KR20040030723A - Dual trench isolation for a phase-change memory cell and method of making same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위상 변경 메모리 장치에 관한 것이다. 본 장치는 하부 전극에 대해 통해 있는 다이오드 스택 주변의 이중 트렌치 분리 구조체를 포함한다. 또한, 본 발명은 위상 변경 메모리 장치 제조 방법에 관한 것이다. 본 방법은 메모리 셀 구조체 다이오드 스택 주변에 2개의 직교 및 교차 분리 트렌치를 형성하는 것을 포함한다.The present invention relates to a phase change memory device. The device includes a double trench isolation structure around the diode stack that is through to the bottom electrode. The invention also relates to a method of manufacturing a phase change memory device. The method includes forming two orthogonal and cross isolation trenches around the memory cell structure diode stack.
Description
마이크로전자 기술이 발달함에 따라, 새로운 데이터 보존 방안에 대한 필요성이 발생되었다. 그러한 한 가지 보존 방안은 칼코겐 위상 변동 기술(chalcogenide phase-change technology)이다. 전형적으로, 위상 변동 메모리 장치는 "매치스틱(matchstick)"으로서도 또한 알려져 있는 하부 전극을 포함한다. 하부 전극은 폴리실리콘, 금속, 또는 금속 질화물과 같은 금속 화합물일 수 있다.As microelectronic technology has developed, there is a need for new data preservation schemes. One such preservation is chalcogenide phase-change technology. Typically, phase shift memory devices include a bottom electrode, also known as a "matchstick". The lower electrode may be a metal compound such as polysilicon, metal, or metal nitride.
위상 변경 메모리 셀에 하부 전극을 형성하는 것에 있어서의 한 가지 도전은, 소정의 메모리 셀과 이웃 메모리 셀 사이의 누화(cross-talking) 증가를 잃지않으면서 셀 크기를 감소시키는 것이다.One challenge in forming the lower electrode in the phase change memory cell is to reduce the cell size without losing the cross-talking increase between a given memory cell and a neighboring memory cell.
능동 영역을 노출시키는 기판내의 리세스(recess) 형성 이후에, 하부 전극의 공형 도입(conformal introduction)이 요구된다. 하부 전극 물질은 전형적으로, 다결정 실리콘, 금속, 또는 금속 화합물과 같은 소정의 도전성 또는 반도전성(semiconductive) 재료이다. 다결정 실리콘인 하부 전극 물질의 공형 도입은 당업자에게 알려져 있는, CVD(chemical vapor deposition) 기술을 포함하는 종래의 도입 기술을 따를 수 있다. 그 후, 저항성을 조절하기 위해, 그리고 하나의 양상에서는 물질의 저항성을 낮추기 위해 다결정 실리콘내로 도펀트를 도입한다. 적절한 도펀트로는, 도입된 붕소와 같은 P 타입 도펀트가 있다. 폴리실리콘과 도펀트의 조합으로부터, 하부 전극의 실리사이드(silicide)를 형성하기 위해서는 실리사이데이션 프로세스(silicidation process)가 요구된다. 전형적으로 이러한 프로세스는 도핑, 제 1 어닐링, 습식 스트립(wet strip) 및 제 2 어닐링이다.After formation of a recess in the substrate exposing the active region, a conformal introduction of the lower electrode is required. The bottom electrode material is typically any conductive or semiconductive material, such as polycrystalline silicon, metal, or metal compound. The conformal introduction of the bottom electrode material, which is polycrystalline silicon, can follow conventional introduction techniques, including chemical vapor deposition (CVD) techniques, which are known to those skilled in the art. Dopants are then introduced into the polycrystalline silicon to control the resistance and in one aspect to lower the resistance of the material. Suitable dopants include P type dopants such as boron introduced. From the combination of polysilicon and dopant, a silicidation process is required to form silicide of the lower electrode. Typically this process is doping, first annealing, wet strip and second annealing.
적절한 도핑 및 트렌치에 대한 충진 이후에, 하부 전극의 소정의 수평 구성 요소를 제거하기 위해서는 평탄화 단계가 요구된다. 그 후, 상부 근처의 하부 전극 물질과 조합 및/또는 반응하기 위해서는, 수정기 물질(modifier material)이 하부 전극 물질의 일부내로 도입되어야 한다. 상이한 물질의 형성은 매치스틱의 상부를 또한 준비하여, 위상 변경 물질과 적절한 옴 접촉(ohmic contact)을 형성한다. 수정기가 도입되어 하부 전극 물질의 국부 저항을 상승시킨다. 하부 전극 물질의 일부를 수정함으로써, 그러한 수정 부분에서의 저항성이 변경될 수 있다.수정 물질은 고저항성일 수 있기 때문에, 하부 전극은 원하는 응용에 대해, 하부 전극과 메모리 물질의 볼륨 사이에 충분히 적절한 옴 접촉을 제공하지 못할 수도 있다. 그러한 경우, 수정 물질이 하부 전극의 노출된 표면 이하의 깊이에서 하부 전극으로 도입될 수 있다. 예를 들어, 다결정 실리콘의 하부 전극은 노출된 표면에서 다결정 실리콘을 갖고, 노출된 표면 이하의 깊이에서 수정 물질을 가질 수 있다. 또한, 칼코겐 물질과 하부 전극 사이의 상호 오염을 방지하기 위해 장벽 물질이 부가되어야 한다.After proper doping and filling of the trench, a planarization step is required to remove any horizontal components of the lower electrode. Thereafter, a modifier material must be introduced into a portion of the bottom electrode material to combine and / or react with the bottom electrode material near the top. Formation of the different materials also prepares the top of the matchstick to form an appropriate ohmic contact with the phase change material. A modifier is introduced to raise the local resistance of the lower electrode material. By modifying a portion of the lower electrode material, the resistance at that modification portion can be changed. Since the modification material can be high resistance, the lower electrode is sufficiently suitable between the volume of the lower electrode and the memory material for the desired application. May not provide ohmic contact. In such a case, the modifying material may be introduced into the lower electrode at a depth below the exposed surface of the lower electrode. For example, the bottom electrode of polycrystalline silicon may have polycrystalline silicon at the exposed surface and have a quartz material at a depth below the exposed surface. In addition, a barrier material should be added to prevent cross contamination between the chalcogenide material and the lower electrode.
본 발명은 위상 변경 메모리 장치(phase-change memory device)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 메모리 장치의 분리(isolation)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 최소 피처 크기를 갖는 위상 변경 메모리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a phase-change memory device. More specifically, the present invention relates to isolation of memory devices. In particular, the present invention relates to a phase change memory device having a minimum feature size.
본 발명의 상기 및 다른 이점을 달성할 수 있는 방법을 위해, 첨부 도면에 예시된 본 발명의 특정 실시예를 참조하여, 위에서 간략하게 기술된 본 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이다. 이들 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예를 나타내는 것이며, 실제 축적으로 도시될 필요는 없고, 따라서 본 발명의 영역을 제한하고자 하는 것이 아니며, 이하에서는 첨부 도면을 이용하여 본 발명의 추가적인 특이성 및 상세 내용에 대해 설명할 것이다.For the way in which the above and other advantages of the present invention can be achieved, the present invention briefly described above will be described in more detail with reference to specific embodiments of the invention illustrated in the accompanying drawings. These drawings are merely representative of exemplary embodiments of the invention, and do not need to be drawn to scale, and therefore are not intended to limit the scope of the invention, hereinafter, further specificities and details of the invention will be described using the accompanying drawings. Will be explained.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자 어레이의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a memory device array in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 셀의 z 방향 두께를 규정하는 트렌치에 형성된 제 1 얕은 트렌치 분리(shallow trench isolation; STI)를 갖는 반도체 기판의 일부에 대한 단면 측평면도를 개략적으로 도시한다.FIG. 2 schematically illustrates a cross-sectional side plan view of a portion of a semiconductor substrate having a first shallow trench isolation (STI) formed in a trench that defines the z-direction thickness of a memory cell in accordance with an embodiment of the present invention. .
도 3은 본 발명의 일실시예의 정면도이다.3 is a front view of one embodiment of the present invention.
도 4(a)는 도 3에 도시된 구조체의 입면 단면도이다.4 (a) is an elevational sectional view of the structure shown in FIG. 3.
도 4(b)는 도 4(a)에 도시된 구조체를 더 처리한 이후의 입면 단면도이다.4B is an elevational sectional view after further processing the structure shown in FIG. 4A.
도 4(c)는 도 4(b)에 도시된 구조체를 더 처리한 이후의 입면 단면도이다.FIG. 4C is an elevational sectional view after further processing the structure shown in FIG. 4B. FIG.
도 5는 도 4(c)에 도시된 구조체를 더 처리한 이후의 입면 경사도로서, 선택된 구조체를 나타내는 도면이다.FIG. 5 is an elevational slope after further processing the structure shown in FIG. 4C and showing the selected structure. FIG.
도 6은 도 5의 구조체에 대한 단면도를 도시하는 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 메모리 셀 구조체의 다이오드 스택 부분을 형성하기 위해 도펀트가 도입된 이후를 도시하는 도면이다.FIG. 6 illustrates a cross-sectional view of the structure of FIG. 5, after the dopant is introduced to form a diode stack portion of a memory cell structure in accordance with one embodiment of the present invention.
도 7은 도 6의 구조체를 도시하는 것으로서, 본 발명의 일싱시예에 따른 메모리 셀 구조체상에 마스킹 물질을 도입한 이후를 도시하는 도면이다.FIG. 7 illustrates the structure of FIG. 6, which illustrates a process of introducing a masking material onto a memory cell structure according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 도 2의 구조체의 개략 정면도를 도시하는 것으로서, 제 2 트렌치 에칭이 제 1 얕은 트렌치 분리 구조체의 상당한 부분을 제거한 것을 도시하는 도면이다.FIG. 8 shows a schematic front view of the structure of FIG. 2, in accordance with another embodiment of the present invention, wherein the second trench etch removes a substantial portion of the first shallow trench isolation structure.
도 9는 도 8의 구조체에 대한 단면도로서, 반도체 기판 구조체의 x 방향 두께의 패터닝 이후 및 제 1 STI 구조체에 직교하는 제 2 STI 트렌치의 형성 이후를 도시하는 도면이다.FIG. 9 is a cross-sectional view of the structure of FIG. 8, illustrating after the x-direction thickness of the semiconductor substrate structure and after formation of a second STI trench orthogonal to the first STI structure. FIG.
