KR20130068144A - 적층형 메모리 장치 - Google Patents
적층형 메모리 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130068144A KR20130068144A KR1020110135698A KR20110135698A KR20130068144A KR 20130068144 A KR20130068144 A KR 20130068144A KR 1020110135698 A KR1020110135698 A KR 1020110135698A KR 20110135698 A KR20110135698 A KR 20110135698A KR 20130068144 A KR20130068144 A KR 20130068144A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- stacked
- active
- layer
- semiconductor substrate
- source
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 65
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 229910015345 MOn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019794 NbN Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004491 TaAlN Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004166 TaN Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910003071 TaON Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004200 TaSiN Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010060 TiBN Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010282 TiON Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910008482 TiSiN Inorganic materials 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910008807 WSiN Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 ZrSiN Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N isoniazide Chemical compound NNC(=O)C1=CC=NC=C1 QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C5/00—Details of stores covered by group G11C11/00
- G11C5/02—Disposition of storage elements, e.g. in the form of a matrix array
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
- H10B63/30—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices comprising selection components having three or more electrodes, e.g. transistors
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0004—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising amorphous/crystalline phase transition cells
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0009—RRAM elements whose operation depends upon chemical change
- G11C13/0014—RRAM elements whose operation depends upon chemical change comprising cells based on organic memory material
- G11C13/0016—RRAM elements whose operation depends upon chemical change comprising cells based on organic memory material comprising polymers
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/02—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using elements whose operation depends upon chemical change
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
- H10B61/20—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors
- H10B61/22—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors of the field-effect transistor [FET] type
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
- H10B63/80—Arrangements comprising multiple bistable or multi-stable switching components of the same type on a plane parallel to the substrate, e.g. cross-point arrays
- H10B63/84—Arrangements comprising multiple bistable or multi-stable switching components of the same type on a plane parallel to the substrate, e.g. cross-point arrays arranged in a direction perpendicular to the substrate, e.g. 3D cell arrays
- H10B63/845—Arrangements comprising multiple bistable or multi-stable switching components of the same type on a plane parallel to the substrate, e.g. cross-point arrays arranged in a direction perpendicular to the substrate, e.g. 3D cell arrays the switching components being connected to a common vertical conductor
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/821—Device geometry
- H10N70/823—Device geometry adapted for essentially horizontal current flow, e.g. bridge type devices
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
- G11C2213/70—Resistive array aspects
- G11C2213/71—Three dimensional array
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
- H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/883—Oxides or nitrides
- H10N70/8836—Complex metal oxides, e.g. perovskites, spinels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
적층형 메모리 장치는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 적층 배열되는 복수의 비트 라인, 상기 복수의 비트 라인 상부에 형성되며 상기 복수의 비트 라인을 향해 연장되는 배선부를 각각 포함하는 복수의 워드 라인, 및 상기 복수의 비트 라인과 상기 복수의 워드 라인으로부터 연장되는 상기 배선부 사이 각각에 연결되는 메모리 셀을 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 집적 회로 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 3차원 스텍 셀을 갖는 적층형 메모리 장치에 관한 것이다.
모바일 및 디지털 정보 통신과 가전 산업의 급속한 발전에 따라, 기존의 전자의 전하 제어에 기반을 둔 소자 연구는 한계에 봉착할 것으로 전망된다. 이에, 기존 전자 전하 소자의 개념이 아닌 새로운 개념의 신 기능성 메모리 장치의 개발이 요구되고 있다. 특히, 주요 정보 기기의 메모리의 대용량화 요구를 충족시키기 위해, 차세대 대용량 초고속 및 초전력 메모리 장치의 개발이 필요하다.
현재, 차세대 메모리 장치로서 저항 소자를 메모리 매체로 사용하는 저항성 메모리가 제안되고 있으며, 대표적으로, 상변화 메모리 장치, 저항 메모리, 및 자기 저항 메모리가 있다.
이러한 저항 메모리는 스위칭 소자 및 저항 소자를 기본 구성으로 하고 있으며, 저항 소자의 상태에 따라 "0" 또는 "1"의 데이터를 저장하게 된다.
하지만, 이러한 저항 메모리 또한 집적 밀도 개선이 최우선 과제이며, 좁은 면적에 최대의 메모리 셀을 집적시키는 것이 관건이다.
한편, 상변화 메모리 소자의 경우, 워드 라인과 연결되는 다이오드를 스위칭 소자로 사용하고 있고, 워드 라인 역시 집적 밀도를 줄이기 위하여 가능한 좁은 선폭으로 제작되고 있다. 이로 인해, 워드 라인 저항이 증대되어, 워드 라인 전압이 불안정해지는 워드 라인 바운싱(bouncing) 문제가 발생된다.
본 발명은 집적 밀도를 개선하기 위한 적층형 메모리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 메모리 장치는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 적층 배열되는 복수의 비트 라인, 상기 복수의 비트 라인 상부에 형성되며 상기 복수의 비트 라인을 향해 연장되는 배선부를 각각 포함하는 복수의 워드 라인, 및 상기 복수의 비트 라인과 상기 복수의 워드 라인으로부터 연장되는 상기 배선부 사이 각각에 연결되는 메모리 셀을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 메모리 장치는, 반도체 기판, 상기 반도체 기판상에 상호 절연을 이루며 적층되는 복수의 액티브층들로 구성되는 복수의 액티브 영역, 상기 복수의 액티브층 상부 및 측면부를 감싸도록 각각의 액티브 영역마다 형성되는 게이트 전극, 상기 게이트 전극 양측의 상기 복수의 액티브층 각각에 형성되는 소스 및 드레인, 동일층에 위치하는 상기 드레인들과 공통으로 연결되는 비트 라인, 상기 소스와 연결되는 저항 소자층, 및 상기 저항 소자층들이 공통으로 연결되는 공통 소스 라인을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 메모리 장치는, 반도체 기판, 상기 반도체 기판상에 상호 절연을 이루며 적층되는 복수의 액티브층들로 구성되는 복수의 액티브 영역, 상기 복수의 액티브층 상부 및 측면부를 감싸도록 각각의 액티브 영역마다 형성되는 게이트 전극, 상기 게이트 전극 양측의 상기 복수의 액티브층 각각에 형성되는 소스 및 드레인, 상기 드레인들 일측에 위치되는 저항 소자층, 동일층에 위치되는 저항 소자층들과 공통으로 연결되는 비트 라인, 상기 소스가 공통으로 연결되는 공통 소스 라인, 및 상기 게이트 전극 각각과 전기적으로 연결되는 워드 라인을 포함한다.
본 발명에 따른 적층형 저항성 메모리 장치는 비트 라인의 적층에 의해 복수의 메모리 셀이 적층된 형태로 구성되어, 집적 밀도를 보다 개선할 수 있다. 이렇게 집적 밀도의 개선에 따라, 워드 라인 면적 또한 확보되어, 워드 라인 바운싱 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 메모리 장치의 사시도이다.
도 2 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 메모리 장치의 제조 공정별 단면도이다.
도 10 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 메모리 장치의 제조 공정별 평면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 메모리 장치의 회로도이다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 적층형 메모리 장치의 단면도이다.
도 2 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 메모리 장치의 제조 공정별 단면도이다.
도 10 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 메모리 장치의 제조 공정별 평면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 메모리 장치의 회로도이다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 적층형 메모리 장치의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 메모리 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 스트라이프 형태의 액티브층(110)들이 절연막(도시되지 않음)을 사이에 두고 복수 개가 적층되어 있다. 적층된 액티브층(110)은 반도체 기판(100) 표면에 대해 수직으로 연장되는 절연 플러그(125)에 의해 단위 액티브 영역(unit)으로 구분된다.
적층된 단위 액티브 영역(unit)의 중앙에 게이트 전극(G)이 형성된다. 게이트 전극(G)과 액티브층(110) 사이에 게이트 절연막(도시되지 않음)이 개재되어 있으며, 게이트 전극(G)은 적층된 단위 액티브 영역(unit)의 최상부 및 적층된 단위 액티브 영역들의 측벽들을 감싸도록 예를 들어, 알파벳 "U"자 형태로 형성될 수 있다. 이러한 게이트 전극(G)은 워드 라인(160)과 전기적으로 연결된다.
게이트 전극(G) 양측의 액티브층(110)에 소스(S) 및 드레인(D)이 형성되어, 단위 액티브 영역(unit)에 트랜지스터가 형성된다. 드레인(D) 일측과 콘택되도록 비트 라인(120)이 연장되고, 소스(S) 일측에 저항 소자층(145)이 형성될 수 있다.
이때, 비트 라인(120)은 동일 층상(동일 평면상)에서 도면의 x축 방향으로 상호 오버랩되도록 위치되는 드레인(D)들과 공통으로 연결되며, 워드 라인(160)과 수직을 이루는 방향으로 연장될 수 있다.
또한, 저항 소자층(145)은 트랜지스터의 스위칭 동작에 따라, 비트 라인(120)의 신호를 저장하는 저장 매체로서, 저항 메모리(ReRAM)의 재료인 PCMO막, 상변화 메모리(PCRAM:Phase Change RAM)의 재료인 칼코게나이드막, 자기 메모리(MRAM: Magnetic RAM)의 재료인 자성층, STTMRAM(Spin-Transfer Torque MRAM)의 재료인 자화 반전 소자층 및 폴리머 메모리(PoRAM: Polymer RAM)의 재료인 폴리머층들 중 선택되는 하나일 수 있다.
이와 같은 저항 소자층(145)은 공통 소스 라인(common source line)에 공통 연결되며, 공통 소스 라인(common source line)은 예를 들어, 접지 전압에 연결될 수 있다.
이와 같은 적층형 메모리 장치는 액티브 영역 및 비트 라인의 적층 배치에 의해 한정된 영역에 복수의 메모리 셀을 집적시킬 수 있다.
도 2 내지 도 9는 도 1에서 제시된 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 메모리 장치의 제조 공정별 단면도이고, 도 10 내지 도 17은 도 1에서 제시된 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 메모리 장치의 제조 공정별 평면도이다. 여기서, 도 2 내지 도 9는 도 10 내지 도 17의 a-a'선을 따라 절단한 단면도에 해당한다.
도 2 및 도 10을 참조하면, 반도체 기판(100) 상부에 절연막(105)을 형성한다. 절연막(105) 상부에 액티브층(110)과 층간 절연막(115)을 교대로 복수 개 적층하여, 적층 액티브 구조물(SA)을 형성한다. 상기 액티브층(110)은 Si, SiGe 및 GaAs와 같은 반도체층일 수 있으며, 이들이 단일 또는 복합층으로 구성될 수 있다. 절연막(105) 및 층간 절연막(115)은 예를 들어, 실리콘 산화 물질을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 11을 참조하면, 상기 적층 액티브 구조물(SA)의 소정 부분을 상기 절연막(105)이 노출되도록 패터닝하여, 제 1 홀(H1)을 형성한다. 이어서, 제 1 홀(H1)을 통해 노출된 액티브층들(110) 및 층간 절연막(115)을 소정 길이만큼 측면으로 풀백(pull-back)시키기 위한 식각 처리를 진행하여, 제 2 홀(H2)을 형성한다. 제 1 홀(H1)은 비트 라인을 분리시키기 위한 홀이고, 제 2 홀(H2)은 비트 라인 영역을 한정하기 위한 영역이다. 이때, 제 1 및 제 2 홀(H1,H2)에 의해, 상기 적층 액티브 구조물(SA)은 도면의 y축을 기준으로 좌우로 분리된다.
도 4 및 도 12를 참조하면, 제 2 홀(H2) 각각에 도전 물질을 충진시켜, 비트 라인(120)을 적층된 액티브층(110)과 접하도록 형성한다. 비트 라인(120)을 형성하기 위한 도전 물질로는 W, Cu, Ti, Mo 및 Ta과 같은 금속막, TiN, TaN, WN,MoN,NbN,TiSiN, TiAlN, TiBN, ZrSiN, WSiN, WBN, ZrAlN, MoSiN, MoAlN, TaSiN 및 TaAlN와 같은 금속 질화막, TiSi와 같은 금속 실리사이드막, TiW와 같은 이종 금속막 및 TiON, WON 및 TaON와 같은 금속 질산화막 중 적어도 하나가 이용될 수 있다. 또한, 비트 라인(120)은 동일 평면상에 위치되는 드레인(D)과 공통으로 연결된다. 다음, 제 1 홀(H1)에 절연막을 매립하여, 절연 플러그(125)를 형성한다. 각각의 비트 라인(120)은 적층된 층간 절연막(115) 및 절연 플러그(125)에 의해 상호 분리된다.
도 5 및 도 13을 참조하면, 상기 적층 액티브 구조물(SA)이 도 13의 x축 방향으로 상하 분리될 수 있도록, 상기 적층 액티브 구조물(SA)의 소정 부분을 절연막(15)이 오픈되도록 식각한다. 도 16에서 미설명 부호 "P"는 적층 액티브 구조물(SA)을 x축 방향으로 분리하기 위해 식각되는 영역을 지시한다. 이에 따라, 적층 액티브 구조물(SA)은 x축 방향으로 연장되는 스트라이프 형태의 복수의 적층 액티브 패턴(SAP)으로 구분된다. 여기서, 적층 액티브 패턴(SAP)은 적층된 액티브 영역으로 해석될 수 있고, 적층된 액티브 영역을 구성하는 한 층은 하나의 메모리 셀이 형성되는 단위 액티브 영역이 될 수 있다.
복수의 적층 액티브 패턴(SAP)이 형성된 반도체 기판(100) 결과물 상부에 게이트 절연막(130) 및 게이트 전극층(135)을 형성한다. 게이트 전극층(135)은 상기 비트 라인(120)과 마찬가지로 W, Cu, Ti, Mo 및 Ta과 같은 금속막, TiN, TaN, WN, MoN, NbN, TiSiN, TiAlN, TiBN, ZrSiN, WSiN, WBN, ZrAlN, MoSiN, MoAlN, TaSiN 및 TaAlN와 같은 금속 질화막, TiSi와 같은 금속 실리사이드막, TiW와 같은 이종 금속막 및 TiON, WON 및 TaON와 같은 금속 질산화막 중 선택되는 하나가 이용될 수 있다.
다음, 각각의 적층 액티브 패턴(SAP)을 감싸도록 게이트 전극층(135) 및 게이트 절연막(130)을 1차적으로 패터닝한다.
도 6 및 도 14를 참조하면, 1차적으로 패터닝된 게이트 전극층(135) 및 게이트 절연막(130)을 추가 식각하여, 적층 액티브 패턴(SAP) 상에 형성되는 게이트 전극(G)을 형성한다. 게이트 전극(G)은 각각의 적층 액티브 패턴(SAP)마다 형성되는데, 도 14의 평면상으로는 상기 게이트 전극(G)이 적층 액티브 패턴(SAP)과 수직을 이루는 방향으로 배열되어 있지만, 실질적으로는 도 1에서 도시된 바와 같이, 적층 액티브 패턴(SAP)의 상면 및 측면을 감싸는 형태로 형성된다. 그러므로, 게이트 전극(G)은 하나의 적층 액티브 패턴(SAP) 당 하나씩 배치되어 있으나, 실질적으로는 적층된 액티브 패턴(SAP)을 구성하는 단위 액티브 영역 각각에 게이트 전극으로서의 동작한다.
다음, 게이트 전극(G)을 마스크로 이용하여 각각의 액티브층(110) 마다 소스(S) 및 드레인(D)을 형성한다. 소스(S) 및 드레인(D)은 단계적 이온주입을 통해 적층된 액티브층(110)마다 형성될 수 있다. 이때, 비트 라인(120)과 접하는 부분이 드레인(D)이 될 수 있고, 소스(S)는 상기 드레인(D)의 폭보다 클 수 있다. 이는 후속에서 형성될 저항 소자층(도시되지 않음)이 형성될 공간을 확보하기 위함이다.
도 7 및 도 15에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(G)이 형성된 반도체 기판(100) 결과물 상부에 상부 절연막(140)을 형성한다. 다음, 적층 액티브 패턴(SAP)의 소스(S) 측벽이 노출될 수 있도록 상기 상부 절연막(140) 및 적층 액티브 패턴(SAP)을 식각하여, 제 3 홀(H3)을 형성한다. 노출된 소스(S) 영역의 일부를 소정 길이만큼 풀백시켜, 제 4 홀(H4)을 형성한다. 여기서, 제 4 홀(H4)의 깊이(d)는 상기 소스(D)의 폭이 드레인(D)의 폭과 동일해지는 수준으로 결정된다.
도 8 및 도 16을 참조하면, 제 4 홀(H4)에 저항 물질을 충진시켜, 저항 소자층(145)을 형성한다. 저항 소자층(145)은 저항 메모리의 재료인 PCMO막, 상변화 메모리의 재료인 칼코게나이드막, 자기 메모리의 재료인 자성층, STTMRAM의 재료인 자화 반전 소자층 및 폴리머 메모리의 재료인 폴리머층들 중 선택되는 하나일 수 있다. 이에 따라, 각 층마다 저항 소자층(145)과 연결되는 트랜지스터가 형성된다.
제 3 홀(H3)내부에 도전 물질을 충진하여, 소스(S)와 연결되는 저항층(145)들과 공통으로 연결되는 공통 소스 라인(150)을 형성한다.
도 9 및 도 17을 참조하면, 공통 소스 라인이 형성된 반도체 기판(100) 결과물 상부에 층간 절연막(155)을 형성한 다음, 층간 절연막(155)내에 게이트 전극(G)과 콘택되는 도전 플러그(157)를 형성한다. 도전 플러그(157)와 콘택되도록 층간 절연막 상부에 워드 라인(160)을 형성한다. 워드 라인(160)은 상기 액티브층(110)의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 여기서, 도 17의 "CT"는 워드 라인(160)과 도전 플러그(157)의 콘택을 지시한다.
이와 같은 본 실시예에 따른 적층형 저항성 메모리 장치는 도 18과 같이 회로를 구현할 수 있다.
도 18을 참조하면, 적층형 메모리 장치(1000)는 복수의 워드 라인(WL0, WL1, WL2) 및 복수의 비트 라인(BL0, BL1, BL2) 및 복수의 메모리 셀(mc)을 포함한다.
복수의 비트 라인(BL0, BL1, BL2)은 적층, 연장되고, 복수의 워드 라인(WL0, WL1, WL2)은 적층된 비트 라인들(BL0, BL1, BL2)을 향해 연장되는 배선부(L)를 포함한다. 여기서, 상기 배선부(L)는 도 9의 콘택 플러그(157)에 대응될 수 있다.
복수의 메모리 셀(mc)은 워드 라인(WL0, WL1, WL2)으로 부터 연장되는 배선부(L)와 비트 라인(BL0,BL1,BL2) 사이에 연결된다. 이러한 복수의 메모리 셀(mc)은 트랜지스터(Tr) 및 가변 저항(Rv)으로 구성될 수 있다. 트랜지스터(Tr)의 게이트는 상기 배선부(L)과 연결되고, 드레인은 해당 비트 라인에 연결되며, 소스는 가변 저항(Rv)과 연결된다. 가변 저항(Rv)은 공통 소스 라인(common source line)과 연결되며, 상기 가변 저항(Rv)은 상기 실시예의 저항 소자층(145)에 대응될 수 있다.
도면에서 BL3,BL4,BL5는 인접하는 적층된 액티브 영역에 배치되는 비트 라인을 지시한다.
이와 같은 적층형 저항성 메모리 장치는 비트 라인의 적층에 의해 복수의 메모리 셀이 적층된 형태로 구성되어, 집적 밀도를 보다 개선할 수 있다. 이렇게 집적 밀도의 개선에 따라, 워드 라인 면적 또한 확보되어, 워드 라인 바운싱 문제를 해결할 수 있다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적층형 저항성 메모리 장치를 보여주는 단면도로서, 본 실시예에서는 트랜지스터로서 NMOS 트랜지스터를 이용한다. 이에, 소스 및 드레인을 고농도 n형 불순물을 주입하여 구성할 수 있다.
또한, 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 트랜지스터의 소스 및 드레인을 실리사이드층(118)으로 이용할 수도 있다. 이와 같은 경우, 트랜지스터의 접합 저항을 개선할 수 있다.
또한, 도 21에 도시된 바와 같이, 저항 소자층(146)을 드레인(D)과 비트 라인(120) 사이에 위치시킬 수도 있다. 이와 같은 경우 역시 본 발명의 실시예와 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에서는 자세히 설명되지 않았지만, 상기한 트랜지스터의 소스 및 드레인은 일반적인 LDD(lightly doped drain) 형태로 형성될 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 저항성 메모리 장치를 3차원으로 적층하여 구성하므로써, 집적 밀도를 개선할 수 있으며, 이에 따라 워드 라인 바운싱 문제를 해결할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100: 반도체 기판 unit : 단위 액티브 영역
120 : 비트 라인 125 : 절연 플러그
145 : 저항 소자층 150 : 공통 소스 라인
G : 게이트 전극 160 : 워드 라인
120 : 비트 라인 125 : 절연 플러그
145 : 저항 소자층 150 : 공통 소스 라인
G : 게이트 전극 160 : 워드 라인
Claims (16)
- 반도체 기판;
상기 반도체 기판 상에 적층 배열되는 복수의 비트 라인;
상기 복수의 비트 라인 상부에 형성되며, 상기 복수의 비트 라인을 향해 연장되는 각각의 배선부를 포함하는 복수의 워드 라인; 및
상기 복수의 비트 라인과 상기 복수의 워드 라인으로부터 연장되는 배선부 사이 각각에 연결되는 메모리 셀을 포함하는 적층형 메모리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 메모리 셀은,
해당 비트 라인과 해당 워드 라인의 배선부와 연결되는 스위칭 트랜지스터, 및
상기 스위칭 트랜지스터와 연결되는 가변 저항을 포함하는 적층형 메모리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 가변 저항은 공통 소스 라인에 공통으로 연결되는 적층형 메모리 장치. - 반도체 기판;
상기 반도체 기판상에 상호 절연을 이루며 적층되는 복수의 액티브층들로 구성되는 복수의 액티브 영역;
상기 복수의 액티브층 상부 및 측면부를 감싸도록 각각의 액티브 영역마다 형성되는 게이트 전극;
상기 게이트 전극 양측의 상기 복수의 액티브층 각각에 형성되는 소스 및 드레인;
동일층에 위치하는 상기 드레인들과 공통으로 연결되는 비트 라인;
상기 소스와 연결되는 저항 소자층; 및
상기 저항 소자층들이 공통으로 연결되는 공통 소스 라인을 포함하는 적층형 메모리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 복수의 액티브 영역은 상기 반도체 기판상에 일정 간격을 두고 평행하게 이격 배치되는 적층형 메모리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 비트 라인은 상기 액티브층에 대응되는 수만큼 적층, 연장되는 적층형 메모리 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 비트 라인은 상기 드레인 일측에 형성되는 적층형 메모리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 게이트 전극 상부에 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 복수 워드 라인을 더 포함하는 적층형 메모리 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 비트 라인과 수직을 이루는 방향으로 연장되는 적층형 메모리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 소스 및 드레인은 고농도 n형 불순물 영역인 적층형 메모리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 소스 및 드레인은 실리사이드를 포함하는 적층형 메모리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 저항 소자층은 PCMO막, 칼코게나이드막, 자성층, 자화 반전 소자층 및 폴리머층들 중 선택되는 하나인 적층형 메모리 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 저항 소자층은 상기 소스의 일측에 형성되는 적층형 메모리 장치. - 반도체 기판;
상기 반도체 기판상에 상호 절연을 이루며 적층되는 복수의 액티브층들로 구성되는 복수의 액티브 영역;
상기 복수의 액티브층 상부 및 측면부를 감싸도록 각각의 액티브 영역마다 형성되는 게이트 전극;
상기 게이트 전극 양측의 상기 복수의 액티브층 각각에 형성되는 소스 및 드레인;
상기 드레인들 일측에 위치되는 저항 소자층;
동일층에 위치되는 저항 소자층들과 공통으로 연결되는 비트 라인;
상기 소스가 공통으로 연결되는 공통 소스 라인; 및
상기 게이트 전극 각각과 전기적으로 연결되는 워드 라인을 포함하는 적층형 메모리 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 복수의 액티브 영역은 상기 반도체 기판상에 일정 간격을 두고 평행하게 이격 배치되는 적층형 메모리 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 비트 라인은 상기 액티브층에 대응되는 수만큼 적층, 연장되는 적층형 메모리 장치.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110135698A KR20130068144A (ko) | 2011-12-15 | 2011-12-15 | 적층형 메모리 장치 |
US13/489,878 US9245588B2 (en) | 2011-12-15 | 2012-06-06 | Stack type semiconductor memory device |
CN201210274234.6A CN103165638B (zh) | 2011-12-15 | 2012-08-03 | 层叠型半导体存储器件 |
US15/006,782 US9865506B2 (en) | 2011-12-15 | 2016-01-26 | Stack type semiconductor memory device |
US15/830,921 US9960082B2 (en) | 2011-12-15 | 2017-12-04 | Stack type semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110135698A KR20130068144A (ko) | 2011-12-15 | 2011-12-15 | 적층형 메모리 장치 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20130068144A true KR20130068144A (ko) | 2013-06-25 |
Family
ID=48588580
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020110135698A KR20130068144A (ko) | 2011-12-15 | 2011-12-15 | 적층형 메모리 장치 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9245588B2 (ko) |
KR (1) | KR20130068144A (ko) |
CN (1) | CN103165638B (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200014442A (ko) * | 2017-06-29 | 2020-02-10 | 마이크론 테크놀로지, 인크 | 절연 재료 및 메모리 셀의 수직 교번하는 티어를 포함하는 메모리 어레이 및 트랜지스터 및 커패시터를 개별적으로 포함하는 메모리 셀을 포함하는 메모리 어레이를 형성하는 방법 |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20150020847A (ko) * | 2013-08-19 | 2015-02-27 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 3차원 반도체 장치, 이를 구비하는 저항 변화 메모리 장치, 및 그 제조방법 |
KR20150066789A (ko) * | 2013-12-09 | 2015-06-17 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 전자 장치 및 그 제조 방법 |
KR20150124517A (ko) * | 2014-04-28 | 2015-11-06 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 전자 장치 |
CN105489754B (zh) * | 2014-10-08 | 2019-07-26 | 华邦电子股份有限公司 | 自整流电阻式随机存储器存储单元结构 |
US9443910B1 (en) * | 2015-07-09 | 2016-09-13 | Sandisk Technologies Llc | Silicided bit line for reversible-resistivity memory |
US9825093B2 (en) | 2015-08-21 | 2017-11-21 | Globalfoundries Inc. | FinFET PCM access transistor having gate-wrapped source and drain regions |
US9583624B1 (en) | 2015-09-25 | 2017-02-28 | International Business Machines Corporation | Asymmetric finFET memory access transistor |
US9859338B2 (en) | 2016-03-21 | 2018-01-02 | Winbond Electronics Corp. | Three-dimensional resistive memory |
US9917138B1 (en) * | 2016-09-14 | 2018-03-13 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor device and semiconductor memory device |
US10374013B2 (en) * | 2017-03-30 | 2019-08-06 | Sandisk Technologies Llc | Methods and apparatus for three-dimensional nonvolatile memory |
KR102375588B1 (ko) * | 2017-07-06 | 2022-03-16 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 및 그 제조 방법 |
US10804273B2 (en) | 2017-09-06 | 2020-10-13 | Micron Technology, Inc. | Memory arrays comprising vertically-alternating tiers of insulative material and memory cells and methods of forming a memory array |
KR102471157B1 (ko) * | 2017-11-09 | 2022-11-25 | 삼성전자주식회사 | 메모리 소자 |
CN111048130B (zh) * | 2018-10-12 | 2022-03-04 | 中电海康集团有限公司 | 磁性随机存储器 |
KR102634622B1 (ko) * | 2019-02-28 | 2024-02-08 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 수직형 메모리 장치 |
FR3105579A1 (fr) * | 2019-12-23 | 2021-06-25 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Dispositif comprenant des transistors à grille enrobante et procédé de fabrication d’un tel dispositif |
FR3105578B1 (fr) * | 2019-12-23 | 2021-12-24 | Commissariat Energie Atomique | Mémoire 3D et procédé de fabrication |
CN115088073A (zh) | 2020-02-10 | 2022-09-20 | 应用材料公司 | 3d dram结构和制造方法 |
CN114141772A (zh) * | 2020-09-04 | 2022-03-04 | 长鑫存储技术有限公司 | 半导体结构及其制作方法、控制方法 |
JP2022051040A (ja) * | 2020-09-18 | 2022-03-31 | キオクシア株式会社 | 磁気記憶装置及び磁気記憶装置の製造方法 |
KR20220041332A (ko) | 2020-09-25 | 2022-04-01 | 삼성전자주식회사 | 반도체 메모리 장치 |
CN117177578B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-01-19 | 北京超弦存储器研究院 | 存储器及其制备方法、电子设备 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6512263B1 (en) * | 2000-09-22 | 2003-01-28 | Sandisk Corporation | Non-volatile memory cell array having discontinuous source and drain diffusions contacted by continuous bit line conductors and methods of forming |
JP4897009B2 (ja) * | 2009-03-24 | 2012-03-14 | 株式会社東芝 | 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 |
KR101028993B1 (ko) * | 2009-06-30 | 2011-04-12 | 주식회사 하이닉스반도체 | 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
KR101073074B1 (ko) | 2010-01-11 | 2011-10-12 | 주식회사 하이닉스반도체 | 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
KR101102548B1 (ko) * | 2010-04-30 | 2012-01-04 | 한양대학교 산학협력단 | 비휘발성 메모리장치 및 그 제조 방법 |
KR101734204B1 (ko) * | 2010-06-01 | 2017-05-12 | 삼성전자주식회사 | 프로그램 시퀀서를 포함하는 플래시 메모리 장치 및 시스템, 그리고 그것의 프로그램 방법 |
-
2011
- 2011-12-15 KR KR1020110135698A patent/KR20130068144A/ko not_active Application Discontinuation
-
2012
- 2012-06-06 US US13/489,878 patent/US9245588B2/en active Active
- 2012-08-03 CN CN201210274234.6A patent/CN103165638B/zh active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20200014442A (ko) * | 2017-06-29 | 2020-02-10 | 마이크론 테크놀로지, 인크 | 절연 재료 및 메모리 셀의 수직 교번하는 티어를 포함하는 메모리 어레이 및 트랜지스터 및 커패시터를 개별적으로 포함하는 메모리 셀을 포함하는 메모리 어레이를 형성하는 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20130153851A1 (en) | 2013-06-20 |
CN103165638B (zh) | 2016-12-21 |
CN103165638A (zh) | 2013-06-19 |
US9245588B2 (en) | 2016-01-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20130068144A (ko) | 적층형 메모리 장치 | |
US9659999B2 (en) | 3-dimensional stack memory device | |
US9293510B1 (en) | 3D variable resistance memory device having junction FET and driving method thereof | |
US8901009B2 (en) | Methods of manufacturing semiconductor devices | |
US9263671B1 (en) | 3D variable resistance memory device and method of manufacturing the same | |
JP6059349B2 (ja) | 3次元メモリアレイアーキテクチャ | |
KR102669147B1 (ko) | 메모리 소자 및 그 제조 방법 | |
US9620566B2 (en) | Variable resistance memory device with shunt gate connected to corresponding gate | |
US9018610B2 (en) | Resistive memory device and method of manufacturing the same | |
US20130334488A1 (en) | Vertical memory device and method of fabricating the same | |
KR20130068163A (ko) | 정보 저장 소자 및 그 제조 방법 | |
KR102494102B1 (ko) | 자기 메모리 장치의 제조 방법 | |
KR102266709B1 (ko) | 반도체 메모리 장치 | |
KR102440139B1 (ko) | 반도체 소자 | |
US11770937B2 (en) | Magnetic memory devices | |
US9960082B2 (en) | Stack type semiconductor memory device | |
KR102572127B1 (ko) | 반도체 메모리 장치 | |
KR102365117B1 (ko) | 자기 기억 소자 | |
US11706931B2 (en) | Variable resistance memory device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |