a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 21c는 도 21a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 21d는 도 21a 내지 도 21c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 21a 내지 도 21c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 21a 내지 도 21c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 21a 내지 도 21c의 수직 단면도의 평면이다.
도 22a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제3 전기 전도성 라인들 및 제3 스택형 레일 구조물들의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 22b는 도 22a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 22c는 도 22a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 22d는 도 22a 내지 도 22c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 22a 내지 도 22c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 22a 내지 도 22c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 22a 내지 도 22c의 수직 단면도의 평면이다.
도 23a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제3 필라 구조물들의 2차원 직사각형 어레이의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 23b는 도 23a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 23c는 도 23a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 23d는 도 23a 내지 도 23c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 23a 내지 도 23c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 23a 내지 도 23c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 23a 내지 도 23c의 수직 단면도의 평면이다.
도 24a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제3 유전체 재료 층, 제4 전기 전도성 라인들, 제4 필라 구조물들의 2차원 어레이, 및 제4 유전체 재료 층의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 24b는 도 24a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 24c는 도 24a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 24d는 도 24a 내지 도 24c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 24a 내지 도 24c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 24a 내지 도 24c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 24a 내지 도 24c의 수직 단면도의 평면이다.
도 25a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제2 전도성 비아 구조물들의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 25b는 도 25a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 25c는 도 25a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 25d는 도 25a 내지 도 25c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 25a 내지 도 25c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 25a 내지 도 25c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 25a 내지 도 25c의 수직 단면도의 평면이다.
도 26a는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 제5 전기 전도성 라인들의 형성 이후의 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 26b는 도 26a의 수직 평면 B - B'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 26c는 도 26a의 수직 평면 C - C'를 따른 제2 예시적 구조물의 수직 단면도이다.
도 26d는 도 26a 내지 도 26c의 제2 예시적 구조물의 평면도이다. 수직 평면 A - A'는 도 26a 내지 도 26c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 B - B'는 도 26a 내지 도 26c의 수직 단면도의 평면이다. 수직 평면 C - C'는 도 26a 내지 도 26c의 수직 단면도의 평면이다.1A shows a first layer stack including a first conductive material layer, a first selector layer, a first phase change memory layer, an optional first barrier layer, and a first hard mask layer, according to a first embodiment of the present invention. A vertical cross-section of the first exemplary structure after formation of
FIG. 1B is a vertical cross-sectional view of a first example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 1A.
FIG. 1C is a vertical cross-sectional view of a first example structure along vertical plane C-C′ of FIG. 1A.
1D is a plan view of the first example structure of FIGS. 1A-1C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical section of Figs. 1A to 1C. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical section of Figs. 1A to 1C. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 1A to 1C.
2A is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after patterning a first hard mask layer into hard mask strips, in accordance with a first embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 2A.
FIG. 2C is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 2A.
2D is a plan view of the first example structure of FIGS. 2A-2C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross section of Figs. 2a to 2c. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical section of Figs. 2a to 2c. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 2a to 2c.
3A is a vertical cross-sectional view of a first example structure after covering first portions of hard mask strips with a layer of masking material and slimming second portions of hard mask strips, in accordance with a first embodiment of the present invention.
FIG. 3B is a vertical cross-sectional view of the first exemplary structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 3A.
3C is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 3A.
3D is a plan view of the first exemplary structure of FIGS. 3A-3C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 3A to 3C. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical section of Figs. 3a to 3c. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 3a to 3c.
4A is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after formation of first stacked rail structures laterally spaced by first trenches, in accordance with a first embodiment of the present invention.
FIG. 4B is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 4A.
4C is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane C-C' of FIG. 4A.
4D is a plan view of the first exemplary structure of FIGS. 4A-4C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 4a to 4c. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical section in Figs. 4a to 4c. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical section of Figs. 4a to 4c.
5A is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after formation of a two-dimensional rectangular array of first pillar structures, in accordance with a first embodiment of the present invention.
FIG. 5B is a vertical cross-sectional view of the first exemplary structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 5A.
5C is a vertical cross-sectional view of the first exemplary structure along the vertical plane C-C' of FIG. 5A.
5D is a plan view of the first exemplary structure of FIGS. 5A-5C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 5A to 5C. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 5a to 5c. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 5A to 5C.
6A is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after formation of a first dielectric material layer, in accordance with a first embodiment of the present invention.
FIG. 6B is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 6A.
6C is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane C-C' of FIG. 6A.
6D is a plan view of the first exemplary structure of FIGS. 6A-6C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 6A to 6C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 6a to 6c. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 6A to 6C.
7A shows a second layer stack comprising a second conductive material layer, a second selector layer, a second phase change memory layer, an optional second barrier layer, and a second hard mask layer, according to a first embodiment of the present invention. A vertical cross-section of the first exemplary structure after formation of
FIG. 7B is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 7A.
7C is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 7A.
7D is a plan view of the first example structure of FIGS. 7A-7C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 7A to 7C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical section of Figs. 7a to 7c. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical section of Figs. 7a to 7c.
8A is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after formation of second electrically conductive lines, a two-dimensional rectangular array of second pillar structures, and a second dielectric material layer, in accordance with a first embodiment of the present invention.
FIG. 8B is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane B-B' of FIG. 8A.
8C is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 8A.
8D is a plan view of the first example structure of FIGS. 8A-8C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical section of Figs. 8A to 8C. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical section of Figs. 8A to 8C. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 8A to 8C.
9A is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after formation of first conductive via structures, in accordance with a first embodiment of the present invention.
FIG. 9B is a vertical cross-sectional view of the first exemplary structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 9A.
FIG. 9C is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 9A.
9D is a plan view of the first example structure of FIGS. 9A-9C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 9A-9C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 9a to 9c. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 9A-9C.
9E is a perspective view of a region including first conductive via structures within the first example structure of FIGS. 9A-9D.
Figure 9f is a schematic layout of the area of Figure 9e.
10A is a two-dimensional diagram of a third dielectric material layer, fourth electrically conductive lines, fourth pillar structure, a two-dimensional rectangular array of third electrically conductive lines, third pillar structures, according to a first embodiment of the present invention. A vertical cross-sectional view of the first example structure after formation of the array, the fourth layer of dielectric material, and the second conductive via structures.
FIG. 10B is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 10A.
10C is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 10A.
10D is a plan view of the first exemplary structure of FIGS. 10A-10C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 10A to 10C. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical section in Figs. 10A to 10C. The vertical plane C - C' is the plane of the vertical section in Figs. 10A to 10C.
11A is a vertical cross-sectional view of a first exemplary structure after formation of fifth electrically conductive lines, according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 11B is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 11A.
11C is a vertical cross-sectional view of the first example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 11A.
11D is a plan view of the first exemplary structure of FIGS. 11A-11C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 11A to 11C. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical section of Figs. 11A to 11C. The vertical plane C - C' is the plane of the vertical section of Figs. 11A to 11C.
12A shows a first layer stack including a first conductive material layer, a first selector layer, a first phase change memory layer, an optional first barrier layer, and a first hard mask layer, according to a second embodiment of the present invention. A vertical cross-section of the second example structure after formation of
FIG. 12B is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 12A.
FIG. 12C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 12A.
12D is a plan view of the second exemplary structure of FIGS. 12A-12C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 12A to 12C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 12a to 12c. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 12A to 12C.
13A is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after formation of first stacked rail structures laterally spaced by first trenches, in accordance with a second embodiment of the present invention.
FIG. 13B is a vertical cross-section of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 13A.
FIG. 13C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 13A.
13D is a plan view of the second exemplary structure of FIGS. 13A-13C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 13A to 13C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 13A to 13C. Vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 13A-13C.
14A is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after formation of a two-dimensional rectangular array of first pillar structures, in accordance with a second embodiment of the present invention.
FIG. 14B is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 14A.
14C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 14A.
14D is a plan view of the second exemplary structure of FIGS. 14A-14C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 14A-14C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 14a to 14c. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 14a to 14c.
15A is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after formation of a first dielectric material layer, in accordance with a second embodiment of the present invention.
FIG. 15B is a vertical cross-section of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 15A.
15C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 15A.
15D is a plan view of the second example structure of FIGS. 15A-15C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 15A-15C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 15A to 15C. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 15A-15C.
16A is a second exemplary structure after formation of second electrically conductive lines, a two-dimensional array of second pillar structures, a second dielectric material layer, and first conductive via structures, in accordance with a second embodiment of the present invention; is a vertical section of
FIG. 16B is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 16A.
16C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 16A.
16D is a plan view of the second exemplary structure of FIGS. 16A-16C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 16A to 16C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 16A to 16C. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical section of Figs. 16A-16C.
17A illustrates formation of a layer stack including a third conductive material layer, a third selector layer, a third phase change memory layer, an optional third barrier layer, and a third hard mask layer, in accordance with a second embodiment of the present invention. Below is a vertical cross-section of the second exemplary structure.
FIG. 17B is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 17A.
FIG. 17C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 17A.
17D is a plan view of the second exemplary structure of FIGS. 17A-17C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 17A-17C. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 17A to 17C. Vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 17A-17C.
18A is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after patterning a third hard mask layer into hard mask strips and hard mask plates, in accordance with a second embodiment of the present invention.
FIG. 18B is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 18A.
18C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 18A.
18D is a plan view of the second exemplary structure of FIGS. 18A-18C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 18A-18C. Vertical plane B - B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 18A-18C. Vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of FIGS. 18A-18C.
19A is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after formation of first spacer material portions around hard mask strips and formation of second spacer material portions around hard mask plates, in accordance with a second embodiment of the present invention; am.
FIG. 19B is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 19A.
19C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 19A.
19D is a plan view of the second exemplary structure of FIGS. 19A-19C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 19A-19C. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 19A to 19C. Vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of FIGS. 19A-19C.
20A is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after masking the second spacer material portions with a patterned photoresist layer and removing the second spacer material portions, in accordance with a second embodiment of the present invention.
FIG. 20B is a vertical cross-section of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 20A.
FIG. 20C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along vertical plane C-C′ of FIG. 20A.
20D is a plan view of the second example structure of FIGS. 20A-20C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 20A to 20C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 20A to 20C. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 20A to 20C.
21A is a vertical cross-sectional view of a second example structure after removing the patterned photoresist layer, in accordance with a second embodiment of the present invention.
FIG. 21B is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 21A.
FIG. 21C is a vertical cross-section of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 21A.
21D is a plan view of the second exemplary structure of FIGS. 21A-21C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 21A to 21C. Vertical plane B - B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 21A to 21C. The vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 21A to 21C.
22A is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after formation of third electrically conductive lines and third stacked rail structures, in accordance with a second embodiment of the present invention.
FIG. 22B is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 22A.
22C is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 22A.
22D is a plan view of the second exemplary structure of FIGS. 22A-22C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 22A to 22C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 22A to 22C. Vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of FIGS. 22A-22C.
23A is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after formation of a two-dimensional rectangular array of third pillar structures, in accordance with a second embodiment of the present invention.
FIG. 23B is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 23A.
23C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C' of FIG. 23A.
23D is a plan view of the second example structure of FIGS. 23A-23C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 23A to 23C. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 23A to 23C. Vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 23A-23C.
24A shows a second exemplary structure after formation of a third dielectric material layer, fourth electrically conductive lines, a two-dimensional array of fourth pillar structures, and a fourth dielectric material layer, according to a second embodiment of the present invention. is a vertical section of
FIG. 24B is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 24A.
24C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 24A.
24D is a plan view of the second example structure of FIGS. 24A-24C. Vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 24A-24C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 24A to 24C. Vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of FIGS. 24A-24C.
25A is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after formation of second conductive via structures, in accordance with a second embodiment of the present invention.
FIG. 25B is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 25A.
25C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 25A.
25D is a plan view of the second example structure of FIGS. 25A-25C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 25A to 25C. The vertical plane B - B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 25A to 25C. Vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 25A-25C.
26A is a vertical cross-sectional view of a second exemplary structure after formation of fifth electrically conductive lines, in accordance with a second embodiment of the present invention.
FIG. 26B is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane B-B′ of FIG. 26A.
26C is a vertical cross-sectional view of a second example structure along the vertical plane C-C′ of FIG. 26A.
26D is a plan view of the second example structure of FIGS. 26A-26C. The vertical plane A - A' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 26A to 26C. The vertical plane B-B' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 26A to 26C. Vertical plane C-C' is the plane of the vertical cross-section of Figs. 26A-26C.
3차원 크로스 포인트 어레이 디바이스 내의 단위 디바이스 요소가 액세스 라인들의 수직 이웃 세트들 내에서 한 쌍의 선택된 액세스 라인들에 의해 액세스되기 때문에, 상이한 레벨들에 위치된 다수의 비트 라인들의 활성화는, 단 하나의 워드 라인이 활성화된다면, 하나 초과의 단위 디바이스 요소를 활성화하지 않는다. 마찬가지로, 상이한 레벨들에 위치된 다수의 워드 라인들의 활성화는, 단 하나의 비트 라인이 활성화된다면, 하나 초과의 단위 디바이스 요소를 활성화하지 않는다. 따라서, 수직 이웃 쌍들의 비트 라인들이 함께 접속되는 경우에 또는 수직 이웃 쌍들의 워드 라인들이 함께 접속되는 경우에 3차원 크로스 포인트 어레이 디바이스의 아키텍처는 크게 단순화될 수 있다.Since a unit device element within a three-dimensional cross point array device is accessed by a selected pair of access lines within vertical neighboring sets of access lines, activation of multiple bit lines located at different levels results in only one If a word line is activated, do not activate more than one unit device element. Likewise, activation of multiple word lines located at different levels does not activate more than one unit device element if only one bit line is activated. Therefore, the architecture of the three-dimensional cross point array device can be greatly simplified in case the bit lines of vertical neighboring pairs are connected together or in the case where the word lines of vertical neighboring pairs are connected together.
물리적 하드웨어에서, 2개의 레벨들로 이격된 액세스 라인들 사이의 상호접속은 2개의 디바이스 레벨들에 걸쳐 있는 2개의 상호접속 비아 구조물들을 포함하는 수직 상호접속 구조물을 활용한다. 그러나, 그러한 수직 상호접속 구조물들의 형성은, 액세스 라인들을 형성하는 데 사용되는 미세 피치(fine pitch) 때문에 전기적 단락들, 유전체 파괴, 및/또는 기생 커패시턴스의 증가에 취약하다. 전형적으로, 액세스 라인들은 디바이스 밀도를 증가시키기 위해 최소 리소그래피 피치로 형성된다. 따라서, 오버레이 변형들로 인한 상호접속 비아 구조물들의 오정렬은 3차원 크로스 포인트 어레이 디바이스에 다양한 수율 문제들 및 신뢰성 문제들을 야기할 수 있다.In physical hardware, interconnection between access lines spaced on two levels utilizes a vertical interconnection structure comprising two interconnection via structures spanning two device levels. However, the formation of such vertical interconnection structures is susceptible to electrical shorts, dielectric breakdown, and/or increased parasitic capacitance due to the fine pitch used to form the access lines. Typically, access lines are formed with a minimum lithographic pitch to increase device density. Thus, misalignment of interconnect via structures due to overlay deformations can cause various yield problems and reliability problems in a three-dimensional cross point array device.
위의 관점에서, 본 발명의 실시예들은 레벨간 접속 구조물들을 포함하는 3차원 크로스 포인트 어레이 메모리 디바이스들 및 그 제조 방법들에 관한 것이며, 이들의 다양한 실시예들이 후술된다. 본 발명의 실시예들의 구조물들 및 방법들은 3차원 크로스 포인트 어레이 메모리 디바이스에 대해 2개의 디바이스 레벨들에 걸쳐 있는 신뢰성있는 레벨간 전도성 경로들을 제공한다.In view of the above, embodiments of the present invention relate to three-dimensional cross point array memory devices including interlevel connection structures and methods of manufacturing the same, and various embodiments thereof are described below. Structures and methods of embodiments of the present invention provide reliable inter-level conductive paths spanning two device levels for a three-dimensional cross point array memory device.
