KR100962623B1 - 상변화 물질층 형성 방법, 이를 이용한 상변화 메모리 유닛및 상변화 메모리 장치의 제조 방법 - Google Patents

상변화 물질층 형성 방법, 이를 이용한 상변화 메모리 유닛및 상변화 메모리 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

상변화 물질층 형성 방법, 이를 이용한 상변화 메모리 유닛 및 상변화 메모리 장치의 제조 방법이 개시된다. 반응 챔버 내에 제1 물질을 포함하는 제1 소스 가스를 공급하여 대상체 상에 제1 물질막을 형성한 후, 반응 챔버 내에 제2 물질을 포함하는 제2 소스 가스를 공급하여 대상체 상에 제1 및 제2 물질을 포함하는 제1 복합 물질막을 형성한다. 반응 챔버 내에 제3 물질을 포함하는 제3 소스 가스를 공급하여 제1 복합 물질막 상에 제3 물질막을 형성한 다음, 반응 챔버 내에 제4 물질을 포함하는 제4 소스 가스를 공급하여 제1 복합 물질막 상에 제3 및 제4 물질을 포함하는 제2 복합 물질막을 형성한다. 수소/아르곤 플라즈마를 형성한 상태에서 적절한 공급 시간으로 소스 가스들을 제공하여 상변화 물질층을 형성하기 때문에, 상변화 물질층의 구성 성분들의 조성비를 용이하게 조절할 수 있으며 저온에서 빠른 속도로 상변화 물질층을 형성할 수 있다.

Description

상변화 물질층 형성 방법, 이를 이용한 상변화 메모리 유닛 및 상변화 메모리 장치의 제조 방법{METHOD OF FORMING A PHASE CHANGEABLE MATERIAL LAYER, AND METHODS OF MANUFACTURING A PHASE CHANGEABLE MEMORY UNIT AND A PHASE CHANGEABLE MEMORY DEVICE USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질층 형성 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질층 형성 방법을 설명하기 위한 공정 타이밍 시트이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 소스 가스의 공급 시간에 대한 제1 물질막 내의 게르마늄 및 텔루르의 함량을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소 가스의 유량에 대한 제1 물질막 내의 게르마늄 및 텔루르의 함량비를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 및 제4 소스 가스의 공급 시간에 대한 제2 복합 물질막 내의 안티몬 및 텔루르의 함량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소 가스의 유량에 대한 제2 복합 물질막 내의 게르마늄 및 텔루르의 함량비를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 제1 내지 제4 소스 가스의 공급시간에 대한 제2 복합 물질막들의 면저항을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간에 대한 상변화 물질층의 면저항을 측정한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간에 대한 상변화 물질층의 면저항을 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 소스 가스의 공급 시간에 대한 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 함량을 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명에 다른 실시예에 따른 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간에 대한 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 함량을 측정한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질층과 종래의 상변화 물질층들의 결정 구조를 X-선 회절 분석을 통하여 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질층의 평면 전자 현미경 사진이다.
도 14는 도 13에 도시한 상변화 물질층의 단면 전자 현미경 사진이다.
도 15는 본 발명의 실험예 1 내지 실험예 3에 따른 상변화 물질층들의 결정 구조를 X-선 회절 분석을 통해 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실험예 4 내지 실험예 6에 따른 상변화 물질층들의 결정 구조를 X-선 회절 분석을 통해 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실험예 7 내지 실험예 9에 따른 상변화 물질층들의 결정 구조를 X-선 회절 분석을 통해 나타낸 그래프이다.
도 18a 내지 도 18h는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 메모리 유닛의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 19a 내지 도 19f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화 메모리 유닛의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 20a 내지 도 20h는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 21a 내지 도 21e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
100, 200, 300, 400：기판 103, 203：하부 구조물
106, 206, 327, 427：제1 층간 절연막 112, 212：하부 콘택
118：제1 절연막 121, 348：패드
124, 218, 351, 445：제1 절연막 패턴 130, 227：제2 절연막
127, 224, 354, 451：제2 층간 절연막 133, 230, 360, 457：희생막
139, 234, 369, 466：예비 스페이서 145, 372：예비 하부 전극
148, 221, 375, 448：하부 전극 151, 240, 378：스페이서
154a, 154b, 154c, 233a, 233b, 233c, 381a, 381b, 460a, 460b：제1 복합 물질막
155a, 155b, 155c, 234a, 234b, 234c, 382a, 382b, 461a, 461b：제2 복합 물 질막
157, 237, 384, 463：상변화 물질층 166, 246, 390, 478：상부 전극
163, 243, 387, 475：상변화 물질층 패턴 172, 251, 396, 484：상부 콘택
169, 249, 393, 481：제3 층간 절연막 175, 254, 399, 487：상부 배선
303, 403：소자 분리막 306, 406：게이트 절연막 패턴
309, 409：게이트 전극 312, 412：게이트 마스크
315, 415：게이트 스페이서 318, 418：게이트 구조물
321, 421：제1 콘택 영역 324, 424：제2 콘택 영역
339, 439：제1 하부 콘택 342, 442：제2 하부 콘택
349, 446：제2 절연막 패턴 352, 449：하부 배선
본 발명은 상변화 물질층 형성 방법, 이를 이용한 상변화 메모리 유닛의 제조 방법 및 상변화 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 플라즈마를 이용하여 저온에서 우수한 특성을 갖는 상변화 물질층을 수득할 수 있는 상변화 물질층 형성 방법, 이를 이용한 상변화 메모리 유닛의 제조 방법 및 상변화 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 메모리 장치는 전원 공급이 중단 되었을 경우 저장 데이터의 유지 여부에 따라 일반적으로 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 장치 또는 SRAM(Static Random Access Memory) 장치와 같은 휘발성 반도체 메모리 장치와 플래시(flash) 메모리 장치 또는 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) 장치와 같은 불휘발성 반도체 메모리 장치로 구분될 수 있다. 디지털 카메라, 휴대폰 또는 MP3 플레이어와 같은 전자 기기에 사용되는 반도체 메모리 장치로는 불휘발성 메모리 소자인 플래시 메모리 장치가 주로 사용되고 있다. 그러나 상기 플래시 메모리 장치는 데이터를 기록하거나 이를 독취하는 과정에서 비교적 많은 시간이 요구되기 때문에, 이러한 플래시 장치를 대체하기 위하여 MRAM(Magnetic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 또는 PRAM(Phase-changable Random Access Memory) 장치와 같은 새로운 반도체 장치가 개발되어 왔다.
불휘발성 반도체 메모리 장치 가운데 하나인 상기 PRAM 장치는 칼코겐(chalcogenide) 화합물의 상전이(phase transition)에 의한 비정질(amorphous) 상태와 결정(crystal) 상태 사이의 저항의 차이를 이용하여 데이터를 저장한다. 즉, 상기 PRAM 장치는 인가된 펄스의 진폭과 길이에 따라 칼코겐 화합물인 게르마늄Ge)-안티몬(Sb)-텔루르(Te)(GST)로 이루어진 상변화 물질층의 가역적 상변화(reversible phase transition)를 이용하여 데이터를 "0" 과 "1"의 상태로 저장한다. 구체적으로, 저항이 큰 비정질 상태로의 전환에 요구되는 리셋(reset) 전류와 저항이 작은 결정 상태로 바꾸는 셋(set) 전류는 아래에 위치하는 트랜지스터로부터 작은 사이즈를 갖는 하부 전극을 거쳐 상변화 물질층으로 전달되어 상변화가 일어난다. 상기 하부 전극의 상부 영역은 상변화 물질층에 연결되고, 상기 하부 영역 은 상기 트랜지스터에 접촉되는 콘택에 연결된다. 이와 같은 종래의 PRAM 장치 및 그 제조 방법은 대한민국 등록특허 제437,458호, 대한민국 공개특허 제2005-31160호, 미합중국 등록특허 제5,825,046호 및 미합중국 등록특허 제5,596,522호 등에 개시되어 있다.
전술한 종래의 문헌들에 개시된 PRAM 장치의 제조 방법에 있어서, 스퍼터링(sputtering) 공정 또는 증발 증착(evaporation deposition) 공정과 같은 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 공정을 이용하여 GST로 이루어진 상변화 물질층을 형성하기 때문에, 상기 상변화 물질층의 성장 속도를 제어하기 어려운 문제가 있다. 이에 따라, 상기 상변화 물질층의 조직이 치밀해지지 못하게 될 뿐만 아니라 상기 상변화 물질층이 우수한 전기적 특성을 갖는 면심입방(Face Centered Cubic; FCC) 결정 구조를 가지기 어렵게 된다. 또한, 상기 물리 기상 증착(PVD) 방법을 이용하여 상변화 물질층을 형성할 경우에는, 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb) 및 텔루르(Te)의 조성비를 정확하게 제어하기 어렵기 때문에 상기 상변화 물질층의 특성이 저하된다. 더욱이, 상기 물리 기상 증착 공정을 통해서는 증착되는 상변화 물질의 증착 속도가 느리기 때문에 상변화 물질층의 제조에 요구되는 시간과 비용이 증대되는 단점이 있다. 특히, 상기 미합중국 특허 제5,596,522호에는 스퍼터링 공정 및 증발 증착 공정을 통하여 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층을 형성하는 방법에 대하여 구체적으로 개시되어 있으나, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정을 이용하여 상변화 물질층을 형성하는 구체적인 방법에 대해서는 언급하지 있지 않다.
본 발명의 제1 목적은 플라즈마를 이용하여 저온에서 상변화 물질의 조성을 적절히 조절하면서 우수한 특성을 갖는 상변화 물질층 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은, 플라즈마를 이용하여 저온에서 상변화 물질의 조성을 적절히 조절하면서 우수한 특성을 갖는 상변화 물질층 형성 방법을 이용하여 상변화 메모리 유닛을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은, 플라즈마를 이용하여 저온에서 상변화 물질의 조성을 적절히 조절하면서 우수한 특성을 갖는 상변화 물질층 형성 방법을 이용하여 상변화 메모리 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상변화 물질층 형성 방법에 있어서, 대상체가 로딩된 반응 챔버 내에 제1 물질을 포함하는 제1 소스 가스를 공급하여 상기 대상체 상에 제1 물질막을 형성한 후, 상기 반응 챔버 내에 제2 물질을 포함하는 제2 소스 가스를 공급하여 상기 대상체 상에 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 포함하는 제1 복합 물질막을 형성한다. 이어서, 상기 반응 챔버 내에 제3 물질을 포함하는 제3 소스 가스를 공급하여, 상기 제1 복합 물질막 상에 제3 물질막을 형성한 다음, 상기 반응 챔버 내에 제4 물질을 포함하는 제4 소스 가스를 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 상기 제3 물질 및 상기 제4 물질을 포함하는 제2 복합 물질막을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 소스 가스를 공급하기 전에 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성한다. 상기 플라즈마를 형성하는 공정에 있어서, 상기 반응 챔버 내에 수소 가스를 도입한 다음, 상기 수소 가스를 예열시킨다. 계속하여, 상기 예열된 수소 가스를 안정화시킨 후, 상기 안정화된 수소 가스로부터 상기 수소 플라즈마를 형성한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 플라즈마는 아르곤 플라즈마를 더 포함한다. 상기 아르곤 플라즈마는 상기 수소 가스와 함께 아르곤 가스를 도입하여 형성된다. 상기 제1 물질은 게르마늄(Ge)을 포함하고, 상기 제2 및 제4 물질은 텔루르(Te)를 포함하며, 상기 제3 물질은 안티몬(Sb)을 포함한다. 상기 제2 물질과 상기 제4 물질은 실질적으로 동일하다.
또한, 전술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상변화 물질층 형성 방법에 있어서, 기판 상에 게르마늄을 포함하는 제1 소스 가스를 공급하여 상기 기판 상에 게르마늄막을 형성한 후, 상기 게르마늄막 상에 텔루르를 포함하는 제2 소스 가스를 공급하여 상기 기판 상에 게르마늄-텔루르막을 형성한다. 계속하여, 상기 게르마늄-텔루르막 상으로 안티몬을 포함하는 제3 소스 가스를 공급하여 상기 게르마늄-텔루르막 상에 안티몬막을 형성한 다음, 상기 안티몬막 상으로 텔루르를 함유하는 제4 소스 가스를 공급하여 상기 게르마늄-텔루르막 상에 안티몬-텔루르막을 형성한다. 이에 따라, 상기 기판 상에는 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상기 상변화 물질층이 형성된다.
전술한 방법에 따라 제조된 상변화 물질층을 구성하는 게르마늄-안티몬-텔루르의 조성은 다음과 같다.
Gex-Sby-Tez
여기서, 0.35≤x≤0.65 정도이고, 0.35≤y≤0.65 정도이며, 0.85≤z≤1.65 정도가 된다. 이와 같은 조성을 갖는 상변화 물질층은 (200)면을 따라 성장된 면심입방(FCC) 결정을 지배적인 결정 구조로 가지기 때문에, 상기 상변화 물질층은 전체적으로 주상(columnar)의 형상을 갖는 그레인들을 포함한다. 이에 따라, 상변화 물질층은 낮은 면저항값 및 용이한 상전이성 등과 같은 개선된 전기적인 특성 및 상변화 특성을 가진다.
상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상변화 메모리 유닛의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 하부 전극을 형성한 후, 상기 하부 전극 상에 상변화 물질층을 형성한다. 이어서, 상기 상변화 물질층 상에 상부 전극을 형성한다. 상기 상변화 물질층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 하부 전극 상으로 제1 물질을 포함하는 제1 소스 가스를 공급하여 상기 하부 전극 상에 제1 물질막을 형성한 다음, 상기 제1 물질막 상으로 제2 물질을 포함하는 제2 소스 가스를 공급하여 상기 하부 전극 상에 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 포함하는 제1 복합 물질막을 형성한다. 계속하여, 상기 제1 복합 물질막 상으로 제3 물질을 포함하는 제3 소스 가스를 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제3 물질막을 형성한 후, 상기 제3 물질막 상으로 제4 물질을 포함하는 제4 소스 가스를 공급하여, 상기 제1 복합 물질막 상에 상기 제3 물질 및 상기 제4 물질을 포함하는 제2 복합 물질막을 형성한다.
상술한 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상변화 메모리 장치의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 콘택 영역들 형성한 후, 상기 콘택 영역에 각기 전기적으로 연결되는 하부 전극 및 하부 배선을 형성한다. 다음에, 상기 하부 전극 상에 상변화 물질층을 형성한 후, 상기 상변화 물질층 상에 상부 전극을 형성한다. 계속하여, 상기 상부 전극 상에 상부 배선을 형성한다. 상기 상변화 물질층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 하부 전극 상으로 제1 물질을 포함하는 제1 소스 가스를 공급하여 상기 하부 전극 상에 제1 물질막을 형성한 다음, 상기 제1 물질막 상으로 제2 물질을 포함하는 제2 소스 가스를 공급하여 상기 하부 전극 상에 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 포함하는 제1 복합 물질막을 형성한다. 이어서, 상기 제1 복합 물질막 상으로 제3 물질을 포함하는 제3 소스 가스를 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제3 물질막을 형성한 후, 상기 제3 물질막 상으로 제4 물질을 포함하는 제4 소스 가스를 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 상기 제3 물질 및 상기 제4 물질을 포함하는 제2 복합 물질막을 형성한다.
본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 수소/아르곤 플라즈마를 형성한 상태에서 적절한 공급 시간으로 소스 가스들을 제공하여 상변화 물질층을 형성하기 때문에, 상기 상변화 물질층의 구성 성분들의 조성비를 용이하게 조절할 수 있으며 저온에서 빠른 속도로 상기 상변화 물질층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 상변화 물질층의 치밀한 구조를 가지는 동시에 상기 상변화 물질층이 바람직한 면심입방(FCC) 결정을 포함하는 결정 구조를 갖기 때문에 상기 상변화 물질층의 상변화 특성 및 전기적인 특성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 상기 소스 가스들을 공급하고 퍼지하는 단순화된 공정을 통하여 상기 상변화 물질층을 형성하기 때문에 상변화 물질층을 구비하는 상변화 메모리 장치의 제조에 소요되는 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상변화 물질층 형성 방법, 이를 이용한 상변화 메모리 유닛의 제조 방법 및 상변화 메모리 장치의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 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, 기판, 층(막), 영역, 패드, 패턴들 또는 구조물들 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 전극, 패드, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 전극, 패드 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 전극, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 전극, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 물질, 가스, 화합물, 층(막), 영역, 패드, 전극, 패턴 또는 구조물들이 "제1", "제2", "제3", "제4", "제5" 및/또는 "제6"으로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 물질, 가스, 화합물, 층(막), 영역, 전극, 패드, 패턴 또는 구조물들을 구분하기 위한 것이다. 따라서 "제1", "제2", "제3", "제4", "제5" 및/또는 "제6"은 각 물질, 가스, 화합물, 층(막), 영역, 전극, 패드, 패턴 또는 구조물들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.
상변화 물질층 형성 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질층 형성 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질층 형성 방법을 설명하기 위한 공정 타이밍 시트(timing sheet)이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 상변화 물질층이 형성될 대상체를 반응 챔버 내에 로딩시킨 다음, 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성한다(단계 S10). 상기 대상체는 실리콘 웨이퍼 또는 SOI 기판과 같은 반도체 기판이나 알루미늄 산화물(Al2O3) 단결정 기판 또는 스트론튬 티타늄 산화물(SrTiO3) 단결정 기판 등의 금속 산화물 단결정 기판을 포함한다. 이 경우, 상기 대상체 상에는 전극, 도전막, 도전막 패턴, 절연막 또는 절연막 패턴이 형성될 수 있다. 따라서 상기 상변화 물질층은 상기 대상체 상에 직접 형성되거나, 전극, 도전막, 도전막 패턴, 절연막 또는 절연막 패턴을 개재하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반응 챔버 내에서 상기 대상체 상부의 형성되는 플라즈마는 수소(H2) 플라즈마를 포함한다. 상기 수소 플라즈마를 형성하기 위하여, 상기 반응 챔버 내로는 약 50-200sccm 정도, 바람직하게는 약 100sccm 정도의 유량으로 수소 가스가 도입된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 반응 챔버 내에 형성되는 상기 플라즈마는 아르곤(Ar) 플라즈마를 더 포함한다. 상기 아르곤 플라즈마는 약 200-400sccm 정도의 유량으로 상기 반응 챔버 내로 공급되는 아르곤 가스로부터 생성된다. 이에 따라, 상기 플라즈마를 형성하기 위하여 도입되는 아르곤 가스에 대한 수소 가스의 비는 약 0.5 이하가 된다.
상기 대상체 상부에 상기 플라즈마를 형성하는 공정에 있어서, 상기 반응 챔버 내로 도입된 수소/아르곤 가스는 약 30-90초 동안 예열되며, 상기 예열된 수소/아르곤 가스는 약 1-3초 동안 안정화된다. 바람직하게는, 상기 수소/아르곤 가스는 약 60초 동안 예열되며, 상기 예열된 수소/아르곤 가스는 약 2초 동안 안정화된다. 상기 안정화된 수소/아르곤 가스에 약 50-200W 정도의 전력을 약 5-15초 동안 인가하여 상기 수소/아르곤 플라즈마를 형성한다. 바람직하게는, 상기 안정화된 수소/아르곤 가스에 약 100W 정도의 전력을 약 10초 동안 인가함으로써, 상기 대상체 상부에 상기 수소/아르곤 플라즈마를 형성한다. 상기 수소/아르곤 플라즈마는 상기 대상체 상에 상변화 물질층을 형성하는 공정 동안 상기 반응 챔버 내에 지속적으로 형성된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 반응 챔버 내에 상기 수소/아르곤 플라즈마를 형성한 후, 아르곤 가스를 포함하는 퍼지 가스를 사용하여 상기 반응 챔버로부터 상기 수소/아르곤 플라즈마의 형성에 관여하지 않은 잔여 가스를 퍼지할 수 있다. 상기 퍼지 가스는 약 1-3초, 바람직하게는 약 2초 동안 상기 반응 챔버 내로 도입되어 상기 잔여 가스를 제거한다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 수소/아르곤 플라즈마가 형성된 상기 반응 챔버 내로 T1의 시간 동안 제1 물질을 포함하는 제1 소스 가스를 공급한다(단계 S20). 상기 제1 소스 가스는 제1 소스 가스 캐니스터로부터 제1 캐리어 가스와 함께 상기 대상체 상으로 제공된다. 상기 제1 소스 가스 캐니스터는 실질적으로 상온으로 유지된다. 상기 제1 캐리어 가스는 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 포함한다. 이 경우, 상기 제1 캐리어 가스의 유량은 약 50-200sccm 정도, 바람직하게는 약 100sccm 정도가 된다. 상기 제1 물질을 포함하는 제1 소스 가스의 공급 시간(T1)은 약 0.1-2.0초 정도가 된다. 바람직하게는, 상기 제1 소스 가스는 상기 대상체 상으로 약 1.0초 동안 동안 공급된다. 또한, 상기 제1 소스 가스를 공급하는 동안, 약 1-5Torr 정도의 낮은 압력 하에서 약 50-200W 정도의 전력을 인가함으로써, 상기 제1 물질을 상기 대상체에 화학적으로 증착시킨다. 바람직하게는, 상기 제1 물질은 약 3Torr 정도의 낮은 압력 하에서 약 100W 정도의 전력을 인가함으로써, 상기 대상체에 화학적으로 증착된다. 상기 수소/ 아르곤 플라즈마를 이용하여 상기 제1 소스 가스의 제1 물질을 상기 대상체에 화학적으로 증착시키기 때문에, 상기 제1 소스 가스의 제1 물질은 약 100-300℃ 정도, 바람직하게는 약 200℃ 정도의 저온에서 상기 대상체 상에 화학적으로 증착될 수 있다. 이 때, 상기 반응 챔버 내벽의 온도는 약 100-200℃ 정도, 바람직하게는 약 150℃ 정도로 유지된다.
상기 제1 소스 가스의 제1 물질은 게르마늄(Ge)을 포함한다. 예를 들면, 상기 제1 물질은 Ge(iPro)3H, GeCl4, Ge(Me)4, Ge(Me)4N3, Ge(Et)4, Ge(Me)3NEt2, Sb(GeMe3)3, Ge(nBu)4, Sb(GeEt3)3 또는 Ge(Cp)2를 포함한다. 이들은 단독으로 또는 2 이상을 서로 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 물질은 Ge(iPro)3H를 포함한다. 상기 제1 소스 가스에 포함되는 상기 제1 물질의 조성 및 특성은 다 음 표 1에 나타낸 바와 같다.
[표 1]
조 성 녹는점[℃] 끓는점[℃] 분자량 기 타
GeCl4 -49.5 83.1 214.40 공기/수분에 민감
Ge(Me)4 -88.0 43.4 132.73 공기/수분에 민감
Ge(Me)4N3 -65.0 136.0 159.71 공기/수분에 민감
Ge(Et)4 -90.0 165.0 188.84 공기/수분에 민감
Ge(Me)3NEt2 < 10.0 138.0 189.82 공기/수분에 민감
Sb(GeMe3)3 12.0 - 474.83 공기/수분에 민감
Ge(nBu)4 -73.0 225.0 301.05 공기/수분에 민감
Sb(GeEt3)3 < 10.0 157.0 683.71 공기/수분에 민감
Ge(Cp)2 25.0 < - 202.78 황색 고체
상기 제1 소스 가스의 제1 물질이 게르마늄을 포함할 경우, 상기 대상체에 상기 제1 물질에 화학적으로 증착되어 상기 대상체 상에는 제1 물질막에 해당되는 게르마늄막이 형성된다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 대상체 상에, 예를 들면 게르마늄막과 같은 상기 제1 물질막을 형성한 다음, 상기 반응 챔버 내로 T2의 시간 동안 제1 퍼지 가스를 도입한다(단계 S30). 예를 들면, 상기 제1 퍼지 가스는 약 0.1-2.0초 동안 상기 반응 챔버 내로 공급된다. 상기 제1 퍼지 가스는 아르곤 가스 또는 질소 가스와 같은 불활성 가스를 포함한다. 바람직하게는, 상기 제1 퍼지 가스는 아르곤 가스를 포함하며, 상기 반응 챔버 내로 약 1초 동안 도입된다. 예를 들면, 상기 제1 퍼지 가스는 약 50-200sccm 정도의 유량, 바람직하게는 약 100sccm 정도의 유량으로 제공된다. 상기 제1 퍼지 가스는 상기 제1 물질 가운데 화학적으로 증착되지 않은 부분을 상기 반응 챔버로부터 제거한다. 보다 상세하게는, 상기 제1 퍼지 가스는 상기 제1 물질 중에서 상기 대상체 및/또는 상기 화학적으로 증착된 부분에 물리적으로 부착된 부분 및 상기 반응 챔버 내에 표류하는 부분을 제거한다.
상기 제1 퍼지 가스를 공급한 다음, 상기 반응 챔버 내로 T3의 시간 동안 제2 물질을 포함하는 제2 소스 가스를 공급한다(단계 S40). 상기 제2 소스 가스는 약 30-40℃ 정도의 온도를 갖는 제2 소스 가스 캐니스터로부터 공급된다. 또한, 상기 제2 소스 가스는 제2 캐리어 가스와 함께 상기 제1 물질막 상으로 제공된다. 예를 들면, 상기 제2 캐리어 가스는 약 50-200sccm 정도의 유량으로 제공된다. 바람직하게는, 상기 제2 캐리어 가스는 아르곤 가스를 포함하며, 이 때 상기 아르곤 가스의 유량은 약 100sccm 정도이다.
상기 제2 소스 가스의 제2 물질은 텔루르(Te)를 포함한다. 상기 제2 소스 가스의 공급 시간(T3)은 약 0.1-1.0초 정도가 된다. 바람직하게는, 상기 제2 소스 가스는 약 0.4-0.8초 동안 상기 반응 챔버 내로 공급된다. 예를 들면, 상기 제2 소스 가스의 제2 물질은 Te(iBu)2, TeCl4, Te(Me)2, Te(Et)2, Te(nPr)2, Te(iPr)2 또는 Te(tBu)2 등을 포함한다. 이들은 단독으로 또는 서로 혼합되어 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2 물질은 Te(iBu)2를 포함한다. TeCl4의 녹는점은 약 224℃ 정도이고, 끓는점은 약 380℃ 정도이며, 분자량은 약 269.41 정도이다. 또한, Te(Me)2의 녹는점은 약 -10℃ 정도이며, 분자량은 약 157.68 정도이다. Te(Et)2, Te(nPr)2, Te(iPr)2 및 Te(tBu)2의 분자량은 각기 약 185.72, 약 213.77, 약 213.77 및 약 241.83 정도이다.
상기 제2 소스 가스의 제2 물질은 약 1-5Torr 정도의 낮은 증착 압력 및 약 100-300℃ 정도의 낮은 온도에서 상기 제1 물질막과 화학적으로 반응함으로써, 상기 대상체 상에는 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 포함하는 제1 복합 물질막이 형성된다.
상기 제2 물질이 상기 제1 물질막에 화학적으로 증착되는 동안 상기 반응 챔버에는 약 50-200W, 바람직하게는 약 100W 정도의 전력이 인가된다. 상기 제1 물질이 게르마늄을 포함하고 상기 제2 물질이 텔루르를 포함할 경우, 상기 제2 소스 가스가 상기 제1 물질막 상으로 제공되면, 상기 제2 물질의 텔루르가 상기 제1 물질막의 게르마늄과 반응하여 상기 대상체 상에는 게르마늄 및 텔루르를 포함하는 제1 복합 물질막이 형성된다. 즉, 상기 제1 복합 물질막은 게르마늄-텔루르막에 해당된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 소스 가스의 공급 시간(T1) 및 상기 제2 소스 가스의 공급 시간(T3)을 조절함으로써, 상기 제1 복합 물질막의 구성 성분인 게르마늄 및 텔루르의 함량비를 용이하게 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 소스 가스의 공급 시간에 대한 상기 제1 복합 물질막 내의 게르마늄 및 텔루르의 함량을 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서, "III" 및 "IV"는 각기 상기 제1 복합 물질막 내의 게르마늄의 함량 및 텔루르의 함량을 나타낸다. 상기 반응 챔버 내에 수소 플라즈마를 형성하기 위해 도입되는 수소 가스의 유량은 약 100sccm 정도이며, 게르마늄을 포함하는 상기 제1 소스 가스의 공급 시간(T1)은 약 200℃ 정도의 온도에서 약 1.0초 동안 균일하 게 유지된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 텔루르를 함유하는 상기 제2 소스 가스의 공급 시간(T3)이 약 0.2초로부터 약 0.6초까지 증가함에 따라 상기 제1 복합 물질막 내의 게르마늄의 함량(III)은 감소하는 반면 텔루르의 함량(IV)은 증가한다. 따라서 게르마늄을 함유하는 상기 제1 소스 가스의 공급 시간(T1)을 변경시키거나, 텔루르를 함유하는 상기 제2 소스 가스의 공급 시간(T3)을 변화시킴으로써, 상기 제1 복합 물질막 내의 게르마늄과 텔루르의 함량비를 쉽게 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 복합 물질막 내의 게르마늄과 텔루르의 함량비는 다음과 같이 상기 수소 플라즈마를 형성하기 위하여 도입되는 상기 수소 가스의 유량에 의해서도 조절될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소 가스의 유량에 대한 상기 제1 복합 물질막 내의 게르마늄 및 텔루르의 함량비를 나타내는 그래프이다. 도 4에 있어서, "V" 및 "VI"은 각기 상기 제1 복합 물질막 내의 게르마늄의 함량 및 텔루르의 함량을 의미한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 수소 가스의 유량이 약 850sccm 정도일 경우에는, 상기 제1 복합 물질막 내의 게르마늄의 함량이 텔루르의 함량에 비하여 2배 이상이 된다. 그러나 상기 수소 가스의 유량이 850sccm 정도로부터 0sccm 정도까지 감소함에 따라, 상기 제1 복합 물질막 내의 게르마늄의 함량(V)과 텔루르의 함량(VI)은 서로 비슷해짐을 알 수 있다. 따라서 상기 수소 플라즈마를 형성하기 위하여 상기 반응 챔버 내에 도입되는 수소 가스의 유량을 조절함으로써, 상기 제1 복 합 물질막 내의 게르마늄 및 텔루르의 함량비를 쉽게 조절할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 대상체 상에 상기 제1 복합 물질막을 형성한 후, 상기 반응 챔버 내로 T4의 시간 동안 제2 퍼지 가스를 도입한다(단계 S50). 예를 들면, 상기 제2 퍼지 가스는 약 0.1-2.0초 동안 상기 반응 챔버 내로 도입된다. 바람직하게는, 상기 제2 퍼지 가스는 아르곤 가스를 포함하며, 상기 반응 챔버 내로 약 1초 동안 도입된다. 이 때, 상기 제2 퍼지 가스는 약 50-200sccm, 바람직하게는 약 100sccm 정도의 유량으로 공급된다. 상기 제2 퍼지 가스는 상기 제2 물질 중에서 상기 제1 물질막과 화학적으로 반응하지 않은 부분을 상기 반응 챔버로부터 제거한다. 즉, 상기 제2 퍼지 가스는 상기 제2 물질 가운데 상기 제1 복합 물질막의 형성에 관여하지 않은 나머지 부분을 상기 반응 챔버로부터 제거한다.
상기 제1 퍼지 가스를 공급한 다음, 상기 반응 챔버 내로 T5의 시간 동안 제3 물질을 포함하는 제3 소스 가스를 공급한다(단계 S60). 상기 제3 소스 가스는 제3 소스 가스 캐니스터로부터 제3 캐리어 가스와 함께 상기 대상체 상에 형성된 상기 제1 복합 물질막 상으로 제공된다. 상기 제3 소스 가스 캐니스터는 약 30-50℃ 정도의 온도로 유지된다. 상기 제3 캐리어 가스는 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 포함한다. 이 때, 상기 제3 캐리어 가스의 유량은 약 50-200sccm 정도, 바람직하게는 약 100sccm 정도가 된다.
상기 제3 물질을 포함하는 제3 소스 가스의 공급 시간(T5)은 약 0.1-2.0초 정도가 된다. 바람직하게는, 상기 제3 소스 가스는 상기 제1 복합 물질막 상으로 약 0.4-0.8초 동안 동안 공급되어 상기 제1 복합 물질막 상에 제3 물질막을 형성한다. 또한, 상기 제3 물질막은 약 1-5Torr 정도의 낮은 압력 하에서 약 50-200W 정도의 전력을 인가함으로써, 상기 제1 복합 물질막 상에 형성된다. 바람직하게는, 상기 제3 물질막은 약 3Torr 정도의 낮은 압력 하에서 약 100W 정도의 전력을 인가함으로써, 상기 제1 복합 물질막 상에 형성된다. 전술한 바와 같이, 상기 수소/아르곤 플라즈마를 이용하여 상기 제3 소스 가스의 제3 물질을 상기 제1 복합 물질막에 화학적으로 증착시키기 때문에, 상기 제3 물질막은 약 100-300℃ 정도, 바람직하게는 약 200℃ 정도의 저온에서 상기 제1 복합 물질막 상에 형성될 수 있다. 이 때, 상기 반응 챔버 내벽의 온도는 약 100-200℃ 정도, 바람직하게는 약 150℃ 정도로 유지된다.
상기 제3 소스 가스의 제3 물질은 안티몬(Sb)을 함유한다. 예를 들면, 상기 제3 물질은 Sb(iBu)3, SbCl3, SbCl5, Sb(Me)3, Sb(Et)3, Sb(nPr)3, Sb(tBu)3, Sb[N(Me)2]3 또는 Sb(Cp)3를 포함한다. 이들은 단독으로 또는 서로 혼합되어 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제3 물질은 Sb(iBu)3를 포함한다. 상기 제3 소스 가스에 포함되는 안티몬을 함유하는 제3 물질들의 특성을 다음 표 2에 나타낸다.
[표 2]
조 성 녹는점[℃] 끓는점[℃] 분자량 기 타
SbCl3 73.4 283.0 228.11 -
SbCl5 2.8 79.0 299.02 -
Sb(Me)3 -87.6 80.6 166.86 자연 발화성(pyrophoric)
Sb(Et)3 - 156.0 208.94 자연 발화성
Sb(nPr)3 - 100.0 251.02 자연 발화성
Sb(tBu)3 < 10.0 102.0 293.10 공기/수분에 민감
Sb[N(Me)2]3 - 32.0 253.99 공기/수분에 민감
Sb(Cp)3 56.0 - - 공기/수분에 민감
상기 제3 물질이 안티몬을 포함할 경우, 게르마늄-텔루르막에 해당되는 상기 제1 복합 물질막 상에 형성되는 상기 제3 물질막은 안티몬막에 해당된다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1 복합 물질막 상에 상기 제3 물질막을 형성한 후, 상기 반응 챔버 내로 T6의 시간 동안 제3 퍼지 가스를 도입한다(단계 S70). 예를 들면, 상기 제3 퍼지 가스는 약 0.1-2.0초 동안 상기 반응 챔버 내로 도입된다. 바람직하게는, 상기 제3 퍼지 가스는 아르곤 가스를 포함하며, 상기 반응 챔버 내로 약 1초 동안 도입된다. 상기 제3 퍼지 가스는 약 50-200sccm, 바람직하게는 약 100sccm 정도의 유량으로 공급된다. 상기 제3 퍼지 가스는 상기 제3 물질 중에서 화학적으로 증착되지 않은 부분을 상기 반응 챔버로부터 제거한다. 즉, 상기 제2 퍼지 가스는 상기 제3 물질 가운데 상기 제3 물질막의 형성에 관여하지 않은 나머지 부분을 상기 반응 챔버로부터 제거한다.
상기 제3 퍼지 가스를 도입한 다음, 상기 반응 챔버 내로 제4 소스 가스를 T7의 시간 동안 공급한다(단계 S80). 상기 제4 소스 가스는 텔루르를 함유하는 제4 물질을 포함한다. 상기 제4 소스 가스의 제4 물질은 상기 제2 소스 가스의 제2 물질과 실질적으로 동일하다. 예를 들면, 상기 제4 물질은 Te(iBu)2, TeCl4, Te(Me)2, Te(Et)2, Te(nPr)2, Te(iPr)2 또는 Te(tBu)2 등을 포함한다. 이들은 단독으로 또는 서로 혼합되어 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제4 물질은 Te(iBu)2를 포함한다. 상기 제4 소스 가스는 약 30-40℃의 온도를 갖는 제4 소스 가스 캐니스터로부터 공급된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 소스 가스 및 상기 제4 소스 가스는 동일한 소스 가스 캐니스터로부터 제공될 수 있다. 또한, 상기 제4 소스 가스는 제4 캐리어 가스와 함께 상기 제1 복합 물질막 상에 형성된 상기 제3 물질막 상으로 제공된다. 예를 들면, 상기 제4 캐리어 가스는 약 50-200sccm 정도의 유량으로 제공된다. 바람직하게는, 상기 제4 캐리어 가스는 아르곤 가스를 포함하며, 이 때 상기 아르곤 가스의 유량은 약 100sccm 정도이다.
상기 제4 소스 가스의 공급 시간(T7)은 약 0.1-1.0초 정도가 된다. 바람직하게는, 상기 제4 소스 가스는 약 0.4-0.8초 동안 상기 제3 물질막 상으로 제공된다. 상기 제4 소스 가스의 제4 물질은 약 1-5Torr 정도의 낮은 증착 압력 및 약 100-300℃ 정도의 낮은 온도에서 상기 제3 물질막과 화학적으로 반응함으로써, 상기 제1 복합 물질막 상에는 상기 제3 물질 및 상기 제4 물질을 포함하는 제2 복합 물질막이 형성된다. 상기 제2 복합 물질막이 형성되는 동안 상기 반응 챔버에는 약 50-200W, 바람직하게는 약 100W 정도의 전력이 인가된다. 상기 제3 물질이 안티몬을 포함하고 상기 제4 물질이 텔루르를 포함할 경우, 상기 제4 소스 가스가 상기 제3 물질막 상으로 제공되면, 상기 제4 물질의 텔루르가 상기 제3 물질막의 안티몬과 화학적으로 반응하여 상기 제1 복합 물질막 상에는 안티몬 및 텔루르를 포함하 는 제2 복합 물질막이 형성된다. 다시 말하면, 상기 제2 복합 물질막은 안티몬-텔루르막에 해당된다. 이에 따라, 상기 대상체 상에는 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제3 소스 가스의 공급 시간(T5)과 상기 제4 소스 가스의 공급 시간(T7)을 조절함으로써, 상기 제2 복합 물질막 내의 안티몬과 텔루르의 함량비를 쉽게 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 및 제4 소스 가스의 공급 시간에 대한 상기 제2 복합 물질막 내의 안티몬 및 텔루르의 함량을 나타내는 그래프이다. 도 5에 있어서, "VII" 및 "VIII"은 각기 상기 제2 복합 물질막 내의 안티몬의 함량 및 텔루르의 함량을 나타낸다. 상기 반응 챔버 내에 상기 수소 플라즈마를 형성하기 위한 수소 가스의 유량은 약 100sccm 정도이며, 안티몬을 포함하는 상기 제3 소스 가스의 공급 시간(T5)은 약 200℃ 정도의 온도에서 약 0.4초 동안 균일하게 유지된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 텔루르를 함유하는 상기 제4 소스 가스의 공급 시간(T7)이 약 0.2초로부터 약 0.6초까지 증가함에 따라 상기 제2 복합 물질막 내의 안티몬의 함량(VII)은 감소하는 반면에 텔루르의 함량(VIII)은 증가한다. 즉, 안티몬을 함유하는 상기 제3 소스 가스의 공급 시간(T5)을 변경시키거나 텔루르를 함유하는 상기 제4 소스 가스의 공급 시간(T7)을 변화시킬 경우, 상기 제2 복합 물질막 내의 안티몬과 텔루르의 함량비를 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 복합 물질막 내의 안티몬과 텔루 르의 함량비는 상기 수소 플라즈마를 형성하기 위하여 도입되는 상기 수소 가스의 유량에 의해서도 조절될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소 가스의 유량에 대한 상기 제1 복합 물질막 내의 게르마늄 및 텔루르의 함량비를 나타내는 그래프이다. 도 6에 있어서, "IX" 및 "X"는 각기 상기 제2 복합 물질막 내의 안티몬의 함량 및 텔루르의 함량을 의미한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 상기 수소 가스의 유량이 약 500sccm을 초과할 경우에는 상기 제2 복합 물질막은 텔루르를 거의 포함하지 않고 안티몬만을 함유하게 된다. 이에 비하여, 상기 수소 가스의 유량이 약 100sccm 이하가 되면, 상기 제2 복합 물질막 내의 안티몬의 함량(IX)은 빠르게 감소하는 반면 텔루르의 함량(X)은 급격히 증가하게 된다. 즉, 상기 수소 플라즈마를 형성하기 위하여 상기 반응 챔버 내에 도입되는 수소 가스의 유량을 변화시킴으로써, 상기 제2 복합 물질막 내의 안티몬과 텔루르의 함량비를 적절하게 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 상기 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간(T1, T3, T5, T7)에 대한 상변화 물질층들의 면저항을 측정한 그래프이다. 도 7에 있어서, "XI"은 상기 제1 내지 제4 소스 가스를 각기 약 1.0초, 약 0.2초, 0.4초 및 약 0.2초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값을 나타내고, "XII"는 상기 제1 내지 제4 소스 가스를 각기 약 1.0초, 약 0.3초, 약 0.4초 및 약 0.3초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값을 가리키며, "XIII"은 상기 제1 내지 제4 소스 가스를 각기 약 1.0초, 약 0.4초, 약 0.4초 및 약 0.4초 동안 공급하여 형성 된 상변화 물질층의 면저항값을 나타내고, "XIV"는 상기 제1 내지 제4 소스 가스를 각기 약 1.0초, 약 0.2초, 약 0.6초 및 약 0.2초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값을 의미한다. 또한, "XV"는 상기 제1 내지 제4 소스 가스를 각기 약 1.0초, 약 0.3초, 약 0.6초 및 약 0.3초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값을 의미하고, "XVI"은 상기 제1 내지 제4 소스 가스를 각기 약 1.0초, 약 0.4초, 약 0.6초 및 약 0.4초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값을 나타내며, "XVII"은 상기 제1 내지 제4 소스 가스를 각기 약 1.0초, 약 0.2초, 약 0.8초 및 약 0.2초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값을 의미한다. 그리고 "XVIII"은 상기 제1 내지 제4 소스 가스를 각기 약 1.0초, 약 0.3초, 약 0.8초 및 약 0.3초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값을 나타내며, "XIX"는 상기 제1 내지 제4 소스 가스를 각기 약 1.0초, 약 0.4초, 약 0.8초 및 약 0.4초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값을 의미한다.
도 7을 참조하면, 상기 제2 내지 제4 소스 가스를 모두 약 0.4초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값(XIII)은 약 1,219Ω/㎠ 정도이며, 상기 제2 내지 제4 소스 가스를 각기 약 0.4초, 약 0.6초 및 약 0.4초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값(XVI)은 약 1,725Ω/㎠ 정도이다. 또한, 상기 제2 내지 제4 소스 가스를 각기 약 0.3초, 약 0.8초 및 약 0.3초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값(XVIII)은 약 2,084Ω/㎠ 정도이며, 상기 제2 내지 제4 소스 가스를 각기 약 0.4초, 약 0.8초 및 약 0.4초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값(XIX)은 약 826Ω/㎠ 정도이다. 이에 비하여, 상기 제2 내지 제4 소스 가스를 각기 약 0.2초, 약 0.4초 및 약 0.2초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값(XI)은 약 150,000Ω/㎠ 정도이며, 상기 제2 내지 제4 소스 가스를 각기 약 0.3초, 약 0.4초 및 약 0.3초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값(XII)은 약 99,572Ω/㎠ 정도이다. 한편, 상기 제2 내지 제4 소스 가스를 각기 약 0.2초, 약 0.6초 및 약 0.2초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값(XIV)은 약 2.67x106Ω/㎠ 정도이며, 상기 제2 내지 제4 소스 가스를 각기 약 0.3초, 약 0.6초 및 약 0.3초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값(XV)은 약 103,510Ω/㎠ 정도이다. 그리고 상기 제2 내지 제4 소스 가스를 각기 약 0.2초, 약 0.8초 및 약 0.2초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 면저항값(XVII)은 약 229,000Ω/㎠ 정도이다. 이에 따라, 상기 제3 소스 가스의 공급 시간(T5)을 약 0.6초 내지 약 0.8초의 범위로 유지하고, 상기 제2 및 제4 소스 가스의 공급 시간(T3, T7)을 약 0.4 내지 약 0.6초의 범위로 유지할 경우, 상변화 물질층들이 바람직한 면저항값을 가짐을 확인할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 대상체 상에 상기 제1 및 제2 복합 물질막을 포함하는 상기 상변화 물질층을 형성한 후, 상기 반응 챔버 내로 T8의 시간 동안 제4 퍼지 가스를 도입한다(단계 S90). 예를 들면, 상기 제4 퍼지 가스는 약 0.1-2.0초 동안 상기 반응 챔버 내로 도입된다. 바람직하게는, 상기 제4 퍼지 가스는 아르곤 가스를 포함하며, 상기 반응 챔버 내로 약 1초 동안 도입된다. 상기 제4 퍼지 가스는 약 50-200sccm, 바람직하게는 약 100sccm 정도의 유량으로 제공된다. 상기 제4 퍼지 가스는 상기 제4 물질 중에서 화학적으로 증착되지 않은 부분을 상기 반응 챔버로부터 제거한다. 즉, 상기 제4 퍼지 가스는 상기 제4 물질 가운데 상기 제2 복합 물질막의 형성에 관여하지 않은 나머지 부분을 상기 반응 챔버로부터 제거한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상변화 물질층의 면저항값과 같은 전기적인 특성은 상기 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간(T1, T3, T5, T7)에 따라 조절될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간(T1, T3, T5, T7)에 대한 상변화 물질층의 면저항값을 측정한 그래프이다. 도 8에 있어서, 상기 제1 및 제3 소스 가스의 공급 시간(T1, T5)은 각기 약 1.0초 및 약 0.4초 정도이며, 상기 제1 내지 제4 소스 가스는 모두 약 200℃ 정도의 온도에서 공급되었다.
도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제2 및 제4 소스 가스의 공급 시간(T3, T7)의 합계가 약 0.2초로부터 약 0.4초까지 증가하는 경우에는, 이에 반비례하여 상기 상변화 물질층의 면저항값은 약 150㏀/㎠ 정도로부터 약 1,219㏀/㎠ 정도로 급격하게 감소하게 된다. 따라서 상기 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간(T1, T3, T5, T7)의 조절을 통하여 상기 상변화 물질층의 전기적인 특성을 용이하게 조절할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간(T1, T3, T5, T7)에 대한 상변화 물질층의 면저항값을 측정한 그래프이다. 도 10에 있어서, 상기 제1 및 제3 소스 가스의 공급 시간(T1, T5)은 각기 약 1.0초 및 약 0.6초 정도이며, 상기 제1 내지 제4 소스 가스는 모두 약 200℃ 정도의 온도에서 공급되었다.
도 9를 참조하면, 상기 제2 및 제4 소스 가스의 공급 시간(T3, T7)의 합계가 약 0.2초로부터 약 0.4초까지 증가하는 경우에는, 이에 반비례하여 상기 상변화 물질층의 면저항값은 약 2.5㏁/㎠ 이상으로부터 약 1,715㏀/㎠ 정도로 급격하게 감소된다. 즉, 전술한 바와 같이. 상기 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간(T1, T3, T5, T7)의 변경을 통하여 상기 상변화 물질층의 전기적인 특성을 쉽게 조절할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상변화 물질층의 제1 내지 제4 물질의 함량은 상기 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간을 변화시켜 쉽게 조절할 수 있다. 예를 들면, 상기 상변화 물질층이 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함하는 경우, 상기 상변화 물질층의 조성은 게르마늄을 함유하는 제1 소스 가스, 텔루르를 함유하는 제2 및 제4 소스 가스 그리고 안티몬을 함유하는 제3 소스 가스의 공급 시간을 변화시켜 조절될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제3 소스 가스의 공급 시간(T5)에 대한 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 텔루르 및 안티몬의 함량을 측정한 그래프이다. 도 11에 있어서, "XXV", ""XXVI" 및 "XXVII"은 각기 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄의 함량, 텔루르의 함량 및 안티몬의 함량을 나타낸다.
도 10에 도시한 바와 같이, 상기 제3 소스 가스의 공급 시간(T5)이 약 0.6초 로부터 약 0.8초까지 증가함에 따라, 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄의 함량(XXV) 및 텔루르의 함량(XXVI)은 점차적으로 감소하는 반면 안티몬의 함량(XXVII)은 점진적으로 증가한다. 따라서 상기 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간(T1, T3, T5, T7)을 적절하게 변화시켜 원하는 조성비의 게르마늄-안티몬-텔루르를 함유하는 상변화 물질층을 형성할 수 있다.
도 11은 본 발명에 다른 실시예에 따른 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간에 대한 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 함량을 측정한 그래프이다. 도 11에 있어서, "XXX", "XXXI" 및 "XXXII"는 각기 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄의 함량, 텔루르의 함량 및 안티몬의 함량을 의미한다. 또한, 도 11에 있어서, "X1"은 안티몬을 함유하는 소스 가스 및 텔루르를 함유하는 소스 가스를 각기 약 0.4초 및 약 0.2초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 조성비를 의미하고, "X2"는 안티몬을 함유하는 소스 가스 및 텔루르를 함유하는 소스 가스를 각기 약 0.4초 및 약 0.3초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 조성비를 나타내며, "X3"은 안티몬을 함유하는 소스 가스 및 텔루르를 함유하는 소스 가스를 각기 약 0.4초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 조성비를 가리킨다. 또한, "X4"는 안티몬을 함유하는 소스 가스 및 텔루르를 함유하는 소스 가스를 각기 약 0.6초 및 약 0.2초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 조성비를 나타내고, "X5"는 안티몬을 함유하는 소스 가스 및 텔루르를 함유하는 소스 가스를 각기 약 0.6초 및 약 0.3초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 조성비를 의미하며, "X6"은 안티몬을 함유하는 소스 가스 및 텔루르를 함유하는 소스 가스를 각기 약 0.6초 및 약 0.4초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 조성비를 나타낸다. 그리고 "X7"은 안티몬을 함유하는 소스 가스 및 텔루르를 함유하는 소스 가스를 각기 약 0.8초 및 약 0.2초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 조성비를 가리키고, "X8"은 안티몬을 함유하는 소스 가스 및 텔루르를 함유하는 소스 가스를 각기 약 0.8초 및 약 0.3초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 조성비를 나타내며, "X9"는 안티몬을 함유하는 소스 가스 및 텔루르를 함유하는 소스 가스를 각기 약 0.8초 및 약 0.4초 동안 공급하여 형성된 상변화 물질층의 조성비를 의미한다. 도 11에 있어서, 게르마늄을 함유하는 소스 가스의 공급 시간은 약 1.0초 정도로 일정하게 유지하였다.
도 11에 도시한 바와 같이, 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 함량비는 약 10원자량% 내지 약 35원자량%: 약 10원자량% 내지 약 25원자량%: 약 45원자량% 내지 약 65원자량% 정도가 된다. 이에 따라, 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 화학적인 조성비는 약 0.35-0.65: 0.35-0.65: 0.85-1.65 정도가 된다. 특히, 안티몬을 함유하는 소스 가스의 공급 시간이 약 0.6-0.8초의 범위에 있고 텔루르를 함유하는 소스 가스의 공급 시간이 약 0.6-0.8초의 범위에 있을 경우, 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 함량비는 바람직한 함량비인 약 2: 2: 5에 가까워짐을 알 수 있다. 실질적으로 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄: 안티몬: 텔루르의 조성비가 약 2: 2: 5일 경우에 상기 상변화 물질층이 가장 효과적으로 상전이를 일으킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 소스 가스들의 공급 시간의 조절을 통하여 게르마늄, 안티몬 및 텔루르 의 요구되는 적절한 화학 조성비를 갖는 상변화 물질층을 용이하게 형성할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 공정들을 통하여 상기 대상체 상에는 상기 제1 복합 물질막과 상기 제2 복합 물질막을 포함하는 상기 상변화 물질층이 형성된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1 복합 물질막을 형성하는 제1 단위 공정(I)과 상기 제2 복합 물질막을 형성하기 위한 제2 단위 공정(II)을 각기 복수 회 반복적으로 수행함으로써, 상변화 물질층의 화학적인 조성비를 조절하면서 상기 대상체 상에 요구되는 두께를 갖는 상변화 물질층을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 단위 공정(I)과 상기 제2 단위 공정(II)을 각기 약 50회 정도 반복적으로 수행할 경우에는, 상기 대상체 상에 약 1,000Å 정도의 두께를 갖는 상변화 물질층이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 단위 공정(I)과 상기 제2 단위 공정(II)은 각기 교대로 또는 적어도 1회 이상이 각기 교대로 수행될 수 있다. 예를 들면, 제1 단위 공정(I)-제2 단위 공정(II)-제1 단위 공정(I)-제2 단위 공정(II)의 순서로 수행되거나, 제1 단위 공정(I)-제1 단위 공정(I)-제2 단위 공정(II)-제1 단위 공정(I)-제1 단위 공정(I)-제2 단위 공정(II)의 순서로 수행될 수 있다. 또한, 제2 단위 공정(II)-제1 단위 공정(I)-제2 단위 공정(II)-제1 단위 공정(I)의 순서로 진행되거나, 제2 단위 공정(II)-제2 단위 공정(II)-제1 단위 공정(I)-제2 단위 공정(II)-제2 단위 공정(II)의 순서로 진행될 수 있다.
또한, 전술한 공정을 통하여 형성된 본 발명에 따른 상변화 물질층은 종래의 물리 기상 증착(PVD) 공정에 의한 상변화 물질층과 상이한 결정 구조를 가진다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질층과 종래의 상변화 물질층들의 결정 구조를 X-선 회절 분석을 통하여 나타낸 그래프이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질층의 평면 전자 현미경 사진이며, 도 14는 도 13에 도시한 상변화 물질층의 단면 전자 현미경 사진이다.
도 12에 있어서, "XXXV" 및 "XXXVI"는 종래의 스퍼터링 방법으로 형성된 상변화 물질층들의 결정 구조를 나타내며, "XXXVII"는 본 발명에 따른 상변화 물질층의 결정 구조를 가리킨다.
도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함하는 상변화 물질층(XXXVII)은, 지배적인 결정 구조로서 특히 (200)면을 따라 성장된 면심입방(FCC) 결정이 다른 결정에 비하여 우세하게 나타난다. 종래의 상변화 물질층(XXXV, XXXVI)의 경우에는 이러한 (200)면을 따라 성장된 면심입방(FCC) 결정이 지배적이 되지 못하고 다른 면들을 따라 성장된 결정과 비슷한 정도를 보인다. 이에 따라, 본 발명에 따른 상변화 물질층(XXXVII)은 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이 주상(columnar)의 형상으로 고르게 성장된 그레인들을 포함하므로 되어 우수한 전기적인 특성을 가진다. 예를 들면, 본 발명에 따라 상술한 결정 구조를 갖는 상변화 물질층은 약 1,000Å 정도의 두께에서 약 825Ω/㎠ 정도의 양호한 면저항값을 가진다.
상변화 물질층의 결정 구조 분석
이하, 본 발명의 여러 실험예들에 따른 상변화 물질층들의 결정 구조를 분석한 결과를 설명한다.
실험예 1
게르마늄을 포함하는 제1 소스 가스를 약 1.0초 동안 공급한 후, 텔루르를 포함하는 제2 소스 가스를 약 0.2초 동안 공급하여 기판 상에 제1 복합 물질막을 형성하였다. 상기 제1 복합 물질막 상으로 안티몬을 포함하는 제3 소스 가스를 약 0.4초 동안 제공한 다음, 텔루르를 포함하는 제4 소스 가스를 약 0.2초 동안 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제2 복합 물질막을 형성함으로써, 상기 기판 상에 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층을 형성하였다. 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 조성비는 33.3: 13.037: 52.7 정도였다.
실험예 2
게르마늄을 포함하는 제1 소스 가스를 약 1.0초 동안 공급한 후, 텔루르를 포함하는 제2 소스 가스를 약 0.3초 동안 공급하여 기판 상에 제1 복합 물질막을 형성하였다. 상기 제1 복합 물질막 상으로 안티몬을 포함하는 제3 소스 가스를 약 0.4초 동안 제공한 다음, 텔루르를 포함하는 제4 소스 가스를 약 0.2초 동안 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제2 복합 물질막을 형성함으로써, 상기 기판 상에 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층을 형성하였다. 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 조성비는 26.9: 15.1: 56.3 정도였다.
실험예 3
게르마늄을 포함하는 제1 소스 가스를 약 1.0초 동안 공급한 후, 텔루르를 포함하는 제2 소스 가스를 약 0.4초 동안 공급하여 기판 상에 제1 복합 물질막을 형성하였다. 상기 제1 복합 물질막 상으로 안티몬을 포함하는 제3 소스 가스를 약 0.4초 동안 제공한 다음, 텔루르를 포함하는 제4 소스 가스를 약 0.4초 동안 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제2 복합 물질막을 형성함으로써, 상기 기판 상에 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층을 형성하였다. 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 조성비는 21.59: 14.5: 61.9 정도였다.
실험예 4
게르마늄을 포함하는 제1 소스 가스를 약 1.0초 동안 공급한 후, 텔루르를 포함하는 제2 소스 가스를 약 0.2초 동안 공급하여 기판 상에 제1 복합 물질막을 형성하였다. 상기 제1 복합 물질막 상으로 안티몬을 포함하는 제3 소스 가스를 약 0.6초 동안 제공한 다음, 텔루르를 포함하는 제4 소스 가스를 약 0.2초 동안 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제2 복합 물질막을 형성함으로써, 상기 기판 상에 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층을 형성하였다. 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 조성비는 29.0: 18.4: 51.1 정도였다.
실험예 5
게르마늄을 포함하는 제1 소스 가스를 약 1.0초 동안 공급한 후, 텔루르를 포함하는 제2 소스 가스를 약 0.3초 동안 공급하여 기판 상에 제1 복합 물질막을 형성하였다. 상기 제1 복합 물질막 상으로 안티몬을 포함하는 제3 소스 가스를 약 0.6초 동안 제공한 다음, 텔루르를 포함하는 제4 소스 가스를 약 0.3초 동안 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제2 복합 물질막을 형성함으로써, 상기 기판 상에 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층을 형성하였다. 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 조성비는 23.0: 20.5: 54.5 정도였다.
실험예 6
게르마늄을 포함하는 제1 소스 가스를 약 1.0초 동안 공급한 후, 텔루르를 포함하는 제2 소스 가스를 약 0.4초 동안 공급하여 기판 상에 제1 복합 물질막을 형성하였다. 상기 제1 복합 물질막 상으로 안티몬을 포함하는 제3 소스 가스를 약 0.6초 동안 제공한 다음, 텔루르를 포함하는 제4 소스 가스를 약 0.4초 동안 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제2 복합 물질막을 형성함으로써, 상기 기판 상에 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층을 형성하였다. 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 조성비는 19.1: 20.58: 58.0 정도였다.
실험예 7
게르마늄을 포함하는 제1 소스 가스를 약 1.0초 동안 공급한 후, 텔루르를 포함하는 제2 소스 가스를 약 0.2초 동안 공급하여 기판 상에 제1 복합 물질막을 형성하였다. 상기 제1 복합 물질막 상으로 안티몬을 포함하는 제3 소스 가스를 약 0.8초 동안 제공한 다음, 텔루르를 포함하는 제4 소스 가스를 약 0.2초 동안 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제2 복합 물질막을 형성함으로써, 상기 기판 상에 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층을 형성하였다. 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 조성비는 24.4: 25.1: 48.6 정도였다.
실험예 8
게르마늄을 포함하는 제1 소스 가스를 약 1.0초 동안 공급한 후, 텔루르를 포함하는 제2 소스 가스를 약 0.3초 동안 공급하여 기판 상에 제1 복합 물질막을 형성하였다. 상기 제1 복합 물질막 상으로 안티몬을 포함하는 제3 소스 가스를 약 0.8초 동안 제공한 다음, 텔루르를 포함하는 제4 소스 가스를 약 0.3초 동안 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제2 복합 물질막을 형성함으로써, 상기 기판 상에 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층을 형성하였다. 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 조성비는 19.3: 24.85: 53.5 정도였다.
실험예 9
게르마늄을 포함하는 제1 소스 가스를 약 1.0초 동안 공급한 후, 텔루르를 포함하는 제2 소스 가스를 약 0.4초 동안 공급하여 기판 상에 제1 복합 물질막을 형성하였다. 상기 제1 복합 물질막 상으로 안티몬을 포함하는 제3 소스 가스를 약 0.8초 동안 제공한 다음, 텔루르를 포함하는 제4 소스 가스를 약 0.4초 동안 공급 하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제2 복합 물질막을 형성함으로써, 상기 기판 상에 게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층을 형성하였다. 상기 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 조성비는 16.7: 24.59: 56.2 정도였다.
도 15는 본 발명의 실험예 1 내지 3에 따른 상변화 물질층들의 결정 구조를 X-선 회절 분석을 통해 나타낸 그래프이다. 도 15에 있어서, "XX1", "XX2" 및 "XX3"은 각기 실험예 1, 실험예 2 및 실험예 3에 따른 상변화 물질층들의 결정 구조를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 실험예 1 및 2에 따른 상변화 물질층들(XX1, XX2)은 모두 면심입방(FCC) 결정을 포함하는 결정 구조를 나타내었으나 실험예 3에 따른 상변화 물질층(XX3)은 면심입방(FCC) 구조에서 약간 벗어난 결정 구조를 보였다. 또한, 실험예 1 및 2에 따른 상변화 물질층들(XX1, XX2)이 대체로 Ge2Sb2Te5에 가까운 바람직한 조성을 갖는 것에 비하여, 실험예 3에 따른 상변화 물질층(XX3)은 GeSb2Te4에 가까운 조성을 나타내었다.
도 16은 본 발명의 실험예 4 내지 6에 따른 상변화 물질층들의 결정 구조를 X-선 회절 분석을 통해 나타낸 그래프이다. 도 16에 있어서, "XX4", "XX5" 및 "XX6"은 각기 실험예 4, 실험예 5 및 실험예 6에 따른 상변화 물질층들의 결정 구조를 의미한다.
도 16에 도시한 바와 같이, 실험예 4 및 5에 따른 상변화 물질층들(XX4, XX5)이 모두 면심입방(FCC) 결정을 포함하는 결정 구조를 나타낸 것에 비하여, 실 험예 6에 따른 상변화 물질층(XX6)은 면심입방(FCC) 결정 구조에서 약간 벗어난 결정 구조를 가졌다. 또한, 실험예 4 및 5에 따른 상변화 물질층들(XX4, XX5)이 대체로 Ge2Sb2Te5에 가까운 바람직한 조성을 갖는 것에 비하여, 실험예 6에 따른 상변화 물질층(XX6)은 GeSb2Te4에 가까운 조성을 보였다.
도 17은 본 발명의 실험예 7 내지 9에 따른 상변화 물질층들의 결정 구조를 X-선 회절 분석을 통해 나타낸 그래프이다. 도 17에 있어서, "XX7", "XX8" 및 "XX9"는 각기 실험예 7, 실험예 8 및 실험예 9에 따른 상변화 물질층들의 결정 구조를 나타낸다.
도 17에 도시한 바와 같이, 실험예 7 내지 9에 따른 상변화 물질층들(XX7, XX8, XX9)은 모두 대체로 Ge2Sb2Te5에 가까운 바람직한 조성을 가졌으나, 그 결정 구조는 면심입방(FCC) 결정이 아니라 육방 최밀(HCP) 결정을 포함하였다. 이에 따라, 게르마늄을 함유하는 소스 가스의 공급 시간이 약 1.0초일 때, 안티몬을 함유하는 소스 가스 및 텔루르를 함유하는 소스 가스의 공급 시간을 각기 약 0.6초에 근접하도록 하여 상변화 물질층을 형성하는 것이 상기 상변화 물질층의 화학 조성 및 결정 구조에 유리함을 알 수 있다.
상변화 메모리 유닛의 제조 방법
도 18a 내지 도 18h는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 메모리 유닛의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 18a를 참조하면, 하부 구조물(103)이 형성된 기판(100) 상에 제1 층간 절연막(106)을 형성한다. 기판(100)은 실리콘 웨이퍼, SOI 기판, 또는 금속 산화물 단결정 기판을 포함하며, 하부 구조물(103)은 기판(100) 상에 형성된 콘택 영역, 도전성 패턴, 패드, 플러그, 콘택, 스페이서, 마스크 및/또는 절연 패턴을 포함할 수 있다.
제1 층간 절연막(106)은 적어도 하나의 산화막 및/또는 질화막을 포함한다. 예를 들면, 상기 산화막은 PSG, BPSG, USG, SOG, TEOS, PE-TEOS, FOX 또는 HDP-CVD 산화물을 사용하여 형성된다. 또한, 상기 질화막은 예를 들면, 실리콘 질화물(SiXNY)을 사용하여 형성된다. 제1 층간 절연막(106)은 화학 기상 증착(CVD) 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착(PECVD) 공정, 원자층 적층(ALD) 공정, 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP-CVD) 공정을 이용하여 형성된다. 제1 층간 절연막(106)은 기판(100) 상에 위치하는 하부 구조물(103)을 완전히 덮도록 충분한 높이로 형성된다.
사진 식각 공정을 이용하여 제1 층간 절연막(106)을 부분적으로 식각함으로써, 제1 층간 절연막(106)에 하부 구조물(103)을 부분적으로 노출시키는 하부 콘택홀(109)을 형성한다. 예를 들면, 하부 콘택홀(109)은 이방성 식각 공정을 이용하여 형성된다.
하부 콘택홀(109)을 채우면서 노출된 하부 구조물(103) 및 제1 층간 절연막(106) 상에 제1 도전막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 제1 도전막은 불순물로 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 상기 제1 도전막은 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐 질화물(WN), 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 질화물(TaN), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 등을 사용하여 형성된다. 또한, 상기 제1 도전막은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 전자 빔 증착 공정, 또는 펄스 레이저 증착(PLD) 공정을 이용하여 형성된다.
화학 기계적 연마(CMP) 공정, 에치백 공정 또는 화학 기계적 연마와 에치백을 조합한 공정을 이용하여 제1 층간 절연막(106)이 노출될 때까지 상기 제1 도전막을 제거한다. 이에 따라, 하부 구조물(103)에 접촉되면서 하부 콘택홀(109)에 매립되는 하부 콘택(112)이 형성된다.
도 18b를 참조하면, 하부 콘택(112) 및 제1 층간 절연막(106) 상에 제2 도전막(115)을 형성한다. 제2 도전막(115)은 불순물로 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 제2 도전막(115)은 티타늄 알루미늄 질화물. 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 알루미늄 질화물, 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 알루미늄 또는 구리를 사용하여 형성된다. 제2 도전막(115)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 전자 빔 증착 공정, 또는 펄스 레이저 증착 공정을 이용하여 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전막과 제2 도전막(115)은 전술한 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물 가운데 실질적으로 동일한 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 도전막(115)과 상기 제1 도전막은 상술한 금속, 도전성 금속 질화물 또는 도핑된 폴리실리콘 중 서로 상이한 물질을 사용하여 형성될 수 있다.
제2 도전막(115) 상에 제1 절연막(118)을 형성한다. 제1 절연막(118)은 제2 도전막(115)에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질을 사용하여 형성한다. 예를 들면, 제1 절연막(118)은 실리콘 질화물과 같은 질화물이나 실리콘 산질화물(SiON) 또는 티타늄 산질화물(TiON) 등의 산질화물을 사용하여 형성된다. 제1 절연막(118)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 이용하여 형성된다.
도 18c를 참조하면, 사진 식각 공정을 이용하여 제1 절연막(118)을 식각함으로써, 제2 도전막(115) 상에 제1 절연막 패턴(124)을 형성한다. 제1 절연막 패턴(124)을 식각 마스크로 이용하여 제2 도전막(115)을 식각함으로써, 하부 콘택(112)에 접촉되는 패드(121)를 형성한다. 패드(121)는 하부 콘택(112) 및 제1 층간 절연막(106) 상에 형성된다. 즉, 하부 콘택(112) 및 제1 층간 절연막(106) 상에는 패드(121)와 제1 절연막 패턴(124)이 차례로 형성된다.
제1 절연막 패턴(124)을 덮으면서 제1 층간 절연막(106) 상에 제2 층간 절연막(127)을 형성한다. 제2 층간 절연막(127)은 적어도 하나의 산화막 및/또는 질화막을 포함한다. 예를 들면, 상기 산화막은 PSG, BPSG, USG, SOG, TEOS, PE-TEOS, FOX 또는 HDP-CVD 산화물을 사용하여 형성되며, 상기 질화막은 실리콘 질화물을 사용하여 형성된다. 제2 층간 절연막(127)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정 을 이용하여 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 층간 절연막(106)과 제2 층간 절연막(127)은 전술한 산화물 및/또는 질화물 가운데 실질적으로 동일한 물질을 사용하여 형성된다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제1 및 제2 층간 절연막(106, 127)은 상기 산화물 및/또는 질화물 중에서 서로 다른 물질을 사용하여 형성될 수 있다.
에치백 공정 또는 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 이용하여 제1 절연막 패턴(124)이 노출될 때까지 제2 층간 절연막(127)을 부분적으로 제거한다. 이에 따라, 제1 절연막 패턴(124)과 패드(121)가 제2 층간 절연막(127)에 매립된다.
도 18d를 참조하면, 제2 층간 절연막(127) 및 제1 절연막 패턴(124) 상에 제2 절연막(130)을 형성한다. 제2 절연막(130)은 질화물 또는 산질화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다. 예를 들면, 제2 절연막(130)은 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 티타늄 산질화물을 사용하여 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 절연막(118)과 제2 절연막(130)은 실질적으로 동일한 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 절연막(130)은 제1 절연막(118)과 상이한 물질을 사용하여 형성할 수 있다.
제2 절연막(130) 상에는 희생막(133)이 형성된다. 희생막(133)은 산화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성한다. 예를 들면, 희생막(133)은 PSG, BPSG, FOX, SOG, USG, TEOS, PE-TEOS 또는 HDP-CVD 산화물을 사용하 여 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 희생막(133)은 제1 층간 절연막(106) 및/또는 제2 층간 절연막(127)과 동일한 산화물을 사용하여 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 희생막(133)은 제1 층간 절연막(106) 및/또는 제2 층간 절연막(127)과 상이한 산화물을 사용하여 형성될 수 있다.
사진 식각 공정을 이용하여 희생막(133), 제2 절연막(130) 및 제1 절연막 패턴(124)을 부분적으로 식각함으로써, 패드(121)를 노출시키는 개구(136)를 형성한다. 즉, 개구(136)는 희생막(133), 제2 절연막(130) 및 제1 절연막 패턴(124)을 관통하여 패드(121)를 부분적으로 노출시킨다.
도 18e를 참조하면, 노출된 패드(121), 개구(136)의 측벽 및 희생막(133) 상에 제3 절연막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 제3 절연막은 질화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다. 예를 들면, 상기 제3 절연막은 실리콘 질화물을 사용하여 형성된다.
이방성 식각 공정을 이용하여 상기 제3 절연막을 부분적으로 식각함으로써, 개구(136)의 측벽에 예비 스페이서(139)를 형성한다. 예비 스페이서(139)는 패드(121)의 상면으로부터 희생막(133)의 측벽까지 형성된다.
개구(136)를 채우면서 패드(121) 및 희생막(133) 상에 제3 도전막(142)을 형성한다. 제3 도전막(142)은 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 제3 도전막(142)은 텅스텐, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 몰리브덴 질화물(MoN), 니오븀 질화물(NbN), 티타늄 실리콘 질화물(TiSiN), 알루미늄, 티타늄 알루미늄 질화물, 티타늄 보론 질화물(TiBN), 지르코늄 실리콘 질화물(ZiSiN), 텅스텐 실리콘 질화물(WSiN), 텅스텐 보론 질화물(WBN), 지르코늄 알루미늄 질화물(ZrAlN), 몰리브덴 실리콘 질화물(MoSiN), 몰리브덴 알루미늄 질화물(MoAlN), 탄탈륨 실리콘 질화물(TaSiN) 또는 탄탈륨 알루미늄 질화물(TaAlN)을 사용하여 형성된다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 또한, 제3 도전막(142)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 전자 빔 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정을 이용하여 형성된다.
도 18f를 참조하면, 화학 기계적 연마 공정을 이용하여 희생막(133)이 노출될 때까지 제3 도전막(142)을 부분적으로 제거함으로써, 개구(136)에 매립되는 예비 하부 전극(145)을 형성한다. 이 경우, 예비 스페이서(139)는 예비 하부 전극(145)의 측벽 상에 위치한다.
에치백 공정 또는 화학 기계적 연마 공정을 이용하여 희생막(133)을 제거함으로써, 제2 절연막(130)을 노출시킨다. 희생막(133)이 제거되면, 예비 스페이서(139) 및 예비 하부 전극(145)은 예를 들면, 필러(pillar)와 같은 형상으로 제2 절연막(130) 상부로 돌출된다.
도 18g를 참조하면, 화학 기계적 연마 공정을 이용하여 예비 하부 전극(145) 및 예비 스페이서(139)의 상부를 제거함으로써, 패드(121) 상에 하부 전극(148) 및 스페이서(151)를 형성한다. 스페이서(151)와 하부 전극(148)은 제1 절연막 패턴(124) 및 제2 절연막(130)에 매립된다. 제1 절연막 패턴(124)과 제2 절연막(130)은 함께 스페이서(151)와 하부 전극(148)을 감싸게 된다. 이에 따라, 하부 전극(148)의 구조적 안정성이 향상된다. 또한, 스페이서(151)는 하부 전극(148)의 폭을 감소시킨다. 즉, 스페이서(151)가 개구(136)의 측벽 상에 형성될 경우, 개구(136)의 직경이 스페이서(151)의 두께의 2배 정도로 감소되며, 이와 같이 감소된 직경을 갖는 개구(136)에 매립되는 하부 전극(148)의 폭도 감소된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적절한 사이즈를 갖는 개구(136)를 형성함으로써, 스페이서(151)를 형성하기 위한 추가적인 공정을 수행하지 않고 제1 절연막 패턴(124) 및 제2 절연막(130)에 직접 지지되는 하부 전극(148)을 형성할 수 있다.
하부 전극(148), 스페이서(151) 및 제2 절연막(130) 상에 상변화 물질층(157)을 형성한다. 상변화 물질층(157)은 복수의 제1 복합 물질막들(154a, 154b, 154c)과 복수의 제2 복합 물질막들(155a, 155b, 155c)을 포함한다. 제1 복합 물질막들(154a, 154b, 154c)은 각기 게르마늄 및 텔루르를 함유하며, 제2 복합 물질막들(155a, 155b, 155c)은 각기 안티몬 및 텔루르를 함유한다. 이에 따라, 상변화 물질층(157)은 게르마늄-안티몬-텔루르(GST)를 함유한다. 이러한 제1 복합 물질막들(154a, 154b, 154c) 및 제2 복합 물질막들(155a, 155b, 155c)을 포함하는 상변화 물질층(157)의 제조 공정들은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 공정들과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
상변화 물질층(157) 상에는 제4 도전막(160)이 형성된다. 제4 도전막(160)은 불순물로 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 제4 도전막(160)은 텅스텐, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질 화물, 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 또는 탄탈륨 알루미늄 질화물을 사용하여 형성된다. 이들은 단독으로 또는 서로 혼합되어 사용될 수 있다. 제4 도전막(160)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 전자 빔 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정을 이용하여 형성된다.
도 18h를 참조하면, 사진 식각 공정을 이용하여 제4 도전막(160) 및 상변화 물질층(157)을 식각함으로써, 하부 전극(148) 및 제2 절연막(130) 상에 순차적으로 상변화 물질층 패턴(163)과 상부 전극(166)을 형성한다. 보다 상세하게는, 하부 전극(148), 스페이서(151) 및 제2 절연막(130) 상에는 상변화 물질층 패턴(163)이 형성되며, 상변화 물질층 패턴(163) 상에는 상부 전극(166)이 위치한다. 상변화 물질층 패턴(163)과 상부 전극(166)은 각기 하부 전극(148) 보다 실질적으로 큰 면적을 가진다.
제2 절연막(130) 상에 상부 전극(166)을 덮는 제3 층간 절연막(169)을 형성한다. 제3 층간 절연막(169)은 적어도 하나의 산화막 및/또는 질화막을 포함한다. 전술한 바와 유사하게, 상기 산화막은 PSG, BPSG, USG, SOG, TEOS, PE-TEOS, FOX 또는 HDP-CVD 산화물을 사용하여 형성되며, 상기 질화막은 실리콘 질화물을 사용하여 형성된다. 제3 층간 절연막(169)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 이용하여 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제3 층간 절연막(169)은 제1 층간 절연막(106) 및/또는 제2 층간 절연막(127)과 동일한 물질을 사용하여 형성된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제3 층간 절연막(169)은 제1 층간 절연막(106) 및/또는 제2 층간 절연막(127)과 상이한 물질을 사용하여 형성될 수 있다.
사진 식각 공정을 이용하여 제3 층간 절연막(169)을 부분적으로 식각함으로써, 상부 전극(166)의 일부를 노출시키는 상부 콘택홀(171)을 형성한다. 상부 콘택홀(171)을 채우면서 노출된 상부 전극(166)과 제3 층간 절연막(169) 상에 상부 콘택(172) 및 상부 배선(175)을 형성한다. 이에 따라, 기판(100) 상에는 상변화 메모리 유닛이 완성된다. 상부 콘택(172)과 상부 배선(175)은 불순물로 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 상부 콘택(172) 및 상부 배선(175)은 알루미늄, 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 구리, 텅스텐 질화물, 알루미늄 질화물, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 또는 티타늄 알루미늄 질화물을 사용하여 형성된다. 또한, 상부 배선(175) 및 상부 콘택(172)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착(CVD) 공정, 원자층 적층(ALD) 공정, 전자 빔 증착 공정 또는 펄스 레이저 증착(PLD) 공정을 이용하여 형성된다.
도 19a 내지 도 19f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화 메모리 유닛의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 19a를 참조하면, 기판(200) 상에 하부 구조물(203)을 형성한 후, 하부 구조물(203)을 덮으면서 기판(200) 상에 적어도 하나의 산화막 및/또는 질화막을 포함하는 제1 층간 절연막(206)을 형성한다. 제1 층간 절연막(206)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 이용하여 형성된다.
사진 식각 공정을 이용하여 제1 층간 절연막(206)을 부분적으로 식각함으로써, 제1 층간 절연막(206)에 하부 구조물(203)을 부분적으로 노출시키는 하부 콘택홀(209)이 형성된다.
하부 콘택홀(209)을 채우면서 제1 층간 절연막(206) 상에 제1 도전막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 제1 도전막은 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 전자 빔 증착 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
화학 기계적 연마 공정 또는 에치백 공정을 이용하여 제1 층간 절연막(206)이 노출될 때까지 상기 제1 도전막을 부분적으로 제거함으로써, 하부 콘택홀(209)에 매립되어 하부 구조물(203)에 접촉되는 하부 콘택(212)을 형성한다.
하부 콘택(212) 및 제1 층간 절연막(206) 상에 제2 도전막(215)을 형성한다. 제2 도전막(215)은 불순물로 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성된다. 제2 도전막(215)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 전자 빔 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정을 이용하여 형성된다.
도 19b를 참조하면, 제2 도전막(215) 상에 제1 절연막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 제1 절연막은 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 티타늄 산질화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
사진 식각 공정을 통하여 상기 제1 절연막을 부분적으로 식각함으로써, 제2 도전막(215) 상에 제1 절연막 패턴(218)을 형성한다. 제1 절연막 패턴(218)은 제2 도전막(215) 가운데 아래에 하부 콘택(212)이 위치하는 부분 상에 형성된다. 제1 절연막 패턴(218)은 제2 도전막(215)을 식각하는 식각 공정 동안 마스크의 역할을 하며, 동시에 상변화 물질층 패턴(237)(도 19d 참조)을 지지하는 기능을 한다.
제1 절연막 패턴(218)을 식각 마스크로 이용하여 제2 도전막(215)을 패터닝함으로써, 하부 콘택(212) 및 제1 층간 절연막(206) 상에 하부 전극(221)을 형성한다. 하부 전극(221)은 하부 콘택(212)을 통해 하부 구조물(203)에 전기적으로 연결된다.
도 19c를 참조하면, 제1 절연막 패턴(218)을 덮으면서 제1 층간 절연막(206) 상에 적어도 하나의 산화막 및/또는 질화막을 포함하는 제2 층간 절연막(224)을 형성한다. 제2 층간 절연막(224)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 이용하여 형성된다.
화학 기계적 연마 공정 또는 에치백 공정을 이용하여 제1 절연막 패턴(218)이 노출될 때까지 제2 층간 절연막(224)을 부분적으로 제거함으로써 제2 층간 절연막(224)의 상부를 평탄화시킨다. 제2 층간 절연막(224)이 평탄화됨에 따라 제1 절연막 패턴(218) 및 하부 전극(221)은 제2 층간 절연막(224)에 매립된다.
제1 절연막 패턴(218)과 제2 층간 절연막(224) 상에 제2 절연막(227)을 형성 한다. 제2 절연막(227)은 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 티타늄 산질화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
제2 절연막(227) 상에 희생막(230)을 형성한다. 희생막(230)은 산화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
도 19d를 참조하면, 사진 식각 공정을 통하여 희생막(230), 제2 절연막(227) 및 제1 절연막 패턴(218)을 부분적으로 식각함으로써, 하부 전극(221)을 노출시키는 개구(231)를 형성한다. 개구(231)는 희생막(230), 제2 절연막(227) 및 제1 절연막 패턴(218)을 관통하여 하부 전극(221)의 일부를 노출시킨다.
상기 노출된 하부 전극(221), 개구(231)의 측벽 및 희생막(230) 상에 제3 절연(도시되지 않음)막을 형성한다. 상기 제3 절연막은 질화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
상기 제3 절연막을 이방성 식각 공정으로 식각하여 개구(231)의 측벽 상에만 예비 스페이서(234)를 형성한다. 하부 전극(221)의 상면으로부터 희생막(230)의 측벽까지 예비 스페이서(234)가 형성됨에 따라, 개구(231)의 폭이 예비 스페이서(234)의 두께의 2배 정도로 감소된다. 이에 따라, 개구(231)를 채우는 상변화 물질층(237)의 폭도 감소된다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 개구(231)가 적절한 폭을 가질 경우에는, 개구(231)의 측벽 상에 예비 스페이서(234)를 형성하지 않을 수 있다.
개구(231)를 채우면서 노출된 하부 전극(221) 및 희생막(230) 상에 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 공정들과 실질적으로 동일한 공정들을 이용하여 상변화 물질층(237)을 형성한다. 상변화 물질층(237)은 게르마늄 및 텔루르를 함유하는 복수의 제1 복합 물질막들(233a, 233b, 233c)과 안티몬 및 텔루르를 함유하는 복수의 제2 복합 물질막들(234a, 234b, 234c)을 포함한다. 따라서 상변화 물질층(237)은 게르마늄-안티몬-텔루르(GST)를 함유한다.
도 19e를 참조하면, 희생막(230)이 노출될 때까지 화학 기계적 연마 공정을 이용하여 상변화 물질층(237)을 부분적으로 제거함으로써, 하부 전극(221) 상에 개구(231)에 매립되는 예비 상변화 물질층 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 예를 들면, 상기 예비 상변화 물질층 패턴은 세리아를 함유하는 연마제를 포함하는 슬러리를 사용하여 형성된다. 이 경우, 예비 스페이서(234)는 상기 예비 상변화 물질층 패턴의 측벽을 감싼다.
희생막(230)을 에치백 공정 또는 화학 기계적 연마 공정으로 제거하여 제2 절연막(227)을 노출시킨다. 이에 따라, 상기 예비 상변화 물질층 패턴과 예비 스페이서(234)는 제2 절연막(227)의 상부로 돌출된다. 예를 들면, 상기 예비 상변화 물질층 패턴 및 예비 스페이서(234)는 각기 제2 절연막(227)의 상부로 필러 형상으로 돌출된다.
상기 돌출된 예비 상변화 물질층 패턴 및 예비 스페이서(234)를 부분적으로 제거하여, 하부 전극(221) 상에 스페이서(240)와 상변화 물질층 패턴(243)을 동시 에 형성한다. 스페이서(240) 및 상변화 물질층 패턴(243)은 화학 기계적 연마 공정 또는 에치백 공정을 이용하여 형성된다. 스페이서(240) 및 상변화 물질층 패턴(243)을 형성하는 공정 동안, 제2 절연막(227)이 연마 및/또는 식각 저지막의 기능을 수행한다.
도 19f를 참조하면, 제2 절연막(227), 스페이서(240) 및 상변화 물질층 패턴(243) 상에 제3 도전막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 제3 도전막은 불순물로 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성된다. 상기 제3 도전막은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 전자 빔 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정을 이용하여 형성된다.
사진 식각 공정을 이용하여 상기 제3 도전막을 부분적으로 식각함으로써, 상변화 물질층 패턴(243)과 제2 절연막(227) 상에 상부 전극(246)을 형성한다. 상부 전극(246)과 하부 전극(221)은 각기 상변화 물질층 패턴(243) 보다 실질적으로 큰 면적을 가진다.
제2 절연막(227) 상에 상부 전극(246)을 덮는 제3 층간 절연막(249)을 형성한다. 제3 층간 절연막(249)은 적어도 하나의 산화막 및/또는 질화막을 포함한다. 제3 층간 절연막(249)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 이용하여 형성된다.
제3 층간 절연막(249)을 사진 식각 공정을 통해 부분적으로 식각함으로써, 상부 전극(246)을 부분적으로 노출시키는 상부 콘택홀(250)을 형성한다.
상부 콘택홀(250)을 채우면서 노출된 상부 전극(246)과 제3 층간 절연막(249) 상에 상부 콘택(251) 및 상부 배선(254)을 형성한다. 그 결과, 기판(200) 상에는 상변화 메모리 유닛이 완성된다. 상부 콘택(251) 및 상부 배선(254)은 불순물로 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성된다. 상부 배선(254)과 상부 콘택(251)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 전자 빔 증착 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정을 이용하여 형성된다.
상변화 메모리 장치의 제조 방법
도 20a 내지 도 20h는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 20a를 참조하면, 반도체 기판(300)에 소자 분리막(303)을 형성하여 반도체 기판(300)을 액티브 영역 및 필드 영역으로 구분한다. 소자 분리막(303)은 쉘로우 트렌치 소자 분리(STI) 공정 또는 실리콘 부분 산화법(LOCOS)과 같은 소자 분리 공정을 이용하여 형성된다. 예를 들면, 소자 분리막(303)은 실리콘 산화물을 사용하여 형성된다.
반도체 기판(300)의 상기 액티브 영역 상에 게이트 절연막(도시되지 않음), 게이트 도전막(도시되지 않음) 및 게이트 마스크층(도시되지 않음)을 차례로 형성한다. 상기 게이트 절연막은 산화물 또는 높은 유전 상수를 갖는 금속 산화물을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 상기 게이트 절연막은 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물, 탄탈륨 산화물 또는 알루미늄 산화물을 사용 하여 형성된다. 상기 게이트 절연막은 열산화 공정, 화학 기상 증착 공정, 스퍼터링 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 이용하여 형성된다. 상기 게이트 도전막은 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 금속 실리사이드를 사용하여 형성된다. 예를 들면, 상기 게이트 도전막은 텅스텐, 알루미늄, 티타늄, 탄탈륨, 텅스텐 실리사이드, 티타늄 실리사이드 또는 코발트 실리사이드를 사용하여 형성된다. 상기 게이트 도전막은 화학 기상 증착 공정, 스퍼터링 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정 또는 원자층 적층 공정을 이용하여 형성된다. 상기 게이트 마스크층은 상기 게이트 도전막 및 상기 게이트 절연막에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 상기 게이트 마스크층은 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 티타늄 산질화물을 사용하여 형성된다. 상기 게이트 마스크층은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 스퍼터링 공정 또는 원자층 적층 공정을 이용하여 형성된다.
상기 게이트 마스크층, 상기 게이트 도전막 및 상기 게이트 절연막을 패터닝하여 반도체 기판(300) 상에 순차적으로 게이트 절연막 패턴(306), 게이트 전극(309) 및 게이트 마스크(312)를 형성한다.
게이트 마스크(312)를 덮으면서 반도체 기판(300) 상에 제1 절연막을 형성한 후, 상기 제1 절연막을 이방성 식각하여 게이트 절연막 패턴(306), 게이트 전극(309) 및 게이트 마스크(312)의 측벽들 상에 게이트 스페이서(315)를 형성한다. 이에 따라, 반도체 기판(300)의 액티브 영역 상에는 게이트 절연막 패턴(306), 게이 트 전극(309), 게이트 마스크(312) 및 게이트 스페이서(315)를 구비하는 게이트 구조물(318)이 형성된다. 상기 제1 절연막은 실리콘 질화물과 같은 질화물을 사용하여 형성된다.
게이트 구조물(318)들을 이온 주입 마스크로 이용하는 이온 주입 공정을 통하여 게이트 구조물(318)들 사이로 노출된 반도체 기판(300)에 제1 및 제2 콘택 영역(321, 324)을 형성한다. 그 결과, 반도체 기판(300) 상에는 게이트 구조물(318)들과 제1 및 제2 콘택 영역(321, 324)을 포함하는 트랜지스터들이 형성된다. 예를 들면, 제1 및 제2 콘택 영역(321, 324)은 각기 상기 트랜지스터의 소스 및 드레인 영역에 해당된다.
도 20b를 참조하면, 게이트 구조물(318)들을 덮으면서 반도체 기판(300) 상에 제1 층간 절연막(327)을 형성한다. 제1 층간 절연막(327)은 BPSG, PSG, TEOS, PE-TEOS, USG, FOX, SOG 또는 HDP-CVD 산화물과 같은 산화물을 사용하여 형성된다. 제1 층간 절연막(327)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 이용하여 형성된다.
사진 식각 공정을 이용하여 제1 층간 절연막(327)을 부분적으로 식각함으로써, 제1 층간 절연막(327)에 제1 및 제2 콘택 영역(321, 324)을 각기 노출시키는 제1 및 제2 하부 콘택홀(330, 333)을 형성한다. 제1 하부 콘택홀(330)은 제1 콘택 영역(321)을 노출시키며, 제2 하부 콘택홀(333)은 제2 하부 콘택 영역(324)을 노출시킨다.
제1 및 제2 하부 콘택홀(330, 333)을 채우면서 제1 층간 절연막(327) 상에 불순물로 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 제1 도전막(336)을 형성한다. 제1 도전막(336)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 전자 빔 증착 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정을 이용하여 형성된다. 예를 들면, 제1 도전막(336)은 텅스텐, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 알루미늄, 티타늄 알루미늄 질화물, 텅스텐 질화물, 탄탈륨 질화물 또는 알루미늄 질화물을 사용하여 형성된다. 이들은 단독으로 또는 서로 혼합되어 사용될 수 있다.
도 20c를 참조하면, 화학 기계적 연마 공정 또는 에치백 공정을 이용하여 제1 층간 절연막(327)이 노출될 때까지 제1 도전막(336)을 부분적으로 제거한다. 이에 따라, 제1 및 제2 하부 콘택홀(330, 333)에 각기 매립되는 제1 및 제2 하부 콘택(339, 342)이 형성된다. 제1 하부 콘택(339)은 제1 콘택 영역(321) 상에 위치하며, 제2 하부 콘택(342)은 제2 콘택 영역(324) 상에 형성된다.
제1 및 제2 하부 콘택(339, 342)과 제1 층간 절연막(327) 상에 제2 도전막(345)을 형성한다. 제2 도전막(345)은 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 화학 기상 증착 공정, 스퍼터링 공정, 원자층 적층 공정, 전자 빔 증착 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
제2 도전막(345) 상에 제2 절연막(도시되지 않음)을 형성한 후, 사진 식각 공정을 통하여 상기 제2 절연막을 식각함으로써, 제2 도전막(345) 상에 제1 및 제2 절연막 패턴(348, 349)을 형성한다. 상기 제2 절연막은 질화물 또는 산질화물을 화 학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다. 제1 절연막 패턴(348)은 제2 도전막(345) 가운데 아래에 제1 하부 콘택(339)이 위치하는 부분 상에 형성되며, 제2 절연막 패턴(349)은 제2 도전막(345) 중 아래에 제2 하부 콘택(342)이 형성된 부분 상에 위치한다.
도 20d를 참조하면, 제1 및 제2 절연막 패턴(348, 349)을 식각 마스크들로 이용하여 제2 도전막(345)을 식각함으로써, 패드(351)와 하부 배선(352)을 동시에 형성한다. 패드(351)는 제1 하부 콘택(339) 및 제1 층간 절연막(327) 상에 위치하며, 하부 배선(352)은 제2 하부 콘택(342)과 제1 층간 절연막(327) 상에 위치한다. 따라서 패드(351)는 제1 하부 콘택(339)을 통해 제1 콘택 영역(321)에 전기적으로 연결되며, 하부 배선(352)은 제2 하부 콘택(342)을 통해 제2 콘택 영역(324)에 전기적으로 연결된다.
제1 및 제2 절연막 패턴(348, 349)을 덮으면서 제1 층간 절연막(327) 상에 제2 층간 절연막(354)을 형성한다. 제2 층간 절연막(354)은 산화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다. 예를 들면, 제2 층간 절연막(354)은 BPSG, PSG, USG, SOG, FOX, TEOS, PE-TEOS, 또는 HDP-CVD 산화물을 사용하여 형성된다.
제1 및 제2 절연막 패턴(348, 349)이 노출될 때까지 에치백 공정 또는 화학 기계적 연마 공정을 이용하여 제2 층간 절연막(354)을 부분적으로 제거한다. 예를 들면, 제2 층간 절연막(354)은 산화물과 질화물 사이에 높은 식각 선택비를 갖는 세리아를 함유하는 연마제를 포함하는 슬러리를 사용하여 연마되며, 제1 및 제2 절연막 패턴(348, 349)이 각기 연마 저지막들로 기능한다. 제2 층간 절연막(354)이 부분적으로 제거됨에 따라, 제1 절연막 패턴(348)과 패드(351)가 제2 층간 절연막(354)에 매립되는 동시에 제2 절연막 패턴(349)과 하부 배선(352)도 제2 층간 절연막(354)에 매립된다.
제2 층간 절연막(354), 제1 절연막 패턴(348) 및 제2 절연막 패턴(349) 상에 제3 절연막(357)을 형성한다. 제3 절연막(357)은 질화물이나 산질화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
제3 절연막(357) 상에 산화물을 사용하여 희생막(360)을 형성한다. 희생막(360)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 이용하여 형성된다.
도 20e를 참조하면, 사진 식각 공정으로 희생막(360), 제3 절연막(357) 및 제1 절연막 패턴(348)을 부분적으로 식각함으로써, 패드(351)를 노출시키는 개구(361)를 형성한다.
개구(361)를 채우면서 패드(351)와 희생막(360) 상에 제4 절연막을 형성한 후, 상기 제4 절연막을 이방성 식각 공정으로 식각하여 개구(361)의 측벽 상에 예비 스페이서(363)를 형성한다. 예를 들면, 상기 제4 절연막은 실리콘 질화물을 사용하여 형성된다.
패드(351) 및 희생막(360) 상에 개구(361)를 매립하면서 제3 도전막(366)을 형성한다. 제3 도전막(366)은 불순물로 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 금속 질화물을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 제3 도전막(366)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 또는 탄탈륨 알루미늄 질화물을 사용하여 형성된다. 이들은 단독으로 또는 서로 혼합되어 사용될 수 있다. 제3 도전막(366)은 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 전자 빔 증착 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정을 이용하여 형성된다.
도 20f를 참조하면, 희생막(360)이 노출될 때까지 화학 기계적 연마 공정을 이용하여 제3 도전막(366)을 부분적으로 제거함으로써, 개구(361)에 매립되는 예비 하부 전극(372)을 형성한다. 이 때, 예비 하부 전극(372)의 측벽과 개구(361)의 측벽 사이에는 예비 스페이서(363)가 위치한다.
에치백 공정 또는 화학 기계적 연마 공정을 통하여 희생막(360)을 제거함으로써, 제3 절연막(357)을 노출시킨다. 이에 따라, 예비 하부 전극(372) 및 예비 스페이서(363)는 제3 절연막(357)의 상부로 필러와 같은 형태로 돌출된다.
도 20g를 참조하면, 화학 기계적 연마 공정을 이용하여 돌출된 예비 하부 전극(372)과 예비 스페이서(363)의 상부를 제거함으로써, 패드(351) 상에 하부 전극(375) 및 스페이서(378)를 동시에 형성한다. 예를 들면, 하부 전극(375) 및 스페이서(378)는 세리아를 함유하는 연마제를 포함하는 슬러리를 사용하여 형성된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학 기계적 연마 공정을 충분하게 수행함으로써, 하부 전극(375) 및 스페이서(378)를 형성하는 동안 제3 절연막(357)을 제거할 수 있다.
제3 절연막(357), 하부 전극(375) 및 스페이서(378) 상에 상변화 물질층(384)을 형성한다. 상변화 물질층(384)은 복수의 제1 복합 물질막들(381a, 381b)과 복수의 제2 복합 물질막들(382a, 382b)을 포함한다. 제1 복합 물질막들(381a, 381b)은 게르마늄 및 텔루르를 함유하며, 제2 복합 물질막들(382a, 382b)은 안티몬 및 텔루르를 함유한다. 상변화 물질층(384)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 공정들과 실질적으로 동일한 공정들을 이용하여 형성된다.
도 20h를 참조하면, 상변화 물질층(384) 상에 제4 도전막을 형성한다. 상기 제4 도전막은 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 스퍼터링 공정, 원자층 적층 공정, 전자 빔 증착 공정, 화학 기상 증착 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
사진 식각 공정을 통하여 상기 제4 도전막 및 상변화 물질층(384)을 차례로 식각함으로써, 상변화 물질층 패턴(387)과 상부 전극(390)을 형성한다. 상변화 물질층 패턴(387)은 제3 절연막(357), 하부 전극(375) 및 스페이서(378) 상에 위치하며, 상부 전극(390)은 상변화 물질층 패턴(387) 상에 형성된다.
상부 전극(390)을 덮으면서 제3 절연막(357) 상에 산화물을 사용하여 제3 층간 절연막(393)을 형성한다. 제3 층간 절연막(393)은 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정을 이용하여 형성된다.
사진 식각 공정을 통하여 제3 층간 절연막(393)에 상부 전극(390)을 노출시키는 상부 콘택홀(394)을 형성한 다음, 상부 전극(390) 상에 상부 콘택홀(394)을 채우는 상부 콘택(396)을 형성하는 동시에 상부 콘택(396) 및 제3 층간 절연막(393) 상에 상부 배선(399)을 형성한다. 즉, 상부 콘택(396)과 상부 배선(399)은 일체로 형성된다. 상부 콘택(396)과 상부 배선(399)은 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 형성된다.
도 21a 내지 도 21e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 21a를 참조하면, 반도체 기판(400)에 소자 분리막(403)을 형성하여 반도체 기판(400)에 액티브 영역을 정의한다.
반도체 기판(400) 상에 게이트 절연막, 게이트 도전막 및 게이트 마스크층을 순차적으로 형성한 다음, 상기 게이트 마스크층, 게이트 도전막 및 게이트 절연막을 패터닝하여 게이트 절연막 패턴(406), 게이트 전극(409) 및 게이트 마스크(412)를 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 게이트 전극(409)은 도핑된 폴리실리콘막, 금속막 또는 도전성 금속 질화막과 같은 단일막 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 게이트 전극(409)은 도핑된 폴리실리콘막, 금속막 및/또는 도전성 금속 질화막을 포함하는 이중막 구조를 가질 수 있다. 게이트 마스크 (412)는 게이트 전극(409)과 게이트 절연막 패턴(406)에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질을 사용하여 형성된다.
게이트 마스크(412)를 덮으면서 반도체 기판(400) 상에 제1 절연막을 형성한 후, 상기 제1 절연막을 이방성 식각하여 게이트 절연막 패턴(406), 게이트 전극(409) 및 게이트 마스크(412)의 측벽들 상에 게이트 스페이서(415)를 형성한다. 이에 따라, 반도체 기판(400) 상에는 게이트 절연막 패턴(406), 게이트 전극(409), 게이트 마스크(412) 및 게이트 스페이서(415)를 구비하는 게이트 구조물(418)이 형성된다.
게이트 구조물(418)들을 이온 주입 마스크로 이용하는 이온 주입 공정을 통하여 게이트 구조물(418)들 사이로 노출되는 반도체 기판(400)에 제1 및 제2 콘택 영역(421, 424)을 형성한다. 그 결과, 게이트 구조물(418)들과 제1 및 제2 콘택 영역(421, 424)을 포함하는 트랜지스터들이 반도체 기판(400) 상에 형성된다.
게이트 구조물(418)들을 덮으면서 반도체 기판(400) 상에 제1 층간 절연막(427)을 형성한다. 제1 층간 절연막(427)은 산화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
사진 식각 공정으로 제1 층간 절연막(427)을 부분적으로 식각하여, 제1 층간 절연막(427)에 제1 및 제2 콘택 영역(421, 424)을 각기 노출시키는 제1 및 제2 하부 콘택홀(도시되지 않음)을 형성한다.
상기 제1 및 제2 하부 콘택홀을 채우면서 제1 층간 절연막(427) 상에 제1 도 전막(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 제1 도전막은 불순물로 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 전자 빔 증착 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
화학 기계적 연마 공정 또는 에치백 공정을 이용하여 상기 제1 도전막을 부분적으로 제거함으로써, 상기 제1 및 제2 하부 콘택홀 내에 각기 제1 및 제2 하부 콘택(439, 442)을 형성한다. 제1 하부 콘택(439)은 제1 콘택 영역(421) 상에 형성되며, 제2 하부 콘택(442)은 제2 콘택 영역(424) 상에 위치한다.
도 21b를 참조하면, 제1 및 제2 하부 콘택(439, 442)과 제1 층간 절연막(427) 상에 제2 도전막(도시되지 않음) 및 제2 절연막(도시되지 않음)을 차례로 형성한다. 상기 제2 절연막은 질화물 또는 산질화물을 화학 기상 증착(CVD) 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착(PECVD) 공정, 원자층 적층(ALD) 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(HDP-CVD) 공정으로 증착하여 형성된다. 또한, 상기 제2 도전막은 불순물로 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 스퍼터링 공정, 화학 기상 증착(CVD) 공정, 원자층 적층(ALD) 공정, 전자 빔 증착 공정 또는 펄스 레이저 증착(PLD) 공정으로 증착하여 형성된다.
사진 식각 공정으로 상기 제2 절연막을 식각함으로써, 상기 제2 도전막 상에 제1 절연막 패턴(445) 및 제1 절연막 패턴(446)을 동시에 형성한다. 제1 절연막 패턴(445)은 상기 제2 도전막 중 아래에 제1 하부 콘택(439)이 위치하는 부분 상에 형성되며, 제2 절연막 패턴(446)은 상기 제2 도전막 가운데 아래에 제2 하부 콘택 (442)이 위치하는 부분 상에 형성된다.
제1 및 제2 절연막 패턴(445, 446)을 식각 마스크들로 이용하여 상기 제2 도전막을 부분적으로 식각함으로써, 하부 전극(448)과 하부 배선(449)을 형성한다. 하부 전극(448)은 제1 하부 콘택(439) 상에 위치하여, 제1 하부 콘택(439)을 통해 제1 콘택 영역(421)에 전기적으로 연결된다. 하부 배선(449)은 제2 하부 콘택(442) 상에 형성되어, 제2 하부 콘택(442)을 통해 제2 콘택 영역(424)에 전기적으로 연결된다.
제1 및 제2 절연막 패턴(445, 446)을 덮으면서 제1 층간 절연막(427) 상에 제2 층간 절연막(451)을 형성한다. 제2 층간 절연막(451)은 산화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
제1 및 제2 절연막 패턴(445, 446)이 노출될 때까지 에치백 공정 또는 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 이용하여 제2 층간 절연막(451)을 부분적으로 제거한다. 예를 들면, 제2 층간 절연막(451)은 산화물과 질화물 사이에 높은 식각 선택비를 갖는 세리아를 함유하는 연마제를 포함하는 슬러리를 사용하여 연마되며, 제1 및 제2 절연막 패턴(445, 446)이 각기 연마 저지막으로 기능한다.
도 21c를 참조하면, 제2 층간 절연막(451), 제1 절연막 패턴(445) 및 제2 절연막 패턴(446) 상에 제3 절연막(454)을 형성한다. 제3 절연막(454)은 질화물이나 산질화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
제3 절연막(454) 상에 희생막(457)을 형성한다. 희생막(457)은 산화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
사진 식각 공정을 이용하여 희생막(457), 제3 절연막(454) 및 제1 절연막 패턴(445)을 부분적으로 식각함으로써, 하부 전극(448)을 노출시키는 개구(458)를 형성한다.
개구(458)를 채우면서 하부 전극(448)과 희생막(457) 상에 제4 절연막을 형성한 다음, 상기 제4 절연막을 이방성 식각 공정으로 식각하여 개구(458)의 측벽 상에 예비 스페이서(466)를 형성한다.
하부 전극(448) 및 희생막(457) 상에 개구(458)를 매립하면서 상변화 물질층(463)을 형성한다. 전술한 바와 유사하게, 상변화 물질층(463)은 복수의 제1 복합 물질막들(460a, 460b)과 복수의 제2 복합 물질막들(461a, 461b)을 포함한다. 제1 복합 물질막들(460a, 460b)은 게르마늄 및 텔루르를 함유하며, 제2 복합 물질막들(461a, 461b)은 안티몬 및 텔루르를 포함한다. 상변화 물질층(463)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 공정들과 실질적으로 동일한 공정들을 이용하여 형성된다.
도 21d를 참조하면, 희생막(457)이 노출될 때까지 화학 기계적 연마(CMP) 공정으로 상변화 물질층(463)을 부분적으로 제거하여 개구(458)에 매립되는 예비 상변화 물질층 패턴(469)을 형성한다. 이 경우, 예비 상변화 물질층 패턴(469)의 측벽과 개구(458)의 측벽 사이에는 예비 스페이서(466)가 위치한다.
에치백 공정 및/또는 화학 기계적 연마 공정을 통하여 희생막(457)을 제거함 으로써, 제3 절연막(454)을 노출시킨다. 희생막(457)이 제거되면 예비 상변화 물질층 패턴(469) 및 예비 스페이서(466)가 제3 절연막(454) 상부로 돌출된다.
도 21e를 참조하면, 화학 기계적 연마 공정 및/또는 에치백 공정을 이용하여 돌출된 예비 상변화 물질층 패턴(469)과 예비 스페이서(466)의 상부를 제거함으로써, 하부 전극(448) 상에 상변화 물질층 패턴(475) 및 스페이서(472)를 동시에 형성한다. 예를 들면, 상변화 물질층 패턴(475)과 스페이서(472)는 세리아를 함유하는 연마제를 포함하는 슬러리를 사용하여 형성되며, 제3 절연막(454)이 연마 저지막의 기능을 수행한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학 기계적 연마 공정을 충분하게 진행함으로써, 상변화 물질층 패턴(475)과 스페이서(472)를 형성하는 동안 제3 절연막(454)을 제거할 수 있다.
제2 보호막(454), 스페이서(472) 및 상변화 물질층 패턴(475) 상에 상부 전극(478)을 형성한다. 상부 전극(478)은 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속 질화물을 스퍼터링 공정, 원자층 적층 공정, 전자 빔 증착 공정, 화학 기상 증착 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
상부 전극(478)을 덮으면서 제3 절연막(454) 상에 제3 층간 절연막(481)을 형성한다. 제3 층간 절연막(481)은 산화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층(ALD) 공정 또는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
사진 식각 공정을 이용하여 제3 층간 절연막(481)에 상부 전극(478)을 노출시키는 상부 콘택홀(도시되지 않음)을 형성한 후, 상부 전극(478) 상에 상기 상부 콘택홀을 채우는 상부 콘택(484)을 형성하는 동시에 상부 콘택(484) 및 제3 층간 절연막(481) 상에 상부 배선(487)을 형성한다. 상부 콘택(484)과 상부 배선(487)은 금속 또는 도전성 금속 질화물을 사용하여 일체로 형성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 수소/아르곤 플라즈마를 형성한 상태에서 적절한 공급 시간으로 소스 가스들을 제공하여 상변화 물질층을 형성하기 때문에, 상기 상변화 물질층의 구성 성분들의 조성비를 용이하게 조절할 수 있으며 저온에서 빠른 속도로 상기 상변화 물질층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 상변화 물질층의 치밀한 구조를 가지는 동시에 상기 상변화 물질층이 바람직한 면심입방(FCC) 결정을 포함하는 결정 구조를 갖기 때문에 상기 상변화 물질층의 상변화 특성 및 전기적인 특성을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 상기 소스 가스들을 공급하고 퍼지하는 단순화된 공정을 통하여 상기 상변화 물질층을 형성하기 때문에 상변화 물질층을 구비하는 상변화 메모리 장치의 제조에 소요되는 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (42)

  1. 대상체가 로딩된 반응 챔버 내에 제1 물질을 포함하는 제1 소스 가스를 공급하여 상기 대상체 상에 제1 물질막을 형성하는 단계;
    상기 반응 챔버 내에 제2 물질을 포함하는 제2 소스 가스를 공급하여 상기 대상체 상에 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 포함하는 제1 복합 물질막을 형성하는 단계;
    상기 반응 챔버 내에 제3 물질을 포함하는 제3 소스 가스를 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제3 물질막을 형성하는 단계; 및
    상기 반응 챔버 내에 제4 물질을 포함하는 제4 소스 가스를 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 상기 제3 물질 및 상기 제4 물질을 포함하는 제2 복합 물질막을 형성하는 단계를 포함하는 상변화 물질층 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 소스 가스를 공급하기 전에, 상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 플라즈마는 수소 플라즈마를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 플라즈마를 형성하는 단계는,
    상기 반응 챔버 내에 수소 가스를 도입하는 단계;
    상기 수소 가스를 예열시키는 단계;
    상기 예열된 수소 가스를 안정화시키는 단계; 및
    상기 안정화된 수소 가스로부터 상기 수소 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수소 가스는 30-90초 동안 예열되고, 상기 예열된 수소 가스는 1-4초 동안 안정화되며, 상기 수소 플라즈마는 상기 안정화된 수소 가스에 5-15초 동안 50-200W의 전력을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 플라즈마는 아르곤 플라즈마를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 아르곤 플라즈마는 상기 수소 가스와 함께 아르곤 가스를 도입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 아르곤 가스에 대한 상기 수소 가스의 유량비는 0.5 이하인 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 물질은 게르마늄(Ge)을 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 물질은 Ge(iPro)3H, GeCl4, Ge(Me)4, Ge(Me)4N3, Ge(Et)4, Ge(Me)3NEt2, Sb(GeMe3)3, Ge(nBu)4, Sb(GeEt3)3 및 Ge(Cp)2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 소스 가스는 100-300℃의 온도에서 0.1-2.0초 동안 상기 대상체 상으로 제공되며, 상기 제1 물질막은 1-5Torr의 압력 하에서 50-200W의 전력을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 소스 가스는 각기 아르곤을 포함하는 제1 내지 제4 캐리어 가스와 함께 공급되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2 소스 가스를 공급하기 전에, 상기 반응 챔버 내로 아르곤을 포함하는 제1 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제2 물질과 상기 제4 물질은 동일한 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 물질 및 상기 제4 물질은 각기 텔루르(Te)를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 물질 및 상기 제4 물질은 각기 Te(iBu)2, TeCl4, Te(Me)2, Te(Et)2, Te(nPr)2, Te(iPr)2 및 Te(tBu)2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 제2 소스 가스 및 상기 제4 소스 가스는 각기 100-300℃의 온도에서 0.1-1.0초 동안 공급되며, 상기 제1 복합 물질막 및 상기 제2 복합 물질막은 각기 1-5Torr의 압력 하에서 50-200W의 전력을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 제3 물질은 안티몬(Sb)을 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제3 물질은 Sb(iBu)3, SbCl3, SbCl5, Sb(Me)3, Sb(Et)3, Sb(nPr)3, Sb(tBu)3, Sb[N(Me)2]3 및 Sb(Cp)3로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 제3 소스 가스는 100-300℃의 온도에서 0.1-1.0초 동안 상기 제1 복합 물질막 상으로 제공되며, 상기 제3 물질막은 1-5Torr의 압력 하에서 50-200W의 전력을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 제3 소스 가스를 공급하기 전에, 상기 반응 챔버 내로 아르곤을 포함하는 제2 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  22. 제1항에 있어서, 상기 제4 소스 가스를 공급하기 전에, 상기 반응 챔버 내로 아르곤을 포함하는 제3 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 제2 복합 물질막을 형성한 후, 상기 반응 챔버 내로 아르곤을 포함하는 제4 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  24. 제1항에 있어서, 상기 제1 복합 물질막을 형성하는 단계 및 상기 제2 복합 물질막을 형성하는 단계를 각기 적어도 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제1 복합 물질막을 형성하는 단계 및 상기 제2 복합 물질막을 형성하는 단계는 각기 적어도 1회 이상 교대로 수행되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  26. 기판 상으로 게르마늄을 포함하는 제1 소스 가스를 공급하여 상기 기판 상에 게르마늄막을 형성하는 단계;
    상기 게르마늄막 상으로 텔루르를 포함하는 제2 소스 가스를 공급하여 상기 기판 상에 게르마늄-텔루르막을 형성하는 단계;
    상기 게르마늄-텔루르막 상으로 안티몬을 포함하는 제3 소스 가스를 공급하여 상기 게르마늄-텔루르막 상에 안티몬막을 형성하는 단계; 및
    상기 안티몬막 상으로 텔루르를 함유하는 제4 소스 가스를 공급하여 상기 게르마늄-텔루르막 상에 안티몬-텔루르막을 형성하는 단계를 포함하는 게르마늄-안티몬-텔루르 상변화 물질층 형성 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 제1 소스 가스를 공급하기 전에, 상기 기판 상에 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 플라즈마는 수소 플라즈마 및 아르곤 플라즈마를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 플라즈마를 형성하는 단계는,
    반응 챔버 내에 수소 가스 및 아르곤 가스를 도입하는 단계;
    상기 수소 가스 및 상기 아르곤 가스를 예열시키는 단계;
    상기 예열된 수소 가스 및 상기 아르곤 가스를 안정화시키는 단계; 및
    상기 안정화된 수소 가스 및 상기 안정화된 아르곤 가스로부터 상기 수소 플라즈마 및 상기 아르곤 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  30. 제26항에 있어서, 상기 제1 소스 가스는 100-300℃의 온도에서 0.1-2.0초 동안 상기 기판 상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  31. 제26항에 있어서, 상기 제2 소스 가스를 공급하기 전에 반응 챔버 내로 아르곤을 포함하는 제1 퍼지 가스를 0.1-2.0초 동안 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 소스 가스를 공급하기 전에 상기 반응 챔버 내로 아르곤을 포함하는 제2 퍼지 가스를 0.1-2.0초 동안 도입하는 단계를 더 포함하며, 상기 제4 소스 가스를 공급하기 전에 상기 반응 챔버 내로 아르곤을 포함하는 제3 퍼지 가스를 0.1-2.0초 동안 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 안티몬-텔루르막을 형성한 후, 상기 반응 챔버 내로 아르곤을 포함하는 제4 퍼지 가스를 0.1-2.0초 동안 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  32. 제26항에 있어서, 상기 제2 소스 가스와 상기 제4 소스 가스는 동일한 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;
    상기 하부 전극 상에 상변화 물질층을 형성하는 단계; 및
    상기 상변화 물질층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 상변화 물질층을 형성하는 단계는, 상기 하부 전극 상으로 제1 물질을 포함하는 제1 소스 가스를 공급하여 상기 하부 전극 상에 제1 물질막을 형성하는 단계; 상기 제1 물질막 상으로 제2 물질을 포함하는 제2 소스 가스를 공급하여 상기 하부 전극 상에 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 포함하는 제1 복합 물질막을 형성하는 단계; 상기 제1 복합 물질막 상으로 제3 물질을 포함하는 제3 소스 가스를 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제3 물질막을 형성하는 단계; 및 상기 제3 물질막 상으로 제4 물질을 포함하는 제4 소스 가스를 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 상기 제3 물질 및 상기 제4 물질을 포함하는 제2 복합 물질막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 유닛의 제조 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 하부 전극 상으로 상기 제1 소스 가스를 공급하기 전에, 상기 하부 전극 상에 수소 플라즈마 및 아르곤 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 유닛의 제조 방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기 제1 소스 가스는 100-300℃의 온도에서 0.1-2.0초 동안 상기 하부 전극 상으로 제공되고, 상기 제2 소스 가스와 상기 제4 소스 가스는 동일하며, 상기 제2 및 제4 소스 가스는 각기 100-300℃의 온도에서 0.1-1.0초 동안 공급되고, 상기 제3 소스 가스는 100-300℃의 온도에서 0.1-2.0초 동안 상기 제1 복합 물질막 상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 유닛의 제조 방법.
  39. 제36항에 있어서, 상기 제2 소스 가스를 공급하기 전에 상기 제1 물질막 상으로 아르곤을 포함하는 제1 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 소스 가스를 공급하기 전에 상기 제1 복합 물질막 상으로 아르곤을 포함하는 제2 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하며, 상기 제4 소스 가스를 공급하기 전에 상기 제3 물질막 상으로 아르곤을 포함하는 제3 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 상부 전극을 형성하기 전에 상기 제2 복합 물질막 상으로 아르곤을 포함하는 제4 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 유닛의 제조 방법.
  40. 기판 상에 콘택 영역들을 형성하는 단계;
    상기 콘택 영역들에 각기 전기적으로 연결되는 하부 전극 및 하부 배선을 형성하는 단계;
    상기 하부 전극 상에 상변화 물질층을 형성하는 단계;
    상기 상변화 물질층 상에 상부 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 상부 전극 상에 상부 배선을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 상변화 물질층을 형성하는 단계는, 상기 하부 전극 상으로 제1 물질을 포함하는 제1 소스 가스를 공급하여 상기 하부 전극 상에 제1 물질막을 형성하는 단계; 상기 제1 물질막 상으로 제2 물질을 포함하는 제2 소스 가스를 공급하여 상기 하부 전극 상에 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질을 포함하는 제1 복합 물질막을 형성하는 단계; 상기 제1 복합 물질막 상으로 제3 물질을 포함하는 제3 소스 가스를 공급하여, 상기 제1 복합 물질막 상에 제3 물질막을 형성하는 단계; 및 상기 제3 물질막 상으로 제4 물질을 포함하는 제4 소스 가스를 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 상기 제3 물질 및 상기 제4 물질을 포함하는 제2 복합 물질막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 하부 전극 상으로 상기 제1 소스 가스를 공급하기 전에, 상기 하부 전극 상에 수소 플라즈마 및 아르곤 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.
  42. 제40항에 있어서, 상기 제2 소스 가스를 공급하기 전에 상기 제1 물질막 상으로 아르곤을 포함하는 제1 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 소스 가스를 공급하기 전에 상기 제1 복합 물질막 상으로 아르곤을 포함하는 제2 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하며, 상기 제4 소스 가스를 공급하기 전에 상기 제3 물질막 상으로 아르곤을 포함하는 제3 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 상부 전극을 형성하기 전에 상기 제2 복합 물질막 상으로 아르곤을 포함하는 제4 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.
KR1020050081965A 2005-09-03 2005-09-03 상변화 물질층 형성 방법, 이를 이용한 상변화 메모리 유닛및 상변화 메모리 장치의 제조 방법 KR100962623B1 (ko)

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