【課題】容易に抵抗を調節することができ、高集積化が可能な導電構造物を含む半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置は、基板上に配置され、基板の導電領域を露出させる開口部を含む絶縁膜と、開口部内に配置されるバリア膜パターンと、バリア膜パターン上に配置され、開口部の外部に延長される酸化された部分及び開口部内に位置する酸化されなかった部分を含む導電パターンと、を具備し、導電パターンの幅がバリア膜パターンの厚さによって決定される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電構造物を含む半導体装置及びその製造方法に関し、より詳細には、データ保存装置に接触する導電構造物を含む半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗メモリ装置の所定の部分に熱を加えることによって抵抗メモリ装置にデータを記録するか、又は抵抗メモリ装置からデータを読み取ることができる。抵抗メモリ装置の所定の部分に局部的に熱を放生させるために、抵抗メモリ装置は加熱電極として機能する導電構造物を含むことになる。これに伴い、抵抗メモリ装置を高い加熱効率で加熱できる導電構造物が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】韓国特許第０１６５８１３号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１１７，７２０号明細書
【特許文献３】韓国特許出願公開第２００１−００２８５８９号明細書
【特許文献４】特開２００４−２１４４５８号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第２００７−０１５５０２６号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００２−００９６７７５号明細書
【特許文献７】韓国特許第０８６９８４３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、容易に抵抗を調節することができ、高集積化が可能な導電構造物を含む半導体装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、容易に抵抗を調節することができ、高集積化が可能な導電構造物を含む半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による半導体装置は、基板上に配置され、該基板の導電領域を露出させる開口部を含む絶縁膜と、前記開口部内に配置されるバリア膜パターンと、前記バリア膜パターン上に配置され、前記開口部の外部に延長される酸化された部分及び前記開口部内に位置する酸化されなかった部分を含む導電パターンと、を具備し、前記導電パターンの幅が前記バリア膜パターンの厚さによって決定される。
【０００７】
前記導電パターンの幅は前記開口部の幅より小さくすることもできる。
【０００８】
前記開口部の外部に延長される前記酸化された部分は前記開口部内の前記酸化されなかった部分より厚くすることもできる。
【０００９】
前記酸化された部分の幅は前記酸化されなかった部分の幅と同一にすることもできる。
【００１０】
前記酸化された部分の幅は前記酸化されなかった部分の幅より大きくすることもできる。
【００１１】
前記半導体装置は、前記開口部内に配置される充填膜パターンを更に含むことができ、前記導電パターンは前記バリア膜パターンと前記充填膜パターンとの間に配置することができる。
【００１２】
前記導電パターンはシリンダー形状を有することができる。
【００１３】
前記導電パターンはタングステンを含むことができる。
【００１４】
前記バリア膜パターンはチタン及びチタン窒化物のうちの少なくとも一つを含むことができる。
【００１５】
前記バリア膜パターンは窒化物及び酸窒化物のうちの少なくとも一つを含むことができる。
【００１６】
前記導電パターンの前記酸化された部分は相変化メモリ装置（ＰＲＡＭ）の相変化物質膜に接触することができる。
【００１７】
前記バリア膜パターンは前記バリア膜パターンの下に配置されるＰ−Ｎダイオードに接触することができる。
【００１８】
前記導電パターンの前記酸化された部分は磁気メモリ装置（ＭＲＡＭ）の自由膜パターンに接触することができる。
【００１９】
前記バリア膜パターンは前記バリア膜パターンの下に配置されるＭＯＳトランジスタに電気的に接触することができる。
【００２０】
平面上で前記酸化された部分の断面面積の大きさは平面上で前記開口部の断面面積の大きさより小さくすることもできる。
【００２１】
平面上で前記酸化された部分の断面面積の大きさは前記バリア膜パターンの断面面積の大きさによって決定することができる。
【００２２】
上記他の目的を達成するためになされた本発明の一特徴による半導体装置の製造方法は、基板上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜に前記基板を露出させる開口部を形成する段階と、前記開口部内にバリア膜パターンを形成する段階と、前記開口部内の前記バリア膜パターン上に導電パターンを形成する段階と、前記導電パターンの酸化によって前記導電パターンを成長させ、前記導電パターンの一部を前記開口部の外部に延長させる段階と、を有する。
【００２３】
前記導電パターンを成長させる段階は、酸素の雰囲気下で４００℃〜６００℃の温度で１分〜１０分の間に急速熱処理（ＲＴＡ）する段階を含むことができる。
【００２４】
前記導電パターンを成長させる段階は、酸素の雰囲気下で２０Ｗ〜１００Ｗのパワーを印加しながら１分〜１０分の間にプラズマ処理する段階を含むことができる。
【００２５】
前記導電パターンは等方性又は異方性に成長することができる。
【００２６】
前記半導体装置の製造方法は、前記導電パターンの前記酸化された部分の周囲に窒素雰囲気を提供する段階を更に含むことができる。
【００２７】
前記半導体装置の製造方法は、前記開口部内に充填膜パターンを形成する段階を更に含むことができ、前記導電パターンは前記充填膜パターンと前記バリア膜パターンとの間に配置することができる。
【００２８】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の特徴による半導体装置は、基板と、前記基板上に配置されて開口部を含む絶縁膜と、前記基板上に配置される金属パターンと、前記開口部内及び前記金属パターン上に配置される金属酸化物パターンと、を有し、前記金属酸化物パターンの断面面積が前記金属パターンの断面面積より小さい。
【００２９】
前記金属パターンはタングステンを含むことができる。
【００３０】
前記金属酸化物パターンに接触する前記金属パターンの一部がリセスされ、前記リセスされた部分に前記金属酸化物パターンの突出部が受容され得る。
【００３１】
前記半導体装置は、前記金属酸化物パターンと前記絶縁膜との間に配置されるスペーサーを更に含むことができる。
【００３２】
前記金属パターンはＰ−Ｎジャンクション上に配置することができる。
【００３３】
前記金属パターンはＭＯＳトランジスタに電気的に連結することができる。
【００３４】
前記金属酸化物パターンは磁気メモリ装置の自由膜パターンに接触することができる。
【００３５】
前記金属酸化物パターンは相変化メモリ装置の相変化物質膜に接触することができる。
【００３６】
前記半導体装置は、前記相変化物質膜と前記絶縁膜との間に配置されるスペーサーを更に含むことができる。
【００３７】
前記相変化物質膜の上部は前記相変化物質膜の下部の幅より広い幅を有することができる。
【００３８】
上記他の目的を達成するためになされた本発明の他の特徴による半導体装置の製造方法は、基板上に金属パターンを形成する段階と、前記金属パターン上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜を貫通して前記金属パターンの一部を露出させる開口部を形成する段階と、前記金属パターンの露出した部分を酸化させて前記開口部内に金属酸化物パターンを形成する段階と、を有する。
【００３９】
前記金属酸化物パターンは磁気メモリ装置の自由膜パターンに接触することができる。
【００４０】
前記金属パターンは磁気メモリ装置のＭＯＳトランジスタに電気的に接触することができる。
【００４１】
前記金属酸化物パターンは相変化メモリ装置の相変化物質膜に接触することができる。
【００４２】
前記金属酸化物パターンは前記相変化メモリ装置のＰ−Ｎダイオードに接触することができる。
【００４３】
前記金属酸化物パターンの幅は前記金属パターンの幅より大きくすることもできる。
【００４４】
上記目的を達成するためになされた本発明の更に他の特徴による半導体装置は、基板上に配置される第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に配置されて開口部を含む第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上に配置される第３絶縁膜と、前記第３絶縁膜上に配置される第４絶縁膜と、前記第４絶縁膜内に配置されるメモリ保存装置と、金属パターン及び金属酸化物パターンを含み、前記メモリ保存装置を加熱する導電パターンと、を具備し、前記金属パターンは前記第２絶縁膜の前記開口部内に配置され、前記金属酸化物パターンは前記第３絶縁膜内に配置され、前記導電パターンの幅が前記開口部の幅より小さい。
【００４５】
前記半導体装置は、前記第１絶縁膜内に配置されるＭＯＳトランジスタと、前記第４絶縁膜内に配置される磁気メモリ装置の自由膜パターンと、を更に含むことができる。
【００４６】
前記半導体装置は、前記第１絶縁膜内に配置されるＰ−Ｎダイオードと、前記第４絶縁膜内に配置される相変化物質膜と、を更に含むことができる。
【００４７】
前記金属酸化物パターンの上部表面は前記第３絶縁膜の上部表面と同じ平面上に配置することができる。
【００４８】
前記半導体装置は金属パターンと前記第３絶縁膜との間に配置されるバリア金属膜パターンを更に含むことができる。
【００４９】
前記バリア金属膜パターンの上部表面は前記第２絶縁膜の上部表面と同じ平面上に配置することができる。
【００５０】
前記第３絶縁膜の上部表面は前記金属パターンの上部表面より高く配置することができる。
前記金属パターンの上部表面は前記バリア金属膜パターンの上部表面より低く配置することができる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、高い加熱効率を確保できる導電構造物を含む抵抗メモリ装置を、簡略化した工程を通じて容易に製造することができる。従って、本発明による抵抗メモリ装置は、高い集積度と高性能を要求するメモリ装置で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態による導電構造物の断面図である。
【図２】図１に示した導電構造物の斜視図である。
【図３】図１に示した導電構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【図４】図１に示した導電構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【図５】図１に示した導電構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による磁気メモリ装置の断面図である。
【図７】図６に示した磁気メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】図６に示した磁気メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】図６に示した磁気メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】図６に示した磁気メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【図１２】図１１に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【図１４】図１３に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態による導電構造物の断面図である。
【図１７】図１６に示した導電構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態による導電構造物の断面図である。
【図１９】図１８に示した導電構造物の斜視図である。
【図２０】図１８に示した導電構造物の平面図である。
【図２１】図１８に示した導電構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【図２２】図１８に示した導電構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【図２３】本発明の第２実施形態による磁気メモリ装置の断面図である。
【図２４】図２３に示した磁気メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２５】図２３に示した磁気メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２６】本発明の第４実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【図２７】本発明の第４実施形態による導電構造物の断面図である。
【図２８】本発明の第５実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【図２９】図２８に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図３０】図２８に示した相変化メモリ装置の他の製造方法を説明するための断面図である。
【図３１】本発明の第６実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【図３２】本発明の第５実施形態による導電構造物の断面図である。
【図３３】図３２に示した導電構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【図３４】本発明の第３実施形態による磁気メモリ装置の断面図である。
【図３５】本発明の第４実施形態による磁気メモリ装置の断面図である。
【図３６】本発明の第７実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【図３７】本発明の第６実施形態による導電構造物の断面図である。
【図３８】本発明の第８実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【図３９】図３８に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４０】図３８に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４１】図３８に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４２】図３８に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４３】図３８に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４４】図３８に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４５】本発明の第９実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【図４６】図４５に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４７】本発明の第１０実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【図４８】図４７に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４９】図４７に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図５０】図４７に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図５１】図４７に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図５２】本発明の第１１実施形態による相変化メモリ装置の斜視図である。
【図５３】図５２に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための斜視図である。
【図５４】図５２に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための斜視図である。
【図５５】図５２に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための斜視図である。
【図５６】図５２に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための斜視図である。
【図５７】図５２に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための斜視図である。
【図５８】図５２に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための斜視図である。
【図５９】本発明の第１２実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【図６０】図５９に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図６１】図５９に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図６２】図５９に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図６３】本発明の一実施形態による広帯域移動通信が可能な携帯電話ネットワークを含む通信システムの概略図である。
【図６４】サンプル１〜サンプル８によるコンタクト構造を示す断面図である。
【図６５】比較サンプル１１〜比較サンプル１８によるコンタクト構造を示す断面図である。
【図６６】比較サンプル２１〜比較サンプル２８によるコンタクト構造を示す断面図である。
【図６７】サンプル及び比較サンプルによるコンタクト構造の抵抗を示すグラフである。
【図６８】比較サンプル９による相変化メモリ装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明の導電構造物を含む半導体装置及びその製造方法を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。本明細書の各図面において、構成要素及び／又は構造物のサイズは本発明の明確性を期するために実際より拡大して示した。
【００５４】
本明細書において、第１、第２等の用語を多様な構成要素を説明するために使用するが、構成要素はこのような用語によって限定されるものではなく、用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的で使用する。
【００５５】
本明細書で使用する用語は単に特定の実施形態を説明するために使用するものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書で、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものが存在するということを指定しようとするものであって、一つ又はそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものの存在、或いは付加の可能性を、予め排除しない。
【００５６】
本明細書において、各階（膜）、領域、電極、パターン、又は構造物が、対象物、基板、各階（膜）、領域、電極、又はパターンの「上に」、「上部に」又は「下部」に形成されると言及する場合には、各階（膜）、領域、電極、パターン、又は構造物が、直接、基板、各階（膜）、領域、又はパターン上に形成されたり、下に位置することを意味したり、他の層（膜）、他の領域、他の電極、他のパターン、又は他の構造物が対象物や基板上に追加的に形成されることを意味する。
【００５７】
本明細書に開示している本発明の実施形態に対して、特定の構造的又は機能的説明は、単に本発明の実施形態を説明するための目的で例示したものであり、本発明の実施形態は多様な形態で実施可能であって、本明細書に説明した実施形態に限定するものではない。即ち、本発明は多様な変更を加えることができ、種々な形態を有することができるが、特定の実施形態を図面に例示し、本明細書に詳細に説明したものである。これは本発明を特定の開示形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物或いは代替物を含むものと理解すべきである。
【００５８】
図１は、本発明の第１実施形態による導電構造物の断面図であり、図２は、図１に示した導電構造物の斜視図である。
【００５９】
図１及び図２を参照すると、基板５０上に絶縁膜５２が提供される。絶縁膜５２は基板５０の一部を露出させる開口部５４を含む。例えば、開口部５４は基板５０の導電領域を露出させる。本実施形態において、基板５０上に導電性パターンを備えることができ、開口部５４は基板５０上の導電性パターンを露出する。
【００６０】
本実施形態によると、開口部５４はコンタクトホール（ｃｏｎｔａｃｔ ｈｏｌｅ）形状を有する。しかし、導電構造物の構造により開口部５４の構造も変化する。即ち、開口部５４は多様な形状を有することができ、図１に例示的に示した開口部５４の構造に限定されるものではない。例えば、開口部５４はトレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）形状を有することもできる。
【００６１】
開口部５４の側壁と底面上にバリア金属膜パターン５６ａが形成される。バリア金属膜パターン５６ａはシリンダー形状を有する。バリア金属膜パターン５６ａは金属及び窒化物のうちの少なくとも一つを含むことができる。例えば、バリア金属膜パターン５６ａはチタン（Ｔｉ）及びチタン窒化物（ＴｉＮｘ）のうちの一つ以上を含む。バリア金属膜パターン５６ａは単層構造又は多層構造を有することができる。例えば、バリア金属膜パターン５６ａはチタン膜及びチタン窒化膜のうちの一つ以上を含む。
【００６２】
バリア金属膜パターン５６ａは金属パターン５８ｂ内の金属原子及び／又は金属イオンが絶縁膜５２又は基板５０に広がることを防止する役割をする。バリア金属膜パターン５６ａは導電構造物のコンタクト領域を増加させて導電構造物のコンタクト抵抗を減少させる。
【００６３】
本実施形態において、バリア金属膜パターン５６ａはゆっくり酸化されるか又は殆ど酸化されない物質を含むことができる。
【００６４】
金属パターン５８ｂはバリア金属膜パターン５６ａ上に配置される。例えば、金属パターン５８ｂはタングステン（Ｗ）を含む。金属パターン５８ｂは開口部５４を完全に満たさないことがある。即ち、金属パターン５８ｂは開口部５４を部分的に満たすことができる。バリア金属膜パターン５６ａ及び金属パターン５８ｂは基板５０の導電領域に電気的に連結される導電パターンの役割をする。
【００６５】
金属パターン５８ｂ上には金属酸化物パターン６０が形成される。例えば、金属酸化物パターン６０はタングステン酸化物（ＷＯｘ）を含む。一実施形態において、金属酸化物パターン６０は金属パターン５８ｂの表面を酸化させて収得することができる。金属酸化物パターン６０は絶縁膜５２から突出する。一実施形態によると、金属酸化物パターン６０の突出部は開口部５４内に位置する金属酸化物パターン６０の一部に比べて実質的に大きい厚さを有することができる。また、金属酸化物パターン６０は金属パターン５８ｂと実質的に同じ幅を有することができる。
【００６６】
本実施形態において、金属酸化物パターン６０は金属パターン５８ｂの抵抗より実質的に高い抵抗を有する。金属パターン５８ｂを酸化させて金属酸化物パターン６０を形成する酸化工程の工程条件を調整することによって、金属酸化物パターン６０の厚さを調節することができる。これに伴い、金属酸化物パターン６０の抵抗も調節することができる。
【００６７】
金属酸化物パターン６０の幅は写真エッチング工程の限界幅（ＣＤ）より実質的に小さくすることもできる。一実施形態において、金属酸化物パターン６０の幅はバリア金属膜パターン５６ａの厚さが増加することによって減少させることができる。例えば、金属酸化物パターン６０は約５０ｎｍ以下の小さい幅を有する。
【００６８】
金属酸化物パターン６０が相対的に高い抵抗を有する場合、金属酸化物パターン６０に電流が印加されることによって金属酸化物パターン６０内にジュール加熱効果（Ｊｏｕｌｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が発生することから金属酸化物パターン６０が加熱電極の役割を担うことができる。
【００６９】
本実施形態において、金属酸化物パターン６０がライン（ｌｉｎｅ）形状を有する場合には、金属酸化物パターン６０は写真エッチング工程の限界幅（ＣＤ）より小さい幅を有する配線の役割を担うことができる。
【００７０】
図３〜図５は、図１に示した導電構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【００７１】
図３を参照すると、基板５０上に絶縁膜５２を形成する。基板５０は、半導体基板、半導体層を有する基板、金属酸化物基板などで形成することができる。絶縁膜５２は、例えば、シリコン酸化物と同じ酸化物を使って形成することができる。
【００７２】
絶縁膜５２を部分的に除去して基板５０の一部を露出させる開口部５４を形成する。開口部５４の写真エッチング工程を通じて絶縁膜５２を貫通するように形成することができる。基板５０の露出部分は導電領域を含む。一実施形態において、開口部５４はコンタクトホール形状を有する。開口部５４が写真エッチング工程を通じて形成される場合、開口部５４は写真エッチング工程の限界幅（ＣＤ）と実質的に同一であるか又は実質的に大きな幅を有する。
【００７３】
開口部５４の側壁と底面及び絶縁膜５２上にバリア金属膜５６を形成する。バリア金属膜５６は開口部５４と絶縁膜５２のプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に沿って形成される。バリア金属膜５６は後に形成される金属膜５８に含まれた金属原子及び／又は金属イオンが絶縁膜５２又は基板５０に拡散する現象を防止する役割をする。バリア金属膜５６はゆっくり酸化されるか又は殆ど酸化されない物質を使って形成することができる。例えば、バリア金属膜５６は、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物などで形成する。これらは単独又は２以上を組み合わせて使用することができる。バリア金属膜５６は単層構造又は多層構造で形成することができる。
【００７４】
バリア金属膜５６は開口部５４を完全に満たさないことがある。バリア金属膜５６は開口部５４のプロファイルに沿って開口部５４の側壁と底面上に均一に形成される。バリア金属膜５６が開口部５４の側壁上に形成される場合、開口部５４はバリア金属膜５６の厚さの約２倍程度減少した幅を有する。従って、バリア金属膜５６の厚さを調節することによって、開口部５４の幅を調節することができる。
【００７５】
バリア金属膜５６上に開口部５４を完全に満たしながら金属膜５８を形成する。金属膜５８は、例えば、タングステンを使って形成する。一実施形態において、開口部５４の幅がバリア金属膜５６の厚さを調節して変更されるために、金属膜５８の厚さ又は幅もバリア金属膜５６の厚さにより変化する。
【００７６】
図４を参照すると、絶縁膜５２の上部面が露出するまで金属膜５８及びバリア金属膜５６を部分的に除去する。例えば、金属膜５８及びバリア金属膜５６は化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程を通じて部分的に除去する。これに伴い、開口部５４内にバリア金属膜パターン５６ａ及び予備金属パターン５８ａが形成される。
【００７７】
本実施形態による化学機械的研磨工程において、絶縁膜５２が研磨されて予備金属パターン５８ａ及びバリア金属膜パターン５６ａが絶縁膜５２から突出する。例えば、予備金属パターン５８ａ及びバリア金属膜パターン５６ａの突出部はそれぞれ約１０ｎｍ程度の高さを有する。この場合、突出部を有する予備金属パターン５８ａ及びバリア金属膜パターン５６ａは追加的なエッチング工程や平坦化工程を要求せずに、１回の化学機械的研磨工程で収得することができる。
【００７８】
本実施形態において、突出部を有する予備金属パターン５８ａ及びバリア金属膜パターン５６ａは互いに異なる工程条件下で遂行される２回以上の化学機械的研磨工程を通じて形成することができる。例えば、金属膜５８及びバリア金属膜５６を第１工程条件下で第１化学機械的研磨工程を通じて研磨した後、絶縁膜５２を第２工程条件下で第２化学機械的研磨工程により研磨する。その結果、絶縁膜５２から突出する突出部を有する予備金属パターン５８ａ及びバリア金属膜パターン５６ａを形成することができる。
【００７９】
図５を参照すると、予備金属パターン５８ａを酸素の雰囲気下で熱処理し、バリア金属膜パターン５６ａ上に金属パターン５８ｂ及び金属酸化物パターン６０を形成する。
【００８０】
予備金属パターン５８ａを酸素の雰囲気下で熱処理すると、予備金属パターン５８ａの表面が酸素と反応することによって、予備金属パターン５８ａの表面が開口部５４の側壁に沿って熱的に膨張する。これに伴い、予備金属パターン５８ａが金属パターン５８ｂに変化しながら予備金属パターン５８ａ上に金属酸化物パターン６０が生成される。一実施形態において、予備金属パターン５８ａの構造により金属酸化物パターン６０の形状が変化する。
【００８１】
予備金属パターン５８ａの上部表面が絶縁膜５２の上部表面に比べて高く位置する場合、予備金属パターン５８ａの上部表面から異方性で（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ）金属酸化物パターン６０が成長する。従って、金属酸化物パターン６０は予備金属パターン５８ａの幅と実質的に類似の幅を有することができる。しかし、予備金属パターン５８ａの上部表面が絶縁膜５２の上部表面に比べて低く位置する場合には、予備金属パターン５８ａの上部表面から等方性で（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ）金属酸化物パターン６０が成長する。一実施形態において、金属酸化物パターン６０は予備金属パターン５８ａの幅より広い幅を有することができる。
【００８２】
図４に示した通り、予備金属パターン５８ａの上部表面が絶縁膜５２の上部表面よりやや高く位置する場合、金属酸化物パターン６０は予備金属パターン５８ａの上部表面から異方性で成長する。即ち、金属酸化物パターン６０は予備金属パターン５８ａから実質的に垂直に形成され、金属酸化物パターン６０は予備金属パターン５８ａの幅と実質的に類似の幅を有する。従って、金属酸化物パターン６０の幅は開口部５４の幅より実質的に狭くすることもできる。
【００８３】
一方、金属酸化物パターン６０の幅が減少すると、金属酸化物パターン６０は減少した表面粗さ（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を有する。例えば、金属酸化物パターン６０が約５０ｎｍ程度の幅を有する場合、金属酸化物パターン６０が１Å〜数十Å程度に減少した表面粗さを有する。その結果、金属酸化物パターン６０の表面凹凸による電気的な不良発生を減少させることができる。一実施形態において、開口部５４が写真エッチング工程を通じて形成される場合、バリア金属膜パターン５６ａの厚さを調節することによって、金属酸化物パターン６０が約５０ｎｍ以下の小さい幅を有することができる。
【００８４】
本実施形態において、予備金属パターン５８ａの上部表面を酸素と反応させながら開口部５４の上部表面上に金属酸化物パターン６０を形成する。従って、金属酸化物パターン６０は開口部５４から外部に突出する。金属酸化物パターン６０を形成する間、予備金属パターン５８ａは予備金属パターン５８ａより低い高さを有する金属パターン５８ｂに変化する。金属酸化物パターン６０の高さが増加するほど予備金属パターン５８ａの高さは減少する。一実施形態において、金属酸化物パターン６０は金属パターン５８ｂの抵抗に比べて実質的に高い抵抗を有する。
【００８５】
本実施形態において、金属パターン５８ｂは予備金属パターン５８ａを熱処理して収得される。このような熱処理工程は予備金属パターン５８ａの付近で遂行される。熱処理工程はプラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理及び急速熱処理（ＲＴＡ）のうちの一つ以上で遂行することができる。例えば、金属酸化物パターン６０はプラズマ処理又は急速熱処理を通じて形成される。これとは異なって、金属酸化物パターン６０を形成するためにプラズマ処理及び急速熱処理を次々と遂行することもできる。
【００８６】
金属パターン５８ｂ及び金属酸化物パターン６０の高さと厚さはそれぞれ熱処理工程の工程条件を変化させることによって調節する。また、金属パターン５８ｂ及び金属酸化物パターン６０の幅はバリア金属膜５６の厚さを調節することによって調節する。これに伴い、金属パターン５８ｂ及び金属酸化物パターン６０の抵抗を容易に調節することができる。
【００８７】
本実施形態において、金属パターン５８ｂ及び金属酸化物パターン６０は急速熱処理工程を通じて形成される。このような急速熱処理工程は酸素の雰囲気下で約４００℃〜約６００℃程度の温度で約１分〜約１０分程度遂行される。これとは異なって、金属パターン５８ｂ及び金属酸化物パターン６０はプラズマ処理工程を通じて形成することもできる。一実施形態において、プラズマ処理工程は酸素の雰囲気下で約２０Ｗ〜約１００Ｗ程度のパワーを印加しながら約１分〜約１０分程度遂行される。
【００８８】
本実施形態において、予備金属パターン５８ａは、酸素（Ｏ_２）ガス、オゾン（Ｏ_３）ガスなどを含む処理ガスを使って酸化することができる。例えば、予備金属パターン５８ａは酸素ガスを約５００ｓｃｃｍ以上の流量で供給しながら酸化される。しかし、予備金属パターン５８ａは上述したガスと工程条件によって限定されるものではなく多様なガスと工程条件下で酸化することもできる。
【００８９】
本実施形態において、予備金属パターン５８ａを酸化させる間、バリア金属膜パターン５６ａは酸化されないこともある。たとえバリア金属膜パターン５６ａが若干酸化されたとしても、バリア金属膜パターン５６ａの酸化された部分は金属酸化物パターン６０の厚さに比べて非常に小さい厚さを有することがある。例えば、バリア金属膜パターン５６ａがチタン及びチタン酸化物うちの少なくとも一つを含む場合、バリア金属膜パターン５６ａは実質的に酸化されないこともある。
【００９０】
金属酸化物パターン６０を形成した後、金属酸化物パターン６０の表面を処理する工程が追加的に遂行される。このような表面処理工程は金属酸化物パターン６０の表面を窒素雰囲気下で熱処理する急速熱窒化（ＲＴＮ）工程を含む。また、金属酸化物パターン６０の表面に対して還元工程が遂行されて金属酸化物パターン６０内の金属酸化物の量を減少させることができる。表面処理工程及び／又は還元工程を通じて金属酸化物パターン６０の抵抗が変わるので、導電構造物の抵抗を調節することができる。
【００９１】
本実施形態によると、金属酸化物の蒸着や蒸着された金属酸化物をエッチングせず、金属酸化物パターン６０を形成する。また、金属酸化物パターン６０は写真エッチング工程の限界幅（ＣＤ）より実質的に小さい幅を有する。金属酸化物パターン６０の下にはコンタクトプラグ（ｃｏｎｔａｃｔ ｐｌｕｇ）として機能できる金属パターン５８ｂとバリア金属膜パターン５６ａが提供される。これに伴い、コンタクトプラグは金属酸化物パターン６０より実質的に小さい抵抗を有する反面、コンタクトプラグの幅は金属酸化物パターン６０の幅より実質的に大きくなる。金属パターン５８ｂ及び金属酸化物パターン６０の厚さと幅を調節して金属パターン５８ｂ及び金属酸化物パターン６０の抵抗を調整することができることから導電構造物に要求される水準の抵抗を有することができる。
【００９２】
図６は、本発明の第１実施形態による磁気メモリ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｍｏｒｙ）装置の断面図である。図６に示した磁気メモリ装置は本発明の上記実施形態による導電構造物を含むことができる。例えば、磁気メモリ装置は、図１を参照して説明した導電構造物と実質的に同じ構造を有する導電構造物を含む。
【００９３】
図６を参照すると、半導体基板４００上にＭＯＳトランジスタが提供される。ＭＯＳトランジスタは磁気メモリ装置の少なくとも一つの単位セルを選択する。ＭＯＳトランジスタは、ゲート絶縁膜４０２、ゲート電極４０４、及び不純物領域４０６を含む。ゲート電極４０４は磁気メモリ装置のワードライン（ｗｏｒｄ ｌｉｎｅ）で提供される。一実施形態において、ゲート電極４０４は第１方向に沿って延長する。
【００９４】
スピントランスファートルク（ｓｐｉｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏｒｑｕｅ）磁気メモリ装置において、磁気トンネル接合（ＭＪＴ）構造物に磁気メモリ装置の両方向に電流を供給する。従って、磁気メモリ装置にスイッチング装置としてＭＯＳトランジスタが適用される。
【００９５】
半導体基板４００上にはＭＯＳトランジスタを覆う第１絶縁膜４０８が形成される。第１絶縁膜４０８は、例えば、シリコン酸化物などの酸化物を含む。第１絶縁膜４０８を貫通してコンタクトプラグ４１０が形成される。コンタクトプラグ４１０は不純物領域４０６に電気的に接触する。
【００９６】
コンタクトプラグ４１０上には導電パターン４１２が配置される。導電パターン４１２は第１方向に延長することができる。導電パターン４１２はライン形状を有することができる。導電パターン４１２は、例えば、タングステンなどの金属を含む。
【００９７】
第１絶縁膜４０８上に導電パターン４１２を覆う第２絶縁膜４１４が形成される。第２絶縁膜４１４は、例えば、シリコン酸化物と同じ酸化物を含む。第２絶縁膜４１４を貫通して開口部４１５が形成される。開口部４１５は導電パターン４１２を部分的に露出させる。開口部４１５はコンタクトホールの形状を有する。一実施形態において、磁気メモリ装置のセル領域に複数の開口部４１５が規則的に配置される。他の実施形態によると、磁気メモリ装置の一つの単位セルに一つの開口部４１５が配置される。
【００９８】
開口部４１５の側壁と底面上に第１バリア金属膜パターン４１６が形成される。第１バリア金属膜パターン４１６上には金属パターン４１８が位置する。金属パターン４１８はタングステンを含むことができる。金属パターン４１８は開口部４１５を部分的に満たす。
【００９９】
金属パターン４１８上には金属酸化物パターン４２０が配置される。金属酸化物パターン４２０は開口部４１５から突出する。金属酸化物パターン４２０は金属パターン４１８を酸化させて形成される。金属パターン４１８がタングステンを含む場合、金属酸化物パターン４２０はタングステン酸化物を含む。
【０１００】
金属パターン４１８及び金属酸化物パターン４２０は実質的に同じ幅を有する。即ち、第１バリア金属膜パターン４１６、金属パターン４１８、及び金属酸化物パターン４２０は図１に示したパターン構造物と同じ形状を有する。
【０１０１】
本実施形態において、金属パターン４１８の幅は金属酸化物パターン４２０の幅と実質的に同一である。例えば、第１バリア金属膜パターン４１６、金属パターン４１８、及び金属酸化物パターン４２０は、図１を参照して説明したバリア金属膜パターン５６ａ、金属パターン５８ｂ、及び金属酸化物パターン６０にそれぞれ対応する。
【０１０２】
導電構造物において、金属パターン４１８及び第１バリア金属膜パターン４１６は磁気メモリ装置の下部電極コンタクトの役割を担うことができる。相対的に高い抵抗を有する金属酸化物パターン４２０は磁気メモリ装置の磁気トンネル接合（ＭＪＴ）構造物内の自由膜パターン（ｆｒｅｅ ｌａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）を加熱できる加熱電極の機能を遂行することができる。
【０１０３】
第２絶縁膜４１４上には第３絶縁膜４２２が形成される。第３絶縁膜４２２は隣接する金属酸化物パターン４２０の間のギャップを満たす。第３絶縁膜４２２は高い緻密度と優秀なステップカバレッジ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）を有する物質を含むことができる。例えば、第３絶縁膜４２２は高密度プラズマ−化学気相蒸着（ＨＤＰ−ＣＶＤ）工程又は原子層積層（ＡＬＤ）工程を利用して収得されたシリコン酸化物を含む。従って、第３絶縁膜４２２は金属酸化物パターン４２０のプロファイルに沿って均一に形成することができる。
【０１０４】
本実施形態において、第３絶縁膜４２２の上部表面と金属酸化物パターン４２０の上部表面は実質的に同じ平面上に位置する。第１バリア金属膜パターン４１６の上部表面は第３絶縁膜４２２によって覆われていることから、第１バリア金属膜パターン４１６は露出しない。
【０１０５】
第３絶縁膜４２２上に磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造物が配置される。磁気トンネル接合構造物は、外部から信号が磁気メモリ装置に印加された場合に電子が二つの強磁性薄膜層の間に介在する非常に薄いトンネル酸化膜を通じてトンネリング（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）を起こせるようにサンドイッチ形態の多層構造を有する。磁気トンネル接合構造物は、自由膜パターン４２６、トンネル酸化膜パターン４２８、第１及び第２固定膜パターン（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎｓ）４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３２を含む。第１及び第２固定膜パターン４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３２は二つの強磁性薄膜に固定された磁気分極の磁化方向と実質的に同じ磁化方向を有するスピンを含む。
【０１０６】
磁気トンネル接合構造物において、自由膜パターン４２６の少なくとも一部が金属酸化物パターン４２０の上部表面に接触する。一実施形態において、磁気トンネル接合体は自由膜パターン４２６、トンネル酸化膜パターン４２８、第１及び第２固定膜パターン４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３２を含む多様な形状の積層構造を有することができるため、磁気トンネル接合構造物の構造が限定されるものではない。
【０１０７】
本実施形態において、自由膜パターン４２６は、例えば、コバルト−鉄−ホウ素（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ）のような金属化合物を含む。
【０１０８】
第３絶縁膜４２２と自由膜パターン４２６との間には第２バリア金属膜パターン４２４が備わる。第２バリア金属膜パターン４２４は自由膜パターン４２６に含まれる金属の異常成長を防止する。第２バリア金属膜パターン４２４は金属及び金属化合物うちの少なくとも一つを含むことができる。例えば、第２バリア金属膜パターン４２４は、タンタル（Ｔａ）、チタン、タンタル窒化物（ＴＡＮｘ）、チタン窒化物などを含む。
【０１０９】
トンネル酸化膜パターン４２８はマグネシウム酸化物（ＭｇＯｘ）等の金属酸化物を含むことができる。第１及び第２固定膜パターン４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３２は、第１固定膜パターン４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃと第２固定膜パターン４３２が積層された構造を有する。第１固定膜パターン４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃはトンネル酸化膜パターン４２８に直接接触する。
【０１１０】
本実施形態において、第１固定膜パターン４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃは、下部強磁性層４３０ａ、反強磁性カップリングスペーサー（ａｎｔｉ−ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｐａｃｅｒ）４３０ｂ、及び上部強磁性層４３０ｃに区分することができる。第１固定膜パターン４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃは積層された合成（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ）反強磁性層構造を有する。下部強磁性層４３０ａはコバルト−鉄−ホウ素（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ）を含むことができ、上部強磁性層４３０ｃはコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）を含むことができる。反強磁性カップリングスペーサー４３０ｂは、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）と同じ金属を含む。第２固定膜パターン４３２は白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）を含むことができる。
【０１１１】
磁気接合トンネル構造物において、自由膜パターン４２６の底面は金属酸化物パターン４２０上に位置する。金属酸化物パターン４２０は自由膜パターン４２６を加熱するための加熱膜パターンの機能を遂行する。金属酸化物パターン４２０の幅が第２絶縁膜４１４内の開口部４１５の幅より小さいので、金属酸化物パターン４２０は自由膜パターン４２６をより効果的に加熱できる高い抵抗を有することができる。
【０１１２】
凹凸部を有する層と同じように表面粗さが劣悪な層上部に磁気トンネル接合構造物が提供される場合、ニールカップリング（Ｎｅｅｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）現象によって磁気トンネル接合構造物の特性が劣化することがある。しかし、本実施形態による磁気メモリ装置は優秀な平坦面を有する金属酸化物パターン４２０上に配置されるため、磁気メモリ装置の優秀な動作特性を確保することができる。
【０１１３】
自由膜パターン４２６が高い温度を有する場合、磁気メモリ装置にデータを保存する際、自由膜パターン４２６の保磁力（ｃｏｅｒｃｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）が減少する。自由膜パターン４２６が高い温度を有すると、スピン注入メカニズムを利用する磁気メモリ装置（Ｓｐｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｔｏｒｑｕｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）において書き込み電流又は臨界電流が減少して装置の電力消耗を減少させることができる。一実施形態において、磁気トンネル接合構造物上にはハードマスクパターンが配置される。
【０１１４】
第３絶縁膜４２２上に隣接する磁気トンネル接合構造物の間のギャップを満たしながら第４絶縁膜４３４が形成される。第４絶縁膜４３４上には第５絶縁膜４３６が形成される。第４絶縁膜４３４及び第５絶縁膜４３６は、例えば、それぞれ酸化物を含む。
【０１１５】
第５絶縁膜４３６内には上部電極４３８が位置する。上部電極４３８は第５絶縁膜４３６を貫通して磁気トンネル接合構造物の最上層に配置される固定膜パターンに接触する。上部電極４３８は小さい抵抗を有する金属、例えば、タングステンを含む。
【０１１６】
第５絶縁膜４３６上にはビットライン４４０が形成される。ビットライン４４０は上部電極４３８に電気的に連結される。ビットライン４４０はワードラインが延長する方向に対して実質的に直交する第２方向に沿って延長する。
【０１１７】
以下、本実施形態による磁気メモリ装置のデータ保存過程を説明する。
【０１１８】
図６を参照すると、トランジスタのゲート電極４０４にワードライン信号を印加し、同時にビットライン４４０にビットライン書き込み信号を印加する。ワードライン信号は所定の時間の間にトランジスタのスレッショルド電圧より高いワードライン電圧を有する電圧パルス信号（ｖｏｌｔａｇｅ ｐｕｌｓｅ ｓｉｇｎａｌ）に該当する。従って、ワードラインに接続されたトランジスタはワードライン電圧が印加される間にターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）する。ビットライン書き込み信号はワードライン信号が印加される間ビットライン４４０に電流を加える電流パルス信号に該当する。その結果、磁気トンネル接合構造物及び磁気トンネル接合構造物に電気的に連結されたトランジスタを通じて書き込み電流が流れる。
【０１１９】
書き込み電流は第１書き込み電流と第２書き込み電流を含む。第１書き込み電流は自由膜パターン４２６から第２固定膜パターン４３２に向かって流れる。第２書き込み電流は第２固定膜パターン４３２から自由膜パターン４２６に向かって流れる。一実施形態において、第１書き込み電流は磁気トンネル接合構造物内でＹ軸の正（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）の方向に向かって流れることができ、第２書き込み電流はＹ軸の負（ｎｅｇａｔｉｖｅ）の方向に向かって流れることができる。言い換えると、第１書き込み電流が流れる間に電子はＹ軸の負の方向に向かって流れる。また、第２書き込み電流が流れる間に電子はＹ軸の正の方向に向かって流れる。
【０１２０】
第１書き込み電流が磁気トンネル接合構造体を通じて流れる時、自由膜パターン４２６内に電子が注入される。電子はアップスピン電子及びダウンスピン電子を含む。第２固定膜パターン４３２内の固定された磁気分極の大部分がアップスピンを有する場合、自由膜パターン４２６内に注入されたアップスピン電子のみがトンネル絶縁膜パターン４２８を通り過ぎて第２固定膜パターン４３２に到達することができ、自由膜パターン４２６内に注入されたダウンスピン電子は自由膜パターン４２６内に蓄積される。
【０１２１】
自由膜パターン４２６内に注入されるアップスピン電子及びダウンスピン電子の数は第１書き込み電流の電流密度に比例する。従って、第１書き込み電流の電流密度を増加させると、自由膜パターン４２６内に蓄積されたダウンスピン電子によって自由膜パターン４２６は初期の磁化方向に関係なく第２固定膜パターン４３２の磁化方向に逆方向で平行した多数の磁気分極（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｓ）を有することになる。その結果、第１書き込み電流の電流密度が第１臨界電流密度（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ）より大きい場合に磁気トンネル接合構造物は最大抵抗値を有するようにスイッチングできる。第１書き込み電流が供給されることによって、金属酸化物パターン４２０は自由膜パターン４２６を加熱して自由膜パターン４２６の保磁力を減少させ、第１臨界電流密度を低くする。これに伴い、第１書き込み電流が減少して、磁気メモリ装置の消耗電力を最小化することができる。
【０１２２】
第２書き込み電流が磁気トンネル接合構造物を通じて流れる場合、第２固定膜パターン４３２を通過する電子の大部分は第２固定膜パターン４３２内の固定された磁気分極（ｆｉｘｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｓ）と同じ磁化方向を示すスピンを有する。例えば、第２固定膜パターン４３２内の多数の磁気分極（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｓ）がアップスピン（ｕｐ−ｓｐｉｎ）を有する場合、第２固定膜パターン４３２を過ぎる電子の大部分はアップスピンを有する。例えば、第２固定膜パターン４３２が合成反強磁性層である場合、電子の大部分は合成反強磁性固定膜パターンの上部強磁性層４３０ｃと同じ磁化方向を見せるスピンを有する。アップスピン電子（ｕｐ−ｓｐｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）はトンネル絶縁膜パターン４２８を通り過ぎて自由膜パターン４２６に到達する。自由膜パターン４２６に到達したアップスピン電子の数は第２書き込み電流の電流密度に比例する。従って、第２書き込み電流の電流密度を増加させると、自由膜パターン４２６は初期の磁化方向に関係なく第２固定膜４３２内の固定された磁気分極に平行した多数の磁気分極を有することになる。このような点は自由膜パターン４２６内に注入されたアップスピン電子に起因する。その結果、第２書き込み電流の電流密度が第２臨界電流密度（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ）より大きい場合、磁気トンネル接合構造物は低い抵抗値を有するようにスイッチングできる。第２書き込み電流が供給されることによって、金属酸化物パターン４２０は自由膜パターン４２６を加熱して自由膜パターン４２６の保磁力を減少させ、第２臨界電流密度を低くする。これに伴い、第２書き込み電流が減少して、磁気メモリ装置の消耗電力を最小化することができる。
【０１２３】
図７〜図１０は、図６に示した磁気メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【０１２４】
図７を参照すると、半導体基板４００上に磁気メモリ装置の所望のセルを選択するためのＭＯＳトランジスタを形成する。
【０１２５】
ＭＯＳトランジスタを形成する過程において、半導体基板４００上にゲート絶縁膜４０２及びゲート電極膜を形成する。この後、ゲート電極膜をパターニングしてゲート絶縁膜４０２上にゲート電極４０４を形成する。ゲート電極４０４に隣接する半導体基板４００の一部に不純物を注入して不純物領域４０６を形成する。ゲート電極４０４は磁気メモリ装置のワードラインで提供される。ゲート電極４０４は第１方向に沿って延長するライン形状を有する。
【０１２６】
半導体基板４０２上にＭＯＳトランジスタを覆う第１絶縁膜４０８を形成する。第１絶縁膜４０８を貫通するコンタクトプラグ４１０を形成する。コンタクトプラグ４１０は不純物領域４０６と接触する。第１絶縁膜４０８及びコンタクトプラグ４１０上に導電パターン４１２を形成する。導電パターン４１２はコンタクトプラグ４１０を通じて不純物領域４０６に電気的に連結される。コンタクトプラグ４１０及び導電パターン４１２はそれぞれ低い抵抗を有する金属を含む。
【０１２７】
コンタクトプラグ４１０及び導電パターン４１２を形成する過程において、第１絶縁膜４０８を部分的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。コンタクトホールは、例えば、写真エッチング工程を通じて形成される。コンタクトホールを満たしながら第１絶縁膜４０８上に導電膜を形成する。導電膜をパターニングしてコンタクトプラグ４１０と導電パターン４１２を形成する。他の実施形態において、コンタクトホール内にコンタクトプラグ４１０を形成した後、コンタクトプラグ４１０と第１絶縁膜４０８上に追加的な導電膜を形成してパターニングし、コンタクトプラグ４１０と第１絶縁膜４０８上に導電パターン４１２を形成することができる。また他の実施形態において、コンタクトプラグ４１０及び導電パターン４１２はダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）工程を通じて形成することができる。
【０１２８】
図８を参照すると、第１絶縁膜４０８上に導電パターン４１２を覆う第２絶縁膜４１４を形成する。第２絶縁膜４１４を部分的にエッチングして導電パターン４１２を少なくとも部分的に露出させる開口部４１５を形成する。開口部４１５は、例えば、写真エッチング工程を通じて形成される。開口部４１５はコンタクトホール形状を有する。
【０１２９】
図３〜図５を参照して説明した工程と実質的に同一であるか又は実質的に類似の工程を遂行し、開口部４１５内部を満たす導電構造物を形成する。導電構造物は開口部４１５から突出する。導電構造物は、第１バリア金属膜パターン４１６、金属パターン４１８、及び金属酸化物パターン４２０を含む。第１バリア金属膜パターン４１６は開口部４１５側壁と底面上に形成され、金属パターン４１８は第１バリア金属膜パターン４１６上に形成される。金属パターン４１８は開口部４１５を部分的に満たす。金属酸化物パターン４２０は開口部４１５の外部に突出する。金属パターン４１８と金属酸化物パターン４２０はそれぞれタングステンとタングステン酸化物を含むことができる。一実施形態において、金属パターン４１８及び第１バリア金属膜パターン４１６は磁気メモリ装置の下部電極として使われ、金属酸化物パターン４２０は磁気メモリ装置の加熱電極として使われる。
【０１３０】
図９を参照すると、第２絶縁膜４１４上に金属酸化物パターン４２０を覆う第３絶縁膜４２２を形成する。金属酸化物パターン４２０が露出するまで第３絶縁膜４２２を部分的に除去する。第３絶縁膜４２２は化学機械的研磨工程を通じて部分的に除去される。
【０１３１】
第３絶縁膜４２２は高い緻密度と優秀なステップカバレッジを有する物質を使って形成することができる。例えば、第３絶縁膜４２２は高密度プラズマ−化学気相蒸着（ＨＤＰ−ＣＶＤ）工程又は原子層積層（ＡＬＤ）工程を通じて収得されるシリコン酸化物を含む。従って、第３絶縁膜４２２が導電構造物のプロファイルに沿って均一に形成される。第３絶縁膜４２２が高い緻密度を有する場合、化学機械的研磨工程で第３絶縁膜４２２を部分的に除去した後、第３絶縁膜４２２と金属酸化物パターン４２０が凹凸なしで均一な表面を有する。
【０１３２】
図１０を参照すると、第３絶縁膜４２２及び金属酸化物パターン４２０上に磁気トンネル接合構造物を構成する複数の薄膜を形成する。一実施形態において、磁気トンネル接合構造物を形成するために、第２バリア金属膜、自由膜、トンネル酸化膜、第１固定膜及び第２固定膜を次々と積層する。第１固定膜は、下部強磁性層、反強磁性カップリングスペーサー層、上部強磁性層などを含む。第２バリア金属膜は自由膜パターンに含まれる金属の異常成長を防止する。第２バリア金属膜はアモルファス金属を含むことができる。例えば、第２バリア金属膜は、タンタル、タンタル窒化物、チタン、チタン窒化物などを含む。自由膜はコバルト−鉄−ホウ素を含むことができ、トンネル酸化膜はマグネシウム酸化物を含むことができる。第１固定膜において、下部強磁性層はコバルト−鉄−ホウ素を包含でき、上部強磁性層はコバルト−鉄を含むことができ、反強磁性カップリングスペーサー層はルテニウムを含むことができる。第１固定膜上に位置する第２固定膜は白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）を含むことができる。
【０１３３】
磁気トンネル接合構造物を形成するための複数の薄膜を順にパターニングし、第２バリア金属膜パターン４２４、自由膜パターン４２６、トンネル酸化膜パターン４２８、第１固定膜パターン４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、及び第２固定膜パターン４３２を形成する。即ち、磁気トンネル接合構造物は、第２バリア金属膜パターン４２４、自由膜パターン４２６、トンネル酸化膜パターン４２８、第１固定膜パターン４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、及び第２固定膜パターン４３２を含む。磁気トンネル接合構造物は金属酸化物パターン４２０に接触する。磁気トンネル接合構造物は島（ｉｓｌａｎｄ）形状を有することができる。一実施形態において、磁気トンネル接合構造物上にハードマスクパターンが形成される。ハードマスクパターンは磁気トンネル接合構造物を形成するためのエッチングマスクとして使われる。
【０１３４】
図６に示したように、磁気トンネル接合構造物を覆いながら第３絶縁膜４２２上に第４絶縁膜４３４を形成する。第４絶縁膜４３４は隣接する磁気トンネル接合構造物の間のギャップを充分に埋めたてる。第４絶縁膜４３４上には第５絶縁膜４３６が形成される。
【０１３５】
第５絶縁膜４３６を部分的にエッチングして、第５絶縁膜４３６を貫通する第２コンタクトホールを形成する。第２コンタクトホールは磁気トンネル接合を部分的に露出させる。即ち、第２固定膜パターン４３２が第２コンタクトホールを通じて露出する。
【０１３６】
第２コンタクトホールを満たしながら第５絶縁膜４３６上に導電物質を蒸着した後、第５絶縁膜４３６が露出するまで導電物質を部分的に除去する。これに伴い、第２コンタクトホール内に上部電極４３８が形成される。上部電極４３８はタングステンを含むことができ、化学機械的研磨工程を通じて形成される。
【０１３７】
第５絶縁膜４３６及び上部電極４３８上に導電膜を形成する。導電膜をパターニングしてビットライン４４０を形成する。ビットライン４４０は写真エッチング工程を通じて形成することができる。
【０１３８】
上述のように、導電構造物は簡単な工程を通じてタングステン酸化物を含む金属酸化物パターン４２０を具備することができる。金属酸化物パターン４２０が低い抵抗と小さい幅を有することから、磁気メモリ装置の加熱電極として使われる。磁気メモリ装置がタングステン酸化物を含む金属酸化物パターン４２０を具備する場合、磁気メモリ装置は低い保磁力を有する。
【０１３９】
図１１は、本発明の第１実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。図１１に示した相変化メモリ装置は、図１を参照して説明した導電構造物と実質的に同一又は類似の構成を有する導電構造物を含む。
【０１４０】
図１１を参照すると、素子分離領域及びアクティブ領域を含む基板４９０が用意される。基板４９０のアクティブ領域には不純物領域４９０ａが形成される。例えば、不純物領域４９０ａは、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等と同じＮ型不純物を含む。基板４９０の素子分離領域には素子分離用トレンチが提供され、素子分離用トレンチ内には素子分離膜パターン４９２が形成される。
【０１４１】
基板４９０上に第１絶縁膜４９４が形成される。第１絶縁膜４９４を貫通して不純物領４９０ａを露出させる第１開口部４９６が形成される。第１開口部４９６内にＰ−Ｎダイオード５００が配置される。Ｐ−Ｎダイオード５００は第１開口部４９６を満たす。Ｐ−Ｎダイオード５００は不純物領域４９０ａに電気的に接触する。
【０１４２】
本実施形態において、Ｐ−Ｎダイオード５００は第１ポリシリコン膜パターン５００ａ及び第２ポリシリコン膜パターン５００ｂを含む。第１ポリシリコン膜パターン５００ａはＮ型不純物でドーピングできる反面、第２ポリシリコン膜パターン５００ｂはＰ型不純物でドーピングできる。Ｐ−Ｎダイオード５００上には金属シリサイドパターンが形成され、金属シリサイドパターンはＰ−Ｎダイオード５００と導電構造物との間の界面抵抗を減少させる。
【０１４３】
第１絶縁膜４９４及びＰ−Ｎダイオード５００上に第２絶縁膜５０４が形成される。第２絶縁膜５０４はＰ−Ｎダイオード５００を部分的に露出させる第２開口部５０５を含む。第２開口部５０５はコンタクトホール形状を有する。
【０１４４】
第２開口部５０５内には導電構造物が位置する。導電構造物は図１を参照して説明した導電構造物と実質的に同じ構成を有する。導電構造物は、バリア金属膜パターン５０６、金属パターン５０８、及び金属酸化物パターン５１０を含む。例えば、金属パターン５０８と金属酸化物パターン５１０はそれぞれタングステンとタングステン酸化物を含む。導電構造物は相変化メモリ装置のメモリセルの下部電極として利用される。タングステン酸化物を含む金属酸化物パターン５１０は高い抵抗を有するため、導電構造物の金属酸化物パターン５１０は相変化構造物５１４を加熱することができる。例えば、金属酸化物パターン５１０は金属パターン５０８に比べて高い抵抗を有する。また、金属酸化物パターン５１０は金属パターン５０８とバリア金属膜パターン５０６の合計抵抗より大きい抵抗を有することができる。
【０１４５】
第２絶縁膜５０４上には第３絶縁膜５１２が形成される。導電構造物の金属酸化物パターン５１０は第２絶縁膜５０４から突出し、第３絶縁膜５１２内に埋められる。従って、第３絶縁膜５１２は隣接する金属酸化物パターン５１０の間のギャップを満たす。
【０１４６】
本実施形態において、第３絶縁膜５１２は、高い緻密度と優秀なステップカバレッジの物質を使って形成することによって、第３絶縁膜５１２に隣接する金属酸化物パターン５１０を十分に電気的に絶縁させながら金属酸化物パターン５１０のプロファイルに沿って第２絶縁膜５０４上に均一に形成される。例えば、第３絶縁膜５１２は高密度プラズマ−化学気相蒸着工程又は原子層積層工程を通じて形成されたシリコン酸化物を含む。第３絶縁膜５１２は金属酸化物パターン５１０と実質的に同じ高さを有する。一実施形態において、第３絶縁膜５１２の上部表面と金属酸化物パターン５１０の上部表面は実質的に同じ平面上に位置する。
【０１４７】
相変化構造物５１４は導電構造物の金属酸化物パターン５１０上に配置される。金属酸化物パターン５１０が写真エッチング工程の限界幅より小さい幅を有する場合、金属酸化物パターン５１０と相変化構造物との間の接触面積が減少する。従って、相変化構造物５１４内でジュール加熱によって容易に相転移（ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）が起きる。
【０１４８】
本実施形態において、相変化構造物５１４はアモルファス状態と結晶状態が可逆的に変わるカルコゲニド（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）化合物を含む。カルコゲニド化合物が結晶状態を有する時、カルコゲニド化合物は高い光学的反射度と低い電気抵抗を有する。反面、カルコゲニド化合物がアモルファス状態を有する場合、カルコゲニド化合物の光学的反射度は低く電気抵抗は高くなる。相変化構造物５１４は、ゲルマニウム−アンチモン−テルル（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ）合金などのようにカルコゲニド化合物を含む。
【０１４９】
相変化構造物５１４上には上部電極５１６が配置される。上部電極５１６は、例えば、チタン窒化物と同じ金属窒化物を含む。
【０１５０】
上部電極５１６を覆う第４絶縁膜５１８が第３絶縁膜５１２上に形成される。即ち、上部電極５１６と相変化構造物５１４は第４絶縁膜５１８内に埋められる。
【０１５１】