도 10은 도 9의 구조체에 대한 동일한 단면도로서, 본 발명의 일실시예에 따른 제 2 STI 트렌치의 충진 이후를 도시하는 도면이다.FIG. 10 is the same cross-sectional view of the structure of FIG. 9, illustrating after filling of the second STI trench in accordance with one embodiment of the present invention. FIG.
도 11은 도 10에 도시된 구조체의 평탄화 이후의 정면도로서, 본 발명의 이중 트렌치 양상을 도시하는 도면이다.FIG. 11 is a front view after planarization of the structure shown in FIG. 10, illustrating a double trench aspect of the present invention. FIG.
도 12는 본 발명의 메모리 장치의 선택된 구조체의 입면 경사도로서, 평탄화 이후를 도시하는 도면이다.12 is an elevational slope of a selected structure of the memory device of the present invention, showing after planarization.
도 13은 본 발명의 메모리 장치의 선택된 구조체의 다른 입면 경사도로서, 평탄화 이후를 도시하는 도면이다.FIG. 13 is another elevational slope of the selected structure of the memory device of the present invention, showing after planarization.
도 14는 도 5 또는 도 12의 구조체를 도시하는 도면으로서, 감소기 물질과, 감소기 물질과 통해 있는 리세스를 갖는 유전체 물질을 형성하기 위해 더 처리한 이후를 도시하는 도면이다.FIG. 14 is a diagram illustrating the structure of FIG. 5 or 12, after further processing to form a dielectric material having a reducer material and a recess through the reducer material. FIG.
도 15는 도 14의 구조체에 대한 동일한 단면도로서, 본 발명의 일실시예에 따른 구조체상에 전극 물질이 도입된 이후를 도시하는 도면이다.FIG. 15 is the same cross-sectional view of the structure of FIG. 14, illustrating the introduction of electrode material onto a structure in accordance with one embodiment of the present invention. FIG.
도 16은 도 15의 구조체에 대한 동일한 단면도로서, 리세스 충진 및 평탄화 이후를 도시하는 도면이다.FIG. 16 is the same cross sectional view of the structure of FIG. 15, showing after recess filling and planarization. FIG.
도 17은 도 16의 구조체에 대한 동일한 단면도로서, 본 발명의 일실시예에 따라, 구조체상에 메모리 물질의 볼륨 및 제 2 도체가 도입된 이후를 도시하는 도면이다.FIG. 17 is the same cross-sectional view of the structure of FIG. 16, illustrating the volume of memory material and after the second conductor has been introduced onto the structure, in accordance with an embodiment of the present invention.
도 18은 도 17의 구조체에 대한 동일한 단면도로서, 본 발명의 실시예에 따라, 제 2 도체와, 제 1 도체에 접속된 제 3 도체상에 유전체 물질이 도입된 이후를 도시하는 도면이다.FIG. 18 is the same cross-sectional view of the structure of FIG. 17, illustrating the dielectric material after it is introduced on the second conductor and the third conductor connected to the first conductor, in accordance with an embodiment of the invention.
도 19는 온도 및 시간의 관점에서, 위상 변경 메모리 물질의 볼륨 세팅 및 리세팅을 그래프로 표시하는 도면이다.19 is a graphical representation of volume setting and reset of phase change memory materials in terms of temperature and time.
본 발명은 데이터 저장을 위해 위상 변경 물질과 함께 이용되는 메모리 장치에 관한 것이다. 본 장치는 "매치스틱"으로서 지칭되는 하부 전극 물질을 이용한다. 매치스틱 아래에, 다이오드 스택이 제공되어 하부 전극을 활성화한다. 제 1 분리 트렌치가 형성된 후, 제 2 분리 트렌치가 형성된다. 제 2 분리 트렌치는 제 1 분리 트렌치와 직교한다. 하부 전극은 메모리 셀 구조체의 다이오드 스택 부분상에 형성되며, 위상 변경 메모리의 볼륨은 매치스택 위에 배치된다. 고저항성 금속 화합물이 하부 전극으로서 이용되거나, 폴리실리콘 화합물이 이용될 수 있다.The present invention relates to a memory device used with a phase change material for data storage. The device utilizes a bottom electrode material referred to as a "matchstick." Below the matchstick, a diode stack is provided to activate the bottom electrode. After the first isolation trench is formed, a second isolation trench is formed. The second isolation trench is orthogonal to the first isolation trench. The lower electrode is formed on the diode stack portion of the memory cell structure, and the volume of the phase change memory is disposed above the match stack. A high resistance metal compound can be used as the lower electrode, or a polysilicon compound can be used.
이하의 설명은 상부(upper), 하부(lower), 제 1, 제 2 등과 같은 용어를 포함하며, 이들은 단지 설명을 위한 것이고, 제한적인 것으로서 의도되지 않는다. 본 명세서에서 기술된 본 발명의 장치 또는 물품의 실시예는 여러 가지의 위치 및 방향성으로 제조, 사용, 또는 쉽핑(shipping)될 수 있다. 도면을 참조할 것이며, 도면에서의 유사한 구조에는 유사한 참조 표시가 부여될 것이다. 본 발명의 구조체를 보다 명확하게 나타내기 위해, 본 명세서에서의 도면은 집적 회로 구조체를 도식적으로 표현한다. 따라서, 예를 들면 마이크로 사진(photomicrograph)에 있어서의 제조 구조체의 실제 외관은 상이하게 보일 수 있으나, 본 발명의 본질적인 구조체를 여전히 포함하고 있는 것이다. 더욱이, 도면은 단지 본 발명을 이해하는데 필요한 구조체만을 도시한다. 도면의 명료성을 유지하기 위해, 본 기술 분야에 알려져 있는 추가적인 구조체는 포함되지 않는다.The following description includes terms such as upper, lower, first, second, etc., which are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting. Embodiments of the device or article of the invention described herein may be manufactured, used, or shipped in a variety of positions and orientations. Reference will be made to the drawings, wherein like reference numerals will be given to similar structures in the drawings. To more clearly show the structure of the present invention, the drawings herein schematically depict an integrated circuit structure. Thus, for example, the actual appearance of the fabrication structure in a photomicrograph may look different, but still includes the essential structure of the invention. Moreover, the drawings only show the structures necessary to understand the invention. In order to maintain the clarity of the drawings, additional structures known in the art are not included.
도 1은 본 발명과 관련하여 제공 및 형성된 복수의 메모리 소자로 구성되는 메모리 어레이의 실시예에 대한 개략도를 도시한다. 본 예에서, 메모리 어레이(5)의 회로는 칩의 일부분 위의 분리 장치(25)와 직렬로 전기 접속된 메모리 소자(30)를 갖는 어레이를 포함한다. 일실시예에서, 어드레스 라인(10(예를 들면, 열(columns)) 및 20(예를 들면, 행))은 당업자에게 알려져 있는 방법으로 외부 어드레싱 회로에 접속된다. 분리 장치와 조합된 메모리 소자 어레이의 목적은, 어레이의 인접 또는 원격 메모리 소자에 저장된 정보를 손상시키지 않으면서, 각각의 이산적인 메모리 소자가 판독 및 기록되도록 하는 것이다.Figure 1 shows a schematic diagram of an embodiment of a memory array consisting of a plurality of memory elements provided and formed in connection with the present invention. In this example, the circuit of the memory array 5 comprises an array having a memory element 30 electrically connected in series with the isolation device 25 on a portion of the chip. In one embodiment, address lines 10 (e.g., columns) and 20 (e.g., rows) are connected to the external addressing circuit in a manner known to those skilled in the art. The purpose of a memory element array in combination with a separation device is to allow each discrete memory element to be read and written without compromising the information stored in adjacent or remote memory elements of the array.
메모리 어레이(5)와 같은 메모리 어레이는, 전체 부분을 포함하는, 기판의 일부분에 형성될 수 있다. 전형적인 기판은 실리콘 기판과 같은 반도체 기판을 포함한다. 제한적인 것은 아니지만, 하부 구조의 일부로서 세라믹 물질, 유기 물질, 또는 유리 물질을 포함하는 기판을 포함하는 다른 기판이 또한 적절하다. 실리콘 반도체 기판의 경우에, 메모리 어레이(5)는 웨이퍼 레벨에서 기판의 영역상에 제조될 수 있고, 그 후, 웨이퍼는 이산적인 다이 또는 칩으로의 특이화(singulation)를 통해 감소될 수 있으며, 다이 또는 칩의 일부 또는 전부는 그 위에 형성된 메모리 어레이를 갖는다. 감지 증폭기, 디코더 등과 같은 추가적인 어드레싱 회로는 당업자에게 알려져 있는 것과 유사한 형태로 형성될 수 있다.A memory array, such as memory array 5, may be formed in a portion of the substrate, including the entire portion. Typical substrates include semiconductor substrates such as silicon substrates. Other substrates are also suitable, including, but not limited to, substrates comprising ceramic materials, organic materials, or glass materials as part of the underlying structure. In the case of a silicon semiconductor substrate, the memory array 5 can be fabricated on the area of the substrate at the wafer level, after which the wafer can be reduced through singulation to discrete dies or chips, Some or all of the die or chip has a memory array formed thereon. Additional addressing circuitry such as sense amplifiers, decoders, etc. may be formed in a form similar to that known to those skilled in the art.
도 2 내지 18은 다양한 실시예에 따른, 도 1의 대표적인 메모리 소자(15)의 제조를 도시한다. 도 2는 기판(100), 즉 예를 들면 반도체 기판의 일부를 도시한다. 일실시예에서, 붕소와 같은 P 타입 도펀트가 깊은 부분(deep portion)(110)에 도입된다. 일례에서, P 타입 도펀트의 적절한 농도는 기판(100)의 깊은 부분(110)을 대표적으로 P++로 만드는 약 5x1019- 1x1020atoms/cm3정도이다. 본 예에서, 기판(100)의 깊은 부분(110) 위에는 P 타입 에피택셜 실리콘의 에피택셜 부분(120)이 위치된다. 일례에서, 에피택셜 부분(120)에서의 도펀트 농도는 약 1016- 1017atoms/cm3정도이다. 에피택셜 부분(120)을 P 타입으로서, 깊은 부분(110)을 P++타입 부분으로서 도입 및 형성하는 것은 당업자에게 알려져 있는 기술에 의한 것일 수 있다. 또한, 도 2는 바람직한 깊이로 이온을 주입함으로써 신호 라인 물질(140)을 형성하는 것을 도시한다. 본 기술 분야에 알려져 있는 바와 같이, P++부분 및 P 에피택셜 부분과 같은 구조체를 이용하지 않는 다른 실시예가 이용될 수도 있다. 한가지 예는 논에피택셜(non-epitaxial) 웨이퍼이다.2-18 illustrate the fabrication of the representative memory device 15 of FIG. 1, in accordance with various embodiments. 2 shows a portion of the substrate 100, ie a semiconductor substrate. In one embodiment, a P type dopant, such as boron, is introduced into deep portion 110. In one example, a suitable concentration of P-type dopant of about 5x10 19 to create a typically P ++ deep part 110 of the substrate 100 - is 1x10 20 atoms / cm 3 or so. In this example, an epitaxial portion 120 of P type epitaxial silicon is located above the deep portion 110 of the substrate 100. In one example, the dopant concentration in epitaxial portion 120 is about 10 16 - is approximately 10 17 atoms / cm 3. Introduction and formation of epitaxial portion 120 as P type and deep portion 110 as P ++ type portion may be by techniques known to those skilled in the art. 2 also illustrates the formation of signal line material 140 by implanting ions to a desired depth. As is known in the art, other embodiments may be used that do not utilize constructs such as P ++ portions and P epitaxial portions. One example is a non-epitaxial wafer.
또한, 도 2는 구조체(100)의 에피택셜 부분(120)에 형성된 제 1 얕은 트렌치 분리(STI) 구조체(130)를 도시한다. 제 1 STI 구조체(130)는 실리콘 질화물 물질과 같은 하드 마스크(122)의 도움으로 형성될 수 있다. 도 3은 제 1 STI 구조체(130) 및 하드 마스크(122) 둘다의 위에 제 2 마스크(124)를 패터닝한 이후의 기판(100)의 정면도이다. 제 2 마스크(124)는 증착된 후 패터닝된 제 1 블랭킷(blanket)이다. 제 2 마스크(124)는 제 1 STI 구조체(130)에 직교하는 제 2 에칭 동안 이용된다. 2 프로세스 에칭(two-process etch)에서, 제 2 마스크(124)는 제 1 STI 구조체(130)와 직교하도록 패터닝되며, 1 피처 폭 스트립(one feature-width(1F-width) strips)일 수 있다.2 also shows a first shallow trench isolation (STI) structure 130 formed in the epitaxial portion 120 of the structure 100. The first STI structure 130 may be formed with the help of a hard mask 122, such as a silicon nitride material. 3 is a front view of the substrate 100 after patterning the second mask 124 over both the first STI structure 130 and the hard mask 122. The second mask 124 is a first blanket that is deposited and then patterned. The second mask 124 is used during the second etching orthogonal to the first STI structure 130. In a two-process etch, the second mask 124 is patterned to be orthogonal to the first STI structure 130 and may be one feature-width (1F-width) strips. .
도 4(a)는 도 3에 도시된 구조체를, 섹션 라인 A-A'을 통해 취한 입면 단면도이다. 제 2 마스크(124)는 복수의 분리된 다이오드 스택으로 될 영역을 보호하는 것으로서 도시된다. 도 4(b)는 도 3에 도시된 구조체를, 하드 마스크(122)를 제거하기 위한 에칭 동안 라인 B-B'을 통해 취한 입면 단면도이다. 하드 마스크(122)는 실리콘 질화물과 같은 질화물이며, 에칭은 전형적으로 산화물인 제 1 STI 구조체(130)의 일부를 제거할 수 있다. 그러한 에칭 조건에 대해서는 본 기술 분야에 알려져 있다.FIG. 4 (a) is an elevational sectional view of the structure shown in FIG. 3, taken through section line A-A '. The second mask 124 is shown as protecting the area to be a plurality of separate diode stacks. 4B is an elevational cross sectional view of the structure shown in FIG. 3 taken through line B-B 'during etching to remove hard mask 122. FIG. Hard mask 122 is a nitride, such as silicon nitride, and etching may remove a portion of first STI structure 130, which is typically an oxide. Such etching conditions are known in the art.
도 4(c)는 도 4(b)에 도시된 구조체를 더 처리한 이후의 입면 단면도이다. 하드 마스크(122)의 제거 에칭 이후에, 제 2 마스크(124)의 동일 패터닝으로 실리콘 에칭이 수행된다. 에칭 방법은 제 1 STI 구조체(130)의 산화물을 남기도록 선택적이다. 패터닝 및 실리콘 에칭 이후에, 각 리세스의 베이스에 N 타입 도펀트가 도입되어, 약 1018- 1022atoms/cm3정도의 도펀트 농도를 갖는 포켓(200)을 형성한다.FIG. 4C is an elevational sectional view after further processing the structure shown in FIG. 4B. FIG. After the removal etch of the hard mask 122, silicon etching is performed with the same patterning of the second mask 124. The etching method is optional to leave oxide of the first STI structure 130. After patterning and etching the silicon, it is an N-type dopant introduced into the base of each recess, about 10 18 - 10 to form a pocket having a dopant concentration of 22 atoms / cm 3 approximately 200.
본 실시예에서 구조체는 실질적으로 충진된 4개의 날개가 있는 리세스(quadrialateral recesses)이지만, 실리콘 에칭후에, 리세스에 산화물이 충진되어, 도 5에 도시된 바와 같은 제 2 얕은 트렌치(STT) 구조체가 형성된다. 도 5는 본 발명의 메모리 장치의 선택된 구조체의 입면 경사도이다. 본 실시예에서, 제 1 STI 구조체(130)의 형성은 SST 구조체(132)의 형성에 선행한다. 제 1 STI구조체(130)는 상부 표면에서 실질적으로 연속적이다. 제 1 STI 구조체(130)의 산화물 물질을 남기는 실리콘 에칭 때문에, SST 구조체(132)는 실질적으로 불연속적이다. 따라서, SST 구조체(132)는 제 2 트렌치에 배치된 간헐적인 상부 표면 얕은 트렌치 분리 구조체를 포함하고, 제 1 STI 구조체(130)는 제 1 트렌치에 배치된 연속적인 상부 표면 얕은 트렌치 분리 구조체를 포함한다.In this embodiment, the structure is substantially four winged quadrilateral recesses, but after silicon etching, the recess is filled with oxide to form a second shallow trench (STT) structure as shown in FIG. 5. Is formed. 5 is an elevational slope of a selected structure of the memory device of the present invention. In this embodiment, the formation of the first STI structure 130 precedes the formation of the SST structure 132. The first STI structure 130 is substantially continuous at the top surface. Because of silicon etching leaving the oxide material of the first STI structure 130, the SST structure 132 is substantially discontinuous. Thus, the SST structure 132 includes an intermittent top surface shallow trench isolation structure disposed in the second trench and the first STI structure 130 includes a continuous upper surface shallow trench isolation structure disposed in the first trench. do.
또한, 도 5는 다이오드 스택의 일부인 분리 장치(25)의 형성을 도시한다. 분리 장치(25)는 약 1017- 1022atoms/cm3정도의 도펀트 농도를 가질 수 있는 N 타입 실리콘 부분(150) 및 약 1019- 1021atoms/cm3정도의 도펀트 농도를 가질 수 있는 P 타입 실리콘(160)으로 형성된 PN 다이오드를 포함한다. PN 다이오드는 분리 장치(25)로서 도시되었지만, 다른 분리 구조체도 마찬가지로 적합함을 이해할 것이다. 그러한 분리 장치는, 한정적인 것은 아니지만, MOS 장치를 포함한다. 메모리 셀 구조체(134)는 P 타입 에피택셜 실리콘의 에피택셜 부분(120), 신호 라인 물질(140), N Si 부분(150) 및 P+ Si 부분(160)을 포함하는 것으로서 도시된다.5 also shows the formation of a separation device 25 that is part of the diode stack. Separation device 25 is about 10 17 - 10 22 N-type silicon portion 150 that atoms / cm may have a dopant concentration of about three and about 10 19 - which may have a dopant concentration of 10 21 atoms / cm 3 degree And a PN diode formed of P-type silicon 160. While the PN diode is shown as the isolation device 25, it will be appreciated that other isolation structures are likewise suitable. Such separation devices include, but are not limited to, MOS devices. The memory cell structure 134 is shown as including an epitaxial portion 120, a signal line material 140, an N Si portion 150, and a P + Si portion 160 of P type epitaxial silicon.
메모리 셀 피처는 메모리 셀을 규정하는 최소 기하 구조(geometry)로서 규정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 피처 F1은 메모리 셀 구조체(134)의 에지를 규정할 수 있다. 제 2 피처 F2는 제 1 STI 구조체(130)의 제 1 에지 기하 구조를 규정할 수 있다. 제 3 피처 F3은 메모리 셀 구조체(134)의 제 2 에지 기하 구조를 규정할 수 있다. 마지막으로, 제 4 피처 F4는 SST 구조체(132)의 에지 기하 구조를 규정할 수 있다. 제 1 및 제 2 피처가 실질적으로 동일한 경우, 그들은 2F로서 나타낼 수 있다. 아무튼, 제 1 내지 제 4 피처는, 직각 구성으로 규정될 때, 4 피처 제곱(4F2)(136)으로서 나타낼 수 있다. 선택된 구조체 아래에서, 4F2(136)의 투영은 본 발명의 메모리 분리의 단위 셀을 도시함을 알 수 있다. 본 발명에서, 모든 방향에서 적어도 1F의 거리 만큼에 의해 메모리 셀 구조체(134)의 다이오드 스택을 분리시키는 작용을 하는 이중 트렌치 분리 구조체가 달성된다. 본 실시예에서, 감소기 물질(170)(도 6 참조)은 아직 형성되지 않았고, 평탄화에 의해 제 1 STI 구조체(130), SST 구조체(132) 및 P 타입 실리콘 부분(160)을 노출시키는 표면이 생성된다.The memory cell feature may be defined as the minimum geometry that defines the memory cell. For example, the first feature F 1 can define an edge of the memory cell structure 134. The second feature F 2 can define a first edge geometry of the first STI structure 130. The third feature F 3 can define a second edge geometry of the memory cell structure 134. Finally, the fourth feature F 4 may define the edge geometry of the SST structure 132. If the first and second features are substantially the same, they can be represented as 2F. In any event, the first through fourth features, when defined in a right angle configuration, may be represented as four feature squares (4F 2 ) 136. Under the selected structure, it can be seen that the projection of 4F 2 136 shows the unit cell of the memory isolation of the present invention. In the present invention, a double trench isolation structure is achieved that serves to isolate the diode stack of the memory cell structure 134 by a distance of at least 1F in all directions. In this embodiment, the reducer material 170 (see FIG. 6) has not yet been formed and the surface that exposes the first STI structure 130, the SST structure 132 and the P-type silicon portion 160 by planarization. Is generated.
메모리 셀 구조체(134)는 이중 트렌치 구성에 의해 분리되므로, 인접 메모리 셀 구조체들 사이의 누화의 가능성이 감소된다. 또한, 트렌치 깊이는 약 3,000Å 내지 약 7,000Å 정도일 수 있으며, SST 구조체(132)는 약 500Å 내지 약 3,500Å 범위의 전체 깊이를 가질 수 있다. 트렌치 깊이는 에칭 시간 제약에 의해 제한된다. 또한, 4F2구성이 쉽게 스케일러블(scalable)하며, 예를 들면, 0.35μM, 0.25μM, 0.18μM, 0.13μM, 0.11μM 등으로부터 계속 감소시키기 위한 기하 구조로서 설계 룰과 통합하기 위한 간략화 부분이다. 또한, 다이오드 스택에서의 수직 베타(vertical beta)의 정도는 종래 기술에 비해 증가된다.Since the memory cell structures 134 are separated by a double trench configuration, the possibility of crosstalk between adjacent memory cell structures is reduced. In addition, the trench depth may be between about 3,000 microns and about 7,000 microns, and the SST structure 132 may have an overall depth in the range of about 500 microns to about 3,500 microns. Trench depth is limited by etching time constraints. In addition, the 4F 2 configuration is easily scalable, and is a simplified part for integrating with design rules as a geometry to keep decreasing from, for example, 0.35 μM, 0.25 μM, 0.18 μM, 0.13 μM, 0.11 μM, and the like. . In addition, the degree of vertical beta in the diode stack is increased compared to the prior art.
도 6은 도 4(c)의 구조체에 대해 메모리 셀 영역(135A, 135B)에서의 추가적인 제조 작업 이후를 도시한다. 기판(100)의 에피택셜 부분(120) 위에는 제 1 도체 또는 신호 라인 물질(140)이 위치된다. 일례에서, 제 1 도체 또는 신호 라인 물질(140)은, 예를 들면, 인산(phosphorous) 또는 비소를 약 1018- 1022atoms/cm3정도의 농도로 도입함으로써 형성된 N+실리콘과 같은 N 타입 도핑 폴리실리콘이다. 본 예에서, 제 1 도체 또는 신호 라인 물질(140)은 어드레스 라인, 도 1의 행 라인(20)과 같은 행 라인으로서 기능한다. 제 1 도체 또는 신호 라인 물질(140)으 위에는 도 1의 분리 장치(25)와 같은 분리 장치가 위치된다. 일례에서, 분리 장치는 약 1017- 1022atoms/cm3정도의 도펀트 농도를 가질 수 있는 N 타입 실리콘 부분(150) 및 약 1019- 1021atoms/cm3정도의 도펀트 농도를 가질 수 있는 P 타입 실리콘 부분(160)으로 형성된 PN 다이오드이다. PN 다이오드(25)가 도시되었지만, 다른 분리 구조체도 마찬가지로 적합함을 알 것이다. 그러한 분리 장치는 한정적인 것은 아니지만, MOS 장치를 포함한다.FIG. 6 illustrates after additional fabrication operations in memory cell regions 135A and 135B for the structure of FIG. 4C. A first conductor or signal line material 140 is positioned over the epitaxial portion 120 of the substrate 100. In one example, first conductor or signal line material 140 is, for example, a phosphoric (phosphorous) or arsenic of about 10 18 - N-type, such as N + silicon is formed by introducing a concentration of 10 22 atoms / cm 3 degree Doped polysilicon. In this example, the first conductor or signal line material 140 functions as an address line, a row line such as the row line 20 of FIG. 1. Above the first conductor or signal line material 140 is a separation device such as the separation device 25 of FIG. 1. In one example, the separation device is about 10 17 - 10 22 N-type silicon portion 150 that atoms / cm may have a dopant concentration of about three and about 10 19 - which may have a dopant concentration of 10 21 atoms / cm 3 degree PN diode formed of P-type silicon portion 160. While the PN diode 25 is shown, it will be appreciated that other isolation structures are likewise suitable. Such isolation devices include, but are not limited to, MOS devices.
도 6을 다시 참조하면, 메모리 셀 영역(135A, 135B)내의 분리 장치(25) 위에는, 본 예에서는, CoSi2(cobalt silicide)와 같은 내화성(refractory) 금속 실리사이드의 감소기 물질(170)이 위치된다. 감소기 물질(170)은 본 발명의 프로세스의 수 개의 부분들 중 하나에서 형성될 수 있다. 감소기 물질(170)이 금속 실리사이드인 경우, 자체 정렬 실리사이드 또는 샐리사이드(salicide)로서 적절히 형성될 수 있다. 감소기 물질(170)은 프로세스의 이러한 부분에 형성되거나, 또는 이후에 형성될 수 있다. 하나의 양상에서, 감소기 물질(170)은 칩상의 회로 구조체의어드레싱 회로와 같은 주변 회로의 제조시에 저저항성 물질로서 기능한다. 따라서, 감소기 물질(170)은 기술한 바와 같이 메모리 소자 형성의 관점에서 필요하지 않을 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 그것의 저저항성 속성 때문에, 본 실시예에서는 분리 장치(25)와 메모리 소자(30) 사이의 메모리 셀 구조체의 일부로서 포함되는 것이 이용된다.Referring again to FIG. 6, above the isolation device 25 in the memory cell regions 135A and 135B, in this example, a reducer material 170 of refractory metal silicide, such as CoSi 2 (cobalt silicide), is located. do. Reducer material 170 may be formed in one of several portions of the process of the present invention. If reducer material 170 is a metal silicide, it may be suitably formed as self-aligned silicide or salicide. Reducer material 170 may be formed at or later in this portion of the process. In one aspect, the reducer material 170 functions as a low resistance material in the manufacture of peripheral circuits, such as addressing circuits of circuit structures on a chip. Thus, reducer material 170 may not be necessary in terms of memory device formation as described. Nevertheless, because of its low resistivity property, what is included as part of the memory cell structure between the isolation device 25 and the memory element 30 is used in this embodiment.
도 7은 도 6의 구조에 대해 마스킹 물질(180)을 도입한 이후를 도시한다. 일실시예에서, 마스킹 물질(180)용으로 적절한 물질은, 비록 화학양론적(stoichiometric) 및 다른 고체 솔루션 비율(solid solution ratios) 모두에 있어서 SixOz(silicon oxide) 또는 SixOzNy(silicon oxynitride)와 같은 다른 물질이 이용될 수 있지만, 화학양론적 및 다른 고체 솔루선 비율 모두에 있어서 Si3N4(silicon nitride)와 같은 유전체 물질이다.FIG. 7 shows after introducing masking material 180 for the structure of FIG. 6. In one embodiment, a suitable material for masking material 180 is Si x O z (silicon oxide) or Si x O z N, although both in stoichiometric and other solid solution ratios. Other materials such as y (silicon oxynitride) may be used, but are dielectric materials such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) in both stoichiometric and other solid solution ratios.
마스킹 물질(180)은 차후의 에칭 동작을 위해 제 1 STI 구조체(130)의 부분들을 보호하고, 또한 메모리 셀 영역(135A)을 보호하는 패터닝으로서 기능할 수 있다. 본 실시예에서, 마스킹 물질(180)은 패터닝되지 않을 수 있으며, 2 에칭 프로세스 에칭 정지부(two-etch process etch stop)로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 콘택트 코리도(contact corridor)가 형성되는 경우, 2 에칭 프로세스는 마스킹층(180)상에서 정지되는 보다 빠른 산화물 에칭을 허용하고, 언랜디드 콘택트(unlanded contact)와 같은 실리콘상에서 정지될 보다 느린 질화물 에칭이 뒤따른다.Masking material 180 may function as a patterning to protect portions of first STI structure 130 and to protect memory cell region 135A for subsequent etching operations. In this embodiment, the masking material 180 may not be patterned and may function as a two-etch process etch stop. For example, if a contact corridor is formed, the two etch process allows for faster oxide etch to stop on the masking layer 180 and stop on silicon such as unlanded contact. A slower nitride etch follows.
다른 실시예에서, 분리 장치(25)의 형성은 SST 구조체(132)의 형성 이전에 수행될 수 있다. 본 실시예에서, 마스킹 재료(180)는 제 2 마스크(124)와 유사한 패터닝된 마스크를 포함한다. 도 8은 본 실시예를 예시하는 기판(100)의 xz 투시의 정면도이다. 본 실시예에 바람직하게, 하드 마스크(122)가 전체적으로 제거될 정도까지 평탄화가 수행된다. 따라서, 질화물 에칭이 필요하지 않기 때문에, 에칭 프로세스 흐름은 간략화될 수 있다. 분리 장치(25)의 형성은 P 타입 실리콘 부분(160)이 도 8에서 노출되도록 완료된다. 바람직하게, 에칭은 P 타입 실리콘 부분(160) 또는 도전성 재료(150)의 실리콘상의 STI 구조체(130)의 물질을 실질적으로 지지하지 않는 선택성을 갖는 에칭 방법으로 실행된다. 그러한 에칭 방법은 본 기술 분야에 알려져 있으며, 분리 장치(25)를 형성한 도핑에 근거하여 선택될 수 있다. 하드 마스크(180)의 패터닝으로부터, (형성될) 트렌치(90)가 (또한 형성될) SST 구조체를 수용할 것이다.In another embodiment, the formation of the separation device 25 may be performed prior to the formation of the SST structure 132. In this embodiment, the masking material 180 includes a patterned mask similar to the second mask 124. 8 is a front view of an xz perspective view of the substrate 100 illustrating this embodiment. In the present embodiment, planarization is preferably performed to such an extent that the hard mask 122 is entirely removed. Thus, the etching process flow can be simplified because no nitride etching is required. Formation of separation device 25 is completed such that P-type silicon portion 160 is exposed in FIG. 8. Preferably, the etching is performed with an etching method with selectivity that does not substantially support the material of the S-type structure 130 on silicon of the P-type silicon portion 160 or the conductive material 150. Such etching methods are known in the art and may be selected based on the doping that forms the separation device 25. From the patterning of the hard mask 180, the trench 90 (to be formed) will receive the SST structure (also to be formed).
