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KR20050053255A - Phase-changable memory device and method of forming the same - Google Patents

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KR20050053255A
KR20050053255A KR1020030086895A KR20030086895A KR20050053255A KR 20050053255 A KR20050053255 A KR 20050053255A KR 1020030086895 A KR1020030086895 A KR 1020030086895A KR 20030086895 A KR20030086895 A KR 20030086895A KR 20050053255 A KR20050053255 A KR 20050053255A
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KR
South Korea
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film
phase change
lower electrode
insulating film
upper electrode
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Withdrawn
Application number
KR1020030086895A
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Korean (ko)
Inventor
정용주
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

동작 오류를 최소화할 수 있는 상변환 기억 소자 및 그 형성 방법을 개시한다. 이 상변환 기억 소자는 다음과 같이 형성된다. 먼저, 반도체 기판 상에 층간 절연막을 관통하여 상기 반도체 기판과 전기적으로 접속하는 복수개의 하부 전극 콘택들을 형성한다. 상기 층간 절연막 상에 상기 복수개의 하부 전극 콘택들과 각각 중첩되는 복수개의 하부 전극들을 형성한다. 상기 하부 전극들이 형성된 상기 반도체 기판 상에 상변환막, 상부 전극막 및 절연막을 차례대로 적층한다. 전면 이방성 식각을 진행하여 상기 절연막, 상기 상부저극막 및 상기 상변환 요소막을 식각하여 상기 하부 전극들 사이의 층간 절연막을 노출시킨다. 이때 상기 상변환막, 상기 상부 전극막 및 상기 절연막이 상기 하부 전극 상에는 두껍게 적층되고, 상기 하부 전극의 측벽에는 얇게 적층된다. 상기 전면 이방성 식각은 상기 하부 전극들의 상면과 측면이 적어도 상기 상변환막과 상기 상부 전극막에 의해 덮이도록 진행된다.Disclosed are a phase change memory device and a method of forming the same, which can minimize an operation error. This phase change memory element is formed as follows. First, a plurality of lower electrode contacts electrically connected to the semiconductor substrate are formed through the interlayer insulating layer on the semiconductor substrate. A plurality of lower electrodes overlapping the plurality of lower electrode contacts are formed on the interlayer insulating layer. A phase conversion film, an upper electrode film, and an insulating film are sequentially stacked on the semiconductor substrate on which the lower electrodes are formed. Anisotropic etching is performed to etch the insulating film, the upper low electrode film, and the phase change element film to expose the interlayer insulating film between the lower electrodes. In this case, the phase conversion film, the upper electrode film and the insulating film are thickly stacked on the lower electrode, and thinly stacked on the sidewall of the lower electrode. The front anisotropic etching is performed such that the top and side surfaces of the lower electrodes are covered by at least the phase change film and the upper electrode film.

Description

상변환 기억 소자 및 그 형성 방법{Phase-changable memory device and method of forming the same}Phase-changable memory device and method of forming the same

본 발명은 비휘발성 기억 소자 및 그 형성 방법에 관한 것으로 특히 상변환 기억 소자 및 그 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a nonvolatile memory device and a method of forming the same, and more particularly to a phase change memory device and a method of forming the same.

비휘발성 메모리소자들은 그들의 전원이 차단될지라도 그들 내에 저장된 데이타들이 소멸되지 않는 특징을 갖는다. 이러한 비휘발성 메모리소자들은 적층 게이트 구조(stacked gate structure)를 갖는 플래쉬 기억 셀들을 주로 채택하고 있다. 상기 적층 게이트 구조는 채널 상에 차례로 적층된 터널산화막, 부유게이트, 게이트 층간 유전체막(inter-gate dielectric layer) 및 제어게이트 전극을 포함한다. 따라서, 상기 플래쉬 기억 셀들의 신뢰성 및 프로그램 효율을 향상시키기 위해서는 상기 터널산화막의 막질이 개선되어야 하고 셀의 커플링 비율이 증가되어야 한다.Nonvolatile memory devices have a feature that data stored therein is not destroyed even if their power supply is cut off. Such nonvolatile memory devices mainly employ flash memory cells having a stacked gate structure. The stacked gate structure includes a tunnel oxide layer, a floating gate, an inter-gate dielectric layer, and a control gate electrode sequentially stacked on a channel. Therefore, in order to improve the reliability and program efficiency of the flash memory cells, the film quality of the tunnel oxide film should be improved and the coupling ratio of the cells should be increased.

