KR20070081752A - Phase changeable structure and method of forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 결함들을 갖는 상변화 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a phase change structure having conventional defects.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상변화 구조물을 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a phase change structure according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 5는 도 2에 도시된 상변화 구조물을 형성하는 방법을 나타내는 단면도들이다.3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of forming the phase change structure shown in FIG. 2.
* 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 : 상변화 패턴 330 : 식각 저지 패턴310: phase change pattern 330: etch stop pattern
350 : 식각 저지막 400 : 도전막350: etch stop film 400: conductive film
410 : 상부 전극 500 : 마스크 패턴410: upper electrode 500: mask pattern
본 발명은 상변화 구조물 및 이의 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 결함이 감소된 상변화 구조물 및 이의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phase change structure and a method of forming the same. More particularly, the present invention relates to a phase change structure having reduced defects and a method of forming the same.
상변화 구조물로 만들어지는 불휘발성 메모리 장치들은 근래에 큰 관심을 일으키고 있다. 도 1을 참조하면, 상변화 구조물은 일반적으로 기판(예를 들어, 절연막) 내에 형성된 하부 전극(200), 상변화 패턴 (310) 및 상부 전극(410)을 포함한다. 상변화 패턴은 마스크 패턴을 사용하여 상변화 막을 식각함으로서 형성될 수 있다. 상변화 패턴은 일반적으로 하부 전극 및 상부 전극 사이에 위치하고 상변화 패턴은 칼코겐 화물을 포함할 수 있다.Nonvolatile memory devices made of a phase change structure have recently been of great interest. Referring to FIG. 1, a phase change structure generally includes a
일반적으로, 하부 전극과 상부 전극 사이에서 발생하는 전압차에 의해서 발생할 수 있는 소 정의 전류가 상변화 패턴에 공급됨으로서 상변화 패턴의 상(phase)이 저항이 상대적으로 낮은 단결정 상태에서 저항이 상대적으로 높은 비정질 상태로 변화된다. 또한 상변화 패턴에 공급되는 전류가 줄거나 제거될 경우, 상변화 패턴의 상은 비정질 상태에서 단결정 상태로 변화한다.In general, since a predetermined current generated by the voltage difference generated between the lower electrode and the upper electrode is supplied to the phase change pattern, the resistance of the phase change pattern is relatively low in a single crystal state where the resistance is relatively low. Change to a high amorphous state. Also, when the current supplied to the phase change pattern is reduced or removed, the phase of the phase change pattern changes from an amorphous state to a single crystal state.
일반적으로 상변화 막 및 상변화막 상에 도전성 물질을 증착함으로서 적층된 복합 물질막을 형성 한 후 도전성 물질에 제1 식각 공정을 수행하여 상부 전극을 형성한다. 그 후, 제2 식각 공정을 상변화막에 수행함으로서 상변화 패턴을 형성한다.In general, after the conductive material is deposited on the phase change film and the phase change film to form a stacked composite material film, a first etching process is performed on the conductive material to form an upper electrode. Thereafter, a second etching process is performed on the phase change film to form a phase change pattern.
상부 전극을 형성하기 위한 제1 식각 공정에서 종래의 식각 물질(예를 들어, 염소 함유 물질)을 사용하는 경우, 상부 전극과 접하는 상변화 패턴의 상면부에서 허용치 이상의 결함들이 발생한다는 문제점이 있다. 또한, 상변화 패턴을 형성하기 위한 제2 식각 공정에서 종래의 식각 물질(예를 들어, 염소 함유 물질)을 사용하는 경우, 상변화 패턴 및 상부 전극 사이의 계면 및/또는 상변화 패턴의 측면부에서 허용치 이상의 결함들이 발생한다는 문제점이 있다. 이는 염소가 상변화 패턴의 측면부나 상변화 패턴 및 상부 전극 사이의 계면에 잔류하기 때문이라고 추정된다. 또는 이는 남아있는 염소 잔류물 또는 그것의 부산물이 후속 공정에서 부식(erosion)과 같은 결함의 형성에 기여하기 때문이라고 추정된다.When using a conventional etching material (eg, chlorine-containing material) in the first etching process for forming the upper electrode, there is a problem that defects beyond the allowable value occur in the upper surface portion of the phase change pattern in contact with the upper electrode. In addition, when using a conventional etching material (for example, chlorine-containing material) in the second etching process for forming a phase change pattern, at the interface between the phase change pattern and the upper electrode and / or the side portion of the phase change pattern There is a problem that more than allowable defects occur. This is presumably because chlorine remains at the side portion of the phase change pattern or at the interface between the phase change pattern and the upper electrode. Or it is presumed that the remaining chlorine residues or by-products thereof contribute to the formation of defects such as erosion in subsequent processes.