도면은 축척대로 도시되지 않는다. 요소들의 중복의 부재가 명백히 기술되거나 명확하게 달리 지시되지 않는 한, 요소의 단일 인스턴스가 도시되는 경우 요소의 다수의 인스턴스들이 중복될 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 요소들 사이의 "콘택트"는 요소들에 의해 공유되는 에지 또는 표면을 제공하는 요소들 사이의 직접 콘택트를 지칭한다. "제1", "제2", 및 "제3"과 같은 서수들은 유사한 요소들을 식별하는 데에만 사용되며, 상이한 서수들이 본 발명의 명세서 및 청구범위에 걸쳐 사용될 수 있다. 동일한 도면 부호는 동일한 요소 또는 유사한 요소를 지칭한다. 달리 지시되지 않는 한, 동일한 도면 부호를 갖는 요소들은 동일한 재료 조성을 갖는 것으로 추정된다.The drawings are not drawn to scale. Multiple instances of an element may be redundant where a single instance of an element is shown unless the absence of overlapping of elements is explicitly stated or clearly indicated otherwise. Unless indicated otherwise, “contact” between elements refers to direct contact between elements providing an edge or surface shared by the elements. Ordinal numbers such as “first,” “second,” and “third” are only used to identify like elements, and different ordinal numbers may be used throughout the specification and claims of the invention. Like reference numerals designate like or similar elements. Unless otherwise indicated, elements having the same reference number are assumed to have the same material composition.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "층"은 두께를 갖는 영역을 포함하는 재료 부분을 지칭한다. 층은 아래에 놓인(underlying) 또는 위에 놓인(overlying) 구조물의 전체에 걸쳐 연장될 수 있거나, 아래에 놓인 또는 위에 놓인 구조물의 범위보다 작은 범위를 가질 수 있다. 또한, 층은 연속적인 구조물의 두께보다 작은 두께를 갖는 균질한 또는 불균질한 연속적인 구조물의 영역일 수 있다. 예를 들어, 층은 연속적인 구조물의 상단 표면과 저부 표면에 있는 또는 그들 사이에 있는 임의의 쌍의 수평 평면들 사이에 위치될 수 있다. 층은 수평으로, 수직으로, 그리고/또는 테이퍼링된 표면을 따라 연장될 수 있다. 기판은 하나의 층일 수 있고/있거나, 그 내부에 하나 이상의 층들을 포함할 수 있고/있거나, 그 상에, 그 위에, 그리고/또는 그 아래에 하나 이상의 층들을 가질 수 있다.As used herein, “layer” refers to a portion of material that includes a region having a thickness. A layer may extend throughout the underlying or overlying structure, or may have an extent less than the extent of the underlying or overlying structure. A layer can also be a region of a continuous structure, homogeneous or heterogeneous, having a thickness less than the thickness of the continuous structure. For example, a layer may be positioned between any pair of horizontal planes on or between the top and bottom surfaces of the continuous structure. The layer may extend horizontally, vertically, and/or along a tapered surface. The substrate may be one layer, may include one or more layers therein, and/or may have one or more layers on, above, and/or below.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "층 스택"은 층들의 스택을 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "라인" 또는 "라인 구조물"은 우세한 연장 방향, 즉 층이 가장 많이 연장되는 방향을 갖는 층을 지칭한다.As used herein, “layer stack” refers to a stack of layers. As used herein, “line” or “line structure” refers to a layer having a predominant direction of extension, i.e., the direction in which the layer extends the most.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "반도체성 재료"는 1.0 × 10-6 S/cm 내지 1.0 × 105 S/cm 범위의 전기 전도도를 갖는 재료를 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "반도체 재료"는 전기 도펀트가 내부에 존재하지 않을 시 1.0 × 10-6 S/cm 내지 1.0 × 105 S/cm 범위의 전기 전도도를 갖는 재료를 지칭하며, 전기 도펀트를 이용한 적합한 도핑 시 1.0 S/cm 내지 1.0 × 105 S/cm 범위의 전기 전도도를 갖는 도핑된 재료를 생성할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "전기 도펀트"는 밴드 구조(band structure) 내의 가전자대에 홀을 추가하는 p-형 도펀트, 또는 밴드 구조 내의 전도대에 전자를 추가하는 n-형 도펀트를 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "전도성 재료"는 1.0 × 105 S/cm 초과인 전기 전도도를 갖는 재료를 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "절연체 재료" 또는 "유전체 재료"는 1.0 × 10-6 S/cm 미만인 전기 전도도를 갖는 재료를 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "고농도로 도핑된 반도체 재료"는, 전도성 재료가 되도록, 즉 1.0 × 105 S/cm 초과인 전기 전도도를 갖도록, 충분히 높은 원자 농도에서 전기 도펀트로 도핑된 반도체 재료를 지칭한다. "도핑된 반도체 재료"는 고농도로 도핑된 반도체 재료일 수 있거나, 또는 1.0 × 10-6 S/cm 내지 1.0 × 105 S/cm 범위의 전기 전도도를 제공하는 농도에서의 전기 도펀트(즉, p-형 도펀트 및/또는 n-형 도펀트)를 포함하는 반도체 재료일 수 있다. "진성 반도체 재료"는 전기 도펀트로 도핑되지 않는 반도체 재료를 지칭한다. 따라서, 반도체 재료는 반도체성 또는 전도성일 수 있고, 진성 반도체 재료 또는 도핑된 반도체 재료일 수 있다. 도핑된 반도체 재료는 그 내부의 전기 도펀트들의 원자 농도에 따라 반도체성 또는 전도성일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "금속성 재료"는 적어도 하나의 금속성 원소를 내부에 포함하는 전도성 재료를 지칭한다. 전기 전도도에 대한 모든 측정은 표준 조건에서 이루어진다.As used herein, “semiconductive material” refers to a material having an electrical conductivity in the range of 1.0×10 −6 S/cm to 1.0×10 5 S/cm. As used herein, “semiconductor material” refers to a material having an electrical conductivity, when no electrical dopant is present therein, in the range of 1.0×10 −6 S/cm to 1.0×10 5 S/cm, and Suitable doping with dopants can produce doped materials with electrical conductivities in the range of 1.0 S/cm to 1.0 x 10 5 S/cm. As used herein, “electrical dopant” refers to a p-type dopant that adds a hole to the valence band within the band structure, or an n-type dopant that adds electrons to the conduction band within the band structure. As used herein, “conductive material” refers to a material having an electrical conductivity greater than 1.0×10 5 S/cm. As used herein, “insulator material” or “dielectric material” refers to a material having an electrical conductivity less than 1.0×10 −6 S/cm. As used herein, “heavily doped semiconductor material” is a semiconductor material that is doped with an electrical dopant at a sufficiently high atomic concentration to be a conductive material, ie, to have an electrical conductivity greater than 1.0×10 5 S/cm. refers to A “doped semiconductor material ” may be a heavily doped semiconductor material, or an electrical dopant (ie, p -type dopant and/or n-type dopant). "Intrinsic semiconductor material" refers to a semiconductor material that is not doped with an electrical dopant. Accordingly, the semiconductor material may be semiconducting or conducting, and may be an intrinsic semiconductor material or a doped semiconductor material. A doped semiconductor material may be semiconducting or conductive depending on the atomic concentration of electrical dopants therein. As used herein, “metallic material” refers to a conductive material that contains at least one metallic element therein. All measurements of electrical conductivity are made under standard conditions.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 3차원 상변화 메모리 디바이스를 형성하기 위한 제1 예시적 구조물이 도시되어 있는데, 이는 기판(9)을 포함한다. 기판(9)은 반도체 기판, 절연 기판, 또는 전도성 기판을 포함할 수 있고, 60 마이크로미터 내지 1 mm 범위의 두께를 가질 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다. 기판(9)이 반도체 기판을 포함하는 실시예들에서, 전계 효과 트랜지스터들과 같은 반도체 디바이스들(20)이 기판(9)의 상단 표면 상에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 반도체 디바이스(20)는, 후속적으로 위에 형성될 수 있는 메모리 요소들의 3차원 어레이를 동작시키도록 구성된 주변 회로부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 금속 상호접속부 구조물들(80)이 내부에 형성된 베이스 유전체 재료 층들(60)이 기판(9) 위에 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속성 상호접속부 구조물들(80)은 베이스 레벨 금속성 라인 구조물들(82) 및 베이스 레벨 금속성 비아 구조물들(84)을 포함할 수 있으며, 이들은 아래의 반도체 디바이스들(20)의 다양한 노드들에 접속될 수 있다.Referring to FIGS. 1A-1D , a first exemplary structure for forming a three-dimensional phase change memory device is shown, which includes a
제1 층 스택 또는 제1 수직 스택으로도 지칭되는 제1 재료 층 스택(12L, 14L, 16L, 17L, 175L)이 기판(9) 위에 형성될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "재료 층 스택"은 복수의 재료 층들을 포함하는 층 스택을 지칭한다. 제1 재료 층 스택(12L, 14L, 16L, 17L, 175L)은, 메모리 요소들, 메모리 요소 및 선택자 요소의 조합들, 메모리 요소, 선택자 요소, 및 메모리 요소 및/또는 선택자 요소의 가능을 향상시키기 위한 추가적인 컴포넌트의 조합들일 수 있는 디바이스 컴포넌트들의 2차원 어레이를 형성하기 위한 재료 층들을 포함할 수 있다. 대체적으로, 제1 재료 층 스택(12L, 14L, 16L, 17L, 175L)은, 메모리 요소들 및 선택적 선택자 요소들을 포함하는 필라 구조물들의 2차원 어레이로 후속으로 패턴화될 수 있는 임의의 재료 스택을 포함할 수 있다. 제1 재료 층 스택(12L, 14L, 16L, 17L, 175L)은, 상변화 메모리 요소들, 자기저항성 메모리 요소들, 강자성 메모리 요소들, 저항성 메모리 요소들(예컨대, 티타늄 산화물 또는 니켈 산화물 메모리 요소들과 같은 금속성 산화물 메모리 요소들) 또는 크로스 포인트 어레이 구성에서 개별적으로 액세스될 수 있는 임의의 다른 유형의 메모리 요소들을 형성하기 위한 층 스택을 포함할 수 있다.A first
예를 들어, 제1 재료 층 스택(12L, 14L, 16L, 17L, 175L)은 제1 전도성 재료 층(12L), 제1 선택자 층(14L), 제1 상변화 메모리 층(16L), 선택적 제1 배리어 층(17L), 및 제1 하드 마스크 층(175L)을 포함할 수 있다. 제1 재료 층 스택(12L, 14L, 16L, 17L, 175L) 내의 각각의 층은 블랭킷 재료 층, 즉 제1 수평 방향(hd1) 및 제1 수평 방향(hd1)에 수직인 제2 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장되는 패턴화되지 않은 재료 층으로서 형성될 수 있다.For example, the first
제1 전도성 재료 층(12L)은 적어도 하나의 금속성 재료 층일 수 있는 적어도 하나의 전도성 재료 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전도성 재료 층(12L)은, 저부로부터 상단으로, 제1 금속성 층(122L)(예컨대, 텅스텐 층) 및 제1 금속성 질화물 층(124L)(예컨대, 텅스텐 질화물 층 또는 티타늄 질화물 층)의 층 스택을 포함할 수 있다. 제1 금속성 층(122L)의 두께는 21 nm 내지 100 nm, 예컨대 30 nm 내지 70 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다. 제1 금속성 질화물 층(124L)의 두께는 1 nm 내지 10 nm, 예컨대 1.5 nm 내지 5 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The first
제1 선택자 층(14L)은, 그에 걸친 외부 인가 전압 바이어스의 크기 및/또는 극성에 따라 전기적 접속 또는 전기적 격리를 제공하는 비-오믹(non-Ohmic) 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 선택자 층(14L)은 적어도 하나의 임계 스위치 재료 층을 포함한다. 적어도 하나의 임계 스위치 재료 층은, 오보닉 임계 스위치(ovonic threshold switch, OTS) 재료 또는 다이오드 임계 스위치 재료(예컨대, p-n 반도체 다이오드, p-i-n 반도체 다이오드, 쇼트키(Schottky) 다이오드 또는 금속-절연체-금속성 다이오드를 위한 재료들)와 같은, 비선형 전기적 거동을 나타내는 임의의 적합한 임계 스위치 재료를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 오보닉 임계 스위치(OTS)는, 임계 전압 초과의 전압 하의 저-저항 상태에서 결정화되지 않고, OTS 재료 층에 걸쳐 임계 전압 초과의 전압을 받지 않을 때 고-저항 상태로 다시 되돌아가는 디바이스이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "오보닉 임계 스위치 재료"는, 인가된 외부 바이어스 전압의 크기에 따라 재료의 저항률이 감소하도록 하는 인가된 외부 바이어스 전압 하의 비선형 저항률 곡선을 보여주는 재료를 지칭한다. 다시 말하면, 오보닉 임계 스위치 재료는 비-오믹이고, 더 낮은 외부 바이어스 전압 하에서보다 더 높은 외부 바이어스 전압 하에서 전도성이 더 커진다.The
오보닉 임계 스위치 재료(OTS 재료)는 고-저항 상태에서 비결정질(예를 들어, 비정질)일 수 있고, OTS 재료에 걸친 그의 임계 전압 초과의 전압의 인가 동안 저-저항 상태에서 비결정질로 유지될 수 있다(예를 들어, 비정질 상태로 유지될 수 있음). OTS 재료는 그의 임계 전압 초과의 고전압이 제거될 때 고-저항 상태로 다시 되돌아갈 수 있다. 저항성 상태 변화들 전체에 걸쳐, 오보닉 임계 스위치 재료는 비결정질(예컨대, 비정질)로 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 오보닉 임계 스위치 재료는 기록 및 판독 상태들 둘 모두에서 히스테리시스를 나타내는 칼코게나이드 재료의 층을 포함할 수 있다. 칼코게나이드 재료는 As, N, 및 C로부터 선택된 도펀트로 도핑된 Ge-Se 화합물 또는 GeTe 화합물, 예컨대 Ge-Se-As 화합물 반도체 재료일 수 있다. 오보닉 임계 스위치 재료 층은 임의의 오보닉 임계 스위치 재료를 포함하는 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L)은 GeSeAs 화합물, GeSe 화합물, SeAs 화합물, GeTe 화합물, 또는 SiTe 화합물을 포함할 수 있고/있거나, 본질적으로 이들로 이루어질 수 있다.An ovonic threshold switch material (OTS material) can be amorphous (eg, amorphous) in a high-resistance state and can remain amorphous in a low-resistance state during application of a voltage above its threshold voltage across the OTS material. (eg, may remain in an amorphous state). The OTS material can revert back to its high-resistance state when the high voltage above its threshold voltage is removed. Throughout the resistive state changes, the ovonic threshold switch material may remain amorphous (eg, amorphous). In one embodiment, the ovonic threshold switch material may include a layer of chalcogenide material that exhibits hysteresis in both write and read states. The chalcogenide material may be a Ge-Se compound or a GeTe compound such as a Ge-Se-As compound semiconductor material doped with a dopant selected from As, N, and C. The ovonic threshold switch material layer may include a first ovonic threshold
일 실시예에서, 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L)의 재료는 임계 바이어스 전압 크기(임계 전압으로도 지칭됨)를 초과하는 외부 바이어스 전압의 인가 시에 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L)의 저항률이 적어도 두 자릿수만큼(즉, 100배 초과만큼) 감소하도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L)의 조성 및 두께는, 임계 바이어스 전압 크기가 1 V 내지 4 V 범위 내에 있을 수 있지만 임계 바이어스 전압 크기에 대해 더 작은 및 더 큰 전압들도 또한 사용될 수 있도록 선택될 수 있다. 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L)의 두께는, 예를 들어, 5 nm 내지 50 nm, 예컨대 10 nm 내지 30 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.In one embodiment, the material of the first ovonic threshold
제1 선택자 층(14L)은 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L) 위에 놓이는 선택적 제1 상부 배리어 재료 층(146L) 및 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L) 아래에 놓이는 선택적 제1 하부 배리어 재료 층(142L)을 포함할 수 있다. 선택적 제1 상부 및/또는 하부 배리어 재료 층들(146L, 142L)은 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L)의 재료의 확산(diffusion)을 억압하는 재료를 포함한다. 예를 들어, 제1 상부 및/또는 하부 배리어 재료 층들(146L, 142L)은 비정질 탄소 또는 다이아몬드-유사 탄소(diamond-like carbon, DLC)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 상부 배리어 재료 층들(146L)은 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L)의 상단 표면과 접촉하는 상부 비정질 탄소 층을 포함할 수 있고, 제1 하부 배리어 재료 층(142L)은 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L)의 저부 표면과 접촉하는 하부 비정질 탄소 층을 포함할 수 있다. 제1 상부 배리어 재료 층(146L)의 두께는 4 nm 내지 40 nm, 예컨대 8 nm 내지 21 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다. 제1 하부 배리어 재료 층(142L)의 두께는 4 nm 내지 40 nm, 예컨대 8 nm 내지 21 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The
제1 상변화 메모리 층(16L)은 제1 상변화 메모리 재료 층(164L)을 포함할 수 있다. 제1 상변화 메모리 재료 층(164L)은 상변화 메모리 재료를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "상변화 메모리 재료"는 상이한 저항률을 제공하는 적어도 2개의 상이한 상들을 갖는 재료를 지칭한다. 적어도 2개의 상이한 상들은, 예를 들어, 가열된 상태로부터 냉각하는 속도를 제어하여 더 높은 고-저항률을 갖는 비정질 상태 및 더 낮은 저-저항률을 갖는 다결정 상태를 제공함으로써 제공될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 상변화 메모리 재료의 더 높은 고-저항률 상태는 비정질 상태로의 가열 이후의 상변화 메모리 재료의 더 빠른 급랭(quenching)에 의해 달성될 수 있고, 상변화 메모리 재료의 더 낮은 저-저항률 상태는 비정질 상태로의 가열 이후의 상변화 메모리 재료의 더 느린 냉각에 의해 달성될 수 있다.The first phase
예시적 상변화 메모리 재료들은 게르마늄 안티몬 텔루라이드 화합물들, 예컨대 Ge2Sb2Te5 (GST), 게르마늄 안티몬 화합물들, 인듐 게르마늄 텔루라이드 화합물들, 알루미늄 셀레늄 텔루라이드 화합물들, 인듐 셀레늄 텔루라이드 화합물들, 및 알루미늄 인듐 셀레늄 텔루라이드 화합물들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 이들 화합물들(예컨대, 화합물 반도체 재료)은 도핑될 수 있거나(예컨대, 질소 도핑된 GST) 또는 도핑되지 않을 수 있다. 따라서, 상변화 메모리 재료 층은 게르마늄 안티몬 텔루라이드 화합물, 게르마늄 안티몬 화합물, 인듐 게르마늄 텔루라이드 화합물, 알루미늄 셀레늄 텔루라이드 화합물, 인듐 셀레늄 텔루라이드 화합물, 또는 알루미늄 인듐 셀레늄 텔루라이드 화합물을 포함할 수 있고/있거나 본질적으로 이들로 이루어질 수 있다. 제1 상변화 메모리 재료 층(164L)의 두께는 1 nm 내지 60 nm, 예컨대 3 nm 내지 40 nm 및/또는 10 nm 내지 25 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.Exemplary phase change memory materials include germanium antimony telluride compounds such as Ge2Sb2Te5 (GST), germanium antimony compounds, indium germanium telluride compounds, aluminum selenium telluride compounds, indium selenium telluride compounds, and aluminum indium selenium. Including, but not limited to, telluride compounds. These compounds (eg compound semiconductor material) may be doped (eg nitrogen doped GST) or undoped. Accordingly, the phase change memory material layer may include a germanium antimony telluride compound, a germanium antimony compound, an indium germanium telluride compound, an aluminum selenium telluride compound, an indium selenium telluride compound, or an aluminum indium selenium telluride compound, and/or may consist essentially of them. The thickness of the first phase change
제1 상변화 메모리 층(16L)은 선택적으로, 제1 상변화 메모리 재료 층(164L) 아래에 놓이는 제1 하부 전도성 라이너 층(162L)을 포함할 수 있고, 선택적으로, 제1 상변화 메모리 재료 층(164L) 위에 놓이는 제1 상부 전도성 라이너 층(166L)을 포함할 수 있다. 선택적 제1 하부 전도성 라이너 층(162L) 및/또는 선택적 제1 상부 전도성 라이너 층(166L)은, 존재하는 경우, 전도성 금속성 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 하부 전도성 라이너 층(162L) 및/또는 제1 상부 전도성 라이너 층(166L)은 전도성 금속성 질화물, 예컨대 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 또는 텅스텐 질화물을 포함할 수 있다. 제1 하부 전도성 라이너 층(162L) 및 제1 상부 전도성 라이너 층(166L) 각각의 두께는 1 nm 내지 10 nm, 예컨대 1.5 nm 내지 5 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The first phase
선택적 제1 배리어 층(17L)은, 존재하는 경우, 배리어 재료를 포함하고, 제1 상변화 메모리 층(16L)의 상단 상에 형성될 수 있다. 배리어 재료는, 제1 상변화 메모리 재료의 확산을 방지할 수 있고 그의 효과적인 캡슐화를 제공할 수 있는 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 배리어 재료는 비정질 탄소를 포함할 수 있고/있거나, 본질적으로 그로 이루어질 수 있다. 제1 배리어 층(17L)의 두께는 12 nm 내지 75 nm, 예컨대 21 nm 내지 60 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.An optional
제1 하드 마스크 층(175L)은, 후속 평탄화 공정에서 평탄화 정지 구조물로서 사용될 수 있는 하드 마스크 재료를 포함할 수 있다. 제1 하드 마스크 층(175L)은, 금속, 유전체 재료, 또는 반도체 재료로부터 선택된 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 하드 마스크 층(175L)은 실리콘 질화물, 유전체 금속성 산화물, 또는 금속을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 하드 마스크 층(175L)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제1 하드 마스크 층(175L)의 두께는 3 nm 내지 30 nm, 예컨대 6 nm 내지 15 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The first
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 제1 포토레지스트 층(177)이 제1 재료 층 스택(12L, 14L, 16L, 17L, 175L) 위에 적용될 수 있고, 라인 및 공간 패턴을 형성하도록 리소그래피로 패턴화될 수 있다. 제1 포토레지스트 층(177)은 복수의 스트립 부분들을 가질 수 있는데, 이들은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되고, 제1 수평 방향(hd1)에 수직인 제2 수평 방향(hd2)을 따라 균일한 피치를 갖는다. 균일한 피치는, 예를 들어, 30 nm 내지 600 nm 범위 내에 있을 수 있다. 이방성 에치 공정이 수행되어, 제1 하드 마스크 층(175L)을 통과하여 제1 포토레지스트 층(177)의 패턴을 전사시킬 수 있다. 제1 하드 마스크 층(175L)은 제1 하드 마스크 스트립들(175)로 패턴화될 수 있다. 일 실시예에서, 임의의 적합한 이중 패턴화 방법을 이용하여, 더 미세한 피치 및/또는 스트립 폭을 얻기 위해, 제1 포토레지스트 층(177) 및/또는 제1 하드 마스크 스트립들(175)을 패턴화할 수 있다. 제1 하드 마스크 스트립들(175)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장될 수 있고, 제2 수평 방향(hd2)을 따라 균일한 피치를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제1 하드 마스크 스트립들(175)은 제2 수평 방향(hd2)을 따라 균일한 폭을 가질 수 있는데, 이는 본 명세서에서 제1 폭(w1)으로 지칭된다. 제1 폭(w1)은 15 nm 내지 300 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 치수들도 또한 사용될 수 있다. 제1 포토레지스트 층(177)은, 예를 들어, 애싱(ashing)에 의해 후속적으로 제거될 수 있다.2A-2D, a
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 마스킹 재료 층(179)이 제1 예시적 구조물 위에 적용될 수 있고, 서로 평행한 복수의 제1 하드 마스크 스트립들(175)의 단부 영역들을 형성하도록 패턴화될 수 있다. 마스킹 재료 층(179)은, 예를 들어, 리소그래피로 패턴화된 포토레지스트 층일 수 있다. 예를 들어, 각각의 제1 하드 마스크 스트립(175)의 제1 부분들(1751) 및 제3 부분들(1753)은 마스킹 재료 층(179)으로 마스킹될 수 있는 한편, 각자의 쌍의 제1 부분(1751)과 제3 부분들(1753) 사이에 위치된 각각의 제1 하드 마스크 스트립(175)의 제2 부분들(1752)은 마스킹 재료 층(179)에 의해 마스킹되지 않는다.Referring to FIGS. 3A-3C , a layer of masking
등방성 슬리밍 공정이 수행되어, 제1 하드 마스크 스트립들(175)의 물리적으로 노출된 표면 영역들을 에치백할 수 있다. 예를 들어, 제1 하드 마스크 스트립들(175)이 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물을 포함하는 경우, 플루오르화수소산과 글리세린 또는 묽은 플루오르화수소산의 혼합물을 사용하는 습식 에치 공정을 이용하여, 제1 하드 마스크 스트립들(175)의 제2 부분들(1752)을 등방성으로 트리밍할 수 있다. 리세스 거리는 2 nm 내지 150 nm 범위 내에 있을 수 있다. 제1 하드 마스크 스트립들(175)의 제2 부분들(1752)은 등방성 슬리밍 공정 이후에 제2 폭(w2)을 가질 수 있다. 제2 폭(w2)은 10 nm 내지 250 nm, 예컨대 20 nm 내지 150 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 치수들도 또한 사용될 수 있다. 제1 하드 마스크 스트립들(175)은 넥 영역(neck region)을 포함하도록 패턴화되는데, 이 넥 영역은 제1 폭(w1)보다 작은 제2 폭(w2)을 갖는 제2 부분(1752)의 영역이다. 마스킹 재료 층(179)은, 예를 들어 애싱에 의해 제거될 수 있다.An isotropic slimming process may be performed to etch back the physically exposed surface regions of the first hard mask strips 175 . For example, when the first hard mask strips 175 include silicon nitride or silicon oxide, a wet etch process using a mixture of hydrofluoric acid and glycerin or dilute hydrofluoric acid is used to The
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 제1 하드 마스크 스트립들(175)을 에치 마스크로서 사용하여 이방성 에치 공정이 수행될 수 있다. 이방성 에치 공정은 제1 하드 마스크 스트립들(175)에 의해 마스킹되지 않는, 선택적 제1 배리어 층(17L), 제1 상변화 메모리 층(16L), 제1 선택자 층(14L), 및 제1 전도성 재료 층(12L)의 부분들을 통과하여 에칭할 수 있다. 이방성 에치 공정의 화학작용(chemistry)은 선택적 제1 배리어 층(17L), 제1 상변화 메모리 층(16L), 제1 선택자 층(14L), 및 제1 전도성 재료 층(12L)의 부분들을 통하여 순차적으로 에칭하도록 순차적으로 변경될 수 있다. 이방성 에치 공정은 베이스 유전체 재료 층들(60)의 최상단 표면에서 또는 그 아래에서 중단될 수 있다. 하드 마스크 스트립들(175)의 패턴들은 이방성 에치 공정에 의해 선택적 제1 배리어 층(17L), 제1 상변화 메모리 층(16L), 제1 선택자 층(14L), 및 제1 전도성 재료 층(12L)의 부분들을 통과하여 전사된다. 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되는 제1 트렌치들(11)이 이방성 에치에 의해 형성된다. 제1 트렌치들(11)은 제1 수평 방향을 따라 측방향으로 연장되는 라인 트렌치들을 가질 수 있다.Referring to FIGS. 4A to 4D , an anisotropic etch process may be performed using the first hard mask strips 175 as an etch mask. The anisotropic etch process includes an optional
제1 재료 층 스택(12L, 14L, 16L, 17L, 175L)의 나머지 부분들은 제1 스택형 레일 구조물들(150L) 및 제1 전기 전도성 라인들(100)을 포함하며, 이들 각각은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장된다. 제1 전기 전도성 라인들(100)은 제1 금속성 층(122L)의 패턴화된 나머지 부분들을 포함한다. 제1 스택형 레일 구조물들(150L)은 제2 수평 방향(hd2)을 따라 제1 트렌치들(11)에 의해 측방향으로 이격된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "레일" 또는 "레일 구조물"은, 주로 길이 방향을 따라 연장되는 구조물을 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "스택형 레일" 또는 "스택형 레일 구조물"은, 동일한 길이 방향을 따라 측방향으로 연장되는 적어도 2개의 레일들의 스택을 지칭한다.Remaining portions of the first
각각의 제1 스택형 레일 구조물(150L)은, 저부로부터 상단으로, 제1 선택자 층(14L)의 패턴화된 부분인 제1 선택자 레일(14'), 제1 상변화 메모리 층(16L)의 패턴화된 부분인 제1 상변화 메모리 레일(16'), 및 제1 배리어 층(17L)의 패턴화된 부분인 제1 배리어 레일(17')을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "스트립"은 폭보다 작은 두께를 갖는 레일을 지칭한다. 제1 스택형 레일 구조물들(150L)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되고, 제1 트렌치들(11)에 의해 서로로부터 측방향으로 이격되고, 기판(9) 위에 위치된다.Each of the first
일 실시예에서, 각각의 제1 스택형 레일 구조물(150L)은 제1 금속성 질화물 층(124L)의 패턴화된 부분일 수 있는 제1 금속성 질화물 스트립(124')을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 제1 선택자 레일(14')은 제1 하부 배리어 재료 스트립(142'), 제1 오보닉 임계 스위치 재료 레일(144'), 및 제1 상부 배리어 재료 스트립(146')의 수직 스택을 포함할 수 있다. 제1 하부 배리어 재료 스트립(142')은 선택적 제1 하부 배리어 재료 층(142L)의 패턴화된 부분이다. 제1 오보닉 임계 스위치 재료 레일(144')은 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L)의 패턴화된 부분이다. 제1 상부 배리어 재료 스트립(146')은 선택적 제1 상부 배리어 재료 층(146L)의 패턴화된 부분이다. 일 실시예에서, 각각의 제1 상변화 메모리 레일(16')은, 저부로부터 상단으로, 제1 선택적 하부 전도성 라이너 스트립(162'), 제1 상변화 메모리 재료 레일(164'), 및 제1 선택적 상부 전도성 라이너 스트립(166')을 포함할 수 있다. 각각의 제1 하부 전도성 라이너 스트립(162')은 제1 하부 전도성 라이너 층(162L)의 패턴화된 부분이고, 각각의 제1 상변화 메모리 재료 레일(164')은 제1 상변화 메모리 재료 층(164L)의 패턴화된 부분이고, 각각의 제1 상부 전도성 라이너 스트립(166')은 제1 상부 전도성 라이너 층(166L)의 패턴화된 부분이다. 제1 스택형 레일 구조물들(150L)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되고, 베이스 유전체 재료 층들(60) 위의 제1 트렌치들(11)에 의해 서로로부터 측방향으로 이격된다.In one embodiment, each first
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 다른 포토레지스트 층(도시되지 않음)이 제1 예시적 구조물 위에 적용될 수 있고, 제1 폭을 갖는 제1 스택형 레일 구조물들(150L)의 부분들을 포함하는 영역들 내에서 라인 및 공간 패턴으로 리소그래피로 패턴화될 수 있다. 각각의 라인 및 공간 패턴은 제2 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장될 수 있고, 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 이격될 수 있다. 각각의 라인 및 공간 패턴의 피치는 30 nm 내지 600 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 거리들도 또한 사용될 수 있다. 라인 및 공간 패턴 내의 각각의 라인의 폭은 라인 및 공간 패턴의 피치의 약 1/2일 수 있다.5A to 5D , another photoresist layer (not shown) may be applied over the first exemplary structure, an area including portions of first
이방성 에치 공정이 수행되어, 하드 마스크 스트립들(175) 및 제1 스택형 레일 구조물들(150L)을 통과하여 포토레지스트 층의 패턴을 전사할 수 있다. 각각의 하드 마스크 스트립들(175)은 직사각형 수평 단면 형상을 갖는 하드 마스크 세그먼트들(178)로 패턴화될 수 있다. 제1 스택형 레일 구조물들(150L)은 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 직사각형 어레이로 패턴화된다. 각각의 제1 필라 구조물(150)은 직사각형 수평 단면 형상을 가질 수 있다. 제1 금속성 질화물 스트립들(124')은 제1 금속성 질화물 세그먼트들로 패턴화될 수 있거나, 또는 에치 정지 구조물로서 기능할 수 있고 제1 금속성 질화물 스트립들(124')로서 유지될 수 있다.An anisotropic etch process may be performed to transfer the pattern of the photoresist layer through the hard mask strips 175 and the first
이방성 에치 공정의 화학작용은 하드 마스크 스트립들(175), 제1 배리어 레일들(17'), 제1 상변화 메모리 레일들(16'), 제1 선택자 레일들(14')의 다양한 재료들을 통과하여, 그리고 선택적으로 제1 금속성 질화물 스트립들(124')을 통하여 에칭하도록 순차적으로 변경될 수 있다. 이방성 에치 공정은 제1 전기 전도성 라인들(100)의 상단 표면에서 또는 그 내에서, 또는 제1 금속성 질화물 스트립들(124') 내에서 중단될 수 있다.The chemistry of the anisotropic etch process can change the various materials of the hard mask strips 175, the first barrier rails 17', the first phase change memory rails 16', and the
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "필라" 또는 "필라 구조물"은 구조물의 각각의 측벽이 수직이거나 실질적으로 수직이도록 수직 방향을 따라 연장되는 구조물을 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 측벽은, 측벽이 10도 미만의 경사각만큼 수직 방향에 대해 테이퍼링되는, 즉 틸팅되는 경우, "실질적으로 수직"이다. 예시적인 예에서, 각각의 제1 필라 구조물(150)은, 저부로부터 상단으로, 제1 선택자 레일(14')의 패턴화된 부분인 제1 선택자 필라(14), 상변화 메모리 레일(16')의 패턴화된 부분인 제1 상변화 필라(16), 및 제1 배리어 스트립(17')의 패턴화된 부분인 선택적 제1 배리어 세그먼트(17)를 포함할 수 있다.As used herein, “pillar” or “pillar structure” refers to a structure that extends along a vertical direction such that each sidewall of the structure is vertical or substantially vertical. As used herein, a sidewall is "substantially vertical" if the sidewall tapers, ie is tilted, with respect to the vertical direction by an inclination angle of less than 10 degrees. In the illustrative example, each
각각의 제1 선택자 필라는 선택자 요소, 즉, 비선형 전압-전류 특성들을 제공하여 제1 전압 바이어스 조건들 하에서 도체로서 그리고 제2 전압 바이어스 조건들 하에서 절연체로서 기능하도록 하는 요소이다. 일 실시예에서, 각각의 제1 선택자 필라(14)는 제1 하부 배리어 재료 스트립(142')의 패턴화된 부분인 제1 하부 배리어 재료 부분(142), 제1 오보닉 임계 스위치 재료 레일(144')의 패턴화된 부분인 제1 오보닉 임계 스위치 재료 부분(144), 및 제1 상부 배리어 재료 스트립(146')의 패턴화된 부분인 제1 상부 배리어 재료 부분(146)의 수직 스택을 포함할 수 있다.Each first selector pillar is a selector element, that is, an element that provides non-linear voltage-current characteristics to function as a conductor under first voltage bias conditions and as an insulator under second voltage bias conditions. In one embodiment, each
일 실시예에서, 각각의 제1 선택자 필라(14)는 제1 오보닉 임계 스위치 재료 부분(144), 제1 상부 배리어 재료 부분(146)으로서 제1 오보닉 임계 스위치 재료 부분(144)의 상단 표면과 접촉하는 상부 비정질 탄소 부분, 및 제1 하부 배리어 재료 부분(142)으로서 제1 오보닉 임계 스위치 재료 부분(144)의 저부 표면과 접촉하는 하부 비정질 탄소 부분을 포함할 수 있다.In one embodiment, each
각각의 제1 상변화 필라(16)는 상변화 메모리 요소, 즉 내부의 재료의 상에 따라 저항을 변화시키는 구조물일 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 제1 상변화 필라(16)는 제1 선택적 하부 전도성 라이너 스트립(162')의 패턴화된 부분인 선택적 제1 하부 전도성 라이너 세그먼트(162), 제1 상변화 메모리 재료 레일(164')의 패턴화된 부분인 제1 상변화 메모리 재료 필라(164), 및 제1 상부 전도성 라이너 스트립(166')의 패턴화된 부분인 제1 선택적 상부 전도성 라이너 세그먼트(166)의 수직 스택을 포함할 수 있다. 포토레지스트 층은, 예를 들어 애싱에 의해 제거될 수 있다.Each of the first
대체적으로, 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이는 메모리 요소들의 제1 2차원 어레이를 포함할 수 있다. 메모리 요소들의 제1 2차원 어레이는 제1 폭(w1)을 갖는 제1 전기 전도성 라인들(100)의 제1 부분들 및 제3 부분들의 상단 표면들 상에 형성될 수 있다. 제1 전기 전도성 라인들(100)의 제2 부분들의 상단 표면들은 물리적으로 노출될 수 있다.Alternatively, the two-dimensional array of
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 제1 유전체 재료가 예시적 구조물 위에 침착될 수 있고, 정지 표면들로서 제1 필라 구조물들(150)의 상단 표면들을 사용하여 평탄화될 수 있다. 예를 들어, (제1 배리어 세그먼트들(17)이 사용되지 않는 경우에) 선택적 제1 배리어 세그먼트들(17) 또는 제1 상변화 필라들(16)의 상단 표면들을 포함하는 수평 평면 위에 놓인 제1 유전체 재료 층의 잉여 부분들은 평탄화 공정에 의해 제거될 수 있고, 이는 리세스 에치 공정 및/또는 화학기계적 평탄화 공정을 사용할 수 있다. 하드 마스크 세그먼트들(178)은 평탄화 공정 동안 병립하여 제거될 수 있다. 제1 유전체 재료의 나머지 연속 부분은 제1 유전체 재료 층(160)을 구성한다. 제1 유전체 재료 층(160)은 도핑되지 않은 실리케이트 유리, 도핑된 실리케이트 유리, 또는 스핀-온 글라스(spin-on glass)를 포함할 수 있다. 유전체 라이너(도시되지 않음)가 제1 유전체 재료의 침착 전에 선택적으로 침착될 수 있다. 제1 유전체 재료 층(160)은 메모리 요소들의 제1 2차원 어레이 주위에 형성될 수 있고, 제1 2차원 어레이의 메모리 요소들 사이의 갭들을 충전할 수 있다. 주변 콘택트 비아 구조물들(182)은 선택적으로, 제1 유전체 재료 층(160)을 통과하여 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 6A-6D , a first dielectric material may be deposited over the example structure and planarized using the top surfaces of the
도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 제2 층 스택 또는 제2 수직 스택으로도 지칭되는 제2 재료 층 스택(22L, 24L, 26L, 27L, 275L)이 제1 유전체 재료 층(160) 및 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이 위에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 재료 층 스택(22L, 24L, 26L, 27L, 275L)은 제2 전도성 재료 층(22L), 제2 선택자 층(24L), 제2 상변화 메모리 층(26L), 선택적 제2 배리어 층(27L), 및 제2 하드 마스크 층(275L)을 포함할 수 있다. 제2 재료 층 스택(22L, 24L, 26L, 27L, 275L) 내의 각각의 층은 블랭킷 재료 층, 즉 제2 수평 방향(hd1) 및 제2 수평 방향(hd1)에 수직인 제2 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장되는 패턴화되지 않은 재료 층으로서 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 7A-7D , a second material layer stack (22L, 24L, 26L, 27L, 275L), also referred to as a second layer stack or a second vertical stack, comprises a first
제2 전도성 재료 층(22L)은 적어도 하나의 금속성 재료 층일 수 있는 적어도 하나의 전도성 재료 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 전도성 재료 층(22L)은, 저부로부터 상단으로, 제2 금속성 층(222L)(예컨대, 텅스텐 층) 및 제2 금속성 질화물 층(224L)(예컨대, 텅스텐 질화물 층 또는 티타늄 질화물 층)의 층 스택을 포함할 수 있다. 제2 금속성 층(222L)의 두께는 21 nm 내지 100 nm, 예컨대 30 nm 내지 70 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다. 제2 금속성 질화물 층(224L)의 두께는 1 nm 내지 10 nm, 예컨대 1.5 nm 내지 5 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 전도성 재료 층(22L)은 제2 전도성 재료 층(22L)의 부분들과 아래에 놓인 그리고 위에 놓인 메모리 재료 층들 사이의 콘택트의 공정 실행가능성 및/또는 더 작은 변동을 위해, 개별 침착 및 패턴화 단계들 동안 형성된 2개의 개별 금속성 재료 층들, 예컨대 아래에 놓인 제1 필라 구조물들(150)의 층들로 패턴화되는 제1 텅스텐 층, 및 제1 텅스텐 층 및 제1 필라 구조물들을 패턴화한 이후에 제1 텅스텐 층 상에 침착되는 제2 텅스텐 층을 포함할 수 있다.The second conductive material layer 22L may include at least one conductive material layer, which may be at least one metallic material layer. For example, the second conductive material layer 22L may include, from bottom to top, a second metallic layer 222L (eg, a tungsten layer) and a second metallic nitride layer 224L (eg, a tungsten nitride layer or a titanium nitride layer). layers) of layer stacks. The thickness of the second metallic layer 222L may be in the range of 21 nm to 100 nm, such as 30 nm to 70 nm, although smaller and larger thicknesses may also be used. The thickness of the second metallic nitride layer 224L may be in the range of 1 nm to 10 nm, such as 1.5 nm to 5 nm, although smaller and larger thicknesses may also be used. In another embodiment, the second conductive material layer 22L is used for process feasibility and/or smaller variations in contact between portions of the second conductive material layer 22L and underlying and overlying memory material layers. , two separate metallic material layers formed during separate deposition and patterning steps, e.g., a first tungsten layer patterned into the underlying layers of
제2 선택자 층(24L)은, 그에 걸친 외부 인가 전압 바이어스의 크기 및/또는 극성에 따라 전기적 격리의 전기적 접속을 제공하는 비-오믹 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 제2 선택자 층(24L)은 오보닉 임계 스위치 재료 층과 같은 적어도 하나의 임계 스위치 재료 층을 포함한다. 오보닉 임계 스위치 재료 층은 임의의 오보닉 임계 스위치 재료를 포함하는 제2 오보닉 임계 스위치 재료 층(244L)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 오보닉 임계 스위치 재료 층(244L)은 GeSeAs 화합물, GeSe 화합물, SeAs 화합물, GeTe 화합물, 또는 SiTe 화합물을 포함할 수 있고/있거나, 본질적으로 이들로 이루어질 수 있다.The second selector layer 24L includes a non-ohmic material that provides an electrically isolated electrical connection depending on the magnitude and/or polarity of an externally applied voltage bias across it. In one embodiment, the second selector layer 24L includes at least one threshold switch material layer, such as an ovonic threshold switch material layer. The ovonic threshold switch material layer may include a second ovonic threshold switch material layer 244L comprising any ovonic threshold switch material. In one embodiment, the second ovonic threshold switch material layer 244L may include and/or consist essentially of a GeSeAs compound, a GeSe compound, a SeAs compound, a GeTe compound, or a SiTe compound.