상기 플래쉬 메모리소자들 대신에 새로운 비휘발성 기억소자들, 예컨대 상변환 기억소자들이 최근에 제안된 바 있다. 상기 상변환 기억소자들은 상변화에 따른 저항 차이를 이용하여 프로그램 및 읽기등을 실행할 수 있다.Instead of the flash memory devices, new nonvolatile memory devices such as phase change memory devices have recently been proposed. The phase change memory devices may execute a program, a read, etc. using the resistance difference according to the phase change.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 상변환 기억 소자의 형성 방법을 순차적으로 나타낸다.1 and 2 sequentially illustrate a method of forming a phase change memory device according to the prior art.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(1) 상에 층간 절연막(3)을 관통하여 상기 반도체 기판(1)과 전기적으로 접하는 하부 전극 콘택(5)이 형성된다. 상기 하부 전극 콘택(5)을 포함하는 상기 층간 절연막(3) 상에 상변환막(7), 상부 전극막(9) 및 절연막(11)을 차례로 적층한다. 상기 상변환막(7)은 GeXSbYTeZ로 형성된다.Referring to FIG. 1, a lower electrode contact 5 is formed on the semiconductor substrate 1 to penetrate the interlayer insulating layer 3 and electrically contact the semiconductor substrate 1. A phase conversion film 7, an upper electrode film 9, and an insulating film 11 are sequentially stacked on the interlayer insulating film 3 including the lower electrode contact 5. The phase change film 7 is formed of Ge X Sb Y Te Z.

도 2를 참조하면, 상기 절연막(11), 상기 상부 전극막(9) 및 상기 층간 절연막(3)을 차례로 식각하여 상기 층간 절연막(3)을 노출시킨다. 이때 상기 식각 공정에서 상기 상변환막(7)의 측면(E)에 식각 손상이 발생되어 상변환막(7)의 저항의 불균일성을 초래할 수 있다. 이는 후속의 상변환 기억 소자의 동작시, 동작 오류를 유발할 수 있다.Referring to FIG. 2, the insulating film 11, the upper electrode film 9, and the interlayer insulating film 3 are sequentially etched to expose the interlayer insulating film 3. In this case, etching damage may occur on the side surface E of the phase conversion layer 7 in the etching process, resulting in nonuniformity of resistance of the phase conversion layer 7. This may cause an operation error in the subsequent operation of the phase change memory element.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 과제는 동작 오류를 최소화할 수 있는 상변환 기억 소자 및 그 형성 방법을 제공하는데 있다.In order to solve the above problems, the technical problem of the present invention is to provide a phase change memory device and a method of forming the same that can minimize the operation error.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 상변환 기억 소자는 반도체 기판 상에 층간 절연막을 관통하여 상기 반도체 기판과 전기적으로 접속하는 복수개의 하부 전극 콘택들; 상기 층간 절연막 상에서 상기 복수개의 하부 전극 콘택들과 각각 중첩되는 복수개의 하부 전극; 상기 하부 전극의 상면과 측면을 덮는 상변환막; 상기 상변환막 상에 차례로 적층되되 단부들이 상기 상변환막의 단부와 정렬되는 상부 전극막 및 상기 상부 전극막 상의 절연막을 구비한다. 이때 상기 상변환막은 상기 하부 전극의 측면에서보다 상기 하부 전극의 상부에서 두꺼운 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a phase change memory device including: a plurality of lower electrode contacts electrically connected to the semiconductor substrate through an interlayer insulating layer on the semiconductor substrate; A plurality of lower electrodes respectively overlapping the plurality of lower electrode contacts on the interlayer insulating layer; A phase conversion layer covering upper and side surfaces of the lower electrode; The upper electrode layer and the insulating layer on the upper electrode layer are sequentially stacked on the phase change layer, the ends of which are aligned with the ends of the phase change layer. At this time, the phase conversion film is characterized in that the thickness of the upper portion of the lower electrode than the side of the lower electrode.

