相変化構造物、相変化物質層の形成方法、相変化メモリ装置及び相変化メモリ装置の製造方法
【課題】抵抗マージンと維持特性を確保しながら優秀なステップカバレッジ、又は、ギャップフィル特性を有する、微小サイズの相変化物質層パターンをＨＡＲＳ（Ｈｉｇｈ＿Ａｓｐｅｃｔ＿Ｒａｔｉｏ＿Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、高縦横比構造）内に含む相変化構造物を提供すること。
【解決手段】相変化構造物はＨＡＲＳを部分的に満たし、第１相変化物質を含む第１相変化物質層パターン、及び前記ＨＡＲＳの残りを満たし、前記第１相変化物質と相異なる組成を有する第２相変化物質を含む。インサイチュリフローメカニズムを通じてＨＡＲＳを欠陥なく充分に満たす相変化物質層パターンを形成する。
【解決手段】相変化構造物はＨＡＲＳを部分的に満たし、第１相変化物質を含む第１相変化物質層パターン、及び前記ＨＡＲＳの残りを満たし、前記第１相変化物質と相異なる組成を有する第２相変化物質を含む。インサイチュリフローメカニズムを通じてＨＡＲＳを欠陥なく充分に満たす相変化物質層パターンを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化構造物、相変化物質層の形成方法、相変化メモリ装置及び相変化メモリ装置の製造方法に係り、より詳細には、本発明は非常に小さいサイズのＨＡＲＳ（Ｈｉｇｈ＿Ａｓｐｅｃｔ＿Ｒａｔｉｏ＿Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、高縦横比構造、以下、ＨＡＲＳという）を完全に満たしながら要求される特性を確保できる相変化物質層を含む相変化構造物、このような相変化物質層の形成方法、前記相変化構造物を含む相変化メモリ装置及び前記相変化メモリ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相変化メモリＰＲＡＭ装置は非揮発性メモリ装置であるが、ランダムアクセス（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ）が可能な特性を有するため、今後最も有望なメモリ装置として評価されている。一般的に相変化メモリ装置においては、相変化物質層を構成するカルコゲナイド（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）混合物（ｃｏｍｐｏｕｎｄ）内の相転移（ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）を用いて、データを記録し、又は記録されたデータを読み取る。
即ち、カルコゲナイド混合物の非晶質状態と結晶状態との間の抵抗の差を用いて、データを保存し、又は保存されたデータを読み取る。例えば、相変化メモリ装置は印加されたパルスの振幅と長さによって、カルコゲナイド混合物からなる相変化物質層の可逆的相変化を用いてデータを「０」と「１」の状態で保存する。したがって、相変化物質層から発生する可逆的な相転移が明確に区分されるほど相変化メモリ装置が向上した信頼性を有する。
しかし、相変化メモリ装置のデザインルールの縮小と共に、ボイド（ｖｏｉｄ）やシーム（ｓｅａｍ）のような欠陥を発生させずに、微細なサイズを有するホール、開口、又は、トレンチなどのＨＡＲＳ内に相変化物質層を完全に満たすことは実質的に難しい。相変化メモリ装置が高集積化されるほど微細なサイズを有する３次元的なＨＡＲＳ内に相変化物質層を効果的に蒸着させる技術が必須であり、これによってＨＡＲＳに対して優秀なステップカバレッジ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）又は、ギャップフィル（ｇａｐ ｆｉｌｌ）特性を有する相変化物質層を形成するための技術の開発が非常に重要な問題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７−００９７７３９号明細書
【特許文献２】韓国特許出願公開第２００９−０１１７１０３号明細書
【特許文献３】韓国登録特許１０−０５９４８４９号明細書
【特許文献４】特開平５−３３４８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一目的は要求される抵抗マージンと維持特性を確保しながら優秀なステップカバレッジ、又は、ギャップフィル特性を有する、微小サイズの相変化物質層パターンをＨＡＲＳ内に含む相変化構造物を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は要求される抵抗マージンと維持特性を確保しながら優秀なステップカバレッジ又は、ギャップフィル特性を有する、微小サイズの相変化物質層をＨＡＲＳ内に形成する方法を提供することにある。
【０００６】
本発明のまた他の目的は要求される抵抗マージンと維持特性を確保しながら優秀なステップカバレッジ、又は、ギャップフィル特性を有する、微小サイズの相変化物質層パターン、又は、相変化構造物をＨＡＲＳ内に具備する相変化メモリ装置を提供することにある。
【０００７】
本発明のまた他の目的は要求される抵抗マージンと維持特性を確保しながらＨＡＲＳに対して優秀なステップカバレッジ、又は、ギャップフィル特性を有する相変化物質層パターン又は、相変化構造物を具備する相変化メモリ装置の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は前述した目的に限定されるのではなく、本発明の思想及び領域から離れない範囲で多様に拡張できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る相変化構造物は、第１相変化物質を含有する第１相変化物質層パターンと前記第１相変化物質と相異なる組成を有する第２相変化物質を含有する第２相変化物質層パターンを含む。前記第１相変化物質層パターンは対象体、及び／又は、絶縁構造物に形成されたホール、開口、トレンチなどのＨＡＲＳ（Ｈｉｇｈ＿Ａｓｐｅｃｔ＿Ｒａｔｉｏ＿Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、高縦横比構造）を部分的に満たし、前記第２相変化物質層パターンは前記ＨＡＲＳの残りを満たす。
【００１０】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質と前記第２相変化物質が少なくとも１つの構成成分を共有し、前記第２相変化物質における前記共有構成成分の含量が前記第１相変化物質物質における前記共有構成成分の含量より実質的に大きい。
例えば、前記共有構成成分は、アンチモン（Ｓｂ）及びテルル（Ｔｅ）である。
【００１１】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質は電流に反応して相転移を起こし、前記第２相変化物質は前記電流に対して実質的に相転移を起こさない。
【００１２】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層パターンは、前記第２相変化物質層パターンが形成される温度より実質的に低い温度で形成される。
例えば、温度を摂氏温度（℃）で規定し、前記第１相変化物質層パターンは前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成され、前記第２相変化物質層パターンは前記第２相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成される。
【００１３】
例示的な実施形態において、前記第１及び第２相変化物質はそれぞれ、１４族（第ＸＩＶ族）、１５族（第ＸＶ族）、及び１６族（第ＸＶＩ族）のいずれかに属する元素の２成分系混合物、３成分系混合物、４成分系混合物、５成分系混合物からなるグループから選択された１つ以上を含む。
この場合、前記第１相変化物質層パターン及び前記第２相変化物質層パターンのうち少なくとも一つは結晶化温度を上昇させるドーパントを追加的に含むことができる。
例えば、前記ドーパントの含量は前記第１相変化物質及び前記第２相変化物質のうち少なくとも一つの全体重量に対して、５重量％乃至３０重量％程度である。
例えば、前記ドーパントは、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなるグループから選択された１つ以上を含む。
また、前記第１及び第２相変化物質はそれぞれ、カルコゲナイド混合物、非カルコゲナイド混合物、ドーパントを含有するカルコゲナイド混合物、ドーパントを含有する非カルコゲナイド混合物のいずれか１つ又は２つ以上を含むことができる。
【００１４】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層パターンの、前記第２相変化物質層パターンに対する厚さの比は１．３乃至３．０程度になる。
【００１５】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層パターンと前記第１相変化物質層パターンは一体で形成される。
【００１６】
例示的な実施形態において、前記相変化構造物は前記ＨＡＲＳと前記第１相変化物質層パターンの間に配置される、濡れ層パターン及びシード膜パターンのうち少なくとも一つを追加的に含む。
例えば、前記濡れ層パターンは金属、金属窒化物、金属酸化物からなるグループから選択された１つ以上を含むことができ、前記シード膜パターンは金属、金属窒化物、金属シリサイド、金属酸化物などを含む。
【００１７】
上述した本発明の他の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る相変化物質層の形成方法において、対象体上に絶縁構造物を形成した後、前記絶縁構造物に前記対象体を露出させるＨＡＲＳを形成する。次に、前記ＨＡＲＳを満たしながら、前記絶縁構造物上に相変化物質を蒸着して、少なくとも一つの相変化物質層を形成する。温度を摂氏温度で規定して、前記少なくとも一つの相変化物質層は前記相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成される。
【００１８】
例示的な実施形態において、前記少なくとも一つの相変化物質層は物理気相蒸着（ＰＶＤ）工程を用いて形成される。
例えば、前記少なくとも一つの相変化物質層はスパッタリング工程を用いて形成される。
【００１９】
例示的な実施形態において、前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する過程で前記相変化物質にドーパントを添加する。
【００２０】
例示的な実施形態において、前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する以前に、前記対象体、前記ＨＡＲＳの側壁、及び前記絶縁構造物上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つを形成する。
【００２１】
例示的な実施形態において、前記少なくとも一つの相変化物質層を形成するために前記ＨＡＲＳを部分的に満たす第１相変化物質層を形成した後、前記第１相変化物質層上に前記ＨＡＲＳの残りを満たす第２相変化物質層を形成する。
例えば、前記第１相変化物質層は第１温度で第１相変化物質を蒸着して形成され、前記第２相変化物質層は前記第１温度より高い第２温度で第２相変化物質を蒸着して形成される。
例えば、前記第１相変化物質層は前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成され、前記第２相変化物質層は前記第２相変化物質の融点の６０％以上の温度で形成される。
【００２２】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層は第１物理気相蒸着工程を用いて形成され、前記第２相変化物質層は第２物理気相蒸着工程を用いて形成される。
例えば、前記第１及び第２相変化物質層はそれぞれスパッタリング工程を用いて形成される。
【００２３】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層と前記第２相変化物質層はインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で遂行されるスパッタリング工程を用いて形成される。
例えば、前記第１及び第２相変化物質層は同じ組成を有するソースターゲットを用いて形成される。
【００２４】
上述した本発明のまた他の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る相変化メモリ装置は、コンタクト領域を有する基板、前記基板上に配置され、前記コンタクト領域を露出させる開口を含む絶縁層、前記開口内に配置される下部電極、前記絶縁層上に配置されて前記下部電極を露出させるＨＡＲＳを含む絶縁構造物、前記ＨＡＲＳを部分的に満たし、第１相変化物質を含む第１相変化物質層パターン、前記ＨＡＲＳの残りを満たし、前記第１相変化物質と相異なる組成を有する第２相変化物質を含む第２相変化物質層パターン、そして前記第２相変化物質層パターン上に配置される上部電極を含む。
【００２５】
例示的な実施形態において、前記相変化メモリ装置は前記コンタクト領域と前記下部電極との間に配置されるスイッチング素子を追加的に含む。
例えば、前記スイッチング素子はダイオード及びトランジスタの一方、又は双方を含む。
【００２６】
例示的な実施形態において、前記下部電極は前記開口を部分的に満たすシリンダの形状を有し、この場合、前記相変化メモリ装置は前記開口内の前記下部電極上に配置される充填部材を追加的に含む。
【００２７】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質と前記第２相変化物質が少なくとも１つの構成成分を共有し、前記第２相変化物質における前記共有構成成分の含量が前記第１相変化物質における前記共有構成成分の含量より実質的に大きくてもよい。
【００２８】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層パターンは前記下部電極から印加される電流に反応して相転移を起こし、前記第２相変化物質層パターンは前記電流に対して実質的に相転移を起こすことができないことがある。
例えば、前記第１相変化物質層パターンの、前記第２相変化物質層パターンに対する厚さの比は１．３乃至３．０である。
【００２９】
上述した本発明のまた他の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る相変化メモリ装置の製造方法において、コンタクト領域を有する基板上に前記コンタクト領域を露出させる開口を含む絶縁層を形成する。次に前記開口内に下部電極を形成した後、前記絶縁層上に前記下部電極を露出させるＨＡＲＳを含む絶縁構造物を形成する。次に、温度を摂氏温度で規定して、前記ＨＡＲＳを満たすように、前記絶縁構造物上に相変化物質を前記相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で蒸着して、少なくとも一つの相変化物質層を形成する。次に前記少なくとも一つの相変化物質層を部分的に除去して前記ＨＡＲＳ内に少なくとも一つの相変化物質層パターンを形成した後、前記少なくとも一つの相変化物質層パターン上に上部電極を形成する。
【００３０】
例示的な実施形態において、前記下部電極を形成する以前に前記開口内にスイッチング素子を追加的に形成する。
【００３１】
例示的な実施形態において、前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する前に、前記ＨＡＲＳの側壁と前記下部電極上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つを追加的に形成する。
【００３２】
例示的な実施形態に係る前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する過程において、第１温度で第１相変化物質を蒸着して、前記ＨＡＲＳを部分的に満たす第１相変化物質層を形成し、次に前記第１温度より実質的に高い第２温度で第２相変化物質を蒸着して、前記第１相変化物質層上に前記ＨＡＲＳの残りを満たす第２相変化物質層を形成する。
例えば、前記第１相変化物質層は前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成されることができ、前記第２相変化物質層は前記第２相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の例示的な実施形態によれば、インサイチュリフローメカニズムを採用した物理気相蒸着を用いて微細なサイズのホール、開口、トレンチなどのようなＨＡＲＳを欠陥なく、完全に埋立する相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を形成する。このような相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を相変化メモリ装置に適用する時、前記相変化メモリ装置はデータ維持特性とセット状態とリセット状態の抵抗マージンの増加などで向上された動作速度と信頼性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明のまた他の実施形態に係る相変化構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明のまた他の実施形態に係る相変化構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る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１０】本発明の実施形態に係る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１１】本発明の実施形態に係る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１２】本発明の実施形態に係る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】本発明の実施形態に係る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１４】本発明の他の実施形態に係る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】本発明の他の実施形態に係る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１６】本発明の他の実施形態に係る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１７】本発明の実施形態に係るメモリシステムを説明するためのブロック図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る広帯域移動通信が可能な移動通信ネットワークを説明するための通信システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付した図面を参照して本発明の例示的な実施形態に係る相変化構造物、相変化物質層の形成方法、相変化メモリ装置及び相変化メモリ装置の製造方法に対して詳細に説明するが、本発明が下記の実施形態によって制限されるのではなく、該当分野において通常の知識を有する者ならば本発明の技術的思想を離れない範囲内で本発明を多様な他の形態で実現できる。添付された図面において、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ものである。
【００３６】
本明細書において、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され、本明細書で説明した実施形態に限定されるものと解釈されず、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して理解せねばならない。ある構成要素が他の構成要素に「接続され」る、又は「接続されて」いると言及した場合には、その他の構成要素に直接的に接続されたり、又は接続されていたりすることもあるが、中間に他の構成要素が存在することもあると理解すべきである。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接接続され」る、又は「直接接続されて」いると言及した場合には、中間に他の構成要素が存在しないことと理解すべきである。構成要素の間の関係を説明する他の表現、即ち「〜間に」と「すぐに〜間に」、又は「〜に隣接する」と「〜に直接隣接する」等も同じように解釈すべきである。
「及び／又は」は、その前後に挙げた構成要素の一部又は全部を指すものとする。
【００３７】
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り、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、又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１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、又はこれらを組み合わせたものなどの存在、又は付加の可能性を、予め排除しないことと理解すべきである。特に定義しない限り、技術的或いは科学的用語を含んで、ここで使用する全ての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、一般的に理解されることと同一な意味を有する。一般的に使用される辞書において定義する用語と同じ用語は関連技術の文脈上に有する意味と一致する意味を有することと理解すべきであり、本明細書において明白に定義しない限り、理想的或いは形式的な意味として解釈してはならない。
【００３８】
第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するために使用できるが、これらの構成要素は用語によって限定されてはならない。用語は１つの構成要素を他の構成要素から開口別する目的として使用できる。例えば、本発明の権利範囲から逸脱せずに第１構成要素は第２構成要素と命名することができ、同様に第２構成要素も第１構成要素と命名できる。
【００３９】
以下、本発明の実施形態に係る相変化物質層、相変化構造物及び相変化物質層の形成方法について詳細に説明する。
以下の説明において、当該工程の対象とする、直前の工程で得られた中間部材を、対象体（ｏｂｊｅｃｔ）という。全体工程の出発部材が基板であり、中間部材がこの基板の表面を順次加工する工程を経て形成されるので、慣例により、この対象体を図面上で参照するとき、基板の符号と同一の符号を用いる場合がある。
【００４０】
本発明の実施形態によると、前記相変化物質層はインサイチュリフローメカニズム（ｉｎ−ｓｉｔｕ ｒｅｆｌｏｗ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を用いて収得できる。このようなインサイチュリフローメカニズムは、対象体上に形成される膜、又は、層の蒸着温度が高まることによって、前記膜、又は、層を構成する物質の表面拡散（ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が活発になる現象と前記膜、又は、層の物質がその表面積を減少させて表面エネルギーを減少させようとする駆動力（ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を有するという現象を利用することである。前述したインサイチュリフローメカニズムを通じて収得される相変化物質層は要求される水準のステップカバレッジ、又は、ギャップフィル特性を確保できるため、相対的に深い深さに比べて、狭い幅（即ち、大きい縦横比）を有する３次元的な微細構造（ＨＡＲＳ）を、欠陥を発生させず、効果的に埋めたてできる。
即ち、上述したインサイチュリフローメカニズムを利用する場合、相変化物質層内にボイド（ｖｏｉｄ）、シーム（ｓｅａｍ）、オーバーハング（ｏｖｅｒ ｈａｎｇ）などの欠陥を生成させず、微細なコンタクトホール、ビアホール、開口、トレンチなどのようなＨＡＲＳを相変化物質層で完全に満たすことができる。本発明の実施形態において、前記ＨＡＲＳは１．７〜４．０の縦横比を有する。例えば、前記ＨＡＲＳは、３００Å〜７００Å程度の幅と、１、２００Å程度の深さを有する。
【００４１】
本発明の実施形態によれば、前記相変化物質層は周期率表の１４族（第ＸＩＶ族）に属する元素、１５族（第ＸＶ族）に属する元素、及び１６族（第ＸＶＩ族）に属する元素のうち少なくとも２種以上の元素を含む相変化物質からなる。例えば、前記相変化物質は前記１４族〜１６族に属する元素の２成分系（ｂｉｎａｒｙ）混合物、３成分系（ｔｅｒｎａｒｙ）混合物、４成分系（ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ）混合物、５成分系（ｑｕｉｎａｒｙ）混合物などを含む。ここで、前記１４族に属する元素としてはゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）等が挙げられ、前記１５族に属する元素ではヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等が挙げられる。また、前記１６族に属する元素としては硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等が挙げられる。
【００４２】
本発明の実施形態において、前記相変化物質はカルコゲナイド（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）混合物を含む。例えば、前記相変化物質はヒ素−硫黄（Ａｓ−Ｓ）の混合物、アンチモン−ゲルマニウム（Ｓｂ−Ｇｅ）の混合物、アンチモン−セレン（Ｓｂ−Ｓｅ）の混合物、アンチモン−テルル（Ｓｂ−Ｔｅ）の混合物などを含む２成分系カルコゲナイド混合物で構成される。又は、前記相変化物質はゲルマニウム−アンチモン−セレン（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｓｅ）の混合物、ゲルマニウム−アンチモン−テルル（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ）の混合物などを含む３成分系カルコゲナイド混合物からなる。この時、ヒ素−硫の混合物は硫系列のカルコゲナイド混合物に分類され、ゲルマニウム−アンチモン−セレンの混合物及びアンチモン−セレンの混合物はセレン系列のカルコゲナイド混合物に含まれる。また、アンチモン−テルルの混合物及びゲルマニウム−アンチモン−テルルの混合物はテルル系列のカルコゲナイド混合物に区分される。
【００４３】
本発明の他の実施形態によれば、前記相変化物質は非カルコゲナイド混合物を含む。例えば、前記相変化物質はゲルマニウム−アンチモン（Ｇｅ−Ｓｂ）の混合物などを含む非カルコゲナイド混合物からなることもある。
【００４４】
本発明のまた他の実施形態において、前記相変化物質は前述したカルコゲナイド混合物、又は、非カルコゲナイド混合物にドーパント（ｄｏｐａｎｔ）が添加された組成を有する。例えば、前記相変化物質に添加されるドーパントはインジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）等を含む。これらは単独、又は、相互に組み合わせて添加される。前記相変化物質が追加的なドーパントを含む場合、一般に前記相変化物質層の結晶化温度を上昇させる。例えば、前記相変化物質に含まれるドーパントの含量は前記相変化物質層全体重量に対して５重量パーセント（％）〜３０重量％程度となる。この場合、前記相変化物質層の結晶化温度は２００℃以上になってもよい。これによって、前記相変化物質層の劣化を効率的に防止する。
【００４５】
本発明の実施形態によれば、前記相変化物質層は物理気相蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）工程を通じて形成される。例えば、前記相変化物質層は相変化物質を含むターゲットを利用するスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｇ）工程を通じて収得される。
【００４６】
図１は本発明の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【００４７】
図１を参照すると、まず対象体となる基板１０上に絶縁構造物１５を形成する。基板１０は半導体基板、半導体層を有する基板、絶縁基板、金属酸化物基板などを含む。例えば、基板１０はシリコン（Ｓｉ）基板、ゲルマニウム（Ｇｅ）基板、シリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）基板、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ＧＯＩ（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ガラス（ｇｌａｓｓ）基板、石英（ｑｕａｒｔｚ）基板、絶縁プラスチック（ｐｌａｓｔｉｃ）基板、アルミニウム酸化物（ＡｌＯｘ）基板、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）基板などを含む。また、基板１０は多様な基板上に形成された導電性パターン、電極、パッド、コンタクト、導電領域などを含む。
【００４８】
絶縁構造物１５は酸化物、窒化物、及び、酸窒化物の一部又は全部を含む。例えば、絶縁構造物１５はシリコン酸化物、シリコン窒化物、及び、シリコン酸窒化物の一部又は全部からなる。絶縁構造物１５を構成する酸化物はＢＰＳＧ（ｂｏｒｏ−ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）、ＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）、ＵＳＧ（ｕｎｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ）、ＦＯＸ（ｆｌｏｗａｂｌｅ ｏｘｉｄｅ）、ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、ＰＥ−ＴＥＯＳ（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ）、ＴＯＳＺ（Ｔｏｎｅｎ Ｓｉｌａｚｅｎｅ）、高密度プラズマ−化学気相蒸着（ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｌａｓｍａ−ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＨＤＰ−ＣＶＤ）酸化物などを含む。これらは単独、又は、相互に組み合わせて使われる。例示的な実施形態において、絶縁構造物１５は酸化膜、窒化膜及び酸窒化膜のうち少なくとも一つを含む単層構造又は、多層構造を有する。他の例示的な実施形態によれば、平坦化工程を通じて絶縁構造物１５が平坦化上面を有する。例えば、絶縁構造物１５の上部を化学機械的練磨ＣＭＰ工程、エッチバック（ｅｔｃｈ ｂａｃｋ）工程などで平坦化させる。
【００４９】
本発明の実施形態において、基板１０上には、絶縁構造物１５との間に下部構造物が配置される。このような下部構造物は導電領域、導電パターン、絶縁パターン、スイッチング（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）素子などを具備する。例えば、前記導電領域は不純物領域、拡散領域を含むことができ、前記スイッチング素子はダイオード（ｄｉｏｄｅ）、トランジスタ（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等を含む。この時、絶縁構造物１５は前記下部構造物を十分に覆いながら、基板１０上に形成される。
【００５０】
絶縁構造物１５をエッチングして絶縁構造物１５を貫通して下部構造物又は基板１０を部分的に露出させるＨＡＲＳ２０を形成する。
ＨＡＲＳ２０は非常に小さいサイズを有するコンタクトホール、ビアホール、開口、トレンチなどを含む。ＨＡＲＳ２０は基板１０及び下部構造物の少なくとも一部を露出させる。例えば、ＨＡＲＳ２０は前記導電領域、前記導電パターン、前記スイッチング素子などを露出させる。このようなＨＡＲＳ２０は絶縁構造物１５を部分的にエッチングして形成される。例えば、写真エッチング工程を用いて絶縁構造物１５を部分的に除去して絶縁構造物１５を貫通するＨＡＲＳ２０を形成する。他の例示的な実施形態によれば、絶縁構造物１５上にハードマスク（図示されず）を形成した後、このようなハードマスクをエッチングマスクで用いて絶縁構造物１５の一部をエッチングすることによって、絶縁構造物１５にＨＡＲＳ２０を形成することもできる。この場合、前記ハードマスクは絶縁構造物１５に対してエッチング選択比を有する物質を用いて形成する。
【００５１】
本発明の実施形態において、ＨＡＲＳ２０は上部幅に比べて実質的に小さい下部幅を有する。即ち、ＨＡＲＳ２０は基板１０に対して所定の角度で傾斜した側壁を有する。 例えば、ＨＡＲＳ２０は実質的に下部幅より広い上部幅を有する。これとは異なり、ＨＡＲＳ２０は基板１０に対して実質的に垂直な側壁を有することもある。
【００５２】
図２を参照すると、ＨＡＲＳ２０を満たしながら、絶縁構造物１５上に相変化物質層２５を形成する。相変化物質層２５は上述した１４族〜１６族に属する元素の２成分系混合物、３成分系混合物、４成分系混合物、５成分系混合物などを含む相変化物質を用いて形成される。例示的な実施形態において、相変化物質層２５は前記カルコゲナイド混合物、前記非カルコゲナイド混合物などを含む相変化物質を用いて形成される。他の例示的な実施形態によれば、相変化物質層２５は前記ドーパントを含むカルコゲナイド混合物又は、前記ドーパントを含む非カルコゲナイド混合物を含む相変化物質を用いて形成されることもできる。
【００５３】
本発明の実施形態によれば、相変化物質層２５は前述したインサイチュリフローメカニズムを採用した物理気相蒸着工程を通じて形成される。例えば、相変化物質層２５は前記相変化物質の融点の６０％以上の相対的に高い温度で遂行されるスパッタリング工程を通じて収得される。これによって、相変化物質層２５はその内部にボイドやシームなどのような欠陥を発生させずに、ＨＡＲＳ２０を完全に埋めたてする。また、上述したインサイチュリフローメカニズムを用いて相変化物質層２５を形成する場合、相変化物質層２５を構成する物質の表現拡散の増加傾向と表面エネルギーの減少傾向によって、相変化物質層２５はＨＡＲＳ２０内においてオーバーハング（ｏｖｅｒ ｈａｎｇ）が減少しながら、実質的に楕円形の半球の形状、実質的に円形の半球の形状、実質的にドーム（ｄｏｍｅ）の形状などを有しながら絶縁構造物１５上に突出する。例えば、このような構造を有する相変化物質層２５は、相変化物質層２５を形成するための工程の工程温度を増加させて印加されるパワーを減少させ収得される。
【００５４】
通常的に物理気相蒸着工程を通じて収得される膜や層は化学気相蒸着ＣＶＤ工程を用いて形成される膜や層に比べて実質的に優秀なステップカバレッジを有することは難しい。したがって、物理気相蒸着工程を通じて膜、又は、層を形成する場合には、微細な幅を有するビアホール、コンタクトホール、開口、トレンチなどのような段車を含むＨＡＲＳを相変化物質層内部にボイド、又は、シームを生成させずに、完全に埋めたてすることは困難である。これに比べて、物理気相蒸着工程を通じて収得される膜や層は化学気相蒸着工程を用いて形成される膜や層に比べて純度、密度などの特性が優秀な長所を有する。化学気相蒸着工程においては膜や層を構成できる物質の間の化学的反応を用いて膜や層を形成するが、物理気相蒸着工程ではソースターゲット（ｓｏｕｒｃｅ ｔａｒｇｅｔ）から物質を直接分離して膜、又は、層を形成するため物理気相蒸着工程を通じては大体相対的に純度が高く、緻密な構造を有する膜、又は、層を形成する。したがって、物理気相蒸着を通じて形成される相変化物質層は印加される電流によって容易に相転移を起こすことができ、発生した相転移を相対的に長く維持する。即ち、例示的な実施形態によって前記インサイチュリフローメカニズムを適用した物理気相蒸着工程を通じて相変化物質層２５を形成する場合には、相変化物質層２５が高い純度と緻密な構造を有しながらも、欠陥を発生させず、ＨＡＲＳ２０を充分に埋めたてする。
【００５５】
本発明の実施形態において、スパッタリング工程を用いてＨＡＲＳ２０を充分に埋めたてしながら、絶縁構造物１５上に相変化物質層２５を形成する。前記スパッタリング工程において、相変化物質層２５を構成する相変化物質を含有する少なくとも一つのソースターゲットと対象体１０をチャンバ内に配置する。この時、前記少なくとも一つのソースターゲットは対象体１０と実質的に向かい合うように配置される。絶縁構造物１５が形成された対象体１０は前記蒸着チャンバ内に設置された静電ショック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｈｕｃｋ）と同じ支持部材上に位置する。前記チャンバ内部は真空に近いほどの非常に低いベース圧力で維持される。例えば、前記チャンバは１０−８Ｔｏｒｒ程度の低いベース圧力で維持される。前記チャンバ内にスパッタリングガスとしてアルゴンＡｒ、ヘリウムＨｅ等を含む不活性ガスが提供される。このような不活性ガスの供給によって前記チャンバ内の圧力が変化する。前記少なくとも一つのソースターゲットを電気的にバイアスさせることによって、スパッタリングガスで提供される前記不活性ガスがプラズマ状態で放出される。これによって、ポジティブ（＋）電荷の不活性ガスのイオンがネガティブ（−）でバイアスされたソースターゲットに引き寄せられ、これにより、前記ソースターゲットに含まれた物質がＨＡＲＳ２０が形成された対象体１０上にスパッタリングされ相変化物質層２５が形成される。
【００５６】
対象体１０上に相変化物質層２５を形成するためのスパッタリング工程において、相変化物質層２５の前記相変化物質の結晶粒子の成長を抑制して、相変化物質層２５の結晶化温度を向上させる。例えば、相変化物質層２５の結晶化温度を２００℃以上になるように前記ソースターゲットの組成を調節したり、相変化物質層２５にドーパントを追加する。例示的な実施形態において、相変化物質層２５を構成するカルコゲナイド混合物、又は、非カルコゲナイド混合物の成分元素の含量を適切に調節することによって、相変化物質層２５の結晶化温度を制御する。 他の例示的な実施形態によれば、ドーパントをソースターゲットに添加したり、スパッタリング工程の間、前記チャンバ内にドーパントガスを提供して相変化物質層２５の結晶化温度を向上させる。また他の例示的な実施形態によれば、ドーパントを含有するソースターゲットを用いてながら、前記チャンバ内にドーパントガスを追加的に提供することによって、相変化物質層２５の結晶化温度を調節することもできる。
【００５７】
前述した通り、相変化物質層２５の結晶化温度の調節によって、相変化物質層２５内の結晶粒子の成長を抑制することによって、ＨＡＲＳ２０内に位置する相変化物質層２５にオーバーハングを生成させずに、ＨＡＲＳ２０を相変化物質層２５により完全に満たす。この場合、相変化物質層２５内の成長が抑制された結晶粒子の大きさはＨＡＲＳ２０の上部幅と実質的に同一、又は、実質的に小さくてもよい。例えば、相変化物質層２５の相変化物質内の構成成分の結晶粒子サイズを３０ｎｍ以下に制御する。
【００５８】
本発明の実施形態において、相変化物質層２５を形成するための物理気相蒸着工程の工程温度は相変化物質層２５の相変化物質の融点（ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）の６０％以上となる。例えば、ＨＡＲＳ２０が形成された対象体１０を上述したカルコゲナイド混合物、又は、非カルコゲナイド混合物の融点の６０％程度の温度で維持しながら、対象体１０上に相変化物質層２５を形成する。例えば、相変化物質層２５を形成するための物理気相蒸着工程の工程温度は相変化物質層２５の相変化物質の融点の６０％〜１００％程度の範囲で変化する。 従来の相変化物質層を形成するための工程の工程温度に比べて本発明の実施形態に係る相変化物質層２５を形成するための工程の工程温度が高いため、相変化物質の表面拡散がより活性化され相変化物質層２５が改善されたステップカバレッジ、又は、ギャップフィル特性を有する。
【００５９】
上述したスパッタリング工程を通じて相変化物質層２５を形成する場合、相変化物質層２５が形成される対象体１０の温度は前記ソースターゲットから放出される熱によって調節される。 これとは異なり、対象体１０が配置された前記支持部材の温度を調節して対象体１０の温度を調節することもできる。また、追加的な加熱手段等を通して前記チャンバ内部の温度を調節して、前記相変化物質の融点の６０％以上の温度で前記相変化物質の構成成分が対象体１０に到達するようにすることもできる。
【００６０】
本発明の実施形態によれば、相変化物質層２５を形成するための工程の工程温度を相変化物質の融点の６０％以上の温度で維持しながら、ＨＡＲＳ２０が形成された絶縁構造物１５上に相変化物質層２５を形成する場合には、相変化物質層２５の相変化物質の表面拡散の増加及び／又は、表面積の減少により、ボイド、シーム、オーバーハングなどの欠陥を発生させずに、相変化物質層２５がＨＡＲＳ２０を充分に満たす。この時、相変化物質層２５の上部は実質的に円形、実質的に楕円形、実質的にドーム型などの構造を有しながら、絶縁構造物１５上に突出する。
【００６１】
本発明の実施形態において、相変化物質層２５は１Å／ｓｅｃ〜５０Å／ｓｅｃ程度の蒸着速度で形成される。 例示的な実施形態において、相変化物質層２５の蒸着速度は５Å／ｓｅｃ以下であってもよい。相変化物質層２５の蒸着速度が相対的に大きい場合には、相変化物質の表面拡散が十分に起きないことによって、ＨＡＲＳ２０内で相変化物質層２５にボイド、又は、シームが生成される。これに比べて、５Å／ｓｅｃ以下の蒸着速度で相変化物質層２５を形成する場合、蒸着される相変化物質の表面拡散が十分に起きうるため、ＨＡＲＳ２０の底から相変化物質の蒸着が効果的に遂行されてＨＡＲＳ２０内で相変化物質層２５のオーバーハングを生成させずに、相変化物質層２５がＨＡＲＳ２０を完全に埋めたてさせる。
【００６２】
本発明の実施形態によると、相変化物質層２５を形成するための工程において印加されるパワーは０．１Ｗ／ｃｍ２〜５Ｗ／ｃｍ２以下であってもよい。前記工程の間印加されるパワーが０．１Ｗ／ｃｍ２より小さい場合には、相変化物質の蒸着速度が非常に減少したり相変化物質の蒸着のためのプラズマの生成が難しいこともある。また、前記工程において印加されるパワーが５Ｗ／ｃｍ２より大きい場合、相変化物質の表面拡散を充分に誘導することが難しいこともある。従来の相変化物質層を形成するための工程において印加されるパワーに比べて、本発明の実施形態に係る工程において印加されるパワーが相対的に低いため、相変化物質の表面拡散を充分に誘導してＨＡＲＳ２０内にオーバーハング、ボイド、シームなどの欠陥のない相変化物質層２５を形成する。
【００６３】
