KR20070115311A - Memory devices having nano-cell structure and methods of fabrication the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 셀 구조체를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing a nano cell structure according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 셀 구조체를 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view showing a nano cell structure according to another embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메모리 소자를 나타낸 평면도이다. 3 is a plan view illustrating a memory device according to still another embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4d 는 도 3의 I-I′선을 따라 취해진 단면도들이다. 4A-4D are cross-sectional views taken along the line II ′ of FIG. 3.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메모리 소자를 나타낸 평면도이다.5 is a plan view illustrating a memory device according to still another embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6c 는 도 5의 II-II′선을 따라 취해진 단면도들이다. 6A through 6C are cross-sectional views taken along the line II-II 'of FIG. 5.
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 나노 셀 구조체를 갖는 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a memory device having a nano-cell structure and a method of manufacturing the same.
비휘발성 메모리 소자들은 그들의 전원이 차단될지라도 그들 내에 저장된 데이터들이 소멸되지 않는 특징을 갖는다. 이들 비휘발성 메모리 소자들 중 상변이 메모리 소자들이 제안된 바 있다. 상기 상변이 메모리 소자들의 단위 셀은 하나의 셀 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자에 접속된 상변이 물질막을 구비한다. 이와 같 은 상변이 메모리 소자들의 단위 셀은 상기 상변이 물질막의 상부 및 하부에 각각 연결된 상부 전극 및 하부 전극을 구비한다. 상기 스위칭 소자는 통상의 사진 및 식각 공정을 이용하여 형성된 모스 트랜지스터 또는 다이오드일 수 있다. Nonvolatile memory devices have a feature that data stored therein is not destroyed even if their power is cut off. Among these nonvolatile memory devices, phase change memory devices have been proposed. The unit cell of the phase change memory elements includes one cell switching element and a phase change material layer connected to the switching element. The unit cells of the phase change memory devices have upper and lower electrodes connected to upper and lower portions of the phase change material layer, respectively. The switching element may be a MOS transistor or a diode formed using a conventional photo and etching process.
최근, 반도체 나노와이어로 형성된 수직 다이오드를 스위칭 소자로써 이용하는 상변이 메모리 소자가 미국 공개 특허 제2006/0034116 A1 호에 "직렬 연결된 반도체 다이오드 및 상변이 저장 매체를 갖는 교차점 어레이 셀{cross point array cell with series connected semiconductor diode and phase change storage media}" 라는 제목으로 람 등(Lam et al.)에 의해 개시된 바 있다. 람 등에 의하면, 각각의 저장 셀(storage cell)은 직렬로 연결된 저장 매체(storage media) 및 다이오드를 구비하며, 상기 저장 매체는 하부 전극 및 상부 전극 사이에 형성된다. 여기서, 상기 다이오드는 반도체 나노와이어로 형성된 수직 다이오드이다. 그런데, 람 등에 의해 형성되는 메모리 소자에서, 정보 저장 요소로 사용되는 상변이 물질막은 통상의 사진 및 식각 공정을 이용하여 형성된다. 이와 같이 통상의 사진 및 식각 공정을 이용하여 형성되는 상변이 물질막이 차지하는 면적을 줄이는데는 한계가 있다. Recently, a phase change memory device using a vertical diode formed of semiconductor nanowires as a switching device has been described in US Patent Application Publication No. 2006/0034116 A1 "cross point array cell having a semiconductor diode and a phase change storage medium connected in series. series connected semiconductor diode and phase change storage media}, as described by Lam et al. According to the present invention, each storage cell includes a storage medium and a diode connected in series, and the storage medium is formed between the lower electrode and the upper electrode. Here, the diode is a vertical diode formed of semiconductor nanowires. By the way, in the memory element formed by RAM or the like, the phase change material film used as the information storage element is formed using a conventional photographic and etching process. As described above, there is a limit in reducing the area occupied by the phase change material film formed by using a conventional photographic and etching process.
또한, 최근의 메모리 소자의 고집적화 경향에 따라 상변이 물질막을 상변이 시킬 수 있는 열 공급원으로 작용하는 발열체(heater)와 상변이 물질막 사이의 접촉 면적이 그레인 크기(grain size)로 작아짐에 따라, 메모리 소자의 셀 산포 특성이 열화될 수 있다. 즉, 통상적으로 상변이 메모리 소자의 발열체는 다결정질의 금속물질로 이루어지므로, 발열체(heater)와 상변이 물질막 사이의 접촉 면적이 작아 질 수록 셀 산포 특성이 열화될 수 있다. In addition, as the recent trend toward higher integration of memory devices, as the contact area between the heater and the phase change material film, which serves as a heat source capable of phase shifting the phase change material film, becomes smaller in grain size, Cell scattering characteristics of the memory device may be degraded. That is, since the heating element of the phase change memory device is generally made of a polycrystalline metal material, the cell scattering characteristics may deteriorate as the contact area between the heater and the phase change material layer decreases.
따라서, 이러한 셀 산포 특성 열화를 억제함과 아울러 고집적화를 구현할 수 있는 새로운 소자 구조 및 새로운 소자의 제조방법이 요구된다. Therefore, there is a need for a new device structure and a new device manufacturing method capable of suppressing such deterioration of cell scattering characteristics and realizing high integration.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 나노 셀 구조체 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a nano cell structure and a method of manufacturing the same.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 나노 셀 구조체를 갖는 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a memory device having the nano-cell structure and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 양태에 따르면, 나노 셀 구조체를 제공한다. 상기 나노 셀 구조체는 반도체 나노 구조체 및 상기 반도체 나노 구조체의 일 단에 상기 반도체 나노 구조체와 자기정렬되도록 연결된 정보 저장 나노 구조체를 포함한다. According to one aspect of the present invention, a nano cell structure is provided. The nano cell structure includes a semiconductor nano structure and an information storage nano structure connected to one end of the semiconductor nano structure to self-align with the semiconductor nano structure.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 반도체 나노 구조체는 차례로 연결된 제1 반도체 나노 와이어 및 상기 제1 반도체 나노 와이어와 다른 도전형을 갖는 제2 반도체 나노 와이어로 이루어 질 수 있다. In some embodiments of the present invention, the semiconductor nanostructure may be formed of a first semiconductor nanowire connected in turn and a second semiconductor nanowire having a different conductivity type from the first semiconductor nanowire.
또한, 상기 제2 반도체 나노 구조체를 둘러싸는 게이트 패턴을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include a gate pattern surrounding the second semiconductor nanostructure.
또한, 상기 제2 반도체 나노 구조체와 상기 정보 저장 나노 구조체 사이에 개재된 제3 반도체 나노 구조체를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제3 반도체 나노 구조체는 상기 제1 반도체 나노 구조체와 같은 도전형을 가질 수 있다.The semiconductor device may further include a third semiconductor nanostructure interposed between the second semiconductor nanostructure and the information storage nanostructure. Here, the third semiconductor nanostructure may have the same conductivity type as the first semiconductor nanostructure.
다른 실시예에서, 상기 정보 저장 나노 구조체는 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 상변이 나노 와이어로 이루어질 수 있다.In another embodiment, the information storage nanostructure may be made of a phase change nanowire including a Ge element and a Te element.
또 다른 실시예에서, 상기 반도체 나노 와이어와 상기 정보 저장 나노 구조체 사이에 개재된 버퍼 나노 구조체를 더 포함하되, 상기 버퍼 나노 구조체는 도전성 나노 와이어일 수 있다. In another embodiment, further comprising a buffer nanostructure interposed between the semiconductor nanowire and the information storage nanostructure, the buffer nanostructure may be a conductive nanowire.
또 다른 실시예에서, 상기 정보 저장 나노 구조체를 사이에 두고 상기 반도체 나노 구조체의 반대편에 위치하며, 상기 정보 저장 나노 구조체의 일 단에 상기 정보 저장 나노 구조체와 자기정렬되도록 연결된 도전성 구조체를 더 포함하되, 상기 도전성 구조체는 도전성 나노 와이어로 이루어질 수 있다. In another embodiment, the semiconductor device may further include a conductive structure positioned opposite to the semiconductor nanostructure with the information storage nanostructure interposed therebetween and connected to one end of the information storage nanostructure to self-align with the information storage nanostructure. The conductive structure may be made of conductive nanowires.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 메모리 소자를 제공한다. 이 소자는 기판 상에 제공된 하부 도전성 패턴을 포함한다. 상기 하부 도전성 패턴을 갖는 기판 상에 절연막이 제공된다. 상기 절연막 상에 상기 하부 도전성 패턴과 교차하는 방향성을 갖는 상부 도전성 패턴이 제공된다. 상기 하부 도전성 패턴과 상기 상부 도전성 패턴이 교차하는 영역에 위치하며 상기 절연막을 관통하는 나노 구조체를 포함하되, 상기 나노 구조체는 상기 하부 도전성 패턴과 접촉하는 반도체 나노 구조체와 상기 반도체 나노 구조체와 자기정렬되도록 연결된 정보 저장 나노 구조체로 이루어진다. According to another aspect of the present invention, a memory element is provided. The device includes a lower conductive pattern provided on the substrate. An insulating film is provided on the substrate having the lower conductive pattern. An upper conductive pattern having a directionality intersecting with the lower conductive pattern is provided on the insulating layer. And a nanostructure positioned in an area where the lower conductive pattern and the upper conductive pattern cross each other and penetrating the insulating layer, wherein the nanostructure is self-aligned with the semiconductor nanostructure and the semiconductor nanostructure in contact with the lower conductive pattern. It consists of linked information storage nanostructures.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 반도체 나노 구조체는 차례로 연결된 제1 반도체 나노 와이어 및 상기 제1 반도체 나노 와이어와 다른 도전형을 갖는 제2 반도체 나노 와이어를 포함할 수 있다. In some embodiments of the present disclosure, the semiconductor nanostructure may include a first semiconductor nanowire sequentially connected and a second semiconductor nanowire having a different conductivity type from the first semiconductor nanowire.
더 나아가, 상기 정보 저장 나노 구조체와 상기 제2 반도체 나노 와이어 사이에 개재된 제3 반도체 나노 구조체를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제3 반도체 나노 구조체는 상기 제1 반도체 나노 와이어와 같은 도전형을 갖는 반도체 나노 와이어로 이루어질 수 있다. Furthermore, the semiconductor device may further include a third semiconductor nanostructure interposed between the information storage nanostructure and the second semiconductor nanowire. Here, the third semiconductor nanostructure may be made of a semiconductor nanowire having the same conductivity type as the first semiconductor nanowire.
또한, 상기 절연막 내에 위치하며 상기 하부 도전성 패턴과 평행한 도전성 라인을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 도전성 라인은 상기 하부 도전성 패턴과 중첩하며 상기 제2 반도체 나노 와이어를 둘러싸도록 제공될 수 있다. In addition, the insulating layer may further include a conductive line parallel to the lower conductive pattern. The conductive line may be provided to overlap the lower conductive pattern and surround the second semiconductor nanowire.
또한, 상기 도전성 라인과 상기 제2 반도체 나노 와이어 사이에 개재된 게이트 유전막을 더 포함할 수 있다. The gate dielectric layer may further include a gate dielectric layer interposed between the conductive line and the second semiconductor nanowire.
다른 실시예에서, 상기 정보 저장 나노 구조체는 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 상변이 나노와이어로 이루어질 수 있다.In another embodiment, the information storage nanostructure may be formed of a phase change nanowire including a Ge element and a Te element.
또 다른 실시예에서, 상기 정보 저장 나노 구조체와 상기 상부 도전성 패턴 사이에 개재된 도전성 구조체를 더 포함하되, 상기 도전성 구조체는 도전성 나노와이어로 이루어질 수 있다. In another embodiment, further comprising a conductive structure interposed between the information storage nanostructure and the upper conductive pattern, the conductive structure may be made of a conductive nanowire.
또 다른 실시예에서, 상기 반도체 나노 구조체와 상기 정보 저장 나노 구조체 사이에 개재된 버퍼 나노 구조체를 더 포함하되, 상기 버퍼 나노 구조체는 도전성 나노 와이어로 이루어질 수 있다. In another embodiment, the semiconductor nanostructure further comprises a buffer nanostructure interposed between the information storage nanostructure, the buffer nanostructure may be made of a conductive nanowire.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 나소 셀 제조방법을 제공한다. 이 방법은 촉매층을 형성하고, 상기 촉매층으로부터 성장시킨 반도체 나노 구조체를 형성하고, 상기 반도체 나노 구조체로부터 성장시킨 정보 저장 나노 구조체를 형성하는 것을 포함한다. According to another aspect of the present invention, a method for producing a Nassau cell is provided. The method includes forming a catalyst layer, forming a semiconductor nanostructure grown from the catalyst layer, and forming an information storage nanostructure grown from the semiconductor nanostructure.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 반도체 나노 구조체는 상기 촉매층으로부터 성장하는 제1 반도체 나노 와이어 및 상기 제1 반도체 나노 와이어로부터 성장하는 제2 반도체 나노 와이어로 형성하되, 상기 제2 반도체 나노 와이어는 상기 제1 반도체 나노 와이어와 다른 도전형을 가질 수 있다. In some embodiments of the present disclosure, the semiconductor nanostructure is formed of a first semiconductor nanowire growing from the catalyst layer and a second semiconductor nanowire growing from the first semiconductor nanowire, wherein the second semiconductor nanowire is The first semiconductor nanowire may have a different conductivity type.
또한, 상기 제2 반도체 나노 와이어를 형성한 후에, 상기 제2 반도체 나노 와이어로부터 성장하는 제3 반도체 나노 와이어를 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 제3 반도체 나노 와이어는 상기 제1 반도체 나노 와이어와 같은 도전형을 가질 수 있다. The method may further include forming a third semiconductor nanowire growing from the second semiconductor nanowire after forming the second semiconductor nanowire, wherein the third semiconductor nanowire is the same as the first semiconductor nanowire. It may have a conductivity type.
또한, 상기 제2 반도체 나노 와이어를 형성한 후에, 상기 제2 반도체 나노 와이어로부터 성장하는 버퍼 나노 구조체를 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 버퍼 나노 구조체는 도전성 나노 와이어로 형성될 수 있다. In addition, after the forming of the second semiconductor nanowire, further comprising forming a buffer nanostructure growing from the second semiconductor nanowire, the buffer nanostructure may be formed of a conductive nanowire.
다른 실시예에서, 상기 정보 저장 나노 구조체로부터 성장하는 도전성 구조체를 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 도전성 구조체는 도전성 나노 와이어로 형성될 수 있다. In another embodiment, the method may further include forming a conductive structure that grows from the information storage nanostructure, wherein the conductive structure may be formed of conductive nanowires.