상기 상변환 기억 소자에 있어서, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극막은 바람직하게는 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 코발트(Co), 니켈(Ni), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd)을 구비하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 상기 금속의 질화막으로 이루어진다. 상기 상변환막은 바람직하게는 GeXSbYTeZ로 이루어진다. 상기 절연막은 바람직하게는 PETEOS(plasma enhanced tetraethyl orthosilicate, Si(OC2H5)4)으로 이루어진다.In the phase change memory device, the lower electrode and the upper electrode film are preferably titanium (Ti), tantalum (Ta), cobalt (Co), nickel (Ni), iridium (Ir), platinum (Pt), or osmium. And at least one metal selected from the group consisting of (Os), ruthenium (Ru), rhodium (Rh) and palladium (Pd) or a nitride film of the metal. The phase conversion film is preferably made of Ge X Sb Y Te Z. The insulating film is preferably made of plasma enhanced tetraethyl orthosilicate (Si (OC 2 H 5 ) 4 ).

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 상변환 기억 소자의 형성 방법은 다음과 같다. 먼저, 반도체 기판 상에 층간 절연막을 관통하여 상기 반도체 기판과 전기적으로 접속하는 복수개의 하부 전극 콘택들을 형성한다. 상기 층간 절연막 상에 상기 복수개의 하부 전극 콘택들과 각각 중첩되는 복수개의 하부 전극들을 형성한다. 상기 하부 전극들이 형성된 상기 반도체 기판 상에 상변환막, 상부 전극막 및 절연막을 차례대로 적층한다. 전면 이방성 식각을 진행하여 상기 절연막, 상기 상부저극막 및 상기 상변환 요소막을 식각하여 상기 하부 전극들 사이의 층간 절연막을 노출시킨다. 이때 상기 상변환막, 상기 상부 전극막 및 상기 절연막이 상기 하부 전극 상에는 두껍게 적층되고, 상기 하부 전극의 측벽에는 얇게 적층된다. 상기 전면 이방성 식각은 상기 하부 전극들의 상면과 측면이 적어도 상기 상변환막과 상기 상부 전극막에 의해 덮이도록 진행된다.A method of forming a phase change memory device according to the present invention for achieving the above technical problem is as follows. First, a plurality of lower electrode contacts electrically connected to the semiconductor substrate are formed through the interlayer insulating layer on the semiconductor substrate. A plurality of lower electrodes overlapping the plurality of lower electrode contacts are formed on the interlayer insulating layer. A phase conversion film, an upper electrode film, and an insulating film are sequentially stacked on the semiconductor substrate on which the lower electrodes are formed. Anisotropic etching is performed to etch the insulating film, the upper low electrode film, and the phase change element film to expose the interlayer insulating film between the lower electrodes. In this case, the phase conversion film, the upper electrode film and the insulating film are thickly stacked on the lower electrode, and thinly stacked on the sidewall of the lower electrode. The front anisotropic etching is performed such that the top and side surfaces of the lower electrodes are covered by at least the phase change film and the upper electrode film.

상기 방법에 있어서, 상기 전면 이방성 식각은 바람직하게는 사염화탄소(CF4), 염소(Cl2) 및 아르곤(Ar)을 포함하는 가스를 이용하여 진행된다. 적어도 상기 상변환막과 상기 절연막은 바람직하게는 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition) 공정에 의해 형성된다.In this method, the front anisotropic etching is preferably performed using a gas containing carbon tetrachloride (CF 4 ), chlorine (Cl 2 ) and argon (Ar). At least the phase change film and the insulating film are preferably formed by a physical vapor deposition process.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the scope of the invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. In addition, where a layer is said to be "on" another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. Like numbers refer to like elements throughout.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변환 기억 소자의 단면도를 나타낸다.3 is a cross-sectional view of a phase change memory device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 반도체 기판(20) 상에 층간 절연막(22)이 배치된다. 상기 층간 절연막(22)은 HSQ(Hydrogen Silsesquioxane), BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glss), HDP(High density plasma) 산화막, PETEOS(plasma enhanced tetraethyl orthosilicate), USG(Undoped Silicate Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glss), PE-SiH4 및 Al2O3를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 상기 층간 절연막(22)을 관통하여 상기 반도체 기판(20)과 전기적으로 접속하는 복수개의 하부 전극 콘택들(24)이 배치된다. 상기 하부 전극 콘택(24)은 텅스텐, 구리, 알루미늄 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹에서 선택되는 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 상기 하부 전극 콘택(24)을 구비하는 상기 층간 절연막(22) 상에 상기 복수개의 하부 전극 콘택(24)들과 각각 중첩되는 복수개의 하부 전극들(26)이 위치한다. 상기 하부 전극(26)은 예를 들면 700Å의 두께를 갖는다. 상기 하부 전극(26)은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 코발트(Co), 니켈(Ni), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd)을 구비하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 상기 금속의 질화막으로 이루어진다.Referring to FIG. 3, an interlayer insulating layer 22 is disposed on the semiconductor substrate 20. The interlayer insulating layer 22 may be formed of a hydrogen silsesquioxane (HSQ), boron phosphorus silicate glss (BPSG), high density plasma (HDP) oxide, plasma enhanced tetraethyl orthosilicate (PETOS), undoped silicate glass (USG), and phosphorus silicalicate glss (PSG). , PE-SiH 4 and Al 2 O 3 It may be made of at least one material selected from the group containing. A plurality of lower electrode contacts 24 penetrating the interlayer insulating layer 22 and electrically connected to the semiconductor substrate 20 are disposed. The lower electrode contact 24 may be made of one material selected from the group consisting of tungsten, copper, aluminum, and polysilicon. A plurality of lower electrodes 26 overlapping the plurality of lower electrode contacts 24 are disposed on the interlayer insulating layer 22 having the lower electrode contacts 24. The lower electrode 26 has a thickness of, for example, 700 kPa. The lower electrode 26 includes titanium (Ti), tantalum (Ta), cobalt (Co), nickel (Ni), iridium (Ir), platinum (Pt), osmium (Os), ruthenium (Ru), and rhodium (Rh). ) And at least one metal selected from the group having palladium (Pd) or a nitride film of the metal.

계속해서 도 3을 참조하면, 상기 하부 전극(26)의 상면과 측면은 상변환막(28)으로 덮인다. 상기 상변환막(28)은 GeXSbYTeZ로 이루어진다. 이때 예를들면, X와 Y는 2이며 Z는 5이다. 상기 상변환막(28)의 전체 상부면과 일부 측면은 상부 전극막(30)으로 덮인다. 상기 상부 전극막(30)은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 코발트(Co), 니켈(Ni), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd)을 구비하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 상기 금속의 질화막으로 이루어진다. 상기 상부 전극막(30)의 전체 상부면과 일부 측면은 절연막(32)으로 덮인다. 상기 절연막(32)은 PETEOS(plasma enhanced tetraethyl orthosilicate, Si(OC2H5)4)으로 이루어진다. 상기 절연막(32)과 상기 상부 전극막(30)의 단부들은 상기 상변환막(28)과 정렬된다.3, the top and side surfaces of the lower electrode 26 are covered with the phase change film 28. The phase change film 28 is made of Ge X Sb Y Te Z. For example, X and Y are 2 and Z is 5. The entire upper surface and some side surfaces of the phase change film 28 are covered with the upper electrode film 30. The upper electrode layer 30 may include titanium (Ti), tantalum (Ta), cobalt (Co), nickel (Ni), iridium (Ir), platinum (Pt), osmium (Os), ruthenium (Ru), and rhodium ( Rh) and at least one metal selected from the group consisting of palladium (Pd) or a nitride film of the metal. The entire upper surface and some side surfaces of the upper electrode film 30 are covered with the insulating film 32. The insulating layer 32 is made of plasma enhanced tetraethyl orthosilicate (Si (OC 2 H 5 ) 4 ). End portions of the insulating layer 32 and the upper electrode layer 30 are aligned with the phase change layer 28.

도 3의 상변환 기억 소자에 있어서, 상기 상변환막(28)은 상기 하부 전극(26)의 측면에서보다 상기 하부 전극(26)의 상부면 상에서 보다 두꺼운 두께를 갖는다. 상기 상변환막(28)의 전체 상부와 일부 측면이 상기 상부 전극막(30)으로 덮여 실제로 노출되는 상기 상변환막(28)은 종래에 비해 매우 작다. 따라서, 종래에 비해 식각 손상 정도를 최소화할 수 있어 상변환 기억 소자의 동작 오류를 줄일 수 있다. In the phase change memory element of FIG. 3, the phase change film 28 has a thickness thicker on the upper surface of the lower electrode 26 than on the side of the lower electrode 26. The phase change film 28, in which the entire upper portion and some side surfaces of the phase change film 28 are covered with the upper electrode film 30, is actually exposed, is much smaller than in the related art. Therefore, compared with the related art, the degree of etching damage can be minimized, thereby reducing the operation error of the phase change memory device.