형성될 수 있는 전형적인 결함의 예는 도 1에 도시되어 있다. 결함들은 상변화 구조물의 한쪽 부분 또는 양쪽 부분에서 도면 부호(302)로 기재되어 있는 바와 같이 상변화 패턴(310) 및 상부 전극(410)의 사이에서 발생할 수 있다. 또한, 결함들은 도면 부호 304 및 306으로 표시된 바와 같이 상변화 패턴(301)의 측면에서 발생할 수 있다. 이 뿐만 아니라 결함들은 도면 부호 306으로 표시된 바와 같이 상변화 패턴(310) 및 기판(100)의 사이에서 형성될 수 있다.Examples of typical defects that may be formed are shown in FIG. 1. Defects may occur between the
본 발명의 목적은 결함들을 거의 갖지 않는 상변화 패턴을 포함하는 상변화 구조물을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a phase change structure comprising a phase change pattern with few defects.
본 발명의 제2 목적은 상술한 상변화 구조물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is a second object of the present invention to provide a method of manufacturing the above-described phase change structure.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 상변화 구조물은 하부 전극, 상기 하부 전극 상에 형성된 상변화 패턴, 상기 상변화 패턴 상에 형성되고 지르코늄을 포함하는 도전성 식각 저지 패턴 및 상기 도전성 식각 저지 패턴 상에 형성된 상부 전극을 포함한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the first object, the phase change structure is a lower electrode, a phase change pattern formed on the lower electrode, a conductive etch stop pattern formed on the phase change pattern and comprises zirconium and And an upper electrode formed on the conductive etch stop pattern.
상변화 패턴은 칼코겐 화물을 포함할 수 있다. 칼코겐 화물은 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함할 수 있다. 도전막 및 도전성 식각 저지막은 각각 티타늄 질화물 및 지르코늄을 포함할 수 있다.The phase change pattern may include chalcogenides. Chalcogenides may include germanium, antimony and tellurium. The conductive layer and the conductive etch stop layer may include titanium nitride and zirconium, respectively.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 우선 하부 전극을 형성한다. 하부 전극 상에 칼코겐 화물을 포함하는 상변화막을 형성한다. 염소를 포함하는 제1 식각물질에 대하여 제1 식각율을 갖는 도전성 식각 저지막을 상변화막 상에 형성한다. 제1 식각 물질에 대하여 제1 식각율보다 큰 제2 식각율을 갖는 도전막을 식각 저지막 상에 형성한다. 제1 식각 물질을 사용하여 도전막을 식각하여 상부 전극을 형성한다. 실질적으로 염소가 거의 없는 제2 식각 물질로 식각 저지막 및 상변화막을 식각하여 식각 저지 패턴 및 상변화 패턴을 형성한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the second object, first, a lower electrode is formed. A phase change film including a chalcogenide is formed on the lower electrode. A conductive etch stop layer having a first etch rate with respect to the first etch material including chlorine is formed on the phase change layer. A conductive film having a second etching rate greater than the first etching rate with respect to the first etching material is formed on the etch stop layer. The conductive layer is etched using the first etching material to form the upper electrode. The etch stop layer and the phase change layer are etched with a second etching material substantially free of chlorine to form an etch stop pattern and a phase change pattern.
칼코겐 화물은 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함할 수 있다. 도전막 및 식각 저지막은 티타늄 질화물 및 지르코늄을 각각 포함할 수 있다. 제1 식각 물질은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들을 혼합인 불활성 가스를 더 포함할 수 있다. 제1 식각 물질은 플라즈마 상태를 가질 수 있다. 도전막은 소스 전극 및 바이어스 전극을 갖는 챔버 내에서 식각될 수 있다. 소스 전극 및 바이어스 전극에는 제1 전력 및 제2 전력이 각각 인가될 수 있다. 제2 전력에 대한 제1 전력의 비는 약 2.5:1 내지 약 20:1일 수 있다. 챔버의 압력은 약 1mTorr 내지 약 20mTorr일 수 있다. 제1 식각 물질은 염소 및 아르곤을 포함할 수 있다. 염소의 유량에 대한 아르곤의 유량의 비는 약 2:1 내지 약 5:1일 수 있다. 제2 식각 물질은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 제2 식각 물질은 플라즈마 상태를 가질 수 있다. 제2 식각 물질은 불소를 더 포함할 수 있다. 불소는 테트라플루오르메탄, 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 모노플루오르메탄 또는 이들의 혼합물로부터 제공될 수 있다.Chalcogenides may include germanium, antimony and tellurium. The conductive layer and the etch stop layer may include titanium nitride and zirconium, respectively. The first etching material may further include an inert gas including helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or a mixture thereof. The first etching material may have a plasma state. The conductive film may be etched in a chamber having a source electrode and a bias electrode. The first power and the second power may be applied to the source electrode and the bias electrode, respectively. The ratio of the first power to the second power may be about 2.5: 1 to about 20: 1. The pressure in the chamber may be about 1 mTorr to about 20 mTorr. The first etching material may include chlorine and argon. The ratio of the flow rate of argon to the flow rate of chlorine may be about 2: 1 to about 5: 1. The second etching material may include helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof. The second etching material may have a plasma state. The second etching material may further include fluorine. Fluorine can be provided from tetrafluoromethane, trifluoromethane, difluoromethane, monofluoromethane or mixtures thereof.
본 발명에 따르면, 하부 전극 및 식각 저지 패턴의 사이에 위치하는 상변화 패턴은 결함들이 거의 없는 측면부 및/또는 상면부를 갖는다.According to the present invention, the phase change pattern located between the lower electrode and the etch stop pattern has a side portion and / or an upper surface portion with few defects.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상변화 구조물 형성 방법들에 대하여 상세하게 설명하겠지만, 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, 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 개재될 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 may be interposed.
상변화Phase change 구조물 structure
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상변화 구조물을 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a phase change structure according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상변화 구조물은 절연막(100), 하부 전극(200), 상변화 패턴(310), 지르코늄을 포함하는 식각 저지 패턴(330) 및 상부 전극(410)을 포함한다. 상변화 패턴(310)은 하부 전극(200)과 전기적으로 접촉하도록 절연막(100) 및 하부 전극(200) 상에 위치한다. 식각 저지 패턴(330)은 상변화 패턴(310) 상에 위치한다. 상부 전극(410)은 식각 저지 패턴(330) 상에 위치한다.Referring to FIG. 2, the phase change structure includes an
상부 전극(410)은 도전막을 식각하여 형성할 수 있다. 도전막은 염소를 포함하는 제1 식각 물질로 식각될 수 있다. 도전막은 도전막을 제1 식각 물질에 대하여 제1 식각율을 갖도록 하는 제1 도전성 물질을 포함할 수 있다. 상부 전극의 도전성 물질은 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, 구리, 알루미늄 구리, 이들의 합금 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이와 다르게 상부 전극을 형성하기 위한 도전성 물질은 바람직하게는 티타늄 질화물을 포함할 수 있다.The
식각 저지 패턴(330)은 염소가 거의 없는 제2 식각 물질로 식각 저지막을 식각하여 형성될 수 있다. 식각 저지막은 식각 저지막을 제1 식각 물질에 대하여 제1 식각율 보다 큰 제2 식각율을 갖도록 하는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 상부 전극에 포함된 도전성 물질이 티타늄 질화물인 경우, 식각 저지막에 포함된 도전성 물질은 지르코늄일 수 있다.The
상술한 바와 같이 제1 식각 물질은 C12 또는 BC13 와 같은 염소 함유 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 제1 식각 물질은 다른 유용한 화합물로서 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들을 혼합을 더 포함할 수 포함할 수 있으나 상기 예에 제한되는 것은 아니다. 제1 식각 물질을 플라즈마 상태를 갖는 것이 바람직하다. As described above, the first etching material may include a chlorine-containing compound such as C12 or BC13. In addition, the first etching material may further include helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or a mixture thereof as other useful compounds, but is not limited thereto. It is preferable that the first etching material has a plasma state.
상술한 바와 같이 제2 식각 물질은 염소를 거의 함유하지 않는다. 제2 식각 물질은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물과 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다. 제2 식각 물질은 플라즈마 상태를 가지는 것이 바람직하다.As mentioned above, the second etching material contains almost no chlorine. The second etching material may include an inert gas such as helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof. Preferably, the second etching material has a plasma state.
제2 식각 물질을 불소 포함 화합물 및/또한 수소-포함 화합물을 더 포함할 수 있다. 이 경우 사용될 수 있는 불소 포함 화합물의 비 한정적 예는 테트라플루오르메탄, 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 모노플루오르메탄 또는 이들의 혼합물로부터 제공될 수 있다. 사용될 수 있는 수소 포함 화합물의 비 한정적 예는 H2, HBr, NH3, N2H4, CxHy (예를 들어, CH4) 및 이들의 혼합물일 수 있다. 사용될 수 있는 CxHy 가스는 링형(ringed)이거나 곧은 체인형(straight-chained)일 수 있다. 이러한 추가적인 식각 물질들은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합과 함께 사용될 수 있다.The second etching material may further comprise a fluorine-containing compound and / or a hydrogen-comprising compound. Non-limiting examples of fluorine containing compounds that can be used in this case can be provided from tetrafluoromethane, trifluoromethane, difluoromethane, monofluoromethane or mixtures thereof. Non-limiting examples of hydrogen containing compounds that can be used may be H2, HBr, NH3, N2H4, CxHy (eg CH4) and mixtures thereof. CxHy gases that may be used may be ringed or straight-chained. These additional etching materials can be used with helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof.
상변화막은 상변화 패턴(310)을 형성하기 위하여 식각된다. 식각 저지막을 식각하는 것과 후속하여 연속적인 하나의 식각 공정으로 상변화 막을 식각하는 것이 바람직하다. 상변화 패턴(310)은 상변화막을 식각 저지막을 식각할 때 사용되었 동일한 제2 식각 물질로 식각하여 형성될 수 있다. 상변화막(300)은 칼코겐 화물(calcogenide)을 포함한다. 비한정적인 예로서 칼코겐 화물은 게르마늄(Ge : germanium), 안티몬(Sb : antimony) 및 텔루르(Te : tellurium)를 포함할 수 있으며 이들의 원자 비율은 어떠한 비율일 수도 있다.The phase change film is etched to form the
절연막(100)은 홀(10)을 갖는다. 절연막(100)은 산화물 또는 질화물을 포함한다. 예를 들어, 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 포함한다.The insulating
하부 전극(200)은 홀(10) 내에 위치한다. 하부 전극(200)은 금속, 금속 질화물 또는 이들의 혼합물을 포함할 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, 구리, 알루미늄 구리, 이들이 합금 또는 이들 의 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.The
상변화Phase change 구조물 형성 방법 How to Form Structure
도 3 내지 5는 도 2에 도시된 상변화 구조물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the phase change structure shown in FIG. 2.
도 3을 참조하면, 홀(10)이 절연막(100) 내에 형성된다. 절연막(100)은 알려진 공정들을 통해 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. 3, a
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, 구리, 알루미늄 구리, 이들의 합금 또는 이들의 혼합물을 사용하여 형성될 수 있다. 이와 다르게 하부 전극(200)은 불순물들로 도핑된 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 여기서(200)의 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 식각 저지막(350)을 형성한다. 식각 저지막(350)은 염소를 포함하는 제1 식각 물질에 대하여 식각 저지막(350)이 제1 식각율을 갖도록 하는 제1 도전성 물질을 사용하여 형성한다.Thereafter, an
이어서, 도전성 식각 저지막(350) 상에 식각 저지막용 도전성 물질을 사용하여 도전막(400)을 형성한다. 도전막(400)은 제1 식각 물질에 대하여 도전막(350)이 제1 식각율 보다 큰 제2 식각율을 갖도록 하는 식각 저지막용 도전성 물질을 사용하여 형성한다.Subsequently, the
상부 전극용 도전성 물질은 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, 구리, 알루미늄 구리, 이들의 합금 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이와 다르게 상부 전극을 형성하기 위한 도전성 물질은 바람직하게는 티타늄 질화물을 포함할 수 있다.Conductive materials for the upper electrode include 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, copper, aluminum copper, alloys thereof or combinations thereof. Alternatively the conductive material for forming the upper electrode may preferably comprise titanium nitride.
예를 들어, 식각 저지막용 도전성 물질이 지르코늄인 경우, 상부 전극용 도전성 물질은 티타늄 질화물일 수 있다. 이는 식각 저지막(350) 및 도전막(400)이 지르코늄 및 티타늄 질화물을 각각 포함하는 경우, 식각 저지막(350)의 제1 식각 물질에 대한 식각율이 도전막(400)의 제1 식각 물질에 대한 식각율 보다 크기 때문이다.For example, when the conductive material for the etch stop layer is zirconium, the conductive material for the upper electrode may be titanium nitride. When the
도전막(400)은 알려진 공정들을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 공정의 비 한정적인 예들은 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) 공정 등이다.The
이어서, 도전막(400) 상에 마스크 패턴(500)을 형성한다. 마스크 패턴(500)은 도전막(400), 식각 저지막(350) 및 상변화막(300)이 식각될 동안 거의 제거되지 않는 물질을 포함할 수 있다.Next, a
도 4를 참조하면, 마스크 패턴(500)을 식각 마스크로 사용하여 도전막(400)에 제1 식각 공정을 수행한다. 따라서 도전막(400)이 다수의 상부 전극(410)들로 변화된다.Referring to FIG. 4, a first etching process is performed on the
제1 식각 공정은 염소 함유 화합물(예를 들어, Cl2 및 BCl3)를 포함하는 제1 식각 물질을 사용하여 수행될 수 있다. 제1 식각 물질은 다른 유용한 식각 화합물 들을 더 포함할 수 있는데 그에 대한 비 한정적인 예로서 헬륨(He : helium), 네온(Ne : neon), 아르곤(Ar : argon), 크립톤(Kr : krypton), 크세논(Xe : Xenon), 라돈(Rn : radon) 또는 이들을 혼합을 들 수 있다. 제1 식각 물질이 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들을 혼합을 더 포함하는 경우, 제1 식각 물질은 플라즈마 상태를 가질 수 있다.The first etching process may be performed using a first etching material including chlorine containing compounds (eg, Cl 2 and BCl 3). The first etching material may further include other useful etching compounds, including, but not limited to, helium (He: helium), neon (Ne: neon), argon (Ar: argon), krypton (Kr: krypton), And xenon (Xe: Xenon), radon (Rn: radon), or a mixture thereof. When the first etching material further includes helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or a mixture thereof, the first etching material may have a plasma state.
제1 식각 공정은 소스(source) 전극 및 바이어스(bias) 전극을 갖는 챔버(chamber) 내에서 수행될 수 있다. 일반적으로 바이어스 전극은 챔버의 하부에 위치한 척(chuck)에 설치된다. 소스 전극은 챔버의 상부에 위치한다. 여기서 소스 전극 및 바이어스 전극은 제1 물질의 상태를 플라즈마로 만들기 위하여 사용된다.The first etching process may be performed in a chamber having a source electrode and a bias electrode. In general, 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. Here the source electrode and the bias electrode are used to make the state of the first material into a plasma.
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 20:1을 초과하는 경우, 제1 식각 공정을 효과적으로 제어하기 어렵다는 문제점이 있다. 따라서 제2 전력에 대한 제1 전력의 비는 약 2.5:1 내지 약 20:1일 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 20: 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 20: 1.
챔버의 압력이 약 1mTorr 미만인 경우, 제1 식각 공정의 효율이 낮다는 문제점이 있다. 반면에 챔버의 압력이 20mTorr를 초과하는 경우, 제1 식각 공정을 효과적으로 제어할 수 없다는 문제점이 있다. 따라서 챔버의 압력은 약 1mTorr 내지 약 20mTorr일 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 20mTorr, 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 20 mTorr.
염소의 유량에 대한 아르곤의 유량의 비가 약 2:1 미만인 경우, 제1 식각 물 질이 플라즈마 상태를 갖게 하기 어렵다는 문제점이 있다. 반면에 염소의 유량에 대한 아르곤의 유량의 비가 약 5:1을 초과하는 경우, 도전막(400)을 효과적으로 식각할 수 없다는 문제점이 있다. 따라서 염소의 유량에 대한 아르곤의 유량의 비는 약 2:1 내지 약 5:1일 수 있다.When the ratio of the flow rate of argon to the flow rate of chlorine is less than about 2: 1, there is a problem that the first etching material is difficult to have a plasma state. On the other hand, when the ratio of the flow rate of argon to the flow rate of chlorine exceeds about 5: 1, there is a problem that the
만약 제1 식각 공정에서 제1 식각 물질(예를 들어, 질소를 포함하는)이 상변화막(300)에 제공되는 경우, 제1 식각 물질이 상변화막(300)과 화학적으로 반응하여 결함들을 발생시킨다. 구체적으로 상변화막(300)이 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함하는 경우, 염소는 안티몬과 과도하게 반응한다. 따라서 칼코겐 화물의 원자 비율이 바람직하지 않게 변화한다.If the first etching material (eg, including nitrogen) is provided to the
그러나 상기과 같은 칼코겐 화물의 원자 비율이 바람직하지 않게 변화하는 것을 방지하기 위해서 본 발명에 따르면, 도전막(400)의 아래에 식각 저지막(350)이 존재하기 때문에 제1 식각 공정을 수행하는 동안 제1 식각 물질은 상변화막(300)에 제공되지 않는다. 즉, 제1 식각 공정 중에 식각 저지막(350)이 물리적으로 상변화막(300)을 보호한다. 따라서 상변화막(300)은 제1 식각 물질에 의해서 손상을 받지 않는다.However, according to the present invention, in order to prevent the atomic ratio of the chalcogenide from changing undesirably, since the
또한, 도전막(400)의 아래에 식각 저지막(350)이 존재하기 때문에 상부 전극(410)들 사이에 형성될 수 있는 브릿지(bridge)들을 충분히 제거될 때까지 제1 식각 공정을 수행할 수 있다.In addition, since the
도 5를 참조하면, 식각 저지막(350) 및 상변화막(300)에 염소를 거의 함유하지 않는 제2 식각 물질을 사용하는 제2 식각 공정을 수행한다. 따라서 식각 저지 막(350) 및 상변화막(300)은 식각 저지 패턴(330) 및 상변화 패턴(310)으로 변화된다. 식각 저지 패턴(330) 및 상변화 패턴(310)은 상부 전극(410) 및 하부 전극(200)의 사이에 위치한다.Referring to FIG. 5, a second etching process using a second etching material containing almost no chlorine in the
상술한 바와 같이 제2 식각 물질이 염소를 포함하는 경우, 염소가 상변화막(300)과 화학적으로 반응하여 결함들을 발생시킨다. 즉, 상변화 패턴(310)의 측면부에 결함들을 발생시킨다. 따라서 측면부의 사이즈가 줄어든다.As described above, when the second etching material includes chlorine, chlorine chemically reacts with the
구체적으로 상변화막(300)이 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함하는 경우, 염소는 안티몬과 과도하게 반응하여 안티몬의 원자 백분율(atomic percentage)이 감소한다. 결과적으로 제2 식각 물질은 염소를 포함하지 않는 것이 바람직하다.Specifically, when the
제2 식각 물질은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 불활성 가스를 더 포함할 수 있다. 제2 식각 물질은 바람직하게 플라즈마 상태를 갖는다.The second etching material may further include an inert gas consisting of helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or a mixture thereof. The second etching material preferably has a plasma state.
제2 식각 물질은 불소 포함 화합물 및/또한 수소-포함 화합물을 더 포함할 수 있다. 이 경우 사용될 수 있는 불소 포함 화합물의 비 한정적 예는 테트라플루오르메탄, 트리플루오르메탄, 디플루오르메탄, 모노플루오르메탄 또는 이들의 혼합물로부터 제공될 수 있다. 사용될 수 있는 수소 포함 화합물의 비 한정적 예는 H2, HBr, NH3, N2H4, CxHy (예를 들어, CH4) 및 이들의 혼합물일 수 있다. 사용될 수 있는 CxHy 가스는 링형(ringed)이거나 곧은 체인형(straight-chained)일 수 있다. 이러한 추가적인 식각 물질들은 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 또는 이들의 혼합과 함께 사용될 수 있다.The second etching material may further comprise a fluorine containing compound and / or a hydrogen-containing compound. Non-limiting examples of fluorine containing compounds that can be used in this case can be provided from tetrafluoromethane, trifluoromethane, difluoromethane, monofluoromethane or mixtures thereof. Non-limiting examples of hydrogen containing compounds that can be used may be H2, HBr, NH3, N2H4, CxHy (eg CH4) and mixtures thereof. CxHy gases that may be used may be ringed or straight-chained. These additional etching materials can be used with helium, neon, argon, krypton, xenon, radon or mixtures thereof.
제1 First 실험예Experimental Example
챔버를 준비하였다. 챔버의 하부에는 바이어스 전극이 설치된 척이 위치하였다. 챔버의 상부에는 소스 전극이 위치하였다. 이어서 척에 티타늄 질화막을 위치시켰다. 이 예에서, 척은 웨이퍼를 대신하기 위해 사용되었다.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. In this example, the chuck was used to replace the wafer.
챔버의 압력은 약 15mTorr이었다. 챔버로 제1 식각 물질이 유입되었다. 제1 식각 물질은 아르곤 및 염소를 포함하였다. 이 때, 염소의 유량에 대한 아르곤의 유량의 비는 약 3.3:1이었다. 구체적으로 아르곤의 유량 및 염소의 유량은 각각 약 100Sccm 및 약 30Sccm이었다. The pressure in the chamber was about 15 mTorr. The first etchant was introduced into the chamber. The first etchant included argon and chlorine. At this time, the ratio of the flow rate of argon to the flow rate of chlorine was about 3.3: 1. Specifically, the flow rate of argon and the flow rate of chlorine were about 100 Sccm and about 30 Sccm, respectively.
소스 전극 및 바이어스 전극에 제1 전력 및 제2 전력이 각각 인가되었다. 제2 전력에 대한 제1 전력의 비는 약 13.3:1이었다. 구체적으로 제1 전력 및 제2 전력은 각각 약 1,000Watt 및 약 75Watt이었다. 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 13.3: 1. Specifically, the first power and the second power were about 1,000 Watts and about 75 Watts, respectively. Here, because of the first and second powers, the first material had a plasma state.
이어서 상기 제1 식각 물질을 사용하여 티타늄 질화막이 식각되었다. 티타늄 질화막의 식각율(etch rate)은 약 33.4 Å/sec이었다.Subsequently, the titanium nitride layer was etched using the first etching material. The etch rate of the titanium nitride film was about 33.4 Å / sec.
그 후, 티타늄 질화막을 챔버로부터 제거하였다. 그리고 챔버의 척에 지르코늄막을 위치시켰다. 지르코늄막이 티타늄 질화막을 식각할 때 사용된 조건들과 동일한 조건들 하에서 식각되었다. 이 때, 지르코늄 막의 식각율은 약 1.19 Å/sec이었다. Thereafter, the titanium nitride film was removed from the chamber. The zirconium film was placed on the chuck of the chamber. The zirconium film was etched under the same conditions as those used when etching the titanium nitride film. At this time, the etching rate of the zirconium film was about 1.19 dl / sec.
즉, 지르코늄 막의 식각율에 대한 티타늄 질화막의 식각율의 비는 약 28.1:1 이었다. 지르코늄 막의 식각율에 대한 티타늄 질화막의 식각율의 비가 상대적으로 크기 때문에 티타늄 잘화막을 제1 식각 물질을 사용하여 식각할 때, 지르코늄막은 식각 저지막의 기능을 할 수 있었다.That is, the ratio of the etching rate of the titanium nitride film to the etching rate of the zirconium film was about 28.1: 1. Since the ratio of the etch rate of the titanium nitride film to the etch rate of the zirconium film is relatively large, the zirconium film could function as an etch stopper when the titanium well film was etched using the first etching material.
제2 2nd 실험예Experimental Example
챔버를 준비하였다. 챔버의 하부에는 바이어스 전극이 설치된 척이 위치하였다. 챔버의 상부에는 소스 전극이 위치하였다. 이어서 척에 티타늄 질화막을 위치시켰다. 이 예에서, 척은 웨이퍼를 대신하기 위해 사용되었다.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. In this example, the chuck was used to replace the wafer.
챔버의 압력은 약 10mTorr이었다. 챔버로 제1 식각 물질이 유입되었다. 제1 식각 물질은 아르곤 및 염소를 포함하였다. 이 때, 염소의 유량에 대한 아르곤의 유량의 비는 약 3:1이었다. 구체적으로 아르곤의 유량 및 염소의 유량은 각각 약 60Sccm 및 약 20Sccm이었다. The pressure in the chamber was about 10 mTorr. The first etchant was introduced into the chamber. The first etchant included argon and chlorine. At this time, the ratio of the flow rate of argon to the flow rate of chlorine was about 3: 1. Specifically, the flow rate of argon and the flow rate of chlorine were about 60 Sccm and about 20 Sccm, respectively.
소스 전극 및 바이어스 전극에 제1 전력 및 제2 전력이 각각 인가되었다. 제2 전력에 대한 제1 전력의 비는 약 18.7:1이었다. 구체적으로 제1 전력 및 제2 전력은 각각 약 14,00Watt 및 약 75Watt이었다. 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 18.7: 1. Specifically, the first power and the second power were about 14,00 Watts and about 75 Watts, respectively. Here, because of the first and second powers, the first material had a plasma state.
이어서 상기 제1 식각 물질을 사용하여 티타늄 질화막이 식각되었다. 티타늄 질화막의 식각율(etch rate)은 약 21 Å/sec이었다.Subsequently, the titanium nitride layer was etched using the first etching material. The etch rate of the titanium nitride film was about 21 kW / sec.
그 후, 티타늄 질화막을 챔버로부터 제거하였다. 그리고 챔버의 척에 지르코늄막을 위치시켰다. 지르코늄막이 티타늄 질화막을 식각할 때 사용된 조건들과 동 일한 조건들 하에서 식각되었다. 이 때, 지르코늄 막의 식각율은 약 1.2 Å/sec이었다.Thereafter, the titanium nitride film was removed from the chamber. The zirconium film was placed on the chuck of the chamber. Zirconium films were etched under the same conditions used to etch titanium nitride films. At this time, the etching rate of the zirconium film was about 1.2 mW / sec.
즉, 지르코늄 막의 식각율에 대한 티타늄 질화막의 식각율의 비는 약 17.5:1이었다. 지르코늄 막의 식각율에 대한 티타늄 질화막의 식각율의 비가 상대적으로 크기 때문에 티타늄 잘화막을 제1 식각 물질을 사용하여 식각할 때, 지르코늄막은 식각 저지막의 기능을 할 수 있었다.That is, the ratio of the etching rate of the titanium nitride film to the etching rate of the zirconium film was about 17.5: 1. Since the ratio of the etch rate of the titanium nitride film to the etch rate of the zirconium film is relatively large, the zirconium film could function as an etch stopper when the titanium well film was etched using the first etching material.
본 발명에 따르면, 하부 전극 및 식각 저지 패턴의 사이에 위치하는 상변화 패턴은 결함들이 거의 없는 측면부 및 상면부를 갖는다.According to the present invention, the phase change pattern located between the lower electrode and the etch stop pattern has a side portion and an upper surface portion with few defects.
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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