또 다른 실시예에서, 상기 정보 저장 나노 구조체는 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 상변이 나노 와이어로 형성할 수 있다. In another embodiment, the information storage nanostructure may be formed of a phase change nanowire including a Ge element and a Te element.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 메모리 소자의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 기판 상에 하부 도전성 패턴을 형성하는 것을 포함한다. 상기 하부 도전성 패턴을 갖는 기판 상에 차례로 적층된 하부 및 상부 절연막들을 형성한다. 상기 하 부 및 상부 절연막들을 패터닝하여 상기 하부 도전성 패턴의 소정영역을 노출시키는 홀을 형성한다. 상기 홀 내에 상기 노출된 상기 하부 도전성 패턴의 소정영역을 촉매층으로 하여 성장하는 반도체 나노 구조체 및 상기 반도체 나노 구조체로부터 성장하는 정보 저장 나노 구조체를 형성한다. 상기 정보 저장 나노 구조체로부터 성장하는 도전성 구조체를 형성한다. 상기 상부 절연막 상에 상기 홀을 덮으며 상기 도전성 구조체와 전기적으로 접속하는 상부 도전성 패턴을 형성한다. According to still another aspect of the present invention, a method of manufacturing a memory device is provided. The method includes forming a lower conductive pattern on the substrate. Lower and upper insulating layers are sequentially formed on the substrate having the lower conductive pattern. The lower and upper insulating layers are patterned to form holes for exposing predetermined regions of the lower conductive pattern. A semiconductor nanostructure growing through the predetermined region of the exposed lower conductive pattern as a catalyst layer and an information storage nanostructure growing from the semiconductor nanostructure are formed in the hole. A conductive structure growing from the information storage nanostructure is formed. An upper conductive pattern covering the hole and electrically connected to the conductive structure is formed on the upper insulating layer.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 반도체 나노 구조체 및 상기 정보 저장 나노 구조체는 나노 와이어들로 형성하되, 상기 반도체 나노 구조체는 상기 하부 도전성 패턴으로부터 성장하는 제1 반도체 나노 와이어 및 상기 제1 반도체 나노 와이어로부터 성장하며 상기 제1 반도체 나노 와이어와 다른 도전형을 갖는 제2 반도체 나노 와이어로 형성하고, 상기 정보 저장 나노 구조체는 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 상변이 나노 와이어로 형성할 수 있다. In some embodiments of the present invention, the semiconductor nanostructure and the information storage nanostructure are formed of nanowires, wherein the semiconductor nanostructure is a first semiconductor nanowire and the first semiconductor nanowire growing from the lower conductive pattern. The semiconductor nanowire may be formed of a second semiconductor nanowire having a conductivity type different from that of the first semiconductor nanowire, and the information storage nanostructure may be formed of a phase change nanowire including a Ge element and a Te element.
더 나아가, 상기 하부 절연막을 형성한 후에, 상기 하부 층간절연막 상에 도전성 라인을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 도전성 라인은 상기 홀의 직경 보다 큰 폭을 가지며 상기 제2 반도체 나노와이어와 실질적으로 동일한 레벨에 위치하고, 상기 하부 및 상부 절연막들을 패터닝하는 동안에 같이 패터닝될 수 있다. Furthermore, after forming the lower insulating film, further comprising forming a conductive line on the lower interlayer insulating film, wherein the conductive line has a width larger than the diameter of the hole and is substantially the same level as the second semiconductor nanowire. And may be patterned together while patterning the lower and upper insulating layers.
다른 실시예에서, 상기 도전성 구조체는 도전성 나노 와이어로 형성될 수 있다. In another embodiment, the conductive structure may be formed of conductive nanowires.
또 다른 실시예에서, 상기 도전성 구조체를 형성한 후에, 상기 반도체 나노 구조체를 둘러싸는 유전막을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. In another embodiment, after forming the conductive structure, the method may further include forming a dielectric film surrounding the semiconductor nanostructure.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the scope of the invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 셀 구조체를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 셀 구조체를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메모리 소자를 나타낸 평면도이고, 도 4a 내지 도 4d 는 도 3의 I-I′선을 따라 취해진 단면도들이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 메모리 소자를 나타낸 평면도이고, 도 6a 내지 도 6c 는 도 5의 II-II′선을 따라 취해진 단면도들이다. 1 is a perspective view showing a nano cell structure according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing a nano cell structure according to another embodiment of the present invention, Figure 3 according to another embodiment of the present invention 4A through 4D are cross-sectional views taken along the line II ′ of FIG. 3, FIG. 5 is a plan view illustrating a memory device according to still another embodiment of the present invention, and FIGS. 5 are cross-sectional views taken along the line II-II 'of FIG.
우선, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 셀 구조체에 대해 설명하기로 한다.First, a nanocell structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.
도 1을 참조하면, 나노 구조체(nano-structure; 16)가 제공된다. 상기 나노 구조체(16)는 차례로 연결된 반도체 나노 구조체(semiconductor nano-structure; 10) 및 정보 저장 나노 구조체(data storage nano-structure; 15)를 포함할 수 있다. 상기 정보 저장 나노 구조체(15)는 상기 반도체 나노 구조체(10)와 자기정렬되도록 상기 반도체 나노 구조체(10)의 일 단에 연결될 수 있다. 상기 반도체 나노 구조체(10)는 반도체 특성을 갖는 반도체 나노 와이어로 이루어질 수 있고, 상기 정보 저장 나노 구조체(15)는 상변이 특성을 갖는 상변이 나노 와이어로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 나노 와이어는 Si 나노 와이어, Ge 나노 와이어, GaAs 나노 와이어, 또는 InSb 나노 와이어 일 수 있고, 상기 상변이 나노 와이어는 Ge(저마늄) 원소 및 Te(텔루륨) 원소를 포함하는 GeTe 나노 와이어일 수 있다.Referring to FIG. 1, a nano-
상기 반도체 나노 구조체(10)는 차례로 연결된 제1 반도체 나노 구조체(6) 및 제2 반도체 나노 구조체(9)로 이루어질 수 있다. 상기 제1 반도체 나노 구조체(6)는 제1 도전형을 갖는 반도체 나노와이어로 이루어질 수 있고, 상기 제2 반도체 나노 구조체(9)는 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 갖는 반도체 나노와이어로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반도체 나노 구조체(6)는 제1 도전형을 갖는 Si 나노 와이어로 이루어질 수 있고, 상기 제2 반도체 나노 구조체(9)는 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 갖는 Si 나노 와이어로 이루어질 수 있다. 상기 제1 도전형은 n형 또는 p형 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형이 n형 인 경우에, 상기 제2 도전형은 p형 일 수 있다. 따라서, 상기 제1 반도체 나노 구조체(6) 및 상기 제2 반도체 나노 구조체(9)로 이루어진 상기 반도체 나노 구조체(10)는 다이오드(diode)로 정의될 수 있다.The
상기 반도체 나노 구조체(10)를 사이에 두고 상기 정보 저장 나노 구조체(15)의 반대편에 위치하는 하부 도전성 패턴(3)이 제공될 수 있다. 상기 하부 도전성 패턴(3)과 상기 반도체 나노 구조체(10)는 전기적으로 접속할 수 있다. 상기 반도체 나노 구조체(10)와 접촉하는 상기 하부 도전성 패턴(3)의 표면은 촉매층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매층은 니켈막(Ni layer), 코발트막(Co layer), 철막(Fe layer), 이트륨막(Y layer), 란탄막(La layer) 또는 백금막(Pt layer)을 포함할 수 있다. A lower
상기 정보 저장 나노 구조체(15)를 사이에 두고 상기 반도체 나노 구조체(10)의 반대편에 위치하는 도전성 구조체(18)가 제공될 수 있다. 상기 도전성 구조체(18)는 상기 정보 저장 나노 구조체(15)와 전기적으로 접속하는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 구조체(18)는 NiSi 나노와이어와 같은 도전성 나노와이어로 이루어질 수 있다. A
한편, 상기 제2 반도체 나노 구조체(9)와 상기 정보 저장 나노 구조체(15) 사이에 개재된 버퍼 나노 구조체(buffer nano-structure; 12)가 제공될 수 있다. 상기 버퍼 나노 구조체(12)는 NiSi 나노 와이어와 같은 도전성 나노 와이어로 이루어질 수 있다. 상기 버퍼 나노 구조체(12)는 상기 제2 반도체 나노 구조체(9)와 상기 정보 저장 나노 구조체(15) 사이의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. Meanwhile, a buffer nano-
따라서, 도 1을 참조하여 상술한 바와 같은 구성요소들을 포함하는 나노 셀 구조체가 제공될 수 있다. 상기 나노 셀 구조체는 상변이 메모리 셀 구조체일 수 있다. 다시 말하면, 상기 반도체 나노 구조체(10)는 다이오드 역할을 하고, 상기 하부 도전성 패턴(3)은 워드라인 역할을 하고, 상기 도전성 구조체(18)는 실질적으로 비트라인 역할을 하고, 상기 정보저장 나노 구조체(15)는 전류 변화에 따른 상변이 특성을 갖는 정보 저장 매체 역할을 할 수 있다. Accordingly, a nano cell structure including the components as described above with reference to FIG. 1 may be provided. The nano cell structure may be a phase change memory cell structure. In other words, the
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예들에 따른 나노 셀 구조체 를 설명하기로 한다. Next, a nano cell structure according to other embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. 2.
도 2를 참조하면, 나노 구조체(61)가 제공된다. 상기 나노 구조체(61)는 차례로 연결된 반도체 나노 구조체(58) 및 정보 저장 나노 구조체(60)를 포함할 수 있다. 상기 정보 저장 나노 구조체(60)는 상기 반도체 나노 구조체(58)와 자기정렬되도록 상기 반도체 나노 구조체(58)의 일 단에 연결될 수 있다. 상기 반도체 나노 구조체(58)는 반도체 특성을 갖는 반도체 나노 와이어로 이루어질 수 있고, 상기 정보 저장 나노 구조체(60)는 상변이 특성을 갖는 상변이 나노 와이어로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 나노 와이어는 Si 나노 와이어, Ge 나노 와이어, GaAs 나노 와이어, 또는 InSb 나노 와이어 일 수 있고, 상기 상변이 나노 와이어는 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 GeTe 나노 와이어일 수 있다.Referring to FIG. 2, a
상기 반도체 나노 구조체(58)는 차례로 연결된 제1 반도체 나노 구조체(53) 및 제2 반도체 나노 구조체(55)를 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 제2 반도체 나노 구조체(55)는 상기 제1 반도체 나노 구조체(53)와 다른 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반도체 나노 구조체(53)가 n형 인 경우에, 상기 제2 반도체 나노 구조체(55)는 p형 일 수 있다. The
상기 제2 반도체 나노 구조체(55)를 둘러싸는 게이트 패턴(68)이 제공될 수 있다. 상기 게이트 패턴(68)은 상기 제2 반도체 나노 구조체(55)를 차례로 둘러싸는 게이트 유전막(65) 및 게이트 전극(67)으로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 유전막(65)은 고유전막(high-k dielectric layer)으로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 전극(67)은 폴리 실리콘막과 같은 도전막으로 이루어질 수 있다. A
상기 제1 반도체 나노 구조체(53)를 사이에 두고 상기 제2 반도체 나노 구조체(55)의 반대편에 위치하는 하부 도전성 패턴(51)이 제공될 수 있다. 상기 하부 도전성 패턴(51)과 상기 제1 반도체 나노 구조체(53)는 전기적으로 접속할 수 있다. 상기 제1 반도체 나노 구조체(53)와 접촉하는 상기 하부 도전성 패턴(51)의 표면은 촉매층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매층은 니켈막(Ni layer), 코발트막(Co layer), 철막(Fe layer), 이트륨막(Y layer), 란탄막(La layer) 또는 백금막(Pt layer)을 포함할 수 있다. A lower
상기 정보 저장 나노 구조체(60)를 사이에 두고 상기 반도체 나노 구조체(58)의 반대편에 위치하는 도전성 구조체(63)가 제공될 수 있다. 상기 도전성 구조체(63)는 상기 정보 저장 나노 구조체(60)와 전기적으로 접속할 수 있는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 구조체(63)는 NiSi 나노와이어와 같은 도전성 나노와이어로 이루어질 수 있다. A
한편, 상기 제2 반도체 나노 구조체(55)와 상기 정보 저장 나노 구조체(60) 사이에 개재된 제3 반도체 나노 구조체(57)가 제공될 수 있다. 상기 제3 반도체 나노 구조체(57)는 상기 제1 반도체 나노 구조체(53)와 같은 도전형을 가질 수 있다. The
따라서, 도 2를 참조하여 상술한 바와 같은 구성요소들을 포함하는 나노 셀 구조체가 제공될 수 있다. 즉, 상기 나노 셀 구조체는 상변이 메모리 셀 구조체일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 반도체 나노 구조체(53) 및 상기 도전성 구조체(63)가 각각 소오스(source) 및 드레인(drain)으로 정의되고, 상기 제2 반도체 나노 구조체(55)는 채널 영역으로 정의될 수 있다. 따라서, 상기 제1 반도체 나노 구조체(53), 상기 제2 반도체 나노 구조체(55), 상기 도전성 구조체(63), 및 상기 게이트 패턴(68)은 트랜지스터를 구성할 수 있다. 여기서, 상기 게이트 패턴(68)을 구성하는 게이트 전극(67)은 워드라인 역할을 하고, 상기 도전성 구조체(63)는 실질적으로 비트라인 역할을 하고, 상기 정보저장 나노 구조체(60)는 전류 변화에 따른 상변이 특성을 갖는 정보 저장 매체 역할을 할 수 있다. Accordingly, a nano cell structure including the components as described above with reference to FIG. 2 may be provided. That is, the nano cell structure may be a phase change memory cell structure. In detail, the
이하에서, 상술한 바와 같은 나노 셀 구조체들을 채택하는 메모리소자들에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, memory devices adopting the nano cell structures as described above will be described.
우선, 도 3 및 도 4d를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자를 설명하기로 한다.First, a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4D.
도 3 및 도 4d를 참조하면, 기판(100) 상에 서로 평행한 복수개의 하부 도전성 패턴들(106)이 제공될 수 있다. 상기 하부 도전성 패턴들(106)의 각각은 차례로 적층된 하부 도전층(103) 및 촉매층(105)을 포함할 수 있다. 상기 촉매층(105)은 니켈막(Ni layer), 코발트막(Co layer), 철막(Fe layer), 이트륨막(Y layer), 란탄막(La layer) 또는 백금막(Pt layer)을 포함할 수 있다. 3 and 4D, a plurality of lower
상기 하부 도전성 패턴들(106)을 갖는 기판 상에 층간절연막(109)이 제공될 수 있다. 상기 층간절연막(109) 상에 상기 하부 도전성 패턴들(106)과 교차하는 방향성을 갖는 복수개의 서로 평행한 상부 도전성 패턴들(130)이 제공될 수 있다.An interlayer insulating
상기 상부 도전성 패턴들(130)과 상기 하부 도전성 패턴들(106) 사이의 교차 영역들에 위치하며, 상기 층간절연막(109)을 관통하는 나노 구조체들(122)이 제공된다. 상기 나노 구조체들(122)의 각각은 상기 하부 도전성 패턴들(106)로부터 차 례로 연결된 반도체 나노 구조체(119) 및 정보 저장 나노 구조체(121)를 포함할 수 있다. 상기 정보 저장 나노 구조체(121)는 상기 반도체 나노 구조체(119)와 자기정렬되도록 상기 반도체 나노 구조체(119)의 일 단에 연결될 수 있다. 상기 반도체 나노 구조체(119)는 반도체 특성을 갖는 반도체 나노 와이어로 이루어질 수 있고, 상기 정보 저장 나노 구조체(121)는 상변이 특성을 갖는 상변이 나노 와이어로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 나노 와이어는 Si 나노 와이어, Ge 나노 와이어, GaAs 나노 와이어, 또는 InSb 나노 와이어 일 수 있고, 상기 상변이 나노 와이어는 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 GeTe 나노 와이어일 수 있다.
이하에서, 설명의 편의를 위하여 하나의 하부 도전성 패턴 및 하나의 상부 도전성 패턴이 교차하는 영역에서의 구조에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 하나의 하부 도전성 패턴 및 하나의 상부 도전성 패턴이 교차하는 영역은 셀 영역으로 정의할 수 있다. Hereinafter, for convenience of description, a structure in a region where one lower conductive pattern and one upper conductive pattern intersect will be described. Here, a region where one lower conductive pattern and one upper conductive pattern cross each other may be defined as a cell region.
상기 반도체 나노 구조체(119)는 차례로 연결된 제1 반도체 나노 구조체(115) 및 제2 반도체 나노 구조체(118)를 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체 나노 구조체(118)는 상기 제1 반도체 나노 구조체(115)와 다른 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반도체 나노 구조체(115)는 제1 도전형의 실리콘 나노와이어로 이루어지고, 상기 제2 반도체 나노 구조체(118)는 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 실리콘 나노와이어로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 반도체 나노 구조체(119)는 수직 다이오드(vertical diode)를 구성할 수 있다. The
상기 정보 저장 나노 구조체(121)와 상기 상부 도전성 패턴(130) 사이에 개 재된 도전성 구조체(124)가 제공될 수 있다. 여기서, 상기 도전성 구조체(124)는 상기 나노 구조체(122)의 연장선상에 있으며, 금속성 나노 와이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 구조체(124)는 NiSi 나노 와이어를 포함할 수 있다. A
상기 도전성 구조체(124)는 상기 상부 도전성 패턴(130)의 내부로 연장될 수 있다. 따라서, 상기 도전성 구조체(124)와 상기 상부 도전성 패턴(130) 사이의 전기적 특성은 향상될 수 있다. The
한편, 상기 제2 반도체 나노 구조체(118)와 상기 정보 저장 나노 구조체(121) 사이에 개재된 버퍼 나노 구조체(120)가 제공될 수 있다. 상기 버퍼 나노 구조체(120)는 상기 제2 반도체 나노 구조체(118)와 상기 정보 저장 나노 구조체(121) 사이의 전기적인 특성을 향상시키기 위하여 NiSi 나노 와이어와 같은 도전성 나노 와이어로 이루어질 수 있다. Meanwhile, the
상기 하부 도전성 패턴들(106)과 상기 상부 도전성 패턴들(130)이 교차하는 영역들을 셀 영역들로 정의할 수 있다. 또한, 상기 하부 도전성 패턴들(106)은 워드라인 역할을 하고, 상기 상부 도전성 패턴들(130)은 비트라인 역할을 하고, 상기 반도체 나노 구조체(119)는 다이오드 역할을 할 수 있다. Regions in which the lower
다음으로, 도 5 및 도 6c를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 메모리 소자를 설명하기로 한다.Next, a memory device according to another exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6C.
도 5 및 도 6c를 참조하면, 기판(200) 상에 서로 평행한 복수개의 하부 도전성 패턴들(206)이 제공될 수 있다. 상기 하부 도전성 패턴들(206)의 각각은 차례로 적층된 하부 도전층(203) 및 촉매층(205)을 포함할 수 있다. 상기 촉매층(205)은 니켈막(Ni layer), 코발트막(Co layer), 철막(Fe layer), 이트륨막(Y layer), 란탄막(La layer) 또는 백금막(Pt layer)을 포함할 수 있다. 5 and 6C, a plurality of lower
상기 하부 도전성 패턴들(206)을 갖는 기판 상에 하부 절연막(209)이 제공될 수 있다. 상기 하부 절연막(209) 상에 상기 하부 도전성 패턴들(206)과 실질적으로 중첩된 도전성 라인들(212)이 제공될 수 있다. 상기 도전성 라인들(212)은 폴리 실리콘막을 포함할 수 있다. 상기 도전성 라인들(212)을 갖는 기판 상에 상부 절연막(215)이 제공될 수 있다. The lower
상기 상부 절연막(215) 상에 상기 도전성 라인들(212)과 교차하는 방향성을 갖는 복수개의 서로 평행한 상부 도전성 패턴들(236)이 제공될 수 있다. A plurality of parallel upper
상기 상부 도전성 패턴들(236)과 상기 하부 도전성 패턴들(206) 사이의 교차 영역들에 위치하며, 상기 상부 절연막(215), 상기 도전성 라인들(212) 및 상기 하부 절연막(209)을 차례로 관통하는 나노 구조체들(228)이 제공된다. 상기 나노 구조체들(228)의 각각은 상기 하부 도전성 패턴들(206)로부터 차례로 연결된 반도체 나노 구조체(226) 및 정보 저장 나노 구조체(227)를 포함할 수 있다. Located in intersection regions between the upper
상기 정보 저장 나노 구조체(227)는 상기 반도체 나노 구조체(226)와 자기정렬되도록 상기 반도체 나노 구조체(226)의 일 단에 연결될 수 있다. 상기 반도체 나노 구조체(226)는 반도체 특성을 갖는 반도체 나노 와이어로 이루어질 수 있고, 상기 정보 저장 나노 구조체(227)는 상변이 특성을 갖는 상변이 나노 와이어로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 나노 와이어는 Si 나노 와이어, Ge 나노 와이어, GaAs 나노 와이어, 또는 InSb 나노 와이어 일 수 있고, 상기 상변이 나노 와이어는 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 GeTe 나노 와이어일 수 있다. 이하에서, 설명의 편의를 위하여 하나의 하부 도전성 패턴 및 하나의 상부 도전성 패턴이 교차하는 영역에서의 구조에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 하나의 하부 도전성 패턴 및 하나의 상부 도전성 패턴이 교차하는 영역은 셀 영역으로 정의할 수 있다. The
상기 반도체 나노 구조체(226)는 차례로 연결된 제1 반도체 나노 구조체(221) 및 제2 반도체 나노 구조체(223)를 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체 나노 구조체(223)는 상기 제1 반도체 나노 구조체와 다른 도전형을 가질 수 있다. The
상기 제2 반도체 나노 구조체(223)는 상기 도전성 라인(212)에 의해 둘러싸일 수 있다. 즉, 상기 도전성 라인(212)과 상기 제2 반도체 나노 구조체(223)는 실질적으로 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 상기 도전성 라인(212)과 상기 제2 반도체 나노 구조체(223) 사이에 개재된 게이트 유전막(233)이 제공될 수 있다. 상기 게이트 유전막(233)은 고유전막으로 이루어질 수 있다. The
한편, 상기 제2 반도체 나노 구조체(223)와 상기 정보 저장 나노 구조체(227) 사이에 개재된 제3 반도체 나노 구조체(225)가 제공될 수 있다. 상기 제3 반도체 나노 구조체(225)는 상기 제1 반도체 나노 구조체(53)와 같은 도전형을 가질 수 있다. Meanwhile, the
상기 정보 저장 나노 구조체(227)와 상기 상부 도전성 패턴(236) 사이에 개재된 도전성 구조체(230)가 제공될 수 있다. 여기서, 상기 도전성 구조체(230)는 상기 나노 구조체(228)의 연장선상에 있으며, 금속성 나노 와이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 구조체(230)는 NiSi 나노 와이어를 포함할 수 있다. 상기 도전성 구조체(230)는 상기 상부 도전성 패턴(236)의 내부로 연장될 수 있다. 따라서, 상기 도전성 구조체(230)와 상기 상부 도전성 패턴(236) 사이의 전기적 특성은 향상될 수 있다. The
본 발명에서, 상기 제1 반도체 나노 구조체(221) 및 상기 도전성 구조체(230)는 각각 소오스(source) 및 드레인(drain)으로 정의하고, 상기 제2 반도체 나노 구조체(223)는 채널 영역으로 정의하고, 상기 도전성 라인(212)은 워드라인으로 정의하고, 상기 상부 도전성 패턴(236)은 비트라인으로 정의하고, 상기 하부 도전성 패턴(206)은 접지 라인(ground line)으로 정의하고, 상기 정보저장 나노 구조체(121)는 전류 변화에 따른 상변이 특성을 갖는 정보 저장 매체로 정의할 수 있다. 이와 같은 구성요소들로 이루어진 상변이 메모리 소자를 제공할 수 있다.In the present invention, the
상기 상변이 메모리 소자의 동작원리는 다음과 같다. 상기 상변이 메모리 소자는 상기 상부 도전성 패턴들(236)과 상기 하부 도전성 패턴들(206)의 교차 영역들에 위치하는 복수개의 메모리 셀 영역들을 포함할 수 있다. 우선, 선택된 메모리 셀 영역의 워드라인(212)에 문턱전압보다 큰 전압을 인가하여 트랜지스터를 턴 온(turn-on) 시키고, 상기 선택된 메모리 셀 영역의 비트라인(236)을 통하여 쓰기 전류(writing current; Iw)를 가한다(force). 상기 비트라인(236)에 인가되는 비트라인 전압(bit line voltage)의 대부분은 상기 정보 저장 나노 구조체(227)에 걸린다. 그 이유는 선택된 셀 영역의 트랜지스터가 턴 온 되어 있으므로, 상기 제2 반도체 나노 구조체(223), 즉 채널 영역의 저항은 상기 정보 저장 나노 구조체(227)의 저항 보다 낮게 된다. 따라서, 상기 정보 저장 나노 구조체(227)에 쓰기 전 류(Iw)가 가해질 수 있다. The operation principle of the phase change memory device is as follows. The phase change memory device may include a plurality of memory cell regions positioned at crossing regions of the upper
상기 상변이 특성의 정보 저장 나노 구조체(227)의 전기적인 저항은 상기 쓰기 전류(Iw)의 양(amount)에 따라서 변화될 수 있다. 예를 들면, 상기 정보저장 나노 구조체(227)가 상기 쓰기 전류(Iw)에 의해 그것의 결정화 온도(crystallization temperature) 및 용융점(melting point) 사이의 온도로 가열되고 상기 가열된 정보저장 나노 구조체(227)가 냉각되는 경우에, 상기 정보저장 나노 구조체(227)는 결정질 상태(crystalline state)로 변한다(transformed). 이에 반하여, 상기 정보저장 나노 구조체(227)가 상기 쓰기 전류(Iw)에 의해 상기 용융점보다 높은 온도로 가열되고 상기 용융된 상기 정보저장 나노 구조체(227)가 급냉되는 경우에, 정보저장 나노 구조체(227)는 비정질 상태(amorphous state)로 변한다. 상기 결정질 상태를 갖는 정보저장 나노 구조체(227)의 비저항은 상기 비정질 상태를 갖는 정보저장 나노 구조체(227)의 비저항보다 낮다. 이에 따라, 읽기 모드에서 상기 정보저장 나노 구조체(227)를 통하여 흐르는 전류를 감지함으로써(detecting) 상기 정보저장 나노 구조체(227) 내에 저장된 정보가 논리 "1"인지 또는 논리 "0"인지를 판별할 수 있다. The electrical resistance of the
한편, 복수개의 셀 영역들 중 비선택 셀 영역에서는 트랜지스터를 턴 오프 시키기 위하여 비선택 셀 영역의 워드라인(212)에 OV 를 인가하거나, 비선택 셀 영역의 비트라인(236)에 OV 를 인가할 수 있다. 따라서, 비선택 셀 영역의 정보 저장 나노 구조체(227)에 전류가 흐르지 않으므로, 전류에 의한 상변이가 발생하지 않는다. On the other hand, in the unselected cell region among the plurality of cell regions, OV is applied to the
이하에서, 본 발명의 실시예들에 따른 나노 셀 구조체들을 채택하는 메모리 소자들의 제조방법들에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, methods of fabricating memory devices employing nano cell structures according to embodiments of the present invention will be described.
우선, 도 3, 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. First, a method of manufacturing a memory device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4A to 4E.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 기판(100)을 준비한다. 상기 기판(100)은 표면이 절연된 반도체 기판일 수 있다. 상기 기판(100) 상에 서로 평행한 복수개의 하부 도전성 패턴들(106)을 형성할 수 있다. 상기 하부 도전성 패턴들(106)의 각각은 차례로 적층된 하부 도전층(103) 및 촉매층(105)으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매층(105)은 니켈막(Ni layer), 코발트막(Co layer), 철막(Fe layer), 이트륨막(Y layer), 란탄막(La layer) 또는 백금막(Pt layer)을 포함할 수 있다. 3 and 4A, a
상기 하부 도전성 패턴들(106)을 갖는 기판 상에 층간절연막(109)을 형성할 수 있다. 상기 층간절연막(109)은 실리콘 산화막과 같은 절연막으로 형성될 수 있다. 상기 층간절연막(109)을 패터닝하여 상기 촉매층들(105)의 소정 영역들을 노출시키는 홀들(112)을 형성할 수 있다. An interlayer insulating
도 3 및 도 4b를 참조하면, 상기 홀들(112) 내에 나노 구조체들(122)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 각 홀들(122) 내에 하나 또는 둘 이상의 나노 구조체(122)를 형성할 수 있다. 상기 나노 구조체들(122)의 각각은 상기 촉매층(105)으로부터 성장하는 반도체 나노 구조체(119) 및 상기 반도체 나노 구조체(119)로부터 성장하는 정보 저장 나노 구조체(121)를 포함할 수 있다. 3 and 4B,
상기 반도체 나노 구조체(119)는 VLS(vapor phase-liquid pahse-solid phase) 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 반도체 나노 구조체(119)는 반도체 특성을 갖는 반도체 나노 와이어로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 나노 와이어는 Si 나노 와이어, Ge 나노 와이어, GaAs 나노 와이어, 또는 InSb 나노 와이어로 형성할 수 있다. The
상기 반도체 나노 구조체(119)를 Si 나노와이어로 형성하는 경우에, Si 나노 와이어를 형성하는 것은 실리콘 원소를 포함하는 가스를 이용하는 VLS 공정을 진행하여 상기 홀들(112)에 의해 노출된 상기 촉매층들(105)의 소정 영역들로부터 Si 나노와이어를 성장시키는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 VLS 공정은 반응로 내에서 진행할 수 있다. 본 발명에서, 상기 반도체 나노 구조체(119)가 VLS 공정에 의해 형성하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 반도체 나노 구조체(119)를 형성하기 위하여 공지된 다양한 방법들을 이용할 수 있다.When the
상기 반도체 나노 구조체(119)는 제1 반도체 나노 구조체(115) 및 상기 제1 반도체 나노 구조체와 다른 도전형을 갖는 제2 반도체 나노 구조체(118)로 형성할 수 있다. 즉, 상기 제1 반도체 나노 구조체(115)는 제1 도전형을 갖는 반도체 나노와이어로 형성할 수 있고, 상기 제2 반도체 나노 구조체(118)는 제2 도전형을 갖는 반도체 나노와이어로 형성할 수 있다. 상기 제1 도전형은 n형 또는 p형 일 수 있다. 따라서, 상기 반도체 나노 구조체(119)는 수직 다이오드를 형성할 수 있다. The
상기 정보 저장 나노 구조체(121)는 상변이 특성을 갖는 상변이 나노와이어로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 정보 저장 나노 구조체(121)는 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 GeTe 나노와이어로 형성할 수 있다. 상기 정보 저장 나노 구조 체(121)는 상기 반도체 나노 구조체(119)로부터 성장시킴으로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 원소를 포함하는 가스를 이용하는 VLS 공정을 진행하여 상기 촉매층(105)으로부터 상기 반도체 나노 구조체(119)를 성장시키고, 이어서 실리콘 원소를 포함하는 가스 대신에 Ge 원소를 포함하는 제1 가스 및 Te 원소를 포함하는 제2 가스를 이용하는 VLS 공정을 이용하여 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 나노와이어를 성장시킬 수 있다. 즉, 반응로 내의 가스 분위기를 순차적으로 변경함으로서 상기 반도체 나노 라인(119) 및 상기 정보 저장 나노 구조체(121)를 차례로 성장시키어 형성할 수 있다. 예를 들어, VLS 공정을 진행하는 것은 반응로 내의 가스 분위기를 실리콘 원소를 포함하는 가스 분위기로 하여 상기 반도체 나노 구조체(119), 즉 Si 나노 와이어를 성장시키고, 상기 반응로 내의 가스 분위기를 Ge 원소를 포함하는 제1 가스 및 Te 원소를 포함하는 제2 가스를 순차적으로 변경함으로써 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 GeTe 나노와이어를 성장시키는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 정보 저장 나노 구조체(121)는 상기 반도체 나노 구조체(119)와 수직 방향으로 자기정렬되도록 형성될 수 있다. The
한편, 상기 반도체 나노 구조체(119)를 형성한 후, 상기 정보 저장 나노 구조체(121)를 형성하기 전에, 상기 반도체 나노 구조체(119)로부터 성장시킨 버퍼 나노 구조체(120)를 형성할 수 있다. 예를 들어, VLS 공정을 이용하여 상기 반도체 나노 구조체(119)로부터 NiSi 나노 와이어와 같은 도전성 나노 와이어로 이루어진 버퍼 나노 구조체(120)를 성장시키고, 계속해서, NiSi 나노 와이어로부터 정보 저장 나노 구조체(121)를 성장시킬 수 있다.Meanwhile, after the
상기 정보 저장 나노 구조체(121)로부터 성장된 도전성 구조체(124)를 형성할 수 있다. 상기 도전성 구조체(124)는 NiSi 나노 와이어와 같은 도전성 나노 와이어로 형성될 수 있다. 상기 도전성 구조체(124)의 끝 부분은 상기 층간절연막(109)의 표면과 실질적으로 동일 레벨에 위치하거나, 상기 층간절연막(109)의 표면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. The
도 3 및 도 4c를 참조하면, 상기 나노 구조체(122)와 상기 홀들(112) 측벽들 사이의 공간을 채우는 버퍼 절연막(127)을 형성할 수 있다. 구제적으로, 상기 버퍼 절연막(127)을 형성하는 것은 상기 도전성 구조체(124)를 갖는 기판 상에 콘포말한 절연막을 형성하고, 상기 콘포멀한 절연막을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 그 결과, 상기 도전성 구조체(122)의 일부분이 노출될 수 있다. 3 and 4C, a
도 3 및 도 4d를 참조하면, 상기 버퍼절연막(127)을 갖는 기판 상에 복수개의 서로 평행한 상부 도전성 패턴들(130)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 상부 도전성 패턴들(130)은 상기 하부 도전성 패턴들(106)과 교차하는 방향성을 가지며, 상기 노출된 도전성 구조체(124)를 덮도록 형성될 수 있다. 그 결과, 상기 상부 도전성 패턴들(130)은 상기 도전성 구조체(124)와 전기적으로 접속될 수 있다. 3 and 4D, a plurality of upper
상술한 바와 같이, 반도체 나노 구조체로 이루어진 수직 다이오드를 형성하면서, 상기 수직 다이오드와 수직 방향으로 자기 정렬된 정보 저장 나노 구조체를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 반도체 나노 구조체 및 상기 정보 저장 나노 구조체는 나노 와이어들로 형성되므로, 고집적 셀을 갖는 메모리 소자를 구현할 수 있고, 또한, 상기 정보 저장 나노 구조체는 상기 반도체 나노 구조체로부터 성장시키어 형성하므로, 상기 정보 저장 나노 구조체가 차지하는 면적을 최소화함과 아울러 셀 산포 특성을 향상시킬 수 있다. As described above, while forming a vertical diode made of a semiconductor nanostructure, it is possible to form an information storage nanostructure self-aligned in the vertical direction with the vertical diode. Here, since the semiconductor nanostructure and the information storage nanostructure are formed of nanowires, a memory device having a highly integrated cell may be implemented, and the information storage nanostructure is formed by growing from the semiconductor nanostructure, In addition to minimizing the area occupied by the data storage nanostructures, cell scattering characteristics can be improved.
다음으로, 도 5, 및 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 메모리 소자의 제조방법을 설명하기로 한다. Next, a method of manufacturing a memory device according to another exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6A to 6C.
도 5 및 도 6a를 참조하면, 기판(200)을 준비한다. 상기 기판(200)은 표면이 절연된 반도체 기판일 수 있다. 상기 기판(200) 상에 복수개의 서로 평행한 하부 도전성 패턴들(206)을 형성할 수 있다. 상기 하부 도전성 패턴들(206)의 각각은 차례로 적층된 하부 도전층(203) 및 촉매층(205)으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매층(205)은 니켈막(Ni layer), 코발트막(Co layer), 철막(Fe layer), 이트륨막(Y layer), 란탄막(La layer) 또는 백금막(Pt layer)을 포함할 수 있다. 5 and 6A, the
상기 하부 도전성 패턴들(206)을 갖는 기판 상에 하부 절연막(209)을 형성할 수 있다. 상기 하부 절연막(209)은 실리콘 산화막과 같은 절연막으로 형성될 수 있다. 상기 하부 절연막(209) 상에 복수개의 서로 평행한 도전성 라인들(212)을 형성할 수 있다. 상기 도전성 라인들(212)은 폴리 실리콘막들을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 도전성 라인들(212)은 상기 하부 도전성 패턴들(206)과 중첩하도록 형성될 수 있다. 상기 도전성 라인들(212)을 갖는 기판 상에 상부 절연막(215)을 형성할 수 있다. 상기 상부 절연막(215)은 실리콘 산화막과 같은 절연막으로 형성될 수 있다.The lower
상기 상부 절연막(215), 상기 게이트 라인들(212) 및 상기 하부 절연막(209)을 차례로 패터닝하여 상기 촉매층(205)의 소정영역들을 노출시키는 홀들(218)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 홀들(218) 각각의 직경은 상기 도전성 라인들(212) 각각의 폭보다 작을 수 있다. The upper insulating
도 5 및 도 6b를 참조하면, 상기 홀들(218) 내에 나노 구조체들(228)을 형성한다. 즉, 상기 각 홀들(228) 내에 하나 또는 둘 이상의 나노 구조체(228)를 형성할 수 있다. 상기 나노 구조체들(228)의 각각은 상기 촉매층(205)으로부터 성장하는 반도체 나노 구조체(226) 및 상기 반도체 나노 구조체(226)로부터 성장하는 정보 저장 나노 구조체(227)를 포함할 수 있다. 상기 반도체 나노 구조체(226)는 반도체 특성을 갖는 반도체 나노 와이어로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 나노 와이어는 Si 나노 와이어, Ge 나노 와이어, GaAs 나노 와이어, 또는 InSb 나노 와이어로 형성할 수 있다.5 and 6B,
상기 반도체 나노 구조체(226)를 Si 나노와이어로 형성하는 경우에, Si 나노 와이어를 형성하는 것은 실리콘 원소를 포함하는 가스를 이용하는 VLS 공정을 진행하여 상기 홀들(228)에 의해 노출된 상기 촉매층들(205)의 소정 영역들로부터 Si 나노와이어를 성장시키는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 VLS 공정은 반응로 내에서 진행할 수 있다. 그런데, 상기 반도체 나노 구조체(226)를 형성하는 것은 VLS 공정에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 반도체 나노 구조체(226)을 형성하기 위하여 공지된 다양한 방법들을 이용할 수 있다.When the
상기 반도체 나노 구조체(226)는 차례로 연결된 제1 반도체 나노 구조체(221) 및 상기 제1 반도체 나노 구조체(221)와 다른 도전형을 갖는 제2 반도체 나노 구조체(223)로 형성할 수 있다. 상기 제1 반도체 나노 구조체(221)는 제1 도 전형을 갖는 반도체 나노와이어로 형성할 수 있고, 상기 제2 반도체 나노 구조체(223)는 제2 도전형을 갖는 반도체 나노와이어로 형성할 수 있다. 상기 제1 도전형은 n형 또는 p형 일 수 있다. 여기서, 상기 제1 반도체 나노 구조체(221)의 도펀트 농도는 상기 제2 반도체 나노 구조체(223)의 도펀트 농도보다 높을 수 있다. The
상기 정보 저장 나노 구조체(227)는 상변이 특성을 갖는 상변이 나노와이어로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 정보 저장 나노 구조체(227)는 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 GeTe 나노와이어로 형성할 수 있다. 상기 정보 저장 나노 구조체(227)는 상기 반도체 나노 구조체(226)로부터 성장시킴으로서 형성할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 원소를 포함하는 가스를 이용하는 VLS 공정을 진행하여 상기 촉매층(205)으로부터 Si 나노와이어와 같은 상기 반도체 나노 구조체(226)를 성장시키고, 이어서 실리콘 원소를 포함하는 가스 대신에 Ge 원소를 포함하는 제1 가스 및 Te 원소를 포함하는 제2 가스를 이용하는 VLS 공정을 진행하여 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 GeTe 나노와이어를 성장시킬 수 있다. 즉, 반응로 내의 가스 분위기를 순차적으로 변경함으로서 상기 반도체 나노 구조체(226) 및 상기 정보 저장 나노 구조체(227)를 차례로 성장시키어 형성할 수 있다. 예를 들어, VLS 공정을 진행하는 것은 반응로 내의 가스 분위기를 실리콘 원소를 포함하는 가스 분위기로 하여 상기 반도체 나노 구조체(226), 즉 Si 나노 와이어를 성장시키고, 상기 반응로 내의 가스 분위기를 Ge 원소를 포함하는 제1 가스와 Te 원소를 포함하는 제2 가스를 순차적으로 변경함으로써 Ge 원소 및 Te 원소를 포함하는 GeTe 나노와이어를 성장시키는 것을 포함할 수 있다. The
상기 정보 저장 나노 구조체(227)로부터 성장시킨 도전성 구조체(230)를 형성할 수 있다. 상기 도전성 구조체(230)는 NiSi 나노 와이어와 같은 도전성 나노와이어로 형성할 수 있다. The
도 5 및 도 6c를 참조하면, 상기 나노 구조체들(228)의 표면을 덮는 게이트 유전막들(233)을 형성할 수 있다. 더 나아가, 상기 게이트 유전막들(233)은 상기 나노 구조체들(228)과 상기 홀들(218) 측벽들 사이의 공간을 채우도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 구조체들(230)을 갖는 기판 상에 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 콘포멀한 유전막을 형성할 수 있다. 상기 유전막은 상기 나노 구조체들(228)과 상기 홀들(218) 측벽들 사이의 공간을 채우도록 형성될 수 있다. 이어서, 상기 도전성 구조체들(230)의 일부분이 노출되도록 상기 유전막을 식각할 수 있다. 그 결과, 상기 게이트 유전막들(233)이 형성될 수 있다. 5 and 6C, gate
상기 게이트 유전막들(233)을 갖는 기판 상에 복수개의 서로 평행한 상부 도전성 패턴들(236)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 상부 도전성 패턴들(236)은 상기 도전성 라인들(212)과 교차하는 방향성을 가지며, 상기 노출된 도전성 구조체들(230)을 덮도록 배열될 수 있다. 그 결과, 상기 상부 도전성 패턴들(236)은 상기 도전성 구조체들(230)과 전기적으로 접속될 수 있다. A plurality of upper
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 나노 셀 구조체를 갖는 메모리 소자를 제공한다. 본 발명에서, 나노 셀 구조체는 반도체 나노 구조체와 상기 반도체 나노 구조체로부터 성장시킨 정보 저장 나노 구조체를 포함할 수 있다. 상기 정보 저장 나노 구조체는 상기 반도체 나노 구조체로부터 성장하는 나노 와이어로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 반도체 나노 구조체 및 상기 정보 저장 나노 구조체는 나노 와이어들로 이루어지므로, 나노 셀 구조체가 메모리 소자에서 차지하는 면적을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 셀 산포 특성을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, a memory device having a nano cell structure is provided. In the present invention, the nano cell structure may include a semiconductor nanostructure and an information storage nanostructure grown from the semiconductor nanostructure. The information storage nanostructure may be formed of nanowires growing from the semiconductor nanostructure. That is, since the semiconductor nanostructure and the information storage nanostructure are made of nanowires, the area occupied by the memory cell in the memory device may be minimized, and the cell scattering characteristics may be improved.
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KR1020060049534A KR20070115311A (en) | 2006-06-01 | 2006-06-01 | Memory devices having nano-cell structure and methods of fabrication the same |
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KR101013445B1 (en) * | 2008-09-19 | 2011-02-14 | 주식회사 하이닉스반도체 | Phase Changeable Memory Device Having Heating Electrode with Fine Contact Area And Method of Manufacturing The Same |
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2006
- 2006-06-01 KR KR1020060049534A patent/KR20070115311A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101013445B1 (en) * | 2008-09-19 | 2011-02-14 | 주식회사 하이닉스반도체 | Phase Changeable Memory Device Having Heating Electrode with Fine Contact Area And Method of Manufacturing The Same |
US8093134B2 (en) | 2008-09-19 | 2012-01-10 | Hynix Semiconductor Inc. | Phase change memory device with heater electrodes having fine contact area and method for manufacturing the same |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |