KR20100029952A - 금속성 캡핑층을 구비한 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
금속성 캡핑층을 구비한 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 불순물 영역을 포함하는 반도체 기판을 제공하는 단계, 상기 반도체 기판상에 하부 전극 콘택을 포함하는 층간 절연막을 형성하는 단계, 상기 층간 절연막 상부에 상변화 물질층을 형성하는 단계, 및 상기 상변화 물질층 상부에 금속성 캡핑층을 형성하는 단계를 포함하는 금속성 캡핑층을 구비한 상변화 메모리 소자 형성 방법이다.
GST, PRAM, Dopant
Description
본 발명은 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법으로, 보다 구체적으로는 금속성 캡핑층을 갖는 상변화 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 메모리 소자는 휘발성인 RAM(Random Access Memory)과, 전원이 차단되더라도 입력된 정보가 계속 유지되는 비휘발성 메모리인 ROM(Read Only Memory)으로 구분된다.
현재 보편적으로 사용되는 RAM 소자로는 DRAM(Dynamic RAM) 및 SRAM(Static RAM)을 들 수 있고, ROM 소자로는 플래쉬 메모리를 들 수 있다.
DRAM은 소비 전력이 낮고 임의 접근이 가능한 이점이 있는 반면, 휘발성이며 높은 전하 저장 능력이 요구되어 커패시터의 용량을 높여야하는 단점이 있다. 캐시(Cash) 메모리 등으로 사용되는 SRAM은 임의 접근이 가능하고 속도가 빠른 장점이 있으나, 휘발성일 뿐 아니라 사이즈가 커서 비용이 높다는 한계가 있다. 아울러, 플래쉬 메모리는 비휘발성 메모리이긴 하나, 두 개의 게이트가 적층된 구조를 갖기 때문에 전원 전압에 비해 높은 동작 전압이 요구된다. 이에 따라, 기록 및 소거 동작에 필요한 전압을 형성하기 위해 별도의 승압 회로를 필요로 하므로 고집적화가 어렵고 동작 속도가 느린 단점이 있다.
이러한 메모리 소자들의 단점을 극복하기 위해 개발된 메모리 소자로 강유전 메모리 소자(Ferroelectric Random Access Memory; FRAM), 강자성 메모리 소자(Magnetic Random Access Memory; MRAM) 및 상변화 메모리 소자(Phase-change Random Access Memory; PRAM)를 들 수 있다.
이 중에서, 상변화 메모리 소자는 비정질 상태에서는 높은 저항을, 결정질 상태에서는 낮은 저항을 갖는 상변화 물질의 상변화에 의해 정보를 기록하고 독출하는 메모리 소자로서, 플래시 메모리에 비해 빠른 동작 속도 및 높은 집적도를 갖는 장점이 있다.
상변화 물질은 온도에 따라 결정 상태 및 비정질 상태와 같이 서로 다른 상태를 갖는 물질로, 결정 상태에서는 비정질 상태에 비해 낮은 저항치를 나타내며 질서 정연한 규칙적인 원자 배열을 지니고 있다. 상변화 물질의 대표적인 예로 칼코게나이드(Chalcogenide)계 물질을 들 수 있으며, 이는 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb), 텔루리움(Te)으로 이루어진 칼코겐(Ge2Sb2Te5) 화합물이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통상적으로 상변화 메모리 소자는 상변화 패턴(30)을 포함한다. 상변화 패턴(30)은 게르마늄-안티몬-텔레늄(Ge-Sb-Te)계열의 물질을 스퍼터링 방식 또는 화학 기상 증착 방식으로 증착한 다음, 이를 리소그라피 공정을 통한 패터닝 공정으로 얻어진다.
여기서, 미설명 도면부호 10은 반도체 기판, 20은 하부 전극 콘택, 25는 층간 절연막을 나타낸다.
그런데, 상변화 패턴(30)을 형성하기 위한 식각 과정에서, 게르마늄-안티몬-텔레늄(Ge-Sb-Te)으로 구성된 상변화 패턴(30)이 대기중에 노출된다. 이러한 경우, 상변화 패턴(30)의 게르마늄-안티몬-텔레늄(Ge-Sb-Te) 성분이 대기중의 산소(O2) 및 수증기(H20)와 반응이 이루어져, 상변화 패턴(30) 표면에 산화막(40)이 형성된다. 이와같은 산화막(40)의 형성으로 상변화 패턴(30)내의 게르마늄-안티몬-텔레늄(Ge-Sb-Te)성분의 조성 변화 및 도펀트 손실이 발생할 수 있다. 이로 인해 상변화 패턴(30)의 결정화 특성이 변화된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상변화 물질 조성의 변화 및 도펀트 손실을 줄일 수 있는 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상변화 메모리 소자는 불순물 영역을 포함하는 반도체 기판 및 상기 반도체 기판상에 하부 전극 콘택을 포함하는 층간 절연막, 상기 층간 절연막 상부에 증착된 상변화 물질층 및 상기 상변화 물질층 상부에 형성된 금속성 캡핑층을 포함한다.
또한 본 발명의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 상변화 메모리 소자의 제조 방법은, 불순물 영역을 포함하는 반도체 기판을 제공하는 단계, 상기 반도체 기판상에 하부 전극 콘택을 포함하는 층간 절연막 형성하는 단계, 상기 층간 절연막 상부에 상변화 물질층을 형성하는 단계, 및 상기 상변화 물질층 상부에 금속성 캡핑층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 상변화 물질층 상부에 상변화 물질층과 반응성이 낮은 금속성 캡핑층을 피복한다.
이에따라, 게르마늄-안티몬-텔레늄(Ge-Sb-Te) 계열의 상변화 물질층이 대기중의 수증기(H2O) 또는 산소(O2)로부터 차단되어 자연 산화막 발생 및 도펀트의 손 실을 차단한다.
따라서, 상변화 물질층의 조성 변화를 방지할 수 있어 안정된 상변화 메모리 소자의 특성을 확보할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 워드라인 역할을 하는 불순물 영역(도시되지 않음)을 포함하는 반도체 기판(100) 상부에 공지의 방식으로 형성된 하부 전극 콘택(115)을 포함하는 층간 절연막(110)을 형성한다. 이어서, 층간 절연막(110) 상부에 상변화 물질층(120)을 증착한다. 상변화 물질층(120)은 스퍼터링 방식 또는 화학 기상 증착 방식으로 형성될 수 있다.
여기서, 상변화 물질층(120)은 게르마늄-안티몬-텔루륨(Ge-Sb-Te), 질소-게르마늄-안티몬-텔루륨(N-Ge-Sb-Te), 비소-안티몬-텔루륨(As-Sb-Te), 게르마늄-비스무스-텔루륨(Ge-Bi-Te), 주석-안티몬-텔루륨(Sn-Sb-Te), 은-인듐-안티몬-텔루륨 (Ag-In-Sb-Te), 금-인듐-안티몬-텔루륨(Au-In-Sb-Te),게르마늄-인듐-안티몬-텔루륨 (Ge-In-Sb-Te), 셀레늄-안티몬-텔루륨(Se-Sb-Te), 주석-인듐-안티몬-텔루륨 ( Sn -In-Sb-Te), 비소-게르마늄-안티몬-텔루륨(As-Ge-Sb-Te)등과 같은 칼코겐나이드 합금들 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
또 다른 예로서 상기 칼코겐 화합물(Ge2Sb2Te5)은 탄탈륨-안티몬-텔루륨 (Ta- Sb-Te), 니오븀-안티몬-텔루륨(Nb-Sb-Te) 또는 바나듐-안티몬-텔루륨(V-Sb-Te) 등과 같은 같은 5A족 원소-안티몬-텔루륨을 포함하거나, 또는 탄탈륨-안티몬-셀레늄 (Ta-Sb-Se), 니오븀-안티몬-셀레늄(Nb-Sb-Se) 또는 바나듐-안티몬-텔루륨(V-Sb-Se)등과 같은 5A족 원소-안티몬-셀레늄을 포함 할 수 있다. 또한, 상변화 물질층은 텅스텐-안티몬-텔루륨(W-Sb-Te), 몰리브덴-안티몬-텔루륨(Mo-Sb-Te), 또는 크롬-안티몬-텔루륨(Cr-Sb-Se) 등과 같은 6A족 원소 -안티몬-텔루륨을 포함하거나 또는 텅스텐-안티몬-셀레늄(W-Sb-Se), 몰리브덴-안티몬-셀레늄(Mo-Sb-Se) 또는 크롬-안티몬-셀레늄(Cr-Sb-Se)등과 같은 6A족 원소-안티몬-셀레늄을 포함 할 수 있다.또한 질소 (N),또는 산화물(SiO2)등의 다양한 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 상변화 물질층(120)과 대기중의 수증기/산소(H2O/O2) 등의 반응성 물질과 접촉을 방지하기 위하여, 상변화 물질층(120) 상부에 금속성 캡핑층(Capping Layer;130)을 증착한다. 이때, 금속성 캡핑층(130)은 전기적 저항이 낮고 상변화 물질층(120)과의 반응성이 거의 없는 도전 물질을 이용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 티타늄 질화막(TiN)을 캡핑층으로 사용한다.
또한, 금속성 캡핑층(130)으로는 상기 티타늄 질화물이외, 탄탈륨 질화물(TaN), 몰리브덴 질화물(MoN), 니오브 질화물(NbN), 티타늄-실리콘 질화물(TiSiN), 티타늄-알루미늄 질화물(TiAlN), 티타늄-보론 질화물(TiBN), 지르코늄-실리콘 질화물(ZrSiN), 텅스텐-실리콘 질화물 (WSiN), 텅스텐-보론 질화물(WBN), 지르코늄-알루미늄 질화물(ZrAlN), 몰리브덴-실리콘 질화물(MoSiN), 몰리브덴-알루 미늄 질화물(MoAlN), 탄탈륨-실리콘 질화물 (TaSiN), 탄탈륨-알루미늄 질화물(TaAlN), 티타늄 산질화물(TiON), 티타늄-알루미늄 산질화물(TiAlON), 텅스텐 산질화물(WON), 또는 탄탈륨 산질화물(TaON)이 있다.
이때, 금속성 캡핑층(130)은 상기 상변화 물질층(120)형성 공정과 연속적으로(In-situ) 형성될 수 있고, 상변화 물질층(120)과 마찬가지로, 스퍼터링 방식 또는 화학 기상 증착 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 금속성 캡핑층(130)의 형성을 위해 챔버간 이동이 필요한 경우 반도체 기판(100)상의 상변화 물질층(120)이 산소(O2)나 수증기(H2O)등의 산화물질에 노출이 되지 않도록 고진공 상태의 공간을 통하여 이동되도록 한다. 또한 금속성 캡핑층(130)은 단일 또는 복층으로 형성될 수 있으며, 증착 압력 및 온도의 범위는 반드시 상변화 물질층(120), 예컨대 칼코겐화합물(Ge-Sb-Te)이 가스상으로 도펀트 유출이 일어나지 않는 조건에서 진행하도록 한다.
이때, 금속성 캡핑층(130) 증착 조건은 도 4에 도시된 바와 같이 반드시 열역학적 경계선을 넘지 않는 조건에서 진행한다.
본 실시예의 금속성 캡핑층(130)은 DC 마그네트론(Magnetron) 스퍼터링 방식으로 압력은 90~100mT 압력 및 90∼100℃의 온도에서 증착될 수 있다.
DC 마그네트론(Magnetron) 스퍼터링 방식에의해 금속성 캡핑층(130) 증착시, 플라즈마 사용에 따른 반도체 기판(100)의 히팅(Heating)을 최소화하기 위하여, DC 파워를 3kW이하로 설정함이 바람직하다. 또한 증착된 금속 캡핑층(130)의 두께는 막의 치밀도에 따라 달라질 수 있지만, 가능한 한 큰 두께 300Å∼500Å를 증착하도록 한다.
즉, 금속성 캡핑층(130)은 상변화 물질층(120)의 도펀트 손실을 최소화하기 위해, 50∼200℃ 온도 범위 및 1E-7Torr ∼ 1ATM 압력 범위에서 증착할 수 있다.
이와 같은, 금속성 캡핑층(130)의 형성으로 칼코겐화합물(Ge-Sb-Te) 계열의 상변화 물질층(120)이 대기중의 수증기(H2O) 또는 산소(O2)로 부터 차단되어 도펀트 손실 또는 조성의 변화를 방지할 수 있기에 안정된 상변화 특성을 확보할 수 있다.
그후, 상변화 물질층(120) 및 금속성 캡핑층(130)의 패터닝을 위해, 금속성 캡핑층(130) 상부에 비반사막(Anti-reflactive Coating; ARC Layer, 140)을 형성한다.
비반사막(140)은 예를들어, 실리콘 질화막일 수 있고, 플라즈마 화학 기상 증착 및 플라즈마 원자층 증착방식으로 증착할 수 있다.
또한, 비반사막(140)으로 실리콘 질화막이 이용되는 경우, 소스 가스로 SiH4, Si2H8, SiH2, Si2H6등의 Si-H 계열의 가스가 이용될 수 있다.
또한, 이러한 비반사막(140)은 상변화 물질층(120)의 조성변화를 방지할 수 있도록 50∼200℃ 이하의 온도 및 1E-7Torr ∼ 1ATM의 압력 조건에서 형성함이 바람직하다.
그 후, 비반사막(140), 금속성 캡핑층(130) 및 상변화 물질층(120)을 패터닝 한다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것 만은 아니다.
본 실시예에서는, 금속 캡핑층(130)을 단일의 층을 이용하였지만, 도 3에 도시된 것과 같이, 금속 캡핑층은 복수의 층, 즉 추가의 금속 캡핑층(130a)을 더 포함할 수 있다.
도 4는 칼코겐 화합물(Ge-Sb-Te) 계열의 상변화 물질의 온도/압력에 따른 열역학적 상태를 보여주는 그래프로이다.
도 4를 참조하면, 칼코겐 화합물은 증착시 압력과 온도에따라 그 조성이 변동이 될 수 있기에, 금속성 캡핑층(130) 형성시, 칼코겐화합물로된 상변화 물질층의 조성 변경이 방지되도록 증착 조건을 조절함이 바람직하다.
이상 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.
도 1은 대기중의 표면노출로 인한 하부 상변화물질의 조성변화 유발을 시키는 산화막이 형성된 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 단층 금속성 반사 방지막이 증착된 상변화 메모리 소자 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 형성된 복층 금속성 반사 방지막이 증착된 상변화 메모리 소자 단면도, 및
도 4는 칼코겐 화합물(Ge-Sb-Te) 계열의 상변화 물질의 온도/압력에 따른 열역학적 상태도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 반도체 기판 115 : 하부 전극 콘택
110 : 절연층 120 : 상변화 물질층
130,130a : 반사 방지막 140 : 실리콘 질화막
Claims (10)
- 불순물 영역을 포함하는 반도체 기판을 제공하는 단계;상기 반도체 기판상에 하부 전극 콘택을 포함하는 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 층간 절연막 상부에 상변화 물질층을 형성하는 단계; 및상기 상변화 물질층 상부에 금속성 캡핑층을 형성하는 단계를 포함하는 상변화 메모리 소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속성 캡핑층은 단일층 또는 복수층으로 형성하는 상변화 메모리 소자의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 금속성 캡핑층은 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 몰리브덴 질화물(MoN), 니오브 질화물(NbN), 티타늄-실리콘 질화물(TiSiN), 티타늄-알루미늄 질화물(TiAlN), 티타늄-보론 질화물(TiBN), 지르코늄-실리콘 질화물(ZrSiN), 텅스텐-실리콘 질화물 (WSiN), 텅스텐-보론 질화물(WBN), 지르코늄-알루미늄 질화물(ZrAlN), 몰리브덴-실리콘 질화물(MoSiN),몰리브덴-알루미늄 질화물(MoAlN), 탄탈륨-실리콘 질화물 (TaSiN), 탄탈륨-알루미늄 질화물(TaAlN), 티타늄 산질화 물(TiON), 티타늄-알루미늄 산질화물(TiAlON), 텅스텐 산질화물(WON) 및 탄탈륨 산질화물(TaON) 중 선택되는 적어도 하나의 층을 포함하는 상변화 메모리 소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속성 캡핑층은 50∼200℃ 온도 및 1E-7Torr ∼ 1ATM의 압력 하에서 증착하는 상변화 메모리 소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속 캡핑층을 형성하는 단계 이후에,상기 금속 캡핑층 상부에 비반사막을 형성하는 단계를 더 포함하는 상변화 메모리의 소자 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 비반사막은 실리콘 질화막으로 형성하는 상변화 메모리 소자의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 비반사막은 Si-H계열의 소스 가스를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증 착(PE-CVD) 또는 플라즈마 원자층 증착(PE-ALD) 방식으로 증착하는 상변화 메모리 소자의 제조 방법.
- 제 5 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,상기 비반사막은 50∼200℃ 온도 및 1E-7Torr ∼ 1ATM의 압력하에서 증착하는 상변화 메모리 소자의 제조 방법.
- 반도체 기판;상기 반도체 기판 상부에 상변화 물질층; 및상기 상변화 물질층 상부에 피복된 금속성 캡핑층을 포함하는 상변화 메모리 소자.
- 제 9 항에 있어서,상기 금속 캡핑층은 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 몰리브덴 질화물(MoN), 니오브 질화물(NbN), 티타늄-실리콘 질화물(TiSiN), 티타늄-알루미늄 질화물(TiAlN), 티타늄-보론 질화물(TiBN), 지르코늄-실리콘 질화물(ZrSiN), 텅스텐-실리콘 질화물 (WSiN), 텅스텐-보론 질화물(WBN), 지르코늄-알루미늄 질화물(ZrAlN), 몰리브덴-실리콘 질화물(MoSiN),몰리브덴-알루미늄 질화물(MoAlN), 탄탈륨-실리콘 질화물 (TaSiN), 탄탈륨-알루미늄 질화물(TaAlN), 티타늄 산질화 물(TiON), 티타늄-알루미늄 산질화물(TiAlON), 텅스텐 산질화물(WON) 및 탄탈륨 산질화물(TaON) 중 선택되는 적어도 하나의 층을 포함하는 상변화 메모리 소자.
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Cited By (8)
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|---|---|---|---|---|
| KR20140014020A (ko) * | 2012-07-26 | 2014-02-05 | 노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드 | 삼성분 텅스텐 붕소화 질화물 필름 및 형성 방법 |
| KR20190049335A (ko) * | 2017-10-30 | 2019-05-09 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | 반도체 디바이스 및 그 제조 방법 |
| CN111725397A (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 | 一种相变材料结构、存储器单元及其制作方法 |
| US11348795B2 (en) | 2017-08-14 | 2022-05-31 | Lam Research Corporation | Metal fill process for three-dimensional vertical NAND wordline |
| US11549175B2 (en) | 2018-05-03 | 2023-01-10 | Lam Research Corporation | Method of depositing tungsten and other metals in 3D NAND structures |
| US11972952B2 (en) | 2018-12-14 | 2024-04-30 | Lam Research Corporation | Atomic layer deposition on 3D NAND structures |
| US12002679B2 (en) | 2019-04-11 | 2024-06-04 | Lam Research Corporation | High step coverage tungsten deposition |
| US12077858B2 (en) | 2019-08-12 | 2024-09-03 | Lam Research Corporation | Tungsten deposition |
-
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140014020A (ko) * | 2012-07-26 | 2014-02-05 | 노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드 | 삼성분 텅스텐 붕소화 질화물 필름 및 형성 방법 |
| US11348795B2 (en) | 2017-08-14 | 2022-05-31 | Lam Research Corporation | Metal fill process for three-dimensional vertical NAND wordline |
| KR20190049335A (ko) * | 2017-10-30 | 2019-05-09 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | 반도체 디바이스 및 그 제조 방법 |
| US10741678B2 (en) | 2017-10-30 | 2020-08-11 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US10930769B2 (en) | 2017-10-30 | 2021-02-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US11631755B2 (en) | 2017-10-30 | 2023-04-18 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US11549175B2 (en) | 2018-05-03 | 2023-01-10 | Lam Research Corporation | Method of depositing tungsten and other metals in 3D NAND structures |
| US11972952B2 (en) | 2018-12-14 | 2024-04-30 | Lam Research Corporation | Atomic layer deposition on 3D NAND structures |
| US12002679B2 (en) | 2019-04-11 | 2024-06-04 | Lam Research Corporation | High step coverage tungsten deposition |
| US12077858B2 (en) | 2019-08-12 | 2024-09-03 | Lam Research Corporation | Tungsten deposition |
| CN111725397A (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 | 一种相变材料结构、存储器单元及其制作方法 |
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