KR100651756B1 - 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자 및 그제조방법 - Google Patents
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Abstract
상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자를 제공한다. 본 발명은 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분으로 한정된 반도체 기판을 포함한다. 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분에는 제1 하부 전극 및 제1 발열 전극이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 제1 발열 전극 상에는 외측으로 기울기를 갖게 제1 상변화층 스페이서가 형성되어 있다. 상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분에는 제2 하부 전극 및 제2 발열 전극이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 제2 발열 전극 상에는 외측으로 기울기를 갖고 상기 제1 상변화층 스페이서와 대향하게 제2 상변화층 스페이서가 형성되어 있다. 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자는 매몰 절연층으로 절연된다. 상기 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서 상에는 상부 전극이 형성되어 있다. 이에 따라, 본 발명은 외측으로 기울기를 갖는 스페이서 형태로 상변화층 스페이서를 구비하여 단위 상변화 메모리 소자들 간에 미스 얼라인을 방지하고, 디자인 룰이 감소하더라도 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서간의 전기적 연결에 의한 쇼트를 방지할 수 있다.
Description
도 1은 일반적인 상변화 메모리 소자의 부분 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명자들에 의하여 출원한 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자의 부분 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 의한 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자의 부분 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 의한 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자의 부분 단면도이다.
도 5 내지 도 10은 도 3a 및 도 3b에 도시한 본 발명에 따른 상변화 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 부분 단면도들이다.
도 11 내지 도 16은 도 4a 및 도 4b에 도시한 본 발명에 따른 상변화 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 부분 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
200: 반도체 기판, 204a: 제1 하부 전극, 206a: 제1 발열 전극, 212a: 제1 상변화층 스페이서, 204b: 제2 하부 전극, 206b: 제2 발열 전극, 212b: 제2 상변화층 스페이서, 216c: 매몰 절연층, 218a, 218b: 상부 전극
본 발명은 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
정보를 저장한 후, 전원을 차단하더라도 저장된 정보가 사라지지 않고 보존되는 특징을 가지고 있는 비휘발성 메모리 소자는 최근의 휴대용 개인 단말 기기의 폭발적인 수요 증가와 함께 비약적인 기술의 발전을 이루고 있다. 현재 모바일 기기용 비휘발성 메모리 소자 시장의 대부분은 플래쉬 메모리 소자가 점하고 있는 실정이다. 이는 플래쉬 메모리 소자가 기존의 실리콘 반도체 공정을 기반으로 저비용/고밀도의 장점을 십분 발휘하고 있기 때문이다.
하지만, 플래쉬 메모리 소자는 정보의 저장에 비교적 높은 전압을 사용해야 한다는 점과 정보의 반복 저장 횟수가 제한된다는 점 등의 문제 때문에, 이를 극복하기 위한 차세대 비휘발성 메모리 소자에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
차세대 비휘발성 메모리 소자는 정보 저장 방법에 따라 크게 두 가지 형태로 나눌 수 있다. 첫번째는 커패시터형 메모리 소자이며, 두번째는 레지스터형 메모리 소자이다.
커패시터형 메모리 소자의 대표적인 예로는 강유전체 재료를 이용한 강유전체 메모리 소자가 대표적이다. 강유전체 메모리 소자는 전압을 인가하였을 때 커패시터를 구성하는 강유전체 박막의 분극 방향을 일정 방향으로 정렬시켜 이 분극 방향의 차이로부터 저장된 정보의 종류를 판독하는 형식을 취한다. 그런데, 상기 강유전체 메모리 소자는 고집적화가 어렵고 파괴적(destructive)으로 데이터를 읽어야 하는 치명적인 결함을 가지고 있다.
상기 레지스터형 비휘발성 메모리 소자는 자기 저항 메모리 소자와 상변화 메모리 소자가 대표적이다. 자기 저항 메모리 소자(Magneto-resistive RAM, MRAM)의 경우, 두 자성 재료 사이에 매우 얇은 절연층을 삽입한 형태의 소자 구조를 가지고 있다. 자기 저항 메모리 소자는 절연층을 둘러싼 두 자성 재료의 스핀 분극 방향을 제어하여 정보를 저장하며, 스핀 분극 방향이 동일한 경우와 상이한 경우 사이의 절연층을 통과하는 터널 전류의 크기, 즉 저항의 크기로부터 저장된 정보의 종류를 판독하는 방식이다. 상기 자기 저항 메모리 소자는 작은 센싱 마진 및 고집적화의 어려움을 가지고 있다.
상변화 메모리(Phase-Change RAM, PRAM) 소자는 재료가 갖는 결정 상태에 따라 그 저항값이 바뀌는 상변화 재료를 이용하여 적절한 조건의 전류 또는 전압의 인가 방법을 선택함으로써 재료가 갖는 결정 상태를 제어하는 방법으로 정보를 저장하고, 재료의 결정 상태에 따른 저항값의 변화로부터 저장된 정보의 종류를 판독하는 방식이다.
상기 상변화 메모리 소자는 DRAM 및 플래쉬 메모리 소자의 성능을 통합할 차세대 메모리 소자로 고려되고 있고, 집적화에 따른 큰 문제가 없어 보이고 고집적화에 다른 재료 특성의 열화가 전혀 없는 새로운 차원의 메모리로 여겨지고 있다. 상기 상변화 메모리 소자는 현재까지 CD-RW나 DVD 등의 광저장 정보 장치에 주로 사용되어 오던 칼코게나이드 금속 합금계의 상변화 재료를 그대로 사용할 수 있으며, 제조 공정이 기존의 실리콘 기반 소자 제작 공정과 잘 정합하기 때문에 DRAM과 동등한 정도 이상의 집적도를 쉽게 구현할 수 있다는 점이 장점이다.
상변화 메모리 소자는 구조적으로 비교적 간단한 적층 구조로 제작이 용이하고, 제조 공정이 단순하고 셀 크기를 기존의 메모리 소자에 비해 크게 줄일 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 경쟁 기술인 MRAM 및 FRAM 등에 비해 용량 대비 저가격화 달성이 용이하다. 따라서, 지금까지의 기술 개발 상황으로 보아 현재의 플래쉬 메모리 소자를 대체할 수 있는 가장 유력한 차세대 비휘발성 메모리 소자 후보로서 큰 주목을 모으고 있다.
다만, 기존의 메모리 소자의 대용량화 및 고집적화 경향을 감안한다면, 디자인 룰의 감축(shrink)에 따라, 포토 공정에서 인접하는 두개의 단위 상변화 메모리 소자간의 포토 미스얼라인은 불가피하다. 두 개의 단위 상변화 메모리 소자간에 포토 미스얼라인이 발생할 경우 인접하는 단위 상변화 메모리 소자들간에 쇼트(short)가 되고 전기적 특성 산포는 매우 나빠진다.
따라서, 포토 미스얼라인을 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 상변화 메모리 소자를 개발하는 것이 필요하다. 만일, 두개의 단위 상변화 메모리 소자간의 포 토 미스얼라인을 방지할 수 있는 상변화 메모리 소자가 실현된다면, 메모리 소자의 절대적인 집적도를 크게 향상시킬 수 있어 차세대 디지털 휴대 단말기기용 비휘발성 메모리 소자로서 기대가 매우 높다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 포토 미스얼라인을 개선시킬 수 있는 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 상변화 메모리 소자는 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분으로 한정된 반도체 기판을 포함한다. 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분에는 제1 하부 전극 및 제1 발열 전극이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 제1 발열 전극 상에는 외측으로 기울기를 갖게 제1 상변화층 스페이서가 형성되어 있다.
상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분에는 제2 하부 전극 및 제2 발열 전극이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 제2 발열 전극 상에는 외측으로 기울기를 갖고 상기 제1 상변화층 스페이서와 대향하게 제2 상변화층 스페이서가 형성되어 있다.
상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분의 제1 하부 전극, 제1 발열전극 및 제1 상변화층 스페이서와, 상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분의 제2 하부 전 극, 제2 발열전극 및 제2 상변화층 스페이서를 절연하는 매몰 절연층이 형성되어 있다. 상기 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서 상에는 상부 전극이 형성되어 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분으로 한정된 반도체 기판 상에 하부 전극용 제1 도전막 및 발열 전극용 제2 도전막을 순차적으로 형성한다. 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분의 경계 부분의 상기 제2 도전막 상에 제1 절연층 패턴을 형성한다.
상기 제1 절연층 패턴의 외측벽에, 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분의 제1 상변화층 스페이서 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분의 제2 상변화층 스페이서를 형성한다. 상기 제2 도전막 및 제1 도전막을 패터닝하여 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분에 제1 하부 전극 및 제1 발열전극을 형성하고, 상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분에 제2 하부 전극 및 제2 발열 전극을 형성하고, 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분 사이에는 홀을 형성한다.
상기 홀에 절연 물질층을 매립하여 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분을 절연하는 매몰 절연층을 형성한다. 상기 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서 상에 상부 전극을 형성한다.
이상과 같이 본 발명의 상변화 메모리 소자는 외측으로 기울기를 갖는 스페이서 형태로 상변화층 스페이서를 구비하여 단위 상변화 메모리 소자들 간에 미스 얼라인을 방지하고, 디자인 룰이 감소하더라도 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서간의 전기적 연결에 의한 쇼트를 방지할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.
도 1은 일반적인 상변화 메모리 소자의 부분 단면도이다.
