KR100773753B1 - 상변화 메모리용 칼코제나이드막 증착 방법 - Google Patents
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Abstract
상변화 메모리용 칼코제나이드(chalcogenide)막 증착 방법을 개시한다. 본 발명은 적어도 1 종의 MO(Metal Organic) 소스와 반응 가스를 사용한 칼코제나이드막 증착 방법으로서, 반응 가스는 플라즈마를 이용하여 활성화시켜 반응 용기 내로 분사하며 MO 소스는 플라즈마 생성없이 반응 용기 내로 분사하는 것이다. 본 발명에 따르면, 반응 가스만을 선별적으로 플라즈마로 활성화시켜서 MO 소스를 효율적으로 분해시킬 수 있어, 단차도포성이 좋고 갭-필(gap-fill)이 잘되며 안정적인 증착을 할 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 칼코제나이드막 증착 방법을 가지고 구현할 수 있는 상변화 메모리의 개략적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 칼코제나이드막 증착 방법을 수행하기 위한 장비의 모식도들이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 칼코제나이드막 증착 방법에서 원료인 MO 소스와 반응 가스의 공급을 보여주는 그래프들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101, 201, 301...반응 용기
105, 205, 305...샤워헤드
본 발명은 상변화 메모리(phase-change memory)에 관한 것으로서, 특히 상변 화 메모리의 상변화막인 칼코제나이드(chalcogenide)막 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 및 내구성, 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 셀 어레이 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(15) 하부의 트랜지스터에서 콘택(10)을 거쳐 2㎃ 정도의 높은 전류 펄스를 50㎱ 정도 동안 상변화막(15)으로 인가하여 녹는점(Tm)까지 가열한 후, 펄스가 중단되었을 때의 빠른 냉각 속도를 이용하여 상변화막(15)과 콘택(10)의 접촉 부위에 저항이 높은 완전 비정질 상태의 프로그래밍 영역(20)을 형성한다. 이러한 상태를 리셋(reset) 상태라 하고 예를 들어 데이터 "1"이 저장된 것으로 정의한다.
이 상태에서, 0.1㎃ 정도의 전류 펄스를 상변화막(15) 하부의 트랜지스터에서 콘택(10)을 거쳐 상변화막(15)으로 인가하여 상변화막(15)을 결정화 온도로 유지하였다가 온도를 낮춘다. 이렇게 하면 리셋 상태의 프로그래밍 영역은 다시 저항이 낮은 결정질 상태로 회복되며, 이러한 상태를 셋(set) 상태라 하고 예를 들어 데이터 "0"이 저장된 것으로 정의한다. 저장된 데이터를 읽을 때에는 리셋 전류와 셋 전류보다 더 낮은 전류를 인가하여 저항 변화를 확인한다.
이러한 상변화 메모리 제조 방법에 있어서, 핵심이 되는 것은 상변화막(15)의 증착이다. 일반적으로는 절연막(미도시) 안에 콘택(10)을 형성한 후, 절연막과 콘택(10) 위로 상변화막질을 증착하여 포토리소그라피 방법으로 패턴을 형성, 상변화막(15)을 형성하는 방법을 이용하고 있다. 그러나, 이 방법은 상변화막(15) 크기 축소가 어렵기 때문에 소자의 집적화에 한계가 있다. 보다 진보된 방법에서는 절연막 안에 홀을 형성한 후, 홀 안에 상변화막질을 증착하여 소자의 축소를 달성하고 있다. 홀 안에 균일하게 상변화막질을 증착하기 위해서는 단차도포성(step coverage)이 좋은 방법이 필요한데, 열 CVD(thermal CVD)는 단차도포성에 있어서는 적절한 방법이다. 그러나, Ge-Sb-Te 시스템과 같은 3원계 칼코제나이드 물질을 증착하는 경우 Ge, Sb, Te의 각기 다른 3 가지 MO 소스를 사용해야 하는데, 증착온도에서의 열활성화만으로는 소스 분해가 용이치 않고 반응이 원활하게 이루어지지 않는다. 그리고 성막 후의 접착성(adhesion)이 좋지 않다.
따라서, PE-CVD(Plasma Enhanced-CVD)와 같이 플라즈마로 MO 소스를 활성화시키는 방법을 사용하면 바람직하나, 이 경우에는 MO 소스가 홀의 입구에서 쉽게 분해되어 증착이 되어버리므로 단차도포성이 좋지 않다. 홀 내부의 갭-필(gap-fill)이 용이하지 않기 때문에 홀 내부에 보이드(void)가 발생하는 등, 홀 내부의 효율적인 증착이 어렵고, 이는 고집적화의 걸림돌이 되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상변화 메모리의 상변화막으로 이용된 칼코제나이드막을 증착하는 데 있어서 MO 소스 분해가 쉽고 성막 후의 접착성이 좋으며 단차도포성이 좋고 홀 내부의 갭-필이 용이한 증착 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 증착 방법은, 반응 가스만을 선별적으로 플라즈마로 활성화시켜서 MO 소스를 효율적으로 분해시키는 방법으로, 단차도포성이 좋아서 갭-필이 잘되며 안정적인 증착을 할 수 있는 방법이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 증착 방법은 적어도 1 종의 MO 소스와 반응 가스를 사용한 칼코제나이드막 증착 방법으로서, 상기 반응 가스는 플라즈마를 이용하여 활성화시켜 반응 용기 내로 분사하며 상기 MO 소스는 플라즈마 생성없이 반응 용기 내로 분사하는 것이다.
이 때, 상기 플라즈마는 리모트 플라즈마(remote plasma) 발생 방식을 이용할 수도 있고, 상기 MO 소스와 반응 가스를 상기 반응 용기 내부로 분사시키는 샤워헤드 내부에서 형성할 수도 있다. 샤워헤드 내부에서 플라즈마를 발생시키는 경우, 상기 MO 소스와 반응 가스를 상기 샤워헤드에서는 분리하고 상기 반응 용기 내 부에서 만나도록 하며, 상기 반응 가스는 상기 샤워헤드 내부에서 플라즈마가 형성되어 래디컬 형태로 상기 반응 용기 내로 분사하고, 상기 MO 소스는 상기 반응 가스와 분리시켜 플라즈마 생성없이 상기 반응 용기 내로 분사한다. 상기 플라즈마는 상기 반응 가스가 분사되는 홀 상부에서 형성할 수도 있고, 상기 반응 가스가 분사되는 홀에서 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 증착 방법으로 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 칼코제나이드막을 증착할 수 있다.
상기 MO 소스와 상기 반응 가스를 상기 반응 용기 내에 동시에 분사할 수도 있고, 상기 MO 소스와 상기 반응 가스를 상기 반응 용기 내에 순차적으로 적어도 1회 분사할 수 있으며, 동시 분사와 순차 분사의 조합을 이용할 수도 있다. 상기 MO 소스를 분사한 후 및 반응 가스를 분사한 후에 상기 반응 용기 내를 퍼지하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 각 단계들은 원하는 두께의 칼코제나이드막이 증착될 때까지 수회 반복될 수 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 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 분야에서 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(55)은 기판(25) 상에 형성된 MOS 트랜지스터(30)의 소오스(S)와 도전플러그(35)를 통해 연결되는 제1 금속배선(40)과 제2 금속배선(70) 사이에 놓이고 하부전극 콘택(50)과 상부전극 콘택(65)을 통해 각 금속배선(40, 70)과 연결되어 있다. 상변화막(55)으로 이용될 수 있는 물질의 예로서, 2원계 화합물로는 GaSb, InSb, InSe, Sb2Te3, GeTe 등이 있고, 3원계 화합물로는 Ge2Sb2Te5, InSbTe, GaSeTe, SnSb2Te4, InSbGe 등이 있다. 4원계 화합물로는 AgInSbTe, (GeSn)SbTe, GeSb(SeTe), Te81Ge15Sb2S2 등이 있다.
하부전극 콘택(50)은 Ti/TiN 플러그로 구성된다. Ti/TiN 플러그는 하부전극 콘택홀에 CVD 방법으로 Ti/TiN을 증착하고 CMP(Chemical Mechanical Polishing)로 평탄화시켜 형성한다.
하부전극 콘택(50) 위에 형성하는 상변화막(55)은 홀 안에 본 발명에 따른 칼코제나이드막 증착 방법으로 증착하며, 홀 안에 단차도포성이 좋게 매립되므로 보이드 발생없이 완전 갭-필할 수가 있다.
상변화막(55) 위에는 Ti/TiN막(60)을 형성하여 상부전극 콘택(65)과의 접착성을 높인다. 상부전극 콘택(65)은 W 플러그로 구성된다. W 플러그는 상부전극 콘 택홀에 CVD 방법으로 W을 증착하고 CMP로 평탄화시켜 형성한다.
MOS 트랜지스터(30)의 드레인(D)과 도전플러그(35)를 통해 연결되는 제1 금속배선(40)으로 구성된 드레인 라인도 형성된다.
전류는 상변화막(55)을 통해 하부전극 콘택(50)으로부터 상부전극 콘택(65)으로 흐른다. 줄 열에 의한 가열과 전류 차단에 의한 냉각으로, 상변화막(55)과 하부전극 콘택(50)의 계면에서 상변화가 일어난다.
이제 본 발명에 따른 칼코제나이드막 증착 방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에서는 도 4a 내지 도 4c와 같이 MO 소스 이외의 가스, 즉 반응 가스를 플라즈마로 활성화시켜서 반응 용기내로 장입함으로써, 열 CVD와 같은 단차도포성을 유지하면서도, 외부에서 활성화된 래디컬(radical)을 이용하여 적절한 MO 소스의 분해를 유도하는 것을 그 특징으로 한다. 또한, 반응 용기 외부 및 샤워헤드 내부에 플라즈마를 형성함으로써, 반응 용기 내부에서 직접 플라즈마를 발생시키는 경우에 비하여 플라즈마에 의한 반응 용기 및 웨이퍼의 직접적인 손상을 없앨 수 있다.
반응 용기의 외부에서 반응 가스를 활성화시키는 방법은 도 4a와 같이 반응 용기 외부의 별도의 리모트 플라즈마 발생기(Remote Plasma Generator : RPG)를 사용하는 리모트 플라즈마 발생 방식을 이용하는 방법이 있다.
도 4a를 참조하면 반응 용기(101)는, 그 내부 상부에 설치되어 MO 소스 및 반응 가스가 분사되는 샤워헤드(105)와, 샤워헤드(105) 하부에 설치되며 기판(w)이 안착되는 웨이퍼블럭(112)을 포함한다. 이 때, 웨이퍼블럭(112)은 내장된 히 터(112a)에 의하여 기판(w)을 20℃ ~ 700℃ 범위로 가열시킨다.
반응 용기(101)는 1 종 이상의 MO 소스가 각각 독립적으로 유입되도록 샤워헤드(105)와 연결되는 독립적 가스 라인을 가질 수도 있으나, 도면에는 하나의 가스 라인으로 유입되도록 하는 구성을 도시하였다. 그리고, MO 소스 라인에는 퍼지용 불활성 가스를 공급하는 퍼지 라인이 더 연결되어 있을 수 있다. 예를 들어 Ge2Sb2Te5와 같은 3원계 칼코제나이드막을 증착하는 경우라면 Ge를 포함하는 MO 소스로는 Ge(C4H9)3H(Triisobutyl Germanium hydride)를 사용하고, Sb를 함유하는 MO 소스로는 Sb(C3H7)3(Triisopropyl Antimony)를 사용하며, Te를 포함하는 MO 소스로는 Te(C4H9)(Diisopropyl Tellurium)를 사용할 수가 있는데, 이러한 3 가지 MO 소스를 각각 독립적으로 유입되도록 샤워헤드(105)와 연결되는 독립적 가스 라인을 가질 수도 있으며, 하나의 가스 라인으로 유입되도록 하는 구성을 가질 수도 있는 것이다. 이 경우 반응 가스로는 H2, NH3 또는 이들 중 적어도 어느 하나와 불활성 가스의 조합을 사용할 수가 있다.
반응 용기(101) 외부에는 리모트 플라즈마 발생기(115)를 설치하는데, 반응 가스 공급 라인만 통과하게 함으로써, 반응 용기(101) 외부에서 반응 가스를 래디컬화한 후 반응 용기(101) 내부로 장입되게 만든다.
본 발명에 따른 칼코제나이드막 증착 방법에서는 이렇게 도 4a에 도시한 장비를 이용하여 적어도 1 종의 MO 소스와 반응 가스를 사용하여 칼코제나이드막을 증착할 수가 있는데, 반응 가스는 플라즈마를 이용하여 활성화시켜 반응 용기(101) 내로 분사하며 MO 소스는 플라즈마 생성없이 반응 용기(101) 내로 분사한다. 반응 가스만을 선별적으로 플라즈마로 활성화시켜서 MO 소스를 효율적으로 분해시키는 방법으로, MO 소스도 플라즈마화시키는 PE-CVD에 비하여 단차도포성이 좋아서 갭-필이 잘되며 안정적인 증착을 할 수 있다.
한편, MO 소스와 반응 가스를 반응 용기(101) 내에 동시에 분사할 수도 있고, MO 소스와 반응 가스를 반응 용기(101) 내에 순차적으로 적어도 1회 분사할 수 있으며, 동시 분사와 순차 분사의 적절한 조합을 이용할 수도 있다. MO 소스를 분사한 후 및 반응 가스를 분사한 후에 반응 용기(101) 내를 퍼지하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 또한, 이러한 단계들은 원하는 두께의 칼코제나이드막이 증착될 때까지 수회 반복될 수 있다.
구체적으로, 칼코제나이드막 증착을 위한 MO 소스와 반응 가스는 도 5a에 도시한 바와 같이 동시에 반응 용기(101)로 공급할 수 있다. 물론 반응 가스만 플라즈마로 활성화시켜 반응 용기(101)로 분사한다. 여기서 "온"은 샤워헤드(105)와 연결되는 MO 소스 라인 및 반응 가스 라인의 밸브 개방 상태를 의미한다. 이러한 방법은 CVD에 해당하며 원하는 막 두께가 얻어질 때까지 시간을 유지한다.
그리고, 도 5b에 도시한 바와 같이 MO 소스와 반응 가스를 반응 용기(101) 내에 순차적으로 적어도 1회 분사할 수 있다. 여기서 "온"은 샤워헤드(105)와 연결되는 MO 소스 라인 및 반응 가스 라인의 밸브 개방 상태를, "오프"는 샤워헤드(105)와 연결되는 MO 소스 라인 및 반응 가스 라인의 밸브 폐쇄 상태를 가리킨다. 예를 들어, MO 소스를 먼저 소정 시간 공급한 다음(MO 소스 온), 공급을 중단 한다(MO 소스 오프). 다음으로 반응 가스를 소정 시간 공급한 다음(반응 가스 온), 반응 가스의 공급을 중단한다(반응 가스 오프). 이러한 방법은 싸이클릭 CVD 또는 ALD에 해당하며, 원하는 막 두께가 얻어질 때까지 이러한 싸이클을 1 회 이상 반복한다. 그리고 MO 소스를 분사한 후 및 반응 가스를 분사한 후에 즉, "오프"로 표시된 부분에서 반응 용기 내를 퍼지할 수도 있다. 퍼지 가스로는 불활성 가스를 사용할 수 있다.
뿐만 아니라, MO 소스와 반응 가스의 공급은 이상 설명한 동시 공급, 순차적 공급 이외에 다양한 조합이 가능하며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 내에서 다양한 조합을 생각해낼 수 있을 것이다.
또한, Ge-Sb-Te 시스템과 같은 3원계 칼코제나이드 물질을 증착하는 경우처럼 MO 소스가 여러 개가 되는 경우, 순차적 공급에서는 예컨대, 제1 MO 소스 공급 및 퍼지, 제2 MO 소스 공급 및 퍼지, 제3 MO 소스 공급 및 퍼지, ... 등의 단계가 진행될 수 있으며 각 단계 사이 또는 일정 단계 진행 후 또는 각 단계와 동시에 플라즈마로 활성화된 반응 가스 공급 단계가 올 수도 있다.
다양한 예 중에서 도 5c는 기판(w)이 내장된 반응 용기(101)로 Ge, Sb 및 Te 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 제1 MO 소스와, Ge, Sb 및 Te 중에서 선택된 다른 하나를 포함하는 제2 MO 소스와, Ge, Sb 및 Te 중에서 선택된 나머지 하나를 포함하는 제3 MO 소스를 순차적으로 공급 및 퍼지하고, 제1 내지 제3 MO 소스의 공급 및 퍼지시에 반응가스를 공급하는 방식을 도시한다. 여기서 "온"은 샤워헤드(105)와 연결되는 MO 소스 라인, 퍼지 라인 및 반응 가스 라인의 밸브 개방 상태 를, "오프"는 샤워헤드(105)와 연결되는 MO 소스 라인, 퍼지 라인 및 반응 가스 라인의 밸브 폐쇄 상태를 가리킨다.
이렇게 리모트 플라즈마 방식을 이용하는 것 이외에, 도 4b 및 도 4c에서와 같이 샤워헤드 내부에서 직접 플라즈마를 발생하여 반응 가스를 활성화시키는 방법을 이용하여 본 발명에 따른 박막 증착을 수행할 수도 있다.
도 4a와 같은 리모트 플라즈마 방식은 활성화된 플라즈마 래디컬의 유효 수명(lifetime)이 짧을 경우 효과가 적거나 없을 수 있다. 그러나 도 4b 및 도 4c와 같은 방법은 반응 용기 바로 위의 샤워헤드에서 래디컬이 만들어지므로 이러한 효과가 극대화될 수 있다. 즉, 발생된 래디컬이 최대한 많이 반응에 참가하게 된다.
먼저 도 4b의 경우는 샤워헤드 안에서 MO 소스와 반응 가스가 분리되어 분사되는 구조로 만들고, 반응 가스가 분사되는 홀 상부에 방전을 시켜 반응 가스만 플라즈마화시키는 것이다.
도 4b를 참조하면, 반응 용기(201)는, 그 내부 상부에 설치되어 MO 소스 및 반응 가스가 분사되는 샤워헤드(205)와, 샤워헤드(205) 하부에 설치되며 기판(w)이 안착되는 웨이퍼블럭(212)을 포함한다. MO 소스와 반응 가스는 샤워헤드(205)에서는 분리되고 반응 용기(201) 내부에서 만나도록 한다. 반응 가스는 샤워헤드(205) 내부에서 플라즈마가 형성되어 래디컬 형태로 반응 용기(201) 내로 분사되며, MO 소스는 반응 가스와 분리시켜 플라즈마 생성없이 반응 용기(201) 내로 분사된다.
샤워헤드(205)는 소정의 간격으로 구획하여 이중으로 분할되는 형태를 갖는다. 즉, 샤워헤드(205)는 반응가스 래디컬을 고르게 분사할 수 있도록 다수의 래디 컬 분사관(202)이 형성된 상단 샤워헤드(203)와, 다수의 래디컬 분사관(202)이 각각 관통하는 다수의 관통홀이 형성되고 MO 소스를 고르게 분사할 수 있도록 다수의 MO 소스 분사홀(204)이 형성된 하단 샤워헤드(206)로 구성되어, 하단 샤워헤드(206)의 관통홀에 상단 샤워헤드(203)의 래디컬 분사관(202)이 각각 끼워져 이중으로 분할된다.
그리고, 상단 샤워헤드(203)의 상부에는 RF 로드(207)를 통해 외부 RF 전원(208)과 접속하는 RF 전극판(209)이 설치된다. 그로 인해, RF 전극판(209)과 상단 샤워헤드(203)의 사이에는 반응가스를 주입하는 반응가스 주입관(210)과 연통하는 제1 버퍼부(211)가 구획되고, 상하단 샤워헤드(203, 206)의 사이에는 MO 소스를 주입하는 MO 소스 주입관(213)과 연통하는 제2 버퍼부(214)가 구획된다.
RF 전극판의 기능을 하는 상단 샤워헤드(203)에 의해 제1 버퍼부(211)에서 반응 가스가 플라즈마화되어 래디컬 분사관(202)을 통해 반응 용기(201) 내로 분사된다. 즉 반응가스가 분사되는 홀 상부에서 방전을 일으켜 플라즈마를 발생시킨다.
본 발명에 따른 칼코제나이드막 증착 방법에서는 이렇게 도 4b에 도시한 장비를 이용하여 적어도 1 종의 MO 소스와 반응 가스를 사용하여 칼코제나이드막을 증착할 수가 있는데, 반응 가스는 플라즈마를 이용하여 활성화시켜 반응 용기(201) 내로 분사하며 MO 소스는 플라즈마 생성없이 반응 용기(201) 내로 분사한다. 반응 가스만을 선별적으로 플라즈마로 활성화시켜서 MO 소스를 효율적으로 분해시키는 방법으로, MO 소스도 플라즈마화시키는 PE-CVD에 비하여 단차도포성이 좋아서 갭-필이 잘되며 안정적인 증착을 할 수 있는 방법이다.
도 4c의 경우도 샤워헤드 안에서 소스와 반응 가스가 분리되어 분사되는 구조로 만든 것인데, 샤워헤드 내부의 반응 가스 분사홀 부분에 방전을 시켜 반응 가스만 플라즈마화시키는 것이다.
도 4c를 참조하면 반응 용기(301)는, 그 내부 상부에 설치되어 MO 소스 및 반응 가스가 분사되는 샤워헤드(305)와, 샤워헤드(305) 하부에 설치되며 기판(w)이 안착되는 웨이퍼블럭(312)을 포함한다. MO 소스와 반응 가스는 샤워헤드(305)에서는 분리되고 반응 용기(301) 내부에서 만나도록 한다. 반응 가스는 샤워헤드(305) 내부에서 플라즈마가 형성되어 래디컬 형태로 반응 용기(301) 내로 분사하며, MO 소스는 반응 가스와 분리시켜 플라즈마 생성없이 반응 용기(301) 내로 분사한다.
샤워헤드(305)는 소정의 간격으로 구획하여 이중으로 분할되는 형태를 갖는다. 즉, 샤워헤드(305)는 MO 소스를 고르게 분사할 수 있도록 다수의 MO 소스 분사관(302)이 형성되며 RF 전극판의 기능을 하는 상단 샤워헤드(303)와, 다수의 MO 소스 분사관(302)이 각각 관통하는 다수의 관통홀이 형성되고 반응 가스 래디컬을 고르게 분사할 수 있도록 다수의 래디컬 분사홀(304)이 형성된 하단 샤워헤드(306)로 구성되어, 하단 샤워헤드(306)의 관통홀에 상단 샤워헤드(303)의 MO 소스 분사관(302)이 각각 끼워져 이중으로 분할된다. 이 때, 상단 샤워헤드(303)는 RF 로드(307)를 통해 외부 RF 전원(308)과 접속된다.
그리고, 상단 샤워헤드(303)의 상부에는 MO 소스를 주입하는 MO 소스 주입관(309)과 연통하는 제1 버퍼부(310)가 구획되고, 상하단 샤워헤드(303, 306)의 사이에는 반응 가스를 주입하는 반응 가스 주입관(311)과 연통하는 제2 버퍼부(313) 가 구획되도록 구성된다.
RF 전극판의 기능을 하는 상단 샤워헤드(303)에 의해 제2 버퍼부(313)에서, 즉 래디컬 분사홀(304) 부분에서 반응 가스가 플라즈마화되어 반응 용기(301) 내로 분사된다.
본 발명에 따른 칼코제나이드막 증착 방법에서는 이렇게 도 4c에 도시한 장비를 이용하여 적어도 1 종의 MO 소스와 반응 가스를 사용하여 칼코제나이드막을 증착할 수가 있는데, 반응 가스는 플라즈마를 이용하여 활성화시켜 반응 용기(301) 내로 분사하며 MO 소스는 플라즈마 생성없이 반응 용기(301) 내로 분사한다. 반응 가스만을 선별적으로 플라즈마로 활성화시켜서 MO 소스를 효율적으로 분해시키는 방법으로, MO 소스도 플라즈마화시키는 PE-CVD에 비하여 단차도포성이 좋아서 갭-필이 잘되며 안정적인 증착을 할 수 있는 방법이다.
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 많은 변형이 가능함은 명백하다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 MO 소스를 사용하여 Ge2Sb2Te5와 같은 칼코제나이드막을 증착함에 있어서, MO 소스 이외에 함께 반응 용기내로 유입되는 가스인 반응 가스를 플라즈마로 활성화시켜서 주입함으로써, MO 소스 분해가 쉽고 반응을 원활하게 한다. 그리고, 성막 후의 접착성이 좋으며 단차도포성을 우수하게 하 여 갭-필을 원활하게 함으로써, 좁은 홀 안에도 칼코제나이드막을 효과적으로 증착하고, 나아가 이를 이용하여, 상변화 메모리의 고집적화를 용이하게 할 수 있다.
Claims (9)
- 적어도 1 종의 MO(Metal Organic) 소스와 반응 가스를 사용한 칼코제나이드막 증착 방법으로서,상기 반응 가스는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 이용하여 활성화시켜 반응 용기 내로 분사하며 상기 MO 소스는 플라즈마 생성없이 반응 용기 내로 분사하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
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- 적어도 1 종의 MO 소스와 반응 가스를 사용한 칼코제나이드막 증착 방법으로서,상기 MO 소스와 반응 가스를 반응 용기 내부로 분사시키는 샤워헤드 내부에서 플라즈마를 형성하고, 상기 반응 가스는 상기 플라즈마를 이용하여 래디컬 형태로 상기 반응 용기 내로 분사하고, 상기 MO 소스는 상기 반응 가스와 분리시켜 플라즈마 생성없이 상기 반응 용기 내로 분사하며, 상기 MO 소스와 상기 반응 가스를 상기 샤워헤드에서는 분리하고 상기 반응 용기 내부에서 만나도록 하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 플라즈마는 상기 반응 가스가 분사되는 홀 상부에서 형성하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 플라즈마는 상기 반응 가스가 분사되는 홀에서 형성하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제1항 또는 제4항에 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.
- 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 MO 소스와 상기 반응 가스를 상기 반응 용기 내에 동시에 분사하거나, 순차적으로 적어도 1회 분사하거나, 동시 분사 및 순차 분사의 조합을 이용하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 MO 소스를 분사한 후 및 반응 가스를 분사한 후에 상기 반응 용기 내를 퍼지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증착 방법.
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