일 실시예에서, 제2 오보닉 임계 스위치 재료 층(244L)의 재료는 임계 바이어스 전압 크기(임계 전압으로도 지칭됨)를 초과하는 외부 바이어스 전압의 인가 시에 제2 오보닉 임계 스위치 재료 층(244L)의 저항률이 적어도 두 자릿수만큼(즉, 100배 초과만큼) 감소하도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 오보닉 임계 스위치 재료 층(244L)의 조성 및 두께는, 임계 바이어스 전압 크기가 1 V 내지 4 V 범위 내에 있지만 임계 바이어스 전압 크기에 대해 더 작은 및 더 큰 전압들도 또한 사용될 수 있도록 선택될 수 있다. 제2 오보닉 임계 스위치 재료 층(244L)의 두께는, 예를 들어, 5 nm 내지 50 nm, 예컨대 10 nm 내지 30 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.In one embodiment, the material of the second ovonic threshold switch material layer 244L upon application of an external bias voltage that exceeds a threshold bias voltage magnitude (also referred to as the threshold voltage), the second ovonic threshold switch material layer (244L) 244L) may be selected to reduce the resistivity of at least two orders of magnitude (ie, by more than a factor of 100). In one embodiment, the composition and thickness of the second ovonic threshold switch material layer 244L is such that the threshold bias voltage magnitude is within the range of 1 V to 4 V, but smaller and larger voltages for the threshold bias voltage magnitude are also possible. can be selected for use. The thickness of the second ovonic threshold switch material layer 244L may be, for example, in the range of 5 nm to 50 nm, such as 10 nm to 30 nm, although smaller and larger thicknesses may also be used.
제2 선택자 층(24L)은 제2 오보닉 임계 스위치 재료 층(244L) 위에 놓이는 선택적 제2 상부 배리어 재료 층(246L) 및 제2 오보닉 임계 스위치 재료 층(244L) 아래에 놓이는 선택적 제2 하부 배리어 재료 층(242L)을 포함할 수 있다. 선택적 제2 상부 및/또는 하부 배리어 재료 층들(246L, 242L)은 제2 오보닉 임계 스위치 재료 층(244L)의 재료의 확산을 억압하는 재료를 포함한다. 예를 들어, 제2 상부 및/또는 하부 배리어 재료 층들(246L, 242L)은 비정질 탄소 또는 다이아몬드-유사 탄소(DLC)를 포함할 수 있다. 제2 상부 배리어 금속성 질화물 층(246L)의 두께는 4 nm 내지 40 nm, 예컨대 8 nm 내지 21 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다. 제2 하부 배리어 재료 층(242L)의 두께는 4 nm 내지 40 nm, 예컨대 8 nm 내지 21 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The second selector layer 24L includes an optional second upper barrier material layer 246L overlying the second ovonic threshold switch material layer 244L and an optional second lower barrier material layer 246L overlying the second ovonic threshold switch material layer 244L. A barrier material layer 242L may be included. Optional second upper and/or lower barrier material layers 246L, 242L include a material that suppresses diffusion of the material of the second ovonic threshold switch material layer 244L. For example, the second upper and/or lower barrier material layers 246L and 242L may include amorphous carbon or diamond-like carbon (DLC). The thickness of the second upper barrier metallic nitride layer 246L may be in the range of 4 nm to 40 nm, such as 8 nm to 21 nm, although smaller and larger thicknesses may also be used. The thickness of the second lower barrier material layer 242L may be in the range of 4 nm to 40 nm, such as 8 nm to 21 nm, although smaller and larger thicknesses may also be used.
제2 상변화 메모리 층(26L)은 제2 상변화 메모리 재료 층(264L)을 포함한다. 제2 상변화 메모리 재료 층(264L)은 상변화 메모리 재료를 포함한다. 제2 상변화 메모리 재료 층(264L)의 두께는 1 nm 내지 60 nm, 예컨대 3 nm 내지 40 nm 및/또는 10 nm 내지 25 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The second phase change memory layer 26L includes a second phase change memory material layer 264L. The second phase change memory material layer 264L includes phase change memory material. The thickness of the second phase change memory material layer 264L may be in the range of 1 nm to 60 nm, such as 3 nm to 40 nm and/or 10 nm to 25 nm, although smaller and larger thicknesses may also be used. there is.
제2 상변화 메모리 층(26L)은 선택적으로, 제2 상변화 메모리 재료 층(264L) 아래에 놓이는 제2 하부 전도성 라이너 층(262L)을 포함할 수 있고, 선택적으로, 제2 상변화 메모리 재료 층(264L) 위에 놓이는 제2 상부 전도성 라이너 층(266L)을 포함할 수 있다. 선택적 제2 하부 전도성 라이너 층(262L) 및/또는 선택적 제2 상부 전도성 라이너 층(266L)은, 존재하는 경우, 전도성 금속성 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 제2 하부 전도성 라이너 층(262L) 및/또는 제2 상부 전도성 라이너 층(266L)은 전도성 금속성 질화물, 예컨대 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 또는 텅스텐 질화물을 포함할 수 있다. 제2 하부 전도성 라이너 층(262L) 및 제2 상부 전도성 라이너 층(266L) 각각의 두께는 1 nm 내지 10 nm, 예컨대 1.5 nm 내지 5 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The second phase change memory layer 26L may optionally include a second lower conductive liner layer 262L underlying the second phase change memory material layer 264L, and optionally, the second phase change memory material and a second top
선택적 제2 배리어 층(27L)은, 존재하는 경우, 배리어 재료를 포함하고, 제2 상변화 메모리 층(26L)의 상단 상에 형성될 수 있다. 배리어 재료는, 제2 상변화 메모리 재료의 확산을 방지할 수 있고 그의 효과적인 캡슐화를 제공할 수 있는 재료이다. 일 실시예에서, 배리어 재료는 비정질 탄소를 포함할 수 있고/있거나, 본질적으로 그로 이루어질 수 있다. 제2 배리어 층(27L)의 두께는 12 nm 내지 75 nm, 예컨대 21 nm 내지 60 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.An optional
제2 하드 마스크 층(275L)은, 후속 평탄화 공정에서 평탄화 정지 구조물로서 사용될 수 있는 하드 마스크 재료를 포함한다. 제2 하드 마스크 층(275L)은, 금속, 유전체 재료, 또는 반도체 재료로부터 선택된 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 하드 마스크 층(275L)은 실리콘 질화물, 유전체 금속성 산화물, 또는 금속을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 하드 마스크 층(275L)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제2 하드 마스크 층(275L)의 두께는 3 nm 내지 30 nm, 예컨대 6 nm 내지 15 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The second
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 전술된 프로세싱 단계들은, 제2 하드 마스크 층(275L)이 제1 수평 방향을 따라 측방향으로 연장되는 하드 마스크 스트립들로 패턴화될 수 있도록 포토레지스트 층의 패턴을 변경함으로써 수행될 수 있다. 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 전술된 프로세싱 단계들이 수행되어, 선택적 제2 배리어 층(27L), 제2 상변화 메모리 층(26L), 제2 선택자 층(24L), 및 제2 전도성 재료 층(22L)을 통과하여 하드 마스크 스트립들의 패턴을 전사할 수 있다. 제2 금속성 층(222L)의 각각의 패턴화된 부분은 제2 전기 전도성 라인(200)을 구성한다. 제2 선택자 층(24L)의 각각의 패턴화된 부분은 제2 선택자 레일을 구성한다. 제2 상변화 메모리 층(26L)의 각각의 패턴화된 부분은 제2 상변화 메모리 레일을 구성한다. 제2 배리어 층의 각각의 패턴화된 부분은 제2 배리어 스트립을 구성한다.Referring to FIGS. 8A-8D , the processing steps described above with reference to FIGS. 2A-2D result in patterning the second
도 5a 내지 도 5d를 참조하여 전술된 프로세싱 단계들은, 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이가 형성되도록 리소그래피 패턴을 회전시킴으로써 수행될 수 있다. 구체적으로, 포토레지스트 층은 제2 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장되는 라인 및 공간 패턴으로 패턴화될 수 있다. 포토레지스트 층 내의 패턴은 제2 배리어 스트립들, 제2 상변화 메모리 레일들, 및 제2 선택자 레일들을 통과하여 전사될 수 있다. 예시적인 예에서, 각각의 제2 필라 구조물(250)은, 저부로부터 상단으로, 제2 선택자 레일의 패턴화된 부분인 제2 선택자 필라(24), 상변화 메모리 레일의 패턴화된 부분인 제2 상변화 필라(26), 및 제2 배리어 스트립의 패턴화된 부분인 선택적 제2 배리어 세그먼트(27)를 포함할 수 있다.The processing steps described above with reference to FIGS. 5A-5D may be performed by rotating the lithography pattern such that a two-dimensional array of
각각의 제2 선택자 필라(24)는 선택자 요소, 즉, 비선형 전압-전류 특성들을 제공하여 제2 전압 바이어스 조건들 하에서 도체로서 그리고 제2 전압 바이어스 조건들 하에서 절연체로서 기능하도록 하는 요소일 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 제2 선택자 필라(24)는 제2 하부 배리어 재료 스트립의 패턴화된 부분인 제2 하부 배리어 재료 부분(242), 제2 오보닉 임계 스위치 재료 레일의 패턴화된 부분인 제2 오보닉 임계 스위치 재료 부분(244), 및 제2 상부 배리어 재료 스트립의 패턴화된 부분인 제2 상부 배리어 재료 부분(246)의 수직 스택을 포함할 수 있다.Each
각각의 제2 상변화 필라(26)는 상변화 메모리 요소, 즉 내부의 재료의 상에 따라 저항을 변화시키는 구조물일 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 제2 상변화 필라(26)는 제2 선택적 하부 전도성 라이너 스트립의 패턴화된 부분인 선택적 제2 하부 전도성 라이너 세그먼트(262), 제2 상변화 메모리 재료 레일의 패턴화된 부분인 제2 상변화 메모리 재료 필라(264), 및 제2 상부 전도성 라이너 스트립의 패턴화된 부분인 제2 선택적 상부 전도성 라이너 세그먼트(266)의 수직 스택을 포함할 수 있다. 포토레지스트 층은, 예를 들어 애싱에 의해 제거될 수 있다.Each of the second phase-
대체적으로, 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이는 메모리 요소들의 제2 2차원 어레이를 포함할 수 있다. 메모리 요소들의 제2 2차원 어레이는 제2 전기 전도성 라인들(200)의 상단 표면들 상에 형성될 수 있다. 제2 전기 전도성 라인들(200)의 제2 부분들의 상단 표면들은 제1 수평 방향을 따라 배열되는 각각의 행의 제2 필라 구조물들(250) 사이에서 물리적으로 노출될 수 있다.Alternatively, the two-dimensional array of
도 6a 내지 도 6d를 참조하여 전술된 프로세싱 단계들은 제1 예시적 구조물 위에 제2 유전체 재료를 침착시키도록 반복될 수 있다. 제2 유전체 재료는 정지 표면들로서 제2 필라 구조물들(250)의 상단 표면들을 사용하여 평탄화될 수 있다. 예를 들어, (제2 배리어 세그먼트들(27)이 사용되지 않는 경우에) 선택적 제2 배리어 세그먼트들(27) 또는 제2 상변화 필라들(26)의 상단 표면들을 포함하는 수평 평면 위에 놓인 제2 유전체 재료의 잉여 부분들은 평탄화 공정에 의해 제거될 수 있고, 이는 리세스 에치 공정 및/또는 화학기계적 평탄화 공정을 사용할 수 있다. 제2 하드 마스크 스트립들(275)의 나머지 부분들은 평탄화 공정 동안 병립하여 제거될 수 있다. 제2 유전체 재료의 나머지 연속 부분은 제2 유전체 재료 층(260)을 구성한다. 제2 유전체 재료 층(260)은 도핑되지 않은 실리케이트 유리, 도핑된 실리케이트 유리, 또는 스핀-온 글라스를 포함할 수 있다. 유전체 라이너(도시되지 않음)가 제1 유전체 재료의 침착 전에 선택적으로 침착될 수 있다. 제2 유전체 재료 층(260)은 메모리 요소들의 제2 2차원 어레이 주위에 형성되고, 제2 2차원 어레이의 메모리 요소들 사이의 갭들을 충전한다.The processing steps described above with reference to FIGS. 6A-6D may be repeated to deposit a second dielectric material over the first exemplary structure. The second dielectric material can be planarized using the top surfaces of the
도 9a 내지 도 9f를 참조하면, 제1 비아 공동들이, 제2 폭(w2)을 갖는 제1 전기 전도성 라인들(100)의 제2 부분들의 상단 표면들 바로 위에 제2 유전체 재료 층(260) 및 제1 유전체 재료 층(160)을 통과하여 형성될 수 있다. 제2 부분들의 길이(L)는 500 nm 내지 5,000 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 길이들(L)도 또한 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 비아 공동들은, 제1 비아 공동들의 각각의 행이 제2 수평 방향(hd2)을 따라 연장되고 제1 비아 공동의 행들이 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 이격되도록 복수의 행들의 제1 비아 공동들로서 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 행의 제1 비아 공동들은 매 N-번째 제1 전기 전도성 라인(100)과 접촉할 수 있고, 여기서 N은 1보다 더 큰 양의 정수이다. N = 2인 실시예가 본 명세서에 예시되어 있지만, N이 3 이상인 실시예들이 명백히 예시되어 있다.9A-9F , the first via cavities are formed by a second
적어도 하나의 전도성 재료가 제1 비아 공동들 내에 침착될 수 있고, 적어도 하나의 전도성 재료의 잉여 부분들이 제1 유전체 재료 층(160)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 위로부터 제거될 수 있다. 적어도 하나의 전도성 재료는, 예를 들어, 금속성 질화물 재료, 예컨대 TiN, TaN, 또는 WN, 및 금속성 충전 재료, 예컨대 W, Cu, Ru, Co, Mo, 또는 이들의 합금들을 포함할 수 있다. 제1 비아 공동들을 충전하는 적어도 하나의 전도성 재료의 각각의 나머지 부분은 제1 전도성 비아 구조물(180)을 구성한다. 각각의 제1 전도성 비아 구조물(180)은 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각자의 제1 전기 전도성 라인의 제2 부분의 상단 표면과 접촉할 수 있고, 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각자의 제1 전기 전도성 라인의 적어도 하나의 측벽과 접촉할 수 있다. 각각의 제1 전도성 비아 구조물(180)은 제2 유전체 재료 층(260)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 내에 상단 표면을 가질 수 있다. 제1 전도성 비아 구조물들(180)은 제2 유전체 재료 층(260) 및 제1 유전체 재료 층(160)을 통과하여 형성되고, 제2 유전체 재료 층(260) 및 제1 유전체 재료 층(160)의 측벽들과 접촉할 수 있다.At least one conductive material can be deposited within the first via cavities, and excess portions of the at least one conductive material can be removed from above a horizontal plane that includes the top surface of the first
도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 도 2a 내지 도 2d, 도 4a 내지 도 4d, 도 5a 내지 도 5d, 도 6a 내지 도 6d, 도 7a 내지 도 7d, 및 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 전술된 프로세싱 단계들은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되는 제3 전기 전도성 라인들(300), 제3 필라 구조물들(350)의 2차원 어레이, 제3 유전체 재료 층(360), 제2 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장되는 제4 전기 전도성 라인들(400), 제4 필라 구조물들(450)의 2차원 어레이, 및 제4 유전체 재료 층(460)을 순차적으로 형성할 수 있다. 제3 필라 구조물들(350) 및 제4 필라 구조물들(450) 각각은 제1 필라 구조물들(150) 및/또는 제2 필라 구조물들(250)과 동일한 구조를 가질 수 있다.Referring to FIGS. 10A to 10D, the above description with reference to FIGS. 2A to 2D, 4A to 4D, 5A to 5D, 6A to 6D, 7A to 7D, and 8A to 8D The processing steps include the third electrically
제2 비아 공동들은 제1 전도성 비아 구조물들(180)의 상단 표면들 바로 위에 제4 유전체 재료 층(460) 및 제3 유전체 재료 층(360)을 통과하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 비아 공동들은, 제2 비아 공동들의 각각의 행이 제2 수평 방향(hd2)을 따라 연장되고 제2 비아 공동의 행들이 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 이격되도록 복수의 행들의 제2 비아 공동들로서 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 비아 공동들은 제1 전도성 비아 구조물들(180)과 영역 오버레이(areal overlay)를 가질 수 있다.Second via cavities may be formed through the fourth
적어도 하나의 전도성 재료가 제2 비아 공동들 내에 침착될 수 있고, 적어도 하나의 전도성 재료의 잉여 부분들이 제4 유전체 재료 층(460)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 위로부터 제거될 수 있다. 적어도 하나의 전도성 재료는, 예를 들어, 금속성 질화물 재료, 예컨대 TiN, TaN, 또는 WN, 및 금속성 충전 재료, 예컨대 W, Cu, Ru, Co, Mo, 또는 이들의 합금들을 포함할 수 있다. 제2 비아 공동들을 충전하는 적어도 하나의 전도성 재료의 각각의 나머지 부분은 제2 전도성 비아 구조물(380)을 구성한다. 각각의 제2 전도성 비아 구조물(380)은 각자의 제1 전도성 비아 구조물(180)의 상단 표면과 접촉할 수 있다. 각각의 제2 전도성 비아 구조물(380)은 제4 유전체 재료 층(460)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 내에 상단 표면을 가질 수 있다. 제2 전도성 비아 구조물들(380)은 제3 및 제4 유전체 재료 층들(360, 460)을 통과하여 형성되고, 제3 및 제4 유전체 재료 층들(360, 460)의 측벽들과 접촉할 수 있다.At least one conductive material can be deposited in the second via cavities, and excess portions of the at least one conductive material can be removed from above a horizontal plane that includes the top surface of the fourth
상호접속 구조물들(180, 380)은 유전체 재료 층들(160, 260, 360, 460)을 통과하여 형성된다. 상호접속 구조물들(180, 380)은 제1 폭(w1)보다 더 작은 제2 폭(w2)을 갖는 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각자의 제1 전기 전도성 라인의 제2 부분의 상단 표면 상에 형성된다.