구체적으로, 일반적인 상변화 메모리 소자는 반도체 기판(10) 상에 하부 전극(14) 및 발열 전극(16)이 형성되어 있다. 상기 발열 전극(16) 상에 상기 발열 전극을 노출하는 홀(19)을 갖는 제1 절연층 패턴(18)이 형성되어 있다. 상기 홀(19)을 매립하면서 상기 발열 전극(16) 및 제1 절연층 패턴(18) 상에 상변화층 패턴(20)이 형성되어 있다. 상기 상변화층 패턴(20) 상에 상부 전극(22)이 형성되어 있다.
상기 상변화 메모리 소자는 전류 또는 전압을 인가하여 상변화층 패턴(20)의 결정 상태를 제어함으로써 온오프의 한 비트 동작을 수행한다. 다시 말해, 도 1의 일반적인 상변화 메모리 소자는 하부 전극(14), 발열 전극(16), 상변화층 패턴(20) 및 상부 전극(22)으로 하나의 단위 상변화 메모리 소자를 구성함으로써 온오프의 한 비트 동작을 수행한다.
그런데, 도 1의 일반적인 상변화 메모리 소자는 상변화층 패턴(20)을 포토 리소그래피 및 식각 공정에 의하여 패터닝하여 형성하기 때문에, 상변화 메모리 소자가 고집적화됨에 따라 상변화층 패턴(20)의 미스얼라인이 필연적으로 발생한다.
상기 상변화층 패턴의 미스얼라인을 방지할 수 있는 구조로, 본 발명자들이 2005년 8월 25일자로 한국특허출원 제2005-78388호로 "상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자 및 그 제조방법"이라는 명칭으로 출원한 바 있다. 여기에, 도 2a 및 도 2b를 참고로 하여 간단하게 기재한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명자들에 의하여 출원한 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자의 부분 단면도이다.
구체적으로, 도 2a 및 도 2b의 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자는 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(a) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(b)으로 한정된 반도체 기판(100)을 포함한다.
상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(a)에는 제1 하부 전극(104a) 및 제1 발열 전극(106a)이 순차적으로 형성되어 있다. 상기 제1 발열 전극(106a) 상에는 제1 절연층 패턴(108a)이 형성되어 있고, 상기 제1 절연층 패턴(108a)의 내측벽에 제1 상변화층 스페이서(112a)가 형성되어 있다.
상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(b)에는 제2 하부 전극(104b) 및 제2 발열 전극(106b)이 순차적으로 형성되어 있다. 상기 제2 발열 전극(106b) 상에는 제2 절연층 패턴(108b)이 형성되어 있고, 상기 제2 절연층 패턴(108b)의 내측벽에 상기 제1 상변화층 스페이서(112a)와 대향하여(마주보게) 제2 상변화층 스페이서 (112b)가 형성되어 있다.
상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(a)과 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(b)은 제1 상변화층 스페이서(112a) 및 제2 상변화층 스페이서(112b)에 인접하여 홀에 매몰된 매몰 절연층(116a)에 의하여 절연되어 있다. 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(a)의 제1 절연층 패턴(108a) 및 제1 상변화층 스페이서(112a)와, 상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(b)의 제2 절연층 패턴(108b) 및 제2 상변화층 스페이서(112b) 상에는 상부 전극(118a, 118b)이 형성되어 있다.
도 2a 및 도 2b의 본 발명의 상변화 메모리 소자의 제1 상변화층 스페이서(112a) 및 제2 상변화층 스페이서(112b)를 포토 리소그래피 및 식각 공정에 의하여 형성하지 않고 스페이서 형태로 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 상변화 메모리 소자는 소자가 고집적화 되더라도 도 1의 일반적인 상변화 메모리 소자와 다르게 상변화층 스페이서(112a, 112b)의 미스얼라인을 방지할 수 있다.
그러나, 도 2a 및 도 2b의 상변화 메모리 소자는 디자인 룰이 감소되어 홀(114)의 크기가 감소하면 상기 상변화층 스페이서들(112a, 112b)간의 거리가 점차 감소한다. 이렇게 될 경우, 도 2a 및 도 2b의 상변화 메모리 소자는 마주 보는 상변화층 스페이서들간(112a, 112b)의 전기적 연결에 의한 쇼트가 불가피하게 발생할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 의한 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자의 부분 단면도이다.
구체적으로, 도 3a는 멀티 비트 동작을 수행할 수 있는 상변화 메모리 소자 이고, 도 3b는 싱글 비트 동작을 수행하는 상변화 메모리 소자이다. 보다 상세하게, 본 발명에 의한 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자는 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)으로 한정된 반도체 기판(200)을 포함한다.
상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c)에는 제1 하부 전극(204a) 및 제1 발열 전극(206a)이 순차적으로 형성되어 있다. 상기 제1 발열 전극(206a) 상에는 외측으로 기울기를 갖는 제1 상변화층 스페이서(212a)가 형성되어 있고, 상기 제1 상변화층 스페이서(212a)에 접하여 제1 매몰 절연층(216a)이 형성되어 있다.
상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)에는 제2 하부 전극(204b) 및 제2 발열 전극(206b)이 순차적으로 형성되어 있다. 상기 제2 발열 전극(206b) 상에는 외측으로 기울기를 갖고 상기 제1 상변화층 스페이서(212a)와 대향하여(마주보게) 제2 상변화층 스페이서(212b)가 형성되어 있고, 상기 제2 상변화층 스페이서(212b)에 접하여 제2 매몰 절연층(216b)이 형성되어 있다.
상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c)과 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)은 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)에 인접하여 형성된 홀(214)에 매립된 제3 매몰 절연층(216c)에 의하여 절연되어 있다.
상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c)의 제1 매몰 절연층(216a) 및 제1 상변화층 스페이서(212a)와, 상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)의 제2 매몰 절연층(216b) 및 제2 상변화층 스페이서(212b) 상에는 상부 전극(218a, 218b)이 형성되어 있다.
상기 상부 전극(218a, 218b)은 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c)과 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)에 도 3a와 같이 서로 연결되어 형성되거나, 도 3b와 같이 각각 분리되어 형성되어 있다. 다시 말해, 도 3a에서는 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c)과 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d) 모두에 걸쳐서 상부 전극(218a)이 형성되어 있지만, 도 3b에서는 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c)과 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)에 각각 상부 전극(118b)이 형성되어 있다.
이와 같이 구성되는 상변화 메모리 소자는 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)에 각각 전류 또는 전압을 인가하여 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)의 결정 상태를 각각 제어함으로써 온오프의 동작을 수행한다.
도 3b의 본 발명의 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자는 제1 하부 전극(204a), 제1 발열 전극(206a), 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 상부 전극(218b)으로 제1 단위 상변화 메모리 소자를 구성함으로써 온오프의 한 비트 동작을 수행한다. 그리고, 도 3b의 본 발명의 상변화 메모리 소자는 제2 하부 전극(204b), 제2 발열 전극(206b), 제2 상변화층 스페이서(212b) 및 상부 전극(218b)으로 제2 단위 상변화 메모리 소자를 구성함으로써 온오프의 한 비트 동작을 수행한다.
그런데, 도 3a와 같이 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b) 상에서 서로 연결된 상부 전극(218a)을 형성한 경우, 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 및 제2 단위 상변화 메모리 소자는 각각 비트 동작을 수행하고 하 나의 상부 전극(218a)에 의해 두 개의 단위 상변화 메모리 소자의 비트 동작이 제어되는 멀티 비트 동작을 수행한다. 이렇게 멀티 비트 동작을 수행할 경우 집적도를 향상시킬 수 있다.
그리고, 도 3b와 같이 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자의 상부 전극(218b) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자의 상부 전극(218b)은 서로 분리되게 구성함으로써 개별 상부 전극(218b)에 의해 하나의 단위 상변화 메모리 소자의 동작이 제어되는 싱글 비트 동작이 가능하다.
이상과 같은 본 발명의 상변화 메모리 소자의 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)를 포토 리소그래피 및 식각 공정에 의하여 형성하지 않고 스페이서 형태로 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 상변화 메모리 소자는 소자가 고집적화 되더라도 일반적인 상변화 메모리 소자와 다르게 상변화층 스페이서의 미스얼라인을 방지할 수 있다.
더하여, 본 발명의 상변화 메모리 소자는 상기 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)가 제3 매몰 절연층(216c)을 기준으로 외측으로 기울기를 갖기 때문에, 상변화 메모리 소자의 디자인 룰이 감소되어 홀(214)의 크기가 감소되더라도 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)의 전기적 연결에 의한 쇼트가 발생하지 않는다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 의한 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자의 부분 단면도이다.
구체적으로, 도 4a 및 도 4b에서, 도 3a 및 도 3b와 동일한 참조번호는 동 일한 부재를 나타낸다. 도 4a 및 도 4b의 제2 실시예의 상변화 메모리 소자는 도 3a 및 도 3b의 제1 실시예의 상변화 메모리 소자와 비교하여, 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)가 각각 제2 절연층 패턴(308a) 및 제3 절연층 패턴(308b)의 외측벽에 형성된 것을 제외하고는 동일하다.
즉, 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c)에서는 제2 절연층 패턴(308a)의 외측벽에 제1 상변화층 스페이서(212a)가 형성되어 있고, 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)에서는 제3 절연층 패턴(308b)의 외측벽에 제2 상변화층 스페이서(212b)가 형성되어 있다. 따라서, 본 발명의 제2 실시예에 의한 상변화 메모리 소자는 고집적화 되더라도 상기 제2 절연층 패턴(308a) 및 제3 절연층 패턴(308b)에 의하여 상기 제1 및 제2 상변화층 스페이서(212a, 212b)들 간의 연결을 확실히 방지할 수 있기 때문에 상기 제1 및 제2 상변화층 스페이서들(212a, 212b)간의 전기적 연결에 의한 쇼트를 더욱 방지할 수 있다.
도 5 내지 도 10은 도 3a 및 도 3b에 도시한 본 발명에 따른 상변화 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 부분 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)으로 한정되어 있는 반도체 기판(200), 예컨대 실리콘 기판 상부에 상변화 메모리 소자의 하부 전극용 제1 도전막(204) 및 발열 전극용 제2 도전막(206)을 순차적으로 적층한다.
상기 하부 전극용 제1 도전막(204)은 두 개의 단위 상변화 메모리 소자의 하부 단자 역할을 하며 저저항의 금속막으로 형성한다. 상기 하부 전극용 제1 도전막 (204)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 등의 금속 물질, 금속 합금 또는 금속 화합물로 형성한다.
상기 발열 전극용 제2 도전막(206)은 후에 형성되는 상변화층 스페이서와의 접촉 부분에서 상변화층의 결정 상태를 변화시키기에 충분한 열을 발생시키는 역할을 한다. 이것은 하부 전극용 제1 도전막(204)을 통해 공급된 전류에 의해 달성되며, 따라서 발열 전극용 제2 도전막(206)의 저항은 일반적인 금속 전극에 비해 높다.
상기 발열 전극용 제2 도전막(206)을 구성하는 재료의 선택은 상변화 메모리 소자의 동작 특성을 결정짓는 중요한 요소이다. 상기 발열 전극용 제2 도전막(206)은 티탄질화물(TiN), 티탄산질화물(TiON), 티탄알루미늄질화물(TiAlN), 탄탈알루미늄질화물(TaAlN), 또는 탄탈실리콘질화물(TaSiN)로 형성한다. 상기 발열 전극용 제2 도전막(206)은 하나의 막질로도 형성할 수 있고, 복수개의 막질로도 형성할 수 있다.
이어서, 상기 발열 전극용 제2 도전막(206) 상에 절연 물질층(208)을 형성한 후 패터닝하여 W1의 폭을 갖는 제1 절연층 패턴(208a)을 형성한다. 상기 제1 절연층 패턴(208a)의 형성으로 인해 발열성 전극용 제2 도전막(206)의 일부 표면이 노출된다. 상기 제1 절연층 패턴(208a)은 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)의 경계 부분에 형성한다. 상기 제1 절연층 패턴(208)은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등의 절연 특성을 갖는 막질로 형성한다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 절연층 패턴(208a)이 형성되어 있는 반도체 기판(200)의 전면에 상변화층(212)을 형성한다. 상기 상변화층(212)은 상변화 메모리 소자를 구성하는 가장 핵심적인 재료이다. 상기 상변화층(212)은 칼코게나이드 계열 금속 원소의 합금으로 구성된다. 상변화층(212)은 금속 합금의 구성 원소 및 조성에 따라 다양한 상변화 특성을 가지며, 이것은 상변화 메모리 소자의 동작에 매우 중요한 역할을 한다.
상기 상변화층(212)을 구성하는 칼코게나이드 계열 금속 원소의 대표적인 예는, Ge, Se, Sb, Te, Sn, As 등이며, 이 원소들의 적절한 조합에 의해 상기 칼코게나이드 상변화 재료가 형성된다. 아울러, 상기 상변화층(212)의 특성 향상을 위해서는 상기 칼코게나이드계 금속 원소의 조합 이외에, Ag, In, Bi, Pb 등의 원소가 혼합될 수 있다. 광저장 장치의 응용예에서 폭넓게 사용되는 재료로는, Ge, Sb, Te이 2:2:5 의 비율로 조합된 Ge2Sb2Te5가 가장 일반적이며, 상변화 메모리 소자의 제조에도 이 재료를 사용할 수 있다. 상기 상변화층(212)의 형성 방법으로는 다원계 스퍼터링 성막법 또는 일원계 전자빔 증착법 등을 사용할 수 있다.
다음에, 상기 상변화층(212)을 스페이서 식각하여 상기 제1 절연층 패턴(208a)의 외측벽에 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)를 형성한다. 상기 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)는 각각 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)에 형성된다.
상기 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)는 포토 리소그래피 및 식각 공정에 의하여 형성하지 않고 스페이서 형태로 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 상변화 메모리 소자는 소자가 고집적화 되더라도 일반적인 상변화 메모리 소자와 다르게 상변화층 스페이서(212a, 212b)의 미스얼라인을 방지할 수 있다. 더하여, 상기 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)는 상기 제1 절연층 패턴(208a)의 외측벽에 형성되기 때문에 소자가 고집적화 되더라도 상기 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)는 서로 쇼트되지 않는다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)를 식각 마스크로 상기 제1 절연층 패턴(208a), 발열 전극용 제2 도전막(206) 및 하부 전극용 제1 도전막(204)을 식각하여 패터닝한다. 상기 식각 과정으로 인해 상기 제1 절연층 패턴(208a)은 제거된다.
결과적으로, 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c)에는 제1 발열 전극(206a) 및 제1 하부 전극(204a)이 형성되고, 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)에는 제2 발열 전극(206b) 및 제2 하부 전극(204b)이 형성된다. 그리고, 상기 반도체 기판(200) 상에는 홀(214)이 형성된다.
도 8을 참조하면, 상기 홀(214)을 매립하면서 상기 제1 상변화층 스페이서(212a), 제2 상변화층 스페이서(212b), 제1 발열 전극(206a) 및 제2 발열 전극(206b) 상에 제2 절연 물질층(216)을 형성한다. 상기 제2 절연 물질층(216)은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등의 절연 특성을 갖는 막질로 형성한다.
도 9를 참조하면, 상기 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)를 노출하도록 상기 제2 절연 물질층(216)을 평탄화시킨다. 이렇게 되면, 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)에 각각 제1 매몰 절연층(216a) 및 제2 매몰 절연층(216b)을 형성하고, 상기 홀(214) 내에는 매립되는 제3 매몰 절연층(216c)을 형성한다. 상기 제3 매몰 절연층(216c)은 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)을 절연시키는 역할을 수행한다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c)의 제1 상변화층 스페이서(212a), 상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)의 제2 상변화층 스페이서(212b), 및 제1 내지 제3 매몰 절연층(216a, 216b, 216c) 상에 상부 전극용 제3 도전막(218)을 형성한다. 상기 상부 전극용 제3 도전막(218)은 상기 하부 전극용 제1 도전막(204)과 마찬가지로 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 등의 금속 물질, 금속 합금 또는 금속 화합물로 형성한다.
이어서, 상기 상부 전극용 제3 도전막(218) 상에, 상기 상부 전극용 제3 도전막(218)을 일부 노출하는 제2 포토레지스트 패턴(220a, 220b)을 형성한다. 상기 제2 포토레지스트 패턴(220a, 220b)은 사진식각공정을 이용하여 형성한다. 도 10a에 도시한 상기 제2 포토레지스트 패턴(220a)은 제1 및 제2 상변화층 스페이서(212a, 212b) 상부에 걸쳐 형성되며, 도 10b에 도시한 제2 포토레지스트 패턴(220b)은 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)에 각각에 분리되어 형성된다.
이어서, 상기 도 10a 및 도 10b에 도시한 제2 포토레지스트 패턴(220a, 220b)을 식각 마스크로 상기 상부 전극용 제3 도전막(218)을 식각하여 상부 전극(218a, 218b)을 형성함으로써 각각 도 3a 및 도 3b에 도시한 상변화 메모리 소자를 완성한다. 다시 말해, 상기 도 10a에서는, 상기 제2 포토레지스트 패턴(220a)을 식각 마스크로 상기 상부 전극용 제3 도전막(218)을 식각하여 도 3a에 도시한 상부 전극(218a)을 형성하여 상변화 메모리 소자를 완성한다. 도 10b에서는, 상기 제2 포토레지스트 패턴(220b)을 식각 마스크로 상기 상부 전극용 제3 도전막(218)을 식각하여 도 3b에 도시한 바와 같은 상부 전극(218b)을 형성하여 상변화 메모리 소자를 완성한다.
도 11 내지 도 16은 도 4a 및 도 4b에 도시한 본 발명에 따른 상변화 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 부분 단면도들이다. 도 11 내지 도 16에서, 도 도 5 내지 도 10과 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 도 5와 같이 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)으로 한정되어 있는 반도체 기판(200), 예컨대 실리콘 기판 상부에 상변화 메모리 소자의 하부 전극용 제1 도전막(204) 및 발열 전극용 제2 도전막(206)을 순차적으로 적층한다.
이어서, 상기 발열 전극용 제2 도전막(206) 상에 제1 절연 물질층(306)을 형성한 후 패터닝하여, 도 5의 제1 절연층 패턴(208a)보다는 넓은 W2의 폭을 갖는 제1 절연층 패턴(308)을 형성한다. 상기 제1 절연층 패턴(308)의 형성으로 인해 발열성 전극용 제2 도전막(206)의 일부 표면이 노출된다. 상기 제1 절연층 패턴(308)은 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)의 경계 부분을 포함하여 넓은 영역에 걸쳐 형성한다. 상기 제1 절연층 패턴(308)은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등의 절연 특성을 갖는 막질로 형성한다.
도 12를 참조하면, 상기 제1 절연층 패턴(308)이 형성되어 있는 반도체 기판(200)의 전면에 도 6과 같이 상변화층(212)을 형성한다. 이어서, 상기 상변화층(212)을 스페이서 식각하여 상기 제1 절연층 패턴(308)의 외측벽에 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)를 형성한다.
상기 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)는 포토 리소그래피 및 식각 공정에 의하여 형성하지 않고 스페이서 형태로 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 상변화 메모리 소자는 소자가 고집적화 되더라도 일반적인 상변화 메모리 소자와 다르게 상변화층 스페이서(212a, 212b)의 미스얼라인을 방지할 수 있다. 더하여, 상기 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)는 상기 제1 절연층 패턴(308)의 외측벽에 형성되기 때문에 소자가 고집적화 되더라도 상기 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b)는 서로 쇼트되지 않는다.
도 13을 참조하면, 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)의 경계 부분을 노출하도록 상기 제1 상변화층 스페이서(212a) 및 제2 상변화층 스페이서(212b) 상에 제1 포토레지스트 패턴(313)을 형성한다. 이어서, 상기 제1 포토레지스트 패턴(313)을 식각 마스크로 상기 제1 절연층 패턴(308), 발열 전극용 제2 도전막(206) 및 하부 전극용 제1 도전막(204)을 식각하여 패터닝한다.
이에 따라, 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c)에는 제1 발열 전극(206a), 제1 하부 전극(204a) 및 제2 절연층 패턴(308a)이 형성되고, 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)에는 제2 발열 전극(206b), 제2 하부 전극(204b) 및 제3 절연층 패턴(308b)이 형성된다. 그리고, 상기 반도체 기판(200) 상에는 홀(214)이 형성된다.
도 14를 참조하면, 상기 홀(214)을 매립하면서 상기 제1 상변화층 스페이서(212a), 제2 상변화층 스페이서(212b), 제2 및 제3 절연층 패턴(308a, 308b) 및 제1 발열 전극(206a) 및 제2 발열 전극(206b) 상에 제2 절연 물질층(216)을 형성한다. 상기 제2 절연 물질층(216)은 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등의 절연 특성을 갖는 막질로 형성한다.
도 15를 참조하면, 상기 제1 상변화층 스페이서(212a), 제2 상변화층 스페이서(212b), 제2 및 제3 절연층 패턴(308a, 308b)을 노출하도록 상기 제2 절연 물질층(216)을 평탄화시킨다. 이렇게 되면, 도 9와 같이 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)에 각각 제1 매몰 절연층(216a) 및 제2 매몰 절연층(216b)을 형성하고, 상기 홀(214) 내에는 매립되는 제3 매몰 절연층(216c)을 형성한다. 상기 제3 매몰 절연층(216c)은 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c) 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)을 절연시키는 역할을 수행한다.
도 16a 및 도 16b를 참조하면, 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분(c)의 제2 절연층 패턴(308a) 및 제1 상변화층 스페이서(212a), 상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분(d)의 제3 절연층 패턴(308b) 및 제2 상변화층 스페이서(212b), 및 제1 내지 제3 매몰 절연층(216a, 216b, 216c) 상에 상부 전극용 제3 도전막(218)을 형성한다.
다음에, 상기 상부 전극용 제3 도전막(218) 상에, 상기 상부 전극용 제3 도전막(218)을 일부 노출하는 제2 포토레지스트 패턴(220a, 220b)을 형성한다. 이어서, 상기 도 10a 및 도 10b에 도시한 제2 포토레지스트 패턴(220a, 220b)을 식각 마스크로 상기 상부 전극용 제3 도전막(218)을 식각하여 상부 전극(218a, 218b)을 형성함으로써 각각 도 16a 및 도 16b에 도시한 상변화 메모리 소자를 완성한다.
이상과 같이 본 발명은 발열 전극 상에 형성되는 상변화층을 스페이서 식각 공정에 의해 상변화층 스페이서로 형성함으로써 상변화층의 미스얼라인 문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분의 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서를 외측으로 기울이게 형성하기 때문에 디자인 룰이 감소되더라도 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서의 전기적 연결에 의한 쇼트를 방지할 수 있다.
본 발명은 하부 전극이 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분에 각각 형성되어 있고, 상부 전극은 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분에 서로 연결되어 형성되어 있을 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 하나의 상부전극으로 두 개의 단위 상변화 소자가 제어되는 고집적화된 멀티 비트용 상변화 메모리 소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 통상의 반도체 공정을 이용하여 쉽게 구현이 가능하고, 일반적인 제조 방법과 비교하여 소자 제작을 위한 포토 마스크 수도 증가되지 않으며 제조 방법도 간단한 장점이 있다.
Claims (11)
- 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분으로 한정된 반도체 기판;상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분에 순차적으로 형성된 제1 하부 전극 및 제1 발열 전극,상기 제1 발열 전극 상에 외측으로 기울기를 갖게 형성된 제1 상변화층 스페이서;상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분에 순차적으로 형성된 제2 하부 전극 및 제2 발열 전극;상기 제2 발열 전극 상에 외측으로 기울기를 갖게 형성되고 상기 제1 상변화층 스페이서와 대향하게 형성된 제2 상변화층 스페이서;상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분의 제1 하부 전극, 제1 발열전극 및 제1 상변화층 스페이서와, 상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분의 제2 하부 전극, 제2 발열전극 및 제2 상변화층 스페이서를 절연하는 매몰 절연층; 및상기 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서 상에 형성된 상부 전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 전극은 상기 제1 상변화층 스페이서 및 상기 제2 상변화층 스페이서 상에서 연결되어 형성되어 있고, 상기 연결되어 형성된 상부 전 극에 의해 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분의 비트 동작이 모두 제어되는 멀티 비트 동작이 가능한 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 전극은 상기 제1 상변화층 스페이서 및 상기 제2 상변화층 스페이서 상에서 분리되어 형성되어 있고, 상기 분리되어 형성된 상부 전극에 의해 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분의 비트 동작이 각각 제어되는 싱글 비트 동작이 가능한 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분의 제1 발열 전극 및 제2 발열 전극 상에 상기 매몰 절연층의 양측에 접하여 절연층 패턴들이 더 형성되어 있고, 상기 절연층 패턴들의 일측벽에 외측으로 각각 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자.
- 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분으로 한정된 반도체 기판 상에 하부 전극용 제1 도전막 및 발열 전극용 제2 도전막을 순차적으로 형성하는 단계;상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부 분의 경계 부분의 상기 제2 도전막 상에 제1 절연층 패턴을 형성하는 단계;상기 제1 절연층 패턴의 외측벽에, 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분의 제1 상변화층 스페이서 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분의 제2 상변화층 스페이서를 형성하는 단계;상기 제2 도전막 및 제1 도전막을 패터닝하여 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분에 제1 하부 전극 및 제1 발열전극을 형성하고, 상기 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분에 제2 하부 전극 및 제2 발열 전극을 형성하고, 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분 사이에는 홀을 형성하는 단계;상기 홀에 절연 물질층을 매립하여 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분을 절연하는 매몰 절연층을 형성하는 단계; 및상기 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서는 상기 제1 절연층 패턴이 형성된 반도체 기판의 전면에 상변화층을 형성하고, 상기 상변화층을 스페이서 식각하여 형성함으로써 상기 단위 상변화 메모리 소자 부분들 간의 미스얼라인을 방지하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 매몰 절연층은 상기 홀을 매립함과 아울러 상기 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서 상부로 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층을 평탄화하여 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 상부 전극은 상기 제1 상변화층 스페이서 및 상기 제2 상변화층 스페이서 상에서 연결되어 형성함으로써 상기 연결되어 형성된 상부 전극에 의해 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분의 비트 동작이 모두 제어되는 멀티 비트 동작이 가능한 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 상부 전극은 상기 제1 상변화층 스페이서 및 상기 제2 상변화층 스페이서 상에서 분리되어 형성함으로써 상기 분리되어 형성된 상부 전극에 의해 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분의 비트 동작이 각각 제어되는 싱글 비트 동작이 가능한 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제2 도전막 및 제1 도전막을 패터닝시 상기 제1 상변화층 스페이서 및 제2 상변화층 스페이서를 식각 마스크로 상기 제2 도전막 및 제1 도전막을 식각함과 아울러 상기 제1 절연층 패턴을 제거하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제2 도전막 및 제1 도전막을 패터닝시 상기 제1 절연층 패턴을 일부 남김으로써 상기 제1 단위 상변화 메모리 소자 부분 및 제2 단위 상변화 메모리 소자 부분에 각각 제2 절연층 패턴 및 제3 절연층 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 소자의 제조방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020050118054A KR100651756B1 (ko) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자 및 그제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050118054A KR100651756B1 (ko) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자 및 그제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR100651756B1 true KR100651756B1 (ko) | 2006-12-01 |
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ID=37731484
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| KR1020050118054A KR100651756B1 (ko) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | 상변화층 스페이서를 갖는 상변화 메모리 소자 및 그제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100651756B1 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100825767B1 (ko) * | 2006-12-05 | 2008-04-29 | 한국전자통신연구원 | 상변화 메모리 소자 및 그의 제조 방법 |
| KR100883412B1 (ko) | 2007-05-09 | 2009-02-11 | 삼성전자주식회사 | 자기 정렬된 전극을 갖는 상전이 메모리소자의 제조방법,관련된 소자 및 전자시스템 |
| US7767994B2 (en) | 2006-12-05 | 2010-08-03 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Phase-change random access memory device and method of manufacturing the same |
| US8143610B2 (en) | 2009-01-05 | 2012-03-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor phase-change memory device |
-
2005
- 2005-12-06 KR KR1020050118054A patent/KR100651756B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100825767B1 (ko) * | 2006-12-05 | 2008-04-29 | 한국전자통신연구원 | 상변화 메모리 소자 및 그의 제조 방법 |
| US7767994B2 (en) | 2006-12-05 | 2010-08-03 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Phase-change random access memory device and method of manufacturing the same |
| KR100883412B1 (ko) | 2007-05-09 | 2009-02-11 | 삼성전자주식회사 | 자기 정렬된 전극을 갖는 상전이 메모리소자의 제조방법,관련된 소자 및 전자시스템 |
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