KR20060001061A - Phase change ram device using pn diode - Google Patents

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KR20060001061A KR20040050078A KR20040050078A KR20060001061A KR 20060001061 A KR20060001061 A KR 20060001061A KR 20040050078 A KR20040050078 A KR 20040050078A KR 20040050078 A KR20040050078 A KR 20040050078A KR 20060001061 A KR20060001061 A KR 20060001061A
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장헌용
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Abstract

본 발명은 이웃하는 상변환(GST) 셀들간의 누설전류를 감소시킨 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자를 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자는, 기판; 상기 기판 표면에 제1,제2,제3 P형 영역과 제1, 제2,제3 N형 영역이 교번적으로 형성되어 구성된 PN 다이오드; 상기 PN 다이오드의 좌우 양측 P형 영역 및 N형 영역과 각각 콘택되게 형성된 비트라인 콘택; 상기 비트라인 콘택들을 상호 연결하도록 형성된 비트라인; 상기 PN 다이오드의 임의의 P형 영역 및 N형 영역과 동시에 콘택하도록 형성된 스토리지 노드 콘택; 상기 스토리지 노드 콘택과 콘택되게 형성된 하부전극; 상기 하부전극의 일측면과 접촉하도록 형성된 GST막; 상기 GST막 상에 형성되어 GST 셀을 구성하는 상부전극; 및 상기 상부전극과 콘택하도록 형성된 금속배선을 포함하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자에 있어서, 상기 GST 셀들은 이웃하는 GST 셀들간에 하부전극의 길이를 상이하게 하는 것을 통해 GST막의 위치를 서로 달리하여 전체적으로 지그-재그 (Zig-Zag) 형태로 배열되도록 형성된 것을 특징으로 한다. The present invention discloses a phase change memory device using a PN diode which reduces the leakage current between neighboring phase change (GST) cells. A phase conversion memory device using a PN diode according to the present invention, the substrate comprising: a substrate; A PN diode formed by alternately forming first, second and third P-type regions and first, second and third N-type regions on the substrate surface; Bit line contacts formed to contact the left and right P-type regions and the N-type regions of the PN diode, respectively; A bit line configured to interconnect the bit line contacts; A storage node contact configured to simultaneously contact any P-type and N-type region of the PN diode; A lower electrode formed to contact the storage node contact; A GST film formed in contact with one side of the lower electrode; An upper electrode formed on the GST film to constitute a GST cell; And a PN diode comprising a metal wiring formed to contact the upper electrode, wherein the GST cells are different from each other in the position of the GST film by varying the length of the lower electrode between neighboring GST cells. It is characterized in that it is formed to be arranged in a zig-zag form as a whole.

Description

피엔 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자{Phase change RAM device using PN diode}Phase change RAM device using PN diode

도 1a 내지 도 1c는 종래 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자를 설명하기 위한 도면. 1A to 1C are diagrams for explaining a phase change memory device using a conventional PN diode.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자를 설명하기 위한 평면도.2 is a plan view illustrating a phase change memory device using a PN diode according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 도 3b는 도 2의 A-A'선 및 B-B'선에 따른 단면도. 3A and 3B are cross-sectional views taken along lines A-A 'and B-B' of FIG. 2;

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자를 설명하기 위한 평면도. 4 is a plan view illustrating a phase change memory device using a PN diode according to another embodiment of the present invention.

도 5a 및 5b는 도 4의 A-A'선 및 B-B'선에 따른 단면도. 5A and 5B are cross-sectional views taken along lines A-A 'and B-B' of FIG. 4.

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

1: 실리콘 웨이퍼 2 : 매몰산화막1: silicon wafer 2: investment oxide film

3 : 실리콘층 10 : SOI 기판3: silicon layer 10: SOI substrate

11 : 제1산화막 12 : 비트라인 콘택11: first oxide film 12: bit line contact

13 : 비트라인 14 : 제2산화막13 bit line 14 second oxide film

15a,15b : 스토리지 노드 콘택 16a,16b : 하부전극15a, 15b: Storage node contacts 16a, 16b: Lower electrode

17 : GST막 18 : 제3산화막 17: GST film 18: third oxide film                 

19 : 상부전극 20 : 제4산화막19: upper electrode 20: fourth oxide film

21 : 금속배선 G1,G2 : GST 셀21: Metallization G1, G2: GST Cell

P1,P2,P3 : P형 영역 N1,N2,N3 : N형 영역P1, P2, P3: P type region N1, N2, N3: N type region

본 발명은 상변환 기억 소자에 관한 것으로, 특히, 이웃하는 셀들간의 누설전류를 감소시킨 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase change memory element, and more particularly, to a phase change memory element using a PN diode having reduced leakage current between neighboring cells.

