KR100631400B1 - 상변화 메모리용 칼코제나이드막 증착 방법 - Google Patents
상변화 메모리용 칼코제나이드막 증착 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100631400B1 KR100631400B1 KR1020060059097A KR20060059097A KR100631400B1 KR 100631400 B1 KR100631400 B1 KR 100631400B1 KR 1020060059097 A KR1020060059097 A KR 1020060059097A KR 20060059097 A KR20060059097 A KR 20060059097A KR 100631400 B1 KR100631400 B1 KR 100631400B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- film
- plasma
- phase change
- reaction gas
- chalcogenide
- Prior art date
Links
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000151 deposition Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910000763 AgInSbTe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910005537 GaSeTe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910005872 GeSb Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910005898 GeSn Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910005900 GeTe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910018321 SbTe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910004284 Te81Ge15Sb2S2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910018219 SeTe Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- FESBVLZDDCQLFY-UHFFFAOYSA-N sete Chemical compound [Te]=[Se] FESBVLZDDCQLFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 19
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 229910006913 SnSb Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 4
- -1 InSbGe Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910017629 Sb2Te3 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910006905 SnSb2Te4 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 208000034155 RAS-associated autoimmune leukoproliferative disease Diseases 0.000 description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 201000009200 autoimmune lymphoproliferative syndrome type 4 Diseases 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 3
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 108010014691 Lithostathine Proteins 0.000 description 1
- 102100027361 Lithostathine-1-alpha Human genes 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
Images
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
- C23C16/22—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
- C23C16/50—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 using electric discharges
- C23C16/505—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 using electric discharges using radio frequency discharges
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- H10N70/20—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
-
- 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
-
- 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)
- Metallurgy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
본 발명은 상변화 메모리용 칼코제나이드(chalcogenide)막 증착 방법을 개시한다. 본 발명에서는 PECVD나 PEALD 방법과 같이 플라즈마를 이용해서 상변화 메모리용 칼코제나이드막을 증착함에 있어, He을 포함하는 플라즈마 반응가스를 사용함으로써 막의 결정성을 조절할 수 있고, 증착된 막의 결정립의 크기 및 모폴러지를 조절할 수 있다.
Description
도 1은 상변화 메모리 셀 어레이 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 상변화 메모리의 리셋(reset)/셋(set) 원리를 보이는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 증착 방법을 가지고 구현할 수 있는 상변화 메모리의 개략적인 단면도이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 증착 방법을 수행하기 위한 장비의 모식도이다.
도 5a는 압력에 따른 Ar의 브레이크다운 전압(breakdown voltage)을 도시한 그래프이고, 도 5b는 압력에 따른 H2와 He의 브레이크다운 전압을 도시한 그래프이다.
도 6a는 플라즈마 반응가스로 He 첨가에 따른 칼코제나이드막의 XRD 결과를 도시하고, 도 6b는 플라즈마 반응가스로 H2 첨가에 따른 칼코제나이드막의 XRD 결과를 도시한다.
도 7은 플라즈마 반응가스로 He 첨가에 따른 모폴러지(morphology)를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200...챔버 210...샤워헤드 220...제1 교류 전원
230...기판 240...지지부 250...제2 교류 전원
본 발명은 상변화 메모리(phase-change memory)에 관한 것으로서, 특히 상변화 메모리의 상변화막인 칼코제나이드(chalcogenide)막의 증착 방법에 관한 것이다.
상변화 메모리는 비정질/결정질의 결정 상태에 따라 전기적 저항이 변하는 칼코제나이드 물질로 이루어진 상변화막을 메모리 셀에 이용하는 소자로서, 비휘발성, 빠른 읽기/쓰기 속도, 낮은 소비전력, 높은 신뢰성 및내구성, 소자의 집적성 등으로 인해 주목받고 있다. 이러한 상변화 메모리에서는 전류에 의한 줄 열(Joule heating)을 상변화의 열원으로 사용하고 있다. 도 1은 일반적인 상변화 메모리 셀어레이 구조를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 메모리 셀은 워드라인(WL)에 게이트가 연결된 하나의 셀 트랜지스터(CTR)와, 셀 트랜지스터(CTR)의 드레인과 비트라인(BL) 사이에 상변화 셀(PCC)과 저항(R)이 직렬로 연결된 구조를 가진다. 워드라인(WL)과 비트라인(BL)이 선택되면 선택된 상변화 셀(PCC)로 전류가 인가되어 상변화 셀(PCC)의 결정 상태를 변화시킨다.
도 2는 이러한 상변화 메모리의 원리를 보이는 도면이다. 도 2에 도시된 것과 같이, 상변화막(20) 하부의 트랜지스터에서 콘택(10)을 거쳐 2㎃ 정도의 높은 전류펄스를 50㎱ 정도 동안 상변화막(20)으로 인가하여 녹는점(Tm)까지 가열한 후, 펄스가 중단되었을 때의 빠른 냉각속도를 이용하여 상변화막(20)과 콘택(10)의 접촉 부위에 저항이 높은 완전 비정질 상태의 프로그래밍 영역(30)을 형성한다. 이러한 상태를 리셋(reset) 상태라 하고 예를들어 데이터 "1"이 저장된 것으로 정의한다.
이 상태에서, 0.1㎃ 정도의 전류 펄스를 상변화막(20) 하부의 트랜지스터에서 콘택(10)을 거쳐 상변화막(20)으로 인가하여 상변화막(20)을 결정화 온도로 유지하였다가 온도를 낮춘다. 이렇게 하면 리셋 상태의 프로그래밍 영역은 다시 저항이 낮은 결정질 상태로 회복되며, 이러한 상태를 셋(set) 상태라 하고 예를들어 데이터 "0"이 저장된 것으로 정의한다. 저장된 데이터를 읽을 때에는 리셋 전류와 셋 전류보다 더 낮은 전류를 인가하여 저항 변화를 확인한다.
상변화막으로 사용되는 칼코제나이드 화합물은 일반적으로 플라즈마를 이용한 PECVD, PEALD 또는 RCVD, RALD를 이용하여 증착하는데 PECVD, PEALD나 RCVD, RALD 특성상 조성 조절은 용이하나, 결정성이 지나치게 뚜렷한 주상(columnar) 구조로 막이 증착되며 균일도가 좋지 않다.
현재 소자는 갈수록 고집적화되는 추세이므로, 상변화 메모리 역시 메모리셀의 크기가 작아지고 메모리 셀에 할당할 수 있는 전력이 그에 따라 적어지기 때문 에, 저전력으로 구동할 수 있는 것이 아주 중요하다.
또한, 상변화막 결정립의 크기가 지나치게 크거나, 혹은 표면의 거칠기가 좋지 않을 경우에는 상변화에 따르는 막의 체적 변화가 심하여 소자의 특성을 악화시킬 수 있다.
이와 같이, 소자가 고집적화될수록 상변화막의 결정성 및 결정립의 크기가 중요해지고 있으나, 현재의 증착 방법으로는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상변화막을 증착하는 데 있어서 막의 결정성을 조절하고 결정립의 크기를 제어하여 우수한 모폴로지를 얻을 수 있는 증착 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 상변화 메모리용 칼코제나이드막 증착 방법에서는, 플라즈마를 이용한 상변화 메모리용 칼코제나이드막 증착 방법에 있어서, 플라즈마 반응가스로 He을 포함하는 반응가스를 사용하여 국부적 또는 전체적으로 비정질의 칼코제나이드막을 증착하는 것이다.