도 9는 도 8의 구조체에 대한 xy 투시를 도시하는 것으로서, 메모리 셀 물질의 x 방향 두께를 패터닝하여 트렌치(190)를 형성한 이후를 도시한다. 도 9는 도 2에 도시된 메모리 셀 영역(135A)으로부터 패터닝된 2 개의 메모리 셀(145A, 145B)을 도시한다. 본 예에서, 패터닝은 마스킹 재료(180)를 제외하고 내화성 금속 실리사이드 및 실리콘 재료를 에칭하기 위해 종래의 기술을 이용하여 달성될 수 있다. 본 예에서, x 방향 두께의 규정은 메모리 셀 영역(135A)의 메모리 셀(145A, 145B)을 규정하기 위해 메모리 라인 스택의 도전성 재료(150)(본 예에서는 N 타입 실리콘)에 대한 에칭을 포함한다. 에칭의 경우, 에칭은 메모리 라인 스택을 통해, 본 예에서, 도체의 일부 또는 이러한 경우 도전성 재료(150)인 신호 라인으로 진행된다. 정기의 에칭을 이용하여 이러한 포인트에서 에칭을 정지할 수 있다.FIG. 9 illustrates an xy perspective view of the structure of FIG. 8, illustrating the formation of trench 190 by patterning the x direction thickness of the memory cell material. FIG. 9 shows two memory cells 145A and 145B patterned from the memory cell region 135A shown in FIG. In this example, patterning can be accomplished using conventional techniques to etch refractory metal silicide and silicon material except masking material 180. In this example, the definition of the x-direction thickness includes etching of the conductive material 150 (N type silicon in this example) of the memory line stack to define the memory cells 145A, 145B of the memory cell region 135A. do. In the case of etching, the etching proceeds through the memory line stack to a signal line, which in this example is part of the conductor or in this case conductive material 150. Regular etching can be used to stop the etching at this point.
도 10은 도 8의 구조체에 대한 xy 투시를 도시하는 것으로서, 트렌치(190)를 충진한 이후를 도시한다. 트렌치(190)의 패터닝 및 에칭에 이어서, 각 트렌치(190)의 베이스에서 N 타입 도펀트가 도입되고, 약 1018- 1022atoms/cm3정도의 도펀트 농도를 갖는 포켓(200)이 형성되어, 메모리 셀들(145A, 145B) 사이에 N+영역이 형성되게 된다. 포켓(200)은, 어떤 의미에서는, 행 라인의 연속성을 유지하는 기능을 한다.FIG. 10 illustrates an xy perspective view of the structure of FIG. 8, showing after filling the trench 190. Following patterning and etching, the N-type dopant is introduced at the base of each trench 190, 10 18 of the trench (190) is 10 22 atoms / cm 3 degrees of pockets 200 having a dopant concentration is formed, An N + region is formed between the memory cells 145A and 145B. The pocket 200, in a sense, functions to maintain the continuity of the row lines.
도 10에 도시된 바와 같이, SST 구조체(132)가 기판(100)상에 형성되어, 트렌치(190)를 실질적으로 충진한다. 감소기 물질(170)이 도 10에 제공되는 것으로서 도시되었지만, 본 명세서에서 개시되는 바와 같이, 나중에 형성될 수도 있다. SST 구조체(132)는 제 1 STI 구조체(130)와 직교하는 방향으로 제 2 분리 트렌치(190)에 형성된다. SST 구조체(132)는 평탄화되어 다이오드 스택을 노출시킬 수 있다. 평탄화 이후에, 제 1 STI 구조체(130) 및 SST 구조체(132) 모두 노출된다.As shown in FIG. 10, an SST structure 132 is formed on the substrate 100 to substantially fill the trench 190. Although reducer material 170 is shown as provided in FIG. 10, it may be formed later, as disclosed herein. The SST structure 132 is formed in the second isolation trench 190 in a direction orthogonal to the first STI structure 130. SST structure 132 may be planarized to expose the diode stack. After planarization, both the first STI structure 130 and the SST structure 132 are exposed.
제 1 STI 구조체(130) 및/또는 SST 구조체(132)의 형성 이전에, 처리의 대안으로서, 열 유전체막이 각각의 트렌치(들)에 형성될 수 있다. 열 유전체막(들)은 트렌치(들)의 보다 우수한 형성을 돕는 작용을 한다.Prior to formation of the first STI structure 130 and / or the SST structure 132, as an alternative to processing, a thermal dielectric film may be formed in each trench (es). The thermal dielectric film (s) serve to help better formation of the trench (es).
도 11은 평탄화 이후에 달성된 구조체의 정면도를 도시한다. 제 1 STI 구조체(130)는 트렌치(190)(도시되지 않음)를 에칭하는 것에 의해 절단되고, 그것을 충진하여 SST 구조체(132)를 형성하는 것으로서 도시된다. 즉, 제 STI 구조체(130)는 불연속적인 상부 표면을 갖고, SST 구조체(132)는 실질적으로 연속적인 상부 표면을 갖는다. 도 11에 도시된 C-C'은 도 10의 구조체의 단면도를 나타낸다.11 shows a front view of the structure achieved after planarization. The first STI structure 130 is shown as being cut by etching the trench 190 (not shown) and filling it to form the SST structure 132. That is, the STI structure 130 has a discontinuous top surface and the SST structure 132 has a substantially continuous top surface. C-C 'shown in FIG. 11 shows a sectional view of the structure of FIG.
메모리 셀 구조체(134)가 도 11에 또한 도시된다. 메모리 셀 구조체(134)는 감소기 물질(170), 또는 그것이 아직 형성되지 않는 경우, P 타입 실리콘 부분(160) 등과 같은 노출된 층을 가질 수 있다. 도 11은 메모리 셀 구조체(134)의 실질적인 분리를 도시하며, 그것은 2 개의 제 STI 구조체(130) 및 2 개의 SST 구조체(132)에 의해 둘러싸인다. 메모리 셀 구조체(134)는 인접 메모리 셀 구조체(134)로부터 4 개의 피처 중 임의의 피처 만큼 이격된다. 즉, 메모리 셀 구조체(134)의 이격된 분리는 4F2구성(136)의 가장 작은 치수만큼 최소이다. 또한, 도 11은 본 발명의 한 가지 발명적 구조체를 도시하고 있으며, 여기서 대시 라인(136)내에 4F2(136) 구성이 제공되어 메모리 장치의 단위 셀을 규정한다.Memory cell structure 134 is also shown in FIG. The memory cell structure 134 may have an exposed layer, such as a reducer material 170, or, if not yet formed, a P type silicon portion 160, or the like. 11 shows a substantial separation of the memory cell structure 134, which is surrounded by two second STI structures 130 and two SST structures 132. The memory cell structure 134 is spaced apart from the adjacent memory cell structure 134 by any of four features. That is, the spaced separation of memory cell structure 134 is minimal by the smallest dimension of 4F 2 configuration 136. Figure 11 also illustrates one inventive structure of the present invention, wherein a 4F 2 136 configuration is provided within dash line 136 to define the unit cell of the memory device.
도 12는 본 실시예에 따른 본 발명의 메모리 장치의 선택된 구조체의 입면 경사도이다. 본 실시예에서, 제 1 STI 구조체(130)의 형성은 SST 구조체(132)의 형성에 선행하며, 트렌치(190)의 에칭은 제 1 STI 구조체(130) 및 실리콘의 산화물 모두에 대해 실질적으로 유사한 에칭율로 수행된다. 더욱이, 마스킹 물질(180)은 SST 구조체(132)를 노출시키기 위해 도시되지 않았다. 메모리 셀 구조체(134)는SST 구조체(132')의 컷 어웨이(cut-away)에 의해 노출된다. 선택된 구조체 아래에서 4F2(136)의 투영은 본 발명의 메모리 분리의 단위 셀을 도시함을 알 수 있다. 본 발명에서, 모든 방향에 있어서 메모리 셀 구조체(134)의 다이오드 스택을 적어도 1F의 거리 만큼 분리시키는 작용을 하는 이중 트렌치 분리 구조체가 달성된다. 본 실시예에서, 감소기 물질(170)은 아직 형성되지 않았고, 평탄화는 제 1 STI 구조체(130), SST 구조체(132) 및 P 타입 실리콘 부분(160)을 노출시키는 표면을 생성한다.Fig. 12 is an elevational elevation view of a selected structure of the memory device of the present invention according to this embodiment. In this embodiment, the formation of the first STI structure 130 precedes the formation of the SST structure 132 and the etching of the trench 190 is substantially similar for both the oxide of the first STI structure 130 and silicon. It is performed at the etch rate. Moreover, masking material 180 is not shown to expose SST structure 132. The memory cell structure 134 is exposed by the cut-away of the SST structure 132 ′. It can be seen that the projection of 4F 2 136 under the selected structure shows the unit cell of the memory isolation of the present invention. In the present invention, a double trench isolation structure is achieved that serves to separate the diode stack of the memory cell structure 134 by a distance of at least 1F in all directions. In this embodiment, the reducer material 170 has not yet been formed, and the planarization creates a surface that exposes the first STI structure 130, the SST structure 132, and the P-type silicon portion 160.
도 13은 도 12에 도시된 선택된 구조체의 입면 경사도로서, 감소기 물질(170)의 샐리사이드의 형성 이후를 도시하는 도면이다. 감소기 물질(170)의 샐리사이드의 형성은 메모리 장치의 평탄화를 따른 필요가 있을 수 있다.FIG. 13 is an elevational slope of the selected structure shown in FIG. 12, illustrating the formation of salicide of reducer material 170 after formation. Formation of salicide of reducer material 170 may need to follow planarization of the memory device.
