JP5461927B2 - 相変化膜の形成方法及び装置、これを利用した相変化メモリ素子の製造方法 - Google Patents

相変化膜の形成方法及び装置、これを利用した相変化メモリ素子の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5461927B2
JP5461927B2 JP2009201528A JP2009201528A JP5461927B2 JP 5461927 B2 JP5461927 B2 JP 5461927B2 JP 2009201528 A JP2009201528 A JP 2009201528A JP 2009201528 A JP2009201528 A JP 2009201528A JP 5461927 B2 JP5461927 B2 JP 5461927B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
chamber
pressure
phase change
source
supplying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009201528A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010059546A (ja
Inventor
武彦 藤田
桐賢 任
丙才 ▲ペ▼
度亨 金
性來 趙
▲ジン▼一 李
周瑩 徐
恵英 朴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of JP2010059546A publication Critical patent/JP2010059546A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5461927B2 publication Critical patent/JP5461927B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45531—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations specially adapted for making ternary or higher compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/305—Sulfides, selenides, or tellurides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45546—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus specially adapted for a substrate stack in the ALD reactor
    • 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
    • H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
    • H10N70/021—Formation of switching materials, e.g. deposition of layers
    • H10N70/023—Formation of switching materials, e.g. deposition of layers by chemical vapor deposition, e.g. MOCVD, ALD
    • 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
    • H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
    • H10N70/061—Shaping switching materials
    • H10N70/068—Shaping switching materials by processes specially adapted for achieving sub-lithographic dimensions, e.g. using spacers
    • 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
    • H10N70/821—Device geometry
    • H10N70/826—Device geometry adapted for essentially vertical current flow, e.g. sandwich or pillar type devices
    • H10N70/8265—Device geometry adapted for essentially vertical current flow, e.g. sandwich or pillar type devices on sidewalls of dielectric structures, e.g. mesa-shaped or cup-shaped 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
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/841—Electrodes
    • H10N70/8413—Electrodes adapted for resistive heating
    • 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
    • H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
    • H10N70/8825—Selenides, e.g. GeSe
    • 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
    • H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
    • H10N70/8828—Tellurides, e.g. GeSbTe
    • 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
    • H10N70/884—Switching materials based on at least one element of group IIIA, IVA or VA, e.g. elemental or compound semiconductors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