상기 플라즈마의 주파수 대역은 300KHz에서 27.12MHz까지일 수 있고, 상기 칼코제나이드막은GaSb, InSb, InSe, Sb2Te3, GeTe, Ge2Sb2Te5, InSbTe, GaSeTe, SnSb2Te4, InSbGe, AgInSbTe, (GeSn)SbTe, GeSb(SeTe), Te81Ge15Sb2S2 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한 상기 플라즈마의 주파수 대역은 2MHz에서 27.12MHz까지의 주파수 대역에서 상기 He의 양을 조절하여 상기 칼코제나이드막 내에 포함되는 불순물의 농도를 1~10%까지 조절하는 것이 바람직하다. 상기 불순물은 증착되는 막의 원료인 소스와 반응가스 내에 존재하는 고용형 원소를 포함할 수 있으며, 예를 들어, C, N, P, B 및 이들의 조합일 수 있다. 적당한 He의 양은 주파수 영역에 따라 다르지만, 50~1000sccm으로 할 수 있다.
기타 실시예의 구체적 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 증착 방법에 관한 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 3은 본 발명에 따른 증착 방법을 가지고 구현할 수 있는 상변화 메모리의 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상변화막(100)은 기판(150) 상에 형성된 MOS 트랜지스터(160)의 소오스(S)와 도전플러그(170)를 통해 연결되는 제1 금속배선(110)과 제2 금속배선(120) 사이에 놓이고 하부전극 콘택(130)과 상부전극 콘택(140)을 통해 각 금속배선(110, 120)과 연결되어 있다. 상변화막(100)으로 이용될 수있는 물질의 예로서, 이원 화합물로는 GaSb, InSb, InSe, Sb2Te3, GeTe 등이 있고, 삼원 화합물로 는 Ge2Sb2Te5, InSbTe, GaSeTe, SnSb2Te4, InSbGe 등이 있다. 사원 화합물로는 AgInSbTe, (GeSn)SbTe, GeSb(SeTe), Te81Ge15Sb2S2 등이 있다.
상변화막(100)과의 콘택 면적을 좁히기 위하여 스페이서(145)가 형성되고, 하부전극 콘택(130)은 Ti/TiN 플러그로 구성된다. Ti/TiN 플러그는 하부전극콘택홀에 CVD 방법으로 Ti/TiN을 증착하고 CMP(Chemical Mechanical Polishing)로 평탄화시켜 형성한다. 스페이서(145)의 크기를 조절함으로써 콘택 면적을 40 - 70㎚ 정도로 만들 수 있다. 상변화막(100) 위에는Ti/TiN막(105)을 형성하여 상부전극 콘택(140)과의 접착성을 높인다. 상부전극 콘택(140)은 W 플러그로 구성된다. W 플러그는 상부전극 콘택홀에CVD 방법으로 W을 증착하고 CMP로 평탄화시켜 형성한다. MOS 트랜지스터(160)의 드레인(D)과 도전플러그(170)를 통해 연결되는 제1 금속배선(110)으로 구성된 드레인 라인도 형성된다. MOS 트랜지스터(160)는 0.24㎛ CMOS 공정 기술로 구현할 수 있으며, 예컨대 35Å 정도 두께의 게이트 절연막을 형성함으로써, 3V 게이트 전압에서 2mA 이상을 전달할 수 있다. MOS 트랜지스터(160)의 소오스(S), 드레인(D)과 도전플러그(170)의 직렬 저항성분을 감소시키기 위하여, 소오스(S)/드레인(D)에 Co 샐리사이드(salicide) 공정을 추가할 수도 있다.
전류는 상변화막(100)을 통해 하부전극 콘택(130)으로부터 상부전극 콘택(140)으로 흐른다. 줄 열에 의한 가열과 전류 차단에 의한 냉각으로, 상변화막(100)과 하부전극 콘택(130)의 계면에서 상변화가 일어난다.
도 4a와 도 4b는 이러한 상변화막(100)을 증착하기 위한 본 발명에 따른 증 착방법을 수행하기 위한 장비의 모식도이다.
먼저 도 4a를 참조하면, 상변화막(100)인 칼코제나이드막을 증착하는 챔버(200)의 샤워헤드(210)의 일측에 제1 교류 전원(220)을 인가하고 반대편은 접지한다. 그리고, 칼코제나이드막이 증착되는 기판(230)을 지지하는 지지부(240)의 일측에 제2 교류 전원(250)을 인가하고 반대편은 접지한다. 이 때, 샤워헤드(210)의 접지 부분과 지지부(240)의 전원 인가 부분, 샤워헤드(210)의 전원 인가 부분과 지지부(240)의 접지 부분이 서로 대향되게 할 수 있다. 지지부(240)는 장비 종류에 따라서는 서셉터 또는 스테이지 히터라고 지칭될 수 있다.
이러한 장비 내에 기판(230)을 로딩한 다음, 제1 교류 전원(220)과 제2 교류 전원(250) 중 적어도 어느 하나의 주파수 대역이 300KHz에서 27.12MHz까지 되도록 하여 챔버(200) 내에 플라즈마를 발생시키고 이 플라즈마를 이용하여 PECVD, PEALD 또는 RCVD, RALD 등의 방법으로 기판(230) 상에 칼코제나이드막을 증착할 수 있다. 이 때 플라즈마 반응가스로서 He을 포함하는 반응가스를 사용한다. 예컨대 He과 Ar의 혼합가스를 사용한다.
도 4b의 장비는 도 4a의 장비와 유사하나, 샤워헤드(210)에만 제1 교류 전원(220)을 인가하고, 지지부(240)는 접지한다. 이러한 장비 내에 기판(230)을 로딩한 다음, 제1 교류 전원(220)의 주파수 대역이 300KHz에서 27.12MHz까지 되도록 하여 챔버(200) 내에 플라즈마를 발생시키고 이 플라즈마를 이용하여 PECVD 또는 PEALD 등의 방법으로 기판(230) 상에 칼코제나이드막을 증착한다.
이상과 같은 장비들을 이용해 증착되는 칼코제나이드막은 GaSb, InSb, InSe, Sb2Te3, GeTe, Ge2Sb2Te5, InSbTe, GaSeTe, SnSb2Te4, InSbGe, AgInSbTe, (GeSn)SbTe, GeSb(SeTe), Te81Ge15Sb2S2 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있으며 이러한 막들을 기본으로 하는 어떠한 변형막이라도 증착할 수 있다.
도 5a는 압력에 따른 Ar의 브레이크다운 전압을 도시한 그래프("Low-pressure argon breakdown in combined dc and rf fields", M. Radmilovic-Radjenovic, J.K.Lee, Z.Lj. Petrovic, XXVIIth ICPIG, Eindhoven, the Netherlands, 18-22 July, 2005로부터 발췌)이고, 도 5b는 압력에 따른 H2와 He의 브레이크다운 전압을 도시한 그래프("RF Breakdown Studies at ORNL", John Caughman, A.V, W.B, D.S and D.R., Oak Ridge National Lab., ICRF Technology Workshop, 15th Topical Conference on Radio Frequency Power in Plasma, May 21, 2003로부터 발췌)이다.
먼저 도 5a에서 속이 채워진 네모는 실험결과이고, 속이 빈 네모는 전산모사 결과이다. 점선은 이론적인 예측값이다. 도 5a에서 볼 수 있는 바와같이, Ar의 브레이크다운 전압은 1 torr 이상에서 150-200V이다.
다음 도 5b에서 동그라미는 H2의 브레이크다운 전압이고 세모는 He의 브레이크다운 전압이다. 도 5b에서 볼 수 있는 바와 같이, H2의 브레이크다운 전압은 1 torr 이상에서 0.2V 정도이고, He의 브레이크다운 전압은 1 torr 이상에서 0.1V 정 도이다.
본 발명에서는 플라즈마 반응가스로 도 5b의 He과 같은 브레이크다운 전압이 작은 가스를 첨가하여 플라즈마의 안정성을 좋게 한다. 예컨대 플라즈마 반응가스의 기저 가스로는 Ar을 사용하고 여기에 He을 첨가한다. 플라즈마가 균일하고 안정하게발생하면 증착 초기에 비교적 많은 핵 생성 사이트를 만들어 상변화막의 결정립이 조대해지는 것을 방지하여 결정립의 크기를 작게 형성할 수 있다. 그리고 결정성을 약화시켜, 전체적으로 또는 국부적으로 비정질화시킬 수 있다. 또한, 상변화막을 치밀하게 형성할 수 있고, 표면 거칠기와 균일도가 좋은 막을 형성할 수 있다. 따라서, 막의 결정성을 조절할 수 있고, 증착된 막의 결정립의 크기 및 모폴러지를 조절할 수 있다.
도 6a는 플라즈마 반응가스로 He 첨가에 따른 칼코제나이드막의 XRD 결과를 도시하고, 도 6b는 플라즈마 반응가스로 H2 첨가에 따른 칼코제나이드막의 XRD 결과를 도시한다.
도 6a를 참조하면, He의 양을 50sccm에서부터 200sccm까지 50sccm씩 순차적으로 증가시키며 XRD 측정을 하였다. 결정(crystal) 피크가 보이지 않는다. 이와 같이 본 발명에서처럼 He을 사용하면 증착되는 막을 국부적 또는 전체적으로 비정질(amorphous) 형태로 만들 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 방법을 이용하면 칼코제나이드막의 결정성을 제어할 수 있다.
앞에서도 언급한 바와 같이, 칼코제나이드막의 결정성이 뚜렷하면 막의 비저 항이 낮아 상변화시키는 데 더 큰 전력이 요구되는 단점이 있다. 그러나, 본 발명에 따르면 칼코제나이드막을 비정질로 만들 수 있으므로 저전력화에 효과적이다. 이와 대조적으로, 도 6b를 참조하면 XRD 피크의 강도로부터 H2 첨가시에는 결정성이 뚜렷해지는 것을 알 수 있다.
도 7은 플라즈마 반응가스로 He 첨가에 따른 모폴러지(morphology)를 도시한다.
먼저 도 7의 (a)는 플라즈마 주파수가 27.12MHz인 경우 He 사용전의 칼코제나이드막의 표면 및 단면 SEM 사진이다. (a)의 경우는 결정립이 매우 크고 표면 모폴러지가 나쁘다. (b)는 플라즈마 주파수가 27.12MHz인 경우 He 사용 후의 칼코제나이드막의 표면 및 단면 SEM 사진이다. (b)의 경우는 (a)보다 결정립이 작고 표면 모폴러지도 좋다. (a)와 (b)의 단순 비교를 통해 보더라도 He 사용 후 모폴러지가 개선된 것을 알 수 있다. 실제, (a)의 두께 균일도는 27%이고 (b)의 두께 균일도는 7%로써, He 사용 후 상당히 개선됨을 확인할 수 있다.
다음, 도 7의 (c)는 플라즈마 주파수가 300KHz인 경우 He 사용전의 칼코제나이드막의 표면 및 단면 SEM 사진이다. (c)의 경우 (a)보다는 결정립이 작지만 결정립이 큰 편에 속하고 표면 모폴러지도 좋지 않다. (d)는 플라즈마 주파수가 300KHz인 경우 He 사용 후 칼코제나이드막의 표면 및 단면 SEM 사진이다. (d)의 경우는 결정립이 작고 표면 모폴러지도 좋다. (c)와 (d)의 단순 비교를 통해 보더라도 He 사용 후 모폴러지가 개선된 것을 알 수 있다. 실제, (c)의 두께 균일도는 9%이고 (b)의 두께 균일도는 0.8%로써, He 사용 후 상당히 개선됨을 확인할 수 있다.
이상 종합하여 보면, 도 7에서 보는 바와 같이, 주파수 300KHz와 27.12MHz에서 He 첨가 유무에 따라 모폴러지 변화가 뚜렷하며, 두께 균일도 변화도 크게는 20~30%에서 1% 미만으로 감소하였다.
본 발명자들이 실험한 결과, 27.12MHz 주파수의 플라즈마를 이용해 증착한 칼코제나이드막에서는 환원성 가스의 양에 관계없이 불순물의 함량이 1% 미만이었다. 그러나, 본 발명에서처럼 반응가스에 He을 첨가하여 동일한 방법으로 증착하면 그 양에 따라 불순물을 수%까지 늘릴수 있었다. 본 발명에서 플라즈마의 주파수 대역을 300KHz에서 27.12MHz까지, 바람직하게는 2MHz에서 27.12MHz까지로 하고, He의 양을 조절하면 칼코제나이드막 내에 포함되는 불순물의 농도를 1~10%까지 조절할 수가 있다. 여기서의 불순물은 증착되는 막의 원료인 소스와 반응가스 내에 존재하는 고용형 원소를 포함할 수 있으며, 예를 들어, C, N, P, B 및 이들의 조합일 수 있다. 적당한 He의 양은 주파수 영역에 따라 다르지만, 50~1000sccm으로 할 수 있다.
칼코제나이드 상변화막을 이용하는 상변화 메모리의 저전력화는 칼코제나이드 화합물 내에 함유되어 있는 고용형 불순물의 농도와 깊은 관련이있다. 불순물은 상 내의 격자 구조에 응력을 발생시키므로, 구동에 필요한 전력 인가시에 상변화에 필요한 에너지를 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 발명에서는 이와 같이 브레이크다운 전압이 작은 반응가스인 He을 첨가해 플라즈마를 안정하게 하여 핵생성 사이트를 늘리고 MO 소스의 분해정도를 조절하여 높은 주파수 영역에서도증착된 칼코제나이드막에 수%의 불순물을 잔존할 수 있게 한다.
종래에는 13.56MHz 이상의 주파수를 사용하여 칼코제나이드막을 증착한다. 이러한 주파수에서는, 소스의 분해가 활발하고 증착 온도가 낮은 상변화 메모리의 일반적인 특성과 상반되게 플라즈마 자체에서발생하는 이온, 전자, 중성 입자들간의 충돌에서 기인하는 온도 상승효과가 있으므로 소스 내에존재하는 C 등의 불순물이 과도하게환원되어 제거되는 효과가 있어 불순물이 막내에 잔존하기가 어렵다. 따라서, 별도의 도핑 과정을 실시해야만 한다. 그러나, 본 발명에 따르면 13.56MHz 이상의 주파수를 사용하더라도 증착시 He을 포함하는 반응가스를 사용함으로써 별도의 도핑 과정없이도 칼코제나이드막 내에 불순물이 포함되도록 할 수 있다.
이상 종합해 보면, 본 발명에서는 PECVD, PEALD나 RCVD, RALD 방법과 같이 플라즈마를 이용한 방법으로 상변화막을 증착할 때, He을 포함하는 반응가스를 이용함으로써 막의 결정성을 조절할 수 있고, 증착된 막의 결정립의 크기 및 모폴러지를 조절할 수 있으며 별도의 도핑 공정필요 없이 적절한 양의 불순물을 함유하는 막을 증착할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은변형이 가능함은 명백하다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 PECVD, PEALD나 RCVD, RALD 방법과 같이 플 라즈마를 이용한 방법으로 상변화막을 증착할 때 He을 포함하는 반응가스를 이용한다. He은 브레이크다운 전압이 작아 플라즈마가 균일하고 안정하게 발생되도록 한다. He을 이용하면, 증착 초기에 비교적 많은 핵 생성 사이트를 만들어 결정립의 크기를 작게 형성할 수 있다. 과도한 결정성장을 억제하여 상변화막의 결정성을 조절할 수 있으며, 증착되는 막을 비정질 형태로 만들 수도 있어 저전력화에 효과적이다. 뿐만 아니라 치밀한 칼코제나이드막을 형성할 수 있고, 표면 거칠기와 균일도가 좋은 막을 형성할 수 있다.
Claims (6)
- 플라즈마를 이용한 상변화 메모리용 칼코제나이드막 증착 방법에 있어서,플라즈마 반응가스로 He을 포함하는 반응가스를 사용하여 상기 칼코제나이드막을 증착하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 플라즈마의 주파수 대역은 300KHz에서 27.12MHz까지인 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 칼코제나이드막은 GaSb, InSb, InSe, Sb2Te3, GeTe, Ge2Sb2Te5, InSbTe, GaSeTe, SnSb2Te4, InSbGe, AgInSbTe, (GeSn)SbTe, GeSb(SeTe), Te81Ge15Sb2S2 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 플라즈마의 주파수 대역은 2MHz에서 27.12MHz까지이고, 상기 He의 양을 조절하여 상기 칼코제나이드막 내에 포함되는 불순물의 농도를 1~10%까지 조절하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 불순물은 고용형 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 불순물은 C, N, P, B 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060059097A KR100631400B1 (ko) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | 상변화 메모리용 칼코제나이드막 증착 방법 |
| US12/301,071 US7803656B2 (en) | 2006-06-29 | 2007-05-18 | Method of depositing chalcogenide film for phase-change memory |
| PCT/KR2007/002425 WO2008002017A1 (en) | 2006-06-29 | 2007-05-18 | Method of depositing chalcogenide film for phase-change memory |
| CN2007800226025A CN101473417B (zh) | 2006-06-29 | 2007-05-18 | 沉积用于相变存储器的硫族化物膜的方法 |
| TW096118178A TWI366608B (en) | 2006-06-29 | 2007-05-22 | Method of depositing chalcogenide film for phase-change memory |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060059097A KR100631400B1 (ko) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | 상변화 메모리용 칼코제나이드막 증착 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100631400B1 true KR100631400B1 (ko) | 2006-10-04 |
Family
ID=37622854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060059097A KR100631400B1 (ko) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | 상변화 메모리용 칼코제나이드막 증착 방법 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7803656B2 (ko) |
| KR (1) | KR100631400B1 (ko) |
| CN (1) | CN101473417B (ko) |
| TW (1) | TWI366608B (ko) |
| WO (1) | WO2008002017A1 (ko) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI291745B (en) * | 2005-11-30 | 2007-12-21 | Ind Tech Res Inst | Lateral phase change memory with spacer electrodes and method of manufacturing the same |
| US7906368B2 (en) * | 2007-06-29 | 2011-03-15 | International Business Machines Corporation | Phase change memory with tapered heater |
| KR101394263B1 (ko) * | 2008-02-19 | 2014-05-14 | 삼성전자주식회사 | 비휘발성 기억 소자 및 그 형성 방법 |
| US8031518B2 (en) * | 2009-06-08 | 2011-10-04 | Micron Technology, Inc. | Methods, structures, and devices for reducing operational energy in phase change memory |
| CN105070828B (zh) * | 2015-07-21 | 2017-08-25 | 同济大学 | 一种纳米复合堆叠相变薄膜及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5825046A (en) | 1996-10-28 | 1998-10-20 | Energy Conversion Devices, Inc. | Composite memory material comprising a mixture of phase-change memory material and dielectric material |
| US6709958B2 (en) * | 2001-08-30 | 2004-03-23 | Micron Technology, Inc. | Integrated circuit device and fabrication using metal-doped chalcogenide materials |
| JP4544447B2 (ja) * | 2002-11-29 | 2010-09-15 | パナソニック株式会社 | プラズマドーピング方法 |
| EP1602746B1 (en) * | 2003-03-04 | 2008-10-08 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | Sputtering target and process for producing the same, thin film for optical information recording medium and process for producing the same |
| US7622400B1 (en) * | 2004-05-18 | 2009-11-24 | Novellus Systems, Inc. | Method for improving mechanical properties of low dielectric constant materials |
| CN100360711C (zh) * | 2005-01-31 | 2008-01-09 | 山东大学 | 利用液相化学法制备硫族化合物热电薄膜的方法 |
| CN100364132C (zh) * | 2005-08-11 | 2008-01-23 | 上海交通大学 | 用于相变存储器的含硅系列硫族化物相变薄膜材料 |
-
2006
- 2006-06-29 KR KR1020060059097A patent/KR100631400B1/ko active IP Right Grant
-
2007
- 2007-05-18 US US12/301,071 patent/US7803656B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-05-18 CN CN2007800226025A patent/CN101473417B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-05-18 WO PCT/KR2007/002425 patent/WO2008002017A1/en active Application Filing
- 2007-05-22 TW TW096118178A patent/TWI366608B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI366608B (en) | 2012-06-21 |
| US7803656B2 (en) | 2010-09-28 |
| WO2008002017A1 (en) | 2008-01-03 |
| CN101473417A (zh) | 2009-07-01 |
| CN101473417B (zh) | 2011-10-12 |
| US20090093083A1 (en) | 2009-04-09 |
| TW200801227A (en) | 2008-01-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20150147488A1 (en) | Plasma enhanced vapor phase deposition | |
| US8557685B2 (en) | Memory cell that includes a carbon-based memory element and methods of forming the same | |
| TWI628818B (zh) | 電阻式隨機存取記憶裝置的製造方法 | |
| US7166533B2 (en) | Phase change memory cell defined by a pattern shrink material process | |
| US20100006812A1 (en) | Carbon-based resistivity-switching materials and methods of forming the same | |
| US20080286446A1 (en) | Seed-Assisted MOCVD Growth of Threshold Switching and Phase-Change Materials | |
| US20060249369A1 (en) | Process for physical vapor deposition of a chalcogenide material layer and chamber for physical vapor deposition of a chalcogenide material layer of a phase change memory device | |
| US20100006811A1 (en) | Carbon-based interface layer for a memory device and methods of forming the same | |
| KR100631400B1 (ko) | 상변화 메모리용 칼코제나이드막 증착 방법 | |
| TW201501245A (zh) | 具金屬摻雜電阻式切換層之電阻式隨機存取記憶體裝置的製造方法 | |
| US20070166980A1 (en) | Chemical vapor deposition chamber for depositing titanium silicon nitride films for forming phase change memory devices | |
| KR100861296B1 (ko) | 컨파인드 셀 구조를 갖는 상변환 기억 소자 및 그의제조방법 | |
| DE102007032503A1 (de) | Phasenänderungsmaterialschicht und -speicherbauelement sowie Verfahren zur Herstellung derselben | |
| JP2006045675A (ja) | スパッタリング装置とカルコゲン化合物スパッタリング蒸着方法、およびこれを利用した相変化記憶素子形成方法 | |
| US8563959B2 (en) | Resistive-switching memory element | |
| KR101431163B1 (ko) | 칼코게나이드 소자를 위한 질소화된 탄소 전극 및 이의 제조 방법 | |
| Song et al. | Phase-change properties of GeSbTe thin films deposited by plasma-enchanced atomic layer depositon | |
| WO2016160223A1 (en) | Materials and components in phase change memory devices | |
| US20200381623A1 (en) | Methods of forming silicon nitride encapsulation layers | |
| EP3186832B1 (en) | Materials and components in phase change memory devices | |
| US8623734B2 (en) | Method to selectively grow phase change material inside a via hole | |
| KR100704124B1 (ko) | Ｇｅ-Ｓｂ-Ｔｅ 박막증착방법 | |
| JP2022552202A (ja) | 窒化チタンシリコンバリヤー層 | |
| KR100755805B1 (ko) | 상변화 메모리용 칼코제나이드막 증착 방법 | |
| Fujisaki et al. | Amorphous thin GeSbTe phase-change films prepared by radical-assisted metal-organic chemical vapor deposition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130531 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140605 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150604 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160620 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170621 Year of fee payment: 12 |