도 14는 도 5 또는 도 12의 구조체를 도시하는 것으로서, SST 구조체(132)의 평탄화 및 감소기 물질(170)의 선택사양적 샐리사이데이션 형성 이후를 도시한다. 제 1 STI 구조체(130) 및 SST 구조체(132)의 깊이는 바람직한 응용에 따라 변할 수 있다. 일실시예에서, 제 1 STI 구조체(130)의 깊이는 약 3,000Å 내지 약 7,000Å의 범위내에 있다. SST 구조체(132)는 약 500Å 내지 약 3,500Å 범위의 전체 깊이를 가질 수 있다. 일실시예에서, 감소기 물질(170)의 바닥에서 시작되는 제 1 STI 구조체의 전체 깊이는 약 5,300Å이고, SST 구조체(132)의 전체 깊이는 약 2,500Å이다.FIG. 14 illustrates the structure of FIG. 5 or 12, illustrating planarization of the SST structure 132 and subsequent formation of optional salicylation of the reducer material 170. The depth of the first STI structure 130 and the SST structure 132 may vary depending on the desired application. In one embodiment, the depth of the first STI structure 130 is in the range of about 3,000 mm 3 to about 7,000 mm 3. SST structure 132 may have an overall depth in the range of about 500 microns to about 3,500 microns. In one embodiment, the total depth of the first STI structure starting at the bottom of the reducer material 170 is about 5,300 mm 3, and the total depth of the SST structure 132 is about 2,500 mm 3.
본 발명의 하나의 양상은 얕은 트렌치 분리 구조체의 상대적인 깊이를 포함한다. 메모리 셀 구조체(134)는, N Si 구조체(150)상에 배치된 P+ Si 구조체(160)를 포함한다. P+ Si 구조체(160)는 최상부 및 바닥을 갖는다. N Si 구조체(150)도 또한 최상부 및 바닥을 갖는다. 도 14에 도시된 바와 같이, SST 구조체(132) 또한 최상부 및 바닥을 가지며, SST 구조체(132)의 바닥은 P+ Si 구조체(160)의 아래이고, SST 구조체(132)의 최상부는 P+ Si 구조체(160)의 바닥 위에 있다.One aspect of the present invention includes the relative depth of shallow trench isolation structures. The memory cell structure 134 includes a P + Si structure 160 disposed on the N Si structure 150. P + Si structure 160 has a top and a bottom. N Si structure 150 also has a top and a bottom. As shown in FIG. 14, the SST structure 132 also has a top and a bottom, the bottom of the SST structure 132 is below the P + Si structure 160, and the top of the SST structure 132 has a P + Si structure ( 160) on the bottom.
유전체 물질(210)이 형성되고, 유전체 물질(210)을 통한 트렌치(220)의 형성이 수행되어 감소기 물질(170)을 노출시킨다. 트렌치(220)의 형성은 유전체 물질(210)을 에칭하기 위한 에칭제(들)에 의한 에칭 패터닝을 이용하여 수행될 수 있으며, 감소기 물질(170)이 에칭 정지부로서 기능하도록 감소기 물질(170)에 대해 선택적일 수 있다.Dielectric material 210 is formed and formation of trench 220 through dielectric material 210 is performed to expose reducer material 170. Formation of trench 220 may be performed using etch patterning with etchant (s) to etch dielectric material 210, and reducer material 170 may function as an etch stop. 170) may be optional.
도 15는 본 발명의 금속 화합물막을 이용하여 위상 변경 메모리 장치에 하부 전극을 형성하는 본 발명의 프로세스를 도시한다. 메모리 라인 스택은 능동 영역으로서 지칭될 수 있다. 도 15는 도 14의 구조체를 도시하는 것으로서, 도전성 또는 반도전성 폴리실리콘 물질 또는 금속 화합물 물질일 수 있지만, 금속 화합물막으로서 지칭될 수 있는 하부 전극 물질(230)의 공형 도입 이후를 도시한다. 일례에서, 금속 화합물막(230)은, 원하는 저항성에 따라 화학양론적 또는 다른 금속 화합물막 고체 솔루션 비율에 제공될 수 있는 TaN과 같은 금속 질화물 화합물이다.Fig. 15 shows the process of the present invention for forming the lower electrode in the phase change memory device using the metal compound film of the present invention. The memory line stack may be referred to as the active region. FIG. 15 illustrates the structure of FIG. 14, showing after the introduction of the lower electrode material 230, which may be a conductive or semiconductive polysilicon material or a metal compound material, but may be referred to as a metal compound film. In one example, metal compound film 230 is a metal nitride compound, such as TaN, which may be provided in a stoichiometric or other metal compound film solid solution ratio, depending on the desired resistance.
금속 화합물막(230)이 측벽 및 트렌치(20)의 베이스를 따라 도입되어, 금속 화합물막(230)이 감소기 물질(170)과 접촉한다는 의미에서 도입은 공형이다. 발명적인 폴리실리콘, 금속 질화물 및/또는 실리사이드 화합물인 금속 화합물막(230)의 공형 도입은 당업자에게 알려져 있는, CVD 기술을 포함하는 종래의 도입을 따를 수 있다.The introduction is conformal in the sense that the metal compound film 230 is introduced along the sidewalls and the base of the trench 20 so that the metal compound film 230 is in contact with the reducer material 170. The conformal introduction of metal compound film 230, which is an inventive polysilicon, metal nitride and / or silicide compound, can follow conventional introduction, including CVD techniques, known to those skilled in the art.
도 15에 도시된 바와 같이, 트렌치(220)는 제 1 유전체(210)에 형성되어 메모리 셀 스택의 적어도 일부를 노출시키는 리세스로서 지칭될 수 있다. 비록, 리세스는 트렌치(220)로서 지칭되지만, 리세스의 타입은 실질적으로 원형 리세스, 직각(정사각형) 리세스 및 트렌치 리세스로부터 선택될 수 있다.As shown in FIG. 15, trench 220 may be referred to as a recess formed in first dielectric 210 to expose at least a portion of a memory cell stack. Although the recess is referred to as trench 220, the type of recess may be selected from substantially circular recesses, right angle (square) recesses and trench recesses.
금속 화합물막(230)은 금속과, 질소 또는 실리콘 중 적어도 하나를 포함한다. 금속 화합물의 소정의 혼합은, 금속과 관련하여 질소 및 실리콘의 적어도 하나의 구성 요소의 CVD에 의해 수행될 수 있다. 금속 화합물막(230)의 물질은 바람직하게 금속 질화물, 내화성 금속 질화물, 금속 실리콘 질화물, 내화성 금속 실리콘 질화물, 금속 실리사이드 및 내화성 금속 실리사이드와 같은 고저항성 금속 화합물이다. 바람직하게, 금속 화합물막(230)의 합성은 CVD 툴에 대한 공급 스트림량에 의해 제어된다. 특정의 실시예에 따라, 플라즈마 강화 CVD(PECVD)와 같은 다른 CVD 기술이 이용될 수 있다.The metal compound film 230 includes metal and at least one of nitrogen and silicon. The desired mixing of the metal compound may be performed by CVD of at least one component of nitrogen and silicon in relation to the metal. The material of the metal compound film 230 is preferably a high resistance metal compound such as metal nitride, refractory metal nitride, metal silicon nitride, refractory metal silicon nitride, metal silicide and refractory metal silicide. Preferably, the synthesis of the metal compound film 230 is controlled by the amount of feed stream to the CVD tool. According to certain embodiments, other CVD techniques such as plasma enhanced CVD (PECVD) may be used.
다른 실시예에서, 금속 화합물막(230)의 형성은 PVD(physical vapor deposition)에 의해 수행되며, 최종 금속 화합물막을 위한 바람직한 합성을 갖는 타겟이 선택된다. 이와 달리, 복수의 타겟들이 조합되어, 바람직한 금속 화합물막 합성이 달성될 수 있다. PVD 또는 CVD에서, 최상부 증착 두께에 대한 벽 증착 두께의 비율로서 규정되는 커버리지는 약 0.25 내지 약 1의 범위내에 있으며, 바람직하게는 약 0.5이다. 본 발명에서, 하부 전극의 CVD 형성이 바람직하다.In another embodiment, the formation of the metal compound film 230 is performed by physical vapor deposition (PVD), and a target having the desired synthesis for the final metal compound film is selected. Alternatively, a plurality of targets may be combined to achieve desirable metal compound film synthesis. In PVD or CVD, the coverage defined as the ratio of wall deposition thickness to top deposition thickness is in the range of about 0.25 to about 1, preferably about 0.5. In the present invention, CVD formation of the lower electrode is preferred.
금속 화합물막(230)을 위해 금속 질화물이 선택되는 경우, 금속은 Ti, Zr 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, Ta, Nb 등으로부터 선택될 수도 있다. 또한, W, Mo 등으로부터 선택될 수도 있다. 또한, Ni, Co 등으로부터 선택될 수도 있다. 바람직하게, 금속 질화물은 분자식 MxNy의 내화성 금속 질화물 화합물이다. M:N의 비율은 약 0.5:1 내지 약 5:1의 범위내에, 바람직하게는 약 0.6:1 내지 약 2:1의 범위내에 있으며, 가장 바람직하게는 약 1:1의 비율이다. 예를 들어, 본 발명의 일실시예는 약 0.5:1 내지 약 5:1의 비율, 바람직하게는 약 0.6:1 내지 약 2:1의 비율, 가장 바람직하게는 1:1 비율의 TaxNy화합물이다. 다른 실시예는 약 0.5:1 내지 약 5:1 범위, 바람직하게는 약 0.6:1 내지 약 2:1 범위, 가장 바람직하게는 약 1:1의 WxNy화합물이다.When metal nitride is selected for the metal compound film 230, the metal may be selected from Ti, Zr, and the like. It may also be selected from Ta, Nb and the like. It may also be selected from W, Mo and the like. It may also be selected from Ni, Co and the like. Preferably, the metal nitride is a refractory metal nitride compound of molecular formula M x N y . The ratio of M: N is in the range of about 0.5: 1 to about 5: 1, preferably in the range of about 0.6: 1 to about 2: 1, and most preferably about 1: 1. For example, one embodiment of the present invention has a Ta x N ratio of about 0.5: 1 to about 5: 1, preferably about 0.6: 1 to about 2: 1, and most preferably 1: 1 ratio. y compound. Another embodiment is a W x N y compound in the range from about 0.5: 1 to about 5: 1, preferably in the range from about 0.6: 1 to about 2: 1, most preferably about 1: 1.