本発明の実施形態において、相変化物質層２５を形成するための工程の間前記チャンバ内部の圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度で相対的に低く維持される。前記チャンバ内の圧力が０．０５ｍＴｏｒｒより小さい場合、前記相変化物質の蒸着のためのプラズマの生成が難しくなり、また生成されたプラズマが不安定になることもある。一方、前記チャンバ内の圧力が１０ｍＴｏｒｒより大きい場合には、前記ソースターゲットから放出される前記相変化物質の構成成分の直進性が低下してＨＡＲＳ２０内に位置する相変化物質層２５に欠陥が発生することがある。
【００６４】
本発明の実施形態によれば、相変化物質層２５を形成するためのスパッタリング工程の間、前記ソースターゲットと対象体１０の間の距離は５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度で維持される。前記ソースターゲットと対象体１０の間との距離が５０ｍｍより小さい場合には、前記ソースターゲットから放出される相変化物質の成分粒子の直進性が低下してＨＡＲＳ２０内に形成される相変化物質層２５にボイド、又は、シームが生成される。また、前記ソースターゲットと対象体１０との間の距離が５００ｍｍより大きい場合、前記相変化物質の蒸着のためのプラズマの生成が難しくなり、また、生成されたプラズマが不安定になる。
【００６５】
本発明の他の実施形態において、前記チャンバの側部にマグネトロンが追加的に配置されることによって、前記ソースターゲットから対象体１０に向かう前記相変化物質粒子の直進性をより向上させる。これよって、ＨＡＲＳ２０を有する対象体１０上に全体的に均一に相変化物質層２５を形成する。
【００６６】
図３を参照すると、ＨＡＲＳ２０を完全に満たしながら、絶縁構造物１５上に相変化物質層２５を形成した後、絶縁構造物１５が露出される時まで相変化物質層２５を部分的に除去する。これによって、ＨＡＲＳ２０内に埋めたてされる相変化物質層パターン３０を含む相変化構造物が形成される。例えば、相変化物質層２５は化学機械的練磨ＣＭＰ工程及び／又はエッチバック工程を用いて絶縁構造物１５が露出される時まで部分的に除去される。他の例示的な実施形態において、前記相変化構造物は後述するように相変化物質層パターン３０その他にも追加的な物質層パターンを含むこともできる。
【００６７】
以下、本発明の実験例及び比較例による相変化物質層について説明する。
【００６８】
［実験例１］
【００６９】
対象体にライン形状を有するトレンチを形成した。前記トレンチの深さは１、２００Å程度であり、前記トレンチの下部幅は３００Å程度であり、前記トレンチの上部幅は７００Å程度であった。前記トレンチを満たす相変化物質層を形成するために、窒素（Ｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）及びテルル（Ｔｅ）を含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲット内の窒素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００７０】
前記ソースターゲットの融点の６００℃の６５％程度の温度で前記相変化物質層を形成した。前記相変化物質層を形成する間、前記ソースターゲットに１００Ｗ〜５ｋＷ程度のバイアスパワーを印加した。この時、チャンバ内の相変化物質層工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。シーム、ボイド、オーバーハングなどの欠陥なく、前記トレンチを前記相変化物質層で完全に満たすことができた。
【００７１】
［実験例２］
【００７２】
対象体にライン形状を有するトレンチを形成した。前記トレンチは１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅で形成された。相変化物質層を形成するために、酸素Ｏ、ゲルマニウムＧｅ、アンチモンＳｂ及びテルルＴｅを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲット内の酸素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００７３】
前記相変化物質層を形成するための工程圧力を０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度で維持しながら、前記ソースターゲットの融点の６１０℃の６５％程度の温度で、前記ソースターゲットに１００Ｗ〜５ｋＷ程度のバイアスパワーを印加して前記相変化物質層を形成した。前記トレンチ内に形成された前記相変化物質層内にはシーム、ボイド、オーバーハングの欠陥が発生しなかった。
【００７４】
［実験例３］
【００７５】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するトレンチを形成した。ホウ素Ｂ、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて前記トレンチを満たす相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、ホウ素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００７６】
前記相変化物質層の形成工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の５９０℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。ライン形状を有する前記トレンチ内に欠陥を発生させずに前記相変化物質層を形成することができた。
【００７７】
［実験例４］
【００７８】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、シリコン、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、シリコンの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００７９】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６２０℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。欠陥を発生させずに、相変化物質層を前記トレンチ内に完全に埋めたてすることができた。
【００８０】
［実験例５］
【００８１】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、鉄（Ｆｅ）、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、鉄の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００８２】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６１０℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチ内に欠陥のない相変化物質層を形成することができた。
【００８３】
［実験例６］
【００８４】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、炭素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、炭素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００８５】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６０５℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチを完全に満たしながら、欠陥のない相変化物質層を収得することができた。
【００８６】
［実験例７］
【００８７】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、アルミニウムＡｌ、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、アルミニウムの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００８８】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６１５℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。欠陥を発生させずに、前記トレンチ内に相変化物質層を形成することができた。
【００８９】
［実験例８］
【００９０】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、ビスマス（Ｂｉ）、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、ビスマスの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００９１】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の５８５℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチ内に欠陥のない相変化物質層を形成することができた。
【００９２】
［実験例９］
【００９３】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、インジウムＩｎ、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、インジウムの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００９４】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の５８０℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチを充分に満たしながら、結合を有さない相変化物質層を収得することができた。
【００９５】
本発明の実験例によると、ゲルマニウム、アンチモン、テルルなどを含む相変化物質と窒素、ホウ素、酸素、シリコン、鉄、アルミニウム、炭素などのドーパントを含有するソースターゲットを用いて、相対的に高い温度で相対的に低いパワーを印加しながら、相変化物質層を形成する場合、前記相変化物質層にボイド、シーム、オーバーハングなどの欠陥を発生せずに、大きい縦横比を有するトレンチを完全に満たす。
【００９６】
［比較例１］
【００９７】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。インジウムＩｎ、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、インジウムの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００９８】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の５８０℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチの側壁部位において 前記相変化物質層にオーバーハングが生成され、前記トレンチの内の前記相変化物質層にボイドのような欠陥が発見された。
【００９９】
［比較例２］
【０１００】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。ホウ素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、ホウ素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１０１】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の５９０℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記相変化物質層には前記トレンチ側壁部位に生成されたオーバーハング、前記トレンチウイ内に形成されたボイドなどの欠陥が発生した。
【０１０２】
［比較例３］
【０１０３】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。窒素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、窒素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１０４】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６００℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチ側壁部位のオーバーハング、前記トレンチ内のボイドなどのような欠陥が前記相変化物質層に発生した。
【０１０５】
［比較例４］
【０１０６】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。酸素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、酸素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１０７】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６１０℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチ内に位置する前記相変化物質層にボイドが生成される一方、前記トレンチ側壁部位の前記相変化物質層にオーバーハングが形成された。
【０１０８】
［比較例５］
【０１０９】
１、２００Å程度の深さ、下部幅は３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。シリコン、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、シリコンの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１１０】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６２０℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチの側壁部位及び内部でそれぞれオーバーハング及びボイドなどのような欠陥が前記相変化物質層に発生した。
【０１１１】
［比較例６］
【０１１２】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。炭素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、炭素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１１３】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６０５℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記相変化物質層において、前記トレンチの側壁部位にはオーバーハングが形成され、前記トレンチ内にボイド、シームなどが発生した。
【０１１４】
［比較例７］
【０１１５】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。鉄、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、鉄の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１１６】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６１０℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ以上１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチ側壁に位置する前記相変化物質層オーバーハングが生成され、前記トレンチ内に形成された前記相変化物質層にボイド、シームなどが発生した。
【０１１７】
［比較例８］
【０１１８】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。アルミニウム、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、アルミニウムの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１１９】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６１５℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記相変化物質層には前記トレンチの側壁に隣接するオーバーハング、前記トレンチ内に生成されたボイドなどの欠陥が発生した。
【０１２０】
前述した比較例１〜比較例８によると、相対的に低い温度で大きい縦横比を有するトレンチ内に相変化物質層を形成する場合には、前記相変化物質層にオーバーハング、ボイド、シームなどの欠陥が発生しやすいということが分かる。
【０１２１】
図４〜図６は本発明の他の実施形態に係る相変化物質層を形成する方法を説明するための断面図である。
【０１２２】
図４を参照すると、対象体となる基板５０上に絶縁構造物５５を形成した後、絶縁構造物５５を部分的にエッチングして基板５０の一部を露出させるＨＡＲＳ６０を形成する。
【０１２３】
基板５０は半導体基板、半導体層を有する基板、絶縁基板、金属酸化物基板などの多様な基板を含む。また、対象体５０は多様な基板上に形成された導電性パターン、電極、パッド、コンタクトなどを含む。絶縁構造物５５は酸化物、窒化物及び／又は、酸窒化物を含む。例えば、絶縁構造物５５はシリコン酸化物、シリコン窒化物及び／又は、シリコン酸窒化物を用いて形成される。絶縁構造物５５は酸化膜、窒化膜及び／又は、酸窒化膜を含む単層構造又は、多層構造で形成される。
【０１２４】
本発明の実施形態において、ＨＡＲＳ６０は微細なコンタクトホール、ビアホール、開口、トレンチなどを含む。ＨＡＲＳ６０は基板５０の少なくとも一部を露出させる。また、ＨＡＲＳ６０は基板５０上に形成された導電領域、導電パターン、スイッチング素子などを露出させる。
【０１２５】
再度図４を参照すると、絶縁構造物５５上にＨＡＲＳ６０を部分的に満たす第１相変化物質層６５を形成する。第１相変化物質層６５は上述したカルコゲナイド混合物、非カルコゲナイド混合物、ドーパントを含むカルコゲナイド混合物、ドーパントを含む非カルコゲナイド混合物などを含む第１相変化物質を用いて形成される。
【０１２６】
本発明の実施形態において、第１相変化物質層６５は前述したインサイチュリフローメカニズムを用いない第１物理気相蒸着工程を用いて形成される。この場合、前記第１物理気相蒸着工程は前記第１相変化物質の融点の６０％以下の相対的に低い第１温度で遂行される。例えば、第１相変化物質層６５は相対的に低い第１温度で遂行されるスパッタリング工程を通じて対象体５０及び絶縁構造物５５上に形成される。この場合、第１相変化物質層６５はＨＡＲＳ６０の深さの１／３程度に該当する厚さで形成される。即ち、第１相変化物質層６５はＨＡＲＳ６０の底面からＨＡＲＳ６０の深さの１／３程度まで満たす。
【０１２７】
第１相変化物質層６５が前記第１物理気相蒸着工程を用いて形成される場合、前記第１相変化物質の表面拡散が相対的に活発に起きないこともある。したがって、絶縁構造物５５上の第１相変化物質層６５は実質的に半球型又は、ドーム型より曲率半径が大きい円形の（ｒｏｕｎｄｅｄ）上部を有する。このような第１相変化物質層６５を相変化メモリ装置に適用する場合、第１相変化物質層６５は印加される電流によって相転移を起こすＰＶ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｖｏｌｕｍｅ）領域に該当する。例えば、下部のコンタクト、パッド又は、電極から第１相変化物質層６５に電流が印加される場合に、第１相変化物質層６５の第１相変化物質が相対的に容易に相転移を起こす。
【０１２８】
本発明の実施形態によると、前述した通り前記第１相変化物質のインサイチュリフローが実質的に発生しにくい相対的に低い前記第１温度で第１相変化物質層６５を形成する場合にも、第１相変化物質層６５がＨＡＲＳ６０を部分的に満たすため、ＨＡＲＳ６０内に位置する第１相変化物質膜６５に実質的にボイド、シームなどの欠陥が発生しない。
【０１２９】
図５を参照すると、第１相変化物質層６５上にＨＡＲＳ６０を完全に満たしながら、第２相変化物質層７０を形成する。第２相変化物質層７０はインサイチュリフローメカニズムを適用されて相対的に高い第２温度で遂行される第２物理気相蒸着工程を通じて収得される。この時、第２相変化物質層７０は第１相変化物質層６５と一体で形成される。第２相変化物質層７０は前述したカルコゲナイド混合物、非カルコゲナイド混合物、ドーパントを含むカルコゲナイド混合物、ドーパントを含む非カルコゲナイド混合物などを含む第２相変化物質を用いて形成される。
【０１３０】