도 4 내지 도 8은 도 3의 상변환 기억 소자의 형성 방법을 순차적으로 나타낸다.4 to 8 sequentially illustrate the method of forming the phase change memory device of FIG.

도 4를 참조하면, 반도체 기판(20) 상에 층간절연막(22)을 적층한다. 상기 층간절연막(22)은 스핀온글래스(Spin on Glass), 물리 기상 증착(Physical vapor deposition) 및 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition) 중에 선택되는 하나의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 층간절연막(22)은 HSQ, BPSG, HDP 산화막, PETEOS, USG, PSG, PE-SiH4 및 Al2O3를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 층간절연막(22)을 적층하기 전에 상기 반도체 기판(20)에 게이트 전극(미도시)과 소오스/드레인 영역들(미도시)을 구비하는 트랜지스터들을 형성할 수 있으며, 상기 층간절연막(22)은 상기 트랜지스터들을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 층간절연막을 패터닝하여 상기 소오스/드레인 영역들을 노출시키는 복수개의 콘택홀(미도시)들을 형성한다. 상기 복수개의 콘택홀들을 도전물질로 채워 하부 전극 콘택(24)을 형성한다. 상기 하부 전극 콘택(24)은 텅스텐, 구리, 알루미늄 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹에서 선택되는 하나의 물질로 형성될 수 있다. 상기 하부 전극 콘택(24)을 포함하는 상기 층간절연막(22) 상에 하부전극막(26)을 적층한다. 상기 하부 전극막(26)은 예를 들면 700Å의 두께로 형성될 수 있는다. 상기 하부 전극막(26)은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 코발트(Co), 니켈(Ni), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd)을 구비하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 상기 금속의 질화막으로 형성될 수 있다. 상기 하부전극막(26) 상에 상기 하부전극 콘택들(24)과 각각 중첩되는 포토레지스트 패턴들(PR)을 형성한다.Referring to FIG. 4, an interlayer insulating film 22 is stacked on the semiconductor substrate 20. The interlayer insulating layer 22 may be formed by one method selected from among spin on glass, physical vapor deposition, and chemical vapor deposition. The interlayer insulating layer 22 may be formed of at least one material selected from the group consisting of HSQ, BPSG, HDP oxide, PETEOS, USG, PSG, PE-SiH 4 and Al 2 O 3 . Although not illustrated, transistors including a gate electrode (not shown) and source / drain regions (not shown) may be formed in the semiconductor substrate 20 before the interlayer insulating layer 22 is stacked, and the interlayer insulating layer 22 may be formed. 22 may be formed to cover the transistors. The interlayer insulating layer is patterned to form a plurality of contact holes (not shown) exposing the source / drain regions. The plurality of contact holes are filled with a conductive material to form a lower electrode contact 24. The lower electrode contact 24 may be formed of one material selected from the group consisting of tungsten, copper, aluminum, and polysilicon. The lower electrode layer 26 is stacked on the interlayer insulating layer 22 including the lower electrode contact 24. The lower electrode layer 26 may be formed to have a thickness of, for example, 700 GPa. The lower electrode layer 26 may include titanium (Ti), tantalum (Ta), cobalt (Co), nickel (Ni), iridium (Ir), platinum (Pt), osmium (Os), ruthenium (Ru), and rhodium ( Rh) and palladium (Pd) may be formed of at least one metal selected from the group or a nitride film of the metal. Photoresist patterns PR are formed on the lower electrode layer 26 to overlap the lower electrode contacts 24, respectively.

도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(PR)들을 식각 마스크로 이용하여 상기 하부전극막(26)을 식각하여 상기 층간절연막(22)을 노출시킨다. 이때 식각 가스로 할로겐족 원소를 포함하는 가스가 사용될 수 있다. 따라서, 상기 하부전극 콘택들(24)과 각각 중첩되는 복수개의 하부 전극(26)들이 형성된다. 상기 복수개의 하부전극들(26)은 예를 들면 300nm 간격으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5, the lower electrode layer 26 is etched using the photoresist patterns PR as an etch mask to expose the interlayer insulating layer 22. In this case, a gas containing a halogen group element may be used as the etching gas. Accordingly, a plurality of lower electrodes 26 overlapping the lower electrode contacts 24 are formed. The plurality of lower electrodes 26 may be formed at, for example, 300 nm intervals.