일반적으로 기억 소자는 전원이 차단되면 입력된 정보를 잃어버리는 휘발성의 램(Random Access Memory : RAM) 소자와, 전원이 차단되더라도 입력된 정보의 저장 상태를 계속해서 유지하는 롬(Read Only Memory : ROM) 소자로 크게 구분된다. 상기 휘발성의 램 소자로는 디램(DRAM) 및 에스램(SRAM)을 들 수 있으며, 상기 비휘발성의 롬 소자로는 EEPROM(Elecrtically Erasable and Programmable ROM)과 같은 플래쉬 기억(Flash Memory) 소자를 들 수 있다. Generally, a memory device is a volatile random access memory (RAM) device that loses input information when the power is cut off, and a ROM that keeps the input data stored even when the power is cut off. ) Are largely divided into elements. The volatile RAM devices may include DRAM and SRAM, and the nonvolatile ROM devices may include flash memory devices such as EEPROM (Elecrtically Erasable and Programmable ROM). have.

그런데, 상기 디램은 잘 알려진 바와 같이 매우 우수한 기억 소자임에도 불구하고 주기적인 리프레쉬 동작을 위해 높은 전하저장 능력이 요구되고, 이를위해, 전극 표면적을 증가시켜야만 하므로 고집적화에 어려움을 갖게 되었다. 또한, 상기 플래쉬 기억 소자는 두 개의 게이트가 적층된 구조를 갖는 것과 관련해서 전원전압에 비하여 높은 동작전압이 요구되고, 이에따라, 쓰기 및 소거 동작에 필요한 전압을 형성하기 위해 별도의 승압 회로를 필요로 하므로 고집적화에 어려움이 있다. However, although the DRAM is a very good memory device as is well known, high charge storage capability is required for periodic refresh operation, and for this purpose, it is difficult to achieve high integration since the electrode surface area must be increased. In addition, the flash memory device requires a higher operating voltage than a power supply voltage in connection with a structure in which two gates are stacked, and thus requires a separate boost circuit to form a voltage required for write and erase operations. Therefore, there is a difficulty in high integration.                         

이에, 비휘발성 기억 소자의 특성을 가지면서 고집적화를 이룰 수 있고, 또한, 구조가 단순한 새로운 기억 소자를 개발하기 위한 많은 연구들이 진행되어 왔으며, 그 한 예로 상변환 기억 소자(Phase Change RAM)가 제안되었다. Accordingly, many studies have been conducted to develop new memory devices having characteristics of non-volatile memory devices and simple structures. For example, a phase change RAM device is proposed. It became.

이러한 상변환 기억 소자는 하부전극과 상부전극 사이의 전류 흐름을 통해서 상기 전극들 사이에 개재된 상변환막이 결정질 상태에서 비정질 상태로 상변화가 일어나는 것으로부터 결정질과 비정질에 따른 저항 차이를 이용하여 셀에 저장된 정보를 판별하는 기억 소자이다. The phase change memory device uses a difference in resistance between crystalline and amorphous phases due to a phase change from the crystalline state to the amorphous state between the electrodes through the current flow between the lower electrode and the upper electrode. It is a storage element for determining the information stored in the.

다시말해, 상변환 기억 소자는 상변환막으로 칼코제나이드(Chalcogenide)막을 이용하는데, 이러한 칼코제나이드막은 게르마늄(Ge), 스티비움(Sb) 및 텔루리움 (Te)로 이루어진 화합물막(이하, GST막)으로서, 인가된 전류, 즉, 주울 열(Joule Heat)에 의해 비정질(Amorphouse) 상태와 결정질(Crystalline) 상태 사이에서 상변화가 일어나며, 이때, 비정질 상태를 갖는 상변환막의 비저항이 결정질 상태를 갖는 상변환막의 비저항 보다 높다는 것으로부터, 읽기 모드에서 상변환막을 통하여 흐르는 전류를 감지하여 상변환 기억 셀에 저장된 정보가 논리 '1'인지 또는 논리 '0'인지를 판별하게 된다. In other words, the phase-conversion memory device uses a chalcogenide film as a phase-conversion film, which is a compound film composed of germanium (Ge), stevidium (Sb), and tellurium (Te). GST film), a phase change occurs between an amorphous state and a crystalline state by an applied current, that is, Joule heat, wherein the resistivity of the phase change film having an amorphous state is in a crystalline state. Since it is higher than the specific resistance of the phase change film having a value, the current flowing through the phase change film in the read mode is sensed to determine whether the information stored in the phase change memory cell is logic '1' or logic '0'.

또한, 종래의 상변환 기억 소자는 GST막의 상변화가 일어나도록 하기 위해 필요한 1㎃ 이상의 전류량을 형성하기 위해서 PN 다이오드를 이용하고 있다. In addition, the conventional phase-change memory element uses a PN diode to form an amount of current of 1 mA or more necessary for causing a phase change of the GST film to occur.