본 발명의 다른 실시예에서, 금속 화합물막(230)은 금속 실리콘 질화물 화합물일 수 있다. 금속은 Ti, Zr 등으로부터 선택될 수 있는 금속으로부터 선택될 수 있다. 또한, 금속은 Ta, Nb 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 금속은 W, Mo 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 금속은 Ni, Co 등으로부터 선택될 수 있다. 금속 실리콘 실화물 화합물은 분자식 MxSizNy를 가질 수 있으며, M:Si:N의 비율은 약 1:0.5:0.5 내지 약 5:1:1의 범위에 있다. 바람직하게, 그러한 비율은 약 1:1:0.5 내지 1:0.5:1의 범위, 가장 바람직하게는 약 1:1:1 이다. 일실시예에서, 하부 전극 물질 화합물은 약 1:0.5:0.5 내지 약 5:1:1, 바람직하게는 약 1:1:0.5내지 1:0.5:1, 가장 바람직하게는 1:1:1의 TixSiyNz이다.In another embodiment of the present invention, the metal compound film 230 may be a metal silicon nitride compound. The metal may be selected from metals which may be selected from Ti, Zr and the like. In addition, the metal may be selected from Ta, Nb, and the like. In addition, the metal may be selected from W, Mo, and the like. In addition, the metal may be selected from Ni, Co, and the like. The metal silicon silicide compound may have a molecular formula M x Si z N y and the ratio of M: Si: N is in the range of about 1: 0.5: 0.5 to about 5: 1: 1. Preferably such ratio is in the range of about 1: 1: 0.5 to 1: 0.5: 1, most preferably about 1: 1: 1. In one embodiment, the bottom electrode material compound is about 1: 0.5: 0.5 to about 5: 1: 1, preferably about 1: 1: 0.5 to 1: 0.5: 1, most preferably 1: 1: 1 Ti x Si y N z .
다른 실시예에서, 하부 전극은 금속 실리사이드 화합물일 수 있다. 금속은 Ti, Zr 등으로부터 선택될 수 있는 금속으로부터 선택될 수 있다. 또한, 금속은 Ta, Nb 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 금속은 W, Mo 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 금속은 Ni, Co 등으로부터 선택될 수 있다. 금속 실리사이드 화합물은 분자식 MxSiz를 가질 수 있으며, M:Si의 비율은 약 0.5:1 내지 약 5:1의 범위에 있다. 일실시예에서, 하부 전극 물질 화합물은 약 0.5:1 내지 약 5:1 범위, 바람직하게는 약 0.6:1 내지 2:1 범위, 가장 바람직하게는 1:1의 TixSiy이다. 다른 실시예에서, 하부 전극 물질 화합물은 약 0.5:1 내지 약 5:1 범위, 바람직하게는 약 0.6:1 내지 약 2:1 범위, 가장 바람직하게는 약 1:1의 WxSiy이다.In another embodiment, the lower electrode can be a metal silicide compound. The metal may be selected from metals which may be selected from Ti, Zr and the like. In addition, the metal may be selected from Ta, Nb, and the like. In addition, the metal may be selected from W, Mo, and the like. In addition, the metal may be selected from Ni, Co, and the like. The metal silicide compound may have a molecular formula M x Si z and the ratio of M: Si is in the range of about 0.5: 1 to about 5: 1. In one embodiment, the bottom electrode material compound is Ti x Si y in the range from about 0.5: 1 to about 5: 1, preferably in the range from about 0.6: 1 to 2: 1, most preferably 1: 1. In another embodiment, the lower electrode material compound is W x Si y in the range of about 0.5: 1 to about 5: 1, preferably in the range of about 0.6: 1 to about 2: 1, most preferably about 1: 1.
도 16은 도 15에 도시된 구조체의 또다른 프로세스를 도시한다. 금속 화합물막(230)의 형성에 이어서, 제 2 유전체(250)로 리세스(220)가 충진된다. 제 2 유전체(250)는 TEOS(tetra ethly ortho silicate) 프로세스 등과 같은 실리콘 산화물로부터 선택된 실리콘 함유 재료의 CVD에 의해 형성될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 제 2 유전체(250)의 형성에 이어서, 리세스의 최상부 레벨(240)이 될 곳의 위에 존재하는 모든 물질이 제거된다. 물질의 제거는 CMP(chemical mechanical planarization), 기계적 평탄화 등과 같은 프로세스에 의해 수행될 수 있다. 물질의 제거는 등방성 에칭백(isotropic etchback), 이방성 에칭백(anisotropic etchback) 등과 같은 프로세스에 의해 수행될 수 있다.FIG. 16 shows another process of the structure shown in FIG. 15. Following the formation of the metal compound film 230, the recess 220 is filled with the second dielectric 250. The second dielectric 250 may be formed by CVD of a silicon containing material selected from silicon oxide, such as a tetra ethly ortho silicate (TEOS) process or the like. As shown in FIG. 16, following formation of the second dielectric 250, all material present above the top level 240 of the recess is removed. Removal of material may be performed by processes such as chemical mechanical planarization (CMP), mechanical planarization, and the like. Removal of material may be performed by processes such as isotropic etchback, anisotropic etchback, and the like.
도 17은 도 16의 구조체에 대해 (도 1에서 메모리 소자(30)로서 표시된) 메모리 물질(290)의 볼륨을 도입한 이후를 도시한다. 일례에서, 메모리 물질(290)은 위상 변경 물질이다. 보다 특정적인 예에서, 메모리 물질(290)은 칼코겐 소자(들)이다. 위상 변경 메모리 물질(290)의 예로는, 제한적인 것은 아니지만, 화학양론적 및 고체 솔루션 비율 모두에 있어서 TexGeySbz(tellerium-germanium-antimony) 물질의 부류의 합성이 포함한다. 현재의 기술에 따른 일례에서, 메모리 물질(290)의 볼륨이 도입되어, 약 300Å 내지 약 6,000Å 범위의 두께로 패터닝된다.FIG. 17 illustrates after introducing a volume of memory material 290 (indicated as memory element 30 in FIG. 1) for the structure of FIG. 16. In one example, memory material 290 is a phase change material. In a more particular example, the memory material 290 is chalcogen element (s). Examples of phase change memory material 290 include, but are not limited to, synthesis of a class of Te x Ge y Sb z (tellerium-germanium-antimony) materials in both stoichiometric and solid solution ratios. In one example in accordance with current technology, a volume of memory material 290 is introduced and patterned to a thickness in the range of about 300 kPa to about 6,000 kPa.
도 17의 구조체에서의 메모리 물질(290)의 볼륨 위에는, 예를 들면, 각각 Ti(Titanium) 및 TiN(Titanium Nitride)의 장벽 물질(300, 310)이 위치된다. 하나의 양상에서, 장벽 물질은 메모리 물질(290)의 볼륨과 메모리 물질(290)의 볼륨 위의 제 2 도체 또는 신호 라인 물질(예를 들면, 제 2 전극(10)) 사이의 확산을 방지하기 위한 기능을 한다. 장벽 물질(300, 301) 위에는 제 2 도체 또는 신호 라인 물질(315)이 위치된다. 본 예에서, 제 2 도체 또는 신호 라인 물질(315)은 어드레스 라인, 열 라인(예를 들면, 도 1의 열 라인(10))으로서 기능한다. 제 2 도체 또는 신호 라인 물질(315)은, 본 실시예에서는, 제 1 도체 또는 신호 라인 물질(140)과 일반적으로 직교하도록 패터닝된다(열 라인들은 행 라인들과 직교함). 예를 들어, 제 2 도체 또는 신호 라인 물질(315)은 알루미늄 함금과 같은 알루미늄 물질이다. 장벽 물질 및 제 2 도체 또는 신호 라인 물질(315)의 도입 및 패터닝을 위한 방법은 당업자에게 알려져 있는 기술을 포함한다.Above the volume of memory material 290 in the structure of FIG. 17, barrier materials 300 and 310 of Ti (Titanium) and TiN (Titanium Nitride), respectively, are positioned. In one aspect, the barrier material prevents diffusion between the volume of memory material 290 and the second conductor or signal line material (eg, second electrode 10) over the volume of memory material 290. To function. A second conductor or signal line material 315 is positioned over the barrier material 300, 301. In this example, the second conductor or signal line material 315 functions as an address line, column line (eg, column line 10 of FIG. 1). The second conductor or signal line material 315 is patterned to be generally orthogonal to the first conductor or signal line material 140 in this embodiment (column lines are orthogonal to the row lines). For example, the second conductor or signal line material 315 is an aluminum material, such as aluminum alloy. Methods for introduction and patterning of barrier material and second conductor or signal line material 315 include techniques known to those skilled in the art.
도 18은 도 17의 구조체에 대해 제 2 도체 또는 신호 라인 물질(315)상에 유전체 물질(330)을 도입한 이후를 도시한다. 유전체 물질(330)은, 제 2 도체 또는 신호 라인 물질(315) 및 메모리 물질(290)을 둘러싸서 그러한 구조체를 전기적으로 분리시키는, 예를 들면, SiO2또는 다른 적절한 물질이다. 도입에 이어서, 유전체 물질(330)이 평탄화되고, 콘택트 코리도와 같은 비아가 유전체 물질(330), 유전체 물질(210) 및 마스킹 물질(180)을 통해 감소기 물질(170)까지 구조체의 일부에 형성된다. 비아는 텅스텐(W)과 같은 도전성 재료(340) 및 Ti 및 TiN의 조합과 같은 장벽 물질(350)로 충진된다. 유전체 물질(330) 도입, 도전성 비아 형성 및 충진, 평탄화 기술들에 대해서는 당업자에게 알려져 있다.18 illustrates the introduction of dielectric material 330 on second conductor or signal line material 315 for the structure of FIG. 17. Dielectric material 330 is, for example, SiO 2 or other suitable material that surrounds second conductor or signal line material 315 and memory material 290 to electrically separate such structures. Following introduction, the dielectric material 330 is planarized and vias such as contact corridors are formed in the portion of the structure through the dielectric material 330, the dielectric material 210 and the masking material 180 to the reducer material 170. do. The via is filled with a conductive material 340 such as tungsten (W) and a barrier material 350 such as a combination of Ti and TiN. Techniques for introducing dielectric material 330, forming and filling conductive vias, and planarization techniques are known to those skilled in the art.