第４絶縁膜５１８にはコンタクトホールが形成される。コンタクトホールは上部電極５１６を部分的に露出させる。コンタクトホール内には上部電極コンタクト５２２が配置され、上部電極コンタクト５２２は上部電極５１６に接触する。上部電極コンタクト５２２は、例えば、タングステンなどの金属を含む。
【０１５２】
本実施形態による相変化メモリ装置において、導電構造物が相変化構造物に接触する金属酸化物パターンを具備する。タングステン酸化物を包含できる金属酸化物パターンが高い抵抗と小さい幅を有することから、相変化構造物のジュール加熱効率が高くなり、相変化メモリ装置のリセット電流が減少する。一実施形態において、セット（ｓｅｔ）状態とリセット（ｒｅｓｅｔ）状態で相変化構造物の抵抗散布が減少するために、相変化メモリ装置のセット状態及びリセット状態が明らかに区分される。
【０１５３】
図１２は、図１１に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【０１５４】
図１２を参照すると、基板４９０の所定の部分に不純物を注入し、基板４９０の所定の部分に不純物領域４９０ａを形成する。不純物領域４９０ａはイオン注入工程を利用して形成することができる。
【０１５５】
基板４９０を部分的にエッチングして基板４９０に素子分離用トレンチを形成する。トレンチは第１方向に沿って延長する。素子分離用トレンチ内部を満たすように素子分離膜を形成した後、素子分離膜を部分的に除去してトレンチ内に素子分離膜パターン４９２を形成する。素子分離膜パターン４９２は、例えば、酸化物を含む。
【０１５６】
素子分離膜パターン４９２を有する基板４９０上に第１絶縁膜４９４を形成する。例えば、第１絶縁膜４９４はシリコン酸化物と同じ酸化物を使って形成される。第１絶縁膜４９４を部分的にエッチングして不純物領域４９０ａを部分的に露出させる第１開口部４９６を形成する。
【０１５７】
第１開口部４９６を満たしながら第１絶縁膜４９４上にシリコン膜を形成する。第１絶縁膜４９４が露出するまでシリコン膜を部分的に除去する。これに伴い、第１開口部４９６内の不純物領域４９０ａ上にシリコン膜パターンを形成する。
【０１５８】
Ｐ型不純物をシリコン膜パターンの上部にドーピングする一方、Ｎ型不純物をシリコン膜パターンの下部に注入する。これに伴い、第１開口部４９６内の不純物領域４９０ａ上にＰ−Ｎダイオード５００が形成される。Ｐ−Ｎダイオード５００は第１シリコン膜パターン５００ａ及び第２シリコン膜パターン５００ｂを含む。第１及び第２シリコン膜パターン５００ａ、５００ｂはそれぞれＮ型不純物及びＰ型不純物を含む。
【０１５９】
本実施形態において、Ｐ−Ｎダイオード５００上に金属シリサイドパターンが追加的に形成される。
【０１６０】
第１絶縁膜４９４及びＰ−Ｎダイオード５００上に第２絶縁膜５０４を形成する。第２絶縁膜５０４は、例えば、シリコン酸化物と同じ酸化物を使って形成される。第２絶縁膜５０４を部分的にエッチングし、Ｐ−Ｎダイオード５００を部分的に露出させる第２開口部５０５を形成する。
【０１６１】
Ｐ−Ｎダイオード５００上に導電構造物を形成する。導電構造物は図３〜図５を参照して説明した工程と実質的に同一又は実質的に類似の工程を通じて形成される。導電構造物は第２開口部５０５を満たしながら第２開口部５０５上に突出する。
【０１６２】
導電構造物は、バリア金属膜パターン５０６、金属パターン５０８、及び金属酸化物パターン５１０を具備する。バリア金属膜パターン５０６は第２開口部５０５側壁及び底面上に形成される。金属パターン５０８はバリア金属膜パターン５０６上に位置する。金属パターン５０８は第２開口部５０５を部分的に満たす。金属パターン５０８はタングステンを含むことができる。金属酸化物パターン５１０は金属パターン５０８上に位置して、第２開口部５０５を完全に満たす。金属酸化物パターン５１０はタングステン酸化物を含むことができる。バリア金属膜パターン５０６を介在して金属酸化物パターン５１０が第２開口部５０５内に形成されることから、金属酸化物パターン５１０は第２開口部５０５の幅より実質的に小さい幅を有する。
【０１６３】
第２絶縁膜５０４上に金属酸化物パターン５１０を覆う第３絶縁膜５１２を形成する。第３絶縁膜５１２は高い緻密度と優秀なステップカバレッジを有する物質を使って形成することができる。例えば、第３絶縁膜５１２は高密度プラズマ−化学気相蒸着工程又は原子層積層工程を通じて形成されたシリコン酸化物を含む。金属酸化物パターン５１０が露出するように第３絶縁膜５１２を部分的に除去する。第３絶縁膜５１２は化学機械的研磨工程及び／又はエチバック工程を利用して部分的に除去される。
【０１６４】
図１１を参照すると、第３層間絶縁膜５１２上に相変化物質膜を形成する。相変化物質膜は、例えば、ゲルマニウム−アンチモン−テルル（ＧＳＴ）合金と同じカルコゲニド化合物を使って形成される。
【０１６５】
相変化物質膜上に上部電極膜を形成する。例えば、上部電極膜はチタン窒化物などの金属窒化物を使って形成される。上部電極膜及び相変化物質膜をパターニングして相変化構造物５１４と上部電極５１６を形成する。上部電極５１６と相変化構造物５１４は写真エッチング工程を通じて形成することができる。
【０１６６】
第３絶縁膜５１２上に上部電極５１６及び相変化構造物５１４を覆う第４絶縁膜５１８を形成する。第４絶縁膜５１８を部分的にエッチングして、上部電極５１６の少なくとも一部を露出させるコンタクトホール５２０を形成する。
【０１６７】
コンタクトホール５２０内に導電物質を蒸着して、上部電極５２２上に上部電極コンタクト５２２を形成する。例えば、上部電極コンタクト５２２は、タングステン、アルミニウム、チタン、タンタル、銅（Ｃｕ）、白金などの金属を含む。
【０１６８】
本実施形態によると、簡略化された工程を通じて低い抵抗と小さい幅を有するタングステン酸化物からなる金属酸化物パターン５１０を収得することができる。このような金属酸化物パターン５１０は相変化構造物５１４を加熱するための電極の役割を十分に遂行できる。相変化メモリ装置が金属酸化物パターン５１０を含む場合、相変化メモリ装置のリセット電流が減少し、抵抗散布が減少して相変化メモリ装置に容易にデータを記録でき、相変化メモリ装置に保存されたデータを容易に読み取ることができる。
【０１６９】
図１３は、本発明の第２実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。図１３に示した相変化メモリ装置は、図１を参照して説明した導電構造物と実質的に同じ構成を有する導電構造物を含む。図１３に示した相変化メモリ装置は、相変化構造物を除くと、図１１を参照して説明した相変化メモリ装置と実質的に同じ構成を有する。
【０１７０】
図１３を参照すると、基板４９０上に第１絶縁膜４９４、Ｐ−Ｎダイオード５００、及び第２絶縁膜５０４が提供される。第２絶縁膜５０４を貫通してＰ−Ｎダイオード５００を露出させる第２開口部５０５が形成される。第２開口部５０５内には導電構造物が配置される。導電構造物は、図１１を参照して説明した導電構造物の構成要素と実質的に同じ形状を有するバリア金属膜パターン５０６、金属パターン５０８、及び金属酸化物パターン５１０ａを含む。
【０１７１】
第２絶縁膜５０４上には第３絶縁膜５１２が配置される。第３絶縁膜５１２は導電構造物をカバーする。第３絶縁膜５１２は高い緻密度と優秀なステップカバレッジを有して物質を含むことができる。例えば、第３絶縁膜５１２は高密度プラズマ−化学気相蒸着工程、原子層積層工程等を通して収得されたシリコン酸化物を含む。第３絶縁膜５１２は金属酸化物パターン５１０ａの上部表面より実質的に高く位置する上部表面を有する。
【０１７２】
第３絶縁膜５１２を貫通して金属酸化物パターン５１０ａを露出させる第３開口部５１５が形成される。第３開口部５１５の幅は金属酸化物パターン５１０ａの幅と実質的に同一である。
【０１７３】
金属酸化物パターン５１０ａ上に第３開口部５１５を満たしながら相変化構造物５１４ａが形成される。相変化構造物５１４ａは第３開口部５１５上に突出する。一実施形態において、相変化構造物５１４ａは第３開口部５１５内に位置する下部と第３開口部５１５上に突出する上部を含む。相変化構造物５１４ａの下部幅はその上部幅より小さい。相変化構造物５１４ａが金属酸化物パターン５１０ａに接触することから、金属酸化物パターン５１０ａにより加熱される相変化構造物５１４ａの一部分が第３開口部５１５内に限定される。
【０１７４】
相変化構造物５１４ａ上には上部電極５１６が配置される。上部電極５１６と相変化構造物５１４ａを覆う第４絶縁膜５１８が第３絶縁膜５１２上に配置される。第４絶縁膜５１８を貫通して上部電極コンタクト５２２が形成される。上部電極コンタクト５１２は上部電極５１６に電気的に連結される。
【０１７５】
図１４は、図１３に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【０１７６】
図１２を参照して説明した通り、基板４９０上に素子分離膜パターン４９２、第１絶縁膜４９４、及びＰ−Ｎダイオード５００を形成する。第１絶縁膜４９４とＰ−Ｎダイオード５００上に第２絶縁膜５０４を形成する。第２絶縁膜５０４を部分的にエッチングして第２絶縁膜５０４を貫通する第２開口部５０５を形成する。第２開口部５０５はＰ−Ｎダイオード５００を少なくとも部分的に露出させる。
【０１７７】
図３〜図５を参照して説明した工程と実質的に同一又は実質的に類似の工程を通じて、Ｐ−Ｎダイオード５００上に予備導電構造物を形成する。予備導電構造物は第２開口部５０５を満たしながら第２開口部５０５上に突出する。予備導電構造物は、バリア金属膜パターン５０６、金属パターン５０８、及び予備金属酸化物パターンを含む。
【０１７８】
金属パターン５０８及び予備金属酸化物パターンはそれぞれタングステン及びタングステン酸化物を含むことができる。バリア金属膜パターン５０６は第２開口部５０５の側壁と底面上に形成される。バリア金属膜パターン５０６上に形成される金属パターン５０８は第２開口部５０５を部分的に満たす。予備金属酸化物パターンは第２開口部５０５上に突出する。予備金属酸化物パターンは後続して形成される金属酸化物パターン５１０ａの厚さより実質的に大きい厚さを有する。例えば、予備金属酸化物パターンの高さは金属酸化物パターン５１０ａの高さと相変化構造物５１４ａの下部の高さの和と実質的に同一である。
【０１７９】
第２絶縁膜５０４上に予備金属酸化物パターンを覆う第３絶縁膜５１２を形成する。第３絶縁膜５１２は高い緻密度と優秀なステップカバレッジを有する物質を使って形成することができる。予備金属酸化物パターンが露出するまで第３絶縁膜５１２を部分的に除去する。第３絶縁膜５１２は化学機械的研磨工程及び／又はエチバック工程を通じて部分的に除去される。
【０１８０】
図１４を参照すると、予備金属酸化物パターンを部分的に除去して金属パターン５０８上に金属酸化物パターン５１０ａを形成する。この時、金属酸化物パターン５１０ａが第２絶縁膜５０４上に突出し、金属酸化物パターン５１０ａの形成後にバリア金属膜パターン５０６が露出しない。
【０１８１】
金属酸化物パターン５１０ａが金属パターン５０８上に形成されると、予備金属酸化物パターンが部分的に除去された部位に第３開口部５１５が形成される。即ち、予備金属酸化物パターンの除去された部分が第３開口部５１５に対応する。第３絶縁膜５１２に形成される第３開口部５１５を通じて金属酸化物パターン５１０ａが露出する。第３開口部５１５の幅は金属酸化物パターン５１０ａの幅と実質的に同一である。
【０１８２】
図１３に示したように、第３開口部５１５を満たしながら第３絶縁膜５１２上に相変化物質膜を形成する。相変化物質膜は、例えば、ゲルマニウム−アンチモン−テルル（ＧＳＴ）合金などのカルコゲニド化合物を使って形成される。相変化物質膜上に上部電極膜を形成する。上部電極膜はチタン窒化物と同じ金属窒化物を使って形成することができる。
【０１８３】
上部電極膜及び相変化物質膜をパターニングして金属酸化物パターン５１０ａ上に相変化構造物５１４ａ及び上部電極５１６を形成する。一実施形態において、相変化構造物５１４ａは第３開口部５１５内で金属酸化物パターン５１０ａ上に位置する下部を含む。相変化構造物５１４ａの下部の幅は相変化構造物５１４ａの上部の幅に比べて実質的に広くすることもできる。
【０１８４】
第３絶縁膜５１２上に上部電極５１５を覆う第４絶縁膜５１８を形成する。第４絶縁膜５１８を貫通して、上部電極５１６に接触する上部電極コンタクト５２２を形成する。
【０１８５】
図１５は、本発明の第３実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。図１５に示した相変化メモリ装置は、図１を参照して説明した導電構造物と実質的に同一又は類似の構成を有する導電構造物を含む。図１５に示した相変化メモリ装置は、相変化構造物を除くと、図１３を参照して説明した相変化メモリ装置と実質的に同一又は実質的に類似の構成を有する。
【０１８６】
図１５を参照すると、第２絶縁膜５０４を貫通して形成された第２開口部５０５内に導電構造物が位置する。導電構造物は、第１バリア金属膜パターン５０６、金属パターン５０８、及び金属酸化物パターン５１０ａを含む。
【０１８７】
第２絶縁膜５０４上には第３絶縁膜５１２ａが配置される。第３絶縁膜５１２ａを貫通して第３開口部５１３が形成される。第３開口部５１３は金属酸化物パターン５１０ａを少なくとも部分的に露出させる。第３開口部５１３の幅は金属酸化物パターン５１０ａの幅と実質的に同一である。
【０１８８】
第３開口部５１３内の金属酸化物パターン５１０ａ上に相変化構造物５１４ｂが配置される。相変化構造物５１４ｂは第３開口部５１３内に位置して第３開口部５１３上に突出しない。即ち、第３開口部５１３の深さと相変化構造物５１４ｂの高さは実質的に同一である。
【０１８９】
第３絶縁膜５１２ａ及び相変化構造物５１４ｂ上に上部電極５１６が配置される。第３絶縁膜５１２ａ上には上部電極５１６を覆う第４絶縁膜５１８が形成される。第４絶縁膜５１８を貫通して上部電極コンタクト５２２が配置される。上部電極コンタクト５２２は上部電極５１６に電気的に連結される。
【０１９０】
図１５に示した相変化メモリ装置は後述する方法を通じて製造することができる。
【０１９１】
図１４を参照して説明した工程と実質的に同一又は実質的に類似の工程を遂行して、図１４に示した結果と実質的に同じ構成を有する結果を形成する。
【０１９２】
図１５を参照すると、第３開口部５１３を完全に満たしながら第３絶縁膜５１２ａ上に相変化物質膜を形成する。第３絶縁膜５１２ａが露出するまで相変化物質膜を部分的に除去する。これに伴い、第３開口部５１３内に相変化構造物５１４ｂが形成される。相変化構造物５１４ａは、例えば、化学機械的研磨工程を通じて形成される。
【０１９３】
相変化構造物５１４ｂ及び第３絶縁膜５１２ａ上に上部電極膜を形成する。次いで、上部電極膜をパターニングして相変化構造物５１４ａ上に上部電極５１６を形成する。
【０１９４】
第３絶縁膜５１２ａ上に上部電極５１６と相変化構造物５１４ｂを覆う第４絶縁膜５１８を形成する。第４絶縁膜５１８を貫通して、上部電極５１６に電気的に連結される上部電極コンタクト５２２を形成する。
【０１９５】
図１６は、本発明の第２実施形態による導電構造物の断面図である。
【０１９６】
図１６を参照すると、基板５０上に絶縁膜５２が提供される。絶縁膜５２は基板５０の一部を露出させる開口部５４を含む。
【０１９７】
開口部５４の側壁上にはスペーサー６２が配置される。スペーサー６２はシリコン窒化物と同じ窒化物又はシリコン酸窒化物と同じ酸窒化物を含む。スペーサー６２は金属パターン５９ａに含まれた金属原子及び／又は金属イオンが絶縁膜５２に広がる現象を防止することができる。一実施形態において、開口部５４の側壁上にはバリア金属膜パターンが形成されないことがある。これとは異なって、開口部５４内のスペーサー６２及び基板５０上にバリア金属膜パターンが形成されることもある。
【０１９８】
開口部５４内には金属パターン５９ａが配置される。金属パターン５９ａは開口部５４を部分的に埋める。金属パターン５９ａはタングステンを含むことができる。開口部５４内の金属パターン５９ａ上に金属酸化物パターン６０が配置される。金属酸化物パターン６０はタングステン酸化物を含むことができる。金属酸化物パターン６０は開口部５４の幅より実質的に狭い幅を有する。金属酸化物パターン６０は金属パターン５９ａから生成される。例えば、金属パターン５９ａを酸化させて金属酸化物パターン６０を形成する。金属酸化物パターン６０は開口部５４上に突出する。
【０１９９】
本実施形態において、金属酸化物パターン６０は写真エッチング工程の限界幅より実質的に小さい幅を有する。金属酸化物パターン６０の幅は開口部５４側壁上に位置するスペーサー６０の厚さを調節して変化させることができる。
【０２００】
図１７は、図１６に示した導電構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【０２０１】
図１７を参照すると、基板５０上に開口部５４を含む絶縁膜５２を形成する。開口部５４は、例えば、導電領域と同じ基板５０の所定の部分を露出させる。
【０２０２】
開口部５４の側壁と底面及び絶縁膜５２上にスペーサー形成膜を形成する。スペーサー形成膜は、例えば、窒化物又は酸窒化物を使って形成される。例えば、スペーサー形成膜はシリコン窒化物又はシリコン酸窒化物を使って形成される。スペーサー形成膜を異方性でエッチングして開口部５４の側壁上にスペーサー６２を形成する。スペーサー６２が形成されると、開口部５４はスペーサー６２の厚さの約２倍程度に幅が減少する。
【０２０３】
スペーサー６２、基板５０、及び絶縁膜５２上に開口部５４を完全に満たす金属膜５９を形成する。金属膜５９は、例えば、タングステンを使って形成される。
【０２０４】
図１６及び図１７を参照すると、絶縁膜５２が露出するまで金属膜５９を部分的に除去して、開口部５４内に予備金属パターンを形成する。予備金属パターンは化学機械的研磨工程を通じて形成される。一実施形態において、予備金属パターンの上部表面は絶縁膜５２及びスペーサー６２の上部表面に比べて実質的に高く位置することができる。例えば、予備金属パターンの上部表面は絶縁膜５２から約１０Å以上の厚さほど突出する。即ち、予備金属パターンの上部表面は絶縁膜５２の上部表面から微細に高い位置に位置する。
【０２０５】
予備金属パターンを酸素の雰囲気下で熱処理することによって、金属酸化物パターン６０を形成する。予備金属パターンを酸化させる間に予備金属パターンは金属パターン５９ａに変化する。熱処理工程は図５を参照して説明した熱処理工程と実質的に同一又は実質的に類似している。
【０２０６】
上述の工程を通じて、基板５０上に、図１６に示した導電構造物と実質的に同じ構成を有する導電構造物を形成する。一実施形態において、導電構造物は、図６を参照して説明した磁気メモリ装置、図１１を参照して説明した相変化メモリ装置、図１３を参照して説明した相変化メモリ装置などに適用される。
【０２０７】
図１８は、本発明の第３実施形態による導電構造物の断面図であり、図１９は、図１８に示した導電構造物の斜視図であり、図２０は、図１８に示した導電構造物の平面図である。
【０２０８】
図１８〜図２０を参照すると、基板６４上に絶縁膜６６が配置される。絶縁膜６６は基板６４上のコンタクト領域を露出させる開口部６８を含む。これとは異なって、開口部６８は基板６４の一部又は基板６４上に形成された導電性パターンを直接露出させることができる。
【０２０９】
本実施形態において、開口部６８は、コンタクトホール形状、トレンチの形状などのような多様な形状を有することができる。
【０２１０】
開口部６８の側壁と底面上にバリア金属膜パターン７０ａが配置される。バリア金属膜パターン７０ａは開口部６８のプロファイルに沿って均一に形成される。例えば、バリア金属膜パターン７０ａは、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物などを含む。これらは単独又は組み合わせて使用することができる。
【０２１１】
バリア金属膜パターン７０ａは金属パターン７２ｂに含まれた金属原子及び／又は金属イオンの拡散を防止する役割をする。バリア金属膜パターン７０ａは導電構造物と基板６４のコンタクト領域又は基板６４の間の接触面積を減少させて導電構造物が減少した接触抵抗を有する。
【０２１２】
開口部６８内のバリア金属膜パターン７０ａ上に金属パターン７２ｂが配置される。金属パターン７２ｂはシリンダー形状を有し、タングステンを含むことができる。金属パターン７２ｂの上部はリング形状を有する。一実施形態において、金属パターン７２ｂはシリンダーチューブ形状を有する。金属パターン７２ｂの上部表面はバリア金属膜パターン７０ａの上部表面より実質的に低く位置する。従って、金属パターン７２ｂは開口部６８内にだけ位置する。
【０２１３】
金属パターン７２ｂ上には金属酸化物パターン７６が配置される。金属酸化物パターン７６の外側下部は金属パターン７２ｂに接触する。金属酸化物パターン７６は金属パターン７２ｂの上部から延びて、金属酸化物パターン７６が絶縁膜６６上に突出する。金属酸化物パターン７６は、例えば、タングステン酸化物を含む。金属酸化物パターン７６は金属パターン７２ｂに比べて実質的に高い抵抗を有する。
【０２１４】
本実施形態において、金属酸化物パターン７６の上部は金属パターン７２ｂの上部と実質的に同じリング形状を有することができる。金属酸化物パターン７６の上部の幅も金属パターン７２ｂの上部の幅と実質的に同一である。金属酸化物パターン７６は金属パターン７２ｂを酸化させて生成される。金属酸化物パターン７６の上部がリング形状を有する場合、金属酸化物パターン７６の上部の面積は円形柱や多角形柱に比べて実質的に小さい。金属酸化物パターン７６は開口部６８の幅より実質的に小さい幅を有する。
【０２１５】
金属パターン７２ｂ上に開口部６８を完全に満たす充填膜パターン７４ａが配置される。従って、充填膜パターン７４ａの上部表面は絶縁膜６６の上部表面と実質的に同じ平面上に位置する。金属パターン７６の内側下部は充填膜パターン７４ａに接触する。
【０２１６】
本実施形態において、充填膜パターン７４ａは酸化反応が遅かったり又は殆ど酸化されなかったりする金属を含むことができる。例えば、充填膜パターン７４ａは、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物などからなる。これらは単独又は組み合わせて使われる。これとは異なって、充填膜パターン７４ａは、例えば、酸化物、窒化物、酸窒化物などの絶縁物質からなることができる。
【０２１７】
本実施形態において、バリア金属膜パターン７０ａ、金属パターン７２ｂ、及び充填膜パターン７４ａは共に導電領域に電気的に連結される導電パターンの役割をする。金属酸化物パターン７６は相対的に高い抵抗と小さい面積を有することから、金属酸化物パターン７６は加熱電極の役割を担うことができる。
【０２１８】
図２１及び図２２は、図１８に示した導電構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【０２１９】
図２１を参照すると、コンタクト領域が上部に形成された基板６４上に絶縁膜６６を形成する。絶縁膜６６を部分的にエッチングして、基板６４の導電領域を部分的に露出させる開口部６８を形成する。開口部６８は写真エッチング工程を通じて形成することができる。
【０２２０】
開口部６８の側壁と底面及び絶縁膜６６上にバリア金属膜７０を形成する。バリア金属膜７０は開口部６８と絶縁膜６６のプロファイルに沿って均一に形成される。開口部６８にバリア金属膜７０が形成されると、開口部６８の幅はバリア金属膜７０の厚さの約２倍程度に減少する。従って、バリア金属膜７０の厚さを調節して開口部６８の幅を調節することができる。その結果、開口部６８の幅を調節し、金属パターン７２ｂ及び金属酸化物パターン７６の幅を調節することができる。
【０２２１】
バリア金属膜７０上に金属膜７２を形成する。例えば、金属膜７２はタングステンを使って形成される。金属膜７２はバリア金属膜７０のプロファイルに沿って均一に形成される。金属膜７２は金属パターン７２ｂの上部幅に実質的に対応する厚さを有する。従って、金属パターン７２ｂの上部幅は金属膜７２の厚さを調節して変化させることができる。
【０２２２】
金属膜７２上に開口部６８を完全に満たしながら充填膜７４を形成する。充填膜７４は酸化が遅いか又は殆ど酸化されない物質を使って形成することができる。一実施形態において、充填膜７４はバリア金属膜７０と同じ物質を使って形成する。他の実施形態において、充填膜７４は、酸化物、窒化物、酸窒化物、有機物などの絶縁物質を使って形成することができる。
【０２２３】
図２２を参照すると、絶縁膜６６が露出するまで、金属膜７２、バリア金属膜７０、及び充填膜７４を部分的に除去する。金属膜７２、バリア金属膜７０、及び充填膜７４は化学機械的研磨工程及び／又はエチバック工程を通じて部分的に除去される。これに伴い、開口部６８内に、バリア金属膜パターン７０ａ、予備金属パターン７２ａ、及び充填膜パターン７４ａが形成される。バリア金属膜パターン７０ａと予備金属パターン７２ａはそれぞれシリンダー形状を有する。予備金属パターン７２ａ上の充填膜パターン７４ａは開口部６８を満たす。
【０２２４】
金属膜７２、バリア金属膜７０、及び充填膜７４を化学機械的研磨工程で除去する工程において、金属膜７２に比べて絶縁膜６６がより早く研磨される。従って、予備金属パターン７２ａ、バリア金属膜パターン７０ａ、及び充填膜パターン７４ａは絶縁膜６６上に突出する。例えば、予備金属パターン７２ａ、バリア金属膜パターン７０ａ、及び充填膜パターン７４ａの上部表面は絶縁膜６６上部表面より約１０Å以上の厚さで微細に突出する。
【０２２５】
図１８に示したように、予備金属パターン７２ａを酸素の雰囲気下で熱処理することによって、バリア金属膜パターン７０ａ上に金属パターン７２ｂ及び金属酸化物パターン７６を形成する。金属パターン７２ｂ及び金属酸化物パターン７６は図５を参照して説明した熱処理工程と実質的に同一又は実質的に類似の熱処理工程を通じて収得することができる。
【０２２６】
本実施形態において、予備金属パターン７２ａが部分的に酸化され、予備金属パターン７２ａより実質的に低い高さを有する金属パターン７２ｂが形成される。従って、金属パターン７２ｂは絶縁膜６６上部表面より実質的に低い高さを有するシリンダー形状を有する。金属酸化物パターン７６は金属パターン７２ｂから延長するシリンダー形状を有する。ここで、金属酸化物パターン７６の上部はリング形状を有し、絶縁膜６６上に突出する。一実施形態において、予備金属パターン７２ａの酸化程度を調節することによって、金属酸化物パターン７６の高さを調節することができる。
【０２２７】
本実施形態によれば、別途のタングステン蒸着工程及び／又はタングステン膜のエッチング工程を遂行せずに、シリンダー形状のタングステン酸化物パターンを形成することができる。タングステン酸化物パターンの下にはタングステンパターンと同じプラグ又はコンタクトが提供される。プラグ又はコンタクトはタングステン酸化物パターンより実質的に低い抵抗を有する。タングステンパターン及びタングステン酸化物パターンの厚さと幅を容易に調節することができるので、タングステンパターン及びタングステン酸化物パターンを含む導電構造物が多様な半導体メモリ装置によって望まれる水準の抵抗を有することができる。
【０２２８】
図２３は、本発明の第２実施形態による磁気メモリ装置の断面図である。図２３に示した磁気メモリ装置は、図１８を参照して説明した導電構造物と実質的に同一又は実質的に類似の構成を有する導電構造物を含む。図２３に示した磁気メモリ装置は、導電構造物を除くと、図６を参照して説明した磁気メモリ装置と実質的に同じ構成を有する。
【０２２９】
図２３を参照すると、半導体基板４００上にＭＯＳトランジスタ及びＭＯＳトランジスタを覆う第１絶縁膜４０８が配置される。第１絶縁膜４０８を貫通してコンタクトプラグ４１０が形成される。コンタクトプラグ４１０は不純物領域４０６に電気的に接触する。コンタクトプラグ４１０上には導電パターン４１２が配置される。
【０２３０】
第１絶縁膜４０８上には導電パターン４１２を覆う第２絶縁膜４１４が配置される。第２絶縁膜４１４を貫通して導電パターン４１２を部分的に露出させる開口部４１５が形成される。開口部４１５はコンタクトホール形状を有する。
【０２３１】
開口部４１５内には導電構造物が位置する。導電構造物は図１８を参照して説明した導電構造物と実質的に同一又は類似の形状を有する。導電構造物は、開口部４１５の側壁と底面上に形成された第１バリア金属膜パターン６１０、第１バリア金属膜パターン６１０上に形成された金属パターン６１２、金属パターン６１２上に形成された充填膜パターン６１４、そして金属パターン６１２から延長する金属酸化物パターン６１６を含む。
【０２３２】
金属パターン６１２と金属酸化物パターン６１６は、例えば、タングステンとタングステン酸化物をそれぞれ含む。金属パターン６１２はシリンダー形状を有し、充填膜パターン６１４は開口部４１５を満たす。金属酸化物パターン６１６は開口部４１５上に突出する。金属酸化物パターン６１６は金属パターン６１２を酸化させて形成される。従って、金属パターン６１２がタングステンを含む場合、金属酸化物パターン６１６はタングステン酸化物を含む。
【０２３３】
導電構造物において、金属パターン６１２、第１バリア金属膜パターン６１０、及び充填膜パターン６１４は共に磁気メモリ装置の下部電極コンタクトとして提供される。相対的に高い抵抗を有する金属酸化物パターン６１６は磁気メモリ装置の磁気トンネル接合構造物内の自由膜パターンを加熱させる加熱電極として提供される。
【０２３４】
第２絶縁膜４１４上には第３絶縁膜６１８が配置される。第３絶縁膜６１８は隣接する金属酸化物パターン６１６の間のギャップを満たす。第３絶縁膜６１８は高い緻密度と優秀なステップカバレッジを有する物質を含むことができる。例えば、第３絶縁膜６１８は高密度プラズマ−化学気相蒸着工程や原子層積層工程で収得されるシリコン酸化物で構成される。第３絶縁膜６１８と金属酸化物パターン６１６の上部表面は実質的に同一の平面上に位置する。第１バリア金属膜パターン６１０の上部表面は第３絶縁膜６１８によって覆われているため、第１バリア金属膜パターン６１０は露出しない。
【０２３５】
第３絶縁膜６１８上に磁気トンネル接合構造物が配置される。磁気トンネル接合構造物は図６を参照して説明した磁気トンネル接合構造物と実質的に同一又は類似の構造を有する。磁気トンネル接合構造物の自由膜パターン４２６は金属酸化物パターン６１６上に位置する。金属酸化物パターン６１６がリング形状を有する場合、自由膜パターン４２６と金属酸化物パターン６１６の間の接触面積が減少する。これによって、金属酸化物パターン６１６による自由膜パターン４２６の加熱効率がより一層高まることになる。金属酸化物パターン６１６の上部表面面積が減少することによって金属酸化物パターン６１６の上部表面の平坦度がより一層向上する。
【０２３６】
図６を参照して説明した工程と実質的に同一又は実質的に類似の工程を遂行して、第３絶縁膜６１８上に第４絶縁膜４３４、第５絶縁膜４３６、上部電極４３８、及びビットライン４４０を形成する。
【０２３７】
図２４及び図２５は、図２３に示した磁気メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。図２３に示した磁気メモリ装置は、導電構造物を除くと、図６を参照して説明した磁気メモリ装置と実質的に同一又は類似の構成を有する。従って、図２３に示した磁気メモリ装置を製造するための工程は、導電構造物を形成する工程を除くと、図７〜図１０を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似している。
【０２３８】
図７を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似の工程を遂行して、半導体基板４００上にトランジスタ、第１絶縁膜４０８、コンタクトプラグ４１０、及び導電パターン４１２を形成する。
【０２３９】
図２４を参照すると、第１絶縁膜４０８上に導電パターン４１２を覆う第２絶縁膜４１４を形成する。第２絶縁膜４１４を部分的に除去することによって、導電パターン４１２を少なくとも部分的に露出させる開口部４１５を形成する。
【０２４０】
図２１及び図２２を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似の工程を遂行することによって、開口部４１５を満たす導電構造物を形成する。導電構造物は、シリンダー形状を有するバリア金属膜パターン６１０、シリンダー形状を有する金属パターン６１２、開口部４１５内を満たす充填膜パターン６１４、そして金属パターン６１２から上部に延長する金属酸化物パターン６１６を含む。
【０２４１】
図２５を参照すると、第２絶縁膜４１４上に金属酸化物パターン６１６を覆う第３絶縁膜６１８を形成する。第３絶縁膜６１８は高い緻密度と優秀なステップカバレッジを有する物質を使って形成することができる。例えば、第３絶縁膜６１８は高密度プラズマ−化学気相蒸着工程又は原子層積層工程を通じて収得されて形成されたシリコン酸化物を含む。
【０２４２】
金属酸化物パターン６１６が露出するまで第３絶縁膜６１８を部分的に除去する。第３絶縁膜６１８は化学機械的研磨工程を通じて部分的に除去される。この場合、バリア金属膜パターン６１０は第３絶縁膜６１８を通じて露出しない。第３絶縁膜６１８が高い緻密度を有する場合、第３絶縁膜６１８を部分的に除去するための化学機械的研磨工程後、第３絶縁膜６１８及び金属酸化物パターン６１６は凹凸なしで均一な表面を有する。
【０２４３】
図２３に示したように、第３絶縁膜６１８及び金属酸化物パターン６１６上に磁気トンネル接合構造物を形成する。第３絶縁膜６１８上に磁気トンネル接合構造物を覆いながら第４絶縁膜４３４、第５絶縁膜４３６、上部電極４３８、及びビットライン４４０を形成する。磁気トンネル接合構造物、第４絶縁膜４３４、第５絶縁膜４３６、上部電極４３８、及びビットライン４４０を形成する工程は図１０を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似している。