本発明の実施形態において、第２相変化物質層７０の第２相変化物質は第１相変化物質層６５の第１相変化物質と実質的に同一、又は、実質的に類似な組成を有する。この場合、ＨＡＲＳ６０内に位置する第１及び第２相変化物質層６５、７０の部分には組成の差が発生する。即ち、第１相変化物質層６５と第２相変化物質層７０が相異なる温度で形成されるため、ＨＡＲＳ６０内に形成される第１相変化物質層６５と第２相変化物質層７０には少なくとも一つ以上の構成成分の含量が異なることもある。 例示的な実施形態によれば、ＨＡＲＳ６０内で第２相変化物質層７０内のアンチモンの含量及び／又は、テルルの含量が第１相変化物質層６５内のアンチモンの含量及び／又は、テルルの含量より実質的に大きいこともある。即ち、第２相変化物質層７０はＨＡＲＳ６０内で相対的に豊富なアンチモンの含量及び／又は、テルルの含量を有する。
【０１３１】
本発明の実施形態において、前記第２物理気相蒸着工程は前記第２相変化物質の融点の６０％以上の相対的に高い第２温度で遂行される。例えば、第２相変化物質層７０は前記第２温度で遂行されるスパッタリング工程を通じて第１相変化物質層６５上に形成される。この時、第２相変化物質層７０はＨＡＲＳ６０の深さの２／３以上の厚さで形成される。 これによって、第１相変化物質層６５と第２相変化物質層７０の間の厚さの比は１．０：１．３〜３．０程度になりうる。例えば、第１相変化物質層６５が４００Å〜６００Å程度の厚さを有する場合、第２相変化物質層７０は８００Å〜１、２００Å程度の厚さで形成される。
【０１３２】
本発明の実施形態に係り、前記インサイチュリフローメカニズムを用いて第２相変化物質層７０を形成する場合、前記第２相変化物質の表現拡散の増加傾向と表面エネルギーの減少傾向によって、第２相変化物質層７０内にボイド、又は、シームが形成されない一方、ＨＡＲＳ６０の上部側壁に隣接して第２相変化物質層７０に発生するオーバーハングを防止する。また、絶縁構造物５５上の第２相変化物質層７０が実質的に楕円形の半球の形状、実質的に円形の半球の形状、実質的にドームの形状などを有する。したがって、第２相変化物質層７０は第１相変化物質層６５の曲率半径より実質的に小さい曲率半径を有する。 第１及び第２相変化物質層６５、７０が相変化メモリ装置に適用される場合、第２相変化物質層７０は相転移が起きないＮＰＶ（ｎｏｎ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｖｏｌｕｍｅ）領域に該当する。即ち、下部のコンタクト、パッド又は、電極から印加される電流によって、第１相変化物質層６５の第１相変化物質が容易に相転移を起こす反面、第２相変化物質層７０の第２相変化物質には相転移が起きないこともある。前述した通り、前記相変化メモリ装置がそれぞれＰＶ及びＮＰＶ領域に該当する第１及び第２相変化物質層６５、７０を含む場合、前記相変化メモリ装置のセット状態とリセット状態の間の抵抗マージン（ｍａｒｇｉｎ）を増加させることができ、データ維持（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）特性をより向上させる。
【０１３３】
前述したインサイチュリフローメカニズムを通じてＨＡＲＳ内に単一相変化物質層を形成する場合には、前記ＨＡＲＳ内に位置する相変化物質層の組成が変化される。例えば、前記相変化物質層がアンチモン、テルルなどを含む時、前記相変化物質層のうち前記ＨＡＲＳ内に形成される部分において残りの部分に比べてアンチモンの含量又は、テルルの含量が相対的に高いこともある。このように、前記ＨＡＲＳ内の相転移が起きる部分の相変化物質層が相対的に高いアンチモンの含量又は、テルルの含量を有すると、前記相変化物質層のデータ維持特性が低下される。これに比べて、インサイチュリフローが実質的に起きにくい相対的に低い第１温度で第１相変化物質層６５を形成し、インサイチュリフローが発生する相対的に高い第２温度で第２相変化物質層７０を形成すると、データ維持特性の低下を防止しながら、欠陥なくＨＡＲＳ６０を十分に埋めたてする第１及び第２相変化物質層６５、７０を含む多層構造の相変化物質層を形成する。
【０１３４】
本発明の他の実施形態によれば、第１及び第２相変化物質層６５、７０はインサイチュで形成される。即ち、ＨＡＲＳ６０を有する対象体５０がローディングされたチャンバの真空状態を維持しながら、相対的に低い第１温度でＨＡＲＳ６０を部分的に満たす第１相変化物質層６５を形成した後、前記第１温度から相対的に高い第２温度に温度を上昇させながら、第１相変化物質層６５上に第２相変化物質層７０を形成する。例えば、スパッタリング工程のソースターゲットの組成を変化させずに、工程温度を変化させながら、第１及び第２相変化物質層６５、７０を形成する。
【０１３５】
図６を参照すると、絶縁構造物５５が露出される時まで、第２相変化物質層７０及び第１相変化物質層６５を部分的に除去して、ＨＡＲＳ６０を完全に満たす第１及び第２相変化物質層パターン７５、８０を含む相変化構造物を形成する。ここで、第１及び第２相変化物質層パターン７５、８０を含む前記相変化構造物は化学機械的練磨工程及び／又はエッチバック工程を通じて収得される。
【０１３６】
図７及び図８は本発明のまた他の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【０１３７】
図７を参照すると、基板を含む対象体１００上に絶縁構造物１０５を形成する。絶縁構造物１０５は酸化膜、窒化膜及び酸窒化膜のうち少なくとも一つ以上を含む。
【０１３８】
絶縁構造物１０５を部分的にエッチングして対象体１００の所定の部分を露出させるＨＡＲＳ１１０を形成する。例えば、ＨＡＲＳ１１０は写真エッチング工程を用いて形成される。
【０１３９】
露出された対象体１００、ＨＡＲＳ１１０の側壁及び絶縁構造物１０５上に濡れ層（ｗｅｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）１１５を形成する。濡れ層１１５はＨＡＲＳ１１０のプロファイルに沿って均一に形成される。濡れ層１１５は原子層積層ＡＬＤ工程、化学気相蒸着工程、スパッタリング工程、パルスレーザ蒸着ＰＬＤ工程などを用いて形成される。この場合、濡れ層１１５は相対的に薄い厚さで形成される。例えば、濡れ層１１５は２００Å以下の厚さを有する。
【０１４０】
濡れ層１１５は後続して形成される相変化物質層１２５の濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を向上させる物質を用いて形成される。相変化物質層１２５の濡れ性とは相変化物質層１２５が濡れ層１１５上で分散する程度のことである。例示的な実施形態において、濡れ層１１５は金属及び／又は、金属窒化物を含む。例えば、濡れ層１１５はチタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物、タングステン、タングステン窒化物などを用いて形成される。これらは単独、又は、相互組合わせて使われる。本発明の他の実施形態によれば、濡れ層１１５は絶縁物質を用いて形成される。例えば、濡れ層１１５はニオブ酸化物ＮｂＯｘ、ジルコン酸化物ＺｒＯｘ、ハフニウム酸化物ＨｆＯｘ等を用いて形成される。これらは単独、又は、相互組合わせて使われる。濡れ層１１５が金属酸化物を含む場合、濡れ層１１５は対象体１００の導電領域から相変化物質層１２５に電荷がトンネリングできる程度の非常に薄い厚さを有する。
【０１４１】
濡れ層１１５上にシード膜１２０を形成する。シード膜１２０は濡れ層１１５上に均一な厚さで形成される。即ち、シード膜１２０はＨＡＲＳ１１０のプロファイルについて均一な厚さで形成される。シード膜１２０は金属、金属窒化物、金属シリサイド、金属酸化物などを用いて形成される。 例えば、シード膜１２０はゲルマニウム、アンチモン、ゲルマニウム−アンチモン−テルル、アンチモン−テルル、ゲルマニウム−テルル、チタン（Ｔｉ）、ジルコン（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン窒化物（ＴｉＮｘ）、ジルコン窒化物（ＺｒＮｘ）、ハフニウム窒化物（ＨｆＮｘ）、バナジウム窒化物（ＶＮｘ）、ニオブ窒化物（ＮｂＮｘ）、タンタル窒化物（ＴａＮｘ）、タングステン窒化物（ＷＮｘ）、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉｘ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉｘ）、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉｘ）、ゲルマニウムシリサイド（ＧｅＳｉｘ）、チタンアルミニウム窒化物（ＴｉＡｌｘＮｙ）、チタン炭素窒化物（ＴｉＣｘＮｙ）、タンタル炭素窒化物（ＴａＣｘＮｙ）、チタン シリコン窒化物（ＴｉＳｉｘＮｙ）、タンタルシリコン窒化物（ＴａＳｉｘＮｙ）、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）、ジルコン酸化物（ＺｒＯｘ）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯｘ）、バナジウム酸化物（ＶＯｘ）、ニオブ酸化物（ＮｂＯｘ）、タンタル酸化物（ＴａＯｘ）、タングステン酸化物（ＷＯｘ）等を含む。これらは単独、又は、相互組合わせて使われる。
【０１４２】
本発明の実施形態において、シード膜１２０は化学気相蒸着工程、原子層積層工程などを用いて形成される。この場合、シード膜１２０は相対的に薄い厚さを有する。例えば、シード膜１２０は４００Å以下の厚さで形成される。
【０１４３】
本発明の他の実施形態によれば、濡れ層１１５とシード膜１２０のうちいずれの一つだけが提供される。即ち、濡れ層１１５又は、シード膜１２０のうちいずれの一つだけが対象体１００、絶縁膜１０５及びＨＡＲＳ１１０の側壁上に形成される。
【０１４４】
再度図７を参照すると、シード膜１２０上に相変化物質層１２５を形成する。相変化物質層１２５はインサイチュリフローメカニズムを適用して図２を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を通じてシード膜１２０上に提供される。また、相変化物質層１２５は前述したカルコゲナイド混合物、非カルコゲナイド混合物、ドーパントを含有するカルコゲナイド混合物、ドーパントを含有する非カルコゲナイド混合物などを含む相変化物質を用いて形成される。
【０１４５】
図８を参照すると、絶縁構造物１０５の対面が露出する時まで相変化物質層１２５、シード膜１２０及び濡れ層１１５を部分的に除去することによって、ＨＡＲＳ１１０内に相変化構造物を形成する。 前記相変化構造物は化学機械的練磨工程及び／又はエッチバック工程を通じて形成される。
【０１４６】
本発明の実施形態において、前記相変化構造物は濡れ層パターン１３０、シード膜パターン１３５及び相変化物質層パターン１４０を具備する。濡れ層パターン１３０はＨＡＲＳ１１０の側壁と露出した対象体１００上に位置して、シード膜パターン１３５は濡れ層パターン１３０上に形成される。濡れ層パターン１３０とシード膜パターン１３５はＨＡＲＳ１１０を部分的に満たす。相変化物質層パターン１４０はＨＡＲＳ１１０を完全に満たしながら、シード膜パターン１３５上に形成される。
【０１４７】
本発明の他の実施形態によれば、前記相変化構造物は濡れ層パターン１３０及びシード膜パターン１３５のうちいずれの一つと相変化物質層パターン１４０を含む。例えば、前記相変化構造物は濡れ層パターン１３０と相変化物質層パターン１４０を具備する。また、前記相変化構造物はシード膜パターン１３５と相変化物質層パターン１４０を含むこともできる。この時、シード膜パターン１３５は対象体１００と微細開口１１０の側壁上に配置される。
【０１４８】
本発明のまた他の実施形態によれば、前記相変化構造物は第１相変化物質層パターンと第２相変化物質層パターンを具備する。この場合、前記第１及び第２相変化物質層パターンは図４〜図６を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を用いて形成される。
【０１４９】
本発明のまた他の実施形態によれば、前記相変化構造物は濡れ層パターン及びシード膜パターンのうち少なくとも一つと第１相変化物質層パターンそして第２相変化物質層パターンを含むこともできる。
【０１５０】
図９〜図１３は本発明に実施形態に係る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９〜図１３に示した方法によって収得される相変化メモリ装置は、図３を参照して説明した相変化物質層パターン３０と実質的に同一、又は、実質的に類似な構成を有する相変化物質層パターンを含む。また、図９〜図１３に示した方法によって製造される相変化メモリ装置は、図８を参照して説明した相変化構造物と実質的に同一、又は、実質的に類似な構成を有する相変化構造物を含むこともできる。
【０１５１】
図９を参照すると、基板１５０の所定の部分にコンタクト領域１５５を形成する。基板１５０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を含む。コンタクト領域１５５は不純物領域、拡散領域、導電領域などを含むことができる。例えば、コンタクト領域１５５はイオン注入工程を通じて基板１５０に形成される。
【０１５２】
本発明の実施形態において、基板１５０上には導電パターン、パッド、コンタクト、絶縁パターン、スイッチング素子などを具備する下部構造物が提供される。この時、コンタクト領域１５５は前記下部構造物のスイッチング素子に含まれる。
【０１５３】
コンタクト領域１５５を有する基板１５０上に第１絶縁層１６０を形成する。第１絶縁層１６０は酸化物を用いて形成される。例えば、第１絶縁層１６０はＵＳＧ、ＳＯＧ、ＢＰＳＧ、ＴＯＳＺ、ＦＯＸ、ＴＥＯＳ、ＰＥ−ＴＥＯＳ、ＨＤＰ−ＣＶＤ酸化物などのシリコン酸化物を用いて形成される。また、第１絶縁層１６０は化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着ＬＰＣＶＤ工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、高密度プラズマ−化学気相蒸着工程などを用いて形成される。基板１５０上に前記下部構造物が形成されている場合、第１絶縁層１６０は前記下部構造物を十分に覆う厚さを有する。
【０１５４】
第１絶縁層１６０を部分的にエッチングしてコンタクト領域１５５を露出させる第１開口１６５を形成する。例えば、第１開口１６５は写真エッチング工程を通じて形成される。第１開口１６５はコンタクト領域１５５を部分的に露出させる。本発明の実施形態において、第１開口１６５は基板１５０に対して実質的に垂直した側壁を有するが、基板１５０に対して所定の角度で傾斜した側壁を有することもある。
【０１５５】
再度図９を参照すると、第１開口１６５を通じて露出するコンタクト領域１５５上に第１導電膜１７０及び第２導電膜１７５を含むダイオード１８０を形成する。ダイオード１８０は第１開口１６５を部分的に満たす。この場合、第１及び第２導電膜１７０、１７５は相異なる不純物を含むポリシリコンを用いて形成される。例えば、第１導電膜１７０がＰ型不純物を含む場合、第２導電膜１７５はＮ型不純物を含む。これとは異なり、第１導電膜１７０がＮ型不純物を含み、第２導電膜１７５がＰ型不純物を含むこともできる。しかし、第１及び第２導電膜１７０、１７５に含まれる不純物はコンタクト領域１５５の導電型によって変化されることもある。
【０１５６】
本発明の実施形態に係るダイオード１７０を形成する工程において、第１開口１６５を通じて露出するコンタクト領域１５５をシードで用いて第１開口１６５を部分的に埋めたてさせる下部導電膜（図示されず）を形成した後、前記下部導電膜の下部及び上部にそれぞれ相異なる導電型の不純物をドーピングさせ第１及び第２導電膜１７０、１７５を形成する。例えば、前記下部導電膜は選択的エピタキシャル成長ＳＥＧ工程を用いて形成される。前記下部導電膜がコンタクト領域１５５から成長する場合、前記下部導電膜はシリコンを含む。これとは異なり、第１開口部１６５内にポリシリコン膜を形成した後、前記ポリシリコン膜を部分的に除去して第１開口１６５に前記下部導電膜を形成することもできる。
【０１５７】
図１０を参照すると、ダイオード１８０、第１開口１６５の側壁及び第１絶縁層１６０上に下部電極層（図示されず）を形成する。前記下部電極層は第１開口１６５のプロファイルについて均一に形成される。これによって、前記下部電極層によって第１開口１６５が完全に満たされないことがある。本発明の実施形態において、前記下部電極層は不純物を含むシリコン、金属及び／又は、金属混合物を用いて形成される。例えば、前記下部電極層は不純物を含むポリシリコン、不純物が含むアモルファスシリコン、不純物を含む単結晶シリコン、チタン、タングステン、タンタル、アルミニウム、チタン窒化物、タングステン窒化物、タンタル窒化物、アルミニウム窒化物、チタンアルミニウム窒化物などを用いて形成される。これらは単独、又は、相互組合わせて使われる。また、前記下部電極層は化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、原子層積層工程、パルスレーザ蒸着工程、スパッタリング工程などを用いて形成される。
【０１５８】
前記下部電極層上に第１開口１６５を十分に満たしながら充填層（図示されず）を形成する。前記充填層は酸化物、窒化物又は、酸窒化物を用いて形成される。例えば、前記充填層はシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸窒化物などを用いて形成される。また、前記充填層は化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程、原子層積層工程、高密度プラズマ化学気相蒸着工程などを用いて形成される。
【０１５９】
本発明の他の実施形態によれば、前記下部電極層が第１開口１６５を完全に満たすように形成される。この場合には、前記下部電極層上に追加的に充填層が形成されないこともある。
【０１６０】
第１絶縁層１６０が露出される時まで前記充填層及び前記下部電極層を部分的に除去して第１開口１６５内に下部電極１８５及び充填部材１９０を形成する。下部電極１８５と充填部材１９０は化学機械的練磨工程及び／又は、エッチバック工程を用いて形成される。下部電極１８５は第１開口１６５の側壁とダイオード１８０に接触しながら、第１開口１６５の周辺部を満たす。充填部材１９０は第１開口１６５を完全に満たすことができ、下部電極１８５が充填部材１９０を包む。
【０１６１】
本発明の実施形態において、下部電極１８５と充填部材１９０は第１開口１６５の形状によって限定される形状を有する。例えば、第１開口１６５が実質的に円形、実質的に楕円形又は、実質的に多角形の断面形状を有する場合、下部電極１８５は実質的に円形、実質的に楕円形又は、実質的に多角形の断面形状を有するシリンダの構造で形成される。この時、充填部材１９０は実質的に円形ピラ、実質的に楕円形ピラ、又は、実質的に多角形ピラ（ｐｉｌｌａｒ）の構造を有する。
【０１６２】
本発明の他の実施形態によって第１開口１６５内に充填部材１９０が形成されない場合には、下部電極１８５は第１開口１６５と実質的に同一、又は、実質的に類似な形状を有する。 例えば、第１開口１６５が実質的に円形、実質的に楕円形又は、実質的に多角形の断面形状を有する時、下部電極１８５は実質的に円形のピラ、実質的に楕円形のピラ、又は、実質的に多角形のピラなどの多様な構造を有する。
【０１６３】
図１１を参照すると、第１絶縁層１６０、下部電極１８５及び充填部材１９０上に絶縁構造物１９５を形成する。絶縁構造物１９５は酸化物、窒化物及び／又は、酸窒化物を用いて形成される。例示的な実施形態において、絶縁構造物１９５はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜のうち一つを含む単層構造を有することもでき、二つ以上を含む多層構造で形成されることもできる。絶縁構造物１９５は図１を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を通じて収得される。
【０１６４】
絶縁構造物１９５を部分的にエッチングすることによって、絶縁構造物１９５を貫通して充填部材１９０と下部電極１８５を露出させるＨＡＲＳ２００を形成する。ＨＡＲＳ２００は実質的に円形の断面形状を有するホール、実質的に楕円形の断面形状を有するホール、実質的に多角形の断面形状を有するホールなどのように多様な形状を有する。ＨＡＲＳ２００は写真エッチング工程、又は、追加的なエッチングマスクを用いて工程を通じて絶縁構造物１９５に形成される。このようなＨＡＲＳ２００を形成する工程は図１を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に似ている。また、ＨＡＲＳ２００は図１を参照して説明したＨＡＲＳ２０と実質的に同一、又は、実質的に類似な形状を有する。
【０１６５】
図１１に示した通り、ＨＡＲＳ２００を満たしながら、絶縁構造物１９５上に相変化物質層２０５を形成する。相変化物質層２０５はインサイチュリフローメカニズムを適用した物理気相蒸着工程を通じて形成される。相変化物質層２０５は図２を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を用いて収得される。また、相変化物質層２０５は図２を参照して説明した相変化物質層２５と実質的に同一、又は、実質的に類似な相変化物質を用いて形成される。したがって、相変化物質層２０５はボイド、シーム、オーバーハングなどの欠陥を発生させず、ＨＡＲＳ２００を完全に満たしながら絶縁構造物１９５上で実質的に円形、実質的に楕円形又は、実質的にドームの形状で突出する。
【０１６６】
本発明の他の実施形態によると、相変化物質層２０５を形成する前にＨＡＲＳ２００の側壁と底面上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つを追加的に形成する。この場合、前記濡れ層及び前記シード膜は図７を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を通じて形成される。
