JP2007294964A - 相変化物質層の形成方法、その方法を利用した相変化記憶素子の形成方法、及び相変化記憶素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】相変化物質層の形成方法と、その方法を利用した相変化記憶素子の形成方法及び相変化記憶素子を提供する。
【解決手段】相変化物質層の形成方法と、その方法を利用した相変化記憶素子の形成方法及び相変化記憶素子を提供する。本発明によれば、相変化物質層を選択的に形成することによって、ボイド及びシームなしにホールを満たす相変化パターンを実現することができる。これによって、相変化記憶素子の特性低下を防止し、高集積化及び低消費電力化の少なくともいずれか一方に最適化された相変化記憶素子を実現することができる。
【選択図】図5
【解決手段】相変化物質層の形成方法と、その方法を利用した相変化記憶素子の形成方法及び相変化記憶素子を提供する。本発明によれば、相変化物質層を選択的に形成することによって、ボイド及びシームなしにホールを満たす相変化パターンを実現することができる。これによって、相変化記憶素子の特性低下を防止し、高集積化及び低消費電力化の少なくともいずれか一方に最適化された相変化記憶素子を実現することができる。
【選択図】図5
Description
本発明は所定物質の形成方法、これを利用した半導体素子の形成方法及び半導体素子に係り、特に、相変化物質層の選択的の形成方法、この選択的の形成方法を利用した相変化記憶素子の形成方法及び相変化記憶素子に関するものである。
半導体素子のうちで相変化記憶素子は電源供給が切れても、記憶されたデータが消滅しない不揮発性特性を有する。相変化記憶素子はデータを貯蔵する要素として、2個の安定した状態を有する相変化物質層を用いる。相変化物質層は供給される熱の温度及び熱の供給時間にしたがって、非晶質の状態及び決定の状態に変換される。通常、非晶質の状態の相変化物質層は、決定状態の相変化物質層に比べて高い比抵抗を有する。このような相変化物質層の状態に伴う比抵抗の変化を利用して、相変化記憶素子の単位セルに論理“1”または論理“0”のデータを貯蔵することができる。
相変化物質層に供給される熱は通常ジュール熱(Joule’ heat)を利用する。例えば、相変化物質層に接続された電極に電流を供給して、相変化物質層の周辺にジュール熱を発生させる。電流量及び電流の供給時間の少なくともいずれか一方を調節して発生されたジュール熱の温度及びジュール熱の供給時間の少なくともいずれか一方を調節することによって、相変化物質層を非晶質の状態または決定の状態に変化させるプログラムまたは消去動作を実行することができる。
通常、相変化物質層の状態を変化させるためには、高い温度の熱が求められる。例えば、現在、広く公知された相変化物質層であるGST(Ge−Sb−Te)を非晶質の状態に変化させるためには、約630℃の溶融点の近所の熱を供給しなければならない。このような高い温度の熱を発生させるためには多くの電流量が求められる。このため、相変化記憶素子の消費電力が増加する。また、多い電流量を制御するために相変化記憶素子内のMOSトランジスタのチャネルの幅が増加するなどの要因によって、相変化記憶素子の高集積化が困難になる恐れがある。現在、相変化物質層を非晶質の状態または決定の状態に変化させるプログラム及び消去動作の少なくともいずれか一方のときに用いられる電流量を減少させるため、多くの研究が行われている。
相変化物質層と電極とを連結するコンタクト面積の大きさが減少するにしたがって、相変化物質層を非晶質の状態または決定の状態に変化させるプログラム及び消去動作の少なくともいずれか一方に用いられる電流量が減少する。前記コンタクト面積の大きさが減少することによって、前記コンタクト面積を通じて流れる電流密度が増加する。このため、前記相変化物質層を非晶質の状態または決定の状態に変化させるプログラム及び消去動作の少なくともいずれか一方に用いられる電流量が減少する。前記相変化物質層を前記電極を露出させるホールの内に蒸着して形成することができる。この場合、前記コンタクト面積が小くなるために、前記ホールの直径が減少されることが求められる。その結果、前記ホールの縦横比が増加する。
前記相変化物質層が前記基板の全面上に形成されて、前記ホール内に形成される場合に、前記ホールの上部にオーバーハング(overhang)が発現する。これによって、前記オーバーハングの下にボイド(void)が発生する。また、前記ホールの一側壁に形成された相変化物質と前記ホールの対向された側壁に形成された相変化物質が互いに接触して、シーム(seam)が形成される。
ボイド及びシームは前記相変化物質層の操作的特性(operational characteristics)を劣化させる。例えば、前記相変化物質層の前記ボイドまたはシームが形成された部分は非常に高い抵抗を有する。このため、前記相変化物質層の決定の状態及び非晶質の状態間の抵抗変化を精密に検出(detect)することが難しく、不可能になる恐れがある。このため、相変化記憶素子のセンシングマージンが減少する。また、ボイド及びシームは相変化記憶セルの特性(例えば、プログラム抵抗、消去抵抗及びプログラムの少なくともいずれか一方及び消去電流量)を不均一になるようにする。このため、相変化記憶素子の動作を劣化させる。
本発明が達成しようとする技術的課題は、ボイド(viod)及びシーム(seam)の少なくともいずれか一方を防止する相変化物質層を形成する方法を提供することにある。
本発明が達成しようとする他の技術的課題は相変化物質層を選択的に形成して、高集積化及び低消費電力に最適化された相変化記憶素子及びその形成方法を提供することにある。
本発明が達成しようとするまた他の技術的課題は相変化物質層を選択的に形成して、ボイド(void)及びシーム(seam)が防止された相変化記憶素子及びその形成方法を提供することにある。
上述の技術的課題を解決するための相変化物質層の形成方法を提供する。この方法は絶縁体及び導電体を有する基板を準備する段階と、前記基板を工程ハウジング(process housing)内にローディング(loading)する段階と、前記工程ハウジング内に蒸着ガスを注入して、前記導電体の露出した面上に選択的に相変化物質層を形成する段階と、前記工程ハウジングから前記基板をアンローディング(unloading)する段階と、を含む。前記蒸着ガスが前記工程ハウジング内で存在するライフタイム(lifetime)は前記蒸着ガスが熱エネルギーによって反応するのに必要である時間より短い。
具体的には、前記蒸着ガスは前記導電体内の余剰電子によって反応して前記相変化物質層が形成され、前記相変化物質層は前記導電体の露出した面から上向に成長することが望ましい。前記蒸着ガスのライフタイムは前記導電体内の余剰電子によって前記蒸着ガスが反応するのに必要である時間に比べて長いことが望ましい。
上述した技術的課題を解決するための相変化記憶素子の形成方法を提供する。この方法は基板の全面を覆う層間絶縁膜、及び前記層間絶縁膜を貫通するホールに露出した下部電極を形成する段階と、選択的の蒸着法を利用して相変化物質層を前記露出した下部電極の上部面から上向に成長させて、前記下部電極の露出した面上のホールを満たす相変化パターンを形成する段階と、前記層間絶縁膜上に前記相変化パターンと接触する上部電極を形成する段階と、を含む。前記選択的の蒸着法は蒸着工程が実行される工程ハウジング内に蒸着ガスを注入して実行し、前記蒸着ガスが前記工程ハウジング内で存在するライフタイム(lifetime)は前記蒸着ガスが熱エネルギーによって反応するのに必要である時間より短い。
具体的には、前記蒸着ガスは前記下部電極内の余剰電子によって反応して前記相変化物質層が形成され、前記相変化物質層は前記下部電極の露出した面から上向に成長することが望ましい。前記蒸着ガスのライフタイムは前記下部電極内の余剰電子によって前記蒸着ガスが反応するのに必要となる時間に比べて長いことが望ましい。
上述した技術的課題を解決するための相変化記憶素子を提供する。この素子は基板の所定領域上に配置された下部電極と、基板の全面を覆い、前記下部電極を露出させるホールを有する層間絶縁膜と、前記下部電極の露出した面の上の前記ホールをボイド(void)及びシーム(seam)なしに満たす相変化パターンと、前記層間絶縁膜上に配置されて前記相変化パターンと接触する上部電極と、を含む。
具体的には、前記相変化パターンは選択的の蒸着法によって前記下部電極の前記ホールに露出した面から上向に成長したことが望ましい。
具体的には、前記相変化パターンは選択的の蒸着法によって前記下部電極の前記ホールに露出した面から上向に成長したことが望ましい。
上述のように、本発明によれば、蒸着ガスのライフタイムを烈的反応時間に比べて短くする選択的の蒸着法で相変化物質層を選択的に形成する。これによって、従来のボイド及びシームなしにホールを満たす相変化パターンを実現する。その結果、相変化記憶素子の特性の低下を防止することができ、高集積化及び低消費電力化少なくともいずれか一方に最適化された相変化記憶素子を実現することができる。
以下、添付の図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明した実施形態に限定されず、他の形態に具体化され得る。ここで紹介する実施形態は開示された内容が徹底、かつ完全になるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするために提供するものである。図面において、層(または膜)及び領域の厚さは明確性ために誇張したものである。また、層(または膜)が他の層(または膜)または基板“上”にあると言及した場合には、他の層(または膜)または基板上に直接形成されてもよく、またはそれらの間に第3の層(または膜)が介されてもよい。明細書において、同一な参照番号で表示された部分は同一な構成要素を示す。
本発明の実施形態によれば、相変化物質層は蒸着ガスのライフタイム(lifetime)を烈的反応時間に比べて、短くする選択的の蒸着法を用いて形成する。これによって、従来のボイド及びシームの形成を防止することができる。前記選択的の蒸着法を実行するとき、前記蒸着ガスが基底層内の過剰電子によって反応して、前記相変化物質層が形成される。前記蒸着ガスのライフタイムとは、前記蒸着ガスが工程ハウジング内に存在する時間であると定義する。そして、前記蒸着ガスの烈的反応時間とは熱エネルギーによって前記蒸着ガスが反応する時間であると定義する。前記蒸着ガスのライフタイムが前記烈的反応時間に比べて短いため、前記蒸着ガスは熱エネルギーよって反応しない。電子反応時間とは、前記基底層内の過剰電子によって前記蒸着ガスが反応する時間であると定義する。前記電子反応時間は前記烈的反応時間に比べて短く、前記蒸着ガスのライフタイムは前記電子反応時間に比べて長いことがある。結果的に、本発明の一実施形態はボイド及びシームがない相変化物質層を提供する。また、本発明の一実施形態は優秀な特性を有して、安定的な相変化記憶素子を提供し、また、高度に集積化されて消費電力が最小化された相変化記憶素子を提供する。
図1から図3は本発明の実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
図1を参照すると、基板100上に下部絶縁膜102を形成する。前記基板100は半導体基板である。前記下部絶縁膜102は酸化膜で形成される。前記下部絶縁膜102を貫通する下部プラグ104を形成する。前記下部プラグ104は前記基板100と接触する。前記下部プラグ104は導電物質、例えば、ドーピングされたポリシリコン、金属(例えば、タングステンなど)、導電性金属窒化物(例えば、窒化チタンまたは窒化タンタルなど)及び金属シリサイド(例えば、タングステンシリサイドまたはチタンシリサイド)のうちで選択された少なくとも1つで形成する。
図1を参照すると、基板100上に下部絶縁膜102を形成する。前記基板100は半導体基板である。前記下部絶縁膜102は酸化膜で形成される。前記下部絶縁膜102を貫通する下部プラグ104を形成する。前記下部プラグ104は前記基板100と接触する。前記下部プラグ104は導電物質、例えば、ドーピングされたポリシリコン、金属(例えば、タングステンなど)、導電性金属窒化物(例えば、窒化チタンまたは窒化タンタルなど)及び金属シリサイド(例えば、タングステンシリサイドまたはチタンシリサイド)のうちで選択された少なくとも1つで形成する。
スイッチング素子が前記基板100に形成されて前記下部プラグ104と接触する。例えば、PNダイオードの一端が前記基板100に形成されて前記下部プラグ104と接触する。これと異なり、MOSトランジスタのソース/ドレイン領域が前記基板100に形成されて前記下部プラグ104と接触してもよい。
前記下部絶縁膜102上に下部電極106を形成する。前記下部電極106は前記下部プラグ104と接触する。前記下部電極106を有する基板100の全面上に層間絶縁膜108を形成する。前記層間絶縁膜108をパターニングして、前記下部電極106を露出させるホール110を形成する。前記下部電極106は導電物質で形成する。例えば、前記下部電極106は転移金属、導電性転移金属窒化物、及び導電性の三元系窒化物のうちで選択された少なくとも1つで形成する。前記転移金属はチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)またはタングステンなどので選択された少なくとも1つであることができる。前記導電性転移金属窒化物は窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタルまたは窒化タングステンなどで選択された少なくとも1つである。前記導電性の三元系窒化物は窒化アルミニウムチタン、窒化炭素チタン、窒化炭素タンタル、窒化シリコンチタンまたは窒化シリコンタンタルなどで選択された少なくとも1つである。前記層間絶縁膜108は絶縁物質で形成する。例えば、前記層間絶縁膜108はシリコンを含むシリコン系の絶縁膜(例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはシリコン酸化窒化膜など)及び金属を含む金属系の絶縁膜(例えば、酸化アルミニウム、酸化タンタルまたは酸化ハフニウム)のうちで選択された少なくとも1つで形成する。
選択的蒸着法を用いて前記下部電極106の前記ホール100に露出した面上に相変化物質層112を形成する。前記相変化物質層112は前記下部電極106の露出した面から上向に成長して形成される。このとき、前記相変化物質層112は前記層間絶縁膜108の上部面及び前記ホール110の側壁になる前記層間絶縁膜108の側面からは蒸着されない。これによって、前記相変化物質層112は従来のボイド(void)及びシーム(seam)なしに前記ホール110を満たす。
前記相変化物質層112を形成する前記選択的蒸着法を図4から図7を参照して具体的に説明する。
図4は本発明の一実施形態による相変化物質層の選択的の形成方法を説明するためのフローチャート(flow chart)であり、図5は本発明の他の実施形態による相変化物質層の選択的の形成方法を説明するためのフローチャートである。図6は本発明の実施形態による相変化物質層の選択的の形成方法を説明するための一蒸着装備であり、図7は本発明の実施形態による相変化物質層の選択的の形成方法を説明するための他の蒸着装備である。
図4は本発明の一実施形態による相変化物質層の選択的の形成方法を説明するためのフローチャート(flow chart)であり、図5は本発明の他の実施形態による相変化物質層の選択的の形成方法を説明するためのフローチャートである。図6は本発明の実施形態による相変化物質層の選択的の形成方法を説明するための一蒸着装備であり、図7は本発明の実施形態による相変化物質層の選択的の形成方法を説明するための他の蒸着装備である。
図2、図4及び図6を参照する。まず、図6に示した蒸着装備を説明する。前記蒸着装備は蒸着工程が実行される内部空間を有する工程ハウジング400(process housing)を備える。前記工程ハウジング400内に基板100がローディングされる上部面を有するチャック405(chuck)が配置される。前記チャック405上に1つの前記基板100がローディングされる。前記工程ハウジング400内にガス供給手段が配置される。前記ガス供給手段は前記ローディングされた基板100を向けて蒸着ガスを供給する。前記ガス供給手段は、図6に示すように、シャワーヘッド410(shower head)である。前記シャワーヘッド410は前記チャック405から上に離隔されて配置される。前記シャワーヘッド410には複数個のガスノズルが配置されている。一方、前記ガス供給手段は他の形態であってっもよい。すなわち、前記ガス供給手段は互いに離隔されて前記工程ハウジング400を貫通する複数個のガス供給管(図示せず)であってもよい。少なくとも1つの排気管415が前記工程ハウジング400を貫通する。
上述した構造の蒸着装備を用いて前記基板100上に相変化物質層112を選択的に形成する前記選択的蒸着法の一方法を図4に示したフローチャートを参照して具体的に説明する。
まず、前記ホール110を有する基板100を前記工程ハウジング400内にローディング(loading)する(S200)。前記基板100は前記チャック405の上部面上にローディングされる。前記チャック405は蒸着工程に求められる工程温度の熱を供給する手段であることが望ましい。すなわち、前記チャック405は前記基板100に前記工程温度の熱を直接供給する。
まず、前記ホール110を有する基板100を前記工程ハウジング400内にローディング(loading)する(S200)。前記基板100は前記チャック405の上部面上にローディングされる。前記チャック405は蒸着工程に求められる工程温度の熱を供給する手段であることが望ましい。すなわち、前記チャック405は前記基板100に前記工程温度の熱を直接供給する。
次に、前記工程ハウジング400内に蒸着ガスを注入して、前記相変化物質層112を選択的に蒸着する(S210)。前記相変化物質層112は、前記相変化パターンはカルコゲナイド(chalcogenide)系の元素であるTe及びSeのうちの少なくとも1つと、Ge、Sb、Bi、Pb、Sn、Ag、As、S、Si、P、O及ビNのうちで選択された少なくとも1つとを含む化合物で形成する。より具体的な例として、前記相変化物質層112はGe−Sb−Te、As−Sb−Te、As−Ge−Sb−Te、Sn−Sb−Te、Ag−In−Sb−Te、In−Sb−Te、5A族の元素−Sb−Te、6A族の元素−Sb−Te、5A族の元素−Sb−Seまたは6Aの族元素−Sb−Seなどを含む。上述のように、前記相変化物質層112は複数個の元素を含む化合物である。したがって、前記蒸着ガスは複数種類(以下、複数種であると言う)のソースガス(source gases)を含むことが望ましい。
前記蒸着ガスが前記工程ハウジング400内に存在する時間をライフタイム(lifetime)であると定義する。前記蒸着ガスが熱エネルギーによって反応するのに必要となる時間を烈的反応時間であると定義する。このとき、前記蒸着ガスのライフタイムは前記蒸着ガスの烈的反応時間に比べて短い。前記蒸着ガスの反応とは、前記蒸着ガスに含まれたソースガスの分解及び結合の少なくともいずれか一方を意味する。前記ライフタイムが前記烈的反応時間に比べて短いことによって、前記蒸着ガスは前記熱エネルギーによって反応しない。前記下部電極106は導電体であるため、前記下部電極106内には多量の余剰電子が存在する。前記蒸着ガスは前記余剰電子によって反応して、前記相変化物質層112が形成される。前記蒸着ガスは前記余剰電子との電子交換方式によって反応する。すなわち、前記蒸着ガスは、前記下部電極106のホール110によって露出した面の余剰電子によって反応されて前記相変化物質層112が形成される。これによって、前記相変化物質層112は前記下部電極106の露出した面から上向に成長する。この時、前記層間絶縁膜108は絶縁物質で形成されることによって、余剰電子が存在しない。これによって、前記相変化物質層112は前記層間絶縁膜108の表面には形成されない。すなわち、前記相変化物質層112は前記層間絶縁膜108で形成された前記ホール110の側壁及び前記層間絶縁膜108の上部面からは成長しない。
前記余剰電子によって前記蒸着ガスが反応するのに必要となる時間を電子反応時間であると定義する。前記電子反応時間は前記烈的反応時間に比べて非常に短い。前記蒸着ガスのライフタイムは前記電子反応時間に比べて長いことが望ましい。
結果的に、前記蒸着ガスのライフタイムを前記烈的反応時間に比べて短くすることによって、前記蒸着ガスは前記下部電極106の余剰電子によって、前記下部電極106の露出した面上において反応する。これによって、前記相変化物質層112は前記下部電極106の露出した面上にのみ、選択的に形成される。すなわち、前記相変化物質層112は前記層間絶縁膜108の表面上には形成されない。これによって、前記相変化物質層112は前記下部電極106の露出した面から上向に成長して、前記相変化物質層112は前記ホール110を従来のボイド及びシームなしに満たすことができる。
結果的に、前記蒸着ガスのライフタイムを前記烈的反応時間に比べて短くすることによって、前記蒸着ガスは前記下部電極106の余剰電子によって、前記下部電極106の露出した面上において反応する。これによって、前記相変化物質層112は前記下部電極106の露出した面上にのみ、選択的に形成される。すなわち、前記相変化物質層112は前記層間絶縁膜108の表面上には形成されない。これによって、前記相変化物質層112は前記下部電極106の露出した面から上向に成長して、前記相変化物質層112は前記ホール110を従来のボイド及びシームなしに満たすことができる。
前記蒸着ガスのライフタイムは、前記蒸着ガスの流入量及び前記排気管を介して排気されるガスの流出量を利用して調節する。例えば、前記蒸着ガスの流入量を前記ガスの流出量より多くする場合には、前記ライフタイムは増加する。一方、前記蒸着ガスの流入量を前記ガスの流出量より少ないようにする場合には、前記ライフタイムは減少する。
また、前記ライフタイムは前記蒸着ガスの流入速度及び前記排気されるガスの流出速度を利用して調節してもよい。
さらに、前記ライフタイムは前記工程温度を利用して調節してもよい。例えば、前記工程温度を減少して、前記ライフタイムを増加する。すなわち、前記工程温度を減少させるほど前記烈的反応時間が増加する。前記烈的反応時間が増加することによって、前記ライフタイムがを増加する。
前記ライフタイムは上述したガスの流出入量、ガスの流出入の速度及び工程温度のうちで選択された少なくとも1つを利用して決めてもよい。
また、前記ライフタイムは前記蒸着ガスの流入速度及び前記排気されるガスの流出速度を利用して調節してもよい。
さらに、前記ライフタイムは前記工程温度を利用して調節してもよい。例えば、前記工程温度を減少して、前記ライフタイムを増加する。すなわち、前記工程温度を減少させるほど前記烈的反応時間が増加する。前記烈的反応時間が増加することによって、前記ライフタイムがを増加する。
前記ライフタイムは上述したガスの流出入量、ガスの流出入の速度及び工程温度のうちで選択された少なくとも1つを利用して決めてもよい。
前記相変化物質層112はGST(Ge−Sb−Te)で形成してもよい。この場合に、前記選択的の蒸着法は前記蒸着ガスに含まれたソースガスとして、GeH(i−Bu)3、Sb(i−Pr)3及びTe(t−Bu)2を用い、前記工程温度を約350℃で実行してもよい。この場合に、前記ライフタイムは約1秒であることが望ましい。これによって、前記相変化物質層112は前記下部電極106の露出した面から上向に成長して、前記ホール110を従来のボイド及びシームなしに満たす。この場合、前記工程温度を350℃の以下に減少するとき、前記ライフタイムは1秒の以上に増加する。
前記相変化物質層112を形成した後、前記基板100を前記工程ハウジング400からアンローディング(unloading)する(S220)。
前記相変化物質層112を形成した後、前記基板100を前記工程ハウジング400からアンローディング(unloading)する(S220)。
図6に示した蒸着装備は一枚の基板100に前記選択的の蒸着法を実行する枚葉式蒸着装備である。しかし、本発明の実施形態はここに限定されず、前記選択的の蒸着法は他の形態の蒸着装備で実行してもよい。他の形態の蒸着装備を図7を参照して説明する。
図7を参照する。蒸着装備は工程ハウジング400'を備える。前記工程ハウジング400'は下部及び上部が開放された内部空間を有するフランジ455(flange)と、前記フランジ455上に装着された外部チューブ450とを有する。前記外部チューブ450(outer tube)は前記フランジ455の内部空間と連通する内部空間を有する。前記外部チューブ450の上部は閉まった形態である。前記外部チューブ450内に内部チューブ460(inner tube)が配置される。前記内部チューブは前記フランジ455の内壁に形成された突出部に装着される。前記内部及び外部チューブ460、450は互いに離隔されている。前記内部チューブ460は下部及び上部が開放された内部空間を有する。前記フランジ450にガス排気管475及びガス注入管480が装着されている。前記工程ハウジング400'内において、蒸着工程が実行されるとき、前記外部チューブ450の外壁を取り囲む加熱装置(図示せず)によって、前記工程ハウジング400'内に工程温度の熱が供給される。
前記選択的蒸着工程が実行されるとき、前記内部チューブ460内に基板支持部材470が装着される。前記基板支持部材470はプレート465上に装着されており、前記プレート465は前記フランジ450の下部に装着されて前記工程ハウジング400'を密閉させる。前記基板支持部材470は複数枚の前記基板100が搭載される。図7に示した蒸着装備を用いて、上述した図4の選択的の蒸着法を実行することが可能である。
図2、図4及び図7を参照する。ホール110が形成された複数枚の基板100を前記基板支持部材470に搭載させ、前記基板支持部材470を前記内部チューブ470に装着して、前記基板100を前記工程ハウジング400'内にローディングする(S200)。
次に、前記ガス注入管480を介して蒸着ガスを前記工程ハウジング400'に注入して、前記ホール110に露出した下部電極106上に相変化物質層112を選択的に蒸着する。前記選択的の蒸着法を実行するとき、前記蒸着ガスの前記工程ハウジング400'内に存在するライフタイムは烈的反応時間に比べて短い。これによって、前記相変化物質層112は上述したように、前記下部電極106の露出した面から上向に成長して選択的に蒸着される。前記ライフタイムは電子反応時間に比べて長いことが望ましい。前記相変化物質層112を形成した後、前記基板100を前記工程ハウジング400'からアンローディングする(S220)。
次に、前記ガス注入管480を介して蒸着ガスを前記工程ハウジング400'に注入して、前記ホール110に露出した下部電極106上に相変化物質層112を選択的に蒸着する。前記選択的の蒸着法を実行するとき、前記蒸着ガスの前記工程ハウジング400'内に存在するライフタイムは烈的反応時間に比べて短い。これによって、前記相変化物質層112は上述したように、前記下部電極106の露出した面から上向に成長して選択的に蒸着される。前記ライフタイムは電子反応時間に比べて長いことが望ましい。前記相変化物質層112を形成した後、前記基板100を前記工程ハウジング400'からアンローディングする(S220)。
図7に示した蒸着装備は複数枚の基板100に同時に前記選択的の蒸着法を実行するバッチ式(batch type)蒸着装備である。前記バッチ式の蒸着装備で前記選択的の蒸着法を実行することによって、相変化記憶素子の生産性を大きく向上させることができる。また、前記基板支持部材470、外部及び内部チューブ450、460は石英で形成される。石英は絶縁体であるため、前記選択的の蒸着法を実行するとき、前記基板支持部材470、外部及び内部チューブ450、460の表面には前記相変化物質層112が形成されない。このため、前記バッチ式の蒸着装備の洗浄周期を増加させて、生産性をさらに向上させることができる。上述した図7のバッチ式の蒸着装備は基板100が順に積層される縦型の蒸着装備に該当する。これとは異なり、本発明の選択的の蒸着法はバッチ式の横型の蒸着装備で実行してもよい。
一方、上述した図4のフローチャートにおいて説明した選択された蒸着法は、複数種のソースガスを工程ハウジング内に同時に注入する。これとは異なるように、前記選択的の蒸着法を実行することができる。これを図5のフローチャートを参照して説明する。この場合には、図6の蒸着装備を利用して前記選択的の蒸着法を実行することが可能である。
図2、図5、及び図6を参照する。下部電極106を露出させるホール110を有する基板100を工程ハウジング400内にローディングする(S300)。前記基板100はチャック405の上部面上にローディングされる。
前記工程ハウジング400内に蒸着ガスの第1グループガスを注入する(S310)。前記蒸着ガスは複数種のソースガスを含む。前記複数種のソースガスは1種以上のソースガスで構成された複数個のグループガスで区分される。本実施形態では、前記蒸着ガスが第1、第2、及び第3グループガスを含む場合について説明する。前記蒸着ガスは2個のグループガスまたは4個以上のグループを含んでもよい。蒸着しようとする相変化物質層112がGSTである場合に、GeH(i−Bu)3、Sb(i−Pr)3及びTe(t−Bu)2のうちのいずれか1つが前記第1グループガスであり、他の1つが第2グループガスであり、また他の1つが第3グループガスである。次に、前記工程ハウジング400を第1パージング(purging)する(S320)。前記第1パージング段階(S320)は不活性ガスを含むパージガス(purge gas)で実行する。
前記工程ハウジング400内に蒸着ガスの第1グループガスを注入する(S310)。前記蒸着ガスは複数種のソースガスを含む。前記複数種のソースガスは1種以上のソースガスで構成された複数個のグループガスで区分される。本実施形態では、前記蒸着ガスが第1、第2、及び第3グループガスを含む場合について説明する。前記蒸着ガスは2個のグループガスまたは4個以上のグループを含んでもよい。蒸着しようとする相変化物質層112がGSTである場合に、GeH(i−Bu)3、Sb(i−Pr)3及びTe(t−Bu)2のうちのいずれか1つが前記第1グループガスであり、他の1つが第2グループガスであり、また他の1つが第3グループガスである。次に、前記工程ハウジング400を第1パージング(purging)する(S320)。前記第1パージング段階(S320)は不活性ガスを含むパージガス(purge gas)で実行する。
前記第1グループガスが前記工程ハウジング400に存在するライフタイムは烈的反応時間に比べて短い。これによって、前記第1グループガスは前記下部電極106の余剰電子によって反応する。前記第1グループガスは前記余剰電子によって反応(例えば、分解など)して前記下部電極106の露出した面上にのみ、存在する。すなわち、前記層間絶縁膜108の表面には存在しない。前記第1グループガスのライフタイムは電子反応時間に比べて長い。
前記第1グループガスのライフタイムは前記第1グループガスの流入量及び流入速度の少なくともいずれか一方、工程ハウジング400のガス流出量及び流出速度の少なくともいずれか一方を制御して決定する。また、工程温度を制御して前記第1グループガスのライフタイムを決定してもよい。さらに、前記第1パージング段階(S320)のファジーガスの流入量及び流入速度少なくともいずれか一方と、前記段階(S310)及び段階(S320)間の時間間隔などを利用して前記第1グループガスのライフタイムを決定してもよい。上述した方法を互いに組み合わせて前記第1グループガスのライフタイムを決定してもよい。
次に、前記工程ハウジング400に前記蒸着ガスの第2グループガスを注入する(S330)。不活性ガスを含むパージガスで前記工程ハウジング400を第2パージングする(S340)。前記第2グループガスのライフタイムも烈的反応時間に比べて短い。また、前記第2グループガスのライフタイムは電子反応時間に比べて長いことが望ましい。これによって、前記第2グループガスも前記下部電極106の露出した面上でのみ、反応する。前記下部電極106の露出した面上には前記第1及び第2グループガスから形成された中間化合物が存在する。
前記第2グループガスのライフタイムは上述した第1グループガスのライフタイムと同一の方法で決定する。すなわち、前記第2グループガスの流入量及び流入速度の少なくともいずれか一方、工程ハウジング400のガス流出量及び流出速度の少なくともいずれか一方を制御するか、工程温度を制御するか、前記第2パージング段階(S340)のパージガスの流入量及び流入速度少なくともいずれか一方を制御するか、前記段階(S330、S340)間の時間間隔を制御して前記第2グループガスのライフタイムを決定する。上述した制御方法を組み合わせて前記第2グループガスのライフタイムを決定してもよい。
次に、工程ハウジング400内に前記第3グループガスを注入(S350)し、前記工程ハウジング400を第3パージングする(S360)。前記第3グループガスのライフタイムも烈的反応時間に比べて短い。また、前記第3グループガスのライフタイムは電子反応時間に比べて長いことが望ましい。これによって、前記第3グループガスも前記下部電極106の露出した面上でのみ、反応する。その結果、前記上部電極106の露出した面上に前記相変化物質層112が形成される。前記第3グループガスのライフタイムを決定する方法は前記第1及び第2グループガスのライフタイムを決定する方法と同一の方法で決定する。
前記段階(S310ないしS360)で形成された相変化物質層112は原子層に近接した厚さで形成される。このため、前記相変化物質層112が前記ホール110を十分に満たすために前記段階(S310ないしS360)を繰り返し実行する。
前記ホール110を満たす相変化物質層112を形成した後、前記基板100を前記工程ハウジング400からアンローディングする(S370)。
前記ホール110を満たす相変化物質層112を形成した後、前記基板100を前記工程ハウジング400からアンローディングする(S370)。
図5のフローチャートに現わされた選択的の蒸着法でも、蒸着ガスが前記烈的反応時間に比べて短いため、前記相変化物質層112は前記下部電極106の露出した面から上向に成長し、前記層間絶縁膜108の表面上からは形成されない。このため、前記相変化物質層112は従来のボイド及びシームなしに前記ホール110を満たす。
続いて、図2を参照する。前記相変化物質層112は前記層間絶縁膜108の上部面より高く突出されるように形成される。すなわち、前記相変化物質層112は、前記ホール110を満たす下部と、前記下部分上に配置されて前記層間絶縁膜108の上部面より高く突出された上部を含む。
図3を参照する。平坦化工程を実行し、前記相変化物質層112の突出された部分を除去して前記ホール110を満たす相変化パターン112aを形成する。前記相変化物質層112の突出された部分を除去する方法はエッチバック(etch−back)または化学的機械的研磨工程で実行する。これとは異なるように、前記相変化物質層112の上部面が前記層間絶縁膜108の上部面に近接した高さで蒸着してもよい。この場合には、前記平坦化工程は省略し、前記相変化物質層112はそのまま前記相変化パターン112aで用いられる。
前記層間絶縁膜108上に上部電極114を形成する。前記上部電極114は前記相変化パターン112aと接触する。前記上部電極114は導電物質で形成する。例えば、前記上部電極114は転移金属、導電性転移金属窒化物、及び導電性の三元系窒化物のうちで選択された少なくとも1つで形成する。前記転移金属はチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)またはタングステンなどで選択された少なくとも1つである。前記導電性転移金属窒化物は窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタルまたは窒化タングステンなど選択された少なくとも1つである。前記導電性の三元系窒化物は窒化アルミニウムチタン、窒化炭素チタン、窒化炭素タンタル、窒化シリコンチタンまたは窒化シリコンタンタルなどで選択された少なくとも1つである。
前記下部電極106の比抵抗は前記上部電極114の比抵抗と異なることが望ましい。これによって、前記相変化パターン112a内のプログラムされる領域は、前記下部電極106と隣接した第1領域または前記上部電極114と隣接した第2領域のうちでいずれか1つに限定される。前記プログラム領域が減少されるほど相変化記憶素子の相変化物質層を非晶質の状態または決定の状態に変化させるプログラム及び消去動作の少なくともいずれか一方のときに要求される電流量が減少する。前記下部電極106が前記上部電極114に比べて高い比抵抗を有する場合、前記プログラム領域は前記下部電極106に隣接した第1領域になる。一方、前記下部電極106が前記上部電極114に比べて低い比抵抗を有する場合、前記プログラム領域は前記上部電極114に隣接した第2領域になる。
次に、上述した下部電極106と異なる形態の下部電極を有する相変化記憶素子の形成方法を図面を参照して説明する。この方法は上述した方法と類似である。したがって、同一である構成要素は同一である参照符号を用いる。
図8から図10は本発明の実施形態による相変化記憶素子の形成方法のうちで下部電極を形成する他の方法を説明するための断面図である。
図8を参照する。基板100上に下部絶縁膜102を形成し、前記下部絶縁膜102を貫通する下部プラグ104を形成する。前記下部絶縁膜102上にバッファパターン105を形成する。前記バッファパターン105は導電物質で形成する。
図8を参照する。基板100上に下部絶縁膜102を形成し、前記下部絶縁膜102を貫通する下部プラグ104を形成する。前記下部絶縁膜102上にバッファパターン105を形成する。前記バッファパターン105は導電物質で形成する。
前記基板100の全面上に層間絶縁膜108を形成し、前記層間絶縁膜108をパターニングして前記バッファパターン105を露出させるホール110を形成する。前記バッファパターン105は前記ホール110と前記下部プラグ104との間の整列マージンを増加させる機能を実行する。場合によって、前記バッファパターン105は省略してもよい。この場合には、前記ホール110は前記下部プラグ104を露出させる。
前記ホール110を満たすプラグ形態の予備下部電極107を形成する。
前記ホール110を満たすプラグ形態の予備下部電極107を形成する。
図9を参照する。前記予備下部電極107をエッチングして前記ホール110の下部を満たす下部電極107aを形成する。前記下部電極107aの上部面は前記層間絶縁膜108の上部面に比べて低い。前記下部電極107aの上部面上の前記ホール110の上部は空いている。前記下部電極107aは転移金属、導電性転移金属窒化物、及び導電性の三元系窒化物のうちで選択された少なくとも1つで形成する。前記転移金属はチタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)またはタングステンなどで選択された少なくとも1つである。前記導電性転移金属窒化物は窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化バナジウム、窒化ニオブ、窒化タンタルまたは窒化タングステンなどで選択された少なくとも1つである。前記導電性の三元系窒化物は窒化アルミニウムチタン、窒化炭素チタン、窒化炭素タンタル、窒化シリコンチタンまたは窒化シリコンタンタルなどで選択された少なくとも1つである。前記バッファパターン105は前記下部電極107aに比べて比抵抗が低い導電物質で形成することが望ましい。例えば、前記バッファパターン105はタングステンで形成されてもよい。
図10を参照する。前記下部電極107a上の前記ホール110を満たす相変化パターン112a'を形成する。前記相変化パターン112a'は選択的蒸着法で形成する相変化物質層で形成する。前記選択的の蒸着法は図4及び図5のフローチャートを参照して説明した方法と同一の方法で実行する。これによって、前記相変化パターン112a'も前記下部電極107aの露出した面から上向に成長し、選択的に形成される。前記相変化パターン112a'を形成するとき、図2を参照して説明した平坦化工程をさらに実行することもある。前記層間絶縁膜114上に前記相変化パターン112a'と接触する上部電極114を形成する。
前記下部電極107aの比抵抗は前記上部電極114の比抵抗と異なることが望ましい。特に、前記下部電極107aの比抵抗が前記上部電極114の比抵抗に比べて高いことが望ましい。これによって、前記相変化パターン112a'内のプログラム領域は前記下部電極107aに隣接した一領域に限定される。相変化物質層を非晶質の状態または決定の状態に変化させるプログラム及び消去動作の少なくともいずれか一方のとき、ジュール熱は前記下部電極107aと前記相変化パターン112a'の界面で主に発生する。このとき、前記下部電極107aが前記ホール110の下部分を満たす限定された構造であるため、前記界面は前記ホール110内に配置される。これによって、相変化物質層を非晶質の状態または決定の状態に変化させるプログラム及び消去動作の少なくともいずれか一方のとき発生されるジュール熱の損失を最小化して相変化記憶素子の消費電力を最小化することができる。また、前記下部電極107aが前記ホール110の下部分を満たすことによって、前記ホール110の縦横費を減少させることができる。
次に、本発明の実施形態による相変化記憶素子を図面を参照して説明する。
図11は本発明の実施形態による相変化記憶素子を示す断面図である。
図11を参照する。基板100上に下部絶縁膜102が配置され、下部プラグ104が前記下部絶縁膜102を貫通して前記基板100と接続される。前記下部絶縁膜102上に下部電極106が配置される。前記下部電極106は前記下部プラグ104と接続される。
図11は本発明の実施形態による相変化記憶素子を示す断面図である。
図11を参照する。基板100上に下部絶縁膜102が配置され、下部プラグ104が前記下部絶縁膜102を貫通して前記基板100と接続される。前記下部絶縁膜102上に下部電極106が配置される。前記下部電極106は前記下部プラグ104と接続される。
層間絶縁膜108が前記基板100の全面を覆う。ホール110が前記層間絶縁膜108を貫通して前記下部電極106を露出させる。前記下部電極106の露出した面は前記ホール110の周辺の前記層間絶縁膜108の下部面と同一であるかまたは低い。相変化パターン112aが従来のボイド(void)及びシーム(seam)なしに前記ホール110を満たす。前記相変化パターン112aは選択的の蒸着法によって前記下部電極106のホール110に露出した面から上向に成長することが望ましい。前記相変化パターン112aの下部面は前記下部電極106と接触する。上部電極114が前記層間絶縁膜108上に配置される。前記上部電極114は前記相変化パターン112aと接触する。
上部絶縁膜120が前記基板100の全面を覆う。上部プラグ122が前記上部絶縁膜120を貫通して前記上部電極114と接続する。前記上部絶縁膜120上に配線124が配置される。前記配線124は前記上部プラグ122と接続する。前記配線124はビットラインに該当する。前記配線124及び上部プラグ122は導電物質で形成される。
これとは異なるように、前記配線124及び上部プラグ122が省略され、前記上部電極114が横に延長されて、配線形態である。この場合には、前記上部電極114がビットラインに該当する。
次に、他の形態の下部電極を有する相変化記憶素子を図15を参照して説明する。
図12は本発明の実施形態による相変化記憶素子の変形例示す断面図である。
図12を参照する。基板100上に下部絶縁膜102が配置され、下部プラグ104が前記下部絶縁膜102を貫通して前記基板100と接続する。前記下部絶縁膜102上にバッファパターン105が配置され、層間絶縁膜108が前記基板100の全面を覆う。ホール110が前記層間絶縁膜108を貫通して前記バッファパターン105の一部を露出させる。
図12は本発明の実施形態による相変化記憶素子の変形例示す断面図である。
図12を参照する。基板100上に下部絶縁膜102が配置され、下部プラグ104が前記下部絶縁膜102を貫通して前記基板100と接続する。前記下部絶縁膜102上にバッファパターン105が配置され、層間絶縁膜108が前記基板100の全面を覆う。ホール110が前記層間絶縁膜108を貫通して前記バッファパターン105の一部を露出させる。
下部電極107aが前記ホール110の下部分を満たす。すなわち、前記下部電極107aは前記ホール110の下部分を満たす限定された構造である。前記ホール110の下部面は前記バッファパターン105と接触する。相変化パターン112a'がボイド及びシームなしに前記下部電極107a上の前記ホール110を満たす。前記相変化パターン112a'は選択的の蒸着法によって前記下部電極107aの上部面から上向に成長して形成されたことが望ましい。
前記層間絶縁膜108上に上部電極114が配置される。上部電極114は前記相変化パターン112a'と接触する。上部絶縁膜120が前記基板100の全面を覆い、上部プラグ122が前記上部絶縁膜120を貫通して前記上部電極114と接触する。配線124が上部絶縁膜120上に配置されて前記上部プラグ122と接続する。配線124がビットラインに該当する。これとは異なり、配線124及び上部プラグ122が省略され、前記上部電極114が横に延長されてビットラインの機能を実行してもよい。
100:基板、102:下部絶縁膜、104:下部プラグ、106:下部電極、108:層間絶縁膜、110:ホール
Claims (34)
- 絶縁体及び導電体を有する基板を準備する段階と、
前記基板を工程ハウジング内にローディングする段階と、
前記工程ハウジング内に蒸着ガスを注入して前記導電体の露出した面上に選択的に相変化物質層を形成する段階と、
前記工程ハウジングから前記基板をアンローディングする段階と、
を含み、
前記蒸着ガスが前記工程ハウジング内で存在するライフタイムは、前記蒸着ガスが熱エネルギーによって反応するのに必要である時間より短いことを特徴とする相変化物質層の形成方法。 - 前記蒸着ガスは前記導電体の内の余剰電子によって反応して、前記相変化物質層が形成され、
前記相変化物質層は、前記導電体の露出した面から上向に成長することを特徴とする請求項1に記載の相変化物質層の形成方法。 - 前記蒸着ガスのライフタイムは、前記導電体の内の余剰電子によって前記蒸着ガスが反応するのに必要である時間に比べて長いことを特徴とする請求項2に記載の相変化物質層の形成方法。
- 前記絶縁体は前記基板の全面を覆い、
前記導電体は前記絶縁体を貫通するホールに露出し、
前記導電体の前記ホールに露出した面は、前記絶縁体の上部の面に比べて低いことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか一に記載の相変化物質層の形成方法。 - 前記蒸着ガスは複数種のソースガスを含み、
前記複数種のソースガスは、前記工程ハウジングに同時に注入されることを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか一項に記載の相変化物質層の形成方法。 - 前記蒸着ガスは複数種のソースガスを含み、
前記複数種のソースガスは1種以上のソースガスを含む複数個のグループガスに区分され、前記複数個のグループガスは前記工程ハウジング内に順に注入され、
前記各グループガスを前記工程ハウジング内に注入した後、不活性ガスを含むパージガスで前記工程ハウジングをパージングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか一項に記載の相変化物質層の形成方法。 - 前記絶縁体は、シリコンを含むシリコン系の絶縁膜及び金属を含む金属系の絶縁膜のうちから選択された少なくとも1つで形成されることを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか一項に記載の相変化物質層の形成方法。
- 前記相変化物質層は、カルコゲナイド系の元素であるTe及びSeのうちの少なくとも1つと、Ge、Sb、Bi、Pb、Sn、Ag、As、S、Si、P、O及びNのうちから選択された少なくとも1つとを組み合わせた化合物で形成されることを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか一項に記載の相変化物質層の形成方法。
- 基板の全面を覆う層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通するホールに露出した下部電極とを形成する段階と、
選択的の蒸着法を利用して、相変化物質層を、前記露出した下部電極の上部面から上向に成長させて前記下部電極の露出した面上のホールを満たす相変化パターンを形成する段階と、
前記層間絶縁膜上に前記相変化パターンと接触する上部電極を形成する段階と、
を含み、
前記選択的の蒸着法は蒸着工程が実行される工程ハウジング内に蒸着ガスを注入して実行し、前記蒸着ガスが前記工程ハウジング内で存在するライフタイムは前記蒸着ガスが熱エネルギーによって反応するのに必要である時間より短いことを特徴とする相変化記憶素子の形成方法。 - 前記蒸着ガスは前記下部電極の内の余剰電子によって反応して、前記相変化物質層が形成され、
前記相変化物質層は、前記下部電極の露出した面から上向に成長することを特徴とする請求項9に記載の相変化記憶素子の形成方法。 - 前記蒸着ガスのライフタイムは、前記下部電極の内の余剰電子によって前記蒸着ガスが反応するのに必要である時間に比べて長いことを特徴とする請求項10に記載の相変化記憶素子の形成方法。
- 前記層間絶縁膜及び下部電極を形成する段階は、
前記基板の所定領域上に前記下部電極を形成する段階と、
前記下部電極を有する基板上に前記層間絶縁膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜をパターニングして前記下部電極を露出させる前記ホールを形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項9から請求項11のうちのいずれか一項に記載の相変化記憶素子の形成方法。 - 前記上部電極は、前記下部電極の比抵抗と異なる比抵抗を有する導電物質で形成することを特徴とする請求項12に記載の相変化記憶素子の形成方法。
- 前記層間絶縁膜及び下部電極を形成する段階は、
前記基板上に前記層間絶縁膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜をパターニングしてホールを形成する段階と、
前記ホールを満たすプラグ形態の予備下部電極を形成する段階と、
前記予備下部電極をエッチングして前記ホールの下部分を満たす前記下部電極を形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項9から請求項11のうちのいずれか一項に記載の相変化記憶素子の形成方法。 - 前記層間絶縁膜を形成する前に、前記基板の所定領域上にバッファパターンを形成する段階をさらに含み、
前記ホールは前記バッファパターンを露出させ、
前記下部電極は前記ホールに露出したバッファパターン上に形成され、
前記バッファパターンは前記下部電極に比べて比抵抗が低い導電物質で形成することを特徴とする請求項14に記載の相変化記憶素子の形成方法。 - 前記上部電極は、前記下部電極の比抵抗と異なる比抵抗を有する導電物質で形成する請求項14に記載の相変化記憶素子の形成方法。
- 前記工程ハウジング内に一枚の前記基板がローディングされるチャックが配置され、
前記選択的の蒸着法は枚葉式で実行されることを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の相変化記憶素子の形成方法。 - 前記選択的の蒸着法を実行するとき、前記工程ハウジング内には複数枚の前記基板が搭載される基板支持部材が配置され、
前記選択的の蒸着法はバッチ式で実行されることを特徴とする請求項9から請求項11のうちのいずれか一項に記載の相変化記憶素子の形成方法。 - 前記蒸着ガスは複数種のソースガスを含み、
前記複数種のソースガスは、前記工程ハウジングに同時に注入されることを特徴とする請求項9から請求項11のうちのいずれか1項に記載の相変化記憶素子の形成方法。 - 前記蒸着ガスは複数種のソースガスを含み、
前記複数種のソースガスは1種以上のソースガスを含む複数個のグループガスに区分され、前記複数個のグループガスを前記工程ハウジング内に順に注入し、
前記各グループガスを前記工程ハウジング内に注入した後、不活性ガスを含むパージガスで前記工程ハウジングをパージングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項9から請求項11のうちのいずれか一項に記載の相変化物質層の形成方法。 - 前記相変化パターンを形成する段階は、
前記選択的の蒸着法で前記ホールを満たす下部分、及び前記下部分上に配置され、前記層間絶縁膜の上部面より高く突出された上部を有する相変化物質層を形成する段階と、
前記相変化物質層の突出された部分を平坦化して前記相変化パターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項9から請求項11のうちのいずれかに記載の相変化記憶素子の形成方法。 - 前記層間絶縁膜は、シリコンを含むシリコン系の絶縁膜及び金属を含む金属系絶縁膜のうちから選択された少なくとも1つで形成されることを特徴とする請求項9から請求項11のうちのいずれか一項に記載の相変化記憶素子の形成方法。
- 前記相変化パターンは、カルコゲナイド系の元素であるTe及びSeのうちの少なくとも1つと、Ge、Sb、Bi、Pb、Sn、Ag、As、S、Si、P、O及びNのうちから選択された少なくとも1つとを組み合わせた化合物で形成されることを特徴とする請求項9から請求項11のうちのいずれかに記載の相変化記憶素子の形成方法。
- 基板の所定領域上に配置された下部電極と、
基板の全面を覆い、前記下部電極を露出させるホールを有する層間絶縁膜と、
前記下部電極の露出した面上の前記ホールをボイド及びシームなしに満たす相変化パターンと、
前記層間絶縁膜上に配置されて前記相変化パターンと接触する上部電極と、
を含むことを特徴とする相変化記憶素子。 - 前記相変化パターンは、選択的の蒸着法によって前記下部電極の前記ホールに露出した面から上向に成長することを特徴とする請求項24に記載の相変化記憶素子。
- 前記選択的の蒸着法は蒸着工程が実行される工程ハウジング内に蒸着ガスを注入して実行し、
前記蒸着ガスが前記工程ハウジング内で存在するライフタイムは前記蒸着ガスが熱エネルギーによって反応するのに必要となる時間より短く、
前記蒸着ガスが前記下部電極内の余剰電子によって反応して前記相変化パターンが形成されることを特徴とする請求項25に記載の相変化記憶素子。 - 前記層間絶縁膜は前記下部電極を覆い、
前記ホールは前記下部電極の一部を露出させ、
前記下部電極の露出した面は前記ホールの周辺の前記層間絶縁膜の下部面と同一、または低いことを特徴とする請求項24から請求項26のうちのいずれかに記載の相変化記憶素子。 - 前記上部電極は、前記下部電極の比抵抗と異なる比抵抗を有する導電物質で形成されたことを特徴とする請求項27に記載の相変化記憶素子。
- 前記下部電極は前記ホールの下部分を満たす限定された構造であり、
前記相変化パターンは前記下部電極の上の前記ホールを満たすことを特徴とする請求項24から請求項26のうちのいずれかに記載の相変化記憶素子。 - 前記下部電極と前記基板との間、及び前記下部電極の周辺に隣接した前記層間絶縁膜と基板との間に介在されたバッファパターンをさらに含み、
前記バッファパターンは前記下部電極と接触し、
前記バッファパターンは前記下部電極に比べて低い比抵抗を有する導電物質で形成されたことを特徴とする請求項29に記載の相変化記憶素子。 - 前記上部電極は、前記下部電極の比抵抗と異なる比抵抗を有する導電物質で形成されたことを特徴とする請求項29に記載の相変化記憶素子。
- 前記下部電極の比抵抗は、前記上部電極の比抵抗に比べて高いことを特徴とする請求項31に記載の相変化記憶素子。
- 前記層間絶縁膜は、シリコンを含むシリコン系の絶縁膜及び金属を含む金属系の絶縁膜から選択された少なくとも1つで形成されたことを特徴とする請求項24から請求項26のうちのいずれかに記載の相変化記憶素子。
- 前記相変化パターンはカルコゲナイド系の元素であるTe及びSeのうち少なくとも1つと、Ge、Sb、Bi、Pb、Sn、Ag、As、S、Si、P、O及びNのうちから選択された少なくとも1つとを組み合わせた化合物で形成されたことを特徴とする請求項24から請求項26のうちのいずれかに記載の相変化記憶素子。
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