【０２４４】
図２６は、本発明の第４実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。図２６に示した相変化メモリ装置は、図１又は図２２を参照して説明した導電構造物と実質的に同一又は類似の構成を有する導電構造物を含む。一実施形態において、図２６に示した相変化メモリ装置は、導電構造物を除くと、図１１を参照して説明した相変化メモリ装置と実質的に同一又は類似の構成を有する。
【０２４５】
図２６を参照すると、基板４９０上に第１絶縁膜４９４、Ｐ−Ｎダイオード５００、及び第２絶縁膜５０４が配置される。第１絶縁膜４９４はＰ−Ｎダイオード５００が位置する第１開口部４９６を含む。
【０２４６】
第２絶縁膜５０４を貫通して第２開口部５０５が形成される。第２開口部５０５はＰ−Ｎダイオード５００を部分的に露出させる。
【０２４７】
第２開口部５０５内には、第１バリア金属膜パターン６５０、金属パターン６５２、充填膜パターン６５４、及び金属酸化物パターン６５６が配置される。例えば、金属パターン６５２及び金属酸化物パターン６５６はそれぞれタングステン及びタングステン酸化物を含む。第１バリア金属膜パターン６５０、金属パターン６５２、充填膜パターン６５４、及び金属酸化物パターン６５６は図１８を参照して説明したバリア金属膜パターン７０ａ、金属パターン７２ｂ、充填膜パターン７４ａ、及び金属酸化物パターン７６と実質的に同じ構造を有する。金属酸化物パターン６５６は相変化構造物５１４を加熱する。
【０２４８】
第２絶縁膜５０４上には第３絶縁膜６６０が配置される。第３絶縁膜６６０は隣接する金属酸化物パターン６５６の間のギャップを満たす。
【０２４９】
相変化構造物５１４は金属酸化物パターン６５６及び第３絶縁膜６６０上に配置される。相変化構造物５１４は金属酸化物パターン６５６に接触する。金属酸化物パターン６５６がリング形状を有する場合、金属酸化物パターン６５６と相変化構造物５１４の間の接触面積が減少する。従って、ジュール加熱によって相変化構造物５１４内に容易に相転移が起きる。
【０２５０】
相変化構造物５１４上に、上部電極５１６、第４絶縁膜５１８、及び上部電極コンタクト５２２が配置される。
【０２５１】
本実施形態によれば、相変化メモリ装置は高いジュール加熱効率と減少したリセット電流を確保することができる。相変化メモリ装置のセット状態及びリセット状態での相変化構造物の抵抗散布が減少するため、相変化メモリ装置のセット状態及びリセット状態が明らかに区分される。
【０２５２】
図２６に示した相変化メモリ装置の製造過程において、図１２を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似の工程を遂行し、基板４９０上に第１絶縁膜４９４、Ｐ−Ｎダイオード５００、第２絶縁膜５０４、及び第２開口部５０５を形成する。この後、図２１及び図２２を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似の工程を遂行することによって、第２開口部５０５を満たしながら第２開口部５０５上に突出する導電構造物を形成する。
【０２５３】
第２絶縁膜５０４上に金属酸化物パターン６５６を覆う第３絶縁膜６６０を形成した後、化学機械的研磨工程を通じて第３絶縁膜６６０を部分的に除去することによって、金属酸化物パターン６５６を露出させる。
【０２５４】
図１１を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似の工程を遂行し、金属酸化物パターン６５６と第３絶縁膜６６０上に相変化構造物５１４、上部電極５１６、第４絶縁膜５１８、及び上部電極コンタクト５２２を形成する。
【０２５５】
図２７は、本発明の第４実施形態による導電構造物の断面図である。
【０２５６】
図２７を参照すると、基板６４上に絶縁膜６６が提供される。絶縁膜６６は基板６４の導電領域を露出させる開口部６８を含む。
【０２５７】
開口部６８の側壁上に絶縁物質で構成されたスペーサー８０が配置される。例えば、スペーサー８０は、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などを含む。一実施形態において、開口部６８の側壁上にはバリア金属膜パターンが形成されないことがある。これとは異なって、開口部６８内のスペーサー８０及び基板６４上にバリア金属膜パターンが配置されることがある。
【０２５８】
開口部６８内にシリンダー形状を有してタングステンを含む金属パターン８２が配置される。金属パターン８２は開口部６８及び基板６４のプロファイルに沿って均一に形成される。金属パターン８２上には充填膜パターン８４が配置される。充填膜パターン８４は開口部６８を満たす。金属パターン８２上にはタングステン酸化物を含む金属酸化物パターン８６が配置される。金属酸化物パターン８６は金属パターン８２から延長する。金属パターン８２、金属酸化物パターン８６、及び充填膜パターン８４はそれぞれ図１８を参照して説明した金属パターン７２ｂ、充填膜パターン７４ａ、及び金属酸化物パターン７６と実質的に同じ構造を有する。
【０２５９】
図２７に示した導電構造物を形成する過程において、基板６４上に絶縁膜６６を形成する。絶縁膜６６を部分的にエッチングして基板６４の一部を露出させる開口部６８を形成する。開口部６８は写真エッチング工程を通じて形成することができる。開口部６８の側壁上にスペーサー８０を形成する。
【０２６０】
スペーサー８０、基板６４、及び絶縁膜６６上に金属膜を形成する。金属膜は開口部６８のプロファイルに沿って均一に形成される。金属膜上に開口部６８を満たす充填膜を形成する。
【０２６１】
絶縁膜６６が露出するまで金属膜及びスペーサー８０を、化学機械的研磨工程を通じて部分的に除去する。これに伴い、開口部６８内に予備金属パターンが形成される。予備金属パターンを酸素の雰囲気下で熱処理することによって、開口部６８内にタングステンを含む金属パターン８２及びタングステン酸化物を含む金属酸化物パターン８６を形成する。その結果、図１８を参照して説明した導電構造物と実質的に同じ構成を有する導電構造物を収得することができる。
【０２６２】
本実施形態において、図２７に示した導電構造物は図６を参照して説明した磁気メモリ装置、図１１を参照して説明した相変化メモリ装置、図１３を参照して説明した相変化メモリ装置などに多様に適用することができる。
【０２６３】
図２８は、本発明の第５実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【０２６４】
図２８を参照すると、基板４９０上に第１絶縁膜４９４及びＰ−Ｎダイオード５００が配置される。第１絶縁膜４９４及びＰ−Ｎダイオード５００は図１１を参照して説明したものと実質的に同一である。
【０２６５】
第１絶縁膜４９４上にはタングステンを含む金属パターン５３０ａが配置される。金属パターン５３０ａはＰ−Ｎダイオード５００ｄに電気的に連結される。金属パターン５３０ａを覆う第２絶縁膜５０４が第１絶縁膜４９４上に配置される。
【０２６６】
金属パターン５３０ａ上にタングステン酸化物を含む金属酸化物パターン５３６が配置される。金属酸化物パターン５３６は金属パターン５３０ａから延び、シリンダー形状を有することができる。
【０２６７】
金属酸化物パターン５３６に接触する絶縁膜パターン５３４が形成される。金属酸化物パターン５３６がシリンダー形状を有する場合、絶縁膜パターン５３４は金属酸化物パターン５３６の内部を満たす。例えば、絶縁膜パターン５３４はシリコン酸化物と同じ酸化物を含む。これとは異なって、絶縁膜パターン５３４はシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を含む多層構造を有することもできる。
【０２６８】
絶縁膜パターン５３４及び第２絶縁膜５０４上に相変化構造物５１４が配置される。相変化構造物５１４は金属酸化物パターン５３６に接触する。相変化構造物５１４上には上部電極５１６と上部電極コンタクト５２２が配置される。
【０２６９】
図２９は、図２８に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【０２７０】
図２９を参照すると、図１２を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似の工程を遂行して、基板４９０上に素子分離膜パターン４９２、第１絶縁膜４９４、及びＰ−Ｎダイオード５００を形成する。
【０２７１】
Ｐ−Ｎダイオード５００上にタングステンを含む予備金属パターン５３０を形成して、第１絶縁膜４９４上に予備金属パターン５３０を覆う第２絶縁膜５０４を形成する。第２絶縁膜５０４を部分的にエッチングして予備金属パターン５３０を露出させる第２開口部５０５を形成する。
【０２７２】
第２開口部５０５の側壁及び底面上にスペーサー形成膜を形成する。スペーサー形成膜は、酸化物、窒化物、酸窒化物などを使って形成することができる。例えば、スペーサー形成膜は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などで形成される。スペーサー形成膜を、異方性エッチング工程を通じて部分的にエッチングすることによって、第２開口部５０５の側壁上に内側（ｉｎｎｅｒ）スペーサーを形成する。
【０２７３】
内側スペーサーが形成された第２開口部５０５に追加絶縁膜を形成する。追加絶縁膜は、例えば、酸化物、窒化物、又は酸窒化物を使って形成される。一実施形態において、追加絶縁膜はスペーサー形成膜に対してエッチング選択費を有する物質を使って形成される。例えば、スペーサー形成膜がシリコン窒化物を含む場合、追加絶縁膜はシリコン酸化物を含む。
【０２７４】
第２絶縁膜５０４及び内側スペーサーが露出するまで追加絶縁膜を部分的に除去する。追加絶縁膜は化学機械的研磨工程及び／又はエチバック工程を利用して部分的に除去される。
【０２７５】
第２開口部５０５から内側スペーサーを除去し、第２開口部５０５に第３開口部５３２を含む絶縁膜パターン５３４を形成する。絶縁膜パターン５３４はシリンダー形状を有する。内側スペーサーは等方性エッチング工程又は異方性エッチング工程を通じて除去される。絶縁膜パターン５３４はシリコン酸化物を含む。一実施形態において、第３開口部５３２の幅は絶縁膜パターン５３４の厚さによって変わる。
【０２７６】
図２８に示したように、第３開口部５３２を通じて露出する予備金属パターン５３０を酸化させて第３開口部５３２に金属酸化物パターン５３６を形成する。金属酸化物パターン５３６は第３開口部５３２を満たす。金属酸化物パターン５３６の形成と同時に予備金属パターン５３０から金属パターン５３０ａが形成される。即ち、酸化によって予備金属パターン５３０が部分的に消耗することによって、予備金属パターン５３０が金属パターン５３０ａに変化する。
【０２７７】
第２絶縁膜５０４が露出するまで絶縁膜パターン５３４及び金属酸化物パターン５３６を部分的に除去する。絶縁膜パターン５３４及び金属酸化物パターン５３６は、例えば、化学機械的研磨工程を通じて部分的に除去される。
【０２７８】
金属酸化物パターン５３６及び第２絶縁膜５０４上に相変化構造物５１４を形成する。相変化構造物５１４上に上部電極５１６及び上部電極コンタクト５２２を形成する。
【０２７９】
図３０は、図２８に示した相変化メモリ装置の他の製造方法を説明するための断面図である。
【０２８０】
図３０を参照すると、図１２を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似の工程を遂行し、基板４９０上に素子分離膜パターン４９２、第１絶縁膜４９４、及びＰ−Ｎダイオード５００を形成する。
【０２８１】
図２９を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似の工程を遂行することによって、タングステンを含む予備金属パターン５３０、第２絶縁膜５０４、及び第２開口部５０５を形成する。予備金属パターン５３０はＰ−Ｎダイオード５００に接触し、第２絶縁膜５０４は予備金属パターン５３０を覆う。第２開口部５０５は予備金属パターン５３０の上部表面を部分的に露出させる。
【０２８２】
第２開口部５０５の側壁と底面上に第１追加絶縁膜を形成した後、第１追加絶縁膜上に第２開口部５０５を完全に満たす第２追加絶縁膜を形成する。一実施形態において、第２追加絶縁膜は第１追加絶縁膜に対してエッチング選択比を有する物質を含む。第２絶縁膜５０４が露出するまで第１及び第２追加絶縁膜を部分的に除去する。
【０２８３】
第１及び第２追加絶縁膜を部分的にエッチングして第３開口部５３２を含む絶縁膜パターン５３４を形成する。絶縁膜パターン５３４は異方性エッチング工程を通じて形成される。絶縁膜パターン５３４はシリンダー形状を有する。第２開口部５０５に第１追加絶縁膜が部分的に残留することから、絶縁膜パターン５３４はシリコン窒化物及びシリコン酸化物を含む。即ち、絶縁膜パターン５３４は第１及び第２追加絶縁膜の残留部分を含む。
【０２８４】
図２８を参照して説明した工程と実質的に同一又は実質的に類似の工程を遂行し、絶縁膜パターン５３４上に金属パターン５３０ａ、タングステン酸化物を含む金属酸化物パターン５３６、相変化構造物５１４、上部電極５１６、及び上部電極コンタクト５２２を次々と形成する。
【０２８５】
図３１は、本発明の第６実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。図３１に示した相変化メモリ装置は、相変化構造物を除くと、図２８を参照して説明した相変化メモリ装置と実質的に同一又は類似の構成を有する。
【０２８６】
図３１を参照すると、相変化メモリ装置の相変化構造物５１４ａはタングステン酸化物を含む金属酸化物パターン５３６ａから延長する下部を含む。即ち、相変化構造物５１４ａはシリンダー形状を有する。相変化構造物５１４ａは第２絶縁膜５０４内に突出する。
【０２８７】
図３１に示した相変化メモリ装置を製造するための工程は図２９を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似している。
【０２８８】
図３１に示した相変化メモリ装置の製造過程において、第３開口部５３２を通じて露出したタングステンを含む予備金属パターンを酸化させて、タングステン酸化物を含む金属酸化物パターン５３６ａ及び金属パターン５３０ａを形成する。ここで、金属酸化物パターン５３６ａは第３開口部５３２を部分的に満たす。また、金属酸化物パターン５３６ａと金属パターン５３０ａは部分的に除去されない。
【０２８９】
第３開口部５３２を金属酸化物パターン５３６ａが部分的に満たすようにした後、相変化構造物５１４ａは金属酸化物パターン５３６ａ及び第２絶縁膜５０４上に第３開口部５３２を完全に満たすように形成される。
【０２９０】
本実施形態において、図２８に示した加熱電極として使われる導電構造物を、図６を参照して説明した磁気メモリ装置にも適用することができる。即ち、図６に示した磁気トンネル接合構造物に接触する導電構造物が図２８に示した導電構造物を代替することができる。
【０２９１】
図３２は、本発明の第５実施形態による導電構造物の断面図である。
【０２９２】
図３２を参照すると、基板９０上にタングステンを含む金属パターン９２ａが配置される。金属パターン９２ａはリセスが形成された上部を具備する。即ち、熱処理工程の工程条件を調節して、金属パターン９２ａの上部の中央部が金属パターン９２ａの上部の端の部分より早く酸化するようにする。金属パターン９２ａのリセスは、例えば、アーチ（ａｒｃｈ）形状のようにラウンド形状を有することができる。従って、金属パターン９２ａの上部のエッジの部分は金属パターン９２ａの上部の中央部より高く位置する。
【０２９３】
基板９０上に金属パターン９２ａを覆う絶縁膜９４が形成される。絶縁膜９４を貫通して開口部９６が形成される。開口部９６はリセスを有する金属パターン９２ａの上部表面を露出させる。
【０２９４】
金属パターン９２ａ上にタングステン酸化物を含む金属酸化物パターン９８が配置される。金属酸化物パターン９８は開口部９６を満たす。金属酸化物パターン９８は金属パターン９２ａから生成される。例えば、金属酸化物パターン９８は金属パターン９２ａを酸化させて形成される。
【０２９５】
図３３は、図３２に示した導電構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【０２９６】
図３３を参照すると、基板９０上にタングステンを含む金属膜を形成した後、金属膜をパターニングして基板９０上に予備金属パターン９２を形成する。基板９０上に予備金属パターン９２を覆う絶縁膜９４を形成する。
【０２９７】
絶縁膜９４を部分的にエッチングすることによって、予備金属パターン９２の少なくとも一部を露出させる開口部９６を形成する。開口部９６は写真エッチング工程を通じて形成することができる。
【０２９８】
図３２及び図３３を参照すると、開口部９６を通じて露出する予備金属パターン９２を酸素の雰囲気下で熱処理することによって、基板９０上に金属酸化物パターン９８及び金属パターン９２ａを形成する。金属酸化物パターン９８及び金属パターン９２ａはそれぞれタングステン酸化物及びタングステンを含む。
【０２９９】
金属酸化物パターン９８及び金属パターン９２ａを形成するための熱処理工程において、予備金属パターン９２が酸素と反応して開口部９６内の上方で膨張する。従って、開口部９６を満たす金属酸化物パターン９８が金属パターン９２ａ上に形成される。同時に、予備金属パターン９２の上部が酸化されることによって、予備金属パターン９２が金属パターン９２ａに変化する。熱処理工程の工程条件を調節することによって、予備金属パターン９２の上部の中央の部分が予備金属パターン９２の上部のエッジの部分より早く酸化される。これに伴い、金属パターン９２ａがラウンド形状のリセスが形成された上部を具備することができ、金属酸化物パターン９８は金属パターン９２ａのリセスに対応する突出部を含むことができる。
【０３００】
本実施形態において、金属酸化物パターン９８と絶縁膜パターン９４は平坦化工程を通じて平坦化される。例えば、金属酸化物パターン９８と絶縁膜パターン９４は化学機械的研磨工程を通じて平坦化される。
【０３０１】
図３４は、本発明の第３実施形態による磁気メモリ装置の断面図である。図３４に示した磁気メモリ装置は、図３２を参照して説明した導電構造物の導電パターン及び下部電極パターンと実質的に同じ構成を有する導電パターン及び下部電極コンタクトを含む。また、図３４に示した磁気メモリ装置は、導電パターン及び下部電極コンタクトを除くと、図６を参照して説明した磁気メモリ装置と実質的に同じ構成を有する。
【０３０２】
図３４を参照すると、第１絶縁膜４０８及びコンタクトプラグ４１０上に導電構造物が配置される。導電構造物は図３２を参照して説明した導電構造物と実質的に同一又は類似の構造を有することができる。
【０３０３】
導電構造物はタングステンを含む金属パターン４５０とタングステン酸化物を含む金属酸化物パターン４５４を具備する。金属パターン４５０はコンタクトプラグ４１０に接触する。金属パターン４５０はラウンド形状のリセス（ｒｅｃｅｓｓ）が形成された上部を含む。金属パターン４５０の上部エッジ（ｅｄｇｅ）は金属パターン４５０の上部中央部より実質的に高く位置する。
【０３０４】
金属パターン４５０を覆う第２絶縁膜４５２が第１絶縁膜４０８上に配置される。第２絶縁膜４５２を貫通する開口部４５３が提供される。開口部４５３は金属パターン４５０の上部の少なくとも一部を露出させる。
【０３０５】
タングステン酸化物を含む金属酸化物パターン４５４は金属パターン４５０上に配置される。金属酸化物パターン４５４は開口部４５３を満たす。金属酸化物パターン４５４は金属パターン４５０を酸化させて生成される。
【０３０６】
金属酸化物パターン４５４は磁気メモリ装置の磁気トンネル接合構造物を加熱させるための加熱電極の役割をする。金属酸化物パターン４５４は磁気メモリ装置の下部電極コンタクトの機能も遂行する。
【０３０７】
第２絶縁膜４５２上に磁気トンネル接合構造物、第３絶縁膜４３４ａ、第４絶縁膜４３６、上部電極４３８、及びビットライン４４０が配置される。
【０３０８】
図３４に示した磁気メモリ装置は、導電パターン及び下部電極パターンを除くと、図６を参照して説明した磁気メモリ装置と実質的に同一又は類似の構成を有する。従って、図３４に示した磁気メモリ装置は、導電パターン及び下部電極コンタクトを形成する工程を除くと、図７〜図１０を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似の工程を遂行して製造することができる。導電パターン及び下部電極コンタクトは図３２を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似の工程を通じて形成される。
【０３０９】
図３５は、本発明の第４実施形態による磁気メモリ装置の断面図である。図３５に示した磁気メモリ装置は、導電パターン及び下部電極コンタクトを除くと、図６を参照して説明した磁気メモリ装置と実質的に同一又は類似の構成を有する。図３５に示した磁気メモリ装置は、金属酸化物パターン側壁上のスペーサーを除くと、図３２を参照して説明した導電構造物の導電パターン及び下部電極コンタクトと実質的に同一又は類似の導電パターン及び下部電極コンタクトを含む。
【０３１０】
図３５を参照すると、第２絶縁膜４５２を貫通して形成された開口部４５３の側壁上にスペーサー４５５が提供される。スペーサー４５５は開口部４５３の幅を減少させ、これに伴い、タングステン酸化物を含む金属酸化物パターン４５６の上部幅が図３４を参照して説明した導電構造物に比べて相当減少する。
【０３１１】
図３５に示した磁気メモリ装置を製造するための工程は、図３４を参照して説明した磁気メモリ装置を製造するための工程と実質的に同一又は類似している。一実施形態において、第２絶縁膜４５２を貫通して開口部４５３を形成した後、開口部４５３の側壁上にスペーサー４５５を形成する。スペーサー４５５は、酸化物、窒化物、酸窒化物などを含むことができる。例えば、スペーサー４５５は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などを使用して形成される。
【０３１２】
図３６は、本発明の第７実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【０３１３】
図３６を参照すると、基板４９０上に第１絶縁膜４９４とＰ−Ｎダイオード５００が提供される。第１絶縁膜４９４上にはタングステンを含む金属パターン５０２ａが位置する。金属パターン５０２ａはＰ−Ｎダイオード５００に接触する。金属パターン５０２ａはラウンド形状のリセスを含む上部を有する。一実施形態において、金属パターン５０２ａのラウンド形状のリセスは後述する酸化工程を通じて形成する。
【０３１４】
第１絶縁膜４９４上に金属パターン５０２ａを覆う第２絶縁膜５５０が配置される。第２絶縁膜５５０を貫通する開口部５５３が形成される。開口部５５３は金属パターン５０２ａの少なくとも一部を露出させる。開口部５５３の側壁上にはスペーサー５５２が提供される。スペーサー５５２は絶縁物質を含み、開口部５５３内にスペーサー５５２が位置する場合、開口部５５３の幅を減少させることができる。
【０３１５】
スペーサー５５２が形成された開口部５５３内に位置する金属パターン５０２ａ上にはタングステン酸化物を含む金属酸化物パターン５５４が配置される。金属酸化物パターン５５４は金属パターン５０２ａを部分的に酸化させて金属パターン５０２ａから生成される。金属酸化物パターン５５４の上部表面は開口部５５３の上端より実質的に低く位置する。即ち、金属酸化物パターン５５４は開口部５５３を部分的に満たす。金属酸化物パターン５５４は相変化メモリ装置の下部電極コンタクトとして機能する。
【０３１６】
金属酸化物パターン５５４上に相変化構造物５５６が配置される。相変化構造物５５６は開口部５５３を満たして、開口部５５３内に突出する。相変化構造物５５６は開口部５５３内に位置する下部と開口部５５３上に突出した上部を含む。相変化構造物５５６の下部は相変化構造物５５６の上部より実質的に小さい幅を有する。
【０３１７】
相変化構造物５５６上に上部電極５１６、第３絶縁膜５１８ａ、及び上部電極コンタクト５２２が提供される。
図３７は、本発明の第６実施形態による導電構造物の断面図である。
【０３１８】
図３７に示した導電構造物は、タングステンを含む金属酸化物パターン９８ａが開口部９６を部分的に満たすという点を除くと、図３２を参照して説明した導電構造物と実質的に同一又は類似の構成を有する。
【０３１９】
図３７に示した導電構造物を形成するための工程は、図３３を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似している。一実施形態において、予備金属パターンに対して遂行される酸化工程の工程条件を調節することによって、金属酸化物パターン９８ａが開口部９６を部分的に埋めることができる。
【０３２０】
図３８は、本発明の第８実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【０３２１】
図３８を参照すると、基板８上に第１絶縁膜１０とＰ−Ｎダイオード１１が提供される。Ｐ−Ｎダイオード１１及び第１絶縁膜１０上には金属を含む導電パターン１２ａが配置される。導電パターン１２ａは低い抵抗を有する金属を含む。例えば、導電パターン１２ａはタングステンを含む。
【０３２２】
第１絶縁膜１０上に導電パターン１２ａを覆う第２絶縁膜パターン１４が形成される。第２絶縁膜パターン１４には第１開口部１６が形成される。第１開口部１６は導電パターン１２ａを少なくとも部分的に露出させる。第２絶縁膜パターン１４は酸化物又は窒化物を含む。例えば、第２絶縁膜パターン１４はシリコン窒化物又はシリコン酸化物を含む。
【０３２３】
本実施形態において、導電パターン１２ａはリセスが形成された上部を有する。導電パターン１２ａの上部のエッジは導電パターン１２ａの上部の中央に比べて実質的に高く位置する。一実施形態によると、熱処理工程の工程条件を調節することによって、予備金属パターンの上部の中央部が予備金属パターンの上部のエッジの部分より早く酸化される。
【０３２４】
第１開口部１６内には下部電極コンタクト１８が配置される。下部電極コンタクト１８は導電パターン１２ａから生成された金属酸化物を含む。下部電極コンタクト１８は第１開口部１６を満たす。
【０３２５】
本実施形態において、下部電極コンタクト１８は導電パターン１２ａを酸化させて収得される。例えば、第１開口部１６内の上方で導電パターン１２ａから金属酸化物が生成され、これに伴い、第１開口部１６内に下部電極コンタクト１８を形成する。導電パターン１２ａはラウンド形状の（ｒｏｕｎｄｅｄ）リセスを含み、下部電極コンタクト１８は導電パターン１２ａのラウンド形状のリセスに対応するラウンド形状の突出部を含む。下部電極コンタクト１８がラウンド形状の突出部を有して導電パターン１２ａがラウンド形状のリセスを有する場合、下部電極コンタクト１８の上部表面は導電パターン１２ａの上部表面からより離隔する。これに伴い、相変化構造物２２ａと下部電極コンタクト１８の間で発生する熱が拡散する現象を減少させることができる。即ち、相変化構造物２２ａはより向上したジュール加熱効率を確保することができる。
【０３２６】
本実施形態において、導電パターン１２ａはタングステンを含むことができ、これに伴い、下部電極コンタクト１８はタングステン酸化物を含む。
【０３２７】
第１開口部１６の側壁上にはスペーサー２０が配置される。スペーサー２０は下部電極コンタクト１８に接触する。第１開口部１６の幅はスペーサー２０の形成により減少する。従って、下部電極コンタクト１８と相変化構造物２２ａとの間の接触面積も減少する。スペーサー２０はシリコン窒化物と同じ窒化物やシリコン酸窒化物と同じ酸窒化物を含む。
【０３２８】
相変化構造物２２ａは第１開口部１６を満たしながら下部電極コンタクト１８上に配置される。一実施形態において、下部電極コンタクト１８上に提供されるスペーサー２０の接触面積に対応する広さ程下部電極コンタクト１８と相変化構造物２２ａとの間の接触面積が減少する。
【０３２９】
相変化構造物２２ａは加熱によりアモルファス状態と結晶質の状態で結晶構造が変化するカルコゲニド（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）化合物を含む。カルコゲニド化合物は結晶質状態で光学的反射度が相対的に高く、電気抵抗が相対的に低い。反面、カルコゲニド化合物はアモルファス状態では反射度が低く電気抵抗が高い。一実施形態において、カルコゲニド化合物は、ゲルマニウム−アンチモン−テルル（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ）合金を含む。第１開口部１６を満たす相変化構造物２２ａは第２絶縁膜パターン１４の上部に突出する。一実施形態において、相変化構造物２２ａの上部はその下部に比べて広い幅を有する。
【０３３０】
相変化構造物２２ａ上には上部電極２４が配置される。例えば、上部電極２４はチタン窒化物などの金属窒化物を含む。上部電極２４は相変化構造物２２ａの上部と実質的に同じ幅を有する。
【０３３１】
第２絶縁膜パターン１４上には第３絶縁膜パターン２６が形成される。第３絶縁膜パターン２６は上部電極２４と相変化構造物２２ａを覆う。第３絶縁膜パターン２６を貫通して第２開口部２８が形成される。第２開口部２８は上部電極２４を少なくとも部分的に露出させる。
【０３３２】
第２開口部２８内には上部電極コンタクト３０が配置される。上部電極コンタクト３０は、例えば、タングステンと同じ金属を含む。
【０３３３】
本実施形態によると、相変化メモリ装置は金属を導電パターンから生成された金属酸化物を含む下部電極コンタクトを具備する。一実施形態において、下部電極コンタクトは高い抵抗を有する。相変化メモリ装置が金属酸化物から構成された下部電極コンタクトを具備するため、相変化メモリ装置はジュール加熱効果が向上することによって減少したリセット電流を確保することができる。セット状態とリセット状態で相変化構造物の抵抗散布が微細であるため相変化メモリ装置のセット状態とリセット状態が明らかに区分される。一実施形態において、開口部内で相変化構造物の下に下部電極コンタクトが配置されることから、相変化構造物が位置する部分に形成された開口部が減少した縦横比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）を有する。従って、相変化構造物にボイド（ｖｏｉｄ）やシーム（ｓｅａｍ）が生成される現象を防止して相変化メモリ装置の動作不良を防止することができる。
【０３３４】
図３９〜図４４は、図３８に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【０３３５】
図３９を参照すると、基板８上に素子分離膜パターンと不純物領域８ａが形成される。素子分離膜パターンと不純物領域８ａを覆いながら基板８上に第１絶縁膜１０を形成する。第１絶縁膜１０は、例えば、シリコン酸化物と同じ酸化物を使って形成される。
【０３３６】
第１絶縁膜１０を貫通してＰ−Ｎダイオード１１を形成する。Ｐ−Ｎダイオード１１は不純物領域８ａに電気的に接触する。Ｐ−Ｎダイオード１１と第１絶縁膜１０上に予備導電パターン１２を形成する。予備導電パターン１２はＰ−Ｎダイオード１１に接触する、予備導電パターン１２は金属を含む。
【０３３７】
本実施形態において、予備導電パターン１２は低い抵抗を有する金属を含む。この場合、このような金属の酸化物は電気伝導性を有して、このような金属を酸化させる場合に上方に膨張する。例えば、予備導電パターン１２はタングステンと同じ金属を含む。
【０３３８】
予備導電パターン１２を覆いながら第２絶縁膜を第１絶縁膜１０上に形成する。第２絶縁膜はシリコン酸化物と同じ酸化物やシリコン窒化物などの窒化物を使って形成される。
【０３３９】
第２絶縁膜を部分的にエッチングして予備導電パターン１２を部分的に露出させる第１開口部１６を形成する。第１開口部１６はコンタクトホール形状を有する。第１開口部１６の形成によって第１絶縁膜１０上に第１開口部１６を含む第２絶縁膜パターン１４が形成される。
【０３４０】
図４０を参照すると、第１開口部１６を通じて予備導電パターン１２の露出した部分を酸素の雰囲気下で熱処理して、予備導電パターン１２上に下部電極コンタクト１８を形成する。例えば、予備導電パターン１２を酸素と反応させ、予備導電パターン１２の反応した部分が第１開口部１６の上方に向かって熱的に膨張することによって、下部電極コンタクト１８が形成される。下部電極コンタクト１８は第１開口部１６を部分的に埋める。
【０３４１】
本実施形態において、下部電極コンタクト１８は予備導電パターン１２の金属から生成された金属酸化物を含む。金属酸化物を含む下部電極コンタクト１８は予備導電パターン１２の抵抗より実質的に高い抵抗を有する。
【０３４２】
予備導電パターン１２を酸素の雰囲気下で熱処理する間、予備導電パターン１２の露出した部分が酸素と反応し続けることによって、予備導電パターン１２の上部表面に沿って下部電極コンタクト１８が側傍に拡張される。従って、予備導電パターン１２はその上部にリセスが形成された導電パターン１２ａに変化する。一実施形態において、導電パターン１２ａのリセスは傾斜した側壁を有する。下部電極コンタクト１８は導電パターン１２ａのリセス内に位置する側傍に拡張された部分を含む。例えば、下部電極コンタクト１８は先端が切断された矢印形状の断面を有する。
【０３４３】
上述のように、熱処理工程により導電パターン１２ａはリセスを有し、下部電極コンタクト１８は拡張された下部を有する。これに伴い、導電パターン１２ａと下部電極コンタクト１８との間のコンタクト領域が増加する。
【０３４４】