【０１６７】
図１２を参照すると、絶縁構造物１９５の上面が露出する時まで相変化物質層２０５を部分的に除去して、ＨＡＲＳ２００内に相変化物質層パターン２１０を形成する。したがって、相変化物質層パターン２１０は下部電極１８５及び充填部材１９０に接触する。例えば、相変化物質層パターン２１０の下部周辺部は下部電極１８５に接触することができ、相変化物質層パターン２１０の下部中央部は充填部材１９０に接触する。相変化物質層パターン２１０は化学機械的練磨工程及び／又は、エッチバック工程を用いて形成される。
【０１６８】
相変化物質層パターン２１０と絶縁構造物１９５上に上部電極層２１５を形成する。上部電極層２１５はポリシリコン、金属、金属窒化物、金属シリサイドなどを用いて形成される。例えば、上部電極層２１５は不純物を含むポリシリコン、チタン、タンタル、アルミニウム、タングステン、チタン窒化物、チタンアルミニウム窒化物、アルミニウム窒化物、タングステン窒化物、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、タンタルシリサイド、ニッケルシリサイドなどを用いて形成される。これは単独、又は、相互組合わせて使われる。また、上部電極層２１５は化学気相蒸着工程、原子層積層工程、パルスレーザ蒸着工程． 真空蒸着工程、スパッタリング工程等を通して形成される。
【０１６９】
図１３を参照すると、上部電極層２１５をパターニングして上部電極２２０を形成する。上部電極２２０は相変化物質層パターン２１０に比べて実質的に広い幅を有する。したがって、上部電極２２０は相変化物質層パターン２１０とその周辺の絶縁構造物１９５上に位置する。
【０１７０】
上部電極２００を覆いながら第２絶縁層２２５を形成する。第２絶縁層２２５は酸化物、窒化物及び／又は、酸窒化物を用いて形成される。また、第２絶縁層２２５は化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、高密度プラズマ化学気相蒸着工程等を通して形成される。例示的な実施形態において、第２絶縁層２２５は第１絶縁層１６５と実質的に同じ物質を含む。他の例示的な実施形態によれば、第１絶縁層１６５と第２絶縁層２２５は相異なる物質を含むこともできる。
【０１７１】
第２絶縁層２２５を部分的にエッチングして、上部電極２２０を露出させる第２開口２３０を形成する。第２開口２３０は第２絶縁層２２５を貫通して、上部電極２２０の一部を露出させる。第２開口２３０は写真エッチング工程を用いて形成される。
【０１７２】
第２開口２３０を満たしながら第２絶縁層２２５上に導電層を形成した後、第２絶縁層２２５が露出する時まで前記導電層を部分的に除去して第２開口２３０内にパッド又は、コンタクト２３５を形成する。したがって、コンタクト２３５は上部電極２２０に接触する。前記導電層は金属、金属混合物、ポリシリコンなどを用いて形成される。例えば、前記導電層は不純物を含むポリシリコン、チタン、タンタル、アルミニウム、タングステン、チタン窒化物、チタンアルミニウム窒化物、アルミニウム窒化物、タングステン窒化物などを用いて形成される。これらは単独、又は、相互組合わせて使われる。また、前記導電層は化学気相蒸着工程、原子層積層工程、パルスレーザ蒸着工程、真空蒸着工程、スパッタリング工程等を通して形成される。一方、コンタクト２３５は化学機械的練磨工程及び／又はエッチバック工程を通じて形成される。
【０１７３】
前述した工程によって、欠陥なくＨＡＲＳ２００を完全に埋めたてする相変化物質層パターン２１０を含む相変化メモリ装置を製造する。したがって、前記相変化メモリ装置はセット状態とリセット状態との間で十分な抵抗マージンを確保する。
【０１７４】
図１４〜図１６は本発明の他の実施形態に係る相変化メモリ装置を製造する方法を説明するための断面図である。図１４〜図１６に示した方法によって製造される相変化メモリ装置は、図６を参照して説明した相変化物質層パターンと実質的に同一、又は、実質的に類似な構成を有する相変化物質層パターンを含む。また、図１４〜図１６に示した方法によって収得される相変化メモリ装置は、図８を参照して説明した濡れ層パターン及びシード膜パターンのうち少なくとも一つを追加的に具備することもできる。
【０１７５】
図１４を参照すると、コンタクト領域２５５を有する基板２５０上に第１絶縁層２６０を形成する。コンタクト領域２５５は不純物領域、拡散領域、導電領域などを含むことができ、基板２５０上には導電パターン、パッド、コンタクト、絶縁パターン、スイッチング素子などを具備する下部構造物が提供される。
【０１７６】
第１絶縁層２６０は酸化物を化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、高密度プラズマ化学気相蒸着工程などで蒸着して形成される。例示的な実施形態において、第１絶縁層２６０に平坦化工程を遂行して第１絶縁層２６０が平坦な対面を有する。例えば、化学機械的練磨工程、エッチバック工程等を通して第１絶縁層２６０を平坦化させる。
【０１７７】
第１絶縁層２６０の一部を部分的にエッチングすることによって、第１絶縁層２６０を貫通する第１開口２６５を形成する。第１開口２６５はコンタクト領域２５５の少なくとも一部を露出させる。例示的な実施形態において、第１開口２６５は基板２５０に対して実質的に垂直したり傾斜した側壁を有する。
【０１７８】
第１開口２６５を通じて露出するコンタクト領域２５５上に第１導電膜２７０及び第２導電膜２７５を具備するダイオード２８０を形成する。ダイオード２８０は第１開口２６５を部分的に満たす。ダイオード２８０は図９を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を用いて形成される。
【０１７９】
ダイオード２８０、第１開口２６５の側壁及び第１絶縁層２６０上に下部電極層（図示されず）を形成する。前記下部電極層は第１開口２６５を部分的に満たす。前記下部電極層は不純物を含むシリコン、金属及び／又は、金属混合物を含むことができ、化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、原子層積層工程、パルスレーザ蒸着工程、スパッタリング工程などを用いて形成される。
【０１８０】
前記下部電極層上に第１開口２６５を完全に満たしながら充填層（図示されず）を形成する。前記充填層は酸化物、窒化物又は、酸窒化物を含むことができ、化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程、原子層積層工程、高密度プラズマ化学気相蒸着工程などを用いて形成される。例示的な実施形態において、第１開口２６５を完全に満たすように前記下部電極層が形成される場合、前記下部電極層上には前記充填層が形成されないこともある。
【０１８１】
第１絶縁層２６０の対面が露出するように前記充填層と前記下部電極層を部分的に除去することによって、第１開口２６５内に下部電極２８５と充填部材２９０を形成する。下部電極２８５は第１開口２６５の側壁とダイオード２８０に接触されることができ、充填部材２９０は第１開口２６５を完全に埋めたてしながら、下部電極２８５によって囲まれる。この時、下部電極２８５と充填部材２９０は第１開口２６５の形状によって限定される形状を有する。
【０１８２】
再度図１４を参照すると、第１絶縁層２６０、下部電極２８５及び充填部材２９０上に絶縁構造物２９５を形成する。絶縁構造物２９５はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜のうち一つを含む単層構造を有することもでき、二つ以上を含む多層構造で形成されることもできる。
【０１８３】
絶縁構造物２９５の一部をエッチングして充填部材２９０と下部電極２８５を露出させるＨＡＲＳ３００を形成する。ＨＡＲＳ２００は実質的に円形の断面形状を有するホール、実質的に楕円形の断面形状を有するホール、実質的に多角形の断面形状を有するホールなどのような多様な形状を有する。
【０１８４】
図１５を参照すると、ＨＡＲＳ３００を部分的に満たしながら絶縁構造物２９５上に第１相変化物質層３０５を形成する。第１相変化物質層３０５はインサイチュリフローメカニズムが適用されない相対的に低い第１温度で物理気相蒸着工程を通じて形成される。即ち、第１相変化物質層３０５は図５を参照して説明した第１相変化物質層６５を形成する工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を用いて形成される。また、第１相変化物質層３０５は図５を参照して説明した第１相変化物質層６５と実質的に同一、又は、実質的に類似な第１相変化物質を含むことができ、実質的に同一、又は、実質的に類似な構造を有する。第１相変化物質層３０５はＨＡＲＳ３００の深さの１／３程度の厚さで形成される。
【０１８５】
本発明の他の実施形態において、第１相変化物質膜３０５を形成する前にＨＡＲＳ３００の側壁と底面上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つが形成される。この時、前記濡れ層及び前記シード膜は図７を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を通じて形成される。
【０１８６】
第１相変化物質層３０５上にＨＡＲＳ３００を完全に満たしながら第２相変化物質層３１０を形成する。第２相変化物質層３１０はインサイチュリフローメカニズムが適用される相対的に高い第２温度で遂行される第２物理気相蒸着工程を通じて収得される。
【０１８７】
第２相変化物質層３１０は図５を参照して説明した第２相変化物質層７０と実質的に同一、又は、実質的に類似な第２相変化物質を用いて形成されることができ、前述した第２相変化物質層７０と実質的に同一、又は、実質的に類似な形状を有する。第２相変化物質層３１０はＨＡＲＳ３００の深さの２／３以上の厚さで形成されることができ、これによって、第１相変化物質層３０５と第２相変化物質層３１０の間の厚さの比は１．０：１．３〜３．０程度になりうる。
【０１８８】
本発明の例示的な実施形態において、工程温度を変化させながらインサイチュに進行される物理気相蒸着工程を用いて第２相変化物質層３１０が第１相変化物質層３０５と一体で形成される。
【０１８９】
図１６を参照すると、絶縁構造物２９５の対面が露出する時まで第１及び第２相変化物質層３０５、３１０を部分的に除去する。これによって、ＨＡＲＳ３００内には第１及び第２相変化物質層パターン３１５、３２０を含む相変化構造物が形成される。第１及び第２相変化物質層パターン３１５、３２０は化学機械的練磨工程及び／又はエッチバック工程を用いて形成される。第１相変化物質層パターン３１５はＨＡＲＳ３００を部分的に満たすことができ、第２相変化物質層パターン３２０はＨＡＲＳ３００を完全に埋めたてする。この場合、第１相変化物質層パターン３１５は下部電極２８５及び充填部材２９０に接触する。
【０１９０】
前記相変化メモリ装置が第１及び第２相変化物質層パターン３１５、３２０を具備する前記相変化構造物を含む場合、第１相変化物質層パターン３１５は相転移が起きるＰＶ領域に該当することができ、下部電極２８５に接触しない第２相変化物質層パターン３２０は相転移が起きないＮＰＶ領域に該当する。即ち、下部電極２８５から印加される電流によって第１相変化物質層パターン３１５の第１相変化物質は容易に相転移を起こすことができ、第２相変化物質層パターン３２０の第２相変化物質は実質的に相転移を起こさないことがある。このように、前記相変化メモリ装置がそれぞれＰＶ及びＮＰＶ領域に該当する第１及び第２相変化物質層パターン３１５、３２０を含む場合、前記相変化メモリ装置のデータ維持特性をより向上させながらセット状態とリセット状態との間の抵抗マージンを充分に確保する。
【０１９１】
図１６に示した通り、前記相変化構造物と絶縁構造物２９５上に上部電極層（図示されず）を形成した後、前記上部電極層をパターニングして第２相変化物質層パターン３２０と絶縁構造物２９５上に上部電極３２５を形成する。上部電極３２５は前記相変化構造物の幅に比べて実質的に広い幅で形成される。上部電極３２５はポリシリコン、金属、金属窒化物、金属シリサイドなどを含むことができ、前記上部電極層は化学気相蒸着工程、原子層積層工程、パルスレーザ蒸着工程、 真空蒸着工程、スパッタリング工程等を通して形成される。
【０１９２】
絶縁構造物２９５上に上部電極３２５を覆いながら第２絶縁層３３０を形成する。第２絶縁層３００は酸化物、窒化物及び／又は、酸窒化物を含むことができ、化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、高密度プラズマ化学気相蒸着工程等を通して形成される。
【０１９３】
第２絶縁層３３０を一部エッチングして、上部電極３２５を露出させる第２開口３３５を形成した後、第２開口２３０を満たしながら上部電極３２５上にパッド又は、コンタクト３４０を形成する。 前記パッド又は、コンタクト３４０は金属、金属混合物、ポリシリコンなどを用いて形成される。これによって、欠陥がないながらも、向上したデータ維持特性及び抵抗マージンを有する相変化構造物を含む相変化メモリ装置を収得する。
【０１９４】
図１７は本発明の実施形態に係るメモリ装置を含むメモリシステムを説明するためのブロック図である。
【０１９５】
図１７を参照すると、メモリシステム３５０は携帯用電子装備を含む。例えば、メモリシステム３５０はＰＭＰ装置、携帯用通信装置、ＭＰ３プレーヤー、携帯用ディスプレープレーヤー、電子辞典などに該当する。メモリシステム３５０はメモリ装置３５５、メモリコントローラ３６０、ＥＤＣ３６５、表示部材３７０及びインターフェース３７５を具備する。メモリ装置３５５は上述した通りの本発明の多様な実施形態に係る相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を具備する相変化メモリ装置を含む。したがって、メモリ装置３５５は向上したデータ維持特性と信頼性を有する。
【０１９６】
音響データ又は、映像データなどのようなデータはＥＤＣ３６５によってメモリコントローラ３６０を通じてメモリ装置３５５に入力されたりメモリ装置３５５から出力される。このような音響及び／又は、映像データはＥＤＣ３６５からメモリ装置３５５で直接入力されるが、メモリ装置３５５からＥＤＣ３６５まで直接出力されることもできる。ＥＤＣ３６５は前記音響及び／又は、映像データをメモリ装置３５５内に保存するようにインコーディング（ｅｎｃｏｄｉｎｇ）する。例えば、ＥＤＣ３６５はメモリ装置３５５内に音響データを保存するためにＭＰ３ファイルでインコーディングする。また、ＥＤＣ３６５はメモリ装置３５５内に映像データを保存するためにＭＰＥＧファイルでインコーディングする。ＥＤＣ３６５は相異なるフォーマットによって相異なる形態を有するデータをインコーディングするための複合エンコーダを含む。例えば、ＥＤＣ３６５は音響データのためのＭＰ３エンコーダ及び映像データのためのＭＰＥＧエンコーダを同時に含む。
【０１９７】
また、ＥＤＣ３６５はメモリ装置３５５から出力をデコーディング（ｄｅｃｏｄｉｎｇ）する。例えば、ＥＤＣ３６５はメモリ装置３５５から出力された音響データをＭＰ３ファイルでデコーディングする。一方、ＥＤＣ３６５はメモリ装置３５５から出力された映像データをＭＰＥＧファイルでデコーディングする。また、ＥＤＣ３６５は音響データのためのＭＰ３デコーダと映像データのためのＭＰＥＧデコーダを同時に含む。しかし、ＥＤＣ３６５は音響及び／又は、映像データのためのデコーダだけを含むこともできる。例えば、インコーディングされた音響及び／又は、映像データがＥＤＣ３６５で入力されてメモリコントローラ３６０及び／又は、メモリ装置３５５に伝達される。
【０１９８】
ＥＤＣ３６５はインターフェース３７５を経由してインコーディングのための音響及び／又は、映像データ又は、インコーディングされた音響及び／又は、映像データを受信する。 インターフェース３７５はファイヤーワイヤーインターフェース、ＵＳＢインターフェースなどを含む。音響及び／又は、映像データはメモリ装置３５５からインターフェース３７５を経由して表示部材３７０を通じて出力される。
【０１９９】
表示部材３７０はメモリ装置３５５から直接出力されるか、又はＥＤＣ３６５によってデコーディングされた音響及び／又は、映像データをユーザに表示する。表示部材３７０は音響データを出力するためのスピーカージャックや映像データを出力するディスプレースクリーンなどを含む。
【０２００】
本発明の実施形態において、前述した通り向上したデータ維持特性と改善されたリセット−セット抵抗マージンを有する相変化物質層パターン、又は、相変化構造物を具備する相変化メモリを含むメモリ装置３５５がメモリシステム３５０に適用されることによって、メモリシステム３５０の性能をより改善する。
【０２０１】
図１８は本発明の実施形態に係る広帯域移動通信が可能な移動通信ネットワークを説明するための通信システムのブロック図である。
【０２０２】
図１８を参照すると、広帯域移動通信システム４００はセンサーモジュール４０５、位置追跡システムＧＰＳ４１０及び移動通信端末機４１５を含む。広帯域移動通信システム４００はデータサーバ４２０と基地局４２５と相互通信する。移動通信端末機４１５は多くのデータを送受信するため、速い動作速度と高いデータ信頼性が要求される。移動通信端末機４１５は前述した通り多様な相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を具備するメモリ装置を含む。これによって、移動通信端末機４１５は相対的に低い動作電圧でも高速で動作が可能であり、高いデータ信頼性を確保する。また、前述した多様な実施形態に係る相変化メモリ装置は多様な電気及び電子機器に適用される。例えば、前記相変化メモリ装置はＵＳＢメモリ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラ、メモリカードなどの機器に採用される。
【０２０３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特徴請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到しうることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【０２０４】
本発明の実施形態によると、インサイチュリフローメカニズムを適用した物理気相蒸着を通じて微細なサイズのホール、開口、トレンチなどのようなＨＡＲＳを欠陥なく完全に埋めたてする相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を形成する。 このような相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を相変化メモリ装置に適用する場合、前記相変化メモリ装置はデータ維持特性とセット−リセット状態の抵抗マージンの増加などで向上した動作速度と信頼性を有する。
【符号の説明】
【０２０５】
１０、５０、１００ 基板、対象体
１５、５５、１０５、１９５、２９５ 絶縁構造物
２０、６０、１１０、２００、３００ ＨＡＲＳ（Ｈｉｇｈ＿Ａｓｐｅｃｔ＿Ｒａｔｉｏ＿Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、高縦横比構造）
２５、１２５、２９５ 相変化物質層
３０、１４０、２１０ 相変化物質増パターン
６５、３０５ 第１相変化物質層
７０、３１０ 第２相変化物質層
７５、３１５ 第１相変化物質層パターン
８０、３２０ 第２相変化物質層パターン
１１５ 濡れ層
１２０ シード膜
１３０ 濡れ層パターン
１３５ シード膜パターン
１５０、２５０ 基板
１５５、２５５ コンタクト領域
１６０、２６０ 第１絶縁層
１６５、２６５ 第１開口
１７０、２７０ 第１導電膜パターン
１７５、２７５ 第２導電膜パターン
１８０、２８０ ダイオード
１８５、２８５ 下部電極
１９０、２９０ 充填部材
２１５ 上部電極層
２２０、３２５ 上部電極
２２５、３３０ 第２絶縁層
２３０、３３５ 第２開口
２３５、３４０ コンタクト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化構造物、相変化物質層の形成方法、相変化メモリ装置及び相変化メモリ装置の製造方法に係り、より詳細には、本発明は非常に小さいサイズのＨＡＲＳ（Ｈｉｇｈ＿Ａｓｐｅｃｔ＿Ｒａｔｉｏ＿Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、高縦横比構造、以下、ＨＡＲＳという）を完全に満たしながら要求される特性を確保できる相変化物質層を含む相変化構造物、このような相変化物質層の形成方法、前記相変化構造物を含む相変化メモリ装置及び前記相変化メモリ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相変化メモリＰＲＡＭ装置は非揮発性メモリ装置であるが、ランダムアクセス（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ）が可能な特性を有するため、今後最も有望なメモリ装置として評価されている。一般的に相変化メモリ装置においては、相変化物質層を構成するカルコゲナイド（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）混合物（ｃｏｍｐｏｕｎｄ）内の相転移（ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）を用いて、データを記録し、又は記録されたデータを読み取る。
即ち、カルコゲナイド混合物の非晶質状態と結晶状態との間の抵抗の差を用いて、データを保存し、又は保存されたデータを読み取る。例えば、相変化メモリ装置は印加されたパルスの振幅と長さによって、カルコゲナイド混合物からなる相変化物質層の可逆的相変化を用いてデータを「０」と「１」の状態で保存する。したがって、相変化物質層から発生する可逆的な相転移が明確に区分されるほど相変化メモリ装置が向上した信頼性を有する。
しかし、相変化メモリ装置のデザインルールの縮小と共に、ボイド（ｖｏｉｄ）やシーム（ｓｅａｍ）のような欠陥を発生させずに、微細なサイズを有するホール、開口、又は、トレンチなどのＨＡＲＳ内に相変化物質層を完全に満たすことは実質的に難しい。相変化メモリ装置が高集積化されるほど微細なサイズを有する３次元的なＨＡＲＳ内に相変化物質層を効果的に蒸着させる技術が必須であり、これによってＨＡＲＳに対して優秀なステップカバレッジ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）又は、ギャップフィル（ｇａｐ ｆｉｌｌ）特性を有する相変化物質層を形成するための技術の開発が非常に重要な問題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７−００９７７３９号明細書
【特許文献２】韓国特許出願公開第２００９−０１１７１０３号明細書
【特許文献３】韓国登録特許１０−０５９４８４９号明細書
【特許文献４】特開平５−３３４８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一目的は要求される抵抗マージンと維持特性を確保しながら優秀なステップカバレッジ、又は、ギャップフィル特性を有する、微小サイズの相変化物質層パターンをＨＡＲＳ内に含む相変化構造物を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は要求される抵抗マージンと維持特性を確保しながら優秀なステップカバレッジ又は、ギャップフィル特性を有する、微小サイズの相変化物質層をＨＡＲＳ内に形成する方法を提供することにある。
【０００６】
本発明のまた他の目的は要求される抵抗マージンと維持特性を確保しながら優秀なステップカバレッジ、又は、ギャップフィル特性を有する、微小サイズの相変化物質層パターン、又は、相変化構造物をＨＡＲＳ内に具備する相変化メモリ装置を提供することにある。
【０００７】
本発明のまた他の目的は要求される抵抗マージンと維持特性を確保しながらＨＡＲＳに対して優秀なステップカバレッジ、又は、ギャップフィル特性を有する相変化物質層パターン又は、相変化構造物を具備する相変化メモリ装置の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は前述した目的に限定されるのではなく、本発明の思想及び領域から離れない範囲で多様に拡張できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る相変化構造物は、第１相変化物質を含有する第１相変化物質層パターンと前記第１相変化物質と相異なる組成を有する第２相変化物質を含有する第２相変化物質層パターンを含む。前記第１相変化物質層パターンは対象体、及び／又は、絶縁構造物に形成されたホール、開口、トレンチなどのＨＡＲＳ（Ｈｉｇｈ＿Ａｓｐｅｃｔ＿Ｒａｔｉｏ＿Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、高縦横比構造）を部分的に満たし、前記第２相変化物質層パターンは前記ＨＡＲＳの残りを満たす。
【００１０】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質と前記第２相変化物質が少なくとも１つの構成成分を共有し、前記第２相変化物質における前記共有構成成分の含量が前記第１相変化物質物質における前記共有構成成分の含量より実質的に大きい。
例えば、前記共有構成成分は、アンチモン（Ｓｂ）及びテルル（Ｔｅ）である。
【００１１】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質は電流に反応して相転移を起こし、前記第２相変化物質は前記電流に対して実質的に相転移を起こさない。
【００１２】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層パターンは、前記第２相変化物質層パターンが形成される温度より実質的に低い温度で形成される。
例えば、温度を摂氏温度（℃）で規定し、前記第１相変化物質層パターンは前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成され、前記第２相変化物質層パターンは前記第２相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成される。
【００１３】
例示的な実施形態において、前記第１及び第２相変化物質はそれぞれ、１４族（第ＸＩＶ族）、１５族（第ＸＶ族）、及び１６族（第ＸＶＩ族）のいずれかに属する元素の２成分系混合物、３成分系混合物、４成分系混合物、５成分系混合物からなるグループから選択された１つ以上を含む。
この場合、前記第１相変化物質層パターン及び前記第２相変化物質層パターンのうち少なくとも一つは結晶化温度を上昇させるドーパントを追加的に含むことができる。
例えば、前記ドーパントの含量は前記第１相変化物質及び前記第２相変化物質のうち少なくとも一つの全体重量に対して、５重量％乃至３０重量％程度である。
例えば、前記ドーパントは、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなるグループから選択された１つ以上を含む。
また、前記第１及び第２相変化物質はそれぞれ、カルコゲナイド混合物、非カルコゲナイド混合物、ドーパントを含有するカルコゲナイド混合物、ドーパントを含有する非カルコゲナイド混合物のいずれか１つ又は２つ以上を含むことができる。
【００１４】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層パターンの、前記第２相変化物質層パターンに対する厚さの比は１．３乃至３．０程度になる。
【００１５】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層パターンと前記第１相変化物質層パターンは一体で形成される。
【００１６】
例示的な実施形態において、前記相変化構造物は前記ＨＡＲＳと前記第１相変化物質層パターンの間に配置される、濡れ層パターン及びシード膜パターンのうち少なくとも一つを追加的に含む。
例えば、前記濡れ層パターンは金属、金属窒化物、金属酸化物からなるグループから選択された１つ以上を含むことができ、前記シード膜パターンは金属、金属窒化物、金属シリサイド、金属酸化物などを含む。
【００１７】
上述した本発明の他の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る相変化物質層の形成方法において、対象体上に絶縁構造物を形成した後、前記絶縁構造物に前記対象体を露出させるＨＡＲＳを形成する。次に、前記ＨＡＲＳを満たしながら、前記絶縁構造物上に相変化物質を蒸着して、少なくとも一つの相変化物質層を形成する。温度を摂氏温度で規定して、前記少なくとも一つの相変化物質層は前記相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成される。
【００１８】
例示的な実施形態において、前記少なくとも一つの相変化物質層は物理気相蒸着（ＰＶＤ）工程を用いて形成される。
例えば、前記少なくとも一つの相変化物質層はスパッタリング工程を用いて形成される。
【００１９】
例示的な実施形態において、前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する過程で前記相変化物質にドーパントを添加する。
【００２０】
例示的な実施形態において、前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する以前に、前記対象体、前記ＨＡＲＳの側壁、及び前記絶縁構造物上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つを形成する。
【００２１】
例示的な実施形態において、前記少なくとも一つの相変化物質層を形成するために前記ＨＡＲＳを部分的に満たす第１相変化物質層を形成した後、前記第１相変化物質層上に前記ＨＡＲＳの残りを満たす第２相変化物質層を形成する。
例えば、前記第１相変化物質層は第１温度で第１相変化物質を蒸着して形成され、前記第２相変化物質層は前記第１温度より高い第２温度で第２相変化物質を蒸着して形成される。
例えば、前記第１相変化物質層は前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成され、前記第２相変化物質層は前記第２相変化物質の融点の６０％以上の温度で形成される。
【００２２】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層は第１物理気相蒸着工程を用いて形成され、前記第２相変化物質層は第２物理気相蒸着工程を用いて形成される。
例えば、前記第１及び第２相変化物質層はそれぞれスパッタリング工程を用いて形成される。
【００２３】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層と前記第２相変化物質層はインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で遂行されるスパッタリング工程を用いて形成される。
例えば、前記第１及び第２相変化物質層は同じ組成を有するソースターゲットを用いて形成される。
【００２４】
上述した本発明のまた他の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る相変化メモリ装置は、コンタクト領域を有する基板、前記基板上に配置され、前記コンタクト領域を露出させる開口を含む絶縁層、前記開口内に配置される下部電極、前記絶縁層上に配置されて前記下部電極を露出させるＨＡＲＳを含む絶縁構造物、前記ＨＡＲＳを部分的に満たし、第１相変化物質を含む第１相変化物質層パターン、前記ＨＡＲＳの残りを満たし、前記第１相変化物質と相異なる組成を有する第２相変化物質を含む第２相変化物質層パターン、そして前記第２相変化物質層パターン上に配置される上部電極を含む。
【００２５】
例示的な実施形態において、前記相変化メモリ装置は前記コンタクト領域と前記下部電極との間に配置されるスイッチング素子を追加的に含む。
例えば、前記スイッチング素子はダイオード及びトランジスタの一方、又は双方を含む。
【００２６】
例示的な実施形態において、前記下部電極は前記開口を部分的に満たすシリンダの形状を有し、この場合、前記相変化メモリ装置は前記開口内の前記下部電極上に配置される充填部材を追加的に含む。
【００２７】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質と前記第２相変化物質が少なくとも１つの構成成分を共有し、前記第２相変化物質における前記共有構成成分の含量が前記第１相変化物質における前記共有構成成分の含量より実質的に大きくてもよい。
【００２８】
例示的な実施形態において、前記第１相変化物質層パターンは前記下部電極から印加される電流に反応して相転移を起こし、前記第２相変化物質層パターンは前記電流に対して実質的に相転移を起こすことができないことがある。
例えば、前記第１相変化物質層パターンの、前記第２相変化物質層パターンに対する厚さの比は１．３乃至３．０である。
【００２９】
上述した本発明のまた他の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る相変化メモリ装置の製造方法において、コンタクト領域を有する基板上に前記コンタクト領域を露出させる開口を含む絶縁層を形成する。次に前記開口内に下部電極を形成した後、前記絶縁層上に前記下部電極を露出させるＨＡＲＳを含む絶縁構造物を形成する。次に、温度を摂氏温度で規定して、前記ＨＡＲＳを満たすように、前記絶縁構造物上に相変化物質を前記相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で蒸着して、少なくとも一つの相変化物質層を形成する。次に前記少なくとも一つの相変化物質層を部分的に除去して前記ＨＡＲＳ内に少なくとも一つの相変化物質層パターンを形成した後、前記少なくとも一つの相変化物質層パターン上に上部電極を形成する。
【００３０】
例示的な実施形態において、前記下部電極を形成する以前に前記開口内にスイッチング素子を追加的に形成する。
【００３１】
例示的な実施形態において、前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する前に、前記ＨＡＲＳの側壁と前記下部電極上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つを追加的に形成する。
【００３２】
例示的な実施形態に係る前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する過程において、第１温度で第１相変化物質を蒸着して、前記ＨＡＲＳを部分的に満たす第１相変化物質層を形成し、次に前記第１温度より実質的に高い第２温度で第２相変化物質を蒸着して、前記第１相変化物質層上に前記ＨＡＲＳの残りを満たす第２相変化物質層を形成する。
例えば、前記第１相変化物質層は前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成されることができ、前記第２相変化物質層は前記第２相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の例示的な実施形態によれば、インサイチュリフローメカニズムを採用した物理気相蒸着を用いて微細なサイズのホール、開口、トレンチなどのようなＨＡＲＳを欠陥なく、完全に埋立する相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を形成する。このような相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を相変化メモリ装置に適用する時、前記相変化メモリ装置はデータ維持特性とセット状態とリセット状態の抵抗マージンの増加などで向上された動作速度と信頼性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明のまた他の実施形態に係る相変化構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明のまた他の実施形態に係る相変化構造物の形成方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る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１０】本発明の実施形態に係る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１１】本発明の実施形態に係る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１２】本発明の実施形態に係る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】本発明の実施形態に係る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１４】本発明の他の実施形態に係る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】本発明の他の実施形態に係る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１６】本発明の他の実施形態に係る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１７】本発明の実施形態に係るメモリシステムを説明するためのブロック図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る広帯域移動通信が可能な移動通信ネットワークを説明するための通信システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付した図面を参照して本発明の例示的な実施形態に係る相変化構造物、相変化物質層の形成方法、相変化メモリ装置及び相変化メモリ装置の製造方法に対して詳細に説明するが、本発明が下記の実施形態によって制限されるのではなく、該当分野において通常の知識を有する者ならば本発明の技術的思想を離れない範囲内で本発明を多様な他の形態で実現できる。添付された図面において、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ものである。
【００３６】
本明細書において、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され、本明細書で説明した実施形態に限定されるものと解釈されず、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して理解せねばならない。ある構成要素が他の構成要素に「接続され」る、又は「接続されて」いると言及した場合には、その他の構成要素に直接的に接続されたり、又は接続されていたりすることもあるが、中間に他の構成要素が存在することもあると理解すべきである。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接接続され」る、又は「直接接続されて」いると言及した場合には、中間に他の構成要素が存在しないことと理解すべきである。構成要素の間の関係を説明する他の表現、即ち「〜間に」と「すぐに〜間に」、又は「〜に隣接する」と「〜に直接隣接する」等も同じように解釈すべきである。
「及び／又は」は、その前後に挙げた構成要素の一部又は全部を指すものとする。
【００３７】
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り、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、又はこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１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、又はこれらを組み合わせたものなどの存在、又は付加の可能性を、予め排除しないことと理解すべきである。特に定義しない限り、技術的或いは科学的用語を含んで、ここで使用する全ての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、一般的に理解されることと同一な意味を有する。一般的に使用される辞書において定義する用語と同じ用語は関連技術の文脈上に有する意味と一致する意味を有することと理解すべきであり、本明細書において明白に定義しない限り、理想的或いは形式的な意味として解釈してはならない。
【００３８】
第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するために使用できるが、これらの構成要素は用語によって限定されてはならない。用語は１つの構成要素を他の構成要素から開口別する目的として使用できる。例えば、本発明の権利範囲から逸脱せずに第１構成要素は第２構成要素と命名することができ、同様に第２構成要素も第１構成要素と命名できる。
【００３９】
以下、本発明の実施形態に係る相変化物質層、相変化構造物及び相変化物質層の形成方法について詳細に説明する。
以下の説明において、当該工程の対象とする、直前の工程で得られた中間部材を、対象体（ｏｂｊｅｃｔ）という。全体工程の出発部材が基板であり、中間部材がこの基板の表面を順次加工する工程を経て形成されるので、慣例により、この対象体を図面上で参照するとき、基板の符号と同一の符号を用いる場合がある。
【００４０】
本発明の実施形態によると、前記相変化物質層はインサイチュリフローメカニズム（ｉｎ−ｓｉｔｕ ｒｅｆｌｏｗ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を用いて収得できる。このようなインサイチュリフローメカニズムは、対象体上に形成される膜、又は、層の蒸着温度が高まることによって、前記膜、又は、層を構成する物質の表面拡散（ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が活発になる現象と前記膜、又は、層の物質がその表面積を減少させて表面エネルギーを減少させようとする駆動力（ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）を有するという現象を利用することである。前述したインサイチュリフローメカニズムを通じて収得される相変化物質層は要求される水準のステップカバレッジ、又は、ギャップフィル特性を確保できるため、相対的に深い深さに比べて、狭い幅（即ち、大きい縦横比）を有する３次元的な微細構造（ＨＡＲＳ）を、欠陥を発生させず、効果的に埋めたてできる。
即ち、上述したインサイチュリフローメカニズムを利用する場合、相変化物質層内にボイド（ｖｏｉｄ）、シーム（ｓｅａｍ）、オーバーハング（ｏｖｅｒ ｈａｎｇ）などの欠陥を生成させず、微細なコンタクトホール、ビアホール、開口、トレンチなどのようなＨＡＲＳを相変化物質層で完全に満たすことができる。本発明の実施形態において、前記ＨＡＲＳは１．７〜４．０の縦横比を有する。例えば、前記ＨＡＲＳは、３００Å〜７００Å程度の幅と、１、２００Å程度の深さを有する。
【００４１】
本発明の実施形態によれば、前記相変化物質層は周期率表の１４族（第ＸＩＶ族）に属する元素、１５族（第ＸＶ族）に属する元素、及び１６族（第ＸＶＩ族）に属する元素のうち少なくとも２種以上の元素を含む相変化物質からなる。例えば、前記相変化物質は前記１４族〜１６族に属する元素の２成分系（ｂｉｎａｒｙ）混合物、３成分系（ｔｅｒｎａｒｙ）混合物、４成分系（ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ）混合物、５成分系（ｑｕｉｎａｒｙ）混合物などを含む。ここで、前記１４族に属する元素としてはゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）等が挙げられ、前記１５族に属する元素ではヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等が挙げられる。また、前記１６族に属する元素としては硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等が挙げられる。
【００４２】
本発明の実施形態において、前記相変化物質はカルコゲナイド（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）混合物を含む。例えば、前記相変化物質はヒ素−硫黄（Ａｓ−Ｓ）の混合物、アンチモン−ゲルマニウム（Ｓｂ−Ｇｅ）の混合物、アンチモン−セレン（Ｓｂ−Ｓｅ）の混合物、アンチモン−テルル（Ｓｂ−Ｔｅ）の混合物などを含む２成分系カルコゲナイド混合物で構成される。又は、前記相変化物質はゲルマニウム−アンチモン−セレン（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｓｅ）の混合物、ゲルマニウム−アンチモン−テルル（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ）の混合物などを含む３成分系カルコゲナイド混合物からなる。この時、ヒ素−硫の混合物は硫系列のカルコゲナイド混合物に分類され、ゲルマニウム−アンチモン−セレンの混合物及びアンチモン−セレンの混合物はセレン系列のカルコゲナイド混合物に含まれる。また、アンチモン−テルルの混合物及びゲルマニウム−アンチモン−テルルの混合物はテルル系列のカルコゲナイド混合物に区分される。
【００４３】
本発明の他の実施形態によれば、前記相変化物質は非カルコゲナイド混合物を含む。例えば、前記相変化物質はゲルマニウム−アンチモン（Ｇｅ−Ｓｂ）の混合物などを含む非カルコゲナイド混合物からなることもある。
【００４４】
本発明のまた他の実施形態において、前記相変化物質は前述したカルコゲナイド混合物、又は、非カルコゲナイド混合物にドーパント（ｄｏｐａｎｔ）が添加された組成を有する。例えば、前記相変化物質に添加されるドーパントはインジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム（Ａｌ）等を含む。これらは単独、又は、相互に組み合わせて添加される。前記相変化物質が追加的なドーパントを含む場合、一般に前記相変化物質層の結晶化温度を上昇させる。例えば、前記相変化物質に含まれるドーパントの含量は前記相変化物質層全体重量に対して５重量パーセント（％）〜３０重量％程度となる。この場合、前記相変化物質層の結晶化温度は２００℃以上になってもよい。これによって、前記相変化物質層の劣化を効率的に防止する。
【００４５】
本発明の実施形態によれば、前記相変化物質層は物理気相蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）工程を通じて形成される。例えば、前記相変化物質層は相変化物質を含むターゲットを利用するスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｇ）工程を通じて収得される。
【００４６】
図１は本発明の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【００４７】
図１を参照すると、まず対象体となる基板１０上に絶縁構造物１５を形成する。基板１０は半導体基板、半導体層を有する基板、絶縁基板、金属酸化物基板などを含む。例えば、基板１０はシリコン（Ｓｉ）基板、ゲルマニウム（Ｇｅ）基板、シリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）基板、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ＧＯＩ（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ガラス（ｇｌａｓｓ）基板、石英（ｑｕａｒｔｚ）基板、絶縁プラスチック（ｐｌａｓｔｉｃ）基板、アルミニウム酸化物（ＡｌＯｘ）基板、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）基板などを含む。また、基板１０は多様な基板上に形成された導電性パターン、電極、パッド、コンタクト、導電領域などを含む。
【００４８】
絶縁構造物１５は酸化物、窒化物、及び、酸窒化物の一部又は全部を含む。例えば、絶縁構造物１５はシリコン酸化物、シリコン窒化物、及び、シリコン酸窒化物の一部又は全部からなる。絶縁構造物１５を構成する酸化物はＢＰＳＧ（ｂｏｒｏ−ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）、ＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）、ＵＳＧ（ｕｎｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ）、ＦＯＸ（ｆｌｏｗａｂｌｅ ｏｘｉｄｅ）、ＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、ＰＥ−ＴＥＯＳ（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ）、ＴＯＳＺ（Ｔｏｎｅｎ Ｓｉｌａｚｅｎｅ）、高密度プラズマ−化学気相蒸着（ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｌａｓｍａ−ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＨＤＰ−ＣＶＤ）酸化物などを含む。これらは単独、又は、相互に組み合わせて使われる。例示的な実施形態において、絶縁構造物１５は酸化膜、窒化膜及び酸窒化膜のうち少なくとも一つを含む単層構造又は、多層構造を有する。他の例示的な実施形態によれば、平坦化工程を通じて絶縁構造物１５が平坦化上面を有する。例えば、絶縁構造物１５の上部を化学機械的練磨ＣＭＰ工程、エッチバック（ｅｔｃｈ ｂａｃｋ）工程などで平坦化させる。
【００４９】
本発明の実施形態において、基板１０上には、絶縁構造物１５との間に下部構造物が配置される。このような下部構造物は導電領域、導電パターン、絶縁パターン、スイッチング（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）素子などを具備する。例えば、前記導電領域は不純物領域、拡散領域を含むことができ、前記スイッチング素子はダイオード（ｄｉｏｄｅ）、トランジスタ（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等を含む。この時、絶縁構造物１５は前記下部構造物を十分に覆いながら、基板１０上に形成される。
【００５０】
絶縁構造物１５をエッチングして絶縁構造物１５を貫通して下部構造物又は基板１０を部分的に露出させるＨＡＲＳ２０を形成する。
ＨＡＲＳ２０は非常に小さいサイズを有するコンタクトホール、ビアホール、開口、トレンチなどを含む。ＨＡＲＳ２０は基板１０及び下部構造物の少なくとも一部を露出させる。例えば、ＨＡＲＳ２０は前記導電領域、前記導電パターン、前記スイッチング素子などを露出させる。このようなＨＡＲＳ２０は絶縁構造物１５を部分的にエッチングして形成される。例えば、写真エッチング工程を用いて絶縁構造物１５を部分的に除去して絶縁構造物１５を貫通するＨＡＲＳ２０を形成する。他の例示的な実施形態によれば、絶縁構造物１５上にハードマスク（図示されず）を形成した後、このようなハードマスクをエッチングマスクで用いて絶縁構造物１５の一部をエッチングすることによって、絶縁構造物１５にＨＡＲＳ２０を形成することもできる。この場合、前記ハードマスクは絶縁構造物１５に対してエッチング選択比を有する物質を用いて形成する。
【００５１】
本発明の実施形態において、ＨＡＲＳ２０は上部幅に比べて実質的に小さい下部幅を有する。即ち、ＨＡＲＳ２０は基板１０に対して所定の角度で傾斜した側壁を有する。 例えば、ＨＡＲＳ２０は実質的に下部幅より広い上部幅を有する。これとは異なり、ＨＡＲＳ２０は基板１０に対して実質的に垂直な側壁を有することもある。
【００５２】
図２を参照すると、ＨＡＲＳ２０を満たしながら、絶縁構造物１５上に相変化物質層２５を形成する。相変化物質層２５は上述した１４族〜１６族に属する元素の２成分系混合物、３成分系混合物、４成分系混合物、５成分系混合物などを含む相変化物質を用いて形成される。例示的な実施形態において、相変化物質層２５は前記カルコゲナイド混合物、前記非カルコゲナイド混合物などを含む相変化物質を用いて形成される。他の例示的な実施形態によれば、相変化物質層２５は前記ドーパントを含むカルコゲナイド混合物又は、前記ドーパントを含む非カルコゲナイド混合物を含む相変化物質を用いて形成されることもできる。
【００５３】
本発明の実施形態によれば、相変化物質層２５は前述したインサイチュリフローメカニズムを採用した物理気相蒸着工程を通じて形成される。例えば、相変化物質層２５は前記相変化物質の融点の６０％以上の相対的に高い温度で遂行されるスパッタリング工程を通じて収得される。これによって、相変化物質層２５はその内部にボイドやシームなどのような欠陥を発生させずに、ＨＡＲＳ２０を完全に埋めたてする。また、上述したインサイチュリフローメカニズムを用いて相変化物質層２５を形成する場合、相変化物質層２５を構成する物質の表現拡散の増加傾向と表面エネルギーの減少傾向によって、相変化物質層２５はＨＡＲＳ２０内においてオーバーハング（ｏｖｅｒ ｈａｎｇ）が減少しながら、実質的に楕円形の半球の形状、実質的に円形の半球の形状、実質的にドーム（ｄｏｍｅ）の形状などを有しながら絶縁構造物１５上に突出する。例えば、このような構造を有する相変化物質層２５は、相変化物質層２５を形成するための工程の工程温度を増加させて印加されるパワーを減少させ収得される。
【００５４】
通常的に物理気相蒸着工程を通じて収得される膜や層は化学気相蒸着ＣＶＤ工程を用いて形成される膜や層に比べて実質的に優秀なステップカバレッジを有することは難しい。したがって、物理気相蒸着工程を通じて膜、又は、層を形成する場合には、微細な幅を有するビアホール、コンタクトホール、開口、トレンチなどのような段車を含むＨＡＲＳを相変化物質層内部にボイド、又は、シームを生成させずに、完全に埋めたてすることは困難である。これに比べて、物理気相蒸着工程を通じて収得される膜や層は化学気相蒸着工程を用いて形成される膜や層に比べて純度、密度などの特性が優秀な長所を有する。化学気相蒸着工程においては膜や層を構成できる物質の間の化学的反応を用いて膜や層を形成するが、物理気相蒸着工程ではソースターゲット（ｓｏｕｒｃｅ ｔａｒｇｅｔ）から物質を直接分離して膜、又は、層を形成するため物理気相蒸着工程を通じては大体相対的に純度が高く、緻密な構造を有する膜、又は、層を形成する。したがって、物理気相蒸着を通じて形成される相変化物質層は印加される電流によって容易に相転移を起こすことができ、発生した相転移を相対的に長く維持する。即ち、例示的な実施形態によって前記インサイチュリフローメカニズムを適用した物理気相蒸着工程を通じて相変化物質層２５を形成する場合には、相変化物質層２５が高い純度と緻密な構造を有しながらも、欠陥を発生させず、ＨＡＲＳ２０を充分に埋めたてする。
【００５５】
本発明の実施形態において、スパッタリング工程を用いてＨＡＲＳ２０を充分に埋めたてしながら、絶縁構造物１５上に相変化物質層２５を形成する。前記スパッタリング工程において、相変化物質層２５を構成する相変化物質を含有する少なくとも一つのソースターゲットと対象体１０をチャンバ内に配置する。この時、前記少なくとも一つのソースターゲットは対象体１０と実質的に向かい合うように配置される。絶縁構造物１５が形成された対象体１０は前記蒸着チャンバ内に設置された静電ショック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｈｕｃｋ）と同じ支持部材上に位置する。前記チャンバ内部は真空に近いほどの非常に低いベース圧力で維持される。例えば、前記チャンバは１０−８Ｔｏｒｒ程度の低いベース圧力で維持される。前記チャンバ内にスパッタリングガスとしてアルゴンＡｒ、ヘリウムＨｅ等を含む不活性ガスが提供される。このような不活性ガスの供給によって前記チャンバ内の圧力が変化する。前記少なくとも一つのソースターゲットを電気的にバイアスさせることによって、スパッタリングガスで提供される前記不活性ガスがプラズマ状態で放出される。これによって、ポジティブ（＋）電荷の不活性ガスのイオンがネガティブ（−）でバイアスされたソースターゲットに引き寄せられ、これにより、前記ソースターゲットに含まれた物質がＨＡＲＳ２０が形成された対象体１０上にスパッタリングされ相変化物質層２５が形成される。
【００５６】
対象体１０上に相変化物質層２５を形成するためのスパッタリング工程において、相変化物質層２５の前記相変化物質の結晶粒子の成長を抑制して、相変化物質層２５の結晶化温度を向上させる。例えば、相変化物質層２５の結晶化温度を２００℃以上になるように前記ソースターゲットの組成を調節したり、相変化物質層２５にドーパントを追加する。例示的な実施形態において、相変化物質層２５を構成するカルコゲナイド混合物、又は、非カルコゲナイド混合物の成分元素の含量を適切に調節することによって、相変化物質層２５の結晶化温度を制御する。 他の例示的な実施形態によれば、ドーパントをソースターゲットに添加したり、スパッタリング工程の間、前記チャンバ内にドーパントガスを提供して相変化物質層２５の結晶化温度を向上させる。また他の例示的な実施形態によれば、ドーパントを含有するソースターゲットを用いてながら、前記チャンバ内にドーパントガスを追加的に提供することによって、相変化物質層２５の結晶化温度を調節することもできる。
【００５７】
前述した通り、相変化物質層２５の結晶化温度の調節によって、相変化物質層２５内の結晶粒子の成長を抑制することによって、ＨＡＲＳ２０内に位置する相変化物質層２５にオーバーハングを生成させずに、ＨＡＲＳ２０を相変化物質層２５により完全に満たす。この場合、相変化物質層２５内の成長が抑制された結晶粒子の大きさはＨＡＲＳ２０の上部幅と実質的に同一、又は、実質的に小さくてもよい。例えば、相変化物質層２５の相変化物質内の構成成分の結晶粒子サイズを３０ｎｍ以下に制御する。
【００５８】
本発明の実施形態において、相変化物質層２５を形成するための物理気相蒸着工程の工程温度は相変化物質層２５の相変化物質の融点（ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）の６０％以上となる。例えば、ＨＡＲＳ２０が形成された対象体１０を上述したカルコゲナイド混合物、又は、非カルコゲナイド混合物の融点の６０％程度の温度で維持しながら、対象体１０上に相変化物質層２５を形成する。例えば、相変化物質層２５を形成するための物理気相蒸着工程の工程温度は相変化物質層２５の相変化物質の融点の６０％〜１００％程度の範囲で変化する。 従来の相変化物質層を形成するための工程の工程温度に比べて本発明の実施形態に係る相変化物質層２５を形成するための工程の工程温度が高いため、相変化物質の表面拡散がより活性化され相変化物質層２５が改善されたステップカバレッジ、又は、ギャップフィル特性を有する。
【００５９】
上述したスパッタリング工程を通じて相変化物質層２５を形成する場合、相変化物質層２５が形成される対象体１０の温度は前記ソースターゲットから放出される熱によって調節される。 これとは異なり、対象体１０が配置された前記支持部材の温度を調節して対象体１０の温度を調節することもできる。また、追加的な加熱手段等を通して前記チャンバ内部の温度を調節して、前記相変化物質の融点の６０％以上の温度で前記相変化物質の構成成分が対象体１０に到達するようにすることもできる。
【００６０】
本発明の実施形態によれば、相変化物質層２５を形成するための工程の工程温度を相変化物質の融点の６０％以上の温度で維持しながら、ＨＡＲＳ２０が形成された絶縁構造物１５上に相変化物質層２５を形成する場合には、相変化物質層２５の相変化物質の表面拡散の増加及び／又は、表面積の減少により、ボイド、シーム、オーバーハングなどの欠陥を発生させずに、相変化物質層２５がＨＡＲＳ２０を充分に満たす。この時、相変化物質層２５の上部は実質的に円形、実質的に楕円形、実質的にドーム型などの構造を有しながら、絶縁構造物１５上に突出する。
【００６１】
本発明の実施形態において、相変化物質層２５は１Å／ｓｅｃ〜５０Å／ｓｅｃ程度の蒸着速度で形成される。 例示的な実施形態において、相変化物質層２５の蒸着速度は５Å／ｓｅｃ以下であってもよい。相変化物質層２５の蒸着速度が相対的に大きい場合には、相変化物質の表面拡散が十分に起きないことによって、ＨＡＲＳ２０内で相変化物質層２５にボイド、又は、シームが生成される。これに比べて、５Å／ｓｅｃ以下の蒸着速度で相変化物質層２５を形成する場合、蒸着される相変化物質の表面拡散が十分に起きうるため、ＨＡＲＳ２０の底から相変化物質の蒸着が効果的に遂行されてＨＡＲＳ２０内で相変化物質層２５のオーバーハングを生成させずに、相変化物質層２５がＨＡＲＳ２０を完全に埋めたてさせる。
【００６２】
本発明の実施形態によると、相変化物質層２５を形成するための工程において印加されるパワーは０．１Ｗ／ｃｍ２〜５Ｗ／ｃｍ２以下であってもよい。前記工程の間印加されるパワーが０．１Ｗ／ｃｍ２より小さい場合には、相変化物質の蒸着速度が非常に減少したり相変化物質の蒸着のためのプラズマの生成が難しいこともある。また、前記工程において印加されるパワーが５Ｗ／ｃｍ２より大きい場合、相変化物質の表面拡散を充分に誘導することが難しいこともある。従来の相変化物質層を形成するための工程において印加されるパワーに比べて、本発明の実施形態に係る工程において印加されるパワーが相対的に低いため、相変化物質の表面拡散を充分に誘導してＨＡＲＳ２０内にオーバーハング、ボイド、シームなどの欠陥のない相変化物質層２５を形成する。
【００６３】
本発明の実施形態において、相変化物質層２５を形成するための工程の間前記チャンバ内部の圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度で相対的に低く維持される。前記チャンバ内の圧力が０．０５ｍＴｏｒｒより小さい場合、前記相変化物質の蒸着のためのプラズマの生成が難しくなり、また生成されたプラズマが不安定になることもある。一方、前記チャンバ内の圧力が１０ｍＴｏｒｒより大きい場合には、前記ソースターゲットから放出される前記相変化物質の構成成分の直進性が低下してＨＡＲＳ２０内に位置する相変化物質層２５に欠陥が発生することがある。
【００６４】
本発明の実施形態によれば、相変化物質層２５を形成するためのスパッタリング工程の間、前記ソースターゲットと対象体１０の間の距離は５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度で維持される。前記ソースターゲットと対象体１０の間との距離が５０ｍｍより小さい場合には、前記ソースターゲットから放出される相変化物質の成分粒子の直進性が低下してＨＡＲＳ２０内に形成される相変化物質層２５にボイド、又は、シームが生成される。また、前記ソースターゲットと対象体１０との間の距離が５００ｍｍより大きい場合、前記相変化物質の蒸着のためのプラズマの生成が難しくなり、また、生成されたプラズマが不安定になる。
【００６５】
本発明の他の実施形態において、前記チャンバの側部にマグネトロンが追加的に配置されることによって、前記ソースターゲットから対象体１０に向かう前記相変化物質粒子の直進性をより向上させる。これよって、ＨＡＲＳ２０を有する対象体１０上に全体的に均一に相変化物質層２５を形成する。
【００６６】
図３を参照すると、ＨＡＲＳ２０を完全に満たしながら、絶縁構造物１５上に相変化物質層２５を形成した後、絶縁構造物１５が露出される時まで相変化物質層２５を部分的に除去する。これによって、ＨＡＲＳ２０内に埋めたてされる相変化物質層パターン３０を含む相変化構造物が形成される。例えば、相変化物質層２５は化学機械的練磨ＣＭＰ工程及び／又はエッチバック工程を用いて絶縁構造物１５が露出される時まで部分的に除去される。他の例示的な実施形態において、前記相変化構造物は後述するように相変化物質層パターン３０その他にも追加的な物質層パターンを含むこともできる。
【００６７】
以下、本発明の実験例及び比較例による相変化物質層について説明する。
【００６８】
［実験例１］
【００６９】
対象体にライン形状を有するトレンチを形成した。前記トレンチの深さは１、２００Å程度であり、前記トレンチの下部幅は３００Å程度であり、前記トレンチの上部幅は７００Å程度であった。前記トレンチを満たす相変化物質層を形成するために、窒素（Ｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）及びテルル（Ｔｅ）を含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲット内の窒素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００７０】