또한, 도 18에 도시된 구조체는 기판(100)상에 형성된 제 1 도체 또는 신호 라인 물질(140)(예를 들면, 행 라인)을 반영(mirroring)하도록 도입 및 패터닝된다. 미러 도체 라인 물질(320)은 제 1 도체 또는 신호 라인 물질(140)을 반영하며, 도전성 비아를 통해 제 1 도체 또는 신호 라인 물질(140)에 접속된다. N 타입 실리콘과 같은 도핑된 반도체를 반영함으로써, 하나의 양상에서, 미러 도체 라인 물질(320)은 도 1에 도시된 메모리 어레이(5)와 같은 메모리 어레이내의 도체 또는 신호 라인 물질(140)의 저항성을 감소시키도록 기능한다. 미러 도체 라인 물질(320)용으로 적절한 물질은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 알루미늄 물질을 포함한다.In addition, the structure shown in FIG. 18 is introduced and patterned to mirror the first conductor or signal line material 140 (eg, row line) formed on the substrate 100. Mirror conductor line material 320 reflects first conductor or signal line material 140 and is connected to first conductor or signal line material 140 through conductive vias. By reflecting a doped semiconductor such as N type silicon, in one aspect, mirror conductor line material 320 is resistive of conductor or signal line material 140 in a memory array, such as memory array 5 shown in FIG. Function to reduce. Suitable materials for the mirror conductor line material 320 include aluminum materials such as aluminum or aluminum alloys.
도 1에서의 메모리 소자(15)와 같은 메모리 소자 형성에 대한 상기 설명에서, 금속 화합물막(230)은 전극이며, 메모리 물질과 도체 또는 신호 라인(예를 들면, 행 라인 및 열 라인) 사이에 규정되고, 향상된 전기 특성을 갖는다. 기술된 실시예에서, 전극의 저항성은 소정의 금속 화합물막(230)을, 본 명세서 개시된 바와 같이 만들도록 선택된다. 이러한 방법에서는, 제 2 도체 또는 신호 라인 물질(320) 혹은 제 1 도체 또는 신호 라인 물질(140)로부터 메모리 물질(290)로 공급된 전압은 메모리 물질(290)의 볼륨 부근에 있을 수 있으며, 위상 변경을 초래하는 에너지의 소비가 최소화될 수 있다. 메모리 어레이(5)의 한 메모리 소자의 형성에 대한 설명이 상세화된다. 메모리 어레이(5)의 다른 메모리 소자들은 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 다른 집적 회로와 더불어 메모리 어레이(5)의 많은 메모리 소자, 및 가능하게는 모든 메모리 소자는 동시에 제조될 수 있다.In the above description of the formation of a memory element such as the memory element 15 in FIG. 1, the metal compound film 230 is an electrode, and between the memory material and the conductor or signal line (e.g., row line and column line). Defined and have improved electrical properties. In the described embodiment, the resistance of the electrode is selected to make the desired metal compound film 230 as disclosed herein. In this method, the voltage supplied from the second conductor or signal line material 320 or the first conductor or signal line material 140 to the memory material 290 may be near the volume of the memory material 290, and may be phased. The consumption of energy causing change can be minimized. Description of the formation of one memory element of the memory array 5 is detailed. Other memory elements of the memory array 5 can be manufactured in the same way. Many memory elements of the memory array 5, and possibly all memory elements, as well as other integrated circuits, can be fabricated at the same time.
도 19는 위상 변경 메모리 물질의 볼륨의 세팅 및 리세팅의 그래프를 도시한다. 도 1을 참조하면, (열 라인(10a) 및 행 라인(20a)에 의해 어드레싱된) 세팅 및 리세팅 메모리 소자(15)는, 일례에서, 열 라인(10a)에 전압을 공급하여, 도 1에 도시된 바와 같은 메모리 물질(30)의 볼륨 또는 도 12에 도시된 바와 같은 메모리 물질(290)로 전류를 도입하는 것을 포함한다. 전류는 메모리 물질(30)의 볼륨에서 온도가 증가하도록 한다. 도 19를 참조하면, 메모리 물질의 볼륨을 비결정화(amorphizing)하기 위해, 메모리 물질의 볼륨은 비결정화 온도 TM을 초과하는 온도까지 가열된다. 일단 TM을 초과하는 온도에 도달하면, 메모리 물질의 볼륨은 (전류 흐름을 제거함으로써) 신속하게 식혀지거나 냉각된다. 냉각(quenching)은 메모리 물질(30)의 볼륨이 결정화되어, 메모리 물질(30)의 볼륨이 비결정 상태로 유지되는 레이트보다 빠른 레이트 t1에서 수행된다. 메모리 물질(30)의 볼륨을 결정화하기 위해, 전류 흐름에 의해 온도가 물질에 대한 결정화 온도까지 상승되어, 물질을 결정화하기에 충분한 시간 동안 그 온도로 유지된다. 그러한 시간 이후에, 메모리 물질의 볼륨은 (전류 흐름을 제거함으로써) 냉각된다.19 shows a graph of setting and resetting of a volume of phase change memory material. Referring to FIG. 1, the setting and reset memory element 15 (addressed by column line 10a and row line 20a), in one example, supplies a voltage to column line 10a, and FIG. 1. Introducing a volume of memory material 30 as shown in FIG. 12 or a memory material 290 as shown in FIG. The current causes the temperature to increase in the volume of memory material 30. Referring to FIG. 19, in order to amorphize the volume of the memory material, the volume of the memory material is heated to a temperature above the amorphous temperature T M. Once the temperature exceeds T M , the volume of memory material cools down or cools down quickly (by removing the current flow). Quenching is performed at a rate t 1 which is faster than the rate at which the volume of memory material 30 is crystallized, so that the volume of memory material 30 remains amorphous. In order to crystallize the volume of the memory material 30, the temperature is raised by the current flow to the crystallization temperature for the material, and maintained at that temperature for a time sufficient to crystallize the material. After that time, the volume of memory material is cooled (by removing the current flow).
메모리 물질(30)의 볼륨을 리세팅 및 세팅하는 이들 각각의 예에서, 메모리 물질(30)의 볼륨에서 온도 전달을 집중하는 것의 중요성이 설명된다. 이것을 위한 한 가지 방법은 전술한 바와 같이 전극의 일부를 수정하는 것이다. 도 19의 삽입 그림은 메모리 물질(30)의 볼륨에서 가열(전류)을 집중시키기 위해 수정 부분(35)(저항기로서 도시됨)을 갖는 전극을 갖는 메모리 셀(15)을 도시한다.In each of these examples of resetting and setting the volume of memory material 30, the importance of focusing the temperature transfer in the volume of memory material 30 is illustrated. One way to do this is to modify part of the electrode as described above. The inset of FIG. 19 shows a memory cell 15 having an electrode with a modification 35 (shown as a resistor) to concentrate heating (current) in the volume of memory material 30.
앞에서의 예에서, 메모리 물질(30)의 볼륨은 고온으로 가열되어, 물질을 비결정화하고, 메모리 소자를 리세트(예를 들면, 프로그램 0)한다. 메모리 물질의 볼륨을 보다 낮은 결정화 온도로 가열하는 것은 물질을 결정화하고, 메모리 소자를 설정(예를 들면, 프로그램 1)한다. 리세트 및 세트와 비결정 및 결정 물질의 각각의 관련성은 관행적인 것이며, 적어도 상반되는 관행이 채택될 수도 있음을 이해할 것이다. 또한, 이러한 예로부터, 메모리 물질(30)의 볼륨은 전류 흐름을 변화시킴으로써, 그리고 메모리 물질의 볼륨을 통한 지속 기간에 의해 부분적으로 세트 또는 리세트될 필요는 없음을 이해할 것이다.In the previous example, the volume of memory material 30 is heated to a high temperature to amorphousize the material and reset the memory element (eg, program 0). Heating the volume of memory material to a lower crystallization temperature crystallizes the material and sets up the memory device (eg, program 1). It will be appreciated that the relevance of each of the resets and sets with amorphous and crystalline materials is customary and at least contrary practice may be employed. Also, from this example, it will be appreciated that the volume of memory material 30 need not be partially set or reset by varying the current flow and by the duration through the volume of memory material.
금속 화합물 전극을 이용하는 경우 다른 이점이 제공된다. 하부 전극과 메모리 물질의 볼륨 사이에는 금속간 인터페이스(metal-to-metal interface)가 존재하기 때문에, 도핑된 폴리실리콘 칼코겐 인터페이스의 저항보다 낮은 인터페이스 저항이 존재할 수 있다.Another advantage is provided when using metal compound electrodes. Because there is a metal-to-metal interface between the lower electrode and the volume of memory material, there may be an interface resistance lower than that of the doped polysilicon chalcogenide interface.
하부 전극을 형성하는 본 발명의 금속 화합물막(230)의 화학적 구성 때문에, 프로세스 흐름이 단순화된다. 예를 들어, 프로세스 흐름에서 폴리실리콘의 주입 및 그것의 활성화는 필요하지 않다. 도핑된 폴리실리콘 하부 전극은 도핑된 전극을 활성화하여 그것을 하부 전극 상부 표면 사이의 도전성 장벽층으로 만들기 위해 도핑 프로세스, 어닐링 프로세스와 같은 처리를 요구하며, 상부 표면에서 강화된 가열을 위해 상부 표면을 성분적으로 수정하기 위한 처리를 요구한다.Because of the chemical composition of the metal compound film 230 of the present invention forming the lower electrode, the process flow is simplified. For example, injection of polysilicon and its activation in the process flow is not necessary. The doped polysilicon bottom electrode requires treatment such as a doping process, annealing process to activate the doped electrode and make it a conductive barrier layer between the top surface of the bottom electrode, forming the top surface for enhanced heating at the top surface. It requires processing to modify it.
반대로, 본 발명의 하부 전극은 금속 화합물막(230)으로 형성되며, 그 다음 유전체 재료가 그것에 충진된다. 그 후, CMP가 수행되어, 메모리 물질(290)이 증착될 수 있다.In contrast, the lower electrode of the present invention is formed of a metal compound film 230, and then a dielectric material is filled therein. Thereafter, CMP may be performed to deposit the memory material 290.
당업자라면, 첨부된 특허 청구 범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 원리 및 영역으로부터 벗어나지 않고서도, 본 발명의 본질을 설명하기 위해 기술 및 도시된 부분들 및 방법 단계의 세부 내용, 물질 및 구성에 있어서 다양한 다른 변경이 가능함을 알 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes in details, materials, and configurations of the techniques and depicted parts and method steps to illustrate the nature of the invention, without departing from the spirit and scope of the invention as described in the appended claims. It will be appreciated that other changes are possible.
Claims (27)
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PCT/US2002/005534 WO2003073511A1 (en) | 2002-02-22 | 2002-02-22 | Dual trench isolation for a phase-change memory cell and method of making same |
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