KR20100095141A - 메모리 소자의 제조방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메모리 소자의 제조방법 및 이를 이용한 상변화 기억 소자의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은, 실리콘층 및 상기 실리콘층을 절연시키는 산화막 상부에 코발트막, 티타늄막 및 티타늄질화막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 코발트막, 티타늄막 및 티타늄질화막이 형성된 실리콘층에 급속열처리를 수행하여 상기 실리콘층의 표면 상에 코발트실리사이드막을 형성하는 단계와, 상기 코발트실리사이드막이 형성된 실리콘층에 딥-아웃 공정을 수행하는 단계 및 상기 급속열처리 공정시 상기 산화막의 표면 상에 형성된 코발트산화막 부분을 제거하기 위하여 딥-아웃 공정이 수행된 실리콘층에 식각 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 메모리 소자의 제조방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 실리사이드 공정을 포함하는 메모리 소자의 제조방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 소자의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 고집적화, 높은 스위칭 속도가 요구되는 나노급 선폭의 메모리 소자의 제조시, 콘택 저항 또는 쉬트 저항을 감소시키기 위하여 코발트(Co)를 이용한 실리사이드(Silicide) 형성 공정을 사용하게 된다.
상기 코발트 실리사이드 형성 공정은 코발트와 실리콘의 반응을 통해 실리콘의 표면에 실리사이드막을 형성하는 공정으로, 별도의 마스크 공정없이 원하는 영역에 실리사이드막을 형성시킬 수 있는 장점을 갖고 있다.
그런데, 종래의 실리사이드 공정시, 코발트는 실리콘 뿐 아니라 산화막 부분과도 어느 정도 반응이 되어서 산화막 표면에도 얇은 두께의 실리사이드막(이하, 코발트산화막라 함)이 형성되기도 하는 문제점이 있다. 종래의 실리사이드 공정 후, ICP-MS 분석을 통해 산화막 표면을 관찰해 본 결과, 약 5e11∼5e13원자/㎠ 의 코발트 농도가 산화막 표면에 생성된 것을 알 수 있었다.
이처럼, 실리사이드 공정시 산화막 부분과 반응하여 형성된 코발트산화막은 누설 전류등 소자 특성에 여러가지 악영향을 미치는 원인이 되므로, 반드시 제거해야만 한다.
본 발명은 산화막 부분에 생성되는 코발트산화막을 제거할 수 있는 메모리 소자의 제조방법 및 이를 이용한 상변화 기억 소자의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은, 실리콘층 및 상기 실리콘층을 절연시키는 산화막 상부에 코발트막, 티타늄막 및 티타늄질화막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 코발트막, 티타늄막 및 티타늄질화막이 형성된 실리콘층에 급속열처리를 수행하여 상기 실리콘층의 표면 상에 코발트실리사이드막을 형성하는 단계; 상기 코발트실리사이드막이 형성된 실리콘층에 딥-아웃 공정을 수행하는 단계; 및 상기 급속열처리 공정시 상기 산화막의 표면 상에 형성된 코발트산화막 부분을 제거하기 위하여 딥-아웃 공정이 수행된 실리콘층에 식각 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 메모리 소자의 제조방법을 제공한다.
상기 실리콘층은 실리콘기판, 에피실리콘막 및 폴리실리콘막 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 딥-아웃 공정은 SPM 또는 SC-1 용액을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 식각 공정은 HF 또는 BOE를 사용하는 습식 식각 공정으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 식각 공정은 HF를 사용하는 건식 식각 공정으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 반도체기판 상에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막을 식각하여 반도체기판의 표면 부분을 노출시키는 홀을 형성하는 단계; 상기 홀 내에 스위칭 소자를 형성하는 단계; 상기 스위칭 소자를 포함하여 상기 산화막 상부에 코발트막, 티타늄막 및 티타늄질화막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 코발트막, 티타늄막 및 티타늄질화막이 형성된 반도체기판에 급속열처리를 수행하여 상기 스위칭 소자의 표면 상에 코발트실리사이드막을 형성하는 단계; 상기 코발트실리사이드막이 형성된 반도체기판에 딥-아웃 공정을 수행하는 단계; 상기 급속열처리시 산화막 표면에 형성된 코발트산화막 부분을 제거하기 위하여 딥-아웃 공정이 수행된 반도체기판에 식각 공정을 수행하는단계; 및 상기 코발트실리사이드막과 콘택하는 히터를 형성하는 단계;를 포함하는 상변화 메모리 소자의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 스위칭 소자는 수직 PN 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 딥-아웃 공정은 SPM 또는 SC-1 용액을 사용하여 수행하는 것을 특징으 로 한다.
상기 식각 공정은 HF 또는 BOE를 사용하는 습식 식각 공정으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 식각 공정은 HF를 사용하는 건식 식각 공정으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 콘택 저항 및 쉬트 저항을 감소시키기 위한 실리사이드 공정시, 산화막과 반응되어 형성된 코발트산화막 부분을 산화막 식각액으로 제거함으로써, 산화막 표면의 코발트 농도를 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 누설 전류 현상을 방지할 수 있고, 그래서, 소자의 특성 향상을 기대할 수 있다,
본 발명은 콘택 저항 또는 쉬트 저항을 감소하기 위한 실리사이드 공정에서 산화막 부분과 반응되어 생성된 코발트산화막을 HF 계열의 식각액으로 제거한다.
이렇게 하면, 실리사이드 공정시 산화막 표면에 생성되는 코발트의 농도를 줄일 수 있게 되어, 소자의 악영향을 미치는 현상들을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 메모리 소자의 제조방법 중에서 상변화 메모리 소자의 제조방법에 대해 도시하고 설명하도록 한다.
도 1a를 참조하면, 반도체기판(100) 상에 산화막(110)을 증착한 후, 상기 산화막(110)을 식각하여 반도체기판(100)의 표면 부분을 노출시키는 홀을 형성한다. 상기 홀은 후속의 스위칭 소자가 형성될 영역이다. 그런다음, 상기 홀이 형성된 반도체기판(100)에 선택적 에피택셜 성장(SEG) 공정을 수행하여 상기 홀 내에 실리콘막을 형성한다. 바람직하게, 상기 실리콘막은 p 타입 실리콘으로 구성된다. 상기 p 타입 실리콘으로 구성된 실리콘막에 n 타입 이온주입을 수행하고, 이로써, 상기 홀 내에 스위칭 소자인 수직 PN 다이오드(120)를 형성한다.
도 1b를 참조하면, 상기 PN 다이오드(120)를 포함하여 상기 산화막(110) 상부에 코발트막(130), 티타늄막(140) 및 티타늄질화막(150)을 순차적으로 증착한다.
상기 코발트막(130)은 후속의 열처리 공정에서 상기 PN 다이오드(120)와 반응하는 물질이고, 상기 티타늄막(140) 및 티타늄질화막(150)은 열처리 공정에서 코발트막(130)과 PN 다이오드(120)의 반응을 제어하는 물질이다.
도 1c를 참조하면, 상기 코발트막(130), 티타늄막(140) 및 티타늄질화막(150)이 형성된 반도체기판(100)에 열처리 공정으로 급속열처리(RTA)를 수행한다. 상기 급속열처리시 상기 PN 다이오드(120)의 실리콘 부분과 상기 코발트막(130)의 코발트 금속 부분이 서로 반응하여 상기 PN 다이오드(120)의 표면 상에 코발트실리사이드막(131)이 형성된다. 상기 코발트실리사이드막(131)은 콘택 저항 또는 쉬트 저항의 감소 역할을 한다.
한편, 상기 급속열처리시 상기 산화막(110) 부분에 형성된 코발트막(130) 부분이 상기 산화막의 O2와 반응하여 상기 산화막(110)의 표면 상에 코발트산화막(CoxOy,132)이 형성된다. 상기 코발트산화막(132)은 대략 100Å 두께로 형성된다. 상기 코발트산화막(132)은 누설 전류의 원인이 되므로, 반드시 제거해야만 한다
도 1d를 참조하면, 상기 열처리 공정시 PN 다이오드와 반응되지 않고 잔류된 코발트막과 티타늄막 및 티타늄질화막을 제거하기 위하여 상기 코발트실리사이드막(131)이 형성된 반도체기판(100)에 SPM 또는 SC-1 용액을 사용하는 딥-아웃(dip-out) 공정을 수행한다. 상기 딥-아웃 공정시 산화막(110) 부분에 형성된 코발트산화막(132) 부분은 제거되지 않는다.
도 1e를 참조하면, 상기 코발트산화막(132) 부분을 제거하기 위하여 상기 딥-아웃 공정이 수행된 반도체기판(100)에 식각 공정을 수행한다. 상기 식각 공정은 15∼35℃의 온도에서 HF 또는 BOE를 사용하는 습식 식각 공정으로 수행하거나, HF를 사용하는 건식 식각 공정으로 수행한다. 상기 HF 농도는 0.1∼5wt％에서 진행한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 상기 코발트산화막의 제거를 위한 공정 조건인 HF 농도, 시간 및 온도는 코발트산화막의 두께에 따라 가변될 수 있다.
상기 HF를 사용하여 코발트산화막을 제거하는 메카니즘은 다음과 같다.
-6HF + SiO2 -> H2SiF6 + 2H2O
-3HF + Co -> MF3 +3H+
이처럼, 본 발명은 산화막 식각액을 사용하여 산화막의 표면에 형성된 코발트산화막 부분을 제거함으로써, 상기 코발트산화막에 의해 발생하는 누설 전류 현상을 억제할 수 있다.
도 2는 딥-아웃 공정후 LAL15(300:1 BOE) 시간에 따른 △CoxOy 식각 두께를 나타낸 그래프로서, BOE 시간이 길면 길수록 △CoxOy의 식각율은 증가하는 것을 볼 수 있다.
도 3은 △CoxOy의 식각율에 따른 코발트 농도를 나타낸 그래프로서, △CoxOy 의 식각율이 증가할수록 산화막 표면에 잔류하는 코발트 농도는 감소하는 것을 볼 수 있다.
도 1f를 참조하면, 상기 코발트산화막이 제거된 산화막(110) 부분을 포함하여 상기 코발트실리사이드막(131) 상부에 질화막(160)을 형성한 후, 상기 질화막(160)을 식각하여 코발트실리사이드막(131)의 표면 부분을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀 내에 히터용 물질을 매립하여 상기 코발트실리사이드막(131)과 콘택하는 히터(170)를 형성한다.
이후, 도시하지는 않았으나, 공지된 후속의 일련 공정을 차례로 진행하여 본 발명의 실시예에 따른 상변화 메모리 소자를 제조한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 콘택 저항 및 쉬트 저항을 감소시키기 위한 실 리사이드 공정시, 산화막과 반응되어 형성된 코발트산화막 부분을 HF 식각 공정으로 제거함으로써, 누설 전류 현상을 방지할 수 있고, 그래서, 소자 특성을 기대할 수 있다.
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.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 상변화 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
도 2는 본 발명의 딥-아웃 공정후 BOE 용액을 사용한 식각 공정시 △CoxOy 식각 두께를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 △CoxOy의 식각율에 따른 코발트 농도를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 반도체기판 110: 산화막
120: 수직 PN 다이오드 130: 코발트막
131: 코발트실리사이드막 132: 코발트산화막
140: 티타늄막 150: 티타늄질화막
160: 질화막 170: 히터
Claims (10)
- 실리콘층 및 상기 실리콘층을 절연시키는 산화막 상부에 코발트막, 티타늄막 및 티타늄질화막을 순차적으로 형성하는 단계;상기 코발트막, 티타늄막 및 티타늄질화막이 형성된 실리콘층에 급속열처리를 수행하여 상기 실리콘층의 표면 상에 코발트실리사이드막을 형성하는 단계;상기 코발트실리사이드막이 형성된 실리콘층에 딥-아웃 공정을 수행하는 단계; 및상기 급속열처리 공정시 상기 산화막의 표면 상에 형성된 코발트산화막 부분을 제거하기 위하여 딥-아웃 공정이 수행된 실리콘층에 식각 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 실리콘층은 실리콘기판, 에피실리콘막 및 폴리실리콘막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 딥-아웃 공정은 SPM 또는 SC-1 용액을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 식각 공정은 HF 또는 BOE를 사용하는 습식 식각 공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 식각 공정은 HF를 사용하는 건식 식각 공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 제조방법.
- 반도체기판 상에 산화막을 형성하는 단계;상기 산화막을 식각하여 반도체기판의 표면 부분을 노출시키는 홀을 형성하는 단계;상기 홀 내에 스위칭 소자를 형성하는 단계;상기 스위칭 소자를 포함하여 상기 산화막 상부에 코발트막, 티타늄막 및 티타늄질화막을 순차적으로 형성하는 단계;상기 코발트막, 티타늄막 및 티타늄질화막이 형성된 반도체기판에 급속열처리를 수행하여 상기 스위칭 소자의 표면 상에 코발트실리사이드막을 형성하는 단계;상기 코발트실리사이드막이 형성된 반도체기판에 딥-아웃 공정을 수행하는 단계;상기 급속열처리시 산화막 표면에 형성된 코발트산화막 부분을 제거하기 위하여 딥-아웃 공정이 수행된 반도체기판에 식각 공정을 수행하는단계; 및상기 코발트실리사이드막과 콘택하는 히터를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 스위칭 소자는 수직 PN 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 딥-아웃 공정은 SPM 또는 SC-1 용액을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 식각 공정은 HF 또는 BOE를 사용하는 습식 식각 공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 식각 공정은 HF를 사용하는 건식 식각 공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090014267A KR20100095141A (ko) | 2009-02-20 | 2009-02-20 | 메모리 소자의 제조방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 소자의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100095141A true KR20100095141A (ko) | 2010-08-30 |
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ID=42758924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090014267A KR20100095141A (ko) | 2009-02-20 | 2009-02-20 | 메모리 소자의 제조방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 소자의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20100095141A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101153807B1 (ko) * | 2010-09-30 | 2012-06-13 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 상변화 메모리 장치의 제조 방법 |
| KR101503188B1 (ko) * | 2010-08-26 | 2015-03-16 | 마이크론 테크놀로지, 인크. | 위상 변화 메모리 구조 및 방법 |
-
2009
- 2009-02-20 KR KR1020090014267A patent/KR20100095141A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
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