KR20090047717A - Fabrication method of phase-change memory device - Google Patents
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Abstract
상변화 메모리 소자 제조 방법을 제시한다.A method of manufacturing a phase change memory device is provided.
본 발명에 의한 상변화 메모리 소자는 하부구조가 형성된 반도체 기판 상에 상변화 물질층, 상부전극 물질층, 반사 방지막 및 하드마스크를 순차적으로 형성하는 단계, 전자를 중성화시키는 식각 가스를 이용하여 반사 방지막을 식각하는 단계 및 상부전극 물질층 및 상변화 물질층을 패터닝하는 단계를 통해 형성되어, 상변화 물질을 정교하게 패터닝할 수 있다.In the phase change memory device according to the present invention, a phase change material layer, an upper electrode material layer, an antireflection film, and a hard mask are sequentially formed on a semiconductor substrate on which a lower structure is formed, and an antireflection film is formed by using an etching gas to neutralize electrons. It is formed through the step of etching and patterning the upper electrode material layer and the phase change material layer, it is possible to finely pattern the phase change material.
PRAM, 상변화 물질, 폴리머 PRAM, phase change material, polymer
Description
본 발명은 상변화 메모리 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상변화 물질을 오류 없이 정확하게 패터닝할 수 있는 상변화 메모리 소자 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phase change memory device, and more particularly, to a method of manufacturing a phase change memory device capable of accurately patterning a phase change material without error.
상변화 메모리 소자(Phase-change Random Access Memory; PRAM)는 칼코게나이드계 합금(Chalcogenide materials)이 비정질 상태에서는 높은 저항을, 결정질 상태에서는 낮은 저항을 갖는 상변화 특성을 이용하여 정보를 기록하고 독출하는 메모리 소자로서, 플래쉬 메모리에 비해 빠른 동작 속도 및 높은 집적도를 갖는 장점이 있다.Phase-change random access memory (PRAM) records and reads information using phase-change characteristics in which chalcogenide alloys have high resistance in the amorphous state and low resistance in the crystalline state. Shipment is a memory element, which has the advantage of having a high operating speed and high integration compared to the flash memory.
PRAM 제조시에는 하부 전극, 하부전극 콘택 등의 하부 구조가 형성된 반도체 기판 상에 상변화 물질 패턴 및 상부 전극 패턴을 형성하여야 한다. 현재, 상변화 물질로는 GST(GexSbyTez)가 주로 사용되는데, GST는 매우 민감한 물질이어서 식각 진행시 발생하는 손상 뿐 아니라 포토레지스트 제거시에도 적지 않은 영향을 받는다.In manufacturing a PRAM, a phase change material pattern and an upper electrode pattern should be formed on a semiconductor substrate on which lower structures such as lower electrodes and lower electrode contacts are formed. Currently, GST (GexSbyTez) is mainly used as a phase change material. Since GST is a very sensitive material, it is affected not only by damage during etching but also when removing photoresist.
이를 방지하기 위해 GST 상에 상부전극 물질층을 형성하고 반사 방지막 및 하드마스크를 형성한 다음, 하드 마스크를 장벽층으로 하여 익스-시투(Ex-situ) 식각 방식으로 반사 방지막을 식각하고, 이어서 상부전극 및 상변화 물질을 패터닝하고 있다.To prevent this, an upper electrode material layer is formed on the GST, an anti-reflection film and a hard mask are formed, and then the anti-reflection film is etched by an ex-situ etching method using the hard mask as a barrier layer, followed by The electrode and phase change material are patterned.
이러한 익스-시투 식각 공정시에는 CF4/CHF3/Ar/O2 베이스의 화학품을 이용하여 10 내지 20%의 오버 식각을 진행하게 되는데, 이 때 스퍼터링(Sputtering) 또는 화학 반응에 의해 끓는점이 높은 TiFx 계열의 폴리머나, Ti +이온이 생성되게 된다.During the ex-situ etching process, 10 to 20% over etching is performed using a chemical product based on CF 4 / CHF 3 / Ar / O 2 , and at this time, a high boiling point is caused by sputtering or chemical reaction. TiFx-based polymers or Ti + ions are produced.
이에 따라, 하드마스크의 측벽에 차지-업 되어 있는 전자에 의해 전자 쉐도잉 효과의 결과로 Ti 또는 TiFx 계열의 금속 폴리머가 증착되며, 이로 인해 후속 식각 공정이 정교하게 진행되지 않는 문제가 있다.Accordingly, Ti or TiFx-based metal polymers are deposited as a result of the electron shadowing effect by electrons charged up on the sidewalls of the hard mask, and thus, subsequent etching processes are not precisely performed.
도 1은 일반적인 상변화 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a general method of manufacturing a phase change memory device.
도시한 것과 같이, 하부 전극 등이 형성된 반도체 기판(10) 상에 상변화 물질층(20), 상부전극 물질층(30), 반사 방지막(40) 및 하드 마스크(50)를 형성한다. 그리고, 하드 마스크(50)를 장벽으로 하여 반사 방지막(40)을 식각한다.As illustrated, a phase
여기에서, 식각 공정은 CF4/CHF3/Ar/O2 베이스의 화학품을 사용하여 익스-시투로 진행된다.Here, the etching process is carried out ex-situ using chemicals based on CF 4 / CHF 3 / Ar / O 2 .
이러한 식각 공정시 식각 가스의 화학반응 등에 의해 하드 마스크(50)의 측 벽에 금속 폴리머(60)가 증착되게 된다.During the etching process, the
도 2a 및 2b는 일반적인 상변화 메모리 소자의 셈(SEM) 사진이다.2A and 2B are SEM images of a typical phase change memory device.
도 2a에 도시한 것과 같이, 하드 마스크(50)의 측벽에 금속 폴리머가 부착되어 있는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 2A, it can be seen that the metal polymer is attached to the sidewall of the
이러한 상태에서, 반사 방지막(40) 하부의 상부전극 물질층(30) 및 상변화 물질층(20)을 패터닝하게 되면, 금속 폴리머(60)가 장벽 역할을 하여, 상부전극 패턴 및 상변화 물질층 패턴을 정확하게 형성할 수 없고, 이에 따라 소자가 오동작하는 등 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.In this state, when the upper
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상변화 물질층 패턴시 하드마스크 측벽에 폴리머가 부착되지 않도록 하는 상변화 메모리 소자 제조 방법을 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and there is a technical problem to provide a method for manufacturing a phase change memory device in which a polymer does not adhere to a hard mask sidewall when a phase change material layer pattern is formed.
본 발명의 다른 기술적 과제는 상변화 물질 패턴 형성시 하드마스크에 차지-업되어 있는 전자를 중성화시킬 수 있는 식각 가스를 이용함으로써, 상변화 물질층을 정확하게 패터닝할 수 있는 상변화 메모리 소자 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem of the present invention is to provide a method of manufacturing a phase change memory device capable of accurately patterning a phase change material layer by using an etching gas capable of neutralizing electrons charged up in a hard mask when forming a phase change material pattern. To provide.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 상변화 메모리 소자 제조 방법은 하부구조가 형성된 반도체 기판 상에 상변화 물질층, 상부전극 물질층, 반사 방지막 및 하드마스크를 순차적으로 형성하는 단계; 전자를 중성화시키는 식각 가스를 이용하여 상기 반사 방지막을 식각하는 단계; 및 상기 상부전극 물질층 및 상변화 물질층을 패터닝하는 단계;를 포함한다.According to one or more exemplary embodiments, a phase change material layer, an upper electrode material layer, an antireflection film, and a hard mask are sequentially formed on a semiconductor substrate on which a lower structure is formed. Making; Etching the anti-reflection film by using an etching gas that neutralizes electrons; And patterning the upper electrode material layer and the phase change material layer.
본 발명에 의하면 상변화 물질 패턴을 형성하기 위한 식각 공정시 폴리머 발생을 억제하여, 상변화 물질을 정교하게 패터닝할 수 있다.According to the present invention, it is possible to finely pattern the phase change material by suppressing the generation of polymer during the etching process for forming the phase change material pattern.
이에 따라, 상변화 메모리 소자의 오동작을 방지하여 신뢰성 및 생산 수율이 증대되는 이점이 있다.Accordingly, there is an advantage that reliability and production yield are increased by preventing malfunction of the phase change memory device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 상변화 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.3A and 3B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a phase change memory device according to an embodiment of the present invention.
도 3a에 도시한 것과 같이, 하부전극(미도시), 하부전극 콘택(미도시) 등과 같은 하부 구조가 형성된 반도체 기판(100) 상에 상변화 물질층(110), 상부전극 물질층(120), 반사 방지막(130) 및 하드마스크(140)를 순차적으로 형성한다.As shown in FIG. 3A, a phase
그리고, 전자를 중성화시키는 식각 가스를 이용하여, 하드마스크(140)를 장벽으로 한 익스-시투 식각 공정으로 반사 방지막(130)을 식각한다.Then, the
여기에서, 전자를 중성화시키는 식각 가스는 수소 포함 가스를 이용할 수 있으며, 바람직게는 CHF3/O2/Ar 베이스 화학 가스가 될 수 있다.Here, the etching gas for neutralizing the electrons may use a hydrogen-containing gas, preferably a CHF 3 / O 2 / Ar base chemical gas.
CHF3/O2/Ar 베이스 화학 가스를 식각 가스로 사용하는 경우 하드마스크(140)의 측벽에 차지-업되어 있는 전자들이 수소 가스에 의해 중성화되어, Ti 또는 TiFx 계열의 금속 폴리머가 발생하는 것을 방지할 수 있다.When CHF 3 / O 2 / Ar base chemical gas is used as an etching gas, electrons charged-up on the sidewall of the
도 3b는 식각 공정 완료 후 상변화 메모리 소자의 단면도로서, 측벽에 어떠한 폴리머도 부착되지 않은 하드마스크(140)를 장벽으로 하여 상부전극 패턴(120A) 및 상변화 물질 패턴(110A)이 정확하게 형성된 것을 알 수 있다.3B is a cross-sectional view of the phase change memory device after the etching process is completed, and the
도 4a 및 4b는 본 발명에 의해 제조된 상변화 메모리 소자의 셈(SEM) 사진이 다.4A and 4B are SEM images of a phase change memory device manufactured by the present invention.
먼저, 도 4a는 본 발명에 의해 제조된 상변화 메모리 소자의 단면에 대한 셈 사진으로, 도 2a와 비교해 보면, 측벽에 폴리머 등이 부착되지 않은 상태를 확인할 수 있다.First, FIG. 4A shows a cross-sectional view of a cross-section of a phase change memory device manufactured by the present invention. As compared with FIG. 2A, it can be seen that a polymer or the like is not attached to a sidewall.
다음, 도 4b는 본 발명에 의해 제조된 상변화 메모리 소자의 평면도로서, 도 2b와 비교해 보면, 상부전극 패턴 및 상변화 물질 패턴이 직선으로 고르게 패터닝된 것을 알 수 있다.Next, FIG. 4B is a plan view of the phase change memory device manufactured according to the present invention. As compared with FIG. 2B, it can be seen that the upper electrode pattern and the phase change material pattern are evenly patterned in a straight line.
이와 같이, 본 발명은 상변화 물질 패터닝 공정시 하드마스크 측벽에 폴리머가 부착되는 것을 방지할 수 있어, 후속 식각 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 오버 식각이 불필요하고 저스트(just)하게 식각하는 것 만으로, 원하는 상변화 물질 패턴을 얻을 수 있다.As such, the present invention can prevent the polymer from adhering to the hard mask sidewalls during the phase change material patterning process, thereby improving the reliability of the subsequent etching process. In addition, it is possible to obtain a desired phase change material pattern only by over etching without unnecessary and just etching.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not as restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
본 발명은 상변화 물질층을 정확하게 패터닝할 수 있기 때문에, 반도체 소자 를 고집적화하는 데 유리하다.Since the present invention can accurately pattern a phase change material layer, it is advantageous for high integration of semiconductor devices.
휴대 전화, PDA, 모바일 PC 등의 휴대 기기는 낮은 소비전력으로 동작하는 고집적도의 메모리 소자를 필요로 한다. 본 발명의 상변화 메모리 소자는 상변화 물질층을 정교하게 패터닝할 수 있기 때문에 소자의 집적도를 향상시킬 수 있으므로 휴대 기기 등에 적용하는 경우 그 이점을 극대화할 수 있다.Portable devices such as mobile phones, PDAs and mobile PCs require high density memory devices that operate at low power consumption. Since the phase change memory device of the present invention can finely pattern the phase change material layer, the integration degree of the device can be improved, and thus, the advantages thereof can be maximized when applied to a portable device.
도 1은 일반적인 상변화 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도,1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a general phase change memory device;
도 2a 및 2b는 일반적인 상변화 메모리 소자의 셈(SEM) 사진,2A and 2B are SEM images of a typical phase change memory device,
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 상변화 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도,3A and 3B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a phase change memory device according to an embodiment of the present invention;
도 4a 및 4b는 본 발명에 의해 제조된 상변화 메모리 소자의 셈(SEM) 사진이다.4A and 4B are SEM images of a phase change memory device manufactured by the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 반도체 기판 110 : 상변화 물질층100
110A : 상변화 물질 패턴 120 : 상부전극 물질층110A: phase change material pattern 120: upper electrode material layer
120A : 상부전극 패턴 130 : 반사 방지막120A: upper electrode pattern 130: antireflection film
140 : 하드마스크140: hard mask
Claims (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020070113704A KR20090047717A (en) | 2007-11-08 | 2007-11-08 | Fabrication method of phase-change memory device |
Applications Claiming Priority (1)
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