KR20090014011A - Phase change ram device and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR20090014011A
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장헌용
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Abstract

A phase change ram device and method of manufacturing the same is provided to reduce parasitic capacitance while reducing dynamic contact resistance of the bit line by forming the bit line to be contacted on the phase change film directly. In a phase change ram device and method of manufacturing the same, an N+ bulk region(104) of the line type is formed within the surface of the semiconductor substrate. A plurality of PN diodes(106) is formed on the N+ bulk region apart from each other, and a phase change film(108) is formed on the PN diode. The bit line(BL) is contacted with the phase change film directly and it is extended to be perpendicular to the N+ bulk region. The word line(WL) is contacted with the N+ bulk region and it is extended to the parallel to direction with the N+ bulk region.

Description

상변화 기억 소자 및 그의 제조방법{PHASE CHANGE RAM DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Phase change memory device and its manufacturing method {PHASE CHANGE RAM DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

도 1a 내지 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 기억 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 평면도.1A to 1F are process plan views illustrating a method of manufacturing a phase change memory device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1f의 A-A′선에 대응하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 기억 소자를 설명하기 위한 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a phase change memory device according to an embodiment of the present invention, corresponding to line A-A 'in FIG. 1F; FIG.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화 기억 소자를 설명하기 위한 평면도.3 is a plan view for explaining a phase change memory device according to another embodiment of the present invention;

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

100 : 반도체 기판 102 : 활성 영역100 semiconductor substrate 102 active region

104 : N+ 벌크 영역 106 : PN 다이오드104: N + bulk region 106: PN diode

108 : 상변화막 110 : 콘택플러그108: phase change film 110: contact plug

BL : 비트 라인 112 : 절연막BL: bit line 112: insulating film

WL : 워드 라인WL: word line

본 발명은 상변화 기억 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기생 캐패시턴스(Parasitic Capacitance)를 감소시켜 센싱 마진(Sensing Margin)을 높일 수 있는 상변화 기억 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phase change memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a phase change memory device that can increase the sensing margin (Sensing Margin) by reducing the parasitic capacitance (Parasitic Capacitance) and a manufacturing method thereof. .

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. The memory device is a volatile random access memory (RAM) device that loses input information when the power is cut off, and a read only memory (ROM) device that maintains the storage state of the input information even when the power is cut off. It is largely divided. 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 높은 전하 저장 능력이 요구되고, 이를 위해, 전극 표면적을 증가시켜야만 하므로 고집적화에 어려움이 있다. 또한, 상기 플래쉬 기억 소자는 두 개의 게이트가 적층된 구조를 갖는 것과 관련해서 전원 전압에 비해 높은 동작 전압이 요구되고, 이에 따라, 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, and for this purpose, it is difficult to achieve high integration because the electrode surface area must be increased. In addition, the flash memory device requires an operation voltage higher 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, 상기 비휘발성 기억 소자의 특성을 가지면서 고집적화를 이룰 수 있고, 또한, 구조가 단순한 새로운 기억 소자를 개발하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있으며, 그 한 예로 최근 상변화 기억 소자(Phase Change RAM)가 제안되었다. 특히, 512Mb급 이상의 상변화 기억 소자의 제조시 수직형 PN 다이오드를 적용하는 방법이 제안된 바 있다. 상기 수직형 PN 다이오드는 바 타입의 활성 영역의 표면에 이온주입 공정을 통해 형성된 라인 타입의 N+ 벌크 영역 상에 형성된다.Accordingly, many studies have been conducted to develop a new memory device having the characteristics of the nonvolatile memory device and having a simple structure. For example, recently, a phase change RAM device has been developed. Was proposed. In particular, a method of applying a vertical PN diode has been proposed in the manufacture of a phase change memory device of 512 Mb or more. The vertical PN diode is formed on a line type N + bulk region formed through an ion implantation process on a surface of a bar type active region.

상기 상변화 기억 소자는 하부 전극과 상부 전극 사이의 전류 흐름을 통해서 상기 전극들 사이에 개재된 상변화막이 결정(Crystal) 상태에서 비정질(Amorphous) 상태로 상변화가 일어나는 것으로부터 결정질과 비정질에 따른 저항 차이를 이용하여 셀에 저장된 정보를 판별하는 기억 소자이다. In the phase change memory device, a phase change film interposed between the electrodes through a current flow between the lower electrode and the upper electrode is changed from a crystal state to an amorphous state. It is a memory element for determining information stored in a cell by using a resistance difference.

자세하게, 상기 상변환 기억 소자는 상변화막으로 칼코제나이드(Chalcogenide)막을 이용한다. 이러한 칼코제나이드막은 게르마늄(Ge), 스티비움(Sb) 및 텔루리움(Te)으로 이루어진 화합물막으로서, 인가된 전류에 의해 발생하는 열, 즉, 주울 열(Joule Heat)에 의해 비정질(Amorphouse) 상태와 결정질(Crystalline) 상태 사이에서 상변화가 일어난다. 이때, 비정질 상태를 갖는 상변화막의 비저항이 결정질 상태를 갖는 상변화막의 비저항 보다 높다는 것으로부터, 읽기 모드에서 상변화막을 통하여 흐르는 전류를 감지하여 상변환 기억 셀에 저장된 정보가 논리 '1'인지 또는 논리 '0'인지를 판별하게 된다. In detail, the phase change memory device uses a chalcogenide film as a phase change film. The chalcogenide film is a compound film made of germanium (Ge), stevilium (Sb) and tellurium (Te), and is amorphous by heat generated by an applied current, that is, Joule heat. A phase change occurs between the state and the crystalline state. At this time, since the specific resistance of the phase change film having an amorphous state is higher than that of the phase change film having a crystalline state, the current flowing through the phase change film in the read mode is sensed so that the information stored in the phase change memory cell is logical '1' or It is determined whether the logic is '0'.

한편, 이러한 상변환 기억 소자에서 상변화막이 결정질 상태에서 비정질 상태로 되는 것을 리세트(reset)라고 하고, 반대로 비정질 상태에서 결정질 상태로 되는 것을 세트(set)라고 하는데, 소비 전력 및 동작 속도 측면에서 상기 리세트/세트(프로그래밍)를 위한 전류의 크기는 낮을수록 좋다. 따라서, 상변화막과 전극과의 접촉 면적을 가능한 작게 만들어줌으로써, 두 물질 간의 접촉면에서의 전류 밀도를 높여 상변화에 필요한 전류를 낮추어야 한다. On the other hand, in such a phase-change memory device, the phase change film becomes crystalline from amorphous state to reset, and conversely, from amorphous state to crystalline state is called set, in terms of power consumption and operation speed The smaller the magnitude of the current for the reset / set (programming), the better. Therefore, by making the contact area between the phase change film and the electrode as small as possible, the current density at the contact surface between the two materials should be increased to lower the current required for the phase change.

그러나, 전술한 종래 기술의 경우에는 하부 전극 상에 형성되는 상변화막과 상부 전극이 한 번의 식각 공정을 통해 형성되는데, 셀의 디자인 룰(Design Rule)이 감소함에 따라, 상기 상변화막의 가장자리 부분이 과도 식각되어 손실이 발생하게 된다. However, in the above-described prior art, the phase change layer and the upper electrode formed on the lower electrode are formed through one etching process. As the design rule of the cell decreases, the edge portion of the phase change layer is reduced. This over-etching causes loss.

그 결과, 상기 상변화막과 하부 전극 간의 접촉 계면에서 부피 변화가 일어나게 되어 상기 상변화막과 하부 전극 사이가 전기적으로 오픈(Open)되며, 이 때문에, 상변화에 필요한 전류 분포가 넓게 형성되고, 기생 캐패시턴스가 증가하여 센싱 마진이 감소하게 된다. As a result, a volume change occurs at the contact interface between the phase change film and the lower electrode to electrically open between the phase change film and the lower electrode, thereby widening the current distribution necessary for the phase change. The parasitic capacitance increases, which reduces the sensing margin.

본 발명은 기생 캐패시턴스를 감소시킬 수 있는 상변화 기억 소자 및 그의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a phase change memory device capable of reducing parasitic capacitance and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명은 센싱 마진을 높일 수 있는 상변화 기억 소자 및 그의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a phase change memory device and a method of manufacturing the same that can increase the sensing margin.

본 발명의 실시예에 따른 상변화 기억 소자는, 반도체 기판의 표면 내에 형성된 라인 타입의 N+ 벌크 영역; 상기 N+ 벌크 영역 상에 이격되어 형성된 다수개의 PN 다이오드; 상기 PN 다이오드 상에 형성된 상변화막; 상기 상변화막과 직접 콘택함과 아울러 상기 N+ 벌크 영역과 수직하는 방향으로 연장하도록 형성된 비트 라인; 및 상기 비트 라인 상부에 상기 N+ 벌크 영역과 콘택함과 아울러 상기 N+ 벌크 영역과 평행하는 방향으로 연장하도록 형성된 워드 라인;을 포함한다.A phase change memory device according to an embodiment of the present invention includes a line type N + bulk region formed in a surface of a semiconductor substrate; A plurality of PN diodes spaced apart on the N + bulk region; A phase change film formed on the PN diode; A bit line formed in direct contact with the phase change layer and extending in a direction perpendicular to the N + bulk region; And word lines formed to extend in the upper bit line in a direction parallel to the bulk region and the N + contact, and also as well as the N + bulk region; includes.

여기서, 상기 상변화막은 필라(pillar)형으로 형성된다.Here, the phase change film is formed in a pillar shape.

상기 상변화막은 상기 PN 다이오드 상에서 상기 PN 다이오드의 일부와 콘택하도록 형성된다.The phase change film is formed on the PN diode to contact a portion of the PN diode.

상기 상변화막은 상기 PN 다이오드의 중앙 부분과 콘택하도록 형성된다.The phase change film is formed to contact the central portion of the PN diode.

상기 비트 라인은 상기 N+ 벌크 영역의 상부에서의 폭이 나머지 다른 부분에서의 폭보다 좁게 형성된다.The bit line is formed such that the width at the top of the N + bulk region is smaller than the width at the other portion.

상기 N+ 벌크 영역 상에 형성되며, 상기 워드 라인과 상기 N+ 벌크 영역을 콘택시키는 콘택플러그를 더 포함한다.It formed on the N + bulk region, and further comprising a contact plug for the contact with the N + bulk region and the word line.

상기 상변화막은 상기 PN 다이오드와 직접 콘택하도록 형성된다.The phase change film is formed to be in direct contact with the PN diode.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상변화 기억 소자의 제조방법은, 반도체 기판의 표면 내에 라인 타입의 N+ 벌크 영역을 형성하는 단계; 상기 N+ 벌크 영역 상에 이격되는 다수개의 PN 다이오드를 형성하는 단계; 상기 PN 다이오드 상에 상변화막을 형성하는 단계; 상기 상변화막과 직접 콘택함과 아울러 상기 N+ 벌크 영역과 수직하는 방향으로 연장되는 비트 라인을 형성하는 단계; 및 상기 비트 라인 상부에 상기 N+ 벌크 영역과 콘택함과 아울러 상기 N+ 벌크 영역과 평행하는 방향으로 연장되는 워드 라인을 형성하는 단계;를 포함한다.In addition, a method of manufacturing a phase change memory device according to an embodiment of the present invention, forming a line type N + bulk region in the surface of the semiconductor substrate; Forming a plurality of PN diodes spaced apart on the N + bulk region; Forming a phase change film on the PN diode; Forming a bit line in direct contact with the phase change layer and extending in a direction perpendicular to the N + bulk region; And the addition and also the N + bulk region and the contact to the upper bit line forming a word line extending in a direction parallel to the N + bulk region; and a.

여기서, 상기 상변화막은 필라형으로 형성한다.Here, the phase change film is formed in a pillar shape.

상기 상변화막은 상기 PN 다이오드 상에서 상기 PN 다이오드의 일부와 콘택하도록 형성한다.The phase change layer is formed on the PN diode to contact a portion of the PN diode.

상기 상변화막은 상기 PN 다이오드의 중앙 부분과 콘택하도록 형성한다.The phase change layer is formed to contact the central portion of the PN diode.

상기 비트 라인은 상기 N+ 벌크 영역의 상부에서의 폭이 나머지 다른 부분에서의 폭보다 좁게 형성한다.The bit line is formed such that the width at the top of the N + bulk region is smaller than the width at the other portions.

상기 비트 라인을 형성하는 단계 후, 그리고, 상기 워드 라인을 형성하는 단계 전, 상기 N+ 벌크 영역 상에 상기 워드 라인과 상기 N+ 벌크 영역을 콘택시키는 콘택플러그를 형성하는 단계;를 더 포함한다.Further includes; after forming the bit lines, and, before the forming of the word lines, on said N + bulk region to form a contact plug that contacts the N + bulk region and the word line .

상기 상변화막은 상기 PN 다이오드와 직접 콘택하도록 형성한다.The phase change film is formed to be in direct contact with the PN diode.

게다가, 본 발명에 따른 상변화 기억 소자는, 반도체 기판의 활성 영역에 형성된 상변화 기억 셀; 상기 상변화 기억 셀과 콘택함과 아울러 상기 활성 영역과 수직하는 방향으로 연장하도록 형성된 비트 라인; 및 상기 비트 라인 상부에 형성되며 상기 활성 영역과 평행하는 방향으로 연장하도록 형성된 워드 라인;을 포함하며, 상기 비트 라인은 상기 상변화 기억 셀과 콘택하는 부분이 나머지 다른 부분보다 좁은 폭을 갖도록 형성된다.In addition, the phase change memory device according to the present invention comprises: a phase change memory cell formed in an active region of a semiconductor substrate; A bit line formed in contact with the phase change memory cell and extending in a direction perpendicular to the active area; And a word line formed on the bit line and extending in a direction parallel to the active region, wherein the bit line is formed such that a portion in contact with the phase change memory cell has a narrower width than the other portions. .

여기서, 상기 비트 라인은 상기 비트 라인의 폭이 달라지는 경계 부분에서 직각 형태로 레이아웃 된다.Here, the bit lines are laid out at right angles at boundaries where the widths of the bit lines vary.

(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.

본 발명은, 수직형 PN 다이오드 상에 직접 상변화막을 형성한 다음에, 상기 상변화막 상에 상변화막과 비트 라인 간의 전기적인 콘택을 위한 상부 전극 및 상부 전극 콘택을 형성하지 않고 직접 비트라인을 형성하여 상기 상변화막과 비트 라인 간의 전기적인 콘택을 이룬다.According to an embodiment of the present invention, a phase change film is directly formed on a vertical PN diode, and then the bit line is directly formed without forming an upper electrode and an upper electrode contact for electrical contact between the phase change film and the bit line. Is formed to form an electrical contact between the phase change film and the bit line.

이렇게 하면, 상기 비트 라인과 상변화막이 직접 콘택을 이루게 되어 동적(Dynamic) 콘택 저항이 감소한다. 또한, 본 발명은 상기 비트 라인 하부에 상변화막 외에는 다른 도전 패턴이 형성되지 않기 때문에 기생 캐패시턴스를 감소시킬 수 있으며, 이를 통해, 센싱 마진을 높일 수 있다.In this case, the bit line and the phase change layer are in direct contact with each other, thereby reducing the dynamic contact resistance. In addition, the present invention can reduce the parasitic capacitance because no conductive pattern is formed other than the phase change layer under the bit line, thereby increasing the sensing margin.

도 1a 내지 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 기억 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 평면도이다.1A to 1F are plan views of processes for explaining a method of manufacturing a phase change memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(100) 내에 서로 이격되는 바(Bar) 타입의 활성 영역(102)들을 정의한 후, 상기 활성 영역(102)에 대해 이온주입 공정을 수행하여 활성 영역(102)의 표면 내에 라인 타입의 N+ 벌크 영역(104)을 형성한다. Referring to FIG. 1A, after defining active regions 102 of a bar type spaced apart from each other in a semiconductor substrate 100, an ion implantation process is performed on the active regions 102 to determine the active regions 102. Form a line type N + bulk region 104 in the surface.

도 1b를 참조하면, 상기 N+ 벌크 영역(104) 상에 이격되는 다수개의 수직형 PN 다이오드(106)를 형성한다. 상기 PN 다이오드(106)는 상기 N+ 벌크 영역(104) 상에서 일정 간격을 갖는 원기둥 형상으로 형성함이 바람직하며, 이때, 상기 PN 다 이오드(106)는 그 직경이 상기 PN 다이오드(106) 간의 간격과 같거나, 또는, 다르게 형성한다. Referring to FIG. 1B, a plurality of vertical PN diodes 106 are formed on the N + bulk regions 104. The PN diode 106 is preferably formed in a cylindrical shape having a predetermined interval on the N + bulk region 104, wherein the PN diode 106 has a diameter that is equal to the interval between the PN diode 106 Form the same, or different.

도 1c를 참조하면, 상기 PN 다이오드(106) 상에 PN 다이오드(106)의 일부, 바람직하게는, 상기 PN 다이오드(106)의 중앙 부분과 콘택하는 상변화막(108)을 형성한다. 상기 상변화막(108)은 직경이 100nm 이하 정도인 필라(pillar)형으로 형성하며, 상기 PN 다이오드(106)와 직접 콘택하도록 형성한다.Referring to FIG. 1C, a phase change layer 108 is formed on the PN diode 106 in contact with a portion of the PN diode 106, preferably a central portion of the PN diode 106. The phase change layer 108 is formed in a pillar shape having a diameter of about 100 nm or less, and is formed to be in direct contact with the PN diode 106.

여기서, 본 발명은 상기 상변화막(108)을 하부 전극 없이 상기 PN 다이오드(106)의 중앙 부분과 직접 콘택하도록 형성하여 상변화가 상기 PN 다이오드(106)의 중앙 부분에서 일어나도록 함으로써, 상기 상변화막(108)과 하부 전극 사이가 전기적으로 오픈되는 종래의 문제점을 해결할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 상변화에 필요한 전류 분포를 감소시킬 수 있으며, 이를 통해, 기생 캐패시턴스를 감소시켜 센싱 마진을 확보할 수 있다. In an embodiment, the phase change film 108 is formed to be in direct contact with the central portion of the PN diode 106 without a lower electrode so that a phase change occurs in the central portion of the PN diode 106. The conventional problem of electrically opening between the change film 108 and the lower electrode can be solved. Accordingly, the present invention can reduce the current distribution required for the phase change, thereby reducing the parasitic capacitance to ensure a sensing margin.

또한, 본 발명은 상기 상변화막(108)을 콘택홀 내에 상변화 물질을 매립시키는 방법으로 형성하는데, 이 경우, 기존의 스택(Stack) 구조에 비해 상대적으로 프로그래밍 전류를 낮출 수 있다. 상기 프로그래밍 전류를 보다 감소시키기 위해 상기 콘택홀의 크기를 작게 형성하는 것이 바람직하다. In addition, the present invention forms the phase change layer 108 by filling a phase change material in the contact hole, in which case, the programming current can be lowered relative to the conventional stack structure. In order to further reduce the programming current, it is preferable to form a smaller size of the contact hole.

도 1d를 참조하면, 상기 상변화막(108) 상에 상기 활성 영역(102)과 수직하는 방향으로 연장되는 비트 라인(BL)을 형성한다. 상기 비트 라인(BL)은 활성 영역(102)을 포함한 반도체 기판(100) 상부에서 일정한 폭을 갖도록 형성하며, 상기 상변화막(108)과 직접 콘택하도록 형성한다. Referring to FIG. 1D, a bit line BL is formed on the phase change layer 108 extending in a direction perpendicular to the active region 102. The bit line BL is formed to have a predetermined width on the semiconductor substrate 100 including the active region 102 and is in direct contact with the phase change layer 108.

이때, 상기 비트 라인(BL)의 폭은 비트 라인(BL) 간의 간격과 동일하거나, 또는, 다르게 형성하며, 상기 비트 라인(BL)은 상기 상변화막(108)과 100nm 이하 정도로 오버랩되도록 형성하는 것이 바람직하다. In this case, the width of the bit line BL is formed to be the same as or different from the interval between the bit lines BL, and the bit line BL is formed to overlap the phase change layer 108 to about 100 nm or less. It is preferable.

여기서, 본 발명은 상기 비트 라인(BL)을 상기 상변화막(108)과 직접 콘택하도록 형성함으로써, 상기 상변화막(108)과 비트 라인(BL) 간의 동적(Ddynamic) 콘택 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 비트 라인(BL) 하부에 상부 전극, 콘택 등이 형성되지 않기 때문에 비트 라인(BL)의 기생 캐패시턴스를 감소시킬 수 있으며, 이를 통해, 상변화 기억 소자의 센싱 마진을 높일 수 있다. 게다가, 본 발명은 상기 비트 라인(BL)이 상기 상변화막(110) 상에 직접 형성되므로 칩의 높이를 낮출 수 있어서 패키지(Package)시에도 유리하다는 장점이 있다. The present invention can reduce the dynamic contact resistance between the phase change layer 108 and the bit line BL by forming the bit line BL in direct contact with the phase change layer 108. have. In addition, since an upper electrode, a contact, etc. are not formed below the bit line BL, the parasitic capacitance of the bit line BL may be reduced, thereby increasing the sensing margin of the phase change memory device. In addition, the present invention has an advantage that the bit line BL is directly formed on the phase change layer 110, so that the height of the chip can be lowered, which is advantageous even when packaged.

도 1e를 참조하면, 상기 비트 라인(BL)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 절연막(도시안됨)을 형성한 다음, 상기 절연막을 식각하여 상기 N+ 벌크 영역(104)을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 그리고 나서, 상기 콘택홀을 도전막으로 매립하여 상기 N+ 벌크 영역(104) 상에 콘택플러그(110)를 형성한다.Referring to FIG. 1E, after forming an insulating film (not shown) on the semiconductor substrate 100 on which the bit line BL is formed, a contact hole for etching the insulating film to expose the N + bulk region 104 is formed. Form. Then, the contact hole is filled with a conductive film to form a contact plug 110 on the N + bulk region 104.

상기 콘택플러그(110)는 상기 수직형 PN 다이오드(106)와 후속으로 형성될 워드 라인을 전기적으로 연결시키는 역할을 하며, 상기 N+ 벌크 영역(104) 상에 형성된 다수개의 수직형 PN 다이오드(106)의 사이에 형성함이 바람직하다. The contact plug 110 electrically connects the vertical PN diode 106 and a word line to be subsequently formed, and the plurality of vertical PN diodes 106 formed on the N + bulk region 104. It is preferable to form between.

이때, 상기 콘택플러그(110)는 상기 수직형 PN 다이오드(106)와 동일한 크기로 형성하거나, 또는, 다른 크기로 형성하는 것도 가능하다. 또한, 상기 콘택플러 그(110)는 콘택플러그(110)와 가장 인접한 수직형 PN 다이오드(106) 사이의 간격이 수직형 PN 다이오드(106) 간의 간격과 같거나, 또는, 다르게 형성해도 무방하다.In this case, the contact plug 110 may have the same size as the vertical PN diode 106 or may have a different size. In addition, the contact plug 110 may have a spacing between the contact plug 110 and the closest vertical PN diode 106 equal to or different from that of the vertical PN diode 106.

도 1f를 참조하면, 상기 콘택플러그(110)가 형성된 절연막 상에 상기 N+ 벌크 영역(104)과 콘택함과 아울러 상기 N+ 벌크 영역(104)과 평행하는 방향으로 연장되는 워드 라인(WL)을 형성한다. 상기 N+ 벌크 영역(104)과 워드 라인(WL)은 상기 콘택플러그(110)를 통해 콘택하며, 워드 라인(WL)의 폭과 워드 라인(WL) 사이의 간격은 서로 같거나, 또는, 다르게 형성해도 무방하다.Referring to FIG. 1F, a word line WL contacting the N + bulk region 104 and extending in a direction parallel to the N + bulk region 104 on the insulating layer on which the contact plug 110 is formed. To form. The N + bulk region 104 and the word line WL are contacted through the contact plug 110, and the width between the width of the word line WL and the word line WL is equal to or different from each other. It may be formed.

이후, 도시하지는 않았으나 공지된 일련의 후속 공정들을 차례로 수행하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 기억 소자를 완성한다.Subsequently, although not shown, a series of subsequent known processes are sequentially performed to complete the phase change memory device according to the exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 도 1f의 A-A′선에 대응하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 기억 소자를 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a phase change memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, corresponding to line A-A 'of FIG. 1F.

도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100) 활성 영역의 표면 내에 라인 타입의 N+ 벌크 영역(104)이 형성되고, 상기 N+ 벌크 영역(104) 상에 이격되는 다수개의 수직형 PN 다이오드(106)들이 형성된다. 그리고, 상기 수직형 PN 다이오드(106) 상에 상기 PN 다이오드(106)의 일부, 바람직하게는, PN 다이오드(106)의 중앙 부분과 콘택하도록 필라(pillar)형 상변화막(108)이 형성된다.As shown in FIG. 2, a line type N + bulk region 104 is formed in the surface of the active region of the semiconductor substrate 100, and a plurality of vertical PN diodes are spaced apart on the N + bulk region 104. 106 are formed. A pillar type phase change layer 108 is formed on the vertical PN diode 106 to contact a portion of the PN diode 106, preferably a central portion of the PN diode 106. .

상기 상변화막(108)은 하부 전극 없이 상기 수직형 PN 다이오드(106)의 중앙 부분과 직접 콘택하도록 형성되기 때문에, 상기 상변화막(108)과 하부 전극 사이가 전기적으로 오픈되는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해, 본 발명은 기생 캐패시턴스를 감소시켜 센싱 마진을 확보할 수 있다. Since the phase change layer 108 is formed to be in direct contact with the central portion of the vertical PN diode 106 without a lower electrode, it is possible to prevent the phase change layer 108 and the lower electrode from being electrically opened. And, through this, the present invention can reduce the parasitic capacitance to secure the sensing margin.

계속해서, 상기 상변화막(108) 상에 상기 N+ 벌크 영역(104)과 수직하는 방향으로 연장되는 비트 라인(BL)이 형성되며, 상기 비트 라인(BL) 상부에 상기 N+ 벌크 영역(104)과 콘택함과 아울러 상기 N+ 벌크 영역(104)과 평행하는 방향으로 연장되는 워드 라인(WL)이 형성된다. 상기 비트 라인(BL)은 일정한 폭을 갖도록 형성되고, 상기 N+ 벌크 영역(104) 상에는 상기 워드 라인(WL)과 N+ 벌크 영역(104)을 콘택시키는 콘택플러그(110)가 형성된다.Subsequently, the phase-change film 108 onto N + bulk region (104) the bit line (BL) extending in a direction perpendicular to this is formed, and the bit line (BL) above the upper N + bulk region ( In addition to contacting 104, a word line WL is formed extending in a direction parallel to the N + bulk region 104. It said bit line (BL) is formed to have a predetermined width, the contact plug 110 for contact with the N + bulk region (104) formed on the word line (WL) and the N + bulk region (104) is formed.

상기 비트 라인(BL)은 상부 전극 없이 상기 상변화막(108)과 직접 콘택하도록 형성되기 때문에, 본 발명은, 상기 상변화막(108)과 비트 라인(BL) 간의 동적(Ddynamic) 콘택 저항을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 기생 캐패시턴스를 감소시킬 수 있으며, 이를 통해, 상변화 기억 소자의 센싱 마진을 높일 수 있다.Since the bit line BL is formed to be in direct contact with the phase change layer 108 without an upper electrode, the present invention provides a dynamic contact resistance between the phase change layer 108 and the bit line BL. Can be reduced. Therefore, the present invention can reduce the parasitic capacitance, thereby increasing the sensing margin of the phase change memory device.

한편, 전술한 본 발명의 일 실시예는 활성 영역을 포함한 반도체 기판 상에서 일정한 폭을 갖는 비트 라인을 형성함으로써 기생 캐패시턴스를 감소시키고 센싱 마진을 높였지만, 본 발명의 다른 실시예로서 상기 활성 영역 상에서 나머지 다른 영역에서보다 좁은 폭을 갖는 비트 라인을 형성함으로써 상기 기생 캐패시턴스를 더욱 감소시킬 수 있다.Meanwhile, the above-described embodiment of the present invention reduces the parasitic capacitance and increases the sensing margin by forming a bit line having a constant width on the semiconductor substrate including the active region. The parasitic capacitance can be further reduced by forming a bit line having a narrower width than in other regions.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화 기억 소자를 설명하기 위한 평면도이다. 3 is a plan view illustrating a phase change memory device according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100) 활성 영역(102)의 표면 내에 라인 타입의 N+ 벌크 영역(104)이 형성되고, 상기 N+ 벌크 영역(104) 상에 이격되는 다수개의 수직형 PN 다이오드(106)들이 형성된다. 그리고, 상기 수직형 PN 다이오드(106) 상에 상기 PN 다이오드(106)의 일부, 바람직하게는, PN 다이오드(106)의 중앙 부분과 콘택하도록 필라형 상변화막(108)이 형성된다.As shown in FIG. 3, a line type N + bulk region 104 is formed in the surface of the active region 102 of the semiconductor substrate 100 and a plurality of vertical spaced apart on the N + bulk region 104. Type PN diodes 106 are formed. A pillar type phase change layer 108 is formed on the vertical PN diode 106 to contact a portion of the PN diode 106, preferably a central portion of the PN diode 106.

계속해서, 상기 상변화막(108) 상에 상기 N+ 벌크 영역(104)과 수직하는 방향으로 연장되는 비트 라인(BL)이 형성된다. 상기 비트 라인(BL)은 상기 활성 영역(102) 상에서 나머지 다른 영역에서보다 좁은 폭을 갖도록 형성한다. 이때, 비트 라인(BL)의 폭이 달라지는 경계 부분에서 상기 비트 라인(BL)은 예각이나 둔각 형태로 레이아웃 되는 것이 가능하나, 도시된 바와 같이, 직각 형태로 레이아웃 되는 것이 바람직하다.Subsequently, a bit line BL extending in a direction perpendicular to the N + bulk region 104 is formed on the phase change layer 108. The bit line BL is formed to have a narrower width on the active region 102 than in the other regions. In this case, the bit line BL may be laid out in an acute angle or an obtuse shape at a boundary portion where the width of the bit line BL varies, but it is preferable that the bit line BL is laid out in a right angle shape.

이렇게 하면, 상기 비트 라인(BL)이 후속으로 형성되는 워드 라인과 오버랩되는 부분이 감소하여 상기 비트 라인(BL)의 기생 캐패시턴스를 더욱 감소시킬 수 있으며, 따라서, 상변화 메모리 소자의 센싱 마진을 더욱 효과적으로 높일 수 있다.In this case, a portion where the bit line BL overlaps with a subsequent word line may be reduced to further reduce the parasitic capacitance of the bit line BL, thereby further increasing the sensing margin of the phase change memory device. It can increase effectively.

이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited thereto, and the following claims are not limited to the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.

이상에서와 같이, 본 발명은 상변화막 상에 비트 라인을 직접 콘택하도록 형성함으로써, 상기 비트 라인의 동적(Dynamic) 콘택 저항을 낮추고 기생 캐패시턴스를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 상변화 기억 소자의 센싱 마진을 높일 수 있다.As described above, according to the present invention, the bit line may be directly contacted on the phase change layer, thereby reducing the dynamic contact resistance of the bit line and reducing the parasitic capacitance. Therefore, the present invention can increase the sensing margin of the phase change memory device.

Claims (18)

반도체 기판의 표면 내에 형성된 라인 타입의 N+ 벌크 영역;A line type N + bulk region formed in the surface of the semiconductor substrate; 상기 N+ 벌크 영역 상에 이격되어 형성된 다수개의 PN 다이오드;A plurality of PN diodes spaced apart on the N + bulk region; 상기 PN 다이오드 상에 형성된 상변화막;A phase change film formed on the PN diode; 상기 상변화막과 직접 콘택함과 아울러 상기 N+ 벌크 영역과 수직하는 방향으로 연장하도록 형성된 비트 라인; 및A bit line formed in direct contact with the phase change layer and extending in a direction perpendicular to the N + bulk region; And 상기 비트 라인 상부에 상기 N+ 벌크 영역과 콘택함과 아울러 상기 N+ 벌크 영역과 평행하는 방향으로 연장하도록 형성된 워드 라인;The bit line also the N + bulk region and in contact with the upper as well as the word lines are formed so as to extend in a direction parallel to the N + bulk region; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.Phase change memory device comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상변화막은 필라(pillar)형으로 형성된 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.And the phase change layer is formed in a pillar shape. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상변화막은 상기 PN 다이오드 상에서 상기 PN 다이오드의 일부와 콘택하도록 형성된 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.And the phase change film is formed to contact a portion of the PN diode on the PN diode. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 상변화막은 상기 PN 다이오드의 중앙 부분과 콘택하도록 형성된 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.And the phase change film is formed to contact the central portion of the PN diode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비트 라인은 상기 N+ 벌크 영역의 상부에서의 폭이 나머지 다른 부분에서의 폭보다 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.And the bit line has a width at an upper portion of the N + bulk region narrower than a width at the other portion. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 비트 라인은 상기 비트 라인의 폭이 달라지는 경계 부분에서 직각 형태로 레이아웃된 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.And the bit line is laid out at right angles at a boundary portion where the width of the bit line varies. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 N+ 벌크 영역 상에 형성되며, 상기 워드 라인과 상기 N+ 벌크 영역을 콘택시키는 콘택플러그를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.The phase change memory device according to claim 1, further comprising a contact plug is formed on the N + bulk region, and the word line to contact the N + bulk region. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상변화막은 상기 PN 다이오드와 직접 콘택하도록 형성된 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.And the phase change film is formed to be in direct contact with the PN diode. 반도체 기판의 표면 내에 라인 타입의 N+ 벌크 영역을 형성하는 단계;Forming a line type N + bulk region within the surface of the semiconductor substrate; 상기 N+ 벌크 영역 상에 이격되는 다수개의 PN 다이오드를 형성하는 단계;Forming a plurality of PN diodes spaced apart on the N + bulk region; 상기 PN 다이오드 상에 상변화막을 형성하는 단계;Forming a phase change film on the PN diode; 상기 상변화막과 직접 콘택함과 아울러 상기 N+ 벌크 영역과 수직하는 방향으로 연장되는 비트 라인을 형성하는 단계; 및Forming a bit line in direct contact with the phase change layer and extending in a direction perpendicular to the N + bulk region; And 상기 비트 라인 상부에 상기 N+ 벌크 영역과 콘택함과 아울러 상기 N+ 벌크 영역과 평행하는 방향으로 연장되는 워드 라인을 형성하는 단계;To the bit line as well as the upper and also the N + bulk region and the contact to form a word line extending in a direction parallel to the N + bulk region; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자의 제조방법.Method of manufacturing a phase change memory device comprising a. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 상변화막은 필라형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자의 제조방법.And the phase change film is formed in a pillar shape. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 상변화막은 상기 PN 다이오드 상에서 상기 PN 다이오드의 일부와 콘택하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자의 제조방법.And the phase change film is formed on the PN diode to be in contact with a portion of the PN diode. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 상변화막은 상기 PN 다이오드의 중앙 부분과 콘택하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자의 제조방법.And the phase change film is formed to contact the central portion of the PN diode. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 비트 라인은 상기 N+ 벌크 영역의 상부에서의 폭이 나머지 다른 부분에서의 폭보다 좁게 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자의 제조방법.And the bit line is formed to have a width at an upper portion of the N + bulk region narrower than a width at other portions. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 비트 라인은 상기 비트 라인의 폭이 달라지는 경계 부분에서 직각 형태로 레이아웃하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자의 제조방법.And the bit line is laid out at right angles at a boundary portion where the width of the bit line varies. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 비트 라인을 형성하는 단계 후, 그리고, 상기 워드 라인을 형성하는 단계 전,After forming the bit line, and before forming the word line, 상기 N+ 벌크 영역 상에 상기 워드 라인과 상기 N+ 벌크 영역을 콘택시키는 콘택플러그를 형성하는 단계;Comprising: on the N + bulk region and the word line form a contact plug that contacts the N + bulk region; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자의 제조방법.The method of manufacturing a phase change memory device, characterized in that it further comprises. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 상변화막은 상기 PN 다이오드와 직접 콘택하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자의 제조방법.And the phase change film is formed in direct contact with the PN diode. 반도체 기판의 활성 영역에 형성된 상변화 기억 셀;A phase change memory cell formed in an active region of a semiconductor substrate; 상기 상변화 기억 셀과 콘택함과 아울러 상기 활성 영역과 수직하는 방향으로 연장하도록 형성된 비트 라인; 및A bit line formed in contact with the phase change memory cell and extending in a direction perpendicular to the active area; And 상기 비트 라인 상부에 형성되며 상기 활성 영역과 평행하는 방향으로 연장하도록 형성된 워드 라인;을 포함하며,And a word line formed on the bit line and extending in a direction parallel to the active region. 상기 비트 라인은 상기 상변화 기억 셀과 콘택하는 부분이 나머지 다른 부분보다 좁은 폭을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.And the bit line is formed such that a portion in contact with the phase change memory cell has a narrower width than the other portions. 제 17 항에 있어서, The method of claim 17, 상기 비트 라인은 상기 비트 라인의 폭이 달라지는 경계 부분에서 직각 형태로 레이아웃된 것을 특징으로 하는 상변화 기억 소자.And the bit line is laid out at right angles at a boundary portion where the width of the bit line varies.
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