도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 금속성 층이 제4 유전체 재료 층(460) 및 제4 필라 구조물들(450)의 2차원 어레이 위에 침착될 수 있다. 금속성 층은 제5 전기 전도성 라인들(500)을 형성하도록 패턴화될 수 있다. 제5 전기 전도성 라인들(500)은 제1 전기 전도성 라인들(100)과 동일한 패턴을 가질 수 있다. 제5 유전체 재료 층(560)이 제5 전기 전도성 라인들(500) 주위에 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 11A-11D , a metallic layer may be deposited over the fourth
일 실시예에서, 제5 전기 전도성 라인들(500) 및 제5 유전체 재료 층(560)은 전술된 프로세싱 단계들을 반복함으로써 형성될 수 있다. 제5 전기 전도성 라인들(500)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장될 수 있다. 각각의 제5 전기 전도성 라인(500)은 제1 폭(w1)을 갖는 제1 부분 및 제2 폭(w2)을 갖는 제2 부분을 포함할 수 있다.In one embodiment, fifth electrically
도 1a 내지 도 11d를 종합적으로 참조하면, 메모리 디바이스가 제공되며, 이 메모리 디바이스는, 기판(9) 위에 놓이고, 제1 전기 전도성 라인들(100), 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이, 제2 전기 전도성 라인들(200), 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이, 제3 전기 전도성 라인들(300), 제3 필라 구조물들(350)의 2차원 어레이, 제4 전기 전도성 라인들(400), 제4 필라 구조물들(450)의 2차원 어레이, 및 제5 전기 전도성 라인들(500)을 포함하는 수직 스택 - 제1 필라 구조물들(150), 제2 필라 구조물들(250), 제3 필라 구조물들(350), 및 제4 필라 구조물들(460) 각각은 (상변화 메모리 재료 필라와 같은) 각자의 메모리 요소를 포함하고, 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이는 제1 폭(w1)을 갖는 제1 전기 전도성 라인들(100)의 제1 부분들의 상단 표면들 위에 놓임 -; 및 제5 전기 전도성 라인들(500)과 제1 전기 전도성 라인들(100) 사이에 전기 전도성 경로들을 제공하는 상호접속 구조물들(180, 380) - 상호접속 구조물들(180, 380) 각각은 제1 폭(w1)보다 작은 제2 폭(w2)을 갖는 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각자의 제1 전기 전도성 라인의 제2 부분의 상단 표면과 접촉함 - 을 포함한다.Referring collectively to FIGS. 1A to 11D , a memory device is provided, which is placed over a
일 실시예에서, 상호접속 구조물들(180, 380) 각각은, 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각자의 제1 전기 전도성 라인의 제2 부분의 상단 표면과 접촉하고 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이의 상단 표면들을 포함하는 수평 평면까지 수직으로 연장되는 제1 전도성 비아 구조물(180); 및 제1 콘택트 비아 구조물(180) 위에 놓이고 제5 전기 전도성 라인들(500)의 각자의 제5 전기 전도성 라인의 저부 표면과 접촉하는 제2 전도성 비아 구조물(380)을 포함한다.In one embodiment, each of the
일 실시예에서, 제2 전도성 비아 구조물(380)의 저부 표면은 제1 전도성 비아 구조물(180)의 상단 표면과 접촉한다. 일 실시예에서, 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이는 제1 전도성 비아 구조물들(180) 각각의 하부 부분을 측방향으로 둘러싸는 제1 유전체 재료 층(160) 내에 형성되며; 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이는 제1 전도성 비아 구조물들(180) 각각의 상부 부분을 측방향으로 둘러싸는 제2 유전체 재료 층(260) 내에 형성된다.In one embodiment, the bottom surface of the second conductive via
일 실시예에서, 제1 전기 전도성 라인들(100), 제3 전기 전도성 라인들(300), 및 제5 전기 전도성 라인들(500)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장하며; 제2 전기 전도성 라인들(200) 및 제4 전기 전도성 라인들(400)은 제1 수평 방향(hd1)에 수직인 제2 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장된다.In one embodiment, the first electrically
일 실시예에서, 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각각의 제1 부분은 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이 내의 각자의 행의 제1 필라 구조물들(150) 아래에 놓이고 그들과 접촉하며; 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각각의 제2 부분은 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이를 포함하는 영역으로부터 측방향으로 오프셋된다.In one embodiment, a first portion of each of the first electrically
일 실시예에서, 제1 전기 전도성 라인들(100) 각각은 제1 폭(w1)만큼 이격된 제1 측벽들의 쌍을 갖는 각자의 제1 부분 및 제2 폭(w2)만큼 이격된 제2 측벽들의 쌍을 갖는 각자의 제2 부분을 포함하며; 제2 측벽들의 쌍의 각각의 제2 측벽은 제1 수평 방향(hd1)에 수직인 수평 방향을 따라, 즉 제2 수평 방향(hd2)을 따라, 제1 폭(w1)과 제2 폭(w2) 사이의 차이의 절반만큼 제1 측벽들의 쌍의 하나의 제1 측벽으로부터 측방향으로 오프셋된다. 일 실시예에서, 제1 전기 전도성 라인들(100) 각각은, 제1 폭(w1)을 갖고, 각자의 제2 부분에 인접하고, 기판(9)으로부터 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이와 동일한 수직 거리에 위치되는 추가적인 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이의 저부 표면들과 접촉하는 각자의 제3 부분을 포함한다.In one embodiment, each of the first electrically
일 실시예에서, 제5 전기 전도성 라인들(500) 각각은 제1 폭(w1)을 갖는 각자의 제1 부분 및 제2 폭(w2)을 갖는 각자의 제2 부분을 포함하며; 상호접속 구조물들(180, 380) 각각은 제5 전기 전도성 라인들(500)의 제2 부분들 중 하나의 제2 부분의 저부 표면과 접촉한다.In one embodiment, each of the fifth electrically
일 실시예에서, 제1 필라 구조물들(150), 제2 필라 구조물들(250), 제3 필라 구조물들(350), 및 제4 필라 구조물들(450) 각각은 그의 최상단 표면으로부터 그의 최저부 표면으로 수직으로 연장되는 적어도 하나의 수직 또는 테이퍼링된 측벽을 갖는다. 일 실시예에서, 제1 필라 구조물들(150), 제2 필라 구조물들(250), 제3 필라 구조물들(350), 및 제4 필라 구조물들(450) 각각은 메모리 재료 부분 및 선택자 재료 부분의 직렬 접속을 포함한다. 일 실시예에서, 메모리 재료 부분은 상변화 재료를 포함하며; 선택자 재료 부분은 오보닉 임계 스위치 재료를 포함한다.In one embodiment, each of the
도 12a 내지 도 12d를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 예시적 구조물은 도 1a 내지 도 1d의 제1 예시적 구조물과 동일할 수 있다.Referring to FIGS. 12A to 12D , the second exemplary structure according to the second embodiment of the present invention may be the same as the first exemplary structure of FIGS. 1A to 1D .
도 13a 내지 도 13d를 참조하면, 도 2a 내지 도 2d 및 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 전술된 프로세싱 단계들이 수행되어, 제1 트렌치들에 의해 측방향으로 이격되는 제1 전기 전도성 라인들(100) 및 제1 스택형 레일 구조물들(150L)을 형성할 수 있다. 제1 스택형 레일 구조물들(150L) 및 제1 전기 전도성 라인들(100) 각각은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장된다. 제1 전기 전도성 라인들(100)은 제1 금속성 층(122L)의 패턴화된 나머지 부분들을 포함한다. 제1 스택형 레일 구조물들(150L)은 제2 수평 방향(hd2)을 따라 제1 트렌치들(11)에 의해 측방향으로 이격된다. 제1 스택형 레일 구조물들(150L) 및 제1 전기 전도성 라인들(100) 각각은 전체에 걸쳐 균일한 두께를 가질 수 있는데, 이는 본 명세서에서 제1 폭(w1)으로 지칭된다.Referring to FIGS. 13A to 13D , the processing steps described above with reference to FIGS. 2A to 2D and 4A to 4D are performed to form first electrically
각각의 제1 스택형 레일 구조물(150L)은, 저부로부터 상단으로, 제1 선택자 층(14L)의 패턴화된 부분인 제1 선택자 레일(14'), 제1 상변화 메모리 층(16L)의 패턴화된 부분인 제1 상변화 메모리 레일(16'), 및 제1 배리어 층(17L)의 패턴화된 부분인 제1 배리어 레일(17')을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "스트립"은 폭보다 작은 두께를 갖는 레일을 지칭한다. 제1 스택형 레일 구조물(150L)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되고, 제1 트렌치들(11)에 의해 서로로부터 측방향으로 이격되고, 기판(9) 위에 위치된다.Each of the first
일 실시예에서, 각각의 제1 스택형 레일 구조물(150L)은 제1 금속성 질화물 층(124L)의 패턴화된 부분인 제1 금속성 질화물 스트립(124')을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 제1 선택자 레일(14')은 제1 하부 배리어 재료 스트립(142'), 제1 오보닉 임계 스위치 재료 레일(144'), 및 제1 상부 배리어 재료 스트립(146')의 수직 스택을 포함할 수 있다. 제1 하부 배리어 재료 스트립(142')은 선택적 제1 하부 배리어 재료 층(142L)의 패턴화된 부분이다. 제1 오보닉 임계 스위치 재료 레일(144')은 제1 오보닉 임계 스위치 재료 층(144L)의 패턴화된 부분이다. 제1 상부 배리어 재료 스트립(146')은 선택적 제1 상부 배리어 재료 층(146L)의 패턴화된 부분이다. 일 실시예에서, 각각의 제1 상변화 메모리 레일(16')은, 저부로부터 상단으로, 제1 선택적 하부 전도성 라이너 스트립(162'), 제1 상변화 메모리 재료 레일(164'), 및 제1 선택적 상부 전도성 라이너 스트립(166')을 포함할 수 있다. 각각의 제1 하부 전도성 라이너 스트립(162')은 제1 하부 전도성 라이너 층(162L)의 패턴화된 부분이고, 각각의 제1 상변화 메모리 재료 레일(164')은 제1 상변화 메모리 재료 층(164L)의 패턴화된 부분이고, 각각의 제1 상부 전도성 라이너 스트립(166')은 제1 상부 전도성 라이너 층(166L)의 패턴화된 부분이다. 제1 스택형 레일 구조물들(150L)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되고, 베이스 유전체 재료 층들(60) 위의 제1 트렌치들(11)에 의해 서로로부터 측방향으로 이격된다.In one embodiment, each first
도 14a 내지 도 14d를 참조하면, 다른 포토레지스트 층(도시되지 않음)이 제1 예시적 구조물 위에 적용되고, 제1 폭을 갖는 제1 스택형 레일 구조물들(150L)의 부분들을 포함하는 영역들 내에서 라인 및 공간 패턴으로 리소그래피로 패턴화된다. 각각의 라인 및 공간 패턴은 제2 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장될 수 있고, 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 이격될 수 있다. 각각의 라인 및 공간 패턴의 피치는 30 nm 내지 600 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 거리들도 또한 사용될 수 있다. 라인 및 공간 패턴 내의 각각의 라인의 폭은 라인 및 공간 패턴의 피치의 약 1/2일 수 있다.14A to 14D, another photoresist layer (not shown) is applied over the first exemplary structure, regions including portions of first
이방성 에치 공정이 수행되어, 하드 마스크 스트립들(175) 및 제1 스택형 레일 구조물들(150L)을 통과하여 포토레지스트 층의 패턴을 전사할 수 있다. 각각의 하드 마스크 스트립들(175)은 직사각형 수평 단면 형상을 갖는 하드 마스크 세그먼트들(178)로 패턴화될 수 있다. 제1 스택형 레일 구조물들(150L)은 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 직사각형 어레이로 패턴화된다. 각각의 제1 필라 구조물(150)은 직사각형 수평 단면 형상을 가질 수 있다. 제1 금속성 질화물 스트립들(124')은 제1 금속성 질화물 세그먼트들로 패턴화될 수 있거나, 또는 에치 정지 구조물로서 기능할 수 있고 제1 금속성 질화물 스트립들(124')로서 유지될 수 있다.An anisotropic etch process may be performed to transfer the pattern of the photoresist layer through the hard mask strips 175 and the first
이방성 에치 공정의 화학작용은 하드 마스크 스트립들(175), 제1 배리어 레일들(17'), 제1 상변화 메모리 레일들(16'), 제1 선택자 레일들(14')의 다양한 재료들을 통과하여, 그리고 선택적으로 제1 금속성 질화물 스트립들(124')을 통하여 에칭하도록 순차적으로 변경될 수 있다. 이방성 에치 공정은 제1 전기 전도성 라인들(100)의 상단 표면에서 또는 그 내에서, 또는 제1 금속성 질화물 스트립들(124') 내에서 중단될 수 있다. 예시적인 예에서, 각각의 제1 필라 구조물(150)은, 저부로부터 상단으로, 제1 선택자 레일(14')의 패턴화된 부분인 제1 선택자 필라(14), 상변화 메모리 레일(16')의 패턴화된 부분인 제1 상변화 필라(16), 및 제1 배리어 스트립(17')의 패턴화된 부분인 선택적 제1 배리어 세그먼트(17)를 포함할 수 있다.The chemistry of the anisotropic etch process can change the various materials of the hard mask strips 175, the first barrier rails 17', the first phase change memory rails 16', and the
각각의 제1 선택자 필라는 선택자 요소, 즉, 비선형 전압-전류 특성들을 제공하여 제1 전압 바이어스 조건들 하에서 도체로서 그리고 제2 전압 바이어스 조건들 하에서 절연체로서 기능하도록 하는 요소이다. 일 실시예에서, 각각의 제1 선택자 필라(14)는 제1 하부 배리어 재료 스트립(142')의 패턴화된 부분인 제1 하부 배리어 재료 부분(142), 제1 오보닉 임계 스위치 재료 레일(144')의 패턴화된 부분인 제1 오보닉 임계 스위치 재료 부분(144), 및 제1 상부 배리어 재료 스트립(146')의 패턴화된 부분인 제1 상부 배리어 재료 부분(146)의 수직 스택을 포함할 수 있다.Each first selector pillar is a selector element, that is, an element that provides non-linear voltage-current characteristics to function as a conductor under first voltage bias conditions and as an insulator under second voltage bias conditions. In one embodiment, each
일 실시예에서, 각각의 제1 선택자 필라(14)는 제1 오보닉 임계 스위치 재료 부분(144), 제1 상부 배리어 재료 부분(146)으로서 제1 오보닉 임계 스위치 재료 부분(144)의 상단 표면과 접촉하는 상부 비정질 탄소 부분, 및 제1 하부 배리어 재료 부분(142)으로서 제1 오보닉 임계 스위치 재료 부분(144)의 저부 표면과 접촉하는 하부 비정질 탄소 부분을 포함힌다.In one embodiment, each
각각의 제1 상변화 필라(16)는 상변화 메모리 요소, 즉 내부의 재료의 상에 따라 저항을 변화시키는 구조물이다. 일 실시예에서, 각각의 제1 상변화 필라(16)는 제1 선택적 하부 전도성 라이너 스트립(162')의 패턴화된 부분인 선택적 제1 하부 전도성 라이너 세그먼트(162), 제1 상변화 메모리 재료 레일(164')의 패턴화된 부분인 제1 상변화 메모리 재료 필라(164), 및 제1 상부 전도성 라이너 스트립(166')의 패턴화된 부분인 제1 선택적 상부 전도성 라이너 세그먼트(166)의 수직 스택을 포함할 수 있다. 포토레지스트 층은, 예를 들어 애싱에 의해 제거될 수 있다.Each of the first phase-
대체적으로, 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이는 메모리 요소들의 제1 2차원 어레이를 포함할 수 있다. 메모리 요소들의 제1 2차원 어레이는 제1 폭(w1)을 갖는 제1 전기 전도성 라인들(100)의 제1 부분들 및 제3 부분들의 상단 표면들 상에 형성될 수 있다. 제1 전기 전도성 라인들(100)의 제2 부분들의 상단 표면들은 물리적으로 노출될 수 있다. 제1 전기 전도성 라인들(100)은 전체에 걸쳐 균일한 폭을 가질 수 있는데, 이는 제1 폭(w1)일 수 있다. 제1 전기 전도성 라인들(100)은 제2 수평 방향(hd2)을 따라 제1 간격(s1)만큼 서로로부터 측방향으로 이격될 수 있다. 제1 전기 전도성 층들(100)은, 제1 폭(w1)과 제1 간격(s1)의 합과 동일한 제1 피치(p1)일 수 있는 균일한 피치를 갖는 제2 수평 방향(hd2)을 따른 주기적 1차원 어레이로서 형성될 수 있다.Alternatively, the two-dimensional array of
도 15a 내지 도 15d를 참조하면, 제1 유전체 재료가 예시적 구조물 위에 침착될 수 있고, 정지 표면들로서 제1 필라 구조물들(150)의 상단 표면들을 사용하여 평탄화될 수 있다. 예를 들어, (제1 배리어 세그먼트들(17)이 사용되지 않는 경우에) 선택적 제1 배리어 세그먼트들(17) 또는 제1 상변화 필라들(16)의 상단 표면들을 포함하는 수평 평면 위에 놓인 제1 유전체 재료 층의 잉여 부분들은 평탄화 공정에 의해 제거될 수 있고, 이는 리세스 에치 공정 및/또는 화학기계적 평탄화 공정을 사용할 수 있다. 하드 마스크 세그먼트들(178)은 평탄화 공정 동안 병립하여 제거될 수 있다. 제1 유전체 재료의 나머지 연속 부분은 제1 유전체 재료 층(160)을 구성한다. 제1 유전체 재료 층(160)은 도핑되지 않은 실리케이트 유리, 도핑된 실리케이트 유리, 또는 스핀-온 글라스를 포함할 수 있다. 유전체 라이너(도시되지 않음)가 제1 유전체 재료의 침착 전에 선택적으로 침착될 수 있다. 제1 유전체 재료 층(160)은 메모리 요소들의 제1 2차원 어레이 주위에 형성되고, 제1 2차원 어레이의 메모리 요소들 사이의 갭들을 충전한다.Referring to FIGS. 15A-15D , a first dielectric material may be deposited over the example structure and planarized using the top surfaces of the
도 16a 내지 도 16d를 참조하면, 도 7a 내지 도 7d 및 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 전술된 프로세싱 단계들의 세트가 수행되어, 제2 전기 전도성 라인들(200), 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이, 및 제2 유전체 재료 층(260)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 16A-16D , the set of processing steps described above with reference to FIGS. 7A-7D and 8A-8D are performed to form second electrically
제1 비아 공동들은, 제1 전기 전도성 라인들(100)의 상단 표면들 바로 위에 제2 유전체 재료 층(260) 및 제1 유전체 재료 층(160)을 통과하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 비아 공동들은, 제1 비아 공동들의 각각의 행이 제2 수평 방향(hd2)을 따라 연장되고 제1 비아 공동의 행들이 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 이격되도록 복수의 행들의 제1 비아 공동들로서 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 행의 제1 비아 공동들은 매 N-번째 제1 전기 전도성 라인(100)과 접촉할 수 있고, 여기서 N은 1보다 더 큰 양의 정수이다. N = 2인 실시예가 본 명세서에 예시되어 있지만, N이 3 이상인 실시예들이 명백히 예시되어 있다.First via cavities may be formed through the second
적어도 하나의 전도성 재료가 제1 비아 공동들 내에 침착될 수 있고, 적어도 하나의 전도성 재료의 잉여 부분들이 제2 유전체 재료 층(260)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 위로부터 제거될 수 있다. 적어도 하나의 전도성 재료는, 예를 들어, 금속성 질화물 재료, 예컨대 TiN, TaN, 또는 WN, 및 금속성 충전 재료, 예컨대 W, Cu, Ru, Co, Mo, 또는 이들의 합금들을 포함할 수 있다. 제1 비아 공동들을 충전하는 적어도 하나의 전도성 재료의 각각의 나머지 부분은 제1 전도성 비아 구조물(180)을 구성한다. 각각의 제1 전도성 비아 구조물(180)은 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각자의 제1 전기 전도성 라인의 제2 부분의 상단 표면과 접촉할 수 있고, 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각자의 제1 전기 전도성 라인의 적어도 하나의 측벽과 접촉할 수 있다. 각각의 제1 전도성 비아 구조물(180)은 제2 유전체 재료 층(260)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 내에 상단 표면을 가질 수 있다. 제1 전도성 비아 구조물들(180)은 제2 유전체 재료 층(260) 및 제1 유전체 재료 층(160)을 통과하여 형성되고, 제1 유전체 재료 층(260) 및 제1 유전체 재료 층(160)의 측벽들과 접촉할 수 있다.At least one conductive material can be deposited in the first via cavities, and excess portions of the at least one conductive material can be removed from above a horizontal plane that includes the top surface of the second
도 17a 내지 도 17d를 참조하면, 제3 층 스택 또는 제3 수직 스택으로도 지칭되는 제3 재료 층 스택(32L, 34L, 36L, 37L, 375L)이 제2 유전체 재료 층(260) 및 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이 위에 형성된다. 예를 들어, 제3 재료 층 스택(32L, 34L, 36L, 37L, 375L)은 제3 전도성 재료 층(32L), 제3 선택자 층(34L), 제3 상변화 메모리 층(36L), 선택적 제3 배리어 층(37L), 및 제3 하드 마스크 층(375L)을 포함할 수 있다. 제3 재료 층 스택(32L, 34L, 36L, 37L, 375L) 내의 각각의 층은 블랭킷 재료 층, 즉 제3 수평 방향(hd1) 및 제3 수평 방향(hd1)에 수직인 제3 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장되는 패턴화되지 않은 재료 층으로서 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 17A-17D , a third material layer stack (32L, 34L, 36L, 37L, 375L), also referred to as a third layer stack or third vertical stack, includes a second
제3 전도성 재료 층(32L)은 적어도 하나의 금속성 재료 층일 수 있는 적어도 하나의 전도성 재료 층을 포함한다. 예를 들어, 제3 전도성 재료 층(32L)은, 저부로부터 상단으로, 제3 금속성 층(322L)(예컨대, 텅스텐 층) 및 제3 금속성 질화물 층(324L)(예컨대, 텅스텐 질화물 층 또는 티타늄 질화물 층)의 층 스택을 포함할 수 있다. 제3 금속성 층(322L)의 두께는 31 nm 내지 100 nm, 예컨대 30 nm 내지 70 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다. 제3 금속성 질화물 층(324L)의 두께는 1 nm 내지 10 nm, 예컨대 1.5 nm 내지 5 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 제3 전도성 재료 층(32L)은 제3 전도성 재료 층(32L)의 부분들과 아래에 놓인 그리고 위에 놓인 메모리 재료 층들 사이의 콘택트의 공정 실행가능성 및/또는 더 작은 변동을 위해, 개별 침착 및 패턴화 단계들 동안 형성된 2개의 개별 금속성 재료 층들, 예컨대 아래에 놓인 제1 필라 구조물들(150)의 층들로 패턴화되는 제1 텅스텐 층, 및 제1 텅스텐 층 및 아래에 놓인 필라 구조물들을 패턴화한 이후에 제1 텅스텐 층 상에 침착되는 제3 텅스텐 층을 포함할 수 있다.The third
제3 선택자 층(34L)은, 그에 걸친 외부 인가 전압 바이어스의 크기 및/또는 극성에 따라 전기적 격리의 전기적 접속을 제공하는 비-오믹 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 제3 선택자 층(34L)은 오보닉 임계 스위치 재료 층과 같은 적어도 하나의 임계 스위치 재료 층을 포함한다. 오보닉 임계 스위치 재료 층은 임의의 오보닉 임계 스위치 재료를 포함하는 제3 오보닉 임계 스위치 재료 층(344L)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 오보닉 임계 스위치 재료 층(344L)은 GeSeAs 화합물, GeSe 화합물, SeAs 화합물, GeTe 화합물, 또는 SiTe 화합물을 포함할 수 있고/있거나, 본질적으로 이들로 이루어질 수 있다.The
일 실시예에서, 제3 오보닉 임계 스위치 재료 층(344L)의 재료는 임계 바이어스 전압 크기(임계 전압으로도 지칭됨)를 초과하는 외부 바이어스 전압의 인가 시에 제3 오보닉 임계 스위치 재료 층(344L)의 저항률이 적어도 두 자릿수만큼(즉, 100배 초과만큼) 감소하도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 제3 오보닉 임계 스위치 재료 층(344L)의 조성 및 두께는, 임계 바이어스 전압 크기가 1 V 내지 4 V 범위 내에 있지만 임계 바이어스 전압 크기에 대해 더 작은 및 더 큰 전압들도 또한 사용될 수 있도록 선택될 수 있다. 제3 오보닉 임계 스위치 재료 층(344L)의 두께는, 예를 들어, 5 nm 내지 50 nm, 예컨대 10 nm 내지 30 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.In one embodiment, the material of the third ovonic threshold
제3 선택자 층(34L)은 제3 오보닉 임계 스위치 재료 층(344L) 위에 놓이는 선택적 제3 상부 배리어 재료 층(346L) 및 제3 오보닉 임계 스위치 재료 층(344L) 아래에 놓이는 선택적 제3 하부 배리어 재료 층(342L)을 포함할 수 있다. 선택적 제3 상부 및/또는 하부 배리어 재료 층들(346L, 342L)은 제3 오보닉 임계 스위치 재료 층(344L)의 재료의 확산을 억압하는 재료를 포함한다. 예를 들어, 제3 상부 및/또는 하부 배리어 재료 층들(346L, 342L)은 비정질 탄소 또는 다이아몬드-유사 탄소(DLC)를 포함할 수 있다. 제3 상부 배리어 금속성 질화물 층들(346L)의 두께는 4 nm 내지 40 nm, 예컨대 8 nm 내지 31 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다. 제3 하부 배리어 재료 층(342L)의 두께는 4 nm 내지 40 nm, 예컨대 8 nm 내지 31 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The
제3 상변화 메모리 층(36L)은 제3 상변화 메모리 재료 층(364L)을 포함한다. 제3 상변화 메모리 재료 층(364L)은 상변화 메모리 재료를 포함한다. 제3 상변화 메모리 재료 층(364L)의 두께는 1 nm 내지 60 nm, 예컨대 3 nm 내지 40 nm 및/또는 10 nm 내지 35 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The third phase
제3 상변화 메모리 층(36L)은 선택적으로, 제3 상변화 메모리 재료 층(364L) 아래에 놓이는 제3 하부 전도성 라이너 층(362L)을 포함할 수 있고, 선택적으로, 제3 상변화 메모리 재료 층(364L) 위에 놓이는 제3 상부 전도성 라이너 층(366L)을 포함할 수 있다. 선택적 제3 하부 전도성 라이너 층(362L) 및/또는 선택적 제3 상부 전도성 라이너 층(366L)은, 존재하는 경우, 전도성 금속성 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 제3 하부 전도성 라이너 층(362L) 및/또는 제3 상부 전도성 라이너 층(366L)은 전도성 금속성 질화물, 예컨대 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 또는 텅스텐 질화물을 포함할 수 있다. 제3 하부 전도성 라이너 층(362L) 및 제3 상부 전도성 라이너 층(366L) 각각의 두께는 1 nm 내지 10 nm, 예컨대 1.5 nm 내지 5 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The third phase
선택적 제3 배리어 층(37L)은, 존재하는 경우, 배리어 재료를 포함하고, 제3 상변화 메모리 층(36L)의 상단 상에 형성될 수 있다. 배리어 재료는, 제3 상변화 메모리 재료의 확산을 방지할 수 있고 그의 효과적인 캡슐화를 제공할 수 있는 재료이다. 일 실시예에서, 배리어 재료는 비정질 탄소를 포함할 수 있고/있거나, 본질적으로 그로 이루어질 수 있다. 제3 배리어 층(37L)의 두께는 12 nm 내지 75 nm, 예컨대 31 nm 내지 60 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.An optional
제3 하드 마스크 층(375L)은, 후속 평탄화 공정에서 평탄화 정지 구조물로서 사용될 수 있는 하드 마스크 재료를 포함한다. 제3 하드 마스크 층(375L)은, 금속, 유전체 재료, 또는 반도체 재료로부터 선택된 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 하드 마스크 층(375L)은 실리콘 질화물, 유전체 금속성 산화물, 또는 금속을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 하드 마스크 층(375L)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제3 하드 마스크 층(375L)의 두께는 3 nm 내지 30 nm, 예컨대 6 nm 내지 15 nm 범위 내에 있을 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 두께들도 또한 사용될 수 있다.The third
도 18a 내지 도 18d를 참조하면, 포토레지스트 층이 제3 재료 층 스택(32L, 34L, 36L, 37L, 375L) 위에 적용될 수 있고, 제2 필라 구조물들(250)의 각각의 2차원 어레이의 영역들 위에 라인 및 공간 패턴을 형성하도록 그리고 제1 전도성 비아 구조물들(180)의 영역들 위에 별개의 플레이트 패턴들을 형성하도록 리소그래피로 패턴화될 수 있다. 라인 및 공간 패턴은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되는 라인 패턴들을 포함한다. 라인 및 공간 패턴은 제1 수평 방향에 수직인 제2 수평 방향(hd2)을 따라 균일한 피치를 가질 수 있다. 균일한 피치는, 예를 들어, 30 nm 내지 600 nm 범위 내에 있을 수 있다. 별개의 플레이트 패턴은 제1 전도성 비아 구조물(180)의 각각의 영역을 커버하는 별개의 영역들을 포함한다.Referring to FIGS. 18A-18D , a photoresist layer may be applied over the third
이방성 에치 공정이 수행되어, 제3 하드 마스크 층(375L)을 통과하여 포토레지스트 층의 패턴을 전사시킨다. 제3 하드 마스크 층(375L)은 라인 형상들을 갖는 제3 하드 마스크 스트립들(375) 및 별개의 형상들을 갖는 하드 마스크 플레이트들(373)로 패턴화될 수 있다. 도 18d에 도시된 바와 같이, 각각의 제3 하드 마스크 스트립(375)은 균일한 폭을 갖고서 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장될 수 있고, 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되는 제2 필라 구조물들(250)의 이웃한 쌍의 행들 사이에 형성될 수 있다. 제3 하드 마스크 스트립들(375)은 도 18a에 도시되어 있지 않은데, 그 이유는 도 18d의 단면 라인(A-A')이 제3 하드 마스크 스트립들(375) 사이에서 연장되기 때문이다. 각각의 제3 하드 마스크 스트립(375)은 직사각형 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제3 하드 마스크 스트립들(375)은 제2 필라 구조물들(250)의 각자의 이웃한 쌍의 행들을 포함하는 직사각형 영역들 사이에 위치된 모든 다른 갭 영역에 위치될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제3 하드 마스크 스트립들(375)은 제2 필라 구조물들(250)과 어떠한 영역 중첩도 갖지 않는다. 일 실시예에서, 제3 하드 마스크 스트립들(375)은 15 nm 내지 300 nm 범위 내에 있을 수 있는 각자의 균일한 폭을 가질 수 있지만, 더 작은 및 더 큰 치수들이 또한 사용될 수 있다. 하드 마스크 플레이트들(373)은 제1 전도성 비아 구조물(180)의 각자의 제1 전도성 비아 구조물 위에 놓인다. 하드 마스크 플레이트들(373)은 직사각형 형상들, 원형 형상들, 또는 타원형 형상들을 가질 수 있다. 포토레지스트 층은, 예를 들어 애싱에 의해 후속적으로 제거될 수 있다.An anisotropic etch process is performed to transfer the pattern of the photoresist layer through the third
도 19a 및 도 19b를 참조하면, 스페이서 재료 층은 컨포멀(conformal) 침착 공정에 의해 제3 하드 마스크 스트립들(375) 및 하드 마스크 플레이트들(373) 위에 컨포멀로 침착될 수 있다. 스페이서 재료 층은 제3 하드 마스크 스트립들(375) 및 하드 마스크 플레이트들(373)의 재료들과는 상이한 재료를 포함한다. 예를 들어, 제3 하드 마스크 스트립들(375) 및 하드 마스크 플레이트들(373)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있고, 스페이서 재료 층은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 스페이서 재료 층의 두께는 제1 수평 방향(hd1)을 따라 배열되는 제2 필라 구조물들(250)의 행의 폭과 동일할 수 있다.Referring to FIGS. 19A and 19B , a spacer material layer may be conformally deposited over the third hard mask strips 375 and
이방성 에치 공정이 수행되어, 스페이서 재료 층의 수평 부분들을 제거할 수 있다. 스페이서 재료 층의 나머지 부분들은, 제3 하드 마스크 스트립들(375)의 측벽들 상에 형성되는 제1 스페이서 재료 부분들(376) 및 하드 마스크 플레이트들(373)의 측벽들 상에 형성되는 제2 스페이서 재료 부분들(374)을 포함한다. 각각의 제1 스페이서 재료 부분(376)은 제3 하드 마스크 스트립들(375)의 각자의 제3 하드 마스크 스트립을 측방향으로 둘러싸고, 각각의 제2 스페이서 재료 부분(374)은 하드 마스크 플레이트들(373)의 각자의 하드 마스크 플레이트를 측방향으로 둘러싼다. 제1 스페이서 재료 부분(376)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되는 제2 필라 구조물들(250)의 2개의 행들의 전체 영역을 커버할 수 있다. 하드 마스크 플레이트(373) 및 제2 스페이서 재료 부분(374)의 세트가 제1 전도성 비아 구조물들(180)의 각자의 제1 전도성 비아 구조물의 전체 영역을 커버할 수 있다.An anisotropic etch process may be performed to remove horizontal portions of the spacer material layer. The remaining portions of the spacer material layer include first
도 20a 내지 도 20d를 참조하면, 포토레지스트 층(379)이 제2 예시적 구조물 위에 적용될 수 있고, 하드 마스크 플레이트들(373) 및 제2 스페이서 재료 부분들(374)을 커버하도록 리소그래피로 패턴화될 수 있다. 에치 공정이 수행되어, 제1 스페이서 재료 부분들(376)에 대해 선택적으로 제3 하드 마스크 스트립들(375)을 에칭할 수 있다. 예를 들어, 제1 스페이서 재료 부분들(376)이 실리콘 질화물을 포함하는 경우, 그리고 제3 하드 마스크 스트립들(375)이 실리콘 산화물을 포함하는 경우, 묽은 플루오르화수소산을 사용한 습식 에치 공정이 수행되어, 제1 스페이서 재료 부분들(376)에 대해 선택적으로 제3 하드 마스크 스트립들(375)을 제거할 수 있다. 포토레지스트 층(379)은, 예를 들어 애싱에 의해 후속적으로 제거될 수 있다.Referring to FIGS. 20A-20D , a
도 21a 내지 도 21d를 참조하면, 다른 포토레지스트 층이 제2 예시적 구조물 위에 적용될 수 있고, 하드 마스크 플레이트들(373) 및 제2 스페이서 재료 부분들(374)을 커버하도록, 그리고 각각의 제1 스페이서 재료 부분(376)의 단부 세그먼트들을 커버하지 않고서 각각의 제1 스페이서 재료 부분(376)의 지배적인 부분을 커버하도록 리소그래피로 패턴화될 수 있다. 제1 스페이서 재료 부분들(376)의 물리적으로 노출된 단부 세그먼트들은, 습식 에치 공정 또는 건식 에치 공정을 포함할 수 있는 에치 공정에 의해 제거될 수 있다. 각각의 제1 스페이서 재료 부분(376)은 직사각형 수평 단면 형상을 갖는 제1 스페이서 재료 부분들(376)의 각자의 쌍으로 분할될 수 있다. 에치 공정 이후에 유지되는 각각의 제1 스페이서 재료 부분(376)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장될 수 있으며, 제1 수평 방향(hd1)을 따라 배열되는 제2 필라 구조물들(250)의 각자의 행 위에 놓일 수 있다. 포토레지스트 층은, 예를 들어 애싱에 의해 후속적으로 제거될 수 있다.21A-21D , another photoresist layer may be applied over the second exemplary structure, to cover the
도 22a 내지 도 22d를 참조하면, 제1 스페이서 재료 부분들(376), 하드 마스크 플레이트들(373), 및 제2 스페이서 재료 부분들(374)의 조합을 에치 마스크로서 사용하여 이방성 에치 공정이 수행된다. 이방성 에치 공정은 제1 스페이서 재료 부분들(376), 하드 마스크 플레이트들(373), 및 제2 스페이서 재료 부분들(374)의 조합에 의해 마스킹되지 않는, 선택적 제3 배리어 층(37L), 제3 상변화 메모리 층(36L), 제3 선택자 층(34L), 및 제3 전도성 재료 층(32L)의 부분들을 통과하여 에칭한다. 이방성 에치 공정의 화학작용은 선택적 제3 배리어 층(37L), 제3 상변화 메모리 층(36L), 제3 선택자 층(34L), 및 제3 전도성 재료 층(32L)의 부분들을 통하여 순차적으로 에칭하도록 순차적으로 변경될 수 있다. 이방성 에치 공정은 제2 유전체 재료 층들(260)의 최상단 표면에서 또는 그 아래에서 중단될 수 있다. 제1 스페이서 재료 부분들(376), 하드 마스크 플레이트들(373), 및 제2 스페이서 재료 부분들(374)의 조합의 패턴들은 이방성 에치 공정에 의해, 선택적 제3 배리어 층(37L), 제3 상변화 메모리 층(36L), 제3 선택자 층(34L), 및 제3 전도성 재료 층(32L)의 부분들을 통과하여 전사된다. 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되는 제2 트렌치들이 이방성 에치에 의해 형성된다. 제2 트렌치들은 각자의 균일한 폭을 갖는 라인 트렌치들일 수 있다.22A to 22D, an anisotropic etch process is performed using a combination of first
제3 재료 층 스택(32L, 34L, 36L, 37L, 375L)의 나머지 부분들은 제1 스페이서 재료 부분들(376) 아래에 놓이는 제3 스택형 레일 구조물들(350L) 및 제3 전기 전도성 라인들(300), 및 하드 마스크 플레이트들(373) 및 제2 스페이서 재료 부분들(374)의 조합들 아래에 놓이는 플레이트 스택 구조물들(350M) 및 전도성 패드 구조물들(310)을 포함한다. 제3 전기 전도성 라인들(300)은 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이 위에 놓이는 제3 금속성 층(322L)의 패턴화된 나머지 부분들을 포함한다. 전도성 패드 구조물들(310)은 제1 전도성 비아 구조물들(180) 위에 놓이는 제3 금속성 층(322L)의 패턴화된 나머지 부분들을 포함한다.The remaining portions of the third
제3 스택형 레일 구조물들(350L)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 제3 트렌치들에 의해 측방향으로 이격된다. 각각의 제3 스택형 레일 구조물(350L)은, 저부로부터 상단으로, 제3 선택자 층(34L)의 패턴화된 부분인 제3 선택자 레일(34'), 제3 상변화 메모리 층(36L)의 패턴화된 부분인 제3 상변화 메모리 레일(36'), 및 제3 배리어 층(37L)의 패턴화된 부분인 제3 배리어 레일(37')을 포함한다. 제3 스택형 레일 구조물들(350L)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장되고, 제2 수평 방향(hd2)을 따른 제3 트렌치들에 의해 서로로부터 측방향으로 이격된다.The third
일 실시예에서, 각각의 제3 스택형 레일 구조물(350L)은 제3 금속성 질화물 층(324L)의 패턴화된 부분인 제3 금속성 질화물 스트립(324')을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 제3 선택자 레일(34')은 제3 하부 배리어 재료 스트립(342'), 제3 오보닉 임계 스위치 재료 레일(344'), 및 제3 상부 배리어 재료 스트립(346')의 수직 스택을 포함할 수 있다. 제3 하부 배리어 재료 스트립(342')은 선택적 제3 하부 배리어 재료 층(342L)의 패턴화된 부분이다. 제3 오보닉 임계 스위치 재료 레일(344')은 제3 오보닉 임계 스위치 재료 층(344L)의 패턴화된 부분이다. 제3 상부 배리어 재료 스트립(346')은 선택적 제3 상부 배리어 재료 층(346L)의 패턴화된 부분이다. 일 실시예에서, 각각의 제3 상변화 메모리 레일(36')은, 저부로부터 상단으로, 제3 선택적 하부 전도성 라이너 스트립(362'), 제3 상변화 메모리 재료 레일(364'), 및 제3 선택적 상부 전도성 라이너 스트립(366')을 포함할 수 있다. 각각의 제3 하부 전도성 라이너 스트립(362')은 제3 하부 전도성 라이너 층(362L)의 패턴화된 부분이고, 각각의 제3 상변화 메모리 재료 레일(364')은 제3 상변화 메모리 재료 층(364L)의 패턴화된 부분이고, 각각의 제3 상부 전도성 라이너 스트립(366')은 제3 상부 전도성 라이너 층(366L)의 패턴화된 부분이다. 제3 스택형 레일 구조물들(350L)은 제3 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장되고, 제1 유전체 재료 층(160) 위의 제3 트렌치들에 의해 서로로부터 측방향으로 이격된다.In one embodiment, each third
각각의 플레이트 스택 구조물(350M)은, 저부로부터 상단으로, 제3 선택자 층(34L)의 패턴화된 부분인 선택자 재료 플레이트(34"), 제3 상변화 메모리 층(36L)의 패턴화된 부분인 상변화 메모리 재료 플레이트(36"), 및 제3 배리어 층(37L)의 패턴화된 부분인 배리어 재료 플레이트(37")를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 플레이트 스택 구조물(350M)은 제3 금속성 질화물 층(324L)의 패턴화된 부분인 금속성 질화물 플레이트(324")를 포함할 수 있다.Each
일 실시예에서, 각각의 선택자 재료 플레이트(34")는 제3 하부 배리어 재료 플레이트(342"), 제3 오보닉 임계 스위치 재료 플레이트(344"), 및 제3 상부 배리어 재료 플레이트(346")의 수직 스택을 포함할 수 있다. 제3 하부 배리어 재료 플레이트(342")는 선택적 제3 하부 배리어 재료 층(342L)의 패턴화된 부분이다. 제3 오보닉 임계 스위치 재료 플레이트(344")는 제3 오보닉 임계 스위치 재료 층(344L)의 패턴화된 부분이다. 제3 상부 배리어 재료 플레이트(346")는 선택적 제3 상부 배리어 재료 층(346L)의 패턴화된 부분이다. 일 실시예에서, 각각의 상변화 메모리 재료 플레이트(36")는, 저부로부터 상단으로, 제3 선택적 하부 전도성 라이너 플레이트(362"), 제3 상변화 메모리 재료 플레이트(364"), 및 제3 선택적 상부 전도성 라이너 플레이트(366")를 포함할 수 있다. 각각의 제3 하부 전도성 라이너 플레이트(362")는 제3 하부 전도성 라이너 층(362L)의 패턴화된 부분이고, 각각의 제3 상변화 메모리 재료 플레이트(364")는 제3 상변화 메모리 재료 층(364L)의 패턴화된 부분이고, 각각의 제3 상부 전도성 라이너 플레이트(366")는 제3 상부 전도성 라이너 층(366L)의 패턴화된 부분이다. 플레이트 스택 구조물들(350M)은 제3 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장되고, 제1 유전체 재료 층(160) 위의 제3 트렌치들에 의해 서로로부터 측방향으로 이격된다.In one embodiment, each
도 23a 내지 도 23d를 참조하면, 포토레지스트 층이 제2 예시적 구조물 위에 적용될 수 있고, 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이의 각각의 영역을 커버하는 라인 및 공간 패턴을 형성하도록 리소그래피로 패턴화될 수 있다. 각각의 라인 및 공간 패턴은 제2 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장될 수 있다. 플레이트 스택 구조물들(350M)은 포토레지스트 층에 의해 커버되지 않고, 각각의 제2 스택형 레일 구조물(350L)은 복수의 패턴화된 포토레지스트 부분들로 커버된다. 이방성 에치 공정이 수행되어, 제1 스페이서 재료 부분들(376) 및 제3 스택형 레일 구조물들(350L)의 마스킹되지 않은 부분들을 통과하여 포토레지스트 층 내에 패턴을 전사하고, 플레이트 스택 구조물들(350M)을 제거한다. 이방성 에치 공정의 화학작용은 플레이트 스택 구조물들(350M)의 전체 및 제3 스택형 레일 구조물들(350L)의 마스킹되지 않은 부분들의 다양한 재료 부분들을 통하여 에칭하도록 순차적으로 변경될 수 있다. 이방성 에치 공정의 종말(terminal) 단계의 에치 화학작용은 제3 전기 전도성 라인들(300) 및 전도성 패드 구조물들(310)의 재료들에 대해 선택적일 수 있다. 하드 마스크 플레이트들(373), 제2 스페이서 재료 부분들(374), 및 플레이트 스택 구조물들(350M)은 이방성 에치 공정에 의해 완전히 제거될 수 있다.Referring to FIGS. 23A-23D , a photoresist layer may be applied over the second example structure, lithography to form a line and space pattern covering each region of the two-dimensional array of
제3 스택형 레일 구조물들(350L)은 제3 필라 구조물들(350)로 패턴화된다. 예시적인 예에서, 각각의 제3 필라 구조물(350)은, 저부로부터 상단으로, 제3 선택자 레일(34')의 패턴화된 부분인 제3 선택자 필라(34), 상변화 메모리 레일(36')의 패턴화된 부분인 제3 상변화 필라(36), 및 제3 배리어 스트립(37')의 패턴화된 부분인 선택적 제3 배리어 세그먼트(37)를 포함할 수 있다.The third
각각의 제3 선택자 필라(34)는 선택자 요소, 즉, 비선형 전압-전류 특성들을 제공하여 제3 전압 바이어스 조건들 하에서 도체로서 그리고 제3 전압 바이어스 조건들 하에서 절연체로서 기능하도록 하는 요소이다. 일 실시예에서, 각각의 제3 선택자 필라(34)는 제3 하부 배리어 재료 스트립(342')의 패턴화된 부분인 제3 하부 배리어 재료 부분(342), 제3 오보닉 임계 스위치 재료 레일(344')의 패턴화된 부분인 제3 오보닉 임계 스위치 재료 부분(344), 및 제3 상부 배리어 재료 스트립(346')의 패턴화된 부분인 제3 상부 배리어 재료 부분(346)의 수직 스택을 포함할 수 있다.Each
각각의 제3 상변화 필라(36)는 상변화 메모리 요소, 즉 내부의 재료의 상에 따라 저항을 변화시키는 구조물이다. 일 실시예에서, 각각의 제3 상변화 필라(36)는 제3 선택적 하부 전도성 라이너 스트립(362')의 패턴화된 부분인 선택적 제3 하부 전도성 라이너 세그먼트(362), 제3 상변화 메모리 재료 레일(364')의 패턴화된 부분인 제3 상변화 메모리 재료 필라(364), 및 제3 상부 전도성 라이너 스트립(366')의 패턴화된 부분인 제3 선택적 상부 전도성 라이너 세그먼트(366)의 수직 스택을 포함할 수 있다. 포토레지스트 층은, 예를 들어 애싱에 의해 제거될 수 있다.Each of the third
대체적으로, 제3 필라 구조물들(350)의 2차원 어레이는 메모리 요소들의 제3 2차원 어레이를 포함할 수 있다. 메모리 요소들의 제3 2차원 어레이는 제3 전기 전도성 라인들(300)의 상단 표면들 상에 형성될 수 있다. 제3 전기 전도성 라인들(300)의 제3 부분들의 상단 표면들은 제1 수평 방향을 따라 배열되는 각각의 행의 제3 필라 구조물들(350) 사이에서 물리적으로 노출될 수 있다.Alternatively, the two-dimensional array of
각각의 전도성 패드 구조물(310)은 제1 전도성 비아 구조물들(180)의 각자의 제1 전도성 비아 구조물의 상단 표면 상에 형성될 수 있다. 전도성 패드 구조물들(310)은 제2 수평 방향(hd2)을 따라 연장되는 다수의 행들로 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 행 내의 전도성 패드 구조물들(310)은, 본 명세서에서 제2 피치(p2)로 지칭되는 규칙적인 피치로 배열될 수 있다. 제2 피치(p2)는 제2 수평 방향(hd2)을 따른 제1 전기 전도성 라인들(100)의 피치인 제1 피치(p1)의 정수배일 수 있다. 일 실시예에서, 전도성 패드 구조물들(310)은 N개의 행들로서 배열될 수 있으며, 여기서 N은 1 초과의 정수이다. 이러한 경우에 있어서, 제2 피치(p2)는 제1 피치(p1)의 N배일 수 있다. 각각의 전도성 패드 구조물(310)은 제1 전도성 비아 구조물들(180)의 각자의 제1 전도성 비아 구조물을 통해 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각자의 제1 전기 전도성 라인에 전기적으로 접속될 수 있다. 각각의 전도성 패드 구조물들(310)은 제2 수평 방향(hd2)을 따른 패드 폭(pw)을 가질 수 있는데, 이는 제2 피치(p2)보다 작고 제1 피치(p1)보다 더 클 수 있다. 따라서, 제2 수평 방향(hd2)을 따른 각각의 전도성 패드 구조물(310)의 측방향 치수는 제2 수평 방향(hd2)을 따른 제1 전기 전도성 라인들(100)의 피치보다 더 클 수 있다.Each
도 24a 내지 도 24d를 참조하면, 제3 유전체 재료 층(360), 제4 전기 전도성 라인들(400), 제4 필라 구조물들(450)의 2차원 어레이, 및 제4 유전체 재료 층(460)이 제1 실시예와 동일한 방식으로 형성될 수 있다.24A to 24D, a third
도 25a 내지 도 25d를 참조하면, 제2 비아 공동들은 전도성 패드 구조물들(310)의 상단 표면들 바로 위에 제4 유전체 층(460) 및 제3 유전체 층(360)을 통과하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 비아 공동들은, 제2 비아 공동들의 각각의 행이 제2 수평 방향(hd2)을 따라 연장되고 제2 비아 공동의 행들이 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 이격되도록 복수의 행들의 제2 비아 공동들로서 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 25A to 25D , second via cavities may be formed directly on top surfaces of the
적어도 하나의 전도성 재료가 제2 비아 공동들 내에 침착될 수 있고, 적어도 하나의 전도성 재료의 잉여 부분들이 제4 유전체 재료 층(460)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 위로부터 제거될 수 있다. 적어도 하나의 전도성 재료는, 예를 들어, 금속성 질화물 재료, 예컨대 TiN, TaN, 또는 WN, 및 금속성 충전 재료, 예컨대 W, Cu, Ru, Co, Mo, 또는 이들의 합금들을 포함할 수 있다. 제2 비아 공동들을 충전하는 적어도 하나의 전도성 재료의 각각의 나머지 부분은 제2 전도성 비아 구조물(380)을 구성한다. 각각의 제2 전도성 비아 구조물(380)은 각자의 전도성 패드 구조물(310)의 상단 표면과 접촉할 수 있다. 각각의 제2 전도성 비아 구조물(380)은 제4 유전체 재료 층(260)의 상단 표면을 포함하는 수평 평면 내에 상단 표면을 가질 수 있다. 제2 전도성 비아 구조물들(380)은 제4 유전체 재료 층(460) 및 제3 유전체 재료 층(360)을 통과하여 형성되고, 제4 유전체 재료 층(460) 및 제3 유전체 재료 층(360)의 측벽들과 접촉할 수 있다.At least one conductive material can be deposited in the second via cavities, and excess portions of the at least one conductive material can be removed from above a horizontal plane that includes the top surface of the fourth
상호접속 구조물들(180, 210, 380)은 유전체 재료 층들(160, 260, 360, 460)을 통과하여 형성된다. 상호접속 구조물들(180, 210, 380)은 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각자의 제1 전기 전도성 라인의 상단 표면 상에 형성된다. 각각의 상호접속 구조물(180, 210, 380)은 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각자의 제1 전기 전도성 라인과 접촉하는 제1 전도성 비아 구조물(180), 제1 전도성 비아 구조물(180)의 상단 표면과 접촉하는 전도성 패드 구조물(310), 및 전도성 패드 구조물(310)과 접촉하는 제2 전도성 비아 구조물(380)의 수직 스택을 포함할 수 있다.
도 26a 내지 도 26d를 참조하면, 금속성 층이 제4 유전체 재료 층(460) 및 제4 필라 구조물들(450)의 2차원 어레이 위에 침착될 수 있다. 금속성 층은 제5 전기 전도성 라인들(500)을 형성하도록 패턴화될 수 있다. 제5 전기 전도성 라인들(500)은 제1 전기 전도성 라인들(300)과 동일한 패턴을 가질 수 있다. 제5 유전체 재료 층(560)이 제5 전기 전도성 라인들(500) 주위에 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 26A-26D , a metallic layer may be deposited over the fourth
일 실시예에서, 제5 전기 전도성 라인들(500) 및 제5 유전체 재료 층(560)은 전술된 프로세싱 단계들을 반복함으로써 형성될 수 있다. 제5 전기 전도성 라인들(500)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장될 수 있다.In one embodiment, fifth electrically
도 12a 내지 도 26d를 종합적으로 참조하면, 메모리 디바이스가 제공되며, 이 메모리 디바이스는, 제1 전기 전도성 라인들(100), 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이, 제2 전기 전도성 라인들(200), 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이, 제3 전기 전도성 라인들(300), 제3 필라 구조물들(350)의 2차원 어레이, 제4 전기 전도성 라인들(400), 제4 필라 구조물들(450)의 2차원 어레이, 및 제5 전기 전도성 라인들(500)을 포함하는 수직 스택 - 제1 필라 구조물들(150), 제2 필라 구조물들(250), 제3 필라 구조물들(250), 및 제4 필라 구조물들(450) 각각은 (상변화 메모리 재료 필라와 같은) 각자의 메모리 요소를 포함함 -; 및 제5 전기 전도성 라인들(500)과 제1 전기 전도성 라인들(100) 사이에 전기 전도성 경로들을 제공하는 상호접속 구조물들(180, 310, 380) - 상호접속 구조물들(180, 310, 380) 각각은 제1 전기 전도성 라인들(100)의 각자의 제1 전기 전도성 라인과 접촉하는 제1 전도성 비아 구조물(180), 제1 전도성 비아 구조물(180)의 상단 표면과 접촉하는 전도성 패드 구조물(310), 및 전도성 패드 구조물(310) 및 제5 전기 전도성 라인들(500)의 각자의 제5 전기 전도성 라인과 접촉하는 제2 전도성 비아 구조물(380)의 수직 스택을 포함함 - 을 포함한다.Referring collectively to FIGS. 12A to 26D , a memory device is provided, comprising first electrically
일 실시예에서, 제1 전기 전도성 라인들(100), 제3 전기 전도성 라인들(300), 및 제5 전기 전도성 라인들(500)은 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 연장하며; 제2 전기 전도성 라인들(200) 및 제4 전기 전도성 라인들(400)은 제1 수평 방향(hd1)에 수직인 제2 수평 방향(hd2)을 따라 측방향으로 연장된다.In one embodiment, the first electrically
일 실시예에서, 제1 전기 전도성 라인들(100)은 제1 수평 방향(hd1)에 수직인 제2 수평 방향(hd2)을 따른 제1 피치(p1)를 갖고; 전도성 패드 구조물들(310)은 제2 수평 방향(hd2)을 따른 제2 피치(p2)를 갖고; 제2 피치(p2)는 제1 피치(p1)의 정수 N배이다(N은 1 초과의 정수임). 일 실시예에서, 전도성 패드 구조물들(310)은 제2 수평 방향(hd2)을 따른 패드 폭(pw)을 가지며, 여기서 패드 폭(pw)은 제1 피치(p1)보다 더 크다.In one embodiment, the first electrically
일 실시예에서, 제1 전도성 비아 구조물들(180)은, 제2 수평 방향(hd2)을 따라 연장되고 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 이격되는 N개의 행들로 배열되고; 제2 전도성 비아 구조물들(380)은, 제2 수평 방향(hd2)을 따라 연장되고 제1 수평 방향(hd1)을 따라 측방향으로 이격되는 N개의 행들로 배열된다. 일 실시예에서, 제1 전도성 비아 구조물들(180)의 각각의 행은 제2 피치(p2)로 제2 수평 방향(hd2)을 따라 배열되는 제1 전도성 비아 구조물들(180)의 각자의 서브세트를 포함하고; 제2 전도성 비아 구조물들(29)의 각각의 행은 제2 피치(p2)로 제2 수평 방향(hd2)을 따라 배열되는 제2 전도성 비아 구조물들(380)의 각자의 서브세트를 포함한다.In one embodiment, the first conductive via
일 실시예에서, 전도성 패드 구조물들(310)의 상단 표면들은 제3 전기 전도성 라인들(300)의 상단 표면들을 포함하는 수평 평면 내에 위치되고; 전도성 패드 구조물들(310)의 저부 표면들은 제3 전기 전도성 라인들(300)의 저부 표면들을 포함하는 수평 평면 내에 위치된다.In one embodiment, the top surfaces of the
일 실시예에서, 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이는 제1 전도성 비아 구조물들(180) 각각의 저부 부분을 측방향으로 둘러싸는 제1 유전체 재료 층(160) 내에 형성되며; 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이는 제1 전도성 비아 구조물들(180) 각각의 저부 부분을 측방향으로 둘러싸는 제2 유전체 재료 층(260) 내에 형성된다.In one embodiment, a two-dimensional array of
일 실시예에서, 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이는 제1 메모리 요소들의 제1 주기적 직사각형 2차원 어레이를 포함하고; 제2 필라 구조물들(250)의 2차원 어레이는 제1 필라 구조물들(150)의 2차원 어레이와 동일한 2차원 주기성을 갖는 제2 메모리 요소들의 제2 주기적 직사각형 2차원 어레이를 포함한다.In one embodiment, the two-dimensional array of
일 실시예에서, 각각의 필라 구조물(150, 250, 350, 450)은 그의 최상단 표면으로부터 그의 최저부 표면으로 수직으로 연장되는 적어도 하나의 수직 또는 테이퍼링된 측벽을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 필라 구조물(150, 250, 350, 450)은 메모리 재료 부분 및 선택자 재료 부분의 직렬 접속을 포함한다. 일 실시예에서, 메모리 재료 부분은 상변화 재료를 포함하며; 선택자 재료 부분은 오보닉 임계 스위치 재료를 포함한다.In one embodiment, each
상변화 메모리(PCM) 디바이스가 위에서 예시적 메모리 디바이스로서 기술되었지만, 자기 랜덤 액세스 메모리(magnetic random access memory, MRAM) 또는 금속성 산화물 저항성 랜덤 액세스 메모리(resistive random access memory, ReRAM)와 같은 임의의 다른 유형의 메모리 디바이스가 PCM 디바이스 대신에 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 대안적인 실시예들에서, 상변화 메모리 요소(예컨대, 제1 상변화 메모리 요소(16)) 및 선택자 요소(예컨대, 제1 선택자 요소(14)) 및 선택적 배리어 플레이트(17)의 직렬 접속은 선택자 요소(예컨대, 다이오드 조향 요소)를 갖는 또는 이를 갖지 않는 자기 메모리 요소 또는 금속성 산화물(예컨대, 티타늄 산화물 또는 니켈 산화물) 저항성 메모리 요소와 같은 임의의 다른 유형의 메모리 요소로 대체될 수 있다. 이와 같이, 각각의 메모리 레벨에서 형성된 필라 구조물들의 각각의 직사각형 어레이는 당업계에 알려진 임의의 유형의 필라 구조물들을 포함할 수 있다. 모든 그러한 변형들이 본 명세서에서 명백히 고려된다.Although a phase change memory (PCM) device is described above as an example memory device, any other type such as magnetic random access memory (MRAM) or metallic oxide resistive random access memory (ReRAM). It should be understood that the memory device of may be formed in place of the PCM device. Thus, in alternative embodiments, a series connection of a phase change memory element (eg, first phase change memory element 16) and a selector element (eg, first selector element 14) and
본 발명의 다양한 실시예들은, 인접한 전도성 라인 구조물들에 대한 전기적 단락들에 덜 취약하고 기생 커패시턴스를 감소시키는 상호접속 구조물들을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 상호접속 구조물들은 제조 단계들 동안 오버레이 변형들에 덜 민감하며, 따라서, 제조 동안의 디바이스 수율을 증가시키고 사용 동안의 메모리 디바이스들의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Various embodiments of the present invention may provide interconnect structures that reduce parasitic capacitance and are less susceptible to electrical shorts to adjacent conductive line structures. Accordingly, the interconnection structures of the present invention are less susceptible to overlay deformations during fabrication steps, thus increasing device yield during fabrication and improving reliability of memory devices during use.
전술한 내용이 특정 바람직한 실시예들을 언급하지만, 본 개시내용이 그렇게 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 다양한 수정들이 개시된 실시예들에 대해 이루어질 수 있고 그러한 수정들은 본 개시내용의 범주 내에 있도록 의도된다는 것이 당업자에게 떠오를 것이다. 특정 구조 및/또는 구성을 사용하는 실시예가 본 개시내용에 예시되어 있는 경우, 본 개시내용은, 그러한 치환이 명백히 금지되거나 달리 당업자에게 불가능하다고 알려져 있지 않다면, 기능적으로 등가인 임의의 다른 호환가능한 구조들 및/또는 구성들로 실시될 수 있음이 이해된다. 본 명세서에 인용된 모든 간행물, 특허 출원 및 특허는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.Although the foregoing refers to certain preferred embodiments, it will be understood that the present disclosure is not so limited. It will occur to those skilled in the art that various modifications can be made to the disclosed embodiments and that such modifications are intended to fall within the scope of the present disclosure. Where a particular structure and/or embodiment using a configuration is illustrated in this disclosure, this disclosure does not cover any other compatible structure that is functionally equivalent, unless such substitution is expressly prohibited or otherwise known to those skilled in the art to be impossible. It is understood that it may be practiced in various configurations and/or configurations. All publications, patent applications and patents cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.
Claims (40)
제1 전기 전도성 라인들, 제1 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제2 전기 전도성 라인들, 제2 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제3 전기 전도성 라인들, 제3 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제4 전기 전도성 라인들, 제4 필라 구조물들의 2차원 어레이, 및 제5 전기 전도성 라인들을 포함하는 수직 스택 - 상기 제1 필라 구조물들, 상기 제2 필라 구조물들, 상기 제3 필라 구조물들, 및 상기 제4 필라 구조물들 각각은 각자의 메모리 요소를 포함하고, 상기 제1 필라 구조물들의 2차원 어레이는 제1 폭을 갖는 상기 제1 전기 전도성 라인들의 제1 부분들의 상단 표면들 위에 놓임 -; 및
상기 제5 전기 전도성 라인들과 상기 제1 전기 전도성 라인들 사이에 전기 전도성 경로들을 제공하는 상호접속 구조물들 - 상기 상호접속 구조물들 각각은 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는 상기 제1 전기 전도성 라인들의 각자의 제1 전기 전도성 라인의 제2 부분의 상단 표면과 접촉함 - 을 포함하는, 메모리 디바이스.As a memory device,
First electrically conductive lines, two-dimensional array of first pillar structures, second electrically conductive lines, two-dimensional array of second pillar structures, third electrically conductive lines, two-dimensional array of third pillar structures, fourth A vertical stack comprising electrically conductive lines, a two-dimensional array of fourth pillar structures, and fifth electrically conductive lines - the first pillar structures, the second pillar structures, the third pillar structures, and the first pillar structures. 4 pillar structures each including a respective memory element, the two-dimensional array of first pillar structures overlying top surfaces of first portions of the first electrically conductive lines having a first width; and
interconnection structures providing electrically conductive pathways between the fifth electrically conductive lines and the first electrically conductive lines, each of the interconnection structures having a second width smaller than the first width; and in contact with a top surface of a second portion of a respective first electrically conductive line of the conductive lines.
상기 제1 전기 전도성 라인들의 각자의 제1 전기 전도성 라인의 제2 부분의 상단 표면과 접촉하고, 상기 제2 필라 구조물들의 2차원 어레이의 상단 표면들을 포함하는 수평 평면까지 수직으로 연장되는 제1 전도성 비아 구조물; 및
상기 제1 전도성 비아 구조물 위에 놓이고, 상기 제5 전기 전도성 라인들의 각자의 제5 전기 전도성 라인의 저부 표면과 접촉하는 제2 전도성 비아 구조물을 포함하는, 메모리 디바이스.The method of claim 1, wherein each of the interconnection structures,
A first conductive line in contact with the top surface of the second portion of each of the first electrically conductive lines and extending vertically to a horizontal plane including the top surfaces of the two-dimensional array of second pillar structures. via structures; and
a second conductive via structure overlying the first conductive via structure and contacting a bottom surface of a respective fifth electrically conductive line of the fifth electrically conductive lines.
상기 제1 필라 구조물들의 2차원 어레이는 상기 제1 전도성 비아 구조물들 각각의 하부 부분을 측방향으로 둘러싸는 제1 유전체 재료 층 내에 형성되고;
상기 제2 필라 구조물들의 2차원 어레이는 상기 제1 전도성 비아 구조물들 각각의 상부 부분을 측방향으로 둘러싸는 제2 유전체 재료 층 내에 형성되는, 메모리 디바이스.According to claim 3,
the two-dimensional array of first pillar structures is formed in a first dielectric material layer that laterally surrounds a lower portion of each of the first conductive via structures;
wherein the two-dimensional array of second pillar structures is formed in a second dielectric material layer that laterally surrounds an upper portion of each of the first conductive via structures.
상기 제1 전기 전도성 라인들, 상기 제3 전기 전도성 라인들, 및 상기 제5 전기 전도성 라인들은 제1 수평 방향을 따라 측방향으로 연장되고;
상기 제2 전기 전도성 라인들 및 상기 제4 전기 전도성 라인들은 제2 수평 방향을 따라 측방향으로 연장되는, 메모리 디바이스.According to claim 1,
the first electrically conductive lines, the third electrically conductive lines, and the fifth electrically conductive lines extend laterally along a first horizontal direction;
wherein the second electrically conductive lines and the fourth electrically conductive lines extend laterally along a second horizontal direction.
상기 제1 전기 전도성 라인들의 각각의 제1 부분은 상기 제1 필라 구조물들의 2차원 어레이 내의 제1 필라 구조물들의 각자의 행(row) 아래에 놓이고 그와 접촉하고;
상기 제1 전기 전도성 라인들의 각각의 제2 부분은 상기 제1 필라 구조물들의 2차원 어레이를 포함하는 영역으로부터 측방향으로 오프셋되는, 메모리 디바이스.According to claim 1,
a first portion of each of the first electrically conductive lines underlies and is in contact with a respective row of first pillar structures in the two-dimensional array of first pillar structures;
and a second portion of each of the first electrically conductive lines is laterally offset from a region containing the two-dimensional array of first pillar structures.
상기 제1 전기 전도성 라인들 각각은, 상기 제1 폭만큼 이격된 제1 측벽들의 쌍을 갖는 각자의 제1 부분 및 상기 제2 폭만큼 이격된 제2 측벽들의 쌍을 갖는 각자의 제2 부분을 포함하고;
상기 제2 측벽들의 쌍의 각각의 제2 측벽은 제1 수평 방향에 수직인 수평 방향을 따라 상기 제1 폭과 상기 제2 폭 사이의 차이의 절반만큼 상기 제1 측벽들의 쌍의 하나의 제1 측벽으로부터 측방향으로 오프셋되는, 메모리 디바이스.According to claim 1,
Each of the first electrically conductive lines comprises a respective first portion having a pair of first sidewalls spaced apart by the first width and a respective second portion having a pair of second sidewalls spaced apart by the second width. contain;
Each second sidewall of the pair of second sidewalls is formed by half the difference between the first width and the second width along a horizontal direction perpendicular to the first horizontal direction. A memory device laterally offset from a sidewall.
상기 제3 전기 전도성 라인들 각각은, 상기 제1 폭을 갖는 각자의 제1 부분 및 상기 제2 폭을 갖는 각자의 제2 부분을 포함하고;
상기 상호접속 구조물들 각각은 상기 제3 전기 전도성 라인들의 제2 부분들 중 하나의 제2 부분의 저부 표면과 접촉하는, 메모리 디바이스.According to claim 1,
each of the third electrically conductive lines includes a respective first portion having the first width and a respective second portion having the second width;
wherein each of the interconnection structures contacts a bottom surface of a second portion of one of the second portions of the third electrically conductive lines.
상기 메모리 재료 부분은 상변화 재료를 포함하고,
상기 선택자 재료 부분은 오보닉 임계 스위치(ovonic threshold switch) 재료를 포함하는, 메모리 디바이스.According to claim 11,
the memory material portion comprises a phase change material;
wherein the selector material portion comprises an ovonic threshold switch material.
기판 위에 제1 수평 방향을 따라 측방향으로 연장되는 제1 전기 전도성 라인들을 형성하는 단계 - 상기 제1 전기 전도성 라인들은 제1 폭을 갖는 제1 부분들 및 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는 제2 부분들을 포함함 -;
제1 필라 구조물들의 2차원 어레이 위에, 제2 전기 전도성 라인들, 제2 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제3 전기 전도성 라인들, 제3 필라 구조물들의 2차원 어레이, 제4 전기 전도성 라인들, 및 제4 필라 구조물들의 2차원 어레이를 포함하는 수직 스택을 형성하는 단계 - 상기 제1 필라 구조물들, 상기 제2 필라 구조물들, 상기 제3 필라 구조물들, 및 상기 제4 필라 구조물들 각각은 각자의 메모리 요소를 포함함 -;
상기 제1 전기 전도성 라인들의 제2 부분들의 상단 표면들 상에 상호접속 구조물들을 형성하는 단계; 및
상기 제4 필라 구조물들의 2차원 어레이의 상단 표면들 상에 그리고 상기 상호접속 구조물들의 상단 표면들 상에 제5 전기 전도성 라인들을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.A method of forming a memory device comprising:
forming first electrically conductive lines extending laterally along a first horizontal direction over a substrate, the first electrically conductive lines having first portions having a first width and a second width smaller than the first width; including second parts having;
Over the two-dimensional array of first pillar structures, second electrically conductive lines, two-dimensional array of second pillar structures, third electrically conductive lines, two-dimensional array of third pillar structures, fourth electrically conductive lines, and Forming a vertical stack including a two-dimensional array of fourth pillar structures, each of the first pillar structures, the second pillar structures, the third pillar structures, and the fourth pillar structures having a respective one Contains memory elements -;
forming interconnection structures on top surfaces of the second portions of the first electrically conductive lines; and
forming fifth electrically conductive lines on top surfaces of the two-dimensional array of fourth pillar structures and on top surfaces of the interconnection structures.
상기 제1 전기 전도성 라인들의 제2 부분들 상에 제1 전도성 비아 구조물들을 형성하는 단계; 및
제1 콘택트 비아 구조물들 위에 제2 전도성 비아 구조물들을 형성하는 단계 - 상기 제5 전기 전도성 라인들은 상기 제2 전도성 비아 구조물들 상에 형성되고, 상기 제2 전도성 비아 구조물들 각각은 상기 제1 전도성 비아 구조물들의 각자의 제1 전도성 비아 구조물에 전기적으로 접속됨 - 를 포함하는, 방법.14. The method of claim 13 wherein forming the interconnection structures comprises:
forming first conductive via structures on second portions of the first electrically conductive lines; and
Forming second conductive via structures over the first contact via structures, wherein the fifth electrically conductive lines are formed on the second conductive via structures, each of the second conductive via structures comprising the first conductive via and electrically connected to a respective first conductive via structure of the structures.
상기 제1 필라 구조물들의 2차원 어레이 주위에 제1 유전체 재료 층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 필라 구조물들의 2차원 어레이 주위에 제2 유전체 재료 층을 형성하는 단계 - 상기 제1 전도성 비아 구조물들은 상기 제1 유전체 재료 층 및 상기 제2 유전체 재료 층을 통과하여 형성됨 - 를 추가로 포함하는, 방법.According to claim 15,
forming a first dielectric material layer around the two-dimensional array of first pillar structures; and
further comprising forming a second dielectric material layer around the two-dimensional array of second pillar structures, wherein the first conductive via structures are formed through the first dielectric material layer and the second dielectric material layer. How to.
상기 제1 전기 전도성 라인들, 상기 제3 전기 전도성 라인들, 및 상기 제5 전기 전도성 라인들은 상기 제1 수평 방향을 따라 측방향으로 연장되고;
상기 제2 전기 전도성 라인들 및 상기 제4 전기 전도성 라인들은 제2 수평 방향을 따라 측방향으로 연장되는, 방법.According to claim 14,
the first electrically conductive lines, the third electrically conductive lines, and the fifth electrically conductive lines extend laterally along the first horizontal direction;
wherein the second electrically conductive lines and the fourth electrically conductive lines extend laterally along a second horizontal direction.
상기 기판 위에 제1 전도성 재료 층을 형성하는 단계;
상기 제1 전도성 재료 층 위에 제1 재료 층 스택을 형성하는 단계;
상기 제1 재료 층 스택 위에 제1 폭을 갖는 하드 마스크 스트립들을 형성하는 단계;
패턴화된 마스킹 층을 갖는 어레이 영역 내의 상기 하드 마스크 스트립들의 부분들을 마스킹하면서 콘택트 영역 내의 하드 마스크 스트립들의 부분들을 제2 폭으로 트리밍하는 단계; 및
이방성 에치 공정을 사용하여 상기 제1 재료 층 스택 및 상기 제1 전도성 재료 층을 통과하여 상기 하드 마스크 스트립들의 패턴들을 전사하는 단계 - 상기 제1 전도성 재료 층의 패턴화된 부분들은 제1 전기 전도성 라이너들을 포함함 - 를 추가로 포함하는, 방법.According to claim 13,
forming a layer of a first conductive material over the substrate;
forming a first material layer stack over the first conductive material layer;
forming hard mask strips having a first width over the first material layer stack;
trimming portions of the hard mask strips in the contact area to a second width while masking portions of the hard mask strips in the array area with a patterned masking layer; and
transferring the patterns of the hard mask strips through the first material layer stack and the first conductive material layer using an anisotropic etch process, wherein the patterned portions of the first conductive material layer are formed in a first electrically conductive liner Including - further comprising a method.
상기 제1 필라 구조물들, 상기 제2 필라 구조물들, 상기 제3 필라 구조물들, 및 상기 제4 필라 구조물들 각각은 그의 최상단 표면으로부터 그의 최저부 표면으로 수직으로 연장되는 적어도 하나의 수직 또는 테이퍼링된 측벽을 갖고;
상기 제1 필라 구조물들, 상기 제2 필라 구조물들, 상기 제3 필라 구조물들, 및 상기 제4 필라 구조물들 각각은 메모리 재료 부분 및 선택자 재료 부분의 직렬 접속을 포함하는, 방법.According to claim 13,
Each of the first pillar structures, the second pillar structures, the third pillar structures, and the fourth pillar structures may include at least one vertical or tapered vertical structure extending vertically from an uppermost surface thereof to a lowermost surface thereof. have side walls;
wherein each of the first pillar structures, the second pillar structures, the third pillar structures, and the fourth pillar structures comprises a series connection of a memory material portion and a selector material portion.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/410,326 | 2019-05-13 | ||
US16/410,326 US10879313B2 (en) | 2019-05-13 | 2019-05-13 | Three-dimensional cross-point memory device containing inter-level connection structures and method of making the same |
US16/410,376 US10991761B2 (en) | 2019-05-13 | 2019-05-13 | Three-dimensional cross-point memory device containing inter-level connection structures and method of making the same |
US16/410,376 | 2019-05-13 | ||
PCT/US2020/020966 WO2020231494A1 (en) | 2019-05-13 | 2020-03-04 | Three-dimensional cross-point memory device containing inter-level connection structures and method of making the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210079382A KR20210079382A (en) | 2021-06-29 |
KR102531380B1 true KR102531380B1 (en) | 2023-05-12 |
Family
ID=73289215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020217018292A KR102531380B1 (en) | 2019-05-13 | 2020-03-04 | 3D cross point memory device including interlevel connection structures and manufacturing method thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102531380B1 (en) |
WO (1) | WO2020231494A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160247565A1 (en) * | 2013-10-31 | 2016-08-25 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Three dimensional resistive memory architectures |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5322533B2 (en) * | 2008-08-13 | 2013-10-23 | 株式会社東芝 | Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
JP4892027B2 (en) * | 2009-03-23 | 2012-03-07 | 株式会社東芝 | Semiconductor memory device |
JP2011199186A (en) * | 2010-03-23 | 2011-10-06 | Toshiba Corp | Nonvolatile memory device, and method of manufacturing the same |
JP5738786B2 (en) * | 2012-02-22 | 2015-06-24 | 株式会社東芝 | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
US9111591B2 (en) * | 2013-02-22 | 2015-08-18 | Micron Technology, Inc. | Interconnections for 3D memory |
KR102638628B1 (en) * | 2017-10-20 | 2024-02-22 | 삼성전자주식회사 | Variable resistance memory device and method of forming the same |
-
2020
- 2020-03-04 WO PCT/US2020/020966 patent/WO2020231494A1/en active Application Filing
- 2020-03-04 KR KR1020217018292A patent/KR102531380B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160247565A1 (en) * | 2013-10-31 | 2016-08-25 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Three dimensional resistive memory architectures |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20210079382A (en) | 2021-06-29 |
WO2020231494A1 (en) | 2020-11-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10879313B2 (en) | Three-dimensional cross-point memory device containing inter-level connection structures and method of making the same | |
US10381411B2 (en) | Three-dimensional memory device containing conformal wrap around phase change material and method of manufacturing the same | |
US10249683B1 (en) | Three-dimensional phase change memory arrays and methods of manufacturing the same | |
US10199434B1 (en) | Three-dimensional cross rail phase change memory device and method of manufacturing the same | |
US10991761B2 (en) | Three-dimensional cross-point memory device containing inter-level connection structures and method of making the same | |
US10748966B2 (en) | Three-dimensional memory device containing cobalt capped copper lines and method of making the same | |
US7259038B2 (en) | Forming nonvolatile phase change memory cell having a reduced thermal contact area | |
US10468596B2 (en) | Damascene process for forming three-dimensional cross rail phase change memory devices | |
US9613689B1 (en) | Self-selecting local bit line for a three-dimensional memory array | |
US8415197B2 (en) | Phase change memory device having an improved word line resistance, and methods of making same | |
US7391045B2 (en) | Three-dimensional phase-change memory | |
US20200395408A1 (en) | Three-dimensional memory device including laterally constricted current paths and methods of manufacturing the same | |
US9871078B2 (en) | Memory arrays and methods of forming memory arrays | |
US20080017890A1 (en) | Highly dense monolithic three dimensional memory array and method for forming | |
CN113169272B (en) | Multi-level phase change memory cell and method of manufacturing the same | |
US8791443B2 (en) | High density variable resistive memory and method of fabricating the same | |
KR102532156B1 (en) | Three-dimensional memory device including limited current paths and manufacturing methods thereof | |
KR102531380B1 (en) | 3D cross point memory device including interlevel connection structures and manufacturing method thereof | |
KR102531967B1 (en) | Multi-Level Loop Cutting Process for 3D Memory Device Using Pitch-Doubled Metal Lines | |
KR101069723B1 (en) | High Density Phase Change Memory Device And Method of Manufacturing The Same | |
US9548447B2 (en) | Integrated memory and methods of forming repeating structures | |
KR102329578B1 (en) | Line-shaped memory and method forming same | |
CN104969350A (en) | Semiconductor constructions and methods of forming memory cells | |
CN108807455B (en) | Memory cell array and method of forming the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |