KR20090060595A - 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
상변화 물질의 특성을 유지시킬 수 있는 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제시한다.
본 발명에 의한 상변화 메모리 소자 제조 방법은 하부구조가 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계 및 반도체 기판 상에 이종의 물질로 된 상변화 물질 적층 구조를 형성하는 단계를 포함하여, 후속되는 고온 공정에서 상변화 물질의 결정 성장을 억제하여 상변화 물질층의 저항 특성을 유지시킬 수 있다.
PRAM, 상변화 물질, 적층 구조
Description
본 발명은 상변화 메모리 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상변화 물질의 특성을 유지시킬 수 있는 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 상변화 메모리 소자(Phase-change Random Access Memory; PRAM)의 상변화 물질층은 스퍼터 방식을 통해 형성하는 것이 일반적이며, 소자의 집적도가 증가함에 따라 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방식 등에 의해 상변화 물질층을 형성하게 될 것으로 전망된다.
상변화 물질층의 증착 방법과 무관하게, 상변화 메모리 소자에서 상변화 물질층의 소자적 특성을 만족시키기 위해서는 면심입방구조(Face-Centered Cubic; FCC) 구조를 가져야 하며, 이를 위해서는 결정화된 박막을 증착해야 한다.
일반적으로, FCC 구조의 상변화 물질층은 500Ω/Sq.의 저항값을 갖는데, 후속 금속층 형성 공정이 약 400℃ 정도에서 진행됨에 따라, 상변화 물질층의 저항값이 100Ω/Sq.정도로 낮아지게 된다.
이는 금속층 형성 공정 진행 중에, 기 증착되어 있던 상변화 물질의 그레인이 성장함으로써 일어나는 현상으로, 상변화 물질층의 저항값이 낮아지면 리셋 전류가 증가하게 된다.
리셋 전류는 상변화 물질층의 상태를 결정질에서 비정질로 바꾸는 데 필요한 전류로, 소자의 수명(lifetime), 센싱 마진(sensing margin) 및 소자의 축소율(shrinkage)을 좌우한다.
그러나, 현재의 상변화 메모리 소자는 제조 과정에서 상부 전극으로 사용하기 위한 금속층 형성 공정시 상변화 물질의 결정 성장과, 이로 인한 저항값 감소로 인해 리셋 전류가 증가하고, 이에 따라 소자의 동작 특성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상변화 물질의 결정이 성장하는 것을 억제할 수 있는 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 상변화 물질층 형성시 상변화 물질과 장벽 물질층을 순차적으로 적층함으로써, 후속 공정에서 상변화 물질 결정의 성장을 억제하고, 결과적으로 상변화 물질층의 저항 특성을 유지시킬 수 있는 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 상변화 메모리 소자 제조 방법은 하부구조가 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계; 및 상기 반도체 기판 상에 이종의 물질로 된 상변화 물질 적층 구조를 형성하는 단계;를 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 상변화 메모리 소자는 접합 영역이 형성된 반도체 기판; 상기 접합 영역 상에 형성되는 스위칭 소자; 상기 스위칭 소자 상에 형성되는 하부전극 콘택; 및 상기 하부전극 콘택 상에 형성되는 이종의 물질로 된 상변화 물질 적층 구조;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 상변화 물질층과 장벽 물질층을 순차적으로 적층함으로 써, 후속되는 고온 공정에서 상변화 물질의 결정이 성장하지 않도록 할 수 있다. 이에 따라, 상변화 물질층의 저항 특성을 유지할 수 있고, 낮은 리셋 전류 및 소비 전력으로도 상변화 메모리 소자를 동작시킬 수 있게 된다.
아울러, 장벽 물질층 형성시 계면 반응성이 없는 금속 물질, 산화막 계열 물질, 귀금속 물질을 이용함으로써, 상변화 메모리 소자의 동작에 전혀 영향을 주지 않고도 상변화 물질층의 특성을 원래대로 유지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 일 실시예에 의한 상변화 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1a에 도시한 것과 같이, 상변화 메모리 소자를 제조하기 위한 하부구조를 형성한다. 즉, 반도체 기판(101)에 소자 분리막(103)을 형성하여 코어 영역과 셀 영역을 구분하고, 셀 영역에 이온을 주입하여 접합 영역(105)을 형성한다. 이후, 전체 구조 상에 확산 방지막(107, 109) 및 제 1 층간 절연막(111)을 순차적으로 형성한 다음, 지정된 부분을 제거하여 반도체 기판(101)을 노출시키고, 노출 영역에 스위칭 소자(113)로서의 PN 다이오드를 형성한다.
다음, 도 1b에 도시한 것과 같이, 스위칭 소자가 형성된 전체 구조 상에 제 2 층간 절연막(115)을 형성한다. 그리고, 스위칭 소자(113)의 상부가 노출되도록 제 2 층간 절연막(115)을 패터닝하여 콘택홀을 형성한 다음, 콘택홀을 금속물질로 매립하여 하부전극 콘택(Bottom Electrode Contact; BEC, 117)을 형성한다.
이어서, 도 1c에 도시한 것과 같이, BEC(117)를 형성한 전체 구조 상에 상변화 물질층 적층 구조(123)를 형성한다.
보다 구체적으로 설명하면, 전체 구조 상에 상변화 물질층(119) 및 장벽 물질층(121)을 적어도 1회 순차적으로 적층하여, 적층 구조(123)를 형성한다.
이때, 장벽 물질층(121A, 121B, 121C)은 전기 전도도 및 열 전도도가 우수하고, 계면 반응성이 없는 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 장벽 물질층은 금속 물질, 귀금속 물질, 또는 산화막 계열 물질 중 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다. 여기에서, 금속 물질은 질화 티타늄(TiN), 질화 탄탈륨(TaN), 루테늄(Ru), 산화 루테늄(RuO), 질화 텅스텐(WN), 실리콘 질화 텅스텐(WSiN), 텅스텐(W), 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 내화성 그룹, 또는 금(Au), 백금(Pt) 등과 같은 귀금속 그룹이 될 수 있으며, 산화막 계열 물질로는 티타늄 산화막(TiO2), 실리콘 산화막(SiO2), 탄탈륨 산화막Ta5O6을 포함하는 그룹이 될 수 있다.
아울러, 상변화 물질층(119A, 119B, 119C)의 두께는 각각 0.1 내지 900Å으로 형성하고, 장벽 물질층(121A, 121B, 121C)의 두께는 상변화 물질의 결정 계면에서 박막의 성장을 방해하면서, 터널링에 의해 전자가 통과될 수 있는 두께, 예를 들어, 0.1 내지 200 Å으로 형성하는 것이 바람직하다. 특히 산화막 계열 물질을 이용하여 장벽 물질층(121A, 121B, 121C)을 형성할 경우에는 그 두께를 0.1 내지 40Å으로 형성한다.
또한, 상변화 물질층(119A, 119B, 119C) 및 장벽 물질층(121A, 121B, 121C)은 스퍼터링, ALD, MOCVD 방식 중 어느 하나를 이용하여 형성할 수 있다.
이와 같이 하여, 상변화 물질층의 적층 구조(123)를 형성한 후에는 도 1d에 도시한 것과 같이, BEC(117)와 콘택되도록 적층 구조(123)를 패터닝한다. 그리고,상부전극, 워드라인, 워드라인 콘택, 비트라인을 형성하여 상변화 메모리 소자를 완성한다.
도 2는 일반적인 상변화 메모리 소자에서 상변화 물질층의 구조를 설명하기 위한 사진이고, 도 3은 본 발명에 의해 제조된 상변화 메모리 소자에서 상변화 물질층의 적층 구조를 설명하기 위한 사진이다.
먼저, 도 2는 일반적인 상변화 메모리 소자 제조시 형성된 단일 박막 구조의 상변화 물질층을 나타내는 것으로, 후속 상부전극 형성 공정에 의해 그레인 사이즈가 증가한 것을 알 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명에 의해 상변화 물질층을 적층구조로 형성한 경우의 사진으로, 각 층에서 상변화 물질의 그레인이 성장하지 않고 균일한 크기를 갖는 것을 알 수 있다.
이는 상변화 물질층 사이에 장벽 물질층을 형성함으로써 상변화 물질의 그레인 성장이 억제된 것으로, 전기 전도도 및 열 전도도가 높고 계면 반응성이 없는 장벽 물질층을 도입함에 의해, 후속되는 고온 공정에서도 상변화 물질층의 특성을 그대로 유지시킬 수 있게 된다.
한편, 이상의 방법에 의해 제조된 상변화 메모리 소자는 접합 영역이 형성된 반도체 기판, 접합 영역 상에 형성되는 스위칭 소자, 스위칭 소자 상에 형성되는 하부전극 콘택 및 하부전극 콘택 상에 형성되는 상변화 물질 적층 구조를 포함한다. 여기에서, 상변화 물질 적층 구조는, 상변화 물질층 및 장벽 물질층이 적어도 1회 적층된 구조이며, 장벽 물질층에 의해 상변화 물질층의 그레인 성장이 억제되어 상변화 물질층의 저항 특성이 보장되게 된다.
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.
본 발명에 의하면 상변화 물질층의 특성, 특히 저항 특성을 개선하여 상변화 메모리 소자의 리셋 전류를 감소시킬 수 있다.
리셋 전류의 감소는 상변화 메모리 소자의 센싱 마진을 확보하고, 소자의 축소율을 증대시키는 결과를 가져오며, 따라서 소자를 소형화할 수 있다.
결과적으로, 휴대 기기 등과 같이 소형 메모리 소자가 요구되는 전자 기기에 본 발명에 의해 제조된 상변화 메모리 소자를 용이하게 적용할 수 있다.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 일 실시예에 의한 상변화 메모리 소자 제조 방법을 설명하기 위한 단면도,
도 2는 일반적인 상변화 메모리 소자에서 상변화 물질층의 구조를 설명하기 위한 사진,
도 3은 본 발명에 의해 제조된 상변화 메모리 소자에서 상변화 물질층의 적층 구조를 설명하기 위한 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
101 : 반도체 기판 103 : 소자 분리막
105 : 접합 영역 107, 109 : 확산 방지막
111 : 제 1 층간 절연막 113 : 스위칭 소자
115 : 제 2 층간 절연막 117 : 하부전극 콘택(BEC)
119 : 상변화 물질층 121 : 장벽 물질층
123 : 적층 구조
Claims (18)
- 상변화 메모리 소자 제조 방법으로서,하부구조가 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계; 및상기 반도체 기판 상에 이종의 물질로 된 상변화 물질 적층 구조를 형성하는 단계;를 포함하는 상변화 메모리 소자 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 상변화 물질 적층 구조는, 상변화 물질층 및 장벽 물질층이 적어도 1회 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 금속 물질, 귀금속 물질, 또는 산화막 계열 물질 중 어느 하나를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자 제조 방법.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 질화 티타늄(TiN), 질화 탄탈륨(TaN), 루테늄(Ru), 산화 루테늄(RuO), 질화 텅스텐(WN), 실리콘 질화 텅스텐(WSiN), 텅스텐(W) 및 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 금속 물질 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 이용 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자 제조 방법.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 금(Au) 및 백금(Pt)을 포함하는 귀금속 물질 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자 제조 방법.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 티타늄 산화막(TiO2), 실리콘 산화막(SiO2) 및 탄탈륨 산화막(Ta5O6)을 포함하는 산화막 계열 물질 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 상변화 물질층은 0.1 내지 900Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 0.1 내지 200 Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 0.1 내지 40Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자 제조 방법.
- 접합 영역이 형성된 반도체 기판;상기 접합 영역 상에 형성되는 스위칭 소자;상기 스위칭 소자 상에 형성되는 하부전극 콘택; 및상기 하부전극 콘택 상에 형성되는 이종의 물질로 된 상변화 물질 적층 구조;를 포함하는 상변화 메모리 소자.
- 제 10 항에 있어서,상기 상변화 물질 적층 구조는, 상변화 물질층 및 장벽 물질층이 적어도 1회 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 11 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 금속 물질, 귀금속 물질, 또는 산화막 계열 물질 중 어느 하나를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 질화 티타늄(TiN), 질화 탄탈륨(TaN), 루테늄(Ru), 산화 루테늄(RuO), 질화 텅스텐(WN), 실리콘 질화 텅스텐(WSiN), 텅스텐(W) 및 질화 알루미늄(AlN)을 포함하는 금속 물질 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 금(Au) 및 백금(Pt)을 포함하는 귀금속 물질 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 티타늄 산화막(TiO2), 실리콘 산화막(SiO2) 및 탄탈륨 산화막(Ta5O6)을 포함하는 산화막 계열 물질 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 11 항에 있어서,상기 상변화 물질층은 0.1 내지 900Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 11 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 0.1 내지 200 Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제 15 항에 있어서,상기 장벽 물질층은, 0.1 내지 40Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070127473A KR20090060595A (ko) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070127473A KR20090060595A (ko) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090060595A true KR20090060595A (ko) | 2009-06-15 |
Family
ID=40990317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070127473A KR20090060595A (ko) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20090060595A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101124301B1 (ko) * | 2010-03-25 | 2012-03-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 상변화 메모리 소자 제조 방법 |
| CN111725396A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-09-29 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种石墨烯-相变材料结构、存储器单元及其制备方法 |
-
2007
- 2007-12-10 KR KR1020070127473A patent/KR20090060595A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101124301B1 (ko) * | 2010-03-25 | 2012-03-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 상변화 메모리 소자 제조 방법 |
| CN111725396A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-09-29 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种石墨烯-相变材料结构、存储器单元及其制备方法 |
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