도 6을 참조하면, 상기 하부전극(26)이 형성된 상기 반도체 기판의 전면에 상변환막(28)을 적층한다. 상기 상변환막(28)은 GeXSbYTeZ로 형성되며 여기서, 예를들면, X와 Y는 2이며 Z는 5이다. 상기 상변환막(28)은 예를 들면 200℃의 온도에서 물리기상증착(PVD) 방법에 의해 1000Å의 두께로 형성될 수 있다. 이때, 상기 상변환막(28)은 상기 하부전극(26) 상에 1000Å의 두께로 형성되지만, 상기 하부전극(26)의 측벽 및 상기 층간절연막(22) 상에서, 특히 상기 하부전극(26)들 사이의 측벽과 상기 층간절연막(22) 상에서 1000Å의 두께 보다 얇게 형성된다.Referring to FIG. 6, a phase conversion film 28 is stacked on an entire surface of the semiconductor substrate on which the lower electrode 26 is formed. The phase change film 28 is formed of Ge X Sb Y Te Z , where, for example, X and Y are 2 and Z is 5. The phase change film 28 may be formed to have a thickness of 1000 kPa by, for example, physical vapor deposition (PVD) at a temperature of 200 ° C. In this case, the phase conversion film 28 is formed on the lower electrode 26 to have a thickness of 1000 Å, but on the sidewall of the lower electrode 26 and the interlayer insulating film 22, in particular, the lower electrodes 26. It is formed thinner than a thickness of 1000 Å on the sidewalls between and the interlayer insulating film 22.

도 7을 참조하면, 상기 상변환막(28) 상에 상부전극막(30)을 적층한다. 상기 상부전극막(30)은 예를 들면 700Å의 두께로 형성될 수 있는다. 상기 상부 전극막(30)은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 코발트(Co), 니켈(Ni), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd)을 구비하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 상기 금속의 질화막으로 형성될 수 있다. 상기 상부전극막(30)은 예를 들면 150℃의 온도에서 화학기상증착(CVD) 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기 상부전극막(30)도 상기 하부전극(26)들 사이에서 상기 하부전극(26) 상에서보다 얇게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7, an upper electrode film 30 is stacked on the phase change film 28. The upper electrode film 30 may be formed to have a thickness of, for example, 700 Å. The upper electrode layer 30 may include titanium (Ti), tantalum (Ta), cobalt (Co), nickel (Ni), iridium (Ir), platinum (Pt), osmium (Os), ruthenium (Ru), and rhodium ( Rh) and palladium (Pd) may be formed of at least one metal selected from the group or a nitride film of the metal. The upper electrode film 30 may be formed by, for example, chemical vapor deposition (CVD) at a temperature of 150 ° C. The upper electrode film 30 may also be formed thinner than the lower electrode 26 between the lower electrodes 26.

도 8을 참조하면, 상기 상부전극막(30) 상에 절연막(32)을 적층한다. 상기 절연막(32)은 PETEOS으로 1000Å의 두께로 형성될 수 있다. 상기 절연막(32)은 예를 들면 200℃의 온도에서 물리기상증착(PVD) 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기 절연막(32)도 상기 하부전극(26)들 사이에서 상기 하부전극(26) 상에서보다 얇게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8, an insulating film 32 is stacked on the upper electrode film 30. The insulating layer 32 may be formed to have a thickness of 1000 Å with PETEOS. The insulating layer 32 may be formed by, for example, a physical vapor deposition (PVD) method at a temperature of 200 ° C. The insulating layer 32 may also be formed thinner than the lower electrode 26 between the lower electrodes 26.

도 3을 참조하면, 전면 이방성 식각 공정을 진행하여 상기 절연막(32), 상기 상부전극막(30) 및 상기 상변환막(28)을 순차적으로 식각하여 상기 하부전극(26)들 사이의 상기 층간절연막(22)을 노출시킨다. 상기 전면 이방성 식각 공정은 바람직하게는 사염화탄소(CF4), 염소(Cl2) 및 아르곤(Ar)을 포함하는 가스를 이용하여 진행된다. 결과적으로, 상기 하부전극(26)들 사이에 막들이 상기 하부전극(26) 상에서보다 상대적으로 얇기 때문에 도 3과 같이 상기 하부전극(26)의 측벽을 상기 상변환막(28)과 상기 상부전극막(30)이 덮도록 형성된다. 또한 상기 전면 이방성 식각 공정에서 식각되는 상기 상변환막(28)의 두께가 얇으므로 종래에 비해 식각 손상을 줄일 수 있다. 따라서, 식각 손상에 의한 상기 상변환막(28)의 저항의 불균일성을 최소화하여 상변환 기억소자의 동작 오류를 최소화할 수 있다.Referring to FIG. 3, the anisotropic etching process may be performed to sequentially etch the insulating layer 32, the upper electrode layer 30, and the phase change layer 28 to form the interlayer between the lower electrodes 26. The insulating film 22 is exposed. The front anisotropic etching process is preferably performed using a gas containing carbon tetrachloride (CF 4 ), chlorine (Cl 2 ) and argon (Ar). As a result, since the films between the lower electrodes 26 are relatively thinner than those on the lower electrode 26, the sidewalls of the lower electrode 26 are separated from the phase change film 28 and the upper electrode as shown in FIG. 3. The film 30 is formed to cover. In addition, since the thickness of the phase change layer 28 etched in the front anisotropic etching process is thin, the etching damage can be reduced compared to the conventional. Therefore, an operation error of the phase change memory device may be minimized by minimizing the nonuniformity of the resistance of the phase change layer 28 due to etching damage.

따라서, 본 발명에 의한 상변환 기억 소자 및 그 형성 방법에 의하면 식각 손상을 줄여 상변환 기억소자의 동작 오류를 최소화할 수 있다. Therefore, according to the phase change memory device and the method of forming the same according to the present invention, it is possible to reduce the etching damage and minimize the operation error of the phase change memory device.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 상변환 기억 소자의 형성 방법을 순차적으로 나타낸다.1 and 2 sequentially illustrate a method of forming a phase change memory device according to the prior art.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변환 기억 소자의 단면도를 나타낸다.3 is a cross-sectional view of a phase change memory device according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 8은 도 3의 상변환 기억 소자의 형성 방법을 순차적으로 나타낸다.4 to 8 sequentially illustrate the method of forming the phase change memory device of FIG.

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

1, 20: 반도체 기판 3, 22: 층간 절연막1, 20: semiconductor substrate 3, 22: interlayer insulating film

5, 24: 하부 전극 콘택 26: 하부 전극5, 24: lower electrode contact 26: lower electrode

7, 28: 상변환막 9, 30: 상부 전극막7, 28: phase change film 9, 30: upper electrode film

11, 32: 절연막11, 32: insulating film

Claims (10)

반도체 기판 상에 층간 절연막을 관통하여 상기 반도체 기판과 전기적으로 접속하는 복수개의 하부 전극 콘택들을 형성하는 단계;Forming a plurality of bottom electrode contacts electrically connected to the semiconductor substrate through the interlayer insulating film on the semiconductor substrate; 상기 층간 절연막 상에 상기 복수개의 하부 전극 콘택들과 각각 중첩되는 복수개의 하부 전극들을 형성하는 단계;Forming a plurality of lower electrodes overlapping the plurality of lower electrode contacts, respectively, on the interlayer insulating film; 상기 하부 전극들이 형성된 상기 반도체 기판 상에 상변환막, 상부 전극막 및 절연막을 차례대로 적층하는 단계; 및Stacking a phase conversion film, an upper electrode film, and an insulating film on the semiconductor substrate on which the lower electrodes are formed; And 전면 이방성 식각을 진행하여 상기 절연막, 상기 상부저극막 및 상기 상변환 요소막을 식각하여 상기 하부 전극들 사이의 층간 절연막을 노출시키는 단계를 포함하되,Performing an entire anisotropic etching to etch the insulating film, the upper low electrode film and the phase change element film to expose an interlayer insulating film between the lower electrodes, 상기 상변환막, 상기 상부 전극막 및 상기 절연막을 적층하는 단계에서 상기 상변환막, 상기 상부 전극막 및 상기 절연막이 상기 하부 전극 상에는 두껍게 적층되고, 상기 하부 전극의 측벽에는 얇게 적층되도록 진행되고,In the stacking of the phase change film, the upper electrode film, and the insulating film, the phase change film, the upper electrode film, and the insulating film are thickly stacked on the lower electrode, and thinly stacked on the sidewall of the lower electrode. 상기 전면 이방성 식각은 상기 하부 전극들의 상면과 측면이 적어도 상기 상변환막과 상기 상부 전극막에 의해 덮이도록 진행되는 것을 특징으로 하는 상변환 기억 소자의 형성 방법. And the front side anisotropic etching is performed such that the top and side surfaces of the lower electrodes are covered by at least the phase change layer and the upper electrode layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극막은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 코발트(Co), 니켈(Ni), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd)을 구비하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 상기 금속의 질화막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 상변환 기억 소자의 형성 방법.The lower electrode and the upper electrode layer include titanium (Ti), tantalum (Ta), cobalt (Co), nickel (Ni), iridium (Ir), platinum (Pt), osmium (Os), ruthenium (Ru), and rhodium ( And at least one metal selected from the group consisting of Rh) and palladium (Pd) or a nitride film of the metal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상변환막은 GeXSbYTeZ로 형성되는 것을 특징으로 하는 상변환 기억 소자의 형성 방법.And the phase change film is formed of Ge X Sb Y Te Z. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연막은 PETEOS(plasma enhanced tetraethyl orthosilicate, Si(OC2H5)4)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 상변환 기억 소자의 형성 방법.And the insulating film is formed of plasma enhanced tetraethyl orthosilicate (Si (OC 2 H 5 ) 4 ). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전면 이방성 식각 단계는 사염화탄소(CF4), 염소(Cl2) 및 아르곤(Ar)을 포함하는 가스를 이용하여 진행되는 것을 특징으로 하는 상변환 기억 소자의 형성 방법.The front side anisotropic etching step is performed using a gas containing carbon tetrachloride (CF 4 ), chlorine (Cl 2 ) and argon (Ar). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 적어도 상기 상변환막과 상기 절연막은 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition) 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 상변환 기억 소자의 형성 방법.And at least the phase change film and the insulating film are formed by a physical vapor deposition process. 반도체 기판 상에 층간 절연막을 관통하여 상기 반도체 기판과 전기적으로 접속하는 복수개의 하부 전극 콘택들;A plurality of lower electrode contacts electrically connected to the semiconductor substrate through the interlayer insulating layer on the semiconductor substrate; 상기 층간 절연막 상에서 상기 복수개의 하부 전극 콘택들과 각각 중첩되는 복수개의 하부 전극들;A plurality of lower electrodes respectively overlapping the plurality of lower electrode contacts on the interlayer insulating layer; 상기 하부 전극의 상면과 측면을 덮는 상변환막;A phase conversion layer covering upper and side surfaces of the lower electrode; 상기 상변환막 상에 차례로 적층되되 단부들이 상기 상변환막의 단부와 정렬되는 상부 전극막 및 상기 상부 전극막 상의 절연막을 구비하되, The upper electrode film and the insulating film on the upper electrode film is sequentially stacked on the phase change film, the ends of which are aligned with the ends of the phase change film, 상기 상변환막은 상기 하부 전극의 측면에서보다 상기 하부 전극의 상부에서 두꺼운 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 상변환 기억 소자. And the phase change film has a thicker thickness on top of the lower electrode than on the side of the lower electrode. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 하부 전극과 상기 상부 전극막은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 코발트(Co), 니켈(Ni), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd)을 구비하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 상기 금속의 질화막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변환 기억 소자의 형성 방법.The lower electrode and the upper electrode layer include titanium (Ti), tantalum (Ta), cobalt (Co), nickel (Ni), iridium (Ir), platinum (Pt), osmium (Os), ruthenium (Ru), and rhodium ( Rh) and at least one metal selected from the group consisting of palladium (Pd) or a nitride film of said metal. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 상변환막은 GeXSbYTeZ로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변환 기억 소자의 형성 방법.And the phase change film is formed of Ge X Sb Y Te Z. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 절연막은 PETEOS(plasma enhanced tetraethyl orthosilicate, Si(OC2H5)4)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변환 기억 소자의 형성 방법.And the insulating film is formed of plasma enhanced tetraethyl orthosilicate (Si (OC 2 H 5 ) 4 ).
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