KR100796732B1 - Method of forming a phase changeable structure - Google Patents
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Abstract
상변화 구조물 형성 방법이 개시된다. 하부 전극으로 매립된 개구를 갖는 절연막을 형성한다. 절연막 상에 칼코겐 화물을 포함하고 하부 전극과 전기적으로 접촉하는 상변화막을 형성한다. 상변화막 상에 금속을 포함하는 도전막을 형성한다. 불소를 갖는 제1 성분을 포함하는 제1 물질로 상기 도전막을 식각하여 상부 전극을 형성한다. 상변화막을 염소를 포함하지 않는 제2 물질로 식각하여 상변화막 패턴을 상부 전극 및 상기 하부 전극의 사이에 형성한다. 따라서 상변화막 패턴은 결함들이 거의 없는 측면부 및 상면부를 갖는다.A method of forming a phase change structure is disclosed. An insulating film having an opening filled with the lower electrode is formed. A phase change film including a chalcogenide on the insulating film and in electrical contact with the lower electrode is formed. A conductive film containing a metal is formed on the phase change film. The conductive film is etched with a first material including a first component having fluorine to form an upper electrode. The phase change layer is etched with a second material that does not contain chlorine to form a phase change layer pattern between the upper electrode and the lower electrode. Thus, the phase change film pattern has side portions and top surfaces with few defects.
Description
도 1은 종래의 상변화 구조물에 포함된 상변화막 패턴이 갖는 결함들을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating defects of a phase change film pattern included in a conventional phase change structure.
도 2 내지 4는 본 발명의 실시예들에 따른 상변화 구조물 형성 방법들을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views illustrating methods of forming a phase change structure according to embodiments of the present invention.
도 5는 제2 실험예에서 형성된 상변화 구조물의 전자 현미경 사진이다.5 is an electron micrograph of a phase change structure formed in Experimental Example 2.
도 6은 제2 실험예에서 형성된 상변화막 패턴으로 공급되는 전류에 대한 상변화막 패턴의 저항을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the resistance of the phase change film pattern to the current supplied to the phase change film pattern formed in the second experimental example.
도 7은 염소를 사용하여 티타늄 질화막 및 상변화막을 식각하는 실험에서 형성된 상변화 구조물의 전자 현미경 사진이다.7 is an electron micrograph of a phase change structure formed in an experiment of etching a titanium nitride film and a phase change film using chlorine.
도 8은 염소를 사용하여 티타늄 질화막 및 상변화막을 식각하는 실험에서 형성된 상변화막 패턴으로 공급되는 전류에 대한 상변화막 패턴의 저항을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the resistance of the phase change film pattern to the current supplied to the phase change film pattern formed in the experiment of etching the titanium nitride film and the phase change film using chlorine.
도 9 내지 10은 불소 화합물 제거 관련 실험에서 형성된 실리콘 산화막을 나타내는 전자 현미경 사진들이다.9 to 10 are electron micrographs showing silicon oxide films formed in fluorine compound removal related experiments.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 홀 100 : 절연막10
200 : 하부 전극 300 : 상변화막200: lower electrode 300: phase change film
310 : 상변화막 패턴 400 : 도전막310: phase change film pattern 400: conductive film
410 : 상부 전극 500 : 마스크막 패턴410: upper electrode 500: mask film pattern
본 발명은 상변화 구조물을 형성하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 스위칭 기능을 갖는 상변화 구조물의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a phase change structure. More particularly, the present invention relates to a method of forming a phase change structure having a switching function.
상변화 구조물은 하부 전극, 상변화막 패턴 및 상부 전극을 포함한다. 상변화막 패턴은 하부 전극 및 상부 전극 사이에 위치한다. 상변화막 패턴은 칼코겐 화물을 포함한다.The phase change structure includes a lower electrode, a phase change film pattern, and an upper electrode. The phase change film pattern is positioned between the lower electrode and the upper electrode. The phase change film pattern includes chalcogenides.
하부 전극과 상부 전극 사이에서 발생하는 전압차에 의에서 상변화막 패턴에 소정양의 전류가 공급될 경우, 상변화막 패턴의 상(phase)이 저항이 상대적으로 낮은 단결정 상태에서 저항이 상대적으로 높은 비정질 상태로 변화된다. 또한 상변화막 패턴에 공급되는 전류가 줄거나 제거될 경우, 상변화막 패턴의 상은 비정질 상태에서 단결정 상태로 변화한다.When a predetermined amount of current is supplied to the phase change film pattern due to the voltage difference generated between the lower electrode and the upper electrode, the resistance of the phase change film pattern is relatively low in the single crystal state where the resistance is relatively low. Change to a high amorphous state. In addition, when the current supplied to the phase change film pattern is reduced or removed, the phase of the phase change film pattern changes from an amorphous state to a single crystal state.
상변화막 패턴의 상이 변하기 때문에, 하부 전극, 상변화막 패턴 및 상부 전극을 포함하는 상변화 구조물은 스위칭 기능을 가질 수 있다.Since the phase of the phase change film pattern changes, the phase change structure including the lower electrode, the phase change film pattern, and the upper electrode may have a switching function.
일반적으로 상부 전극은 도전성을 갖는 금속 질화물을 사용하여 형성한다. 그리고 상부 전극은 금속 질화막에 제1 식각 공정을 수행하여 형성된다. 또한, 상 변화막 패턴은 상변화막에 제2 식각 공정을 수행하여 형성된다.In general, the upper electrode is formed using a metal nitride having conductivity. The upper electrode is formed by performing a first etching process on the metal nitride film. In addition, the phase change layer pattern is formed by performing a second etching process on the phase change layer.
상부 전극을 형성하기 위한 제1 식각 공정에서 종래의 식각 물질을 사용하는 경우, 상부 전극과 접하는 상변화막 패턴의 상면부에서 결함들이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 상변화막 패턴을 형성하기 위한 제2 식각 공정에서 종래의 식각 물질을 사용하는 경우, 상변화막 패턴의 측면부에서 결함들이 발생한다는 문제점이 있다.When using a conventional etching material in the first etching process for forming the upper electrode, there is a problem that defects occur in the upper surface portion of the phase change film pattern in contact with the upper electrode. In addition, when a conventional etching material is used in the second etching process for forming the phase change film pattern, defects may occur in the side portion of the phase change film pattern.
예를 들면, 한국 공개 특허 제2005-053255호에는 상변화 메모리를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법에서, 하부 전극막, 상변화막, 상부 전극막 및 절연막을 순차적으로 형성한다. 이어서 하부 전극막, 상변화막, 상부 전극막 및 절연막을 테트라플루오르메탄, 염소 및 아르곤을 포함하는 식각 물질을 사용하여 순차적으로 식각한다. 따라서 하부 전극, 상변화막 패턴, 상부 전극, 절연막 패턴이 형성된다. 그러나 상기 방법은 상변화막 패턴에 염소에 기인한 결함들이 발생한다는 점에서 문제점이 있다.For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-053255 discloses a method of manufacturing a phase change memory. In the above method, the lower electrode film, the phase change film, the upper electrode film and the insulating film are sequentially formed. Subsequently, the lower electrode film, the phase change film, the upper electrode film, and the insulating film are sequentially etched using an etching material including tetrafluoromethane, chlorine, and argon. Thus, a lower electrode, a phase change film pattern, an upper electrode, and an insulating film pattern are formed. However, the method is problematic in that defects due to chlorine occur in the phase change film pattern.
도 1은 종래의 상변화 구조물에 포함된 상변화막 패턴이 갖는 결함들을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating defects of a phase change film pattern included in a conventional phase change structure.
도 1을 참조하면, 상부 전극과 접하는 상변화막 패턴의 상면부에서 결함들이 발생한다. 또한, 상변화막 패턴의 측면부에서 결함들이 발생한다. 따라서 상변화막 패턴의 상면부 및 측면부의 사이즈들이 감소한다. Referring to FIG. 1, defects occur in an upper surface portion of a phase change film pattern in contact with an upper electrode. In addition, defects occur at the side portions of the phase change film pattern. Therefore, the sizes of the top and side portions of the phase change film pattern are reduced.
본 발명의 목적은 결함들을 거의 갖지 않는 상변화막 패턴을 포함하는 상변 화 구조물을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method of forming a phase change structure comprising a phase change film pattern having few defects.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 하부 전극으로 매립된 개구를 갖는 절연막을 형성한다. 절연막 및 하부 전극 상에 칼코겐 화물을 포함하는 상변화막을 형성한다. 상변화막 상에 금속을 포함하는 도전막을 형성한다. 불소를 갖는 제1 성분을 포함하는 제1 물질로 도전막을 식각하여 상부 전극을 형성한다. 상변화막을 염소를 포함하지 않는 제2 물질로 식각하여 상부 전극 및 하부 전극의 사이에 상변화막 패턴을 형성한다. According to a first embodiment of the present invention for achieving the above object, an insulating film having an opening filled with a lower electrode is formed. A phase change film including a chalcogenide is formed on the insulating film and the lower electrode. A conductive film containing a metal is formed on the phase change film. The conductive film is etched with a first material including a first component having fluorine to form an upper electrode. The phase change layer is etched with a second material that does not contain chlorine to form a phase change layer pattern between the upper electrode and the lower electrode.
칼코겐 화물은 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함할 수 있다. 도전막은 텅스텐, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 몰리브덴 질화물, 니오븀질화물, 티타늄 실리콘 질화물, 알루미늄, 티타늄 알루미늄 질화물, 티타늄 보론 질화물, 지르코늄 실리콘 질화물, 텅스텐 실리콘 질화물, 텅스텐 보론 질화물, 지르코늄 알루미늄 질화물, 몰리브덴 실리콘 질화물, 몰리브덴 알루미늄 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물, 탄탈륨 알루미늄 질화물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 형성될 수 있다. Chalcogenides may include germanium, antimony and tellurium. The conductive film is made of tungsten, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, molybdenum nitride, niobium nitride, titanium silicon nitride, aluminum, titanium aluminum nitride, titanium boron nitride, zirconium silicon nitride, tungsten silicon nitride, tungsten boron nitride, zirconium aluminum nitride, Molybdenum silicon nitride, molybdenum aluminum nitride, tantalum silicon nitride, tantalum aluminum nitride, or mixtures thereof.
제1 성분은 테트라플루오르메탄, 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 모노플루오르메탄 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 제2 물질은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물을 포함하여 플라즈마 상태를 가질 수 있다. 제2 물질은 불소를 더 포함할 수 있다. 불소는 테트라플루오르메탄, 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 모노플루오르메탄 또는 이들의 혼합물로부터 제공될 수 있 다.The first component may be tetrafluoromethane, trifluoromethane, difluoromethane, monofluoromethane or mixtures thereof. The second material may have a plasma state, including helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof. The second material may further comprise fluorine. Fluorine can be provided from tetrafluoromethane, trifluoromethane, difluoromethane, monofluoromethane or mixtures thereof.
상부 전극을 형성한 후 상변화막 패턴을 형성하기 전에, 상부 전극 및 상변화막 상에 잔류하는 불소 화합물을 제거할 수 있다. 불소 화합물은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물을 포함하고 플라즈마 상태를 갖는 물질을 사용하여 제거될 수 있다. 불소 화합물은 약 10초 내지 약 120초 동안 제거될 수 있다. After forming the upper electrode and before forming the phase change film pattern, the fluorine compound remaining on the upper electrode and the phase change film may be removed. Fluorine compounds can be removed using materials that include helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof and have a plasma state. The fluorine compound may be removed for about 10 seconds to about 120 seconds.
상변화막 패턴을 형성한 후, 절연막, 상부 전극 및 상변화막 패턴 상에 잔류하는 불소 화합물을 제거할 수 있다. 불소 화합물은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 플라즈마 상태를 갖는 물질을 사용하여 제거될 수 있다. 불소 화합물은 약 10초 내지 약 120초간 제거될 수 있다.After the phase change film pattern is formed, the fluorine compound remaining on the insulating film, the upper electrode, and the phase change film pattern may be removed. Fluorine compounds include helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof and can be removed using materials having a plasma state. The fluorine compound may be removed for about 10 seconds to about 120 seconds.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 하부 전극으로 매립된 개구를 갖는 절연막을 형성한다. 절연막 및 하부 전극 상에 칼코겐 화물을 포함하는 상변화막을 형성한다. 상변화막 상에 금속을 포함하는 도전막을 형성한다. 불소를 갖는 제1 성분 및 제2 성분을 포함하는 제1 물질로 도전막을 식각하여 상부 전극을 형성한다. 상변화막을 염소를 포함하지 않는 제2 물질로 식각하여 상부 전극 및 하부 전극의 사이에 상변화막 패턴을 형성한다. According to a second embodiment of the present invention for achieving the above object, an insulating film having an opening filled with a lower electrode is formed. A phase change film including a chalcogenide is formed on the insulating film and the lower electrode. A conductive film containing a metal is formed on the phase change film. The conductive film is etched with a first material including a first component having fluorine and a second component to form an upper electrode. The phase change layer is etched with a second material that does not contain chlorine to form a phase change layer pattern between the upper electrode and the lower electrode.
칼코겐 화물은 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함할 수 있다. 도전막은 텅스텐, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 몰리브덴 질화물, 니오븀질화물, 티타늄 실리콘 질화물, 알루미늄, 티타늄 알루미늄 질화물, 티타늄 보론 질화물, 지르코늄 실리콘 질화물, 텅스텐 실리콘 질화물, 텅스텐 보론 질화물, 지르 코늄 알루미늄 질화물, 몰리브덴 실리콘 질화물, 몰리브덴 알루미늄 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물, 탄탈륨 알루미늄 질화물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 형성할 수 있다. Chalcogenides may include germanium, antimony and tellurium. The conductive film is made of tungsten, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, molybdenum nitride, niobium nitride, titanium silicon nitride, aluminum, titanium aluminum nitride, titanium boron nitride, zirconium silicon nitride, tungsten silicon nitride, tungsten boron nitride, zirconium aluminum nitride , Molybdenum silicon nitride, molybdenum aluminum nitride, tantalum silicon nitride, tantalum aluminum nitride, or mixtures thereof.
제1 성분은 테트라플루오르메탄, 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 모노플루오르메탄 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 제2 성분은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 제1 물질은 플라즈마 상태를 가질 수 있다. The first component may be tetrafluoromethane, trifluoromethane, difluoromethane, monofluoromethane or mixtures thereof. The second component may be helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof. The first material may have a plasma state.
상기 도전막을 식각하는 단계는 소스 전극 및 바이어스 전극을 갖는 챔버 내에서 수행될 수 있다. 바이어스 전극에 인가되는 제2 전력에 대한 소스 전극에 인가되는 제1 전력의 비는 2.5:1 내지 10:1일 수 있다. 챔버의 압력은 1mTorr 내지 10mTorr일 수 있다. 제2 성분에 대한 제1 성분의 유량비는 약 1:4 내지 약 3:2일 수 있다. The etching of the conductive layer may be performed in a chamber having a source electrode and a bias electrode. The ratio of the first power applied to the source electrode to the second power applied to the bias electrode may be 2.5: 1 to 10: 1. The pressure in the chamber may be 1 mTorr to 10 mTorr. The flow rate ratio of the first component to the second component can be about 1: 4 to about 3: 2.
제2 물질은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물을 포함하여 플라즈마 상태를 가질 수 있다. 제2 물질은 불소를 더 포함할 수 있다. 불소는 테트라플루오르메탄, 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 모노플루오르메탄 또는 이들의 혼합물로부터 제공될 수 있다. The second material may have a plasma state, including helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof. The second material may further comprise fluorine. Fluorine can be provided from tetrafluoromethane, trifluoromethane, difluoromethane, monofluoromethane or mixtures thereof.
상부 전극을 형성한 후 상변화막 패턴을 형성하기 전에, 상부 전극 및 상변화막 상에 잔류하는 불소 화합물을 제거할 수 있다. 불소 화합물은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물을 포함하고 플라즈마 상태를 갖는 물질을 사용하여 제거될 수 있다. 불소 화합물은 약 10초 내지 약 120초 동안 제거될 수 있다. After forming the upper electrode and before forming the phase change film pattern, the fluorine compound remaining on the upper electrode and the phase change film may be removed. Fluorine compounds can be removed using materials that include helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof and have a plasma state. The fluorine compound may be removed for about 10 seconds to about 120 seconds.
상변화막 패턴을 형성한 후, 절연막, 상부 전극 및 상변화막 패턴 상에 잔류하는 불소 화합물을 제거할 수 있다. 불소 화합물은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 플라즈마 상태를 갖는 물질을 사용하여 제거될 수 있다. 불소 화합물은 약 10초 내지 약 120초간 제거될 수 있다.After the phase change film pattern is formed, the fluorine compound remaining on the insulating film, the upper electrode, and the phase change film pattern may be removed. Fluorine compounds include helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof and can be removed using materials having a plasma state. The fluorine compound may be removed for about 10 seconds to about 120 seconds.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 하부 전극으로 매립된 개구를 갖는 절연막을 형성한다. 절연막 및 하부 전극 상에 칼코겐 화물을 포함하는 상변화막을 형성한다. 상변화막 상에 금속을 포함하는 도전막을 형성한다. 불소를 갖는 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분을 포함하는 제1 물질로 도전막을 식각하여 상부 전극을 형성한다. 상변화막을 염소를 포함하지 않는 제2 물질로 식각하여 상부 전극 및 하부 전극의 사이에 상변화막 패턴을 형성한다. According to a third embodiment of the present invention for achieving the above object, an insulating film having an opening filled with a lower electrode is formed. A phase change film including a chalcogenide is formed on the insulating film and the lower electrode. A conductive film containing a metal is formed on the phase change film. The upper electrode is formed by etching the conductive film with the first material including the first component, the second component, and the third component having fluorine. The phase change layer is etched with a second material that does not contain chlorine to form a phase change layer pattern between the upper electrode and the lower electrode.
칼코겐 화물은 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함할 수 있다. 도전막은 텅스텐, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 몰리브덴 질화물, 니오븀질화물, 티타늄 실리콘 질화물, 알루미늄, 티타늄 알루미늄 질화물, 티타늄 보론 질화물, 지르코늄 실리콘 질화물, 텅스텐 실리콘 질화물, 텅스텐 보론 질화물, 지르코늄 알루미늄 질화물, 몰리브덴 실리콘 질화물, 몰리브덴 알루미늄 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물, 탄탈륨 알루미늄 질화물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 형성될 수 있다. Chalcogenides may include germanium, antimony and tellurium. The conductive film is made of tungsten, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, molybdenum nitride, niobium nitride, titanium silicon nitride, aluminum, titanium aluminum nitride, titanium boron nitride, zirconium silicon nitride, tungsten silicon nitride, tungsten boron nitride, zirconium aluminum nitride, Molybdenum silicon nitride, molybdenum aluminum nitride, tantalum silicon nitride, tantalum aluminum nitride, or mixtures thereof.
제1 성분은 테트라플루오르메탄, 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 모노플루오르메탄 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 제2 성분은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 제3 성분은 염소일 수 있 다. 제1 물질은 플라즈마 상태를 가질 수 있다. 제2 물질은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물을 포함하여 플라즈마 상태를 가질 수 있다. 제2 물질은 불소를 더 포함할 수 있다. 불소는 테트라플루오르메탄, 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 모노플루오르메탄 또는 이들의 혼합물로부터 제공될 수 있다.The first component may be tetrafluoromethane, trifluoromethane, difluoromethane, monofluoromethane or mixtures thereof. The second component may comprise helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof. The third component may be chlorine. The first material may have a plasma state. The second material may have a plasma state, including helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof. The second material may further comprise fluorine. Fluorine can be provided from tetrafluoromethane, trifluoromethane, difluoromethane, monofluoromethane or mixtures thereof.
상부 전극을 형성한 후 상변화막 패턴을 형성하기 전에, 상부 전극 및 상변화막 상에 잔류하는 불소 화합물을 제거할 수 있다. 불소 화합물은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물을 포함하고 플라즈마 상태를 갖는 물질을 사용하여 제거될 수 있다. 불소 화합물은 약 10초 내지 약 120초 동안 제거될 수 있다. After forming the upper electrode and before forming the phase change film pattern, the fluorine compound remaining on the upper electrode and the phase change film may be removed. Fluorine compounds can be removed using materials that include helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof and have a plasma state. The fluorine compound may be removed for about 10 seconds to about 120 seconds.
상변화막 패턴을 형성한 후, 절연막, 상부 전극 및 상변화막 패턴 상에 잔류하는 불소 화합물을 제거할 수 있다. 불소 화합물은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 플라즈마 상태를 갖는 물질을 사용하여 제거될 수 있다. 불소 화합물은 약 10초 내지 약 120초간 제거될 수 있다.After the phase change film pattern is formed, the fluorine compound remaining on the insulating film, the upper electrode, and the phase change film pattern may be removed. Fluorine compounds include helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof and can be removed using materials having a plasma state. The fluorine compound may be removed for about 10 seconds to about 120 seconds.
본 발명에 따르면, 하부 전극 및 상부 전극의 사이에 위치하는 상변화막 패턴은 결함들이 거의 없는 측면부를 갖는다. 또한, 상부 전극과 접하는 상변화막 패턴의 상면부도 결함을 거의 갖지 않는다.According to the present invention, the phase change film pattern located between the lower electrode and the upper electrode has a side portion with few defects. In addition, the upper surface portion of the phase change film pattern in contact with the upper electrode has almost no defects.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상변화 구조물 형성 방법들에 대하여 상세하게 설명하겠지만, 본 발명이 하기의 실시예 들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 구성 요소들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 구성 요소들이 "제1", "제2"," 제3" 및/또는 "제4"로 언급되는 경우, 이러한 구성 요소들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 구성 요소들을 구분하기 위한 것이다. 따라서 "제1", "제2", "제3" 및/또는 "제4"는 구성 요소들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다. 제1 구성 요소가 제2 구성 요소의 "상"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 제1 구성 요소가 제2 구성 요소의 위에 직접 형성되는 경우뿐만 아니라 제1 구성 요소 및 제2 구성 요소 사이에 제3 구성 요소가 개제될 수 있다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the method of forming a phase change structure according to the preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the following embodiments, it is common knowledge in the art Persons having the present invention may implement the present invention in various other forms without departing from the spirit of the present invention. In the accompanying drawings, the dimensions of the components are enlarged than actual for clarity of the invention. When components are referred to as "first," "second," "third," and / or "fourth," they are not intended to limit these components but merely to distinguish them. Thus, "first", "second", "third" and / or "fourth" may be used selectively or interchangeably with respect to the components, respectively. When the first component is referred to as being formed "on" of the second component, the first component may be formed between the first component and the second component as well as when the first component is directly formed on the second component. Three components can be listed.
제1 First 실시예Example
도 2 내지 4는 제1 실시예에 따른 상변화 구조물 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of forming a phase change structure according to a first embodiment.
도 2를 참조하면, 홀(10)을 갖는 절연막(100)을 형성한다. 절연막(100)은 산화물 또는 질화물을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 절연막(100)은 PSG(Phosphor Silicate Glass), BPSG(Boro-Phosphor Silicate Glass), USG(Undoped Silicate Glass), SOG(Spin On Glass), TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), PE-TEOS(Plasma Enhanced-TEOS), FOX(Flowable Oxide), HDP-CVD(High Density Plasma-Chemical Vapor Deposition) 산화물 또는 실리콘 질화물을 사용하여 형성된다.Referring to FIG. 2, an insulating
이어서, 홀(10) 내에 하부 전극(200)을 형성한다. 하부 전극(200)은 금속, 금속 질화물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 전극(200)은 텅스텐, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 몰리브덴 질화물, 니오븀질화물, 티타늄 실리콘 질화물, 알루미늄, 티타늄 알루미늄 질화물, 티타늄 보론 질화물, 지르코늄 실리콘 질화물, 텅스텐 실리콘 질화물, 텅스텐 보론 질화물, 지르코늄 알루미늄 질화물, 몰리브덴 실리콘 질화물, 몰리브덴 알루미늄 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물, 탄탈륨 알루미늄 질화물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 형성될 수 있다. 이와 다르게 하부 전극(200)은 불순물들로 도핑된 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 여기서, 절연막(100)의 상면은 하부 전극(200)의 상면과 실질적으로 동일한 평면상에 위치한다.Subsequently, the
이어서, 절연막(100) 및 하부 전극(200) 상에 상변화막(300)을 형성한다. 상변화막(300)은 칼코겐 화물(calcogenide)을 포함한다. 칼코겐 화물은 게르마늄(Ge : germanium), 안티몬(Sb : antimony) 및 텔루르(Te : tellurium)를 포함할 수 있다.Next, the
그 후, 상변화막(300) 상에 금속을 포함하는 도전막(400)을 형성한다. 도전막(400)은 금속, 금속 질화물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전막(400)은 텅스텐, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 몰리브덴 질화물, 니오븀 질화물, 티타늄 실리콘 질화물, 알루미늄, 티타늄 알루미늄 질화물, 티타늄 보론 질화물, 지르코늄 실리콘 질화물, 텅스텐 실리콘 질화물, 텅스텐 보론 질화물, 지르코늄 알루미늄 질화물, 몰리브덴 실리콘 질화물, 몰리브덴 알루미늄 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물, 탄탈륨 알루미늄 질화물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 형성될 수 있다.Thereafter, a
도전막(400)은 스퍼터링(sputtering) 공정, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition : CVD) 공정, 전자 빔 증착(electron beam deposition) 공정, 원자층 적층(atomic layer deposition : ALD) 공정 또는 펄스 레이저 증착(pulse laser deposition : PLD) 공정을 사용하여 형성될 수 있다.The
이어서, 도전막(400) 상에 마스크막 패턴(500)을 형성한다. 마스크막 패턴(500)은 도전막(400) 및 상변화막(300)에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 마스크막 패턴(500)은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 사용하여 형성할 수 있다. 다른 예로, 마스크막 패턴(500)은 실리콘 질화물과 같은 질화물을 사용하여 형성할 수 있다.Subsequently, a
도 3을 참조하면, 마스크막 패턴(500)을 식각 마스크로 사용하여 도전막(400)에 제1 식각 공정을 수행하여 상부 전극(410)을 형성한다. 제1 식각 공정은 불소(F : fluorine)를 포함하는 제1 성분(component)을 갖는 제1 물질을 사용한다. 예를 들어, 제1 성분은 테트라플루오르메탄(CF4 : tetraflouromethan), 트리플루오르메탄(CHF3 : trifluoromethane), 디플루오르메탄(CH2F2 : difluoromethane), 모노플루오르메탄(CH3F : monofluoromethane) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.Referring to FIG. 3, the
비록 도 3에 도시하지는 않았지만, 제1 식각 공정에 의해서 상변화막(300)의 일부가 부분적으로 제거될 수 있다. 이는 제1 물질에 대한 상변화막(300)의 식각 속도가 제1 물질에 대한 도전막(400)의 식각 속도보다 실질적으로 크기 때문이다.Although not shown in FIG. 3, a part of the
불소는 할로겐 그룹의 원소이기 때문에 화학적 반응성이 강하다. 따라서 제1 식각 공정을 통해 상부 전극(410)을 형성하는 경우, 불소 화합물(fluoride)이 상변화막(300), 상부 전극(410) 및 마스크막 패턴(500)의 표면에 잔류할 수 있다.Fluorine is chemically reactive because it is an element of the halogen group. Therefore, when the
일 예로, 마스크막 패턴(500)이 실리콘 산화물을 포함하는 경우, 불소 화합물은 실리콘 불화물일 수 있다. 다른 예로, 도전막(400)이 티타늄을 포함하는 경우, 불소 화합물은 티타늄 불화물일 수 있다.For example, when the
상변화막(300), 상부 전극(410) 및 마스크막 패턴(500)에 제1 표면 처리를 수행하여 불소 화합물을 제거할 수 있다. 제1 표면 처리는 불활성 가스를 사용하여 수행된다. 불활성 가스는 헬륨(He : helium), 네온(Ne : neon), 아르곤(Ar : argon), 크립톤(Kr : krypton), 크세논(Xe : Xenon) 또는 라돈(Rn : radon)을 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.The fluorine compound may be removed by performing a first surface treatment on the
제1 표면 처리는 소스(source) 전극 및 바이어스(bias) 전극을 갖는 챔버 내에서 수행된다. 바이어스 전극은 챔버의 하부에 위치한 척(chuck)에 설치된다. 소스 전극은 챔버의 상부에 위치한다. 소스 전극과 바이어스 전극 사이에 인가되는 전압차는 불활성 가스의 가스 상태를 플라즈마로 변화시킨다.The first surface treatment is performed in a chamber having a source electrode and a bias electrode. The bias electrode is installed in a chuck located at the bottom of the chamber. The source electrode is located at the top of the chamber. The voltage difference applied between the source electrode and the bias electrode changes the gas state of the inert gas into plasma.
제1 표면 처리를 수행하는 시간이 약 10초 미만인 경우, 불소 화합물이 효과적으로 제거되지 않는다는 문제점이 있다. 반면에 제1 표면 처리를 수행하는 시간이 약 120초를 초과하는 경우, 상변화막(300), 상부 전극(410) 및 마스크막 패턴(500)이 손상을 입는다는 문제점이 있다. 따라서 제1 표면 처리를 수행하는 시간 은 약 10초 내지 약 120초일 수 있다. If the time for performing the first surface treatment is less than about 10 seconds, there is a problem that the fluorine compound is not effectively removed. On the other hand, when the time for performing the first surface treatment exceeds about 120 seconds, there is a problem that the
상변화막(300), 상부 전극(410) 및 마스크막 패턴(500)에 수행되는 제1 표면 처리는 제1 표면 처리는 임의적인 공정이다. 따라서 제1 표면 처리를 수행하지 않을 수 있다.The first surface treatment performed on the
도 4를 참조하면, 상변화막(300)에 염소를 포함하지 않는 제2 물질을 사용하는 제2 식각 공정을 수행한다. 따라서 상부 전극(410) 및 하부 전극(200)의 사이에 상변화막 패턴(310)이 형성된다.Referring to FIG. 4, a second etching process using a second material that does not contain chlorine is performed in the
제2 물질이 염소를 포함하는 경우, 염소가 상변화막(300)과 화학적으로 반응하여 결함들을 발생시킨다. 즉, 상변화막 패턴(310)의 측면부에 결함들을 발생시킨다. 따라서 측면부의 사이즈가 줄어든다.When the second material includes chlorine, the chlorine chemically reacts with the
구체적으로 상변화막(300)이 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함하는 경우, 염소는 안티몬과 과도하게 반응하여 안티몬의 원자 백분율(atomic percentage)을 감소시킨다. 따라서 제2 물질은 염소를 포함하지 않는 것이 바람직하다.Specifically, when the
제2 물질은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 또는 라돈을 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 이 경우, 제2 물질은 플라즈마 상태를 갖는다.The second material may include helium, neon, argon, krypton, xenon or radon. These may be used alone or in combination. In this case, the second material has a plasma state.
제2 식각 공정은 소스 전극 및 바이어스 전극을 갖는 챔버 내에서 수행된다. 바이어스 전극은 챔버의 하부에 위치한 척에 설치된다. 소스 전극은 챔버의 상부에 위치한다. 소스 전극과 바이어스 전극 사이에 인가되는 전압차는 제2 물질의 상태를 플라즈마로 변화시킨다.The second etching process is performed in a chamber having a source electrode and a bias electrode. The bias electrode is installed in the chuck located at the bottom of the chamber. The source electrode is located at the top of the chamber. The voltage difference applied between the source electrode and the bias electrode changes the state of the second material to plasma.
제2 물질은 불소를 더 포함할 수 있다. 불소는 테트라플루오르메탄, 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 모노플루오르메탄 또는 이들의 혼합물로부터 제공될 수 있다.The second material may further comprise fluorine. Fluorine can be provided from tetrafluoromethane, trifluoromethane, difluoromethane, monofluoromethane or mixtures thereof.
불소는 할로겐 그룹의 원소이기 때문에 화학적 반응성이 강하다. 따라서 불소를 포함하는 제2 물질을 사용하는 제2 식각 공정을 통해 상변화막 패턴(310)을 형성하는 경우, 불소 화합물이 절연막(100), 상변화막 패턴(310), 상부 전극(410) 및 마스크막 패턴의 표면에 잔류할 수 있다. Fluorine is chemically reactive because it is an element of the halogen group. Therefore, when the phase
일 예로, 마스크막 패턴(500)이 실리콘 산화물을 포함하는 경우, 불소 화합물은 실리콘 불화물일 수 있다. 다른 예로, 상부 전극(410)이 티타늄을 포함하는 경우, 불소 화합물은 티타늄 불화물일 수 있다.For example, when the
불소 화합물은 절연막(100), 상변화막 패턴(310), 상부 전극(410) 및 마스크막 패턴(500)에 제2 표면 처리를 수행함으로서 제거될 수 있다. 제2 표면 처리는 불활성 가스를 사용하여 수행된다. 불활성 가스는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 또는 라돈을 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.The fluorine compound may be removed by performing a second surface treatment on the insulating
제2 표면 처리는 소스 전극 및 바이어스 전극을 갖는 챔버 내에서 수행된다. 바이어스 전극은 챔버의 하부에 위치한 척에 설치된다. 소스 전극은 챔버의 상부에 위치한다. 예를 들어, 제2 표면 처리는 제2 식각 공정이 수행된 챔버에서 수행될 수 있다. 소스 전극과 바이어스 전극 사이에 인가되는 전압차는 불활성 가스의 가스 상태를 플라즈마로 변화시킨다.The second surface treatment is performed in a chamber having a source electrode and a bias electrode. The bias electrode is installed in the chuck located at the bottom of the chamber. The source electrode is located at the top of the chamber. For example, the second surface treatment may be performed in a chamber in which the second etching process is performed. The voltage difference applied between the source electrode and the bias electrode changes the gas state of the inert gas into plasma.
제2 표면 처리를 수행하는 시간이 약 10초 미만인 경우, 불소 화합물이 효과 적으로 제거되지 않는다는 문제점이 있다. 반면에 제2 표면 처리를 수행하는 시간이 약 120초를 초과하는 경우, 절연막(100), 상변화막 패턴(310), 상부 전극(410) 및 마스크막 패턴(500)이 손상을 입는다는 문제점이 있다. 따라서 제2 표면 처리를 수행하는 시간은 약 10초 내지 약 120초일 수 있다.If the time for performing the second surface treatment is less than about 10 seconds, there is a problem that the fluorine compound is not effectively removed. On the other hand, when the time for performing the second surface treatment exceeds about 120 seconds, the insulating
절연막(100), 상변화막 패턴(310), 상부 전극(410) 및 마스크막 패턴(500)에 수행되는 제2 표면 처리는 임의적인 공정이다. 따라서 제2 표면 처리를 수행하지 않을 수 있다.The second surface treatment performed on the insulating
제2 2nd 실시예Example
제2 실시예에 따른 상변화 구조물 형성 방법은 제1 물질이 제2 성분을 포함하는 것을 제외하고 제1 실시예에 따른 상변화 구조물 형성 방법과 실질적으로 동일하다. 따라서 반복되는 설명은 생략한다. The method of forming a phase change structure according to the second embodiment is substantially the same as the method of forming the phase change structure according to the first embodiment except that the first material includes the second component. Therefore, repeated description is omitted.
제2 성분은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 또는 라돈일 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합으로 사용될 수 있다. 제1 물질은 플라즈마 상태를 갖는다.The second component may be helium, neon, argon, krypton, xenon or radon. These may be used alone or in combination. The first material has a plasma state.
제1 식각 공정은 소스(source) 전극 및 바이어스(bias) 전극을 갖는 챔버(chamber) 내에서 수행된다. 바이어스 전극은 챔버의 하부에 위치한 척(chuck)에 설치된다. 척은 제1 식각 공정이 수행될 도전막(400)을 지지한다. 소스 전극은 챔버의 상부에 위치한다. 여기서 소스 전극 및 바이어스 전극은 제1 물질의 상태를 플라즈마로 만들기 위하여 사용된다.The first etching process is performed in a chamber having a source electrode and a bias electrode. The bias electrode is installed in a chuck located at the bottom of the chamber. The chuck supports the
구체적으로 소스 전극 및 바이어스 전극에 제1 전력(electric power) 및 제2 전력이 각각 인가된다. 제2 전력에 대한 제1 전력의 비가 약 2.5:1 미만인 경우, 제1 식각 공정의 효율이 낮다는 문제점이 있다. 반면에 제2 전력에 대한 제1 전력의 비가 약 10:1을 초과하는 경우, 제1 식각 공정을 효과적으로 제어하기 어렵다는 문제점이 있다. 따라서 제2 전력에 대한 제1 전력의 비는 약 2.5:1 내지 약 10:1일 수 있다. 예를 들어, 제2 전력에 대한 제1 전력의 비는 약 5:1일 수 있다. 즉, 제1 전력 및 제2 전력은 각각 약 1,000Watt 및 약 200Watt일 수 있다.Specifically, a first electric power and a second electric power are applied to the source electrode and the bias electrode, respectively. When the ratio of the first power to the second power is less than about 2.5: 1, there is a problem that the efficiency of the first etching process is low. On the other hand, when the ratio of the first power to the second power exceeds about 10: 1, there is a problem that it is difficult to effectively control the first etching process. Thus, the ratio of the first power to the second power may be about 2.5: 1 to about 10: 1. For example, the ratio of the first power to the second power may be about 5: 1. That is, the first power and the second power may be about 1,000 Watts and about 200 Watts, respectively.
챔버의 압력이 약 1mTorr 미만인 경우, 제1 식각 공정의 효율이 낮다는 문제점이 있다. 반면에 챔버의 압력이 10mTorr를 초과하는 경우, 제1 식각 공정을 효과적으로 제어할 수 없다는 문제점이 있다. 따라서 챔버의 압력은 약 1mTorr 내지 약 10mTorr일 수 있다. 예를 들어, 챔버의 압력은 약 5mTorr일 수 있다.If the pressure of the chamber is less than about 1 mTorr, there is a problem that the efficiency of the first etching process is low. On the other hand, if the pressure of the chamber exceeds 10mTorr, there is a problem that can not effectively control the first etching process. Thus, the pressure in the chamber may be about 1 mTorr to about 10 mTorr. For example, the pressure in the chamber may be about 5 mTorr.
제2 성분에 대한 제1 성분의 유량비가 약 1:4 미만인 경우, 금속 불화물(metal fluoride)과 같은 부산물이 발생한다는 문제점이 있다. 반면에 제2 성분에 대한 제1 성분의 유량비가 약 3:2를 초과하는 경우, 제1 식각 공정의 효율이 낮아진다는 문제점이 있다. 따라서 제2 성분에 대한 제1 성분의 유량비는 약 1:4 내지 약 3:2일 수 있다. 예를 들어, 제2 성분에 대한 제1 성분의 유량비는 약 2:3일 수 있다.When the flow rate ratio of the first component to the second component is less than about 1: 4, there is a problem that a by-product such as metal fluoride occurs. On the other hand, when the flow rate ratio of the first component to the second component exceeds about 3: 2, there is a problem that the efficiency of the first etching process is lowered. Thus, the flow rate ratio of the first component to the second component may be about 1: 4 to about 3: 2. For example, the flow rate ratio of the first component to the second component can be about 2: 3.
실시예Example 3 3
제3 실시예에 따른 상변화 구조물 형성 방법은 제1 물질이 제3 성분을 더 포함하는 것을 제외하고 제2 실시예에 따른 상변화 구조물 형성 방법과 실질적으로 동일하다. 따라서 반복되는 설명은 생략한다.The method of forming a phase change structure according to the third embodiment is substantially the same as the method of forming the phase change structure according to the second embodiment except that the first material further includes a third component. Therefore, repeated description is omitted.
제3 성분은 염소일 수 있다. 제3 성분이 염소일 경우, 도전막(400)은 제1 물질에 의해서 비교적 낮은 온도에서 식각될 수 있다.The third component may be chlorine. When the third component is chlorine, the
제1 물질에 포함된 제2 성분은 염소가 상변화막(300)과 화학적으로 반응하는 것을 방지한다. 또한, 제1 물질에 포함된 제2 성분은 염소가 상변화막(300)과 상부 전극(410) 사이의 계면(interface)으로 침투하는 것을 방지한다. 따라서 상부 전극(410)과 접하는 상변화막(300)의 상면부에 결함들이 발생하지 않을 수 있다.The second component included in the first material prevents chlorine from chemically reacting with the
티타늄 titanium 질화막Nitride film 식각Etching 관련 실험 Related experiment
챔버를 준비하였다. 챔버의 하부에는 바이어스 전극이 설치된 척이 위치하였다. 챔버의 상부에는 소스 전극이 위치하였다. 이어서 척에 티타늄 질화막을 위치시켰다.The chamber was prepared. At the bottom of the chamber was a chuck with a bias electrode. The source electrode is located at the top of the chamber. The titanium nitride film was then placed on the chuck.
챔버의 압력은 약 5mTorr이었다. 제1 성분 및 제2 성분을 갖는 제1 물질이 챔버에 유입되었다. 제1 성분은 테트라플루오르메탄이었다. 제2 성분은 아르곤이었다. 이 때, 제2 성분에 대한 제1 성분의 유량비는 약 2:3이었다.The pressure in the chamber was about 5 mTorr. A first material having a first component and a second component was introduced into the chamber. The first component was tetrafluoromethane. The second component was argon. At this time, the flow rate ratio of the first component to the second component was about 2: 3.
소스 전극 및 바이어스 전극에 제1 전력 및 제2 전력이 각각 인가되었다. 제2 전력에 대한 제1 전력의 비는 약 5:1이었다. 구체적으로 제1 전력 및 제2 전력은 각각 약 1,000Watt 및 약 200Watt이었다. 여기서, 제1 및 2 전력들 때문에, 제1 물질은 플라즈마 상태를 가졌다.The first power and the second power were applied to the source electrode and the bias electrode, respectively. The ratio of the first power to the second power was about 5: 1. Specifically, the first power and the second power were about 1,000 Watts and about 200 Watts, respectively. Here, because of the first and second powers, the first material had a plasma state.
상술한 조건들 하에서 티타늄 질화막이 식각되었다. 티타늄 질화막의 식각율(etch rate)은 약 11.4Å/sec이었다. 즉, 식각율이 양호하였다. 또한, 감소된 양의 티타늄 불화물(titanium fluoride)이 생성되었다.The titanium nitride film was etched under the above conditions. The etch rate of the titanium nitride film was about 11.4 kV / sec. That is, the etching rate was good. In addition, reduced amounts of titanium fluoride were produced.
염소를 사용하지 않고 티타늄 Titanium without chlorine 질화막Nitride film 및 And 상변화막을Phase change film 식각하는Etched 실험 Experiment
홀을 갖는 절연막을 형성하였다. 절연막은 실리콘 질화물을 포함하였다. 이어서, 홀 내에 하부 전극을 형성하였다. 하부 전극은 티타늄 질화물을 포함하였다. 여기서, 절연막의 상면은 하부 전극의 상면과 실질적으로 동일한 평면상에 있었다.An insulating film having holes was formed. The insulating film contained silicon nitride. Subsequently, a lower electrode was formed in the hole. The lower electrode contained titanium nitride. Here, the upper surface of the insulating film was on the same plane as the upper surface of the lower electrode.
이어서, 절연막 및 하부 전극 상에 상변화막을 형성하였다. 상변화막은 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함하였다. 여기서 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 원자 백분율(atomic percentage)들은 각각 약 24.8%, 약 24.5% 및 약 50.6%이었다.Next, a phase change film was formed on the insulating film and the lower electrode. Phase change films included germanium, antimony and tellurium. Here the atomic percentages of germanium, antimony and tellurium were about 24.8%, about 24.5% and about 50.6%, respectively.
그 후, 상변화막 상에 티타늄 질화막을 형성하였다. 이어서, 티타늄 질화막에 제1 식각 공정을 수행하여 상부 전극을 형성하였다. 제1 식각 공정은 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분을 포함하는 제1 물질을 사용하여 수행하였다. 구체적으로 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분은 각각 테트라플루오르메탄, 아르곤 및 염소이었다. 제1 물질은 플라즈마 상태를 가졌다.Thereafter, a titanium nitride film was formed on the phase change film. Subsequently, a first etching process was performed on the titanium nitride layer to form an upper electrode. The first etching process was performed using a first material comprising a first component, a second component, and a third component. Specifically, the first component, the second component and the third component were tetrafluoromethane, argon and chlorine, respectively. The first material had a plasma state.
이어서, 상변화막에 테트라플루오르메탄 및 아르곤을 포함하는 제2 물질을 사용하여 제2 식각 공정을 수행하였다. 제2 물질은 플라즈마 상태를 가졌다. 제2 식각 공정에 의해서 상부 전극 및 하부 전극의 사이에 상변화막 패턴이 형성되었다. 따라서 하부 전극, 상변화막 패턴 및 상부 전극을 포함하는 상변화 구조물이 형성되었다.Subsequently, a second etching process was performed using a second material including tetrafluoromethane and argon in the phase change film. The second material had a plasma state. The phase change layer pattern was formed between the upper electrode and the lower electrode by the second etching process. Thus, a phase change structure including a lower electrode, a phase change layer pattern, and an upper electrode was formed.
상변화막 패턴에 포함된 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 원자 백분율들은 각각 약 20%, 약 24.7% 및 약 55%이었다. 즉, 상변화막 패턴에 포함된 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 원자 백분율들은 상변화막에 포함된 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 원자 백분율들과 실질적으로 유사하였다.The atomic percentages of germanium, antimony and tellurium included in the phase change film pattern were about 20%, about 24.7% and about 55%, respectively. That is, the atomic percentages of germanium, antimony and tellurium included in the phase change film pattern were substantially similar to the atomic percentages of germanium, antimony and tellurium included in the phase change film pattern.
도 5는 염소를 사용하지 않고 티타늄 질화막 및 상변화막을 식각하는 실험에서 형성된 상변화 구조물의 전자 현미경 사진이다.5 is an electron micrograph of a phase change structure formed in an experiment of etching a titanium nitride film and a phase change film without using chlorine.
도 5를 참조하면, 상부 전극과 접하는 상변화막 패턴의 상면부에 결함들이 실질적으로 존재하지 않았다. 또한, 상변화막 패턴의 측면부에 결함들이 실질적으로 존재하지 않았다. 이는 상변화막 및 상변화막 패턴 간에 조성의 차이가 실질적으로 없었기 때문이다.Referring to FIG. 5, there were substantially no defects on the upper surface of the phase change film pattern in contact with the upper electrode. In addition, there were substantially no defects in the side portions of the phase change film pattern. This is because there was substantially no difference in composition between the phase change film and the phase change film pattern.
도 6은 제2 실험예에서 형성된 상변화막 패턴으로 공급되는 전류에 대한 상변화막 패턴의 저항을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the resistance of the phase change film pattern to the current supplied to the phase change film pattern formed in the second experimental example.
도 6을 참조하면, 상변화막 패턴으로 공급되는 전류가 약 1.0mA이하인 경우, 상변화막 패턴의 상(phase)은 저항이 상대적으로 낮은 단결정 상태(single crystalline state)이었다. 반면에 상변화막 패턴으로 공급되는 전류가 약 1.5mA이상인 경우, 상변화막 패턴의 상은 저항이 상대적으로 낮은 비정질 상태(amorphous state)이었다. 즉, 제2 실험예에서 형성된 상변화막 패턴을 포함하는 상변화 구조물은 스위칭(switching) 기능을 가질 수 있었다.Referring to FIG. 6, when the current supplied to the phase change film pattern is about 1.0 mA or less, the phase of the phase change film pattern was a single crystalline state having a relatively low resistance. On the other hand, when the current supplied to the phase change film pattern was about 1.5 mA or more, the phase of the phase change film pattern was an amorphous state with a relatively low resistance. That is, the phase change structure including the phase change layer pattern formed in the second experimental example may have a switching function.
염소를 사용하여 티타늄 Chlorine using titanium 질화막Nitride film 및 And 상변화막을Phase change film 식각하는Etched 실험 Experiment
홀을 갖는 절연막을 형성하였다. 절연막은 실리콘 질화물을 포함하였다. 이어서, 홀 내에 제2 실험예 하부 전극을 형성하였다. 하부 전극은 티타늄 질화물을 포함하였다. 여기서, 절연막의 상면은 하부 전극의 상면과 실질적으로 동일한 평면상에 있었다.An insulating film having holes was formed. The insulating film contained silicon nitride. Subsequently, a second experimental example lower electrode was formed in the hole. The lower electrode contained titanium nitride. Here, the upper surface of the insulating film was on the same plane as the upper surface of the lower electrode.
이어서, 절연막 및 하부 전극 상에 상변화막을 형성하였다. 상변화막은 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함하였다. 여기서 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 원자 백분율들은 각각 약 24.8%, 약 24.5% 및 약 50.6%이었다.Next, a phase change film was formed on the insulating film and the lower electrode. Phase change films included germanium, antimony and tellurium. Wherein the atomic percentages of germanium, antimony and tellurium were about 24.8%, about 24.5% and about 50.6%, respectively.
그 후, 상변화막 상에 티타늄 질화막을 형성하였다. 이어서, 티타늄 질화막 및 상변화막을 순차적으로 식각하여 상부 전극 및 상변화막 패턴을 각각 형성하였다. 식각 공정은 염소를 사용하였다.Thereafter, a titanium nitride film was formed on the phase change film. Subsequently, the titanium nitride film and the phase change film were sequentially etched to form an upper electrode and a phase change film pattern, respectively. The etching process used chlorine.
상변화막 패턴에 포함된 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 원자 백분율들은 각각 약 22.5%, 약 3.8% 및 약 73.7%이었다. 즉, 상변화막 패턴에 포함된 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 원자 백분율들은 상변화막에 포함된 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 원자 백분율들과 실질적으로 달랐다.The atomic percentages of germanium, antimony and tellurium included in the phase change film pattern were about 22.5%, about 3.8% and about 73.7%, respectively. That is, the atomic percentages of germanium, antimony and tellurium included in the phase change film pattern were substantially different from the atomic percentages of germanium, antimony and tellurium included in the phase change film pattern.
구체적으로 상변화막에 포함된 안티몬의 원자 백분율은 약 24.5%이었다. 반 면에 상변화막 패턴에 포함된 안티몬의 원자 백분율은 약 3.8%이었다. 즉, 티타늄 질화막 및 상변화막을 식각하는 동안 안티몬의 원자 백분율이 감소하였다.Specifically, the atomic percentage of antimony included in the phase change film was about 24.5%. On the other hand, the percentage of antimony contained in the phase change film pattern was about 3.8%. That is, the atomic percentage of antimony was decreased during the etching of the titanium nitride film and the phase change film.
도 7은 염소를 사용하여 티타늄 질화막 및 상변화막을 식각하는 실험에서형성된 상변화 구조물의 전자 현미경 사진이다.7 is an electron micrograph of a phase change structure formed in an experiment of etching a titanium nitride film and a phase change film using chlorine.
도 7을 참조하면, 상부 전극과 접하는 상변화막 패턴의 상면부에 결함들이 실질적으로 존재하였다. 또한, 상변화막 패턴의 측면부에 결함들이 실질적으로 존재하였다. 이는 상변화막 및 상변화막 패턴 간에 조성의 차이가 실질적으로 있었기 때문이다. Referring to FIG. 7, defects were substantially present in the upper surface of the phase change film pattern in contact with the upper electrode. In addition, defects were substantially present at the side portions of the phase change film pattern. This is because there was a substantial difference in composition between the phase change film and the phase change film pattern.
도 8은 염소를 사용하여 티타늄 질화막 및 상변화막을 식각하는 실험에서 형성된 상변화막 패턴으로 공급되는 전류에 대한 상변화막 패턴의 저항을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the resistance of the phase change film pattern to the current supplied to the phase change film pattern formed in the experiment of etching the titanium nitride film and the phase change film using chlorine.
도 8을 참조하면, 상변화막 패턴으로 전류가 공급되지 않는 경우에도 상변화막 패턴의 상은 저항이 상대적으로 높은 비정질 상태이었다. 따라서 비교 실험예에서 형성된 상변화막 패턴은 스위칭(switching) 기능을 가질 수 없었다.Referring to FIG. 8, even when no current is supplied to the phase change film pattern, the phase of the phase change film pattern was in an amorphous state with a relatively high resistance. Therefore, the phase change film pattern formed in the comparative experiment could not have a switching function.
불소 화합물 제거 관련 실험Fluorine compound removal experiment
반도체 기판 상에 실리콘 산화막을 형성하였다. 그 후, 실리콘 산화막에 테트라플루오르메탄을 제공하여 실리콘 산화막 표면에 실리콘 불소화합물을 형성하였다.A silicon oxide film was formed on the semiconductor substrate. Thereafter, tetrafluoromethane was provided to the silicon oxide film to form a silicon fluorine compound on the silicon oxide film surface.
그 후, 소스 전극 및 바이어스 전극을 갖는 챔버내에서 실리콘 산화막에 대한 표면 처리를 수행하였다. 구체적으로 소스 전극 및 바이어스 전극에 각각 1,000Watt 및 0 W의 전력을 인가하였다. 챔버 내로 아르곤 가스가 유입되었다.Thereafter, surface treatment was performed on the silicon oxide film in a chamber having a source electrode and a bias electrode. Specifically, 1,000 Watt and 0 W power were applied to the source electrode and the bias electrode, respectively. Argon gas was introduced into the chamber.
도 9는 실리콘 산화막에 표면 처리를 수행하지 않았을 경우 촬영한 실리콘 산화막의 전자 현미경 사진이다.9 is an electron micrograph of a silicon oxide film taken when the surface treatment is not performed on the silicon oxide film.
도 9을 참조하면, 실리콘 산화막의 표면이 평탄하지 않았다. 이는 실리콘 산화막의 표면에 실리콘 불화물이 잔류하기 때문이었다.9, the surface of the silicon oxide film was not flat. This is because silicon fluoride remains on the surface of the silicon oxide film.
도 10은 실리콘 산화막에 30초간 표면 처리를 수행한 후 촬영한 실리콘 산화막의 전자 현미경 사진이다.10 is an electron micrograph of a silicon oxide film taken after performing a surface treatment on the silicon oxide film for 30 seconds.
도 10을 참조하면, 실리콘 산화막의 표면이 실질적으로 평탄하였다. 이는 실리콘 산화막의 표면에 잔류하는 실리콘 불화물이 제거되었기 때문이다. 이 때 실리콘 불화물의 제거율은 약 300Å/min이었다.Referring to FIG. 10, the surface of the silicon oxide film was substantially flat. This is because the silicon fluoride remaining on the surface of the silicon oxide film was removed. At this time, the removal rate of silicon fluoride was about 300 mW / min.
본 발명에 따르면, 하부 전극 및 상부 전극의 사이에 위치하는 상변화막 패턴은 결함들이 거의 없는 측면부를 갖는다. 또한, 상부 전극과 접하는 상변화막 패턴의 상면부에 실질적으로 결함이 발생하지 않는다.According to the present invention, the phase change film pattern located between the lower electrode and the upper electrode has a side portion with few defects. In addition, a defect does not substantially occur in the upper surface portion of the phase change film pattern in contact with the upper electrode.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although described with reference to the preferred embodiments of the present invention as described above, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.
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| KR20050031160A (en) * | 2003-09-29 | 2005-04-06 | 삼성전자주식회사 | Phase-changable memory device and method of forming the same |
| KR20050111469A (en) * | 2004-05-22 | 2005-11-25 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for fabricating phase changeable memory device |
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2006
- 2006-06-09 KR KR1020060051782A patent/KR100796732B1/en not_active IP Right Cessation
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2007
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Patent Citations (3)
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