도 1a 내지 도 1c는 종래 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자를 설명하기 위한 도면들로서, 도 1은 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이며, 도 3은 쓰기 및 읽기 동작을 설명하기 위한 모식도이다. 1A to 1C are diagrams for describing a phase change memory device using a conventional PN diode. FIG. 1 is a plan view, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, and FIG. It is a schematic diagram for explaining the operation.                         

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자는 실리콘 웨이퍼(1) 상에 매몰산화막(2) 및 실리콘층(3)이 적층된 SOI(Silcon On Insulator) 기판(10)의 실리콘층(3) 표면에 수 개의 P형 영역(P1,P2,P3)과 N형 영역(N1,N2,N3)이 교대로 형성되어 PN 다이오드를 이루고, 좌우 양측의 제1 P형 영역(P1)과 제3 N형 영역(N3)과 각각 콘택되게 비트라인 콘택(12)이 형성되며, 상기 비트라인 콘택들(12)을 상호 연결시키도록 비트라인(13)이 형성되고, 중앙의 제3 P형 영역(P3)과 제2 N형 영역(N2)에 동시에 콘택하게 스토리지 노드 콘택(15)이 형성되며, 또한, 상기 스토리지 노드 콘택(15) 상에 하부전극(16)이 형성되고, 상기 하부전극(16)의 측면에는 GST막(17)이 형성되며, 상기 GST막(17) 상에 상부전극(19)이 형성되어 GST 셀(G1, G2)을 이루고, 그리고, 상기 상부전극(19) 상부에 상기 상부전극(19)과 콘택되게 금속배선(21)이 형성된 구조를 갖는다. 1A and 1B, a phase-conversion memory device using a conventional PN diode includes a silicon on insulator (SOI) substrate 10 having a buried oxide film 2 and a silicon layer 3 stacked on a silicon wafer 1. Several P-type regions P1, P2, P3 and N-type regions N1, N2, N3 are alternately formed on the surface of the silicon layer 3 of the silicon layer 3 to form a PN diode, and the first P-type regions (left and right sides) A bit line contact 12 is formed to contact P1 and the third N-type region N3, respectively, and a bit line 13 is formed to interconnect the bit line contacts 12. A storage node contact 15 is formed in contact with the 3 P-type region P3 and the second N-type region N2 at the same time, and a lower electrode 16 is formed on the storage node contact 15. A GST film 17 is formed on the side of the lower electrode 16, and an upper electrode 19 is formed on the GST film 17 to form GST cells G1 and G2, and the upper electrode ( 19) on the upper part The upper electrode group 19 and the contacts make the metal wire 21 has a structure formed thereon.

이와 같은 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자는 하부전극(16)에서 GST막(17)을 통해 상부전극(18)으로 전류를 흐르게 하는 것에 의해 상기 GST막(17)이 비정질 상태에서 결정질 상태로 상변화가 일어나도록 만들어 읽기(Read) 동작시 전류에 따른 로우(Low)와 하이(High)로 증폭을 하게 된다. In the phase change memory device using the PN diode, the GST film 17 is transferred from the amorphous state to the crystalline state by allowing a current to flow from the lower electrode 16 to the upper electrode 18 through the GST film 17. The change occurs to amplify the low and high according to the current during the read operation.

즉, 도 1c에 도시된 바와 같이, 쓰기(Write) 동작시에는 "하이" 상태인 a 노드에서 PN 다이오드(P1N1P2N2)를 통해 "로우" 상태인 b 노드로 순반향의 전류 흐름이 형성되어 하부전극(16) 가장자리와 접촉하고 있는 GST막(17)이 상변화가 일어나게 되고, 읽기(Read) 동작시에는 "하이" 상태인 b 노드에서 PN 다이오드(P3N3)를 통해 "로우" 상태인 c 노드로 순방향의 전류 흐름을 형성하게 되며, 이때, GST막 (17)의 상변화에 의해 저항이 높아지거나 낮아지는 정도에 따라 전류 세기가 달라지면서 증폭하게 된다. That is, as shown in FIG. 1C, in a write operation, a forward current flows from a node in a high state to a node b in a low state through the PN diode P1N1P2N2, thereby forming a lower electrode. (16) The phase change of the GST layer 17 in contact with the edge occurs, and in the read operation, the node "b" from the node "high" to the node "c" in the state "low" through the PN diode (P3N3). The current flow in the forward direction is formed, and at this time, the current intensity varies according to the degree to which the resistance is increased or decreased by the phase change of the GST film 17, thereby amplifying.

도 1a 내지 도 1c에서, 미설명된 도면부호 11은 제1산화막을, 14는 제2산화막을, 18은 제3산화막을, 20은 제4산화막을, Rd는 읽기 동작용 PN 다이오드를, 그리고, Wd는 쓰기 동작용 PN 다이오드를 각각 나타낸다. In FIGS. 1A to 1C, reference numeral 11 denotes a first oxide film, 14 a second oxide film, 18 a third oxide film, 20 a fourth oxide film, Rd a read operation PN diode, and Denotes a write operation PN diode, respectively.

그러나, 전술한 종래의 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자는 GST막이 배치되는 GST 셀들이 동일 수직 선상에 일렬로 형성되는 구조이므로, 이웃하는 GST 셀들간의 간격이 작을 수 밖에 없으며, 이에 따라, 이웃하는 GST 셀들간의 누설전류가 커짐으로서 하부전극과 상부전극 사이의 전류 흐름이 집중되지 못하여 동작 특성이 저하되는 문제점이 있다. However, the above-described phase change memory device using the PN diode has a structure in which the GST cells in which the GST film is disposed are formed in a line on the same vertical line, so that the interval between neighboring GST cells is small, and thus, the neighboring As the leakage current between the GST cells increases, the current flow between the lower electrode and the upper electrode is not concentrated, resulting in a decrease in operating characteristics.

한편, 더 많은 전류흐름을 확보하기 위해서는 다이오드의 길이(length)를 줄여야 하는데, 이렇게 되면, 역방향의 다이오드 항복전압(Breakdown voltage)이 낮아지면서 읽기 동작시의 센싱 마진(sensing margin)이 떨어지게 된다. On the other hand, in order to secure more current flow, the length of the diode must be reduced. In this case, the diode breakdown voltage in the reverse direction is lowered, and the sensing margin during the read operation is reduced.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 이웃하는 GST 셀들간의 누설전류를 감소시킨 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자를 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a phase conversion memory device using a PN diode which reduces leakage current between neighboring GST cells.

또한, 본 발명은 이웃하는 GST 셀들간의 누설전류를 감소시킴으로써 동작 특성이 확보되도록 한 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자를 제공함에 그 다른 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a phase conversion memory device using a PN diode in which operating characteristics are secured by reducing leakage current between neighboring GST cells.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 기판; 상기 기판 표면에 제1,제2,제3 P형 영역과 제1,제2,제3 N형 영역이 교번적으로 형성되어 구성된 PN 다이오드; 상기 PN 다이오드의 좌우 양측 P형 영역 및 N형 영역과 각각 콘택되게 형성된 비트라인 콘택; 상기 비트라인 콘택들을 상호 연결하도록 형성된 비트라인; 상기 PN 다이오드의 임의의 P형 영역 및 N형 영역과 동시에 콘택하도록 형성된 스토리지 노드 콘택; 상기 스토리지 노드 콘택과 콘택되게 형성된 하부전극; 상기 하부전극의 일측면과 접촉하도록 형성된 GST막; 상기 GST막 상에 형성되어 GST 셀을 구성하는 상부전극; 및 상기 상부전극과 콘택하도록 형성된 금속배선을 포함하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자에 있어서, 상기 GST 셀들은 이웃하는 GST 셀들간에 하부전극의 길이를 상이하게 하는 것을 통해 GST막의 위치를 서로 달리하여, 전체적으로 지그-재그(Zig-Zag) 형태로 배열되도록 형성된 것을 특징으로 하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention, a substrate; A PN diode formed by alternately forming first, second, and third P-type regions and first, second, and third N-type regions on the substrate surface; Bit line contacts formed to contact the left and right P-type regions and the N-type regions of the PN diode, respectively; A bit line configured to interconnect the bit line contacts; A storage node contact configured to simultaneously contact any P-type and N-type region of the PN diode; A lower electrode formed to contact the storage node contact; A GST film formed in contact with one side of the lower electrode; An upper electrode formed on the GST film to constitute a GST cell; And a PN diode comprising a metal wiring formed to contact the upper electrode, wherein the GST cells are different from each other in the position of the GST film by varying the length of the lower electrode between neighboring GST cells. Accordingly, a phase change memory device using a PN diode is formed so as to be arranged in a zig-zag shape as a whole.

여기서, 상기 하부전극은 홀수번째 또는 짝수번째 행의 하부전극이 짝수번째 또는 홀수번째 행의 하부전극 보다 짧은 길이로 연장 배치되게 형성된 것을 특징으로 하며, 아울러, 상기 GST막은 서로 다른 하부전극들의 동일 측면과 접촉하도록 형성된 것을 특징으로 한다. Here, the lower electrode is characterized in that the lower electrode of the odd or even row is formed to extend shorter than the lower electrode of the even or odd row, the GST film is the same side of the different lower electrode It is characterized in that it is formed in contact with.

또한, 본 발명은, 기판; 상기 기판 표면에 제1,제2,제3 P형 영역과 제1,제2,제3 N형 영역이 교번적으로 형성되어 구성된 PN 다이오드; 상기 PN 다이오드의 좌우 양측 P형 영역 및 N형 영역과 각각 콘택되게 형성된 비트라인 콘택; 상기 비트 라인 콘택들을 상호 연결하도록 형성된 비트라인; 상기 PN 다이오드의 임의의 P형 영역 및 N형 영역과 동시에 콘택하도록 형성된 스토리지 노드 콘택; 상기 스토리지 노드 콘택과 콘택되게 형성된 하부전극; 상기 하부전극의 일측면과 접촉하도록 형성된 GST막; 상기 GST막 상에 형성되어 GST 셀을 구성하는 상부전극; 및 상기 상부전극과 콘택하도록 형성된 금속배선을 포함하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자에 있어서, 상기 스토리지 노드 콘택은 이웃하는 GST 셀들간에 서로 다른 위치의 N형 영역 및 P형 영역과 동시에 콘택하도록 형성되어 전체적으로 GST 셀들이 지그-재그 (Zig-Zag) 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자를 제공한다. In addition, the present invention, a substrate; A PN diode formed by alternately forming first, second, and third P-type regions and first, second, and third N-type regions on the substrate surface; Bit line contacts formed to contact the left and right P-type regions and the N-type regions of the PN diode, respectively; A bit line formed to interconnect the bit line contacts; A storage node contact configured to simultaneously contact any P-type and N-type region of the PN diode; A lower electrode formed to contact the storage node contact; A GST film formed in contact with one side of the lower electrode; An upper electrode formed on the GST film to constitute a GST cell; And a PN diode comprising a metal wiring formed to contact the upper electrode, wherein the storage node contact is to be contacted with an N-type region and a P-type region at different positions between neighboring GST cells. The present invention provides a phase conversion memory device using a PN diode, wherein the GST cells are arranged in a zig-zag form.

여기서, 상기 스토리지 노드 콘택은 홀수번째 또는 짝수번째 행의 스토리지 노드 콘택은 제2 N형 영역 및 제3 P형 영역과 동시에 콘택하도록 형성되고, 짝수번째 또는 홀수번째 행의 스토리지 노드 콘택은 제1 N형 영역 및 제2 P형 영역과 동시에 콘택하도록 형성된 것을 특징으로 한다. Herein, the storage node contacts are formed so that the storage node contacts in the odd or even row are in contact with the second N-type region and the third P-type region at the same time, and the storage node contacts in the even or odd row are in the first N region. And contact with the mold region and the second P-type region at the same time.

(실시예)(Example)

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

먼저, 본 발명의 기술적 원리를 간략하게 설명하면, 본 발명은 GST막이 배치되는 GST 셀들이 동일 수직 선상에 일렬로 나란히 배치되는 종래 구조와는 달리 상기 GST막이 배치되는 GST 셀들을 지그-재그(Zig-Zag) 형태로 배열되도록 한다. 그리고, 이를 위해 본 발명은 일부 하부전극의 형상을 변경하거나, 또는, 스토리지 노드 콘택의 위치를 변경한다. First, the technical principle of the present invention will be briefly described. According to the present invention, unlike the conventional structure in which the GST cells in which the GST film is disposed are arranged side by side on the same vertical line, the ZST cells in which the GST film is disposed are zig-zag. -Zag). And, for this purpose, the present invention changes the shape of some lower electrodes, or changes the position of the storage node contact.

이와같이 하면, GST 셀들이 지그-재그 형태로 배열되는 것과 관련해서 이웃하는 GST 셀들간의 간격은 넓어지게 되며, 이에 따라, 이웃하는 GST 셀들간의 누설전류가 현격하게 감소되고, 그래서, 하부전극과 상부전극 사이의 전류 흐름이 집중되도록 하는 바, 본 발명은 상변환 기억 소자의 동작 특성을 향상시키게 된다.In this way, the spacing between neighboring GST cells in relation to the arrangement of the GST cells in a zigzag form becomes wider, so that the leakage current between neighboring GST cells is significantly reduced, so that the lower electrode and As the current flows between the upper electrodes is concentrated, the present invention improves the operating characteristics of the phase change memory device.

자세하게, 도 2와 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자를 설명하기 위한 도면들로서, 이를 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 2는 평면도이고, 도 3a는 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이며, 도 3b는 도 2의 B-B'선에 따른 단면도이다. 도 2와 도 3a 및 도 3b에 있어서, 도 1a 및 도 1b와 동일한 부분은 동일한 도면부호로 나타낸다. 2, 3A, and 3B are diagrams for describing a phase change memory device using a PN diode according to an embodiment of the present invention. 2 is a plan view, FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 2. 2, 3A and 3B, the same parts as those in Figs. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals.

우선, 본 발명에 따른 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자는 실리콘 웨이퍼(1)와 매몰산화막(2) 및 실리콘층(3)의 적층 구조로 이루어진 SOI 기판(10)의 실리콘층(3) 표면에 GST막의 상변화가 일어나는데 필요한 임의의 전류량을 형성하기 위해 수 개의 P형 영역(P1, P2, P3)과 N형 영역(N1, N2, N3)을 교번적으로 형성시켜 PN 다이오드를 형성시킨 구조를 가지며, 또한, 제1 P형 영역(P1)과 제3 N형 영역과 각각 콘택되게 비트라인 콘택(12)이 형성되고, 상기 비트라인 콘택들(12)간을 상호 연결하도록 비트라인(13)이 형성되며, 상기 제2 N형 영역(N2)과 제3 P형 영역(P3)에 동시에 콘택되게 스토리지 노드 콘택(15)이 형성되고, 상기 스토리지 노드 콘택(15)과 콘택하도록 하부전극(16a, 16b)이 형성되며, 상기 하부전극(16a, 16b)의 측면과 접촉하게 패턴의 형태로 GST막(17)이 형성되고, 상기 GST막(17) 상 에 상부전극(19)이 형성되어 GST 셀들(G1, G2)을 구성하고, 그리고, GST 셀들(G1, G2)의 상부전극들(19)과 콘택하게 금속배선(21)이 형성된 구조를 갖는다. First, the phase change memory device using the PN diode according to the present invention is formed on the surface of the silicon layer 3 of the SOI substrate 10 having a laminated structure of the silicon wafer 1, the buried oxide film 2, and the silicon layer 3. In order to form an arbitrary amount of current required for the phase change of the GST film, several structures of P-type regions (P1, P2, P3) and N-type regions (N1, N2, N3) are alternately formed to form a PN diode. In addition, a bit line contact 12 is formed to contact the first P-type region P1 and the third N-type region, respectively, and the bit line 13 to interconnect the bit line contacts 12. Is formed and a storage node contact 15 is formed to be in contact with the second N-type region N2 and the third P-type region P3 at the same time, and the lower electrode 16a to contact the storage node contact 15. , 16b is formed, and the GST film 17 is formed in a pattern form in contact with the side surfaces of the lower electrodes 16a and 16b. In addition, an upper electrode 19 is formed on the GST layer 17 to form GST cells G1 and G2, and a metal wiring contacting the upper electrodes 19 of the GST cells G1 and G2. 21) has a formed structure.

여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자는 GST 셀들(G1,G2)이 지그-재그 형태로 배열되도록 하기 위해 일부 하부전극(16b)이 상대적으로 더 큰 크기로 패터닝되며, GST막 및 상부전극 또한 연장 배치된 하부전극 부분에 배치되도록 형성된다. In the phase conversion memory device using the PN diode according to the exemplary embodiment of the present invention, the lower electrode 16b is patterned to a relatively larger size so that the GST cells G1 and G2 are arranged in a zigzag form. The GST film and the upper electrode are also formed to be disposed on the lower electrode portion extending.

즉, 도시된 바와 같이, 이웃하는 GST 셀들(G1, G2)에 있어서 홀수번째 행의 하부전극들(16a)은 종래와 동일하게 형성되지만, 짝수번째 행의 하부전극(16b)은 홀수번째 행의 하부전극(16a) 보다 상대적으로 더 큰 크기를 가지고 연장 배치되게 형성된다. 그리고, GST막(17)은 해당 하부전극들(16a, 16b)의 일측면과 각각 접촉하도록 형성되므로써, 결과적으로, GST 셀들(G1, G2)은 동일 수직 선상에 배치되는 것이 아니라 지그-재그 형태로 배열되게 형성된다. That is, as shown, the lower electrodes 16a in the odd-numbered rows of the neighboring GST cells G1 and G2 are formed in the same manner as in the prior art, but the lower electrodes 16b in the even-numbered rows are formed in the odd-numbered rows. It is formed to have a relatively larger size than the lower electrode 16a and to be extended. In addition, since the GST film 17 is formed to be in contact with one side surface of the lower electrodes 16a and 16b, respectively, as a result, the GST cells G1 and G2 are not arranged on the same vertical line but are in a zigzag form. It is formed to be arranged.

이 경우, GST 셀들(G1, G2)이 지그-재그로 배열되는 것과 관련하여, 이웃하는 GST 셀들(G1, G2)간의 간격은 종래의 그것 보다 증가되며, 따라서, 이웃하는 GST 셀들(G1, G2)간의 누설전류는 크게 감소되고, 이는 하부전극(16a, 16b)과 상부전극(19) 사이의 전류 흐름이 집중되도록 만드는 바, 결국, 상변환 기억 소자의 특성 향상을 이루게 된다. In this case, with respect to the arrangement of the GST cells G1 and G2 in a zigzag arrangement, the spacing between neighboring GST cells G1 and G2 is increased than that of the conventional one, and thus, the neighboring GST cells G1 and G2. The leakage current between the lines is greatly reduced, which causes the current flow between the lower electrodes 16a and 16b and the upper electrode 19 to be concentrated, thereby improving the characteristics of the phase change memory device.

도 3a 및 도 3b에 있어서, 미설명된 도면부호 11은 제1산화막, 14는 제2산화막, 18은 제3산화막, 그리고, 20은 제4산화막을 각각 나타낸다. 3A and 3B, reference numeral 11 denotes a first oxide film, 14 a second oxide film, 18 a third oxide film, and 20 a fourth oxide film, respectively.

도 4와 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PN 다이오드를 이용 한 상변환 기억 소자를 설명하기 위한 도면들이다. 여기서, 도 4는 평면도이고, 도 5a는 도 4의 A-A'선에 따른 단면도이며, 도 5b는 도 4의 B-B'선에 따른 단면도이다. 도 4와 도 5a 및 도 5b에 있어서, 이전 실시예와 동일한 부분은 동일한 도면부호로 나타낸다. 4, 5A, and 5B are diagrams for describing a phase change memory device using a PN diode according to another exemplary embodiment of the present invention. 4 is a plan view, FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 4. 4, 5A and 5B, the same parts as in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals.

이 실시예에 따르면, GST 셀들(G1, G2)은 이전 실시예와 마찬가지로 지그-재그 형태로 배열되도록 형성되며, 이를 위해, 일부 스토리지 노드 콘택(15b)의 위치를 변경한다. According to this embodiment, the GST cells G1 and G2 are formed to be arranged in a zigzag form as in the previous embodiment, and for this purpose, the positions of some storage node contacts 15b are changed.

즉, 도시된 바와 같이, 이웃하는 GST 셀들(G1, G2)에 있어서, 홀수번째 행의 스토리지 노드 콘택(15a)은 종래와 동일하게 제2 N형 영역(N2)과 제3 P형 영역(P3)에 동시에 콘택되게 형성되지만, 짝수번째 행의 스토리지 노드 콘택(15b)은 제1 N형 영역(N1)과 제2 P형 영역에 동시에 콘택되게 형성된다. 그리고, 하부전극(16)과 GST막(17) 및 상부전극(19)의 적층 패턴은 해당 스토리지 노드 콘택(15a, 15b)의 상부에 형성되므로써, 결과적으로, GST 셀들(G1, G2)은 동일 수직 선상에 배치되는 것이 아니라 지그-재그 형태로 배열되게 형성된다. That is, as shown, in the neighboring GST cells G1 and G2, the storage node contact 15a of the odd-numbered row is the second N-type region N2 and the third P-type region P3 as in the prior art. Are simultaneously contacted with each other, but the storage node contacts 15b of the even-numbered rows are simultaneously contacted with the first N-type region N1 and the second P-type region. The stacked patterns of the lower electrode 16, the GST film 17, and the upper electrode 19 are formed on the storage node contacts 15a and 15b, so that the GST cells G1 and G2 are the same. It is not arranged on a vertical line but is arranged to be arranged in a zigzag form.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자 또한 이웃하는 GST 셀들간의 간격이 종래의 그것 보다 넓어짐으로써 이웃하는 GST 셀들간의 누설전류를 크게 감소시킬 수 있으며, 따라서, 소자 특성을 향상시킬 수 있다. Therefore, the phase conversion memory device using the PN diode according to another embodiment of the present invention can also greatly reduce the leakage current between neighboring GST cells by widening the distance between neighboring GST cells than that of the conventional one, thus, Device characteristics can be improved.

이상에서와 같이, 본 발명은 GST 셀들을 지그-재그 형태로 배열되도록 형성 하므로써 이웃하는 GST 셀들간의 간격 증가를 통해 상기 GST 셀들간 누설전류를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, GST 셀에서 하부전극과 상부전극 사이의 전류 흐름이 집중되도록 할 수 있는 바, 상변환 기억 소자의 특성을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention can reduce the leakage current between the GST cells by increasing the interval between the neighboring GST cells by forming the GST cells arranged in a zigzag form, and thus, the lower electrode in the GST cells Since the current flow between the upper electrode and the upper electrode can be concentrated, the characteristics of the phase change memory device can be improved.

이상, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.As mentioned above, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, modifications and variations can be made by those skilled in the art. Accordingly, the following claims are to be understood as including all modifications and variations as long as they fall within the true spirit and scope of the present invention.

Claims (5)

기판; 상기 기판 표면에 제1,제2,제3 P형 영역과 제1,제2,제3 N형 영역이 교번적으로 형성되어 구성된 PN 다이오드; 상기 PN 다이오드의 좌우 양측 P형 영역 및 N형 영역과 각각 콘택되게 형성된 비트라인 콘택; 상기 비트라인 콘택들을 상호 연결하도록 형성된 비트라인; 상기 PN 다이오드의 임의의 P형 영역 및 N형 영역과 동시에 콘택하도록 형성된 스토리지 노드 콘택; 상기 스토리지 노드 콘택과 콘택되게 형성된 하부전극; 상기 하부전극의 일측면과 접촉하도록 형성된 GST막; 상기 GST막 상에 형성되어 GST 셀을 구성하는 상부전극; 및 상기 상부전극과 콘택하도록 형성된 금속배선을 포함하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자에 있어서, Board; A PN diode formed by alternately forming first, second, and third P-type regions and first, second, and third N-type regions on the substrate surface; Bit line contacts formed to contact the left and right P-type regions and the N-type regions of the PN diode, respectively; A bit line configured to interconnect the bit line contacts; A storage node contact configured to simultaneously contact any P-type and N-type region of the PN diode; A lower electrode formed to contact the storage node contact; A GST film formed in contact with one side of the lower electrode; An upper electrode formed on the GST film to constitute a GST cell; And a metal wiring formed to contact the upper electrode. 상기 GST 셀들은 이웃하는 GST 셀들간에 하부전극의 길이를 상이하게 하는 것을 통해 GST막의 위치를 서로 달리하여, 전체적으로 지그-재그(Zig-Zag) 형태로 배열되도록 형성된 것을 특징으로 하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자.The GST cells are formed to be arranged in a zig-zag form as a whole by changing the positions of the GST layers by different lengths of the lower electrodes between neighboring GST cells. Phase change memory device. 제 1 항에 있어서, 상기 하부전극은 홀수번째 또는 짝수번째 행의 하부전극이 짝수번째 또는 홀수번째 행의 하부전극 보다 짧은 길이로 연장 배치되게 형성된 것을 특징으로 하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자.2. The phase change memory device as claimed in claim 1, wherein the lower electrode is formed such that the lower electrodes of odd or even rows are shorter than the lower electrodes of even or odd rows. 제 1 항에 있어서, 상기 GST막은 서로 다른 하부전극들의 동일 측면과 접촉하도록 형성된 것을 특징으로 하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자.The phase conversion memory device using a PN diode according to claim 1, wherein the GST film is formed to contact the same side surface of different lower electrodes. 기판; 상기 기판 표면에 제1,제2,제3 P형 영역과 제1,제2,제3 N형 영역이 교번적으로 형성되어 구성된 PN 다이오드; 상기 PN 다이오드의 좌우 양측 P형 영역 및 N형 영역과 각각 콘택되게 형성된 비트라인 콘택; 상기 비트라인 콘택들을 상호 연결하도록 형성된 비트라인; 상기 PN 다이오드의 임의의 P형 영역 및 N형 영역과 동시에 콘택하도록 형성된 스토리지 노드 콘택; 상기 스토리지 노드 콘택과 콘택되게 형성된 하부전극; 상기 하부전극의 일측면과 접촉하도록 형성된 GST막; 상기 GST막 상에 형성되어 GST 셀을 구성하는 상부전극; 및 상기 상부전극과 콘택하도록 형성된 금속배선을 포함하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자에 있어서, Board; A PN diode formed by alternately forming first, second, and third P-type regions and first, second, and third N-type regions on the substrate surface; Bit line contacts formed to contact the left and right P-type regions and the N-type regions of the PN diode, respectively; A bit line configured to interconnect the bit line contacts; A storage node contact configured to simultaneously contact any P-type and N-type region of the PN diode; A lower electrode formed to contact the storage node contact; A GST film formed in contact with one side of the lower electrode; An upper electrode formed on the GST film to constitute a GST cell; And a metal wiring formed to contact the upper electrode. 상기 스토리지 노드 콘택은 이웃하는 GST 셀들간에 서로 다른 위치의 N형 영역 및 P형 영역과 동시에 콘택하도록 형성되어, 전체적으로 GST 셀들이 지그-재그 (Zig-Zag) 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자.The storage node contacts are formed to simultaneously contact N-type regions and P-type regions at different positions between neighboring GST cells, so that the GST cells are arranged in a zig-zag form as a whole. Phase change memory device using a diode. 제 4 항에 있어서, 상기 스토리지 노드 콘택은 홀수번째 또는 짝수번째 행의 스토리지 노드 콘택은 제2 N형 영역 및 제3 P형 영역과 동시에 콘택하도록 형성되고, 짝수번째 또는 홀수번째 행의 스토리지 노드 콘택은 제1 N형 영역 및 제2 P형 영역과 동시에 콘택하도록 형성된 것을 특징으로 하는 PN 다이오드를 이용한 상변환 기억 소자.5. The storage node contact as claimed in claim 4, wherein the storage node contacts are formed so that the storage node contacts in the odd or even row are in contact with the second N-type region and the third P-type region at the same time. Is a phase conversion memory device using a PN diode, characterized in that the first N-type region and the second P-type region to contact at the same time.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7800095B2 (en) 2006-12-26 2010-09-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Phase-change memory device having phase change material pattern shared between adjacent cells and electronic product including the phase-change memory
KR100967676B1 (en) * 2006-12-27 2010-07-07 주식회사 하이닉스반도체 Phase change RAM device and method of manufacturing the same
US7880159B2 (en) 2006-12-27 2011-02-01 Hynix Semiconductor Inc. Phase change memory device in which a distance between a lower electrode and a ground line is increased to secure the sensing margin of a cell and method for manufacturing the same

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