本発明は、相変化膜に関し、より詳細には、相変化膜の形成方法及び装置、これを利用した相変化メモリ素子の製造方法に関する。
通常、半導体メモリ素子は、電源供給が中断される場合にデータが消失するＤＲＡＭとＳＲＡＭのような揮発性メモリ素子と、電源供給が中断されてもデータが維持されるフラッシュメモリと、ＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリ素子に分けられる。特に、フラッシュメモリは、不揮発性の特性上、メモリカード、ＭＰ３プレーヤのような電子機器に主に使われる。
最近ではフラッシュメモリを代替する次世代メモリ素子が開発されている。このような次世代メモリ素子としては、代表的に磁気抵抗メモリ素子ＭＲＡＭ、強誘電体メモリ素子ＦＲＡＭ、相変化メモリ素子ＰＲＡＭなどがある。このうちで相変化メモリ素子は、ゲルマニウムＧｅ‐アンチモンＳｂ‐テルルＴｅからなるカルコゲン化合物ＧＳＴを相変化物質に採用し、外部から印加されるエネルギーによって相変化物質の可逆的相変化（ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）による抵抗差を利用してデータを“０”又は“１”状態に格納する。特に、相変化物質の成分組成比や厚さによる組成分布などは、相変化膜の比抵抗と同一の特性に影響を及ぼして、結局、相変化メモリ素子の電気的な特性を左右しうる。
韓国登録特許第０７０４１２５号公報 韓国登録特許第０６９５１６８号公報 米国特許出願公開第２００８／００２０５６４号明細書 米国特許出願公開第２００６／００２７４５１号明細書 米国特許出願公開第２００７／００４８９７７号明細書 米国特許出願公開第２００７／０１６０７６０号明細書 米国特許出願公開第２００７／００５４４７５号明細書
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電気的な特性が優れた相変化膜の形成方法及び装置、これを利用した相変化メモリ素子の製造方法を提供することである。
上述の目的を達成するため、本発明による相変化メモリ素子の相変化膜の形成方法及び装置、これを利用した相変化メモリ素子の製造方法は、チャンバ圧力変動サイクルを採用した原子層蒸着法を使用して相変化膜を形成することを特徴とする。
前記特徴を具現することができる本発明の実施形態による相変化膜の形成方法は、チャンバにソースを供給し、前記チャンバから前記ソースをパージし、前記ソースの供給及びパージによって前記チャンバの圧力を変動させることを含むことができる。
本実施形態の相変化膜の形成方法において、前記チャンバの圧力を変動させることは、前記ソースを供給する場合、前記チャンバを高圧に設定し、前記ソースをパージする場合、前記チャンバを低圧に設定することを含むことができる。
本実施形態の相変化膜の形成方法において、前記ソースは、複数個の前駆体を含み、前記チャンバを高圧に設定することは、前記複数個の前駆体の供給の際、前記チャンバを同一の圧力に設定することを含むことができる。
本実施形態の相変化膜の形成方法において、前記ソースは、複数個の前駆体を含み、前記チャンバを高圧に設定することは、前記複数個の前駆体のうち、少なくとも何れか一つの供給の際のチャンバ圧力を前記複数個の前駆体のうち、残りの供給の際のチャンバ圧力に比べて高く設定することを含むことができる。
本実施形態の相変化膜の形成方法において、前記チャンバにソースを供給することは、前記ソースを不活性ガス、窒素、及びこれらの組み合わせのうち、少なくとも何れか一つを含むキャリアガスに載せて、前記チャンバに運搬することを含むことができる。
本実施形態の相変化膜の形成方法において、前記ソースと反応して前記ソースを分解することができるＨ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ及びこれらの組み合わせのうち、何れか一つを含む反応ガスを前記チャンバへ供給することをさらに含むことができる。前記チャンバにＳｉ、Ｎ、Ｏ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｂ及びこれらの組み合わせを含むドーパントガスを供給することをさらに含むことができる。
本実施形態の相変化膜の形成方法において、前記チャンバにソースを供給することは、複数個の前駆体を前記チャンバへ供給して、Ｇａ‐Ｓｂ、Ｉｎ‐Ｓｂ、Ｉｎ‐Ｓｅ、Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｓｂ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｉｎ、Ｇｅ‐Ｂｉ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ａｓ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ、Ｇｅ‐Ｓｅ‐Ｔｅ、Ａｓ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｉｎ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇａ‐Ｓｅ‐Ｔｅ、Ｓｎ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇａ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ‐Ａｕ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ‐Ｐｄ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ‐Ｏ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｓ、（ＧｅＳｎ）‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐（ＳｅＴｅ）、Ｉｎ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ａｇ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｏ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｎ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｓｉ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｓｉ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅ‐Ｓｉ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅ‐Ｓｉのうち、何れか一つを蒸着して相変化膜を形成することを含むことができる。
前記特徴を具現することができる本発明の他の実施形態による相変化膜の形成方法は、チャンバを提供し、前記チャンバに反応ガスを供給し、前記チャンバを高圧に設定してＧｅソースと、Ｔｅソースと、Ｓｂソースを供給し、前記ソースと前記反応ガスとの反応にＧｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅを蒸着し、前記チャンバを低圧に設定して前記ソースをパージすることを含むことができる。
他の実施形態の相変化膜の形成方法において、前記チャンバに反応ガスを供給することは、前記チャンバにＨ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ及びこれらの組み合わせのうち、何れか一つを供給することを含むことができる。
他の実施形態の相変化膜の形成方法において、前記チャンバを高圧に設定することは、前記チャンバへ供給されるソースによって前記チャンバの圧力を同一に設定する、或いは前記チャンバへ供給されるソースによって前記チャンバの圧力を異なるように設定することを含むことができる。
他の実施形態の相変化膜の形成方法において、前記チャンバの圧力を異なるように設定することは、前記ソースのうち、何れか一つの供給の際のチャンバ圧力を残りの供給の際のチャンバ圧力に比べて高く設定することを含むことができる。
他の実施形態の相変化膜の形成方法において、前記Ｇｅソースは、Ｇｅ（ＣＨ３）４、Ｇｅ（Ｃ２Ｈ５）４、Ｇｅ（ｎ‐Ｃ４Ｈ９）４、Ｇｅ（ｉ‐Ｃ４Ｈ９）４、Ｇｅ（Ｃ６Ｈ５）４、Ｇｅ（ＣＨ２＝ＣＨ）４、Ｇｅ（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２）４、Ｇｅ（ＣＦ２＝ＣＦ）４、Ｇｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２）４、Ｇｅ（ＣＨ３）３（Ｃ６Ｈ５）、Ｇｅ（ＣＨ３）３（Ｃ６Ｈ５ＣＨ２）、Ｇｅ（ＣＨ３）２（Ｃ２Ｈ５）２、Ｇｅ（ＣＨ３）２（Ｃ６Ｈ５）２、ＧｅＣＨ３（Ｃ２Ｈ５）３、Ｇｅ（ＣＨ３）３（ＣＨ＝ＣＨ２）、Ｇｅ（ＣＨ３）３（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２）、Ｇｅ（Ｃ２Ｈ５）３（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２）、Ｇｅ（Ｃ２Ｈ５）３（Ｃ５Ｈ５）、Ｇｅ（ＣＨ３）３Ｈ、Ｇｅ（Ｃ２Ｈ５）３Ｈ、Ｇｅ（ｉ‐Ｃ３Ｈ７）Ｈ３、Ｇｅ（Ｃ３Ｈ７）３Ｈ、Ｇｅ（Ｃ４Ｈ９）３Ｈ、Ｇｅ（ｔ‐Ｃ４Ｈ９）Ｈ３、Ｇｅ（Ｎ（ＣＨ３）２）４、Ｇｅ（Ｎ（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５））４、Ｇｅ（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）４、Ｇｅ（Ｎ（ｉ‐Ｃ３Ｈ７）２）４、Ｇｅ（Ｎ（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）４及びこれらの組み合わせのうち、何れか一つを含むことができる。
他の実施形態の相変化膜の形成方法において、前記Ｔｅソースは、Ｔｅ（ＣＨ３）２、Ｔｅ（ＣＨ（ＣＨ３）２）、Ｔｅ（Ｃ２Ｈ５）２、Ｔｅ（ｎ‐Ｃ３Ｈ７）２、Ｔｅ（ｉ‐Ｃ３Ｈ７）２、Ｔｅ（Ｃ４Ｈ９）、Ｔｅ（ｔ‐Ｃ４Ｈ９）２、Ｔｅ（ｉ‐Ｃ４Ｈ９）２、Ｔｅ（ＣＨ２＝ＣＨ）２、Ｔｅ（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２）２、Ｔｅ（Ｎ（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）２及びこれらの組み合わせのうち、何れか一つを含むことができる。
他の実施形態の相変化膜の形成方法において、前記Ｓｂソースは、Ｓｂ（ＣＨ３）３、Ｓｂ（Ｃ２Ｈ５）３、Ｓｂ（Ｃ３Ｈ７）３、Ｓｂ（ｉ‐Ｃ３Ｈ７）３、Ｓｂ（ｎ‐Ｃ３Ｈ７）３、Ｓｂ（ｉ‐Ｃ４Ｈ９）３、Ｓｂ（ｔ‐Ｃ４Ｈ９）３、Ｓｂ（Ｎ（ＣＨ３）２）３、Ｓｂ（Ｎ（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５））３、Ｓｂ（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３、Ｓｂ（Ｎ（ｉ‐Ｃ３Ｈ７）２）３、Ｓｂ（Ｎ（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）３及びこれらの組み合わせのうち、何れか一つを含むことができる。
他の実施形態の相変化膜の形成方法において、前記Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅを蒸着することは、前記チャンバに前記Ｇｅソース及びＴｅソースを供給してＧｅＴｅを蒸着し、前記チャンバに前記Ｓｂソース及びＴｅソースを供給しＳｂ２Ｔｅ３を蒸着して、前記Ｇｅ‐Ｓｂ‐ＴｅをＧｅＴｅ‐Ｓｂ２Ｔｅ３構造に形成することを含むことができる。
他の実施形態の相変化膜の形成方法において、前記チャンバにＳｉ、Ｎ、Ｏ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｂ及びこれらの組み合わせを含むドーパントガスを供給することをさらに含むことができる。前記チャンバを２５℃以上４００℃以下の温度範囲、又は２５℃以上２５０℃以下の温度範囲に設定することをさらに含むことができる。
前記の特徴を具現することができる本発明の実施形態による相変化膜形成装置は、基板を積載するチャンバと、前記チャンバの温度を調節するヒータと、前記チャンバに少なくとも一つのソースを提供するソース提供部と、前記チャンバに反応ガスを提供する反応ガス提供部と、前記チャンバからガスを排出させる排気部と、を含むことができる。
本実施形態の装置において、前記ソース提供部は、液状ソースを気化させる気化器と、前記液状ソースを前記気化器に流入させるソース流入ラインと、前記気化器で気化されたソースを前記チャンバに案内するソース流出ラインと、前記気化されたソースを前記チャンバに運ぶキャリアガスを流入させるキャリアガス流入ラインと、を含むことができる。
本実施形態の装置において、前記ソース提供部は、前記チャンバへ供給されるパージガスが流入されるパージガス流入ラインをさらに含むことができる。前記排気部は、前記ガスの排気を制御するバルブを含み、前記バルブの開閉によって前記チャンバの圧力が制御されることができる。前記チャンバに前記反応ガスを供給し、前記バルブを閉鎖させて前記チャンバの圧力を上昇させることができる。
本実施形態の装置において、前記チャンバに前記ソースに添加されるドーパントを含むドーパントガスを供給するドーパントガス提供部をさらに含むことができる。前記チャンバは、複数枚の前記基板を積載するボートと、前記ボートが置かれる回転可能であるペデスタルを含むことができる。または、前記チャンバは複数枚の前記基板を積載することが可能なペデスタルを含むことができる。
前記の特徴を具現することができる本発明の実施形態による相変化膜メモリ素子の製造方法は、対向する上部電極と下部電極を形成し、前記上下部電極の間に相変化膜を形成することを含み、前記相変化膜を形成することは、チャンバに複数個の有機金属化合物を含む前駆体の供給及びパージを反復し、前記複数個の前駆体を前記チャンバへ供給する際のチャンバ圧力を前記複数個の前駆体を前記チャンバからパージする際のチャンバ圧力に比べて高く設定することを含むことができる。
本実施形態の相変化膜メモリ素子の製造方法において、前記チャンバ圧力を高く設定することは、前記チャンバへ供給される複数個の前駆体を区分せずに、同一の圧力に設定する、或いは前記チャンバへ供給される複数個の前駆体によって異なる圧力に設定することを含むことができる。
本実施形態の相変化膜メモリ素子の製造方法において、前記チャンバを前記複数個の前駆体によって異なる圧力に設定することは、前記複数個の前駆体のうちで、含量を高めようとする成分を含む前駆体の供給の際のチャンバ圧力を残り前駆体の供給の際のチャンバ圧力に比べて高く設定することを含むことができる。
本実施形態の相変化膜メモリ素子の製造方法において、前記相変化膜を形成することは、前記上部電極の一部と制限された接触面積を有し、前記上下部電極の間を満たす絶縁膜によって囲まれたＧｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅを蒸着することを含むことができる。
本実施形態の相変化膜メモリ素子の製造方法において、前記Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅを蒸着することは、前記チャンバを高圧に設定してＧｅを含む前駆体と、Ｔｅを含む前駆体とＳｂと、を含む前駆体を供給し、前記チャンバを低圧に設定して前記前駆体をパージすることを含むことができる。前記Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅを蒸着することは、前記チャンバの温度を２５℃以上４００℃以下、又は２５℃以上２５０℃以下に設定することをさらに含むことができる。
前記特徴を具現することができる本発明の実施形態による半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法は、半導体ウエハが積載された反応チャンバに第１反応ガスを供給して、前記反応チャンバを第１気圧に設定し、前記第１気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第１メタロイド（ｍｅｔａｌｌｏｉｄ）を含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第１メタロイドを蒸着し、前記反応チャンバを排気する間、前記反応チャンバにパージガスを供給して前記反応チャンバの圧力を減少させ、前記半導体ウエハが積載された前記反応チャンバに第２反応ガスを供給して前記反応チャンバを第２気圧に設定し、前記第２気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第２メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第２メタロイドを蒸着することを含み、前記第１及び第２メタロイドのうち、少なくとも何れか一つはカルコゲンを含むことができる。
本実施形態方法において、前記第１メタロイドは、ゲルマニウムＧｅを含み、前記第２メタロイドは、テルルＴｅを含むことができる。
本実施形態方法において、前記第２気圧は、前記第１気圧より低い値でありうる。
本実施形態方法において、前記第１及び第２反応ガスは、各々アンモニアＮＨ３を含むことができる。
本実施形態方法において、前記第１気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第１メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第１メタロイドを蒸着する以前に、前記第１メタロイドを含む第１液化有機金属化合物を気化させて、前記気化された第１有機金属化合物をキャリアガスと混合して前記第１メタロイドを含むガスを生成させることを含み、前記第２気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第２メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第２メタロイドを蒸着する以前に、前記第２メタロイドを含む第２液化有機金属化合物を気化させて、前記気化された第２有機金属化合物をキャリアガスと混合して前記第２メタロイドを含むガスを生成させることを含むことができる。
本実施形態方法において、前記第２気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第２メタロイドを含むガスを供給して前記半導体ウエハ上に前記第２メタロイドを蒸着した以後に、前記反応チャンバを排気させる間に前記反応チャンバにパージガスを供給して前記反応チャンバの圧力を減少させ、前記半導体ウエハが積載された前記反応チャンバに第３反応ガスを供給して前記反応チャンバを第３気圧に設定し、前記第３気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第３メタロイドを供給して前記半導体ウエハ上に前記第３メタロイドを蒸着することを含むことができる。
本実施形態方法において、前記第１メタロイドはゲルマニウムＧｅを含み、前記第２メタロイドはテルルＴｅを含み、前記第３メタロイドはアンチモンＳｂを含むことができる。
本実施形態方法において、前記第２及び第３気圧は、各々前記第１気圧より低い値でありうる。
本実施形態方法において、前記３気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第３メタロイドを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第３メタロイドを蒸着した以後に、前記反応チャンバを排気させる間、前記反応チャンバにパージガスを供給して前記反応チャンバの圧力を減少させ、前記半導体ウエハが積載された前記反応チャンバに第４反応ガスを供給して前記反応チャンバを第４気圧に設定し、前記第４気圧より高い圧力で前記反応チャンバに前記第２メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第２メタロイドを蒸着することを含むことができる。
本実施形態方法において、前記第１気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第１メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第１メタロイドを蒸着することは、前記第１気圧より高い圧力で前記反応チャンバにゲルマニウムＧｅ及びテルルＴｅを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記ゲルマニウム及びテルルを蒸着することを含むことができる。
本実施形態方法において、前記第２気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第２メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第２メタロイドを蒸着することは、前記第２気圧より高い圧力で前記反応チャンバにアンチモンＳｂ及びテルルＴｅを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記アンチモン及びテルルを蒸着することを含むことができる。
本実施形態方法において、前記第１及び第２メタロイドを含むガスを供給すると同時に、シリコンＳｉ、窒素Ｎ、酸素Ｏ、ビスマスＢｉ、錫Ｓｎ及び／又は硼素Ｂを含むドーパントガスを前記反応チャンバに供給し、前記反応チャンバを２７５℃以上の温度に維持することを含むことができる。
本発明によると、ソース供給の際、パージの際に比べてチャンバを高圧に設定する圧力変動サイクルを採用した原子層蒸着（ＡＬＤ）を採用して、所望の組成と厚さによる組成分布により、優れた相変化膜を形成することができる。又、低温蒸着が可能になり相変化膜のソースである有機金属化合物の開発限界を克服することができる。
本発明の実施形態による相変化膜を具備した相変化メモリ素子の一例を示した断面図である。 相変化メモリ素子を記入及び消去させる方法を説明するためのグラフである。 本発明の実施形態による相変化膜を具備した相変化メモリ素子の多様な変形形態を示した断面図である。 本発明の実施形態による相変化膜を具備した相変化メモリ素子の多様な変形形態を示した断面図である。 本発明の実施形態による相変化膜を具備した相変化メモリ素子の多様な変形形態を示した断面図である。 本発明の実施形態による相変化膜を具備した相変化メモリ素子の多様な変形形態を示した断面図である。 本発明の実施形態による相変化膜の形成方法を示すグラフである。 本発明の実施形態による相変化膜の形成方法を示すグラフである。 本発明の実施形態による相変化膜を形成することができる装置を示した構成図である。 図６Ａの一部を示した構成図である。 本発明の実施形態による相変化膜の形成方法において高圧蒸着条件を示すグラフである。 Ｇｅソース供給の際のチャンバ圧力変化によるＧＳＴ蒸着結果を示すグラフである。 Ｇｅソース供給の際のチャンバ圧力変化によるＧＳＴ蒸着結果を示すグラフである。 Ｇｅソース供給の際のチャンバ圧力変化によるＧＳＴ蒸着結果を示すグラフである。
以下、本発明による相変化メモリ素子の相変化膜の形成方法及び装置を添付した図面を参照して詳細に説明する。
従来技術と比較した本発明の利点は、添付された図面を参照した詳細な説明と特許請求の範囲を通じて明確となる。特に、本発明は、特許請求の範囲によりその範囲が明確に示される。しかし、本発明は、添付された図面に関して次の詳細な説明を参照することによって最もよく理解できる。図面において同一の参照符号は多様な図面を通じて同一の構成要素を示す。
図１は、本発明の実施形態による相変化膜を具備した相変化メモリ素子の一例を示した断面図である。図２は、相変化メモリ素子を記入（Ｐｒｏｇｒａｍ）及び消去（Ｅｒａｓｅ）する方法を説明するためのグラフとして、横軸は時間を示し、縦軸は相転移膜の温度を示す。
図１を参照すると、相変化メモリ素子１００は、可逆的に相転移する相変化物質を備えた相変化膜１４０と、相変化膜１４０が結晶質状態から非晶質状態に、又は非晶質状態から結晶質状態に相転移しうるように熱を加えるヒータ１３０と、ヒータ１３０と連結された下部電極１１０と、相変化膜１４０と連結された上部電極１５０と、相変化膜１４０とヒータ１３０を囲む絶縁膜１２０と、を含んで構成されることができる。
図２を図１と共に参照すると、実線のように相変化膜１４０をその溶融温度Ｔｍより高い温度で、Ｔ１時間の間を加熱した後に冷却させると、相転移膜は非晶質状態に変わる。これに反して、点線のように相変化膜１４０をその溶融温度Ｔｍよりは低いがその結晶化温度Ｔｃよりは高い温度でＴ１時間より長いＴ２時間の間を加熱した後に冷却させると、相変化膜１４０は、結晶質状態に変わる。相変化膜１４０が結晶質状態から非晶質状態に相転移することをリセット（ＲＥＳＥＴ）と称し、その逆は、セット（ＳＥＴ）と称する。非晶質状態を有する相転移膜の比抵抗は、結晶質状態を有する相転移膜の比抵抗より高い。従って、読み出しモードで相変化膜１４０を通じて流れる電流を感知して、相転移メモリセルに格納された情報が論理“１”である、或いは論理“０”であるかを判別するようになる。
ところが、相変化メモリ素子は、リセットに所要の電流値が非常に大きいことが知られている。大きなリセット電流は、小さな大きさのトランジスタを具現することの障害となり、これは相変化メモリ素子の高集積化が難しいということを意味する。従って、リセット電流を減らすために提案されたのが図１を参照して既に説明したように、いわゆるコンファインド（Ｃｏｎｆｉｎｅｄ）構造の相変化メモリ素子１００である。
図１を再び参照すると、相変化メモリ素子１００は、絶縁膜１２０が一部除去されて形成された孔１２５の一部を埋め立てて下部電極１１０と連結されるヒータ１３０と、孔１２５の残りの一部を埋め立ててヒータ１３０と連結される相変化膜１４０と、絶縁膜１２０上に相変化膜１４０と接触する上部電極１４０を形成することによって具現することができる。下部電極１１０と上部電極１４０は、伝導体、例えば、タングステンＷや、チタンＴｉや、タンタルＴａのような金属、ポリシリコン、タングステンシリサイドのような金属シリサイドなどによって形成されることができる。ヒータ１３０は、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮのようなチタン系列の合金又はタングステンＷのような金属によって形成されることができる。相変化メモリ素子１００の製造方法に対しては、特許文献３に詳細に開示され、この文献は、参照によりその全体が本願明細書に組み込まれる。
相変化膜１４０は、下部電極１１０と上部電極１５０との間に制限された面積を有するようにカルコゲン化合物が孔１２５内に蒸着されることによって、絶縁膜１２０に囲まれた形態に形成されることができる。従って、相変化膜１４０で生成された熱は、熱伝導度が相対的に高い上部電極１５０及び／又は下部電極１１０を通じて抜け出る熱損失が最小化されることができる。電極１１０、１５０との接触面積の制限、及び／又は孔１２５の浅い深さなどにより、相変化膜１４０を熱的に孤立させるほどにリセット電流がより小さくなる。
図３Ａ乃至図３Ｄは、本発明の実施形態による相変化膜を具備した相変化メモリ素子の多様な変形形態を示した断面図である。
図３Ａのように相変化メモリ素子１００ａの相変化膜１４０ａを上部電極１５０との接触面積がより制限されるように形成することができる。他の例として、図３ｂに示したように、上部電極１５０との接触面積及びヒータ１３０との接触面積がより制限される形態を有する相変化膜１４０ｂを含む相変化メモリ素子１００ｂを形成することができる。他の例として、図３ｃのように相変化メモリ素子１００ｃは、上部電極１５０と接触面積が制限される相変化膜１４０ｃと、図１のヒータ１３０に比べて体積が減少した形態のヒータ１３０ｃとを含むように形成することができる。他の例として、図３Ｄのように、相変化メモリ素子１００ｄは、上部電極１５０と接触面積が制限される相変化膜１４０ｄと、下部電極１１０と接触面積が制限されたヒータ１３０ｄを有するように形成されることができる。
図１を再び参照すると、例えば、スパッタリング方式に孔１２５内にカルコゲン化合物を蒸着して相変化膜１４０を均一に形成することは、非常に難しいことと予想される。孔１２５の深さが深くて幅が狭い場合にはより難しいことと予想される。特に、図３Ａ乃至図３Ｄに示された微細構造の相変化膜１４０ａ〜１４０ｄを所望の組成を有し、均一である厚さの分布を有するように形成することはより難しいことである。従って、スパッタリング方式に比べて、ステップカバレッジが相対的に優れた化学気相蒸着ＣＶＤ、その中で、原子層蒸着方式ＡＬＤに相変化物質を蒸着して相変化膜を形成することが望ましい。
図４及び図５は、本発明の実施形態による相変化膜の形成方法を示すグラフとして、横軸はソース供給時間を示し、縦軸はソース及びチャンバの圧力を示す。
図４及び図５を参照すると、本実施形態の相変化膜の形成方法は、相変化物質を蒸着するために必要であるソースを工程チャンバへ供給（Ｆｅｅｄｉｎｇ）し、パージ（Ｐｕｒｇｅ）することを反復して実施する原子層蒸着法ＡＬＤを採用して進行することができる。ソースは、液状物質を気化させて工程チャンバへ供給することができる。パージ段階では、ソース量は“０”になる。ソースの供給圧力は、ソースのパージ圧力に比べて高く設定する。ソースをチャンバへ供給する場合、反応ガスを共にチャンバへ供給することができ、又はソースと反応ガスのうち、何れか一つを予めチャンバへ供給することができる。
一例として、図４に示したように、チャンバ圧力をソースの供給及びパージに関係なく一定に維持させることができる。他の例として、図５に示したように、ソースをチャンバへ供給する場合にチャンバ圧力を高く設定し、ソースをパージする場合にチャンバ圧力を低く設定することができる。即ち、ソース供給の際にチャンバ圧力を増加させてチャンバ内部でソースと反応ガスとの反応を促進させ、ソースのパージの際にチャンバ圧力を減少させて未反応であるソースのフューム（ｆｕｍｅ）のような残存ガスをチャンバから効果的に除去することができる圧力変動サイクルを導入することができる。チャンバ圧力の最大値は、ソースガス供給圧力と同一である、或いはそれより低く設定することができ、チャンバ圧力の最小値は、ソースパージ圧力と同一である、或いはそれより低く設定することができる。圧力変動サイクルを採用したＡＬＤに相変化物質を蒸着すると、後述のように相変化膜の組成を所望の設定にすることができ、相変化膜での組成分布を均一に設定することができる。
図６Ａは、本発明の実施形態による相変化膜を形成することができる装置を示した構成図であり、図６Ｂは、図６Ａの一部を示した構成図である。後述の装置は、複数枚のウエハを処理することができる、即ちバッチ（ｂａｔｃｈ）タイプの装置を例として説明するが、後述したことは、１枚のウエハを処理することができる、即ちシングル（ｓｉｎｇｌｅ）タイプの装置にも適用することができる。
図６Ａを参照すると、本実施形態の装置１０００は、蒸着工程が実質的に行われるチャンバ１１００を含むことができる。チャンバ１１００には、複数枚のウエハ１０を積載するボート１１２０（Ｂｏａｔ）が置かれるペデスタル１１１０（Ｐｅｄｅｓｔａｌ）が具備されることができる。又は、ペデスタル１１１０は、ボート１１２０と一体に構成されたものであることができる。ペデスタル１１１０は、モータ１１５０の駆動によって回転可能に設置されることができる。チャンバ１１００は、キャップ１１４０（Ｃａｐ）の動作、例えばスライディング動作によって開放される、或いは閉鎖されることができる。チャンバ１１００の温度を設定することができるヒータ１１３０が、例えばチャンバ１１００の外壁に設置されることができる。
チャンバ１１００には、蒸着過程中に発生した未反応ソースや残留ガスをチャンバ１１００外部に排出するための排気チューブ１１９０が排気ポート１１６０に連結されることができる。
排気ポート１１６０は、例えばチャンバ１１００の上部に設けられる。排気チューブ１１９０には、排出されるガスの流れを許容する、或いは抑制するバルブ１１６５と、強制排気のためのポンプ１１７０が設けられる。
装置１０００は、相変化膜形成に必要であるソースを提供するソース提供部１７００を含むことができる。ソース提供部１７００は、相変化膜を形成する主要成分のソースを種別に提供する形態に構成されることができる。
一例として、相変化膜が例えばＧａ‐Ｓｂ、Ｉｎ‐Ｓｂ、Ｉｎ‐Ｓｅ、Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｓｂなどのような２成分系（Ｂｉｎａｒｙ）である場合、ソース提供部１７００は、２種のソースをチャンバ１１００に提供する構成に形成されることができる。
他の例として、相変化膜が例えばＧｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｉｎ、Ｇｅ‐Ｂｉ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ａｓ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ、Ｇｅ‐Ｓｅ‐Ｔｅ、Ａｓ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｉｎ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇａ‐Ｓｅ‐Ｔｅ、Ｓｎ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇａ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅなどのような３成分系（Ｔｅｒａｎｒｙ）である場合、ソース提供部１７００は、３種のソースをチャンバ１１００に提供する構成に形成されることができる。
また他の例として、相変化膜が例えばＧｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ‐Ａｕ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ‐Ｐｄ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ‐Ｏ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｓ、（ＧｅＳｎ）‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐（ＳｅＴｅ）、Ｉｎ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ａｇ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｏ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｎ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｓｉ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｓｉ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅ‐Ｓｉ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅ‐Ｓｉなどのように４成分系（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ）である場合、ソース提供部１７００は、４種のソースをチャンバ１１００に提供する構成に形成されることができる。
本願明細書では、相変化膜が上述した内で、Ｇｅを含む相変化物質、特にＧｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ（以下、“ＧＳＴ”と称する）からなることを例として説明する。後述することは、ＧＳＴのみに適用されることでなく、上述した相変化物質の全てに対して適用されることができるということに留意するべきである。
本実施形態のソース提供部１７００は、第１ソース提供部１２００と、第２ソース提供部１３００と、第３ソース提供部１４００と、を含むことができる。第１ソース提供部１２００は、ゲルマニウムソース、例えばＧｅが含まれた有機金属化合物を含む前駆体でありうる。第２ソース提供部１３００は、テルルソース、例えばＴｅが含まれた有機金属化合物を含む前駆体でありうる。第３ソース提供部１４００は、アンチモンソース、例えばＳｂが含まれた有機金属化合物を含む前駆体でありうる。
Ｇｅソースは、例えば、Ｇｅ（ＣＨ３）４、Ｇｅ（Ｃ２Ｈ５）４、Ｇｅ（ｎ‐Ｃ４Ｈ９）４、Ｇｅ（ｉ‐Ｃ４Ｈ９）４、Ｇｅ（Ｃ６Ｈ５）４、Ｇｅ（ＣＨ２＝ＣＨ）４、Ｇｅ（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２）４、Ｇｅ（ＣＦ２＝ＣＦ）４、Ｇｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２）４、Ｇｅ（ＣＨ３）３（Ｃ６Ｈ５）、Ｇｅ（ＣＨ３）３（Ｃ６Ｈ５ＣＨ２）、Ｇｅ（ＣＨ３）２（Ｃ２Ｈ５）２、Ｇｅ（ＣＨ３）２（Ｃ６Ｈ５）２、ＧｅＣＨ３（Ｃ２Ｈ５）３、Ｇｅ（ＣＨ３）３（ＣＨ＝ＣＨ２）、Ｇｅ（ＣＨ３）３（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２）、Ｇｅ（Ｃ２Ｈ５）３（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２）、Ｇｅ（Ｃ２Ｈ５）３（Ｃ５Ｈ５）、Ｇｅ（ＣＨ３）３Ｈ、Ｇｅ（Ｃ２Ｈ５）３Ｈ、Ｇｅ（Ｃ３Ｈ７）３Ｈ、Ｇｅ（ｉ‐Ｃ３Ｈ７）Ｈ３、Ｇｅ（Ｃ４Ｈ９）３Ｈ、Ｇｅ（ｔ‐Ｃ４Ｈ９）Ｈ３、Ｇｅ（Ｎ（ＣＨ３）２）４、Ｇｅ（Ｎ（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５））４、Ｇｅ（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）４、Ｇｅ（Ｎ（ｉ‐Ｃ３Ｈ７）２）４、Ｇｅ（Ｎ（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）４及びこれらの組み合わせのうち、何れか一つでありうる。
Ｔｅソースは、例えば、Ｔｅ（ＣＨ３）２、Ｔｅ（ＣＨ（ＣＨ３）２）、Ｔｅ（Ｃ２Ｈ５）２、Ｔｅ（ｎ‐Ｃ３Ｈ７）２、Ｔｅ（ｉ‐Ｃ３Ｈ７）２、Ｔｅ（Ｃ４Ｈ９）、Ｔｅ（ｔ‐Ｃ４Ｈ９）２、Ｔｅ（ｉ‐Ｃ４Ｈ９）２、Ｔｅ（ＣＨ２＝ＣＨ）２、Ｔｅ（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２）２、Ｔｅ（Ｎ（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）２及びこれらの組み合わせのうち、何れか一つでありうる。
Ｓｂソースは、例えば、Ｓｂ（ＣＨ３）３、Ｓｂ（Ｃ２Ｈ５）３、Ｓｂ（Ｃ３Ｈ７）３、Ｓｂ（ｉ‐Ｃ３Ｈ７）３、Ｓｂ（ｎ‐Ｃ３Ｈ７）３、Ｓｂ（ｉ‐Ｃ４Ｈ９）３、Ｓｂ（ｔ‐Ｃ４Ｈ９）３、Ｓｂ（Ｎ（ＣＨ３）２）３、Ｓｂ（Ｎ（ＣＨ３）（Ｃ２Ｈ５））３、Ｓｂ（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３、Ｓｂ（Ｎ（ｉ‐Ｃ３Ｈ７）２）３、Ｓｂ（Ｎ（Ｓｉ（ＣＨ３）３）２）３及びこれらの組み合わせのうち、何れか一つでありうる。
図６Ｂを図６Ａとともに参照すると、Ｇｅソースは、液状形態で第１ソース提供部１２００に提供されることができる。第１ソース提供部１２００は、液状のＧｅソースを気化させることができる気化器１２１０を含むことができる。気化器１２１０の前端には、液状のＧｅソースが流入されるソース流入ライン１２２０が配置され、気化器１２１０の後端には、気化されたＧｅソースが流出するソース流出ライン１２５０が配置されることができる。ソース流出ライン１２５０は、第１ソース供給チューブ１２９０に連結されることができる。
第１ソース提供部１２００は、Ｇｅソースをチャンバ１１００に運ぶキャリアガスが流入されるキャリアガス流入ライン１２３０に含まれることができる。キャリアガス流入ライン１２３０は、気化器１２１０に連結されることができる。キャリアガスは、アルゴンＡｒやヘリウムＨｅのような不活性ガス、又は窒素Ｎ２を含むことができる。第１ソース提供部１２００に流入された液状のＧｅソースは、気化器１２１０において気化されてキャリアガスに載せて第１ソース供給チューブ１２９０を通じてチャンバ１１００へ供給されることができる。キャリアガスに載せたＧｅソースは、バルブ１２１５の開閉程度によってチャンバ１１００への供給が調節されることができる。
第１ソース提供部１２００は、パージガス流入ライン１２４０をさらに具備することができる。これによって、第１ソース提供部１２００は、パージガスをチャンバ１１００へ供給することができるように構成されることができる。パージガス流入ライン１２４０は、ソース流出ライン１２５０に連結されることができる。パージガスとして窒素や不活性ガスを採用することができる。パージガスは、バルブ１２２５の開閉によってチャンバ１１００への流れが許容される、或いは抑制されることができる。
第２ソース提供部１３００は、液状のＴｅソースを気化器１３１０で気化させ、気化されたＴｅソースは、キャリアガスに載せて第２ソース供給チューブ１３９０を通じてチャンバ１１００へ供給されるように構成されることができる。これ以外の構成は、第１ソース提供部１２００と同一である、或いは類似でありうる。第３ソース提供部１４００は、液状のＳｂソースを気化器１４１０で気化させ、気化されたＳｂソースは、キャリアガスに載せて第３ソース供給チューブ１４９０を通じてチャンバ１１００へ供給されるように構成されることができる。これ以外の構成は、第１ソース提供部１２００と同一である、或いは類似でありうる。
図６Ａを再び参照すると、装置１０００は、反応ガスをチャンバ１１００へ供給する反応ガス供給チューブ１５９０を含むことができる。一例として、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ及びこれらの組み合わせのうち、何れか一つを反応ガスに採用することができる。反応ガスは、例えば、Ｇｅソースを分解してＧｅを分離する役割を果たすことができる。反応ガスは、バルブ１５１５によってチャンバ１１００への供給が制御される。
装置１０００は、ドーパントガスをチャンバ１１００へ供給するドーパントガス供給チューブ１６９０をさらに含むことができる。ドーパントガスは、例えば、相変化膜の結晶の大きさを小さくできるＳｉやＮのようなドーパントを含むことができる。これに対する詳細な説明は、特許文献４に開示され、この文献は、参照によりその全体が本願明細書に組み込まれる。その他にドーパントガスは、Ｏ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｂなどを含むガスでありうる。ドーパントガスは、バルブ１６１５によってチャンバ１１００への供給量が制御されることができる。
チャンバ１１００の圧力は、パージガス又は反応ガスのチャンバ１１００への供給とバルブ１１６５の作動によって所望の値に制御されることができる。例えば、チャンバ１１００にパージガスを供給し、バルブ１１６５を閉じてパージガスの排出を抑制させると、チャンバ１１００の圧力は高く設定されることができる。他の例として、チャンバ１１００に反応ガスを供給し、バルブ１１６５を閉じて反応ガスの排出を抑制させると、チャンバ１１００の圧力は高く設定されることができる。
相変化膜蒸着の一例として、チャンバ１１００に反応ガスを供給し、Ｇｅソースの供給とパージ、Ｔｅソースの供給とパージ、Ｓｂソースの供給とパージを進行して相変化膜ＧＳＴを形成することができる。ソースは、キャリアガスに載せてチャンバ１１００へ供給されることができる。ソースの温度や蒸気圧を調節する、或いはソースの温度と蒸気圧を固定させた状態でソース供給時間や供給量を調節して相変化膜の組成を調節することができる。これに対しては、特許文献５に詳細に開示され、この文献は、参照によりその全体が本願明細書に組み込まれる。
相変化膜蒸着の他の例として、チャンバ１１００に反応ガスが供給され、ＧｅソースとＴｅソースがキャリアガスに載せて同時にチャンバ１１００へ供給されてＧｅ‐Ｔｅ膜が形成され、チャンバ１１００にパージガスが供給されて未反応ガスがパージされ、ＳｂソースとＴｅソースがキャリアガスに載せて同時にチャンバ１１００へ供給されてＳｂＴｅ膜が形成され、チャンバ１１００にパージガスが供給されて未反応ガスがパージされることによって、ＧｅＴｅ／ＳｂＴｅ構造の相変化膜ＧＳＴが形成されることができる。相変化膜の組成は、ソースの供給量と供給時間に調節されることができる。これに対しては、特許文献６に詳細に開示され、この文献は、参照によりその全体が本願明細書に組み込まれる。
相変化膜蒸着のまた他の例として、チャンバ１１００内にＧｅソースを供給してＧｅ膜を形成し、チャンバ１１００内に第１パージガスを供給し、Ｇｅ膜上にＴｅソースを供給してＧｅＴｅ膜を形成し、チャンバ１１００内に第２パージガスを供給し、ＧｅＴｅ膜上にＳｂソースを供給してＧｅＴｅ膜上にＳｂ膜を形成し、チャンバ１１００内に第３パージガスを供給し、Ｓｂ膜上にＴｅソースを供給してＧｅＴｅ膜上にＳｂＴｅ膜を形成し、チャンバ１１００内に第４パージガスを供給することによって、相変化膜ＧＳＴ膜を形成することができる。相変化膜の組成はねソースの供給時間みによって調節することができる。これに対しては、特許文献７に詳細に開示され、この文献は、参照によりその全体が本願明細書に組み込まれる。
前記蒸着例は、図４を参照して説明したようにチャンバの圧力を一定に維持させて進行する、或いは図５を参照して説明したような圧力変動サイクルを採用することができる。前記蒸着例は、圧力変動サイクルを採用しながら図７を参照して後述したように、特定ソース供給の際のチャンバ圧力を異なるソース供給の際のチャンバ圧力に比べて高く設定して進行することができる。チャンバ温度は、特定範囲に制限されず、又は一程範囲に設定することができる。
図７は、本発明の実施形態による相変化膜の形成方法においての高圧蒸着条件を示すグラフとして、横軸はソース供給時間を示し、縦軸はソース及びチャンバの圧力を示す。
図７を参照すると、第１乃至第３ソースをチャンバへ供給する場合、チャンバの圧力を上げ、第１乃至第３ソースをパージする場合、チャンバの圧力を下げることができる。この際、特定ソースの組成を所望の値に設定するために特定ソース供給の際のチャンバ圧力を異なるソース供給の際のチャンバ圧力と異なるように設定することができる。
例えば、Ｇｅ含量を高めるためにＧｅソース供給の際のチャンバの圧力をＣ１に設定し、Ｔｅソース供給の際のチャンバの圧力をＣ２（＜Ｃ１）に設定し、Ｓｂソース供給の際のチャンバの圧力をＣ３（＜Ｃ１）に設定することができる。ここで、Ｃ２とＣ３のうちで、何れか一方が他方に比べて大きい、或いは同一でありうる。Ｇｅ供給圧力Ｓ１は、Ｔｅ供給圧力Ｓ２とＳｂ供給圧力Ｓ３に比べて高い値でありうる。Ｓ２とＳ３のうちで、何れか一方が他方に比べて大きい、或いは同一でありうる。選択的に、特定成分（例えば、Ｇｅ）の含量を任意に変更させるために特定ソース（例えば、Ｇｅソース）の供給時間又は供給量を変更させることができる。しかし、特定成分の組成比の変化は、ソース供給時間や供給量に比べて、チャンバ圧力変動により依存する。
これと異なる例として、各ソース供給の際のチャンバ圧力を同一に（Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３）設定することができる。これによるとチャンバ圧力を変動させない従来に比べて各ソースの分解を促進させることができる。
前記圧力変動サイクルを採用したＡＬＤ方式として相変化膜を蒸着する過程は次のように進行されることができる。
図６Ａを図７のように参照すると、第１反応ガス供給段階としてバルブ１５１５を開いてチャンバ１１００に反応ガスを供給する。反応ガスの供給とともに排気バルブ１１６５を閉鎖しチャンバ１１００をＣ１圧力に設定することができる。一例として、チャンバ１１００の温度は、特定範囲に制限されないことができる。他の例として、チャンバ１１００の温度は、ヒータ１１３０によって一程範囲に設定されることができる。例えば、チャンバ１１００の温度は、特定過程（例えば、ソース供給段階）又は全過程を通じて４００℃以下、例えば２５℃以上約２５０℃以下の範囲に設定することができる。
第１ソース供給段階としてＧｅソースをチャンバ１１００へ供給する。例えば、液状のＧｅソースが気化器１２１０で気化され、気化されたＧｅソースがキャリアガスに載せてＳ１圧力にチャンバ１１００へ供給されることができる。Ｓ１圧力は、Ｃ１圧力に比べて大きい値でありうる。Ｇｅソース供給時間は、任意に設定することができ、Ｇｅソース供給量は、Ｓ１圧力と供給時間によって変わることができる。チャンバ１１００へ供給されたＧｅソースは、反応ガスと反応するようになり、一例としてＮＨ３を反応ガスに採用した場合、ＮＨ３はＮＨ２−とＨ＋に分解された後にＧｅソースと反応するようになり、反応条件によって残留するＮは、Ｇｅ膜にドーピングされることができる。
第１ソースパージ段階としてＧｅソースの供給を中断して、パージガスをチャンバ１１００へ供給する。これと共に排気バルブ１１６５を開いて、チャンバ１１００の圧力をＣ１に比べて低い圧力に設定することによって、未反応ガスをチャンバ１１００からパージする。
第２反応ガス供給段階として反応ガスをチャンバ１１００へ供給する。この際、排気バルブ１１６５の閉鎖によってチャンバ１１００の圧力をＣ２（＜Ｃ１）に設定することができる。反応ガスは、Ｇｅソース供給の際の反応ガスＮＨ３と同一である、或いは異なることができる。本実施形態では、反応ガスとしてＮＨ３を採用した場合を例として説明する。
第２ソース供給段階としてＴｅソースをチャンバ１１００へ供給する。例えば、液状のＴｅソースが気化器１３１０で気化され、気化されたＴｅソースがキャリアガスに載せてＳ２（＜Ｓ１）圧力にチャンバ１１００へ供給されることができる。Ｓ２圧力は、Ｃ２圧力に比べて大きい値でありうる。Ｔｅソースと反応ガスの反応によってＧｅＴｅが蒸着されることができる。
第２ソースパージ段階としてＴｅソースの供給を中断してパージガスをチャンバ１１００へ供給する。排気バルブ１１６５を開いてチャンバ１１００の圧力をＣ２に比べて低い圧力に設定して、未反応ガスをチャンバ１１００から排出させることができる。
第３反応ガス供給段階として反応ガスＮＨ３をチャンバ１１００へ供給し、排気バルブ１１６５を閉じて、チャンバ１１００の圧力をＣ３（＜Ｃ１）に設定することができる。Ｃ３は、Ｃ２と同一である、或いは異なるように設定することができる。
第３ソース供給段階としてＳｂソースをチャンバ１１００へ供給する。例えば、液状のＳｂソースが気化器１４１０で気化され、気化されたＳｂソースがキャリアガスに載せてＳ３（＜Ｓ１）圧力にチャンバ１１００へ供給されることができる。Ｓ３圧力は、Ｓ２圧力と同一である、或いは異なることができる。Ｓｂソースと反応ガスとの反応にＧｅＴｅ上にＳｂが蒸着されることができる。
第３ソースパージ段階としてＳｂソースの供給を中断してパージガスをチャンバ１１００へ供給する。排気バルブ１１６５を開いてチャンバ１１００の圧力をＣ３に比べて低い圧力に設定して、未反応ガスをチャンバ１１００から排出させることができる。
第４反応ガス供給段階として反応ガスをチャンバ１１００へ供給し、排気バルブ１１６５を閉じてチャンバ１１００の圧力をＣ２に設定することができる。第４ソース供給段階としてＴｅソースをＳ２圧力にチャンバ１１００へ供給して反応ガスと反応させてＳｂＴｅを蒸着することができる。そして、第４ソースパージ段階としてＴｅソースの供給を中断してパージガスをチャンバ１１００へ供給する。排気バルブ１１６５を開いてチャンバ１１００の圧力をＣ２に比べて低い圧力に設定して未反応ガスをチャンバ１１００から排出させることができる。
上述した供給シーケンスＧ‐Ｔ‐Ｓ‐Ｔ（Ｇ＝Ｇｅ、Ｔ＝Ｔｅ、Ｓ＝Ｓｂ）、即ちＧ‐Ｔ供給シーケンスによってＧｅＴｅが蒸着され、Ｓ‐Ｔ供給シーケンスによってＳｂＴｅ（例えば、Ｓｂ２Ｔｅ３）が蒸着されることによって、相変化膜ＧＳＴが形成されることができる。各ソースの供給の際に必要によってバルブ１６１５を開いてドーパントガスをチャンバ１１００へより供給することができる。
本実施形態で上述したことは、供給シーケンスＧ‐Ｔ‐Ｓ‐Ｔに限定されずに、異なる供給シーケンス、例えばＧ‐Ｓ‐Ｔ、ＧＴ‐Ｔ‐Ｓ‐Ｔ、ＧＴ‐Ｓ‐Ｔ、ＧＴ‐ＳＴ、ＧＴ‐Ｔ‐Ｓ‐Ｔなどの多様な変形形態にも適用されることができる。
２７５℃以上の高温でＧＳＴ蒸着を行う際、比較的に大きいグレーン（ｇｒａｉｎ）の生成によって微細である、或いは複雑である形状の孔（図１の１２５を参照する）を均一に埋めたてることが難しくなりうる。しかし、本実施形態の方法によると、必要に応じＧＳＴ膜の結晶大きさを小さくするドーパント、例えばＳｉやＮを含むドーパントガスをチャンバ１１００へより供給することによって、２７５℃以上の高温でも小さな大きさのグレーンを有するＧＳＴをすることが蒸着できる。
相変化膜ＧＳＴは、上述したように２７５℃以上の蒸着温度では、グレーンが大きく生成されることのみではなく、略３５０℃程度の高温でＴｅが揮発する傾向があることが知られている。従って、２７５℃以下、例えば２５０℃以下の低温でＧＳＴを蒸着する必要があるという制約がありうる。しかし、低温蒸着の場合、ソースの不完全な分解によって、Ｇｅ含量が所望の値に及ばず、フューム（ｆｕｍｅ）のような不要なガスが発生されうる。従って、Ｇｅは、２５０℃以下では特に１Ｔｏｒｒ以下の低圧である場合に３ａｔｍ％未満で含まれうるので、多様な組成のＧＳＴを形成することができない。しかし、本実施形態の方法によると、図８Ｃを参照して後述したように２５０℃以下の低温でもＧｅ含量が２０ａｔｍ％以上であるＧＳＴを蒸着することができる。勿論、本実施形態の方法によると、２５０℃以上の温度、例えば３５０℃乃至４００℃以下の温度でもＧＳＴを蒸着することができる。
図８Ａ乃至図８Ｃは、図７の供給シーケンスＧ‐Ｔ‐Ｓ‐Ｔにおいて、Ｓｂ及びＴｅソース供給の際にチャンバ圧力を３Ｔｏｒｒに固定させた状態でＧｅソース供給の際にチャンバ圧力変化によるＧＳＴ蒸着結果を示すグラフである。グラフで、各成分の組成は原子百分率（ａｔｍ％）単位であり、ＧＳＴ膜の厚さはÅ単位である。位置は、ｍｍ単位としてウエハのセンタ（０ｍｍ）から端（１００ｍｍ）を示す。チャンバの温度は、約２５０℃程度に設定した。しかし、チャンバ温度は、これに限定されずに、全ての範囲の温度を含むことができる。例えば、チャンバ温度が２５０℃以上である、又は２５℃以上４００℃以下である場合にも本実施形態の方法を適用することができるということに留意するべきである。
図８Ａを参照すると、Ｇｅソース供給の際にチャンバ圧力を０．７Ｔｏｒｒに設定すると、略Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ＝８．０：２７．４：６４．６程度の組成比を有するようになり、ＧＳＴ膜は、略１９０Å程度の厚さに蒸着されることができる。Ｇｅ含量は、Ｔｅ及びＳｂに比べて相対的に非常に低く、ＧＳＴでの位置によってその組成が不均一である。
図８Ｂを参照すると、Ｇｅソース供給の際にチャンバ圧力を３Ｔｏｒｒ程度に上げると、Ｇｅ含量が相対的に増加して、組成比は、略Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ＝１８．８：２０．３：６０．９程度を示すようになる。ＧＳＴ膜は、略１９３Å程度の厚さに蒸着されることができる。ＧＳＴでのＧｅの組成分布が図８Ａに比べて相対的に優れていることがわかる。
図８Ｃを参照すると、Ｇｅソース供給の際にチャンバ圧力を７Ｔｏｒｒ程度に上げると、Ｇｅ含量が２０ａｔｍ％以上に増加して、組成比は、略Ｇｅ：Ｓｂ：Ｔｅ＝２３．３：１７．６：５９．１程度に設定され、Ｇｅ含量は、ＧＳＴ膜での位置に関係なく均一化
されたことがわかる。これは、チャンバ圧力が上がると反応ガスがＧｅソースを効果的に分解して、基板との反応を促進させることによって具現されると考えられる。
以上の本発明の詳細な説明は、開示された実施形態に本発明を制限するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で多様な異なる組み合わせ、変更及び環境で使用することができる。添付された特許請求の範囲は、異なる実施状態も含むものであると理解されるべきである。
本発明は、相変化メモリ素子を製造する半導体産業及び相変化メモリ素子を応用する電子製品を製造する製造業などに適用可能である。
１５１５ バルブ
１１００ チャンバ
１１６５ 排気バルブ
１１３０ ヒータ
１２１０、１３１０ 気化器

Claims (33)

  1. チャンバにソースを供給し、
    前記チャンバから前記ソースをパージし、
    前記ソースの供給及びパージによって、前記チャンバの圧力を変動させることを含むことを特徴とする相変化膜の形成方法。
  2. 前記チャンバの圧力を変動させることは、
    前記ソースを供給する場合、前記チャンバを高圧に設定し、
    前記ソースをパージする場合、前記チャンバを低圧に設定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化膜の形成方法。
  3. 前記ソースは、複数個の前駆体を含み、
    前記チャンバを高圧に設定することは、前記複数個の前駆体の供給の際に前記チャンバを同一の圧力に設定することを含むことを特徴とする請求項２に記載の相変化膜の形成方法。
  4. 前記ソースは、複数個の前駆体を含み、
    前記チャンバを高圧に設定することは、前記複数個の前駆体のうち、少なくとも何れか一つの供給の際のチャンバ圧力を前記複数個の前駆体のうち、残りの供給の際のチャンバ圧力に比べて高く設定することを含むことを特徴とする請求項２に記載の相変化膜の形成方法。
  5. 前記チャンバにソースを供給することは、
    前記ソースを不活性ガス、窒素、及びこれらの組み合わせのうち、少なくとも何れか一つを含むキャリアガスに載せて前記チャンバに運搬することを含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化膜の形成方法。
  6. 前記ソースと反応して、前記ソースを分解させることができるＨ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ＳｉＨ４、Ｂ２Ｈ６、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ及びこれらの組み合わせのうち、何れか一つを含む反応ガスを前記チャンバへ供給することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化膜の形成方法。
  7. 前記チャンバにＳｉ、Ｎ、Ｏ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｂ及びこれらの組み合わせを含むドーパントガスを供給することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化膜の形成方法。
  8. 前記チャンバにソースを供給することは、
    複数個の前駆体を前記チャンバへ供給して、Ｇａ‐Ｓｂ、Ｉｎ‐Ｓｂ、Ｉｎ‐Ｓｅ、Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｓｂ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｉｎ、Ｇｅ‐Ｂｉ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ａｓ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ、Ｇｅ‐Ｓｅ‐Ｔｅ、Ａｓ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｉｎ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇａ‐Ｓｅ‐Ｔｅ、Ｓｎ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇａ‐Ｓｂ‐Ｔｅ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ‐Ａｕ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ‐Ｐｄ、Ｇｅ‐Ｔｅ‐Ｓｎ‐Ｏ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｓ、（ＧｅＳｎ）‐Ｓｂ‐Ｔｅ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐（ＳｅＴｅ）、Ｉｎ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ａｇ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｏ、Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｎ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｓｉ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｔｅ‐Ｓｉ、５Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅ‐Ｓｉ、６Ａ族元素‐Ｓｂ‐Ｓｅ‐Ｓｉのうち、何れか一つを蒸着して相変化膜を形成することを含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化膜の形成方法。
  9. チャンバを提供し、
    前記チャンバに反応ガスを供給し、
    前記チャンバを高圧に設定して、ＧｅソースとＴｅソースとＳｂソースを供給し、
    前記ソースと前記反応ガスとの反応にＧｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅを蒸着し、
    前記チャンバを低圧に設定して、前記ソースをパージすることを含むことを特徴とする相変化膜の形成方法。
  10. 前記チャンバを高圧に設定することは、
    前記チャンバに供給されるソースによって前記チャンバの圧力を同一に設定する、或いは前記チャンバに供給されるソースによって前記チャンバの圧力を異なるように設定することを含むことを特徴とする請求項９に記載の相変化膜形成方法。
  11. 前記チャンバの圧力を異なるように設定することは、
    前記ソースのうち、何れか一つの供給の際のチャンバ圧力を残りの供給の際のチャンバ圧力に比べて高く設定することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の相変化膜形成方法。
  12. 前記Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅを蒸着することは、
    前記チャンバに前記Ｇｅソース及びＴｅソースを供給して、ＧｅＴｅを蒸着し、
    前記チャンバに前記Ｓｂソース及びＴｅソースを供給して、Ｓｂ２Ｔｅ３を蒸着し、ＧｅＴｅ−Ｓｂ２Ｔｅ３構造を有するＧｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅを形成することを含むことを特徴とする請求項９に記載の相変化膜形成方法。
  13. 前記チャンバにＳｉ、Ｎ、Ｏ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｂ及びこれらの組み合わせを含むドーパントガスを供給することをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の相変化膜形成方法。
  14. 前記チャンバを２５℃以上４００℃以下の温度範囲に設定することをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の相変化膜形成方法。
  15. 対向する上部電極と下部電極を形成し、
    前記上下部電極の間に相変化膜を形成することを含み、
    前記相変化膜を形成することは、
    チャンバに複数個の有機金属化合物を含む前駆体の供給及びパージを反復し、前記複数個の前駆体を前記チャンバに供給する際のチャンバ圧力を前記複数個の前駆体を前記チャンバからパージする際のチャンバ圧力に比べて高く設定することを含むことを特徴とする相変化メモリ素子の製造方法。
  16. 前記チャンバ圧力を高く設定することは、
    前記チャンバに供給される複数個の前駆体を区別せず、同一の圧力に設定する、或いは前記チャンバに供給される複数個の前駆体によって異なる圧力に設定することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の相変化メモリ素子の製造方法。
  17. 前記チャンバを前記複数個の前駆体によって異なる圧力に設定することは、
    前記複数個の前駆体のうちで、含量を高めようとする成分を含む前駆体の供給の際のチャンバ圧力を残りの前駆体の供給の際のチャンバ圧力に比べて高く設定することを含むことを特徴とする請求項１６に記載の相変化メモリ素子の製造方法。
  18. 前記相変化膜を形成することは、
    前記上部電極の一部と制限された接触面積を有し、前記上下部電極の間を満たす絶縁膜によって囲まれたＧｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅを蒸着することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の相変化メモリ素子の製造方法。
  19. 前記Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅを蒸着することは、
    前記チャンバを高圧に設定して、Ｇｅを含む前駆体と、Ｔｅを含む前駆体と、Ｓｂを含む前駆体を供給し、
    前記チャンバを低圧に設定して、前記前駆体をパージすることを含むことを特徴とする請求項１８に記載の相変化メモリ素子の製造方法。
  20. 前記Ｇｅ‐Ｓｂ‐Ｔｅを蒸着することは、
    前記チャンバの温度を２５℃以上４００℃以下に設定することをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の相変化メモリ素子の製造方法。
  21. 半導体ウエハが積載された反応チャンバに第１反応ガスを供給して、前記反応チャンバを第１気圧に設定し、
    前記第１気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第１メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第１メタロイドを蒸着し、
    前記反応チャンバを排気する間、前記反応チャンバにパージガスを供給して、前記反応チャンバの圧力を減少させ、
    前記半導体ウエハが積載された前記反応チャンバに第２反応ガスを供給して、前記反応チャンバを第２気圧に設定し、
    前記第２気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第２メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第２メタロイドを蒸着することを含み、
    前記第１及び第２メタロイドのうち、少なくとも何れか一つは、カルコゲンを含むことを特徴とする半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  22. 前記第１メタロイドはゲルマニウムＧｅを含み、前記第２メタロイドはテルルＴｅを含むことを特徴とする請求項２１記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  23. 前記第２気圧は、前記第１気圧より低いことを特徴とする請求項２２に記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  24. 前記第１及び第２反応ガスは、各々アンモニアＮＨ３を含むことを特徴とする請求項２２に記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  25. 前記第１気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第１メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第１メタロイドを蒸着する以前に、前記第１メタロイドを含む第１液化有機金属化合物を気化させて、前記気化された第１有機金属化合物をキャリアガスと混合して前記第１メタロイドを含むガスを生成させることを含み、
    前記第２気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第２メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第２メタロイドを蒸着する以前に、前記第２メタロイドを含む第２液化有機金属化合物を気化させて、前記気化された第２有機金属化合物をキャリアガスと混合して前記第２メタロイドを含むガスを生成させることを含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  26. 前記第２気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第２メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第２メタロイドを蒸着した以後に、
    前記反応チャンバを排気させる間、前記反応チャンバにパージガスを供給して、前記反応チャンバの圧力を減少させ、
    前記半導体ウエハが積載された前記反応チャンバに第３反応ガスを供給して、前記反応チャンバを第３気圧に設定し、
    前記第３気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第３メタロイドを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第３メタロイドを蒸着することを含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  27. 前記第１メタロイドはゲルマニウムＧｅを含み、前記第２メタロイドはテルルＴｅを含み、前記第３メタロイドはアンチモンＳｂを含むことを特徴とする請求項２６に記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  28. 前記第２及び第３気圧は、各々前記第１気圧より低いことを特徴とする請求項２７に記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  29. 前記３気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第３メタロイドを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第３メタロイドを蒸着した以後に、
    前記反応チャンバを排気させる間、前記反応チャンバにパージガスを供給して、前記反応チャンバの圧力を減少させ、
    前記半導体ウエハが積載された前記反応チャンバに第４反応ガスを供給して、前記反応チャンバを第４気圧に設定し、
    前記第４気圧より高い圧力で前記反応チャンバに前記第２メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第２メタロイドを蒸着することを含むことを特徴とする請求項２６に記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  30. 前記第１気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第１メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第１メタロイドを蒸着することは、前記第１気圧より高い圧力で前記反応チャンバにゲルマニウムＧｅ及びテルルＴｅを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記ゲルマニウム及びテルルを蒸着することを含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  31. 前記第２気圧より高い圧力で前記反応チャンバに第２メタロイドを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記第２メタロイドを蒸着することは、前記第２気圧より高い圧力で前記反応チャンバにアンチモンＳｂ及びテルルＴｅを含むガスを供給して、前記半導体ウエハ上に前記アンチモン及びテルルを蒸着することを含むことを特徴とする請求項３０に記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  32. 前記第１及び第２メタロイドを含むガスを供給すると同時に、シリコンＳｉ、窒素Ｎ、酸素Ｏ、ビスマスＢｉ、錫Ｓｎ及び／又は硼素Ｂを含むドーパントガスを前記反応チャンバに供給し、前記反応チャンバを２７５℃以上の温度に維持することを含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法。
  33. 請求項２１に記載の半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する方法を実行することを特徴とする半導体ウエハ上に相変化物質膜を形成する装置。
JP2009201528A 2008-09-03 2009-09-01 相変化膜の形成方法及び装置、これを利用した相変化メモリ素子の製造方法 Active JP5461927B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080086959A KR101521998B1 (ko) 2008-09-03 2008-09-03 상변화막 형성방법
KR10-2008-0086959 2008-09-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010059546A JP2010059546A (ja) 2010-03-18
JP5461927B2 true JP5461927B2 (ja) 2014-04-02

Family

ID=41726053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009201528A Active JP5461927B2 (ja) 2008-09-03 2009-09-01 相変化膜の形成方法及び装置、これを利用した相変化メモリ素子の製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8980679B2 (ja)
JP (1) JP5461927B2 (ja)
KR (1) KR101521998B1 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6289908B2 (ja) * 2011-08-19 2018-03-07 東京エレクトロン株式会社 Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ膜の成膜方法、Ｓｂ−Ｔｅ膜の成膜方法及びプログラム
JP6202798B2 (ja) 2011-10-12 2017-09-27 エーエスエム インターナショナル エヌ．ヴェー．Ａｓｍ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｎ．Ｖ． 酸化アンチモン膜の原子層堆積
US8956704B2 (en) * 2012-05-21 2015-02-17 Novellus Systems, Inc. Methods for modulating step coverage during conformal film deposition
JP6017396B2 (ja) * 2012-12-18 2016-11-02 東京エレクトロン株式会社 薄膜形成方法および薄膜形成装置
US9076962B2 (en) * 2013-03-15 2015-07-07 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Nonvolative memory
WO2015145746A1 (ja) * 2014-03-28 2015-10-01 株式会社日立製作所 相変化薄膜気相成長方法及び相変化薄膜気相成長装置
KR102293859B1 (ko) * 2014-12-22 2021-08-25 삼성전자주식회사 가변 저항 메모리 소자 및 이의 제조 방법
US9672906B2 (en) 2015-06-19 2017-06-06 Macronix International Co., Ltd. Phase change memory with inter-granular switching
KR102322960B1 (ko) * 2015-07-15 2021-11-05 삼성전자주식회사 반도체 소자 제조 방법
CN106676499B (zh) * 2015-11-06 2020-07-03 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种mocvd气体喷淋头预处理方法
KR20180066325A (ko) 2016-12-07 2018-06-19 삼성전자주식회사 가변 저항 메모리 소자
KR102153634B1 (ko) * 2017-11-22 2020-09-08 한양대학교 산학협력단 열전 소자 및 그 제조 방법
WO2019118931A1 (en) * 2017-12-16 2019-06-20 Hsu Fu Chang 3d vertical memory array cell structures with individual selectors and processes

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100372076C (zh) * 2000-12-05 2008-02-27 东京毅力科创株式会社 被处理体的处理方法及处理装置
JP4595702B2 (ja) * 2004-07-15 2010-12-08 東京エレクトロン株式会社 成膜方法、成膜装置及び記憶媒体
JP4718141B2 (ja) * 2004-08-06 2011-07-06 東京エレクトロン株式会社 薄膜形成方法及び薄膜形成装置
KR100632948B1 (ko) * 2004-08-06 2006-10-11 삼성전자주식회사 칼코겐화합물 스퍼터링 형성 방법 및 이를 이용한 상변화 기억 소자 형성 방법
DE102006038885B4 (de) 2005-08-24 2013-10-10 Wonik Ips Co., Ltd. Verfahren zum Abscheiden einer Ge-Sb-Te-Dünnschicht
KR100704125B1 (ko) 2005-08-24 2007-04-06 주식회사 아이피에스 Ｇｅ-Ｓｂ-Ｔｅ 박막증착방법
KR100704124B1 (ko) * 2005-08-24 2007-04-06 주식회사 아이피에스 Ｇｅ-Ｓｂ-Ｔｅ 박막증착방법
KR100962623B1 (ko) * 2005-09-03 2010-06-11 삼성전자주식회사 상변화 물질층 형성 방법, 이를 이용한 상변화 메모리 유닛및 상변화 메모리 장치의 제조 방법
KR100695168B1 (ko) 2006-01-10 2007-03-14 삼성전자주식회사 상변화 물질 박막의 형성방법, 이를 이용한 상변화 메모리소자의 제조방법
EP2018642A4 (en) * 2006-05-12 2009-05-27 Advanced Tech Materials LOW TEMPERATURE DEPOSITION OF STORAGE MATERIALS
KR20060076262A (ko) 2006-06-14 2006-07-04 삼성전자주식회사 상변화 메모리 제조 장치 및 이를 이용한 상변화 메모리장치 제조 방법
KR100780865B1 (ko) * 2006-07-19 2007-11-30 삼성전자주식회사 상변화막을 포함하는 반도체 소자의 형성 방법
KR100791477B1 (ko) * 2006-08-08 2008-01-03 삼성전자주식회사 상변화 메모리 유닛, 이의 제조 방법, 이를 포함하는상변화 메모리 장치 및 그 제조 방법
JP4228008B2 (ja) * 2006-08-23 2009-02-25 エルピーダメモリ株式会社 半導体装置の製造方法
US8235001B2 (en) * 2007-04-02 2012-08-07 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device
KR20090029488A (ko) 2007-09-18 2009-03-23 삼성전자주식회사 Ｔｅ 함유 칼코게나이드막 형성 방법 및 상변화 메모리소자 제조 방법
US7491573B1 (en) * 2008-03-13 2009-02-17 International Business Machines Corporation Phase change materials for applications that require fast switching and high endurance

Also Published As

Publication number Publication date
US8980679B2 (en) 2015-03-17
KR101521998B1 (ko) 2015-05-21
US20100055829A1 (en) 2010-03-04
JP2010059546A (ja) 2010-03-18
KR20100027869A (ko) 2010-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5461927B2 (ja) 相変化膜の形成方法及び装置、これを利用した相変化メモリ素子の製造方法
KR100780865B1 (ko) 상변화막을 포함하는 반도체 소자의 형성 방법
US7807497B2 (en) Phase-change material layers, methods of forming the same, phase-change memory devices having the same, and methods of forming phase-change memory devices
KR101622327B1 (ko) 상변화 메모리 소자들에서 전극들의 기상 제조 방법들
US8852686B2 (en) Method of forming phase change material layer using Ge(II) source, and method of fabricating phase change memory device
KR100695168B1 (ko) 상변화 물질 박막의 형성방법, 이를 이용한 상변화 메모리소자의 제조방법
US7569417B2 (en) Method of forming a phase changeable material layer, a method of manufacturing a phase changeable memory unit, and a method of manufacturing a phase changeable semiconductor memory device
JP5373056B2 (ja) カルコゲナイド薄膜の形成方法
US20100159637A1 (en) Antimony precursor, phase-change memory device using the antimony precursor, and method of manufacturing the phase-change memory device
US20090075420A1 (en) Method of forming chalcogenide layer including te and method of fabricating phase-change memory device
US8785239B2 (en) Methods of depositing antimony-comprising phase change material onto a substrate and methods of forming phase change memory circuitry
JP2011114344A (ja) 可変抵抗メモリ装置の製造方法及び可変抵抗メモリ装置
US9793476B2 (en) Apparatus and method for treating a substrate
KR20220079632A (ko) 티타늄 실리콘 나이트라이드 장벽 층
US8372483B2 (en) Methods for forming thin films comprising tellurium
KR101952729B1 (ko) 원자층 증착을 이용한 칼코겐-함유 막의 제조 방법
US8716060B2 (en) Confined resistance variable memory cell structures and methods
US8834968B2 (en) Method of forming phase change material layer using Ge(II) source, and method of fabricating phase change memory device
US20090263934A1 (en) Methods of forming chalcogenide films and methods of manufacturing memory devices using the same
KR20090111742A (ko) 칼코게나이드 박막 형성방법 및 이를 이용한 메모리 소자의제조방법
KR20060097870A (ko) 상변화 기억소자 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120824

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131025

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131105

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131204

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131220

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140116

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5461927

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250