本実施形態において、熱処理工程は、プラズマ処理工程、急速熱処理（ＲＴＡ）工程などを適用できる。例えば、導電パターン１２ａ及び下部電極コンタクト１８はプラズマ処理工程又は急速熱処理工程によって形成される。これとは異なって、導電パターン１２ａと下部電極コンタクト１８はプラズマ処理工程と急所熱処理工程を次々と遂行して形成することもできる。
【０３４５】
本実施形態によれば、下部電極コンタクト１８の厚さは熱処理工程の工程条件を調節することによって変わる。例えば、下部電極コンタクト１８は導電パターン１２ａの上部表面から約２００Å〜約６００Å程度の厚さを有する。
【０３４６】
本実施形態において、導電パターン１２ａはタングステンを含み、下部電極コンタクト１８はタングステン酸化物を含む。酸素の雰囲気下で熱処理するとタングステンが酸化され、タングステン酸化物が急速に膨張する。タングステン酸化物はタングステンに比べて実質的に高い抵抗を有し、湿式エッチング工程に使われるエッチング溶液に対してエッチング抵抗性を有する。導電パターン１２ａ及び／又は下部電極コンタクト１８の適切な抵抗とエッチング抵抗性を確保するために、導電パターン１２ａと下部電極コンタクト１８はそれぞれタングステンとタングステン酸化物を含むことになる。
【０３４７】
本実施形態において、熱処理工程は酸素の雰囲気下で約４００℃〜約６００℃程度の温度で約１分〜約１０分の間に遂行される急速熱処理工程を含むことができる。これとは異なって、熱処理工程は酸素の雰囲気下で約２０Ｗ〜約１００Ｗ程度のパワーを印加しながら約１分〜約１０分程度遂行されるプラズマ処理工程を含むことができる。
【０３４８】
本実施形態において、第１開口部１６内に形成される下部電極コンタクト１８は膜の蒸着工程及び膜のエッチング工程を遂行せずに高い抵抗を有することができる。従って、下部電極コンタクト１８は単純な工程を通じて収得することができる。
【０３４９】
図４１を参照すると、第２絶縁膜パターン１４、第１開口部１６の側壁、及び下部電極コンタクト１８上にスペーサー形成膜を形成する。スペーサー形成膜はシリコン窒化物と同じ窒化物を使って形成される。スペーサー形成膜は第１開口部１６の幅を減少させる。従って、スペーサー形成膜の厚さを調節して第１開口部１６の幅を所定の値に減少させることができる。
【０３５０】
スペーサー形成膜を部分的にエッチングして第１開口部１６の側壁上にスペーサー２０を形成する。スペーサー２０は異方性エッチング工程を通じて形成される。スペーサー２０はスペーサー形成膜と実質的に同一又は類似の幅を有する。
【０３５１】
図４２を参照すると、第１開口部１６を満たしながら下部電極コンタクト１８とスペーサー２０上に相変化物質膜２２を形成する。相変化物質膜２２は、例えば、カルコゲニド化合物のゲルマニウム−アンチモン−テルル（ＧＳＴ）合金を使って形成される。
【０３５２】
スペーサー２０によって相変化物質膜２２と下部電極コンタクト１８の間の接触面積が減少する。これによって、相変化物質膜２２のジュール加熱（Ｊｏｕｌｅ ｈｅａｔｉｎｇ）によって相転移が起きる部分の面積が減少し、相変化メモリ装置のリセット電流（ｒｅｓｅｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）を減少させることができる。下部電極コンタクト１８が第１開口部１６内に位置することから、相変化物質膜２２が形成された第１開口部１６の縦横比が減少する。従って、相変化物質膜２２にボイド又はシームを発生させずに第１開口部１６内に相変化物質膜２２を容易に形成することができる。
【０３５３】
図４３を参照すると、相変化物質膜２２上に上部電極膜を形成する。上部電極膜は金属窒化物を含むことができる。例えば、上部電極膜はチタン窒化物を使って形成する。
【０３５４】
上部電極膜及び相変化物質膜２２をパターニングして相変化構造物２２ａ及び上部電極２４を形成する。相変化構造物２２ａは下部電極コンタクト１８と第１絶縁膜１４上に形成され、上部電極２４は相変化構造物２２ａ上に配置される。ここで、相変化構造物２２ａの下部は第１開口部１６内に位置し、相変化構造物２２ａの上部は第２絶縁膜パターン１４上に突出する。
【０３５５】
図４４を参照すると、上部電極２４と相変化構造物２２ａを覆いながら第２絶縁膜パターン１４上に第３絶縁膜を形成する。第３絶縁膜を部分的にエッチングして、上部電極２４を部分的に露出させる第２開口部２８を形成する。これに伴い、第３絶縁膜は第２開口部２８を含む第３絶縁膜パターン２６に変化する。例えば、第２開口部２８はコンタクトホール形状を有する。
【０３５６】
第２開口部２８内に導電物質を蒸着して、上部電極２４上に上部電極コンタクト３０を形成する。上部電極コンタクト３０は金属を含む。例えば、上部電極コンタクト３０はタングステンを含む。その結果、金属酸化物で構成された下部電極コンタクト１８を具備する相変化メモリ装置が提供される。
【０３５７】
図４５は、本発明の第９実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。図４５に示した相変化メモリ装置は、第１開口部の側壁上にスペーサーが配置されないという点を除くと、図３８を参照して説明した相変化メモリ装置と実質的に同一又は類似の構成を有する。
【０３５８】
図４５を参照すると、基板８上部に配置された第２絶縁膜パターン１４を貫通して形成された第１開口部１６内に下部電極コンタクト１８が提供される。下部電極コンタクト１８は第１開口部１６を部分的に満たし、金属酸化物を含む。
【０３５９】
下部電極コンタクト１８上には相変化構造物２２ａが配置される。相変化構造物２２ａは第１開口部１６を完全に満たす。相変化構造物２２ａの上部表面は第２絶縁膜パターン１４の上部表面より実質的に高く位置する。相変化構造物２２ａ上には上部電極２４が配置される。
【０３６０】
第２絶縁膜パターン１４上には上部電極２４を覆う第３絶縁膜パターン２６が形成され、上部電極２４と相変化構造物２２ａが第３絶縁膜パターン２６によって覆われる。
【０３６１】
第３絶縁膜パターン２６を貫通して第２開口部２８が形成される。第２開口部２８は上部電極２４を部分的に露出させる。第２開口部２８内には上部電極コンタクト３０が配置される。
【０３６２】
図４５に示した相変化メモリ装置は、相変化構造物２２ａの側壁上にスペーサーが備わらないために、下部電極コンタクト１８と相変化構造物２２ａとの間の接触面積が第１開口部１６の幅と実質的に同一である。従って、図４５に示した相変化メモリ装置は、要求される特性を確保しながらより簡単な工程を通じて製造することができる。
【０３６３】
図４６は、図４５に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【０３６４】
図４６に示した相変化メモリ装置の製造方法において、図３９及び図４０を参照して説明した工程と実質的に同一又は類似の工程を遂行し、図４０を参照して説明した結果と実質的に同じ構造を有する結果を形成する。
【０３６５】
図４６を参照すると、下部電極１８が形成された第１開口部１６を満たしながら第２絶縁膜パターン１４上に相変化物質膜２２を形成する。この場合、第１開口部１６側壁上にはスペーサーが形成されない。
【０３６６】
その後、図４３及び図４４を参照して説明した工程と実質的に同一又は実質的に類似の工程を遂行し、図３８に示した相変化メモリ装置と実質的に同じ構成を有する相変化メモリ装置を製造する。
【０３６７】
図４７は、本発明の第１０実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。図４７に示した相変化メモリ装置は単位セルがアレイ構造で配置される構成を有する。
【０３６８】
図４７を参照すると、素子分離領域１００ａ及びアクティブ領域が定義された基板１００上に第１絶縁膜パターン１０２が配置される。第１絶縁膜パターン１０２を貫通して第１開口部１０４が形成される。第１開口部１０４は相変化メモリ装置の単位セルが形成される基板１００の部分に選択的に形成される。第１開口部１０４は基板１００上に反復的に配置される。第１開口部１０４はそれぞれコンタクトホール形状を有する。第１開口部１０４は基板１００の所定の部分を露出させる。
【０３６９】
第１開口部１０４内にはそれぞれＰ−Ｎダイオード１０６が配置される。一実施形態において、第１開口部１０４内には垂直型Ｐ−Ｎダイオード１０６が配置される。例えば、垂直型Ｐ−Ｎダイオード１０６はそれぞれポリシリコンを含む。Ｐ−Ｎダイオード１０６は第１開口部１０４を部分的に埋める。例えば、Ｐ−Ｎダイオード１０６は第１開口部１０４の下部を満たす。
【０３７０】
Ｐ−Ｎダイオード１０６上には金属シリサイドパターン１０８が配置される。金属シリサイドパターン１０８はＰ−Ｎダイオード１０６と導電パターン１１０ａとの間のコンタクト抵抗を減少させる。例えば、金属シリサイドパターン１０８は、それぞれコバルトシリサイド、チタンシリサイド、ニッケルシリサイド、タングステンシリサイドなどを含む。
【０３７１】
導電パターン１１０ａは金属シリサイドパターン１０８上に配置される。導電パターン１１０ａはそれぞれ小さい抵抗を有する金属を含む。ここで、導電パターン１１０ａの上部表面は第１開口部１０４の上端より実質的に低く位置する。また、導電パターン１１０ａはそれぞれラウンド形状のリセスを含む上部を有する。即ち、導電パターン１１０ａの上部のエッジが導電パターン１１０ａの上部の中央より高く位置する。一実施形態において、導電パターン１１０ａはそれぞれタングステンを含む。
【０３７２】
導電パターン１１０ａ及び第１絶縁膜パターン１０２上に第２絶縁膜パターン１１２が配置される。例えば、第２絶縁膜パターン１１２はシリコン酸化物などの酸化物を含む。第２絶縁膜パターン１１２を貫通して第２開口部１１４が形成される。第２開口部１１４はそれぞれ導電パターン１１０ａを部分的に露出させる。各第２開口部１１４はコンタクトホール形状を有する。一実施形態において、第２開口部１１４は導電パターン１１０ａの幅より小さい幅を有する。
【０３７３】
第２開口部１１４内の導電パターン１１０ａ上には下部電極コンタクト１１６が配置される。下部電極コンタクト１１６はそれぞれ導電パターン１１０ａから生成される金属酸化物を含む。下部電極コンタクト１１６は第２開口部１１４を部分的に満たす。例えば、下部電極コンタクト１１６は第２開口部１１４の下部を満たす。
【０３７４】
下部電極コンタクト１１６は導電パターン１１０ａを酸化させて形成される。例えば、第２開口部１１４内の上方で導電パターン１１０ａから金属酸化物が成長し、金属酸化物を含む下部電極コンタクト１１６が第２開口部１１４内に形成される。導電パターン１１０ａはその上部にラウンド形状のリセスを有し、下部電極コンタクト１１６は導電パターン１１０ａのラウンド形状のリセスに対応するラウンド形状の突出部を含む。一実施形態において、導電パターン１１０ａはそれぞれタングステンを含み、下部電極コンタクト１１６はそれぞれタングステン酸化物を含む。
【０３７５】
第２開口部１１４の側壁上にスペーサー１１８が配置される。スペーサー１１８は下部電極コンタクト１１６に接触する。スペーサー１１８の形成により第２開口部１１４は減少した幅を有する。スペーサー１１８はそれぞれ窒化物又は酸窒化物を含む。例えば、スペーサー１１８はそれぞれシリコン窒化物又はシリコン酸窒化物を含む。
【０３７６】
下部電極コンタクト１１６上には第２開口部１１４を満たしながら相変化構造物１２０が配置される。相変化構造物１２０はカルコゲニド化合物を含むことができる。第２開口部１１４を満たす相変化構造物１２０の上部表面と第２絶縁膜パターン１１２の上部表面は実質的に同じ平面上に位置する。従って、相変化構造物１２０は第２絶縁膜パターン１１２上に突出しない。
【０３７７】
相変化構造物１２０上に上部電極１２２が配置される。上部電極１２２はそれぞれチタン窒化物と同じ金属酸化物を含むことができる。上部電極１２２は相変化構造物１２０より実質的に大きな幅を有する。
【０３７８】
第２絶縁膜パターン１１２上に第３絶縁膜パターン１２４が配置される。第３絶縁膜１２４は上部電極１２２と相変化構造物１２０を覆う。第３絶縁膜パターン１２４には上部電極１２２を部分的に露出させる第３開口部１２６が形成される。第３開口部１２６内には上部電極コンタクト１２８が配置される。例えば、上部電極コンタクト１２８はそれぞれタングステンと同じ金属からなる。図４７に示した相変化メモリ装置は第１及び第２開口部１０４、１１４に単位セルが配置されるアレイ構造を有する。
【０３７９】
図４８〜図５１は、図４７に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【０３８０】
図４８を参照すると、基板１００に対してシャロートレンチ（ｓｈａｌｌｏｗ ｔｒｅｎｃｈ）素子分離工程などのような素子分離工程を遂行して、基板１００に素子分離領域１００ａ及びアクティブ領域を定義する。アクティブ領域及び素子分離領域１００ａを含む基板１００上に酸化膜を形成する。酸化膜を部分的にエッチングして第１開口部１０４を形成しながら酸化膜を第１絶縁膜パターン１０２に変化させる。第１開口部１０４は相変化メモリ装置の単位セルが形成される部分の基板１００に形成される。
【０３８１】
第１絶縁膜パターン１０２の第１開口部１０４内にＰ−Ｎダイオード１０６を形成する。Ｐ−Ｎダイオード１０６はそれぞれポリシリコンを含み、垂直型構造を有する。
【０３８２】
Ｐ−Ｎダイオード１０６を形成する過程において、第１開口部１０４内にポリシリコン膜を形成した後、ポリシリコン膜を部分的にエッチングしてＰ−Ｎダイオード１０６を形成する。従って、Ｐ−Ｎダイオード１０６は第１開口部１０４内に位置する。一実施形態において、第１開口部１０４内のポリシリコン膜の下部にはＮ型不純物がドーピングされ、ポリシリコン膜の上部にはＰ型不純物が注入される。
【０３８３】
Ｐ−Ｎダイオード１０６上に金属シリサイドパターン１０８を形成する。金属シリサイドパターン１０８は、Ｐ−Ｎダイオード１０６上に金属膜を形成した後、Ｐ−Ｎダイオード１０６と金属膜を熱処理して形成される。即ち、金属シリサイドパターン１０８は金属膜内の金属とＰ−Ｎダイオード１０６内のシリコンとの間の反応により形成される。金属シリサイドパターン１０８は、それぞれコバルトシリサイド、チタンシリサイド、タングステンシリサイド、ニッケルシリサイドなどを含む。
【０３８４】
金属シリサイドパターン１０８上に予備導電パターン１１０を形成する。予備導電パターン１１０は第１開口部１０４を埋める。予備導電パターン１１０はそれぞれ金属を含む。例えば、予備導電パターン１１０はタングステンを含む。
【０３８５】
予備導電パターン１１０を形成する過程において、第１開口部１０４を満たしながら金属シリサイドパターン１０８と第１絶縁膜パターン１０２上に金属膜を形成した後、第１絶縁膜パターン１０２が露出するまで金属膜を部分的に除去して予備導電パターン１１０を形成する。この場合、金属膜は化学機械的研磨工程で部分的に除去される。
【０３８６】
図４９を参照すると、予備導電パターン１１０を覆いながら第１絶縁膜パターン１０２上に第２絶縁膜を形成する。第２絶縁膜はシリコン酸化物と同じ酸化物を使って形成される。
【０３８７】
第２絶縁膜を部分的にエッチングして予備導電パターン１１０を部分的に露出させる第２開口部１１４を形成しながら、第２絶縁膜を第２絶縁膜パターン１１２に変化させる。第２開口部１１４は写真エッチング工程を利用して形成することができる。一実施形態において、第１開口部１１４は予備導電パターン１１０の幅より実質的に小さい幅を有する。
【０３８８】
図５０を参照すると、第２開口部１１４を通じて露出する予備導電パターン１１０を酸素の雰囲気下で熱処理することによって、予備導電パターン１１０上に下部電極コンタクト１１６を形成する。下部電極コンタクト１１６は第２開口部１１４を部分的に埋める。
【０３８９】
下部電極コンタクト１１６を形成する過程において、予備導電パターン１１０の上部が酸素と反応し、これに伴い、第１開口部１１４内で金属酸化物が上方に成長する。この時、予備導電パターン１１０は導電パターン１１０ａに変化する。下部電極コンタクト１１６は導電パターン１１０ａに比べて実質的に高い抵抗を有する。予備導電パターン１１０がタングステンを含む場合、下部電極コンタクト１１６はタングステン酸化物を含む。
【０３９０】
予備導電パターン１１０を熱処理すると、導電パターン１１０ａはラウンド形状のリセスが形成された上部を有する反面、下部電極コンタクト１１６は導電パターン１１０ａのリセスに対応してラウンド形状の突出部が形成された下部を有することになる。導電パターン１１０ａ及び下部電極コンタクト１１６は図３６を参照して説明した工程と実質的に同一又は実質的に類似の工程を通じて収得される。
【０３９１】
図５１を参照すると、第２開口部１１４の側壁上にスペーサー１１８を形成する。第２開口部１１４を満たしながら下部電極コンタクト１１６上に相変化物質膜を形成する。例えば、相変化物質膜は、ゲルマニウム−アンチモン−テルル（ＧＳＴ）のようなカルコゲニド化合物を使って形成される。
【０３９２】
第２絶縁膜パターン１１２が露出するまで相変化物質膜を部分的に除去することによって、第２開口部１１４内に相変化構造物１２０を形成する。相変化構造物１２０の上部表面と第２絶縁膜パターン１１２の上部表面は実質的に同じ平面に位置する。
【０３９３】
図４７に示したように、相変化構造物１２０と第２絶縁膜パターン１１２上に上部電極膜を形成する。上部電極膜をパターニングして、相変化構造物１２０上に上部電極１２２を形成する。
【０３９４】
上部電極１２２を覆う第３絶縁膜を第２絶縁膜パターン１１２上に形成する。第３絶縁膜を部分的にエッチングして上部電極１２２を部分的に露出させる第３開口部１２６を形成する。これに伴い、第３絶縁膜は第３絶縁膜パターン１２４に変化する。例えば、第３開口部１２６はそれぞれコンタクトホール形状を有する。
【０３９５】
第３開口部１２６内に導電物質を蒸着し、上部電極１２２上の第３開口部１２６内に上部電極コンタクト１２８を形成する。上部電極コンタクト１２８はそれぞれ金属を使って形成される。例えば、上部電極コンタクト１２８はタングステンを含む。
【０３９６】
図５２は、本発明の第１１実施形態による相変化メモリ装置の斜視図である。図５２に示した相変化メモリ装置は、下部電極コンタクト、相変化構造物、及び第２絶縁膜パターンを含む垂直に積層された構造物を除くと、図４７を参照して説明した相変化メモリ装置と実質的に同一又は実質的に類似の構成を有する。
【０３９７】
図５２を参照すると、下部電極コンタクト１１６及び相変化構造物１２０を含む垂直積層構造物は四角形状の上部表面を有し、基板１００上にダッシュ形状（ｄａｓｈｅｄ ｓｈａｐｅ）で反復的に配置される。従って、基板１００の非常に狭い面積内に多数の垂直積層構造物が提供される。
【０３９８】
第２絶縁膜パターン１１２は下部電極コンタクト１１６と相変化構造物１２０を囲む。第２絶縁膜パターン１１２は、例えば、シリコン窒化物と同じ窒化物を含む。
【０３９９】
本実施形態において、第２開口部１６０が十分に小さい幅を有するので、図５２に示したように、下部電極コンタクト１１６と第２開口部１６０の側壁上にはスペーサーが提供されない。これとは異なって、下部電極コンタクト１１６と第２開口部１６０の側壁上に追加的なスペーサーが位置することもできる。
【０４００】
図５３〜図５８は、図５２に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための斜視図である。
【０４０１】
図５３を参照すると、図５１を参照して説明した工程と実質的に同一又は実質的に類似の工程を遂行して図５２に示した結果を形成する。
【０４０２】
予備導電パターン１１０及び第１絶縁膜パターン１０２上に第１追加絶縁膜を形成する。第１追加絶縁膜はシリコン窒化物と同じ窒化物を使って形成する。
【０４０３】
第１追加絶縁膜を部分的にエッチングして予備導電パターン１１０を露出させる第１トレンチ１５０を形成する。第１トレンチ１５０はそれぞれ第１方向に沿って延長する。これに伴い、第１絶縁膜パターン１０２上に第１トレンチ１５０を含む第１追加絶縁膜パターン１５２が形成される。
【０４０４】
第１トレンチ１５０内の予備導電パターン１１０上に第２追加絶縁膜を形成する。第２追加絶縁膜は第１追加絶縁膜パターン１５２に対して高いエッチング選択比を有する物質を使って形成される。例えば、第２追加絶縁膜はシリコン酸化物と同じ酸化物を使って形成される。
【０４０５】
第１追加絶縁膜パターン１５２が露出するまで第２追加絶縁膜を部分的に除去する。第２追加絶縁膜は化学機械的研磨工程及び／又はエチバック工程を利用して除去される。これに伴い、第１追加絶縁膜パターン１５２の間に第２追加絶縁膜パターン１５４が形成される。第２追加絶縁膜パターン１５４はそれぞれ第１方向に対して実質的に直交する第２方向に沿って延長する。
【０４０６】
第１及び第２追加絶縁膜パターン１５２、１５４上にマスクパターンを形成する。マスクパターンは第１方向に対して実質的に垂直な第２方向に延長する。マスクパターンはそれぞれライン形状を有する。また、マスクパターンは第１及び第２追加絶縁膜パターン１５２、１５４上で規則的に反復するように配置される。
【０４０７】
図５４を参照すると、マスクパターンをエッチングマスクとして利用し、第１絶縁膜パターン１０２が露出するまで第１及び第２追加絶縁膜パターン１５２、１５４を部分的にエッチングする。第１及び第２追加絶縁膜パターン１５２、１５４を部分的にエッチングすることによって、第１絶縁膜パターン１０２上に第２トレンチ１５６が形成される。この時、予備導電パターン１１０は露出しない。第１及び第２追加絶縁膜パターン１５２、１５４は各々円形又は多角形の柱形状を有する。
【０４０８】
図５５を参照すると、第１及び第２追加絶縁膜パターン１５２、１５４上に第３追加絶縁膜を形成する。例えば、第３追加絶縁膜はシリコン窒化物などの窒化物を使って形成される。第１及び第２追加絶縁膜パターン１５２、１５４が露出するまで第３追加絶縁膜を部分的に除去することによって、第２トレンチ１５６内に第３追加絶縁膜パターン１５８を形成する。
【０４０９】
第３追加絶縁膜パターン１５８を形成すると、実質的に同じ物質を含む第１及び第３追加絶縁膜パターン１５２、１５８が第１及び第３追加絶縁膜パターン１５２、１５８と異なった物質を含む第２追加絶縁膜パターン１５４を包むように配置される。
【０４１０】
図５６を参照すると、第１絶縁膜パターン１０２まで第２追加絶縁膜パターン１５４を選択的に除去して、第１及び第２追加絶縁膜パターン１５２、１５８の間に第２開口部１６０を形成する。第２開口部１６０は予備導電パターン１１０を部分的に露出させる。その結果、第１絶縁膜パターン１０２上に第２絶縁膜パターン１１２が提供される。第２絶縁膜パターン１１２は、第１追加絶縁膜パターン１５２、第３追加絶縁膜パターン１５８、及び第２開口部１６０を含む。第２開口部１６０はそれぞれコンタクトホール形状を有する。また、第２開口部１６０は第１方向及び第２方向に沿って延長する。
【０４１１】
本実施形態において、第２追加絶縁膜パターン１５４は湿式エッチング工程又は乾式エッチング工程を通じて除去される。乾式エッチング工程の間プラズマによって第１及び第３追加絶縁膜パターン１５２、１５８がエッチング損傷を受けることを防止するために、第２追加絶縁膜パターン１５４を、湿式エッチング工程を通じて除去することが有利である。
【０４１２】
本実施形態によれば、第２開口部１６０が写真エッチング工程によって形成される従来のコンタクトホールより実質的に小さい幅を有することができる。第２開口部１６０は平面上にダッシュ構造（ｄａｓｈ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する。
【０４１３】
図５７を参照すると、酸化工程を通じて予備導電パターン１１０を部分的に酸化させて、予備導電パターン１１０から生成された金属酸化物を第２開口部１６０内で上方に成長させる。これに伴い、第２開口部１６０内に下部電極コンタクト１１６が形成される。酸化工程において、予備導電パターン１１０はラウンド形状のリセスが形成された上部を有する導電パターン１１０ａに変わることになり、下部電極コンタクト１１６は導電パターン１１０ａがリセスに対応するラウンド形状の突出部を含む。導電パターン１１０ａ及び下部電極コンタクト１１６は、図４０を参照して説明した工程と実質的に同一又は実質的に類似の工程を通じて収得される。
【０４１４】
図５８を参照すると、下部電極コンタクト１１６上に第２開口部１６０を満たす相変化物質膜を形成した後、第２絶縁膜パターン１１２が露出するまで相変化物質膜を部分的に除去する。これに伴い、下部電極コンタクト１１６上に第２開口部１６０を満たす相変化構造物１２０が形成される。
【０４１５】
本実施形態において、第２開口部１６０が相対的に小さい幅を有するので、第２開口部１６０の側壁上にスペーサーが形成されない。しかし、第２開口部１６０の幅を調節するように第２開口部１６０の側壁上に追加的にスペーサーを形成することもできる。
【０４１６】
図５２に示したように、相変化構造物１２０上に上部電極１２２を形成する。また、上部電極１２２を覆いながら第３開口部を有する第３絶縁膜１２４を第２絶縁膜パターン１１２上に形成する。第３開口部内の上部電極１２２上に上部電極コンタクト１２８を形成する。従って、高い集積度を有する相変化メモリ装置を製造することができる。
【０４１７】
図５９は、本発明の第１２実施形態による相変化メモリ装置の断面図である。
【０４１８】
図５９を参照すると、基板１９０上に第１絶縁膜１９２及びＰ−Ｎダイオード１９４が提供される。第１絶縁膜１９２上に第２絶縁膜パターン２０２が形成される。第２絶縁膜パターン２０２はＰ−Ｎダイオード１９４を露出させる第１開口部２０４を含む。第２絶縁膜パターン２０２はシリコン窒化物と同じ窒化物やシリコン酸化物などの酸窒化物を含む。
【０４１９】
第１開口部２０４を部分的に満たす第１下部電極コンタクト２０６ａがＰ−Ｎダイオード１９４上に配置される。第１下部電極コンタクト２０６ａは金属を含む。第１開口部２０４を満たす第２下部電極コンタクト２０８ａが第１下部電極コンタクト２０６ａ上に配置される。第２下部電極コンタクト２０８ａは第１下部電極コンタクト２０６ａに含まれた金属から生成される金属酸化物を含む。一実施形態において、第１下部電極コンタクト２０６ａはタングステンを含み、第２下部電極コンタクト２０８ａはタングステン酸化物を含む。
【０４２０】
第２絶縁膜パターン２０２及び第２下部電極コンタクト２０８ａ上には相変化構造物２１０が配置される。相変化構造物２１０上には上部電極２１２が配置される。例えば、上部電極２１２は金属窒化物を含む。
【０４２１】
上部電極２１２を覆う第３絶縁膜パターン２１４が第２絶縁膜パターン２０２上に配置される。第３絶縁膜パターン２１４を貫通して第２開口部が提供される。第２開口部は上部電極２１２を部分的に露出させる。第２開口部内の上部電極２１２上には上部電極コンタクト２１６が配置される。
【０４２２】
本実施形態によれば、相変化構造物２１０に接触する第２下部電極コンタクト２０８ａが高い抵抗を有するため、相変化メモリ装置は改善された動作の特性を有することができる。
【０４２３】
図６０〜図６２は、図５９に示した相変化メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【０４２４】
図６０を参照すると、基板１９０上に第１絶縁膜１９２とＰ−Ｎダイオード１９４を形成する。Ｐ−Ｎダイオード１９４は第１絶縁膜１９２を貫通して基板１９０上に形成される。第１絶縁膜１９２上に第２絶縁膜を形成した後、第２絶縁膜を部分的に除去する。これに伴い、第１絶縁膜１９２上には第１開口部２０４を含む第２絶縁膜パターン２０２が形成される。第１開口部２０４はＰ−Ｎダイオード１９４を露出させる。
【０４２５】
第１開口部２０４を満たしながらＰ−Ｎダイオード１９４と第２絶縁膜パターン２０２上に第１金属膜を形成する。第１金属膜はタングステンを使って形成される。第１金属膜を部分的に除去して第１開口部２０４内に予備下部電極コンタクト２０６を形成する。予備下部電極コンタクト２０６の上部表面は第１開口部２０４の上端より実質的に低く位置する。これとは異なって、予備下部電極コンタクト２０６の上部表面と第１開口部２０４の上端は実質的に同じ平面上に位置することもできる。
【０４２６】
図６１を参照すると、予備下部電極コンタクト２０６を、酸素を含む雰囲気下で熱処理し、予備下部電極コンタクト２０６を第１下部電極コンタクト２０６ａに変化させながら第１下部電極コンタクト２０６ａ上に予備第２下部電極コンタクト２０８を形成する。予備第２下部電極コンタクト２０８は予備下部電極コンタクト２０６に含まれた金属から生成される金属酸化物を含む。
【０４２７】
本実施形態において、予備下部電極コンタクト２０６が酸化されて第２予備下部電極コンタクト２０８が形成されることから、第１下部電極コンタクト２０６ａは第１開口部２０４の上端に比べて実質的に低い上部表面を有する。第２予備下部電極コンタクト２０８は予備下部電極コンタクト２０６に対して遂行される酸化工程によって第１開口部２０４から突出する。即ち、予備下部電極コンタクト２０６の上部表面が第１開口部２０４の上端と実質的に同一又は実質的に低い位置に位置するため、予備下部電極コンタクト２０６から金属酸化物が等方性で（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃａｌｌｙ）成長することによって予備第２下部電極コンタクト２０８は第１開口部２０４から突出する。
【０４２８】
図６２を参照すると、第２絶縁膜パターン２０２が露出するまで予備第２下部電極コンタクト２０８を部分的に除去することによって、第１開口部２０４を満たす第２下部電極コンタクト２０８ａを第１下部電極コンタクト２０６ａ上に形成する。
【０４２９】
図５９に示したように、第２下部電極コンタクト２０８ａを覆いながら第２絶縁膜パターン２０２上に相変化物質膜及び上部電極膜を形成する。相変化物質膜及び上部電極膜をパターニングして第２下部電極コンタクト２０８ａ及び第２絶縁膜パターン２０２上に相変化構造物２１０と上部電極２１２を形成する。
【０４３０】
上部電極２１２を覆いながら第２絶縁膜パターン２０２上に第２開口部を含む第３絶縁膜パターン２１４を形成する。第２開口部は上部電極２１２を部分的に露出させる。第２開口部を満たしながら上部電極２１２上に上部電極コンタクト２１６を形成する。
【０４３１】
図６３は、本発明の一実施形態による広帯域移動通信が可能な移動通信端末器ネットワークを具備する広帯域通信システムの概略図である。
【０４３２】
図６３を参照すると、広帯域移動通信システム２５０は、センサーモジュール２５２、位置追跡システム（ＧＰＳ）２５４、及び移動通信端末器２５６を含む。広帯域移動通信システム２５０はデータサーバー２５８及び基地局２６０と互いに通信することができる。移動通信端末器２５６はデータサーバー２５８及び基地局２６０が数多くのデータを受信／送信することから高速通信速度と高いデータ信頼性が要求される。
【０４３３】
移動通信端末器２５６は本発明の上記実施形態による抵抗メモリ装置のうちの少なくとも一つを具備することができる。抵抗メモリ装置は上述した実施形態による磁気メモリ装置及び／又は相変化メモリ装置を含むことができる。本発明の上記実施形態による抵抗メモリ装置は、低い駆動電圧、高速動作、及び高いデータ信頼性を確保できるため、移動通信端末器２５６に充分に適用することができる。
【０４３４】
本実施形態による抵抗メモリ装置は、例えば、ＵＳＢメモリ、ＭＰ３プレーヤー、デジタルカメラ、メモリカードなどの多様な電気及び電子装置に使うことができる。
【０４３５】
＜コンタクト構造物の抵抗評価＞
本実施形態による抵抗メモリ装置は、下部電極コンタクトが大きな抵抗を有するため高いジュール加熱効率を確保することができる。次のサンプル及び比較サンプルは抵抗メモリ装置に含まれる下部電極コンタクト構造物の抵抗を比較するために製造した。
【０４３６】
＜サンプル１〜サンプル８＞
図６４は、サンプル１〜サンプル８によるコンタクト構造物を示す断面図である。
【０４３７】
図６４に示したように、基板３００上に開口部を含む絶縁膜パターン３０２を形成した。開口部内にコンタクトプラグ３０８を形成した。コンタクトプラグ３０８はタングステンパターン３０４とタングステン酸化物パターン３０６を具備した。タングステン酸化物パターン３０６はタングステンパターン３０４を急速熱処理工程で熱処理して収得した。
【０４３８】
サンプル１〜サンプル８によるコンタクトプラグ３０８の直径は互いに相違する。次の表１にはサンプル１〜サンプル８によるコンタクトプラグ３０８の直径が記載されている。サンプル１〜サンプル８によるコンタクトプラグ３０８は上述の抵抗メモリ装置の導電構造物と実質的に同じ構成を有する。
【０４３９】
＜比較サンプル１１〜比較サンプル１８＞
図６５は、比較サンプル１１〜比較サンプル１８によるコンタクト構造物を示す断面図である。
【０４４０】
図６５に示したように、基板３００上に開口部を含む絶縁膜パターン３０２を形成した。開口部内にコンタクトプラグ３１２を形成した。コンタクトプラグ３１２は、タングステンパターン３０４とタングステンパターン３０４上に形成されたタングステン窒化物パターン３１０を具備した。比較サンプル１１〜比較サンプル１８によるコンタクトプラグ３１２の直径は互いに相違する。次の表１には比較サンプル１１〜比較サンプル１８によるコンタクトプラグ３１２の直径を示している。
【０４４１】
＜比較サンプル２１〜比較サンプル２８＞
図６６は、比較サンプル２１〜比較サンプル２８によるコンタクト構造物を示す断面図である。
【０４４２】
図６６に示したように、基板３００上に開口部を含む絶縁膜パターン３０２を形成した。開口部内にタングステンを含むコンタクトプラグ３１４を形成した。比較サンプル２１〜比較サンプル２８によるコンタクトプラグ３１４の直径は互いに異なる。次の表１には比較サンプル２１〜比較サンプル２８によるコンタクトプラグ３１４の直径を示している。
【０４４３】
【表１】

【０４４４】
図６７は、各サンプル及び比較サンプルによるコンタクト構造物の抵抗を示すグラフである。図６７において、参照符号３２０はサンプル１〜サンプル８で測定した抵抗を示し、参照符号３２２は比較サンプル１１〜比較サンプル１８で測定した抵抗を示し、参照符号３２４は比較サンプル２１〜比較サンプル２８で測定した抵抗を示す。
【０４４５】
図６７に示したように、サンプル及び比較サンプルにより同じ直径を有するコンタクト構造物で抵抗を測定した結果、サンプル１〜サンプル８によるコンタクト構造物の抵抗が相対的に高かった。例えば、約１３０ｎｍの直径を有する比較サンプル１１及び比較サンプル２１によるコンタクト構造物の抵抗がそれぞれ約１，３８０Ω及び約１，３１０Ωである反面、約１３０ｎｍの直径を有するサンプル１によるコンタクト構造物の抵抗は約１，４８０Ωであり、比較サンプル１１より約１００Ω程度高いことが分かる。
【０４４６】
上述のように、本実施形態による抵抗メモリ装置のコンタクト構造物はタングステンパターンとタングステン酸化物パターンを含むため高い抵抗を有する。コンタクト構造物によってジュール加熱効率が向上することから、抵抗メモリ装置は改善された特性を確保することができる。
【０４４７】
＜抵抗メモリ装置の電気的特性評価＞
＜サンプル９＞
図４５及び図４６を参照して説明した工程と実質的に同じ工程を通じて相変化メモリ装置を製造した。サンプル９による相変化メモリ装置は、図３８を参照して説明した相変化メモリ装置と実質的に同じ構造を有する。相変化メモリ装置の導電パターンはタングステンを使って形成した。第１開口部内で導電パターン上に形成される下部電極コンタクトは導電パターンを急速熱処理工程で熱処理して形成した。下部電極コンタクトはタングステン酸化物を含んでいる。上部電極はチタン窒化物を使って形成し、上部電極コンタクトはタングステンを使って形成した。
【０４４８】
＜比較サンプル９＞
サンプル９による相変化メモリ装置と電気的な特性を比較するために他の相変化メモリ装置を製造した。
【０４４９】
図６８は、比較サンプル９による相変化メモリ装置を示す断面図である。
【０４５０】
図６８を参照すると、比較サンプル９による相変化メモリ装置は、基板８上に形成された導電パターン１２ａ、相変化構造物５２ａ、上部電極２４、及び上部電極コンタクト３０を含む。相変化メモリ装置は、第１絶縁膜１０、第２絶縁膜パターン１４、及び第３絶縁膜パターン２６を追加的に含む。第１絶縁膜１０にはＰ−Ｎダイオード１１が埋められる。比較サンプル９による相変化メモリ装置は、下部電極コンタクトを具備せず、タングステンで構成された導電パターン１２ａ上に相変化構造物５２ａが配置される。即ち、導電パターン１２ａが下部電極として使われる。相変化メモリ装置は相変化構造物５２ａが形成された開口部の側壁上に配置されるスペーサー５０ａを含む。
【０４５１】
サンプル９及び比較サンプル９による構成を有する複数の相変化メモリ装置を製造した。相変化メモリ装置のセット状態及びリセット状態での抵抗とリセット状態での電流をそれぞれ測定した。
【０４５２】
次の表２に相変化メモリ装置のセット抵抗、リセット抵抗及びリセット電流を示す。
【０４５３】
【表２】

【０４５４】
表２に示したように、サンプル９による相変化メモリ装置のセット抵抗が比較サンプル９による相変化メモリ装置のセット抵抗より低く、サンプル９による相変化メモリ装置の抵抗散布も比較サンプル９による相変化メモリ装置の抵抗散布より小さかった。サンプル９による相変化メモリ装置のリセット抵抗は比較サンプル９による相変化メモリ装置のリセット抵抗より更に大きかった。また、比較サンプル９による相変化メモリ装置において、開口内で相変化構造物がより深い深さを有することから相変化構造物にボイドやシーンがしばしば発生し、これに伴い、相変化メモリ装置の動作不良が引き起こされ、その電気的な特性が低下した。
【０４５５】
反面、サンプル９による相変化メモリ装置において、低い抵抗散布を有するだけでなく、セット状態及びリセット状態での抵抗差が大きく容易にデータを区分することができるため、サンプル９による相変化メモリ装置は要求される電気的特性を充分に満足させるということが分かった。
【０４５６】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【０４５７】
８、５０、６４、９０、１００、１９０、３００、４００、４９０ 基板
８ａ、４０６、４９０ａ 不純物領域
１０、１９２、４０８、４９４ 第１絶縁膜
１１、１０６、１９４、５００ Ｐ−Ｎダイオード
１２、１１０ 予備導電パターン
１２ａ、１１０ａ、４１２ 導電パターン
１４、１１２、２０２ 第２絶縁膜パターン
１６、１０４、２０４、４９６ 第１開口部
１８、１１６ 下部電極コンタクト
２０、５０ａ、６２、８０、１１８、４５５、５５２ スペーサー
２２ 相変化物質膜
２２ａ、５２ａ、１２０、２１０、５１４、５１４ａ、５１４ｂ、５５６ 相変化構造物
２４、１２２、２１２、４３８、５１６ 上部電極
２６、１２４、２１４ 第３絶縁膜パターン
２８、１１４、１６０、５０５ 第２開口部
３０、１２８、２１６、５２２ 上部電極コンタクト
５２、６６、９４ 絶縁膜
５４、６８、９６、４１５、４５３、５５３ 開口部
５６、７０ バリア金属膜
５６ａ、７０ａ、５０６ バリア金属膜パターン
５８、５９、７２ 金属膜
５８ａ、７２ａ、９２、５３０ 予備金属パターン
５８ｂ、５９ａ、７２ｂ、８２、９２ａ、４１８、４５０、５０２ａ、５０８、５３０ａ、６１２、６５２ 金属パターン
６０、７６、８６、９８、９８ａ、４２０、４５４、４５６、５１０、５１０ａ、５３６、５３６ａ、５５４、６１６、６５６ 金属酸化物パターン
７４ 充填膜
７４ａ、８４、６１４、６５４ 充填膜パターン
１００ａ 素子分離領域
１０２、１６２ 第１絶縁膜パターン
１０８ 金属シリサイドパターン
１２６、５１３、５１５、５３２ 第３開口部
１５０ 第１トレンチ
１５２ 第１追加絶縁膜パターン
１５４ 第２追加絶縁膜パターン
１５６ 第２トレンチ
１５８ 第３追加絶縁膜パターン
２０６ 予備下部電極コンタクト
２０６ａ 第１下部電極コンタクト
２０８ 予備第２下部電極コンタクト
２０８ａ 第２下部電極コンタクト
２５０ 広帯域移動通信システム
２５２ センサーモジュール
２５４ 位置追跡システム（ＧＰＳ）
２５６ 移動通信端末器
２５８ データサーバー
２６０ 基地局
３０２、５３４ 絶縁膜パターン
３０４ タングステンパターン
３０６ タングステン酸化物パターン
３０８、３１２、３１４、４１０ コンタクトプラグ
３１０ タングステン窒化物パターン
４０２ ゲート絶縁膜
４０４ ゲート電極
４１４、４５２、５０４、５５０ 第２絶縁膜
４１６、６１０、６５０ 第１バリア金属膜パターン
４２２、４３４ａ、５１２、５１２ａ、５１８ａ、６１８、６６０ 第３絶縁膜
４２４ 第２バリア金属膜パターン
４２６ 自由膜パターン
４２８ トンネル酸化膜パターン
４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ 第１固定膜パターン
４３２ 第２固定膜パターン
４３４、４３６、５１８ 第４絶縁膜
４３６ 第５絶縁膜
４４０ ビットライン
４９２ 素子分離膜パターン
５００ａ 第１ポリシリコン膜パターン
５００ｂ 第２ポリシリコン膜パターン
５２０ コンタクトホール

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置され、該基板の導電領域を露出させる開口部を含む絶縁膜と、
前記開口部内に配置されるバリア膜パターンと、
前記バリア膜パターン上に配置され、前記開口部の外部に延長される酸化された部分（ｏｘｉｄｉｚｅｄ ｐｏｒｔｉｏｎ）及び前記開口部内に位置する酸化されなかった部分（ｎｏｎ−ｏｘｉｄｉｚｅｄ ｐｏｒｔｉｏｎ）を含む導電パターンと、を具備し、
前記導電パターンの幅が前記バリア膜パターンの厚さによって決定されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記導電パターンの幅は前記開口部の幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記開口部の外部に延長される前記酸化された部分は前記開口部内の前記酸化されなかった部分より厚いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記酸化された部分の幅は前記酸化されなかった部分の幅と同一であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記酸化された部分の幅は前記酸化されなかった部分の幅より大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記開口部内に配置される充填膜パターン（ｆｉｌｌｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）を更に含み、前記導電パターンは前記バリア膜パターンと前記充填膜パターンとの間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記導電パターンはシリンダー形状を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記導電パターンはタングステンを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記バリア膜パターンはチタン及びチタン窒化物のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記バリア膜パターンは窒化物及び酸窒化物のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記導電パターンの前記酸化された部分は相変化メモリ装置（ＰＲＡＭ）の相変化物質膜に接触することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記バリア膜パターンは前記バリア膜パターンの下に配置されるＰ−Ｎダイオード（ｄｉｏｄｅ）に接触することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記導電パターンの前記酸化された部分は磁気メモリ装置（ＭＲＡＭ）の自由膜パターン（ｆｒｅｅ ｌａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）に接触することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記バリア膜パターンは前記バリア膜パターンの下に配置されるＭＯＳトランジスタに電気的に接触することを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
平面上で前記酸化された部分の断面面積の大きさは平面上で前記開口部の断面面積の大きさより小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１６】
平面上で前記酸化された部分の断面面積の大きさは前記バリア膜パターンの断面面積の大きさによって決定されることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
基板上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜に前記基板を露出させる開口部を形成する段階と、
前記開口部内にバリア膜パターンを形成する段階と、
前記開口部内の前記バリア膜パターン上に導電パターンを形成する段階と、
前記導電パターンの酸化によって前記導電パターンを成長させ、前記導電パターンの一部を前記開口部の外部に延長させる段階と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記導電パターンを成長させる段階は、酸素の雰囲気下で４００℃〜６００℃の温度で１分〜１０分の間に急速熱処理（ＲＴＡ）する段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記導電パターンを成長させる段階は、酸素の雰囲気下で２０Ｗ〜１００Ｗのパワーを印加しながら１分〜１０分の間にプラズマ処理する段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記導電パターンは等方性又は異方性に成長することを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記導電パターンの前記酸化された部分の周囲に窒素雰囲気を提供する段階を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記開口部内に充填膜パターンを形成する段階を更に含み、前記導電パターンは前記充填膜パターンと前記バリア膜パターンとの間に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
基板と、
前記基板上に配置されて開口部を含む絶縁膜と、
前記基板上に配置される金属パターンと、
前記開口部内及び前記金属パターン上に配置される金属酸化物パターンと、を有し、
前記金属酸化物パターンの断面面積が前記金属パターンの断面面積より小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２４】
前記金属パターンはタングステンを含むことを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項２５】
前記金属酸化物パターンに接触する前記金属パターンの一部がリセスされ（ｒｅｃｅｓｓｅｄ）、前記リセスされた部分に前記金属酸化物パターンの突出部が受容されることを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項２６】
前記金属酸化物パターンと前記絶縁膜との間に配置されるスペーサーを更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項２７】
前記金属パターンはＰ−Ｎジャンクション（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）上に配置されることを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項２８】
前記金属パターンはＭＯＳトランジスタに電気的に連結されることを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項２９】
前記金属酸化物パターンは磁気メモリ装置の自由膜パターンに接触することを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項３０】
前記金属酸化物パターンは相変化メモリ装置の相変化物質膜に接触することを特徴とする請求項２３に記載の半導体装置。
【請求項３１】
前記相変化物質膜と前記絶縁膜との間に配置されるスペーサーを更に含むことを特徴とする請求項３０に記載の半導体装置。
【請求項３２】
前記相変化物質膜の上部は前記相変化物質膜の下部の幅より広い幅を有することを特徴とする請求項３０に記載の半導体装置。
【請求項３３】
基板上に金属パターンを形成する段階と、
前記金属パターン上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜を貫通して前記金属パターンの一部を露出させる開口部を形成する段階と、
前記金属パターンの露出した部分を酸化させて前記開口部内に金属酸化物パターンを形成する段階と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３４】
前記金属酸化物パターンは磁気メモリ装置の自由膜パターンに接触することを特徴とする請求項３３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３５】
前記金属パターンは磁気メモリ装置のＭＯＳトランジスタに電気的に接触することを特徴とする請求項３４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３６】
前記金属酸化物パターンは相変化メモリ装置の相変化物質膜に接触することを特徴とする請求項３３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３７】
前記金属酸化物パターンは前記相変化メモリ装置のＰ−Ｎダイオードに接触することを特徴とする請求項３６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３８】
前記金属酸化物パターンの幅は前記金属パターンの幅より大きいことを特徴とする請求項３３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３９】
基板上に配置される第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に配置されて開口部を含む第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に配置される第３絶縁膜と、
前記第３絶縁膜上に配置される第４絶縁膜と、
前記第４絶縁膜内に配置されるメモリ保存装置と、
金属パターン及び金属酸化物パターンを含み、前記メモリ保存装置を加熱する導電パターンと、を具備し、
前記金属パターンは前記第２絶縁膜の前記開口部内に配置され、前記金属酸化物パターンは前記第３絶縁膜内に配置され、前記導電パターンの幅が前記開口部の幅より小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項４０】
前記第１絶縁膜内に配置されるＭＯＳトランジスタと、前記第４絶縁膜内に配置される磁気メモリ装置の自由膜パターンと、を更に含むことを特徴とする請求項３９に記載の半導体装置。
【請求項４１】
前記第１絶縁膜内に配置されるＰ−Ｎダイオードと、前記第４絶縁膜内に配置される相変化物質膜と、を更に含むことを特徴とする請求項３９に記載の半導体装置。
【請求項４２】
前記金属酸化物パターンの上部表面は前記第３絶縁膜の上部表面と同じ平面上に配置されることを特徴とする請求項３９に記載の半導体装置。
【請求項４３】
前記金属パターンと前記第３絶縁膜との間に配置されるバリア金属膜パターンを更に含むことを特徴とする請求項３９に記載の半導体装置。
【請求項４４】
前記バリア金属膜パターンの上部表面は前記第２絶縁膜の上部表面と同じ平面上に配置されることを特徴とする請求項４３に記載の半導体装置。
【請求項４５】
前記第３絶縁膜の上部表面は前記金属パターンの上部表面より高く配置されることを特徴とする請求項３９に記載の半導体装置。
【請求項４６】
前記金属パターンの上部表面は前記バリア金属膜パターンの上部表面より低く配置されることを特徴とする請求項４３に記載の半導体装置。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

【図２７】

【図２８】

【図２９】

【図３０】

【図３１】

【図３２】

【図３３】

【図３４】

【図３５】

【図３６】

【図３７】

【図３８】

【図３９】

【図４０】

【図４１】

【図４２】

【図４３】

【図４４】

【図４５】

【図４６】

【図４７】

【図４８】

【図４９】

【図５０】

【図５１】

【図５２】

【図５３】

【図５４】

【図５５】

【図５６】

【図５７】

【図５８】

【図５９】

【図６０】

【図６１】

【図６２】

【図６３】

【図６４】

【図６５】

【図６６】

【図６７】

【図６８】

【公開番号】特開２０１１−１０９０９９（Ｐ２０１１−１０９０９９Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６１１１（Ｐ２０１０−２５６１１１）
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ　ｏｆ　Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】