KR20080006394A - 상변화 물질층, 상변화 물질층 형성 방법 및 이를 이용한상변화 메모리 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
상변화 물질층, 상변화 물질층 형성 방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 장치의 제조 방법이 개시된다. 헬륨/아르곤 플라즈마가 형성된 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. 헬륨/아르곤 플라즈마가 형성된 분위기하에서 적절한 공급 시간으로 소스 가스들을 제공하여 탄소를 포함하는 상변화 물질층을 형성할 수 있다. 즉, 별도의 불순물 주입공정을 수행하지 않고 소정의 저항값을 갖는 상변화 물질층을 형성할 수 있다.
Description
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 가스 및 압렵의 변화에 따른 상변화 물질층에 포함된 탄소의 함량변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질층과 종래의 상변화 물질층들의 결정 구조를 X-선 회절 분석을 통하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험예 1 내지 4에 따른 상변화 물질층들의 평면 전자 현미경 사진이다.
도 6은 도 5에 도시한 상변화 물질층들의 단면 전자 현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 실험예 1 내지 4에 따른 상변화 물질층들의 저항값의 변화를 나태는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실험예 5 내지 8에 따른 상변화 물질층들의 평면 전자 현미경 사진이다.
도 9는 도 8에 도시한 상변화 물질층들의 단면 전자 현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 실험예 5 내지 8에 따른 상변화 물질층들의 저항값의 변화를 나태는 그래프이다.
도 11 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 19 내지 도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
300, 400：기판 327, 427：제1 층간 절연막
348：패드 351, 445：제1 절연막 패턴
354, 451：제2 층간 절연막 360, 457：희생막
369, 466：예비 스페이서 372：예비 하부 전극
148, 221, 378, 448：하부 전극 375：스페이서
381a, 381b, 460a, 460b：제1 복합 물질막
382a, 382b, 461a, 461b：제2 복합 물질막
384, 463：상변화 물질층 390, 478：상부 전극
387, 475：상변화 물질층 패턴 396, 484：상부 콘택
393, 481：제3 층간 절연막 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, 상변화 물질층 형성 방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 플라즈마를 이용하여 저온에서 우수한 특성을 갖는 상변화 물질층을 수득할 수 있는 상변화 물질층, 상변화 물질층 형성 방법 및 이를 이용한 상변화 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 메모리 장치는 전원 공급이 중단되었을 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 전자기기에 사용되는 반도체 메모리 장 치로는 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 영역은 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 언급되어 있지 않다.
이에, 본 출원인은 수소 플라즈마를 이용하여 "상변화 물질층 형성 방법, 이를 이용한 상변화 메모리 유닛 및 상변화 반도체 메모리 장치의 제조 방법"을 발명하고, 이를 2005년 9월 3일자에 특허 출원 10-2005-81965호로 대한민국 특허청에 출원한 바 있다. 이러한 방법으로 형성된 상변화 물질층은 탄소와 같은 불순물을 포함하지 않기 때문에 리셋(reset) 전류에 의해 비정질 상태로 전환될 수 없는 낮은 셋(set) 저항 값을 갖는다. 따라서, 상변화 물질층을 상변화 메모리 장치에 적용하기 위해서는 형성된 상변화 물질층에 불순물을 도핑하는 공정을 별도로 수행해야 한다.
본 발명의 제1 목적은 헬륨 플라즈마를 이용하여 저온에서 상변화 물질의 조성을 적절히 조절하면서 상변화 물질층 형성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 헬륨 플라즈마를 이용한 싸이클릭 화학 기상 증착 방법으로 형성된 상변화 물질층을 제공하는데 있다.
본 발명의 제3 목적은 헬륨 플라즈마를 이용하여 저온에서 상변화 물질의 조성을 적절히 조절하면서 상변화 물질층 형성 방법을 이용하여 상변화 반도체 메모리 장치를 제조하는 방법을 제공하데 있다.
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상변화 물질층 형성 방법에 있어서, 대상체가 로딩된 반응 챔버 내에 헬륨 플라즈마를 포함하는 플라즈마를 형성한다. 이어서, 상기 반응 챔버 내에 제1 물질을 포함하는 제1 소스 가스를 공급하여 상기 대상체 상에 제1 물질막을 형성한다. 이어서, 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. 상기 반응 챔버 내에 제3 물질을 포함하는 제3 소스 가스를 공급하여 상기 제1 복합 물질막 상에 제3 물질막을 형성한다. 계속해서, 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.
상기 플라즈마를 형성하는 공정에 있어서, 상기 반응 챔버 내에 헬륨 가스를 도입한 다음, 상기 헬륨 가스를 예열시킨다. 계속하여, 상기 예열된 헬륨 가스를 안정화시킨 후, 상기 안정화된 헬륨 가스로부터 상기 헬륨 플라즈마를 형성한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 플라즈마는 아르곤 플라즈마를 더 포함한다. 상기 아르곤 플라즈마는 상기 헬륨 가스와 함께 아르곤 가스를 도입하여 형성된다. 상기 아르곤 가스에 대한 상기 헬륨 가스의 유량비는 1: 0.4 내지 10을 만족한다. 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, 헬륨/아르곤 플라즈마가 형성된 분위기 하에서 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-텔루르막 을 형성한다. 이에 따라, 상기 기판 상에는 탄소를 포함하는 게르마늄-안티몬-텔루르 상변화 물질층이 형성된다.
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상변화 물질층은 탄소 1 내지 6중량%, 게르마늄 15 내지 30중량%, 안티몬 15 내지 25 중량% 및 여분의 텔르늄을 포함하는 조성을 갖는다.
이와 같은 조성을 갖는 상변화 물질층은 (200)면을 따라 성장된 면심입방(FCC) 결정을 지배적인 결정 구조로 가지기 때문에 상기 상변화 물질층은 전체적으로 미세한 크기의 그레인들을 포함한다. 상기 그레인들은 약 5 내지 15nm의 직경을 갖는다. 이에 따라, 탄소를 포함하는 상변화 물질층은 별도의 불순물 도핑공정을 수행하지 않고 소정의 셋 저항값 및 용이한 상전이성 등과 같은 개선된 전기적인 특성 및 상변화 특성을 가진다.
상술한 본 발명의 제3 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상변화 반도체 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.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 헬륨/아르곤 플라즈마를 형성한 상태에서 적절한 공급 시간으로 소스 가스들을 제공하여 탄소를 포함하는 상변화 물질층을 형성할 수 있다. 이 때문에, 상기 상변화 물질층의 구성 성분들의 조성비를 용이하게 조절할 수 있으며 별도의 불순무 도핑공정을 수행하지 않고 소정의 저항값을 갖는 상변화 물질층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 상변화 물질층이 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 반도체 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 반도체 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 헬륨(He) 플라즈마를 포함한다. 상기 헬륨 플라즈마를 형성하기 위하여, 상기 반응 챔버 내로는 약 200―800sccm 정도, 바람직하게는 약 300 내지 500sccm 정도의 유량으로 헬륨 가스가 도입된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 반응 챔버 내에 형성되는 상기 플라즈마는 아르곤(Ar) 플라즈마를 더 포함한다. 상기 아르곤 플라즈마는 약 50―300sccm 정도의 유량으로 상기 반응 챔버 내로 공급되는 아르곤 가스로부터 생성된다. 이에 따라, 상기 플라즈마를 형성하기 위하여 도입되는 아르곤 가스에 대한 헬륨 가스의 비(He/Ar)는 1 : 0.4 내지 10이고, 바람직하게는 1: 1 내지 7이다.
상기 대상체 상부에 상기 플라즈마를 형성하는 공정에 있어서, 상기 반응 챔버 내로 도입된 헬륨/아르곤 가스는 약 30―90초 동안 예열되며, 상기 예열된 헬륨/아르곤 가스는 약 1―3초 동안 안정화된다. 바람직하게는, 상기 헬륨/아르곤 가스 는 약 60초 동안 예열되며, 상기 예열된 헬륨/아르곤 가스는 약 2초 동안 안정화된다. 상기 안정화된 헬륨/아르곤 가스에 약 20―200W 정도의 전력을 약 5―15초 동안 인가하여 상기 헬륨/아르곤 플라즈마를 형성한다. 바람직하게는, 상기 안정화된 헬륨/아르곤 가스에 약 30 내지 50W 정도의 전력을 약 10초 동안 인가함으로써, 상기 대상체 상부에 상기 헬륨/아르곤 플라즈마를 형성한다. 상기 헬륨/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 헬륨/아르곤 플라즈마를 형성한 후, 헬륨/아르곤 가스를 포함하는 퍼지 가스를 사용하여 상기 반응 챔버로부터 상기 헬륨/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 헬륨/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 공급된다. 또한, 상기 제1 소스 가스를 공급하는 동안, 약 1―5Torr 정도의 낮은 압력 하에서 약 20―200W 정도의 전력을 인가함으로써, 상기 제1 물질을 상기 대상체에 화학적으로 증착시킨다. 바람직하게는, 상기 제1 물질은 약 3Torr 정도의 낮은 압력 하에서 약 30 내지 50W 정도의 전력을 인가함으로써, 상기 대상체에 화학적으로 증착된다. 상기 헬륨/ 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(i-Pr)3H, GeCl4, Ge(Me)4, Ge(Me)4N3, Ge(Et)4, Ge(Me)3NEt2, Ge(i-Bu)3H, 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(iBu)3H를 포함한다. 상기 제1 소스 가스에 포함되는 상기 제1 물질의 조성 및 특성은 다음 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(iBu)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 |
일 예로서, 상기 제1 소스 가스의 제1 물질이 게르마늄을 포함할 경우, 상기 대상체에 상기 제1 물질에 화학적으로 증착되어 상기 대상체 상에는 제1 물질막에 해당되는 게르마늄막이 형성된다. 다른 예로, 제1 소스가스의 제1 물질이 안티몬을 포함할 경우 상기 대상체 상에는 제1 물질막에 해당하는 안티몬막이 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 헬륨 가스 및 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(tBu)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 제1 복합 물질막은 탄소를 포함한다. 상기 탄소는 제1 물질 및 제2 물질에 포함하는 유기 리간드의 탄소에 해당한다.
상기 제2 물질이 상기 제1 물질막에 화학적으로 증착되는 동안 상기 반응 챔버에는 약 20―200W, 바람직하게는 약 20 내지 50W 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 탄소를 포함하는 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. 또한, 상기 제1 복합 물질막 내의 게르마늄과 텔루르의 함량비는 상기 헬륨 플라즈마를 형성하기 위하여 도입되는 상기 헬륨 가스의 유량에 의해서도 조절될 수 있다.
이어서, 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 헬륨 및 아르곤 가스를 포함하며, 상기 반응 챔버 내로 약 1 초 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 제2 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 공급되어 상기 제1 복합 물질막 상에 제3 물질막을 형성한다. 또한, 상기 제3 물질막은 약 1―5Torr 정도의 낮은 압력 하에서 약 20―200W 정도의 전력을 인가함으로써, 상기 제1 복합 물질막 상에 형성된다. 바람직하게는, 상기 제3 물질막은 약 3Torr 정도의 낮은 압력 하에서 약 30 내지 50W 정도의 전력을 인가함으로써, 상기 제1 복합 물질막 상에 형성된다. 전술한 바와 같이, 상기 헬륨/아르곤 플라즈마를 이용하여 상기 제3 소스 가스의 제3 물질을 상기 제1 복합 물 질막에 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. 다른 예로, 상기 제1 물질이 안티몬을 포함하고, 제3 물질이 게르마늄을 포함할 경우 상기 제1 복합물질막 상에 형성되는 제3 물질막은 게르마늄막에 해당한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1 복합 물질막 상에 상기 제3 물 질막을 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 헬륨/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 제3 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(tBu)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 20―200W, 바람직하게는 약 30 - 50W 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 탄소, 안티몬 및 텔루르를 포함하는 제2 복합 물질막이 형성된다. 다시 말하면, 상기 제2 복합 물질막은 탄소를 포함하는 안티몬-텔루르막에 해당된다.
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. 또한, 상기 헬륨 플라즈마를 형성하기 위한 헬륨가스의 제공량을 조절하면, 상기 제2 복합물지막 내의 탄소의 함량비를 조절할 수 있다. 상기 탄소는 상기 제3 물질 및 제4 물질에 포함된 유기 리간드의 탄소에 해당된다.
이에 따라, 상기 대상체 상에는 탄소-게르마늄-안티몬-텔루르를 포함하는 상변화 물질층이 형성된다. 본 실시예에서는 상기 상변화 물질층은 탄소 1 내지 6중량%를 포함하고, 게르마늄 15 내지 30중량%를 포함하고, 안티몬 15 내지 25 중량%를 포함하고, 텔루르 39 내지 69 중량%를 포함하는 조성을 갖는다.
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 탄소를 포함하는 상변화 물질층의 게르마늄-안티몬-텔루르의 조성비율은 상기 제1 내지 제4 소스 가스의 공급 시간(T1, T3, T5, T7)에 따라 조절될 수 있다. 상기 상변화 물질층에 포함된 탄소의 조성비율은 헬륨 플라즈마를 형성하기 위한 헬륨의 가스량과, 압력조건에 에 따라 조절될 수 있다. 즉, 헬륨 플라즈마를 형성하기 위한 헬륨 가스의 사용량이 증가될수록 상변화 물질에 포함된 탄소의 함량은 증가된다. 헬륨 플라즈마를 형성하기 위한 압력 이 증가될수록 탄소의 함량은 감소된다.
본 실시예에 따르면, 상기 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 탄소를 포함하는 상변화 물질층 내의 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 함량비는 바람직한 함량비인 약 2: 2: 5에 가까워짐을 알 수 있다. 실질적으로 상기 탄소를 포함하는 상변화 물질층 내의 게르마늄: 안티몬: 텔루르의 조성비가 약 2: 2: 5일 경우에 상기 탄소를 포함하는 상변화 물질층이 가장 효과적으로 상전이를 일으킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 및 압렵의 변화에 따른 상변화 물질층에 포함된 탄소의 함량변화를 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서, "AX"는 약 2torr의 압력, 약 600sccm 헬륨 가스, 약 30W의 전력의 공정조건으로 형성된 헬륨 플라즈마를 적용하여 형성된 상변화 물질층의 탄소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 피크이다. "BX"는 약 3torr의 압력, 약 500sccm 헬륨가스, 약 30W의 전력의 공정조건에서 형성된 헬륨 플라즈마를 적용하여 형성된 상변화 물질층의 탄소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 함량 피크이다. "CX"는 3torr의 압력, 500sccm 수소 가스, 30W의 전력의 공정조건에서 형성된 헬륨 플라즈마를 적용하여 형성된 상변화 물질층의 탄소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루르의 함량피크이다.
도 3을 참조하면, 헬륨 플라즈마를 이용하여 상변화 물질층을 형성할 경우 상변화 물질층에는 탄소가 약 2% 이상 포함되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 비하여, 수소 플라즈마를 이용하여 상변화 물질층을 형성할 경우 상기 상변화 물질 층에는 탄소가 전혀 포함되어 있지 않다.
또한, 약 2torr의 압력, 600sccm 헬륨 가스, 30W의 전력의 공정조건에서 형성된 상변화 물질층에는 탄소가 약 2.91%가 포함되어 있다. 이에 비해, 약 3torr의 압력, 500sccm 헬륨가스, 30W의 전력의 공정조건에서 형성된 상변화 물질층에는 탄소가 약 2.69%가 포함되어 있다. 이에 따라, 상기 공정 조건에서 헬륨 가스의 사용량 증가 및 압력을 감소시킬 경우 상기 상변화 물질층에 포함된 탄소의 함량이 증가됨을 확인할 수 있다. 즉, 상변화 물질층의 셋(SET) 저항 값이 증가됨을 확인할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 공정들을 통하여 상기 대상체 상에는 상기 제1 복합 물질막과 상기 제2 복합 물질막을 포함하고, 탄소를 함유하는 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 갖고 탄소를 포함하는 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 공 정(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.
전술한 공정을 통하여 형성된 본 발명에 따른 변화 물질층은 탄소 1 내지 6중량%를 포함하고, 게르마늄 15 내지 30중량%를 포함하고, 안티몬 15 내지 25 중량%를 포함하고, 텔루르 39 내지 69 중량%를 포함하는 조성을 갖는다. 본원 발명의 상변화 물질층은 종래의 물리 기상 증착(PVD) 공정에 의한 상변화 물질층과 상이한 결정 구조를 가진다. 또한, 상변화 메모리 소자의 리셋 전류를 감소시키면서, 셋 저항을 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 물질층과 종래의 상변화 물질층들의 결정 구조를 X-선 회절 분석을 통하여 나타낸 그래프이다.
도 4에 있어서, "XXV" 종래의 스퍼터링 방법으로 형성된 상변화 물질층들의결정 구조를 나타내며, "XXVI"는 본 발명에 따른 상변화 물질층의 결정 구조를 가리킨다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 탄소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루르를 포함하는 상변화 물질층(XXVI)은, 지배적인 결정 구조로서 특히 (200)면을 따라 성장된 면심입방(FCC) 결정이 다른 결정에 비하여 우세하게 나타난다. 종래의 상변화 물질층(XXV)의 경우에는 이러한 (200)면을 따라 성장된 면심입방(FCC) 결정 이 지배적이 되지 못하고 다른 면들을 따라 성장된 결정과 비슷한 정도를 보인다. 이에 따라, 본 발명에 따른 상변화 물질층(XXVI)은 미세 조직(morphology)의 형상으로 고르게 성장된 미세한 그레인들을 포함하므로 우수한 전기적인 특성을 갖는다. 즉, 미세한 그레인은 컬럼(column)형상의 그레인들과 달리 그레인들 사이에 공간이 존재하지 않기 때문에 상변화 물질층과 콘택 전극에서의 콘택 불량이 발생되지 않는다. 이는 상기 미세한 그레인들이 2 내지 15nm의 직경을 갖기 때문이다.
상변화 물질층의 구조 및 저항 값 분석
이하, 본 발명의 여러 실험예들에 따른 상변화 물질층들의 구조 및 저항 값을 분석한 결과를 설명한다.
실험예 1 내지 4
하기 표 3에 개시된 공정조건들에 따라 형성된 플라즈마 분위기에서 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 탄소를 포함하는 게르마늄-안티몬-텔루르 상변화 물질층을 형성하였다.
[표 3]
| 플라즈마 형성가스 | 압력(torr) | RF파워(W) | ||
| Ar(sccm) | He(sccm) | |||
| 실험예 1 | 300 | 0 | 3 | 30 |
| 실험예 2 | 250 | 100 | 3 | 30 |
| 실험예 3 | 150 | 300 | 3 | 30 |
| 실험예 4 | 50 | 500 | 3 | 30 |
도 5는 본 발명의 실험예 1 내지 4에 따른 상변화 물질층들의 평면 전자 현미경 사진이며, 도 6은 도 5에 도시한 상변화 물질층들의 단면 전자 현미경 사진이다. 도 5에 있어서, "XXA", "XXB", XXC", "XXD"는 각기 실험예 1, 실험예 2, 실험예 3, 실험예 4에 따른 상변화 물징층들의 평면 전자 현미경 사진을 나타낸다. 또한, 도 6에 있어서, "XXa", "XXb", XXc", "XXd"는 각기 실험예 1, 실험예 2, 실험예 3, 실험예 4에 따른 상변화 물질층들의 단면 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 5 및 6에 도시된 바와 같이 실험예 3 내지 4에 따른 상변화 물질층들은 미세 조직(morphology)의 형상으로 고르게 성장된 미세한 그레인들을 포함하며, 그 표면이 대체로 균일한 특성을 갖는다. 그러나 실험예 1 및 2에서와 같이 아르곤 가스의 사용량이 헬륨 가스의 사용량보다 클 경우 상변화 물질층의 그레인 크기 및 그 표면이 균일하지 않다. 따라서, 상변화 물질층은 헬륨 가스의 사용량이 증가될수록 그레인 크기는 작아지고, 그 표면 또한 균일해지는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실험예 1 내지 4에 따른 상변화 물질층들의 저항값의 변화를 나태는 그래프이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 실험예 1 및 2에 따라 형성된 상변화 물질층은 약 60(mΩ-cm)이하의 저항 값을 갖는데 반해 실험예 3 및 4에 따라 형성된 상변화 물질층은 100(mΩ-cm) 이상의 저항 값을 가짐을 알 수 있다. 이에 따라, 헬륨 가스의 사용량을 증가시킬 경우 형성되는 상변화 물질층은 그 저항 값이 증가된다. 여기서, 상기 상변화 물질층의 저항 값 증가는 포함된 탄소함량의 증가를 나타낸다.
실험예 5 내지 8
하기 표 4에 개시된 공정조건들에 따라 형성된 플라즈마 분위기에서 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 탄소를 포함하는 게르마늄-안티몬-텔루르 상변화 물질층을 형성하였다.
[표 4]
| 플라즈마 형성가스 | 압력(torr) | RF파워(W) | ||
| Ar(sccm) | He(sccm) | |||
| 실험예 5 | 50 | 500 | 2 | 30 |
| 실험예 6 | 50 | 500 | 3 | 30 |
| 실험예 7 | 50 | 500 | 4 | 30 |
| 실험예 8 | 50 | 500 | 5 | 30 |
도 8은 본 발명의 실험예 5 내지 8에 따른 상변화 물질층들의 평면 전자 현미경 사진이며, 도 9는 도 8에 도시한 상변화 물질층들의 단면 전자 현미경 사진이다. 도 8에 있어서, "XXE", "XXF", XXG", "XXH"는 각기 실험예 5, 실험예 6, 실험예 7, 실험예 8에 따른 상변화 물징층들의 평면 전자 현미경 사진을 나타낸다. 또한, 도 9에 있어서, "XXe", "XXf", XXg", "XXh"는 각기 실험예 5, 실험예 6, 실험 예 7, 실험예 8에 따른 상변화 물질층들의 단면 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 8 및 9에 도시된 바와 같이 실험예 5 내지 6에 따른 상변화 물질층들은 미세 조직(morphology)의 형상으로 고르게 성장된 미세한 그레인들을 포함하며, 그 표면이 대체로 균일한 특성을 갖는다. 그러나 실험예 7 및 8에서와 같이 압력이 증가될 경우 형성되는 상변화 물질층의 그레인 크기 및 그 표면이 균일하지 않다. 따라서 상변화 물질층은 공정조건의 압력이 작을수록 그레인 크기는 작아지고, 그 표면 또한 균일해지는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실험예 5 내지 8에 따른 상변화 물질층들의 저항값의 변화를 나태는 그래프이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 실험예 7 및 8에 따라 형성된 상변화 물질층은 약 60(mΩ-cm)이하의 저항 값을 갖는데 반해 실험예 5 및 6에 따라 형성된 상변화 물질층은 100(mΩ-cm) 이상의 저항 값을 가짐을 알 수 있다. 이에 따라, 상변화 물질층을 형성하기 위한 공정조건에서 압력을 증가시킬 경우 형성되는 탄소를 포함하는 상변화 물질층의 저항 값은 감소된다. 여기서, 상기 상변화 물질층의 저항 값 감소는 포함된 탄소함량의 감소를 나타낸다. 따라서 보다 높은 저항값을 갖는 상변화 물질층을 형성하기 위해서는 낮은 압력조건에서 상변화 물질층을 형성하는 공정을 수행해야한다.
상변화 반도체 메모리 장치의 제조 방법
도 11 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 반도체 메모리 장치 의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11을 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 사용하여 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), 게이트 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 12를 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 13을 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, 330)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 화학 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 14를 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. 따 라서 패드(351)는 제1 하부 배선(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(340)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. 제2 절연막(357)은 질화물이나 산질화물을 화학 기상 증착 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정 또는 고밀도 플 라즈마 화학 기상 증착 공정으로 증착하여 형성된다.
제2 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 15를 참조하면, 사진 식각 공정으로 희생막(360), 제2 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, 플라 즈마 증대 화학 기상 증착 공정, 원자층 적층 공정, 전자 빔 증착 공정 또는 펄스 레이저 증착 공정을 이용하여 형성된다.
도 16을 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(369)가 위치한다.
에치백 공정 또는 화학 기계적 연마 공정을 통하여 희생막(360)을 제거함으로써, 제2 절연막(357)을 노출시킨다. 이에 따라, 예비 하부 전극(372) 및 예비 스페이서(369)는 제2 절연막(357)의 상부로 필러와 같은 형태로 돌출된다.
도 17을 참조하면, 화학 기계적 연마 공정을 이용하여 돌출된 예비 하부 전극(372)과 예비 스페이서(369)의 상부를 제거함으로써, 패드(351) 상에 하부 전극(378) 및 스페이서(375)를 동시에 형성한다. 예를 들면, 하부 전극(378) 및 스페이서(375)는 세리아를 함유하는 연마제를 포함하는 슬러리를 사용하여 형성된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 화학 기계적 연마 공정을 충분하게 수행함으로써, 하부 전극(378) 및 스페이서(375)를 형성하는 동안 제2 절연막(357)을 제거할 수 있다.
제2 절연막(357), 하부 전극(378) 및 스페이서(375) 상에 탄소를 포함하는 상변화 물질층(384)을 형성한다. 탄소를 포함하는 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 탄소, 게르마늄 및 텔루르를 함유하며, 제2 복합 물질막들(382a, 382b)은 탄소, 안티몬 및 텔루르를 함유한다. 따라서, 형성되는 변화 물질층은 탄소 1 내지 6중량%를 포함하고, 게르마늄 15 내지 30중량%를 포함하고, 안티몬 15 내지 25 중량%를 포함하고, 텔루르 39 내지 69 중량%를 포함하는 조성을 갖는다. 상기 상변화 물질층(384)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 공정들과 실질적으로 동일한 공정들을 이용하여 형성된다.
도 18을 참조하면, 탄소를 포함하는 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 탄소를 포함하는 상변화 물질층(384)을 차례로 식각함으로써, 상변화 물질층 패턴(387)과 상부 전극(390)을 형성한다. 상변화 물질층 패턴(387)은 제2 절연막(357), 하부 전극(378) 및 스페이서(375) 상에 위치하며, 상부 전극(390)은 상변화 물질층(387) 상에 형성된다.
상부 전극(390)을 덮으면서 제2 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 절연 막(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 19 내지 도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 19를 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(418)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 도전막(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 20을 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 연결 된다.
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 21을 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 탄소를 포함하는 상변화 물질층(463)을 형성한다. 전술한 바와 유사하게, 탄소를 포함하는 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 22를 참조하면, 희생막(457)이 노출될 때까지 화학 기계적 연마(CMP) 공정으로 상변화 물질층(463)을 부분적으로 제거하여 개구(458)에 매립되고 탄소를 포함하는 예비 상변화 물질층 패턴(469)을 형성한다. 이 경우, 탄소를 포함하는 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 제거함으로써, 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 23을 참조하면, 화학 기계적 연마 공정 및/또는 에치백 공정을 이용하여 돌출된 예비 상변화 물질층 패턴(469)과 예비 스페이서(466)의 상부를 제거함으로 써, 하부 전극(448) 상에 탄소를 포함하는 상변화 물질층 패턴(475) 및 스페이서(472)를 동시에 형성한다. 예를 들면, 탄소를 포함하는 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, 헬륨/아르곤 플라즈마를 형성한 상태에서 적절한 공급 시간으로 소스 가스들을 제공하여 탄소를 포함하는 상변화 물질층을 형성할 수 있다. 이 때문에, 별도의 불순물 주입공정 없이 우수한 전기적 특성을 갖는 상변화 물질층이 형성된다. 또한, 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 반도체 메모리 장치의 제조에 소요되는 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 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 (36)
- 대상체가 로딩된 반응 챔버 내에 헬륨 플라즈마를 포함하는 플라즈마를 형성하는 단계;상기 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; 및상기 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 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 플라즈마를 형성하는 단계는,상기 반응 챔버 내에 헬륨 가스를 도입하는 단계;상기 헬륨 가스를 예열시키는 단계;상기 예열된 헬륨 가스를 안정화시키는 단계; 및상기 안정화된 헬륨 가스로부터 상기 헬륨 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 헬륨 가스는 30―90초 동안 예열되고, 상기 예열된 헬륨 가스는 1―4초 동안 안정화되며, 상기 헬륨 플라즈마는 상기 안정화된 헬륨 가스에 5―15초 동안 20―200W의 전력을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 플라즈마는 아르곤 플라즈마를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 아르곤 플라즈마는 상기 헬륨 가스와 함께 아르곤 가스를 도입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 아르곤 가스에 대한 상기 헬륨 가스의 유량비는 1: 0.4 내지 10인 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 물질은 게르마늄(Ge)을 포함하고, 상기 제3 물질은 안티몬(Sb)포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제1 물질은 Ge(i-Pr)3H, GeCl4, Ge(Me)4, Ge(Me)4N3, Ge(Et)4, Ge(Me)3NEt2, Ge(i-Bu)3H, Ge(nBu)4, Sb(GeEt3)3 및 Ge(Cp)2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제3 물질은 Sb(iBu)3, SbCl3, SbCl5, Sb(Me)3, Sb(Et)3, Sb(iPr)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.
- 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 20―200W의 전력을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 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.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 소스 가스를 공급하기 전에, 상기 반응 챔버 내로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제1 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특 징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 물질 및 상기 제4 물질은 동일하며, 각기 텔루르(Te)를 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제13항에 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.
- 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 20―200W의 전력을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 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 20―200W의 전력을 인가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제3 소스 가스를 공급하기 전에, 상기 반응 챔버 내로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제2 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제4 소스 가스를 공급하기 전에, 상기 반응 챔버 내로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제3 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 복합 물질막을 형성한 후, 상기 반응 챔버 내로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제4 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 제1항에 있어서, 상기 제1 물질은 안티몬(Sb)을 포함하고, 상기 제3 물질은 게르마늄(Ge)을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소를 포함하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 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.
- 제21항에 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.
- 헬륨/아르곤 플라즈마가 형성된 분위기 하에서 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; 및상기 안티몬막 상으로 텔루르를 함유하는 제4 소스 가스를 공급하여 상기 게르마늄-텔루르막 상에 안티몬-텔루르막을 형성하는 단계를 포함하는 탄소-게르마늄-안티몬-텔루르 상변화 물질층 형성 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 플라즈마를 형성하는 단계는,상기 반응 챔버 내에 헬륨 가스 및 아르곤 가스를 도입하는 단계;상기 헬륨 가스 및 상기 아르곤 가스를 예열시키는 단계;상기 예열된 헬륨 가스 및 상기 아르곤 가스를 안정화시키는 단계; 및상기 안정화된 헬륨 가스 및 상기 안정화된 아르곤 가스로부터 상기 헬륨 플라즈마 및 상기 아르곤 플라즈마를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하 는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제23항에 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.
- 제23항에 있어서, 상기 제2 소스 가스를 공급하기 전에 상기 반응 챔버 내로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제1 퍼지 가스를 0.1―2.0초 동안 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 소스 가스를 공급하기 전에 상기 반응 챔버 내로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제2 퍼지 가스를 0.1―2.0초 동안 도입하는 단계를 더 포함하며, 상기 제4 소스 가스를 공급하기 전에 상기 반응 챔버 내로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제3 퍼지 가스를 0.1―2.0초 동안 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 안티몬-텔루르막을 형성한 후, 상기 반응 챔버 내로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제4 퍼지 가스를 0.1―2.0초 동안 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 제2 소스 가스와 상기 제4 소스 가스는 동일한 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 탄소-게르마늄-안티몬-텔루르 상변화 물질층은 탄소 1 내지 6중량%, 게르마늄 15 내지 30중량%, 안티몬 15 내지 25 중량% 및 여분의 텔 르늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층 형성 방법.
- 탄소(C)-게르마늄(Ge)-안티몬(Sb)-텔루르(Te)를 포함하며,탄소 1 내지 6중량%, 게르마늄 15 내지 30중량% 및 안티몬 15 내지 25 중량% 및 여분의 텔르늄을 포함하는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층.
- 제29항에 있어서, 상기 상변화 물질층은 (200)면을 따라 성장된 면심입방(FCC) 결정을 포함하는 결정 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층.
- 제29항에 있어서, 상기 상변화 물질층은 2 내지 15nm 직경을 갖는 그레인들을 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질층.
- 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;상기 하부 전극 상에 탄소를 포함하는 게르마늄-안티몬-텔루르 상변화 물질층을 형성하는 단계; 및상기 상변화 물질층 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하며,상기 상변화 물질층을 형성하는 단계는, 헬륨/아르곤 플라즈마가 형성된 분위기 하에서 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.
- 제32항에 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 장치의 제조 방법.
- 제32항에 있어서, 상기 제2 소스 가스를 공급하기 전에 상기 제1 물질막 상으로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제1 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 소스 가스를 공급하기 전에 상기 제1 복합 물질막 상으로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제2 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하며, 상기 제4 소스 가스를 공급하기 전에 상기 제3 물질막 상으로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제3 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 상부 전극을 형성하기 전에 상기 제2 복합 물질막 상으로 헬륨 및 아르곤을 포함하는 제4 퍼지 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.
- 제32항에 있어서, 상기 탄소 1 내지 6중량%, 상기 게르마늄 15 내지 30중량%, 상기 안티몬 15 내지 25 및 여분의 텔르늄을 포함하는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.
- 제32항에 있어서, 상기 기판은 콘택 영역, 상기 콘택 영역에 각기 전기적으로 연결되는 하부 전극 및 하부 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화 메모리 장치의 제조 방법.
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