前記ソースターゲットの融点の６００℃の６５％程度の温度で前記相変化物質層を形成した。前記相変化物質層を形成する間、前記ソースターゲットに１００Ｗ〜５ｋＷ程度のバイアスパワーを印加した。この時、チャンバ内の相変化物質層工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。シーム、ボイド、オーバーハングなどの欠陥なく、前記トレンチを前記相変化物質層で完全に満たすことができた。
【００７１】
［実験例２］
【００７２】
対象体にライン形状を有するトレンチを形成した。前記トレンチは１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅で形成された。相変化物質層を形成するために、酸素Ｏ、ゲルマニウムＧｅ、アンチモンＳｂ及びテルルＴｅを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲット内の酸素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００７３】
前記相変化物質層を形成するための工程圧力を０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度で維持しながら、前記ソースターゲットの融点の６１０℃の６５％程度の温度で、前記ソースターゲットに１００Ｗ〜５ｋＷ程度のバイアスパワーを印加して前記相変化物質層を形成した。前記トレンチ内に形成された前記相変化物質層内にはシーム、ボイド、オーバーハングの欠陥が発生しなかった。
【００７４】
［実験例３］
【００７５】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するトレンチを形成した。ホウ素Ｂ、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて前記トレンチを満たす相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、ホウ素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００７６】
前記相変化物質層の形成工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の５９０℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。ライン形状を有する前記トレンチ内に欠陥を発生させずに前記相変化物質層を形成することができた。
【００７７】
［実験例４］
【００７８】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、シリコン、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、シリコンの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００７９】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６２０℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。欠陥を発生させずに、相変化物質層を前記トレンチ内に完全に埋めたてすることができた。
【００８０】
［実験例５］
【００８１】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、鉄（Ｆｅ）、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、鉄の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００８２】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６１０℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチ内に欠陥のない相変化物質層を形成することができた。
【００８３】
［実験例６］
【００８４】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、炭素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、炭素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００８５】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６０５℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチを完全に満たしながら、欠陥のない相変化物質層を収得することができた。
【００８６】
［実験例７］
【００８７】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、アルミニウムＡｌ、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、アルミニウムの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。また、アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００８８】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６１５℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。欠陥を発生させずに、前記トレンチ内に相変化物質層を形成することができた。
【００８９】
［実験例８］
【００９０】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、ビスマス（Ｂｉ）、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、ビスマスの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００９１】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の５８５℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチ内に欠陥のない相変化物質層を形成することができた。
【００９２】
［実験例９］
【００９３】
対象体に１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するトレンチを形成した。相変化物質層を形成するために、インジウムＩｎ、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いた。前記ソースターゲットにおいて、インジウムの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００９４】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の５８０℃の６５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチを充分に満たしながら、結合を有さない相変化物質層を収得することができた。
【００９５】
本発明の実験例によると、ゲルマニウム、アンチモン、テルルなどを含む相変化物質と窒素、ホウ素、酸素、シリコン、鉄、アルミニウム、炭素などのドーパントを含有するソースターゲットを用いて、相対的に高い温度で相対的に低いパワーを印加しながら、相変化物質層を形成する場合、前記相変化物質層にボイド、シーム、オーバーハングなどの欠陥を発生せずに、大きい縦横比を有するトレンチを完全に満たす。
【００９６】
［比較例１］
【００９７】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。インジウムＩｎ、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、インジウムの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【００９８】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の５８０℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチの側壁部位において 前記相変化物質層にオーバーハングが生成され、前記トレンチの内の前記相変化物質層にボイドのような欠陥が発見された。
【００９９】
［比較例２］
【０１００】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。ホウ素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、ホウ素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１０１】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の５９０℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記相変化物質層には前記トレンチ側壁部位に生成されたオーバーハング、前記トレンチウイ内に形成されたボイドなどの欠陥が発生した。
【０１０２】
［比較例３］
【０１０３】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。窒素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、窒素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１０４】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６００℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチ側壁部位のオーバーハング、前記トレンチ内のボイドなどのような欠陥が前記相変化物質層に発生した。
【０１０５】
［比較例４］
【０１０６】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。酸素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、酸素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１０７】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６１０℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチ内に位置する前記相変化物質層にボイドが生成される一方、前記トレンチ側壁部位の前記相変化物質層にオーバーハングが形成された。
【０１０８】
［比較例５］
【０１０９】
１、２００Å程度の深さ、下部幅は３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。シリコン、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、シリコンの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１１０】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６２０℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチの側壁部位及び内部でそれぞれオーバーハング及びボイドなどのような欠陥が前記相変化物質層に発生した。
【０１１１】
［比較例６］
【０１１２】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。炭素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、炭素の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１１３】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６０５℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記相変化物質層において、前記トレンチの側壁部位にはオーバーハングが形成され、前記トレンチ内にボイド、シームなどが発生した。
【０１１４】
［比較例７］
【０１１５】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。鉄、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、鉄の含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１１６】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６１０℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに印加されるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ以上１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記トレンチ側壁に位置する前記相変化物質層オーバーハングが生成され、前記トレンチ内に形成された前記相変化物質層にボイド、シームなどが発生した。
【０１１７】
［比較例８］
【０１１８】
１、２００Å程度の深さ、３００Å程度の下部幅及び７００Å程度の上部幅を有するライン形状のトレンチを対象体に形成した。アルミニウム、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルを含むソースターゲットを用いて相変化物質層を形成した。前記ソースターゲットにおいて、アルミニウムの含量は５重量％〜３０重量％程度であり、ゲルマニウムの含量は１５重量％〜３０重量％程度であった。アンチモンの含量は１５重量％〜３０重量％程度であり、テルルの含量は４５重量％〜６５重量％程度であった。
【０１１９】
前記相変化物質層を形成する工程において、工程温度は前記ソースターゲットの融点の６１５℃の５５％程度であり、前記ソースターゲットに加わるバイアスパワーは１００Ｗ〜５ｋＷ程度であり、工程圧力は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ程度であった。前記相変化物質層には前記トレンチの側壁に隣接するオーバーハング、前記トレンチ内に生成されたボイドなどの欠陥が発生した。
【０１２０】
前述した比較例１〜比較例８によると、相対的に低い温度で大きい縦横比を有するトレンチ内に相変化物質層を形成する場合には、前記相変化物質層にオーバーハング、ボイド、シームなどの欠陥が発生しやすいということが分かる。
【０１２１】
図４〜図６は本発明の他の実施形態に係る相変化物質層を形成する方法を説明するための断面図である。
【０１２２】
図４を参照すると、対象体となる基板５０上に絶縁構造物５５を形成した後、絶縁構造物５５を部分的にエッチングして基板５０の一部を露出させるＨＡＲＳ６０を形成する。
【０１２３】
基板５０は半導体基板、半導体層を有する基板、絶縁基板、金属酸化物基板などの多様な基板を含む。また、対象体５０は多様な基板上に形成された導電性パターン、電極、パッド、コンタクトなどを含む。絶縁構造物５５は酸化物、窒化物及び／又は、酸窒化物を含む。例えば、絶縁構造物５５はシリコン酸化物、シリコン窒化物及び／又は、シリコン酸窒化物を用いて形成される。絶縁構造物５５は酸化膜、窒化膜及び／又は、酸窒化膜を含む単層構造又は、多層構造で形成される。
【０１２４】
本発明の実施形態において、ＨＡＲＳ６０は微細なコンタクトホール、ビアホール、開口、トレンチなどを含む。ＨＡＲＳ６０は基板５０の少なくとも一部を露出させる。また、ＨＡＲＳ６０は基板５０上に形成された導電領域、導電パターン、スイッチング素子などを露出させる。
【０１２５】
再度図４を参照すると、絶縁構造物５５上にＨＡＲＳ６０を部分的に満たす第１相変化物質層６５を形成する。第１相変化物質層６５は上述したカルコゲナイド混合物、非カルコゲナイド混合物、ドーパントを含むカルコゲナイド混合物、ドーパントを含む非カルコゲナイド混合物などを含む第１相変化物質を用いて形成される。
【０１２６】
本発明の実施形態において、第１相変化物質層６５は前述したインサイチュリフローメカニズムを用いない第１物理気相蒸着工程を用いて形成される。この場合、前記第１物理気相蒸着工程は前記第１相変化物質の融点の６０％以下の相対的に低い第１温度で遂行される。例えば、第１相変化物質層６５は相対的に低い第１温度で遂行されるスパッタリング工程を通じて対象体５０及び絶縁構造物５５上に形成される。この場合、第１相変化物質層６５はＨＡＲＳ６０の深さの１／３程度に該当する厚さで形成される。即ち、第１相変化物質層６５はＨＡＲＳ６０の底面からＨＡＲＳ６０の深さの１／３程度まで満たす。
【０１２７】
第１相変化物質層６５が前記第１物理気相蒸着工程を用いて形成される場合、前記第１相変化物質の表面拡散が相対的に活発に起きないこともある。したがって、絶縁構造物５５上の第１相変化物質層６５は実質的に半球型又は、ドーム型より曲率半径が大きい円形の（ｒｏｕｎｄｅｄ）上部を有する。このような第１相変化物質層６５を相変化メモリ装置に適用する場合、第１相変化物質層６５は印加される電流によって相転移を起こすＰＶ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｖｏｌｕｍｅ）領域に該当する。例えば、下部のコンタクト、パッド又は、電極から第１相変化物質層６５に電流が印加される場合に、第１相変化物質層６５の第１相変化物質が相対的に容易に相転移を起こす。
【０１２８】
本発明の実施形態によると、前述した通り前記第１相変化物質のインサイチュリフローが実質的に発生しにくい相対的に低い前記第１温度で第１相変化物質層６５を形成する場合にも、第１相変化物質層６５がＨＡＲＳ６０を部分的に満たすため、ＨＡＲＳ６０内に位置する第１相変化物質膜６５に実質的にボイド、シームなどの欠陥が発生しない。
【０１２９】
図５を参照すると、第１相変化物質層６５上にＨＡＲＳ６０を完全に満たしながら、第２相変化物質層７０を形成する。第２相変化物質層７０はインサイチュリフローメカニズムを適用されて相対的に高い第２温度で遂行される第２物理気相蒸着工程を通じて収得される。この時、第２相変化物質層７０は第１相変化物質層６５と一体で形成される。第２相変化物質層７０は前述したカルコゲナイド混合物、非カルコゲナイド混合物、ドーパントを含むカルコゲナイド混合物、ドーパントを含む非カルコゲナイド混合物などを含む第２相変化物質を用いて形成される。
【０１３０】
本発明の実施形態において、第２相変化物質層７０の第２相変化物質は第１相変化物質層６５の第１相変化物質と実質的に同一、又は、実質的に類似な組成を有する。この場合、ＨＡＲＳ６０内に位置する第１及び第２相変化物質層６５、７０の部分には組成の差が発生する。即ち、第１相変化物質層６５と第２相変化物質層７０が相異なる温度で形成されるため、ＨＡＲＳ６０内に形成される第１相変化物質層６５と第２相変化物質層７０には少なくとも一つ以上の構成成分の含量が異なることもある。 例示的な実施形態によれば、ＨＡＲＳ６０内で第２相変化物質層７０内のアンチモンの含量及び／又は、テルルの含量が第１相変化物質層６５内のアンチモンの含量及び／又は、テルルの含量より実質的に大きいこともある。即ち、第２相変化物質層７０はＨＡＲＳ６０内で相対的に豊富なアンチモンの含量及び／又は、テルルの含量を有する。
【０１３１】
本発明の実施形態において、前記第２物理気相蒸着工程は前記第２相変化物質の融点の６０％以上の相対的に高い第２温度で遂行される。例えば、第２相変化物質層７０は前記第２温度で遂行されるスパッタリング工程を通じて第１相変化物質層６５上に形成される。この時、第２相変化物質層７０はＨＡＲＳ６０の深さの２／３以上の厚さで形成される。 これによって、第１相変化物質層６５と第２相変化物質層７０の間の厚さの比は１．０：１．３〜３．０程度になりうる。例えば、第１相変化物質層６５が４００Å〜６００Å程度の厚さを有する場合、第２相変化物質層７０は８００Å〜１、２００Å程度の厚さで形成される。
【０１３２】
本発明の実施形態に係り、前記インサイチュリフローメカニズムを用いて第２相変化物質層７０を形成する場合、前記第２相変化物質の表現拡散の増加傾向と表面エネルギーの減少傾向によって、第２相変化物質層７０内にボイド、又は、シームが形成されない一方、ＨＡＲＳ６０の上部側壁に隣接して第２相変化物質層７０に発生するオーバーハングを防止する。また、絶縁構造物５５上の第２相変化物質層７０が実質的に楕円形の半球の形状、実質的に円形の半球の形状、実質的にドームの形状などを有する。したがって、第２相変化物質層７０は第１相変化物質層６５の曲率半径より実質的に小さい曲率半径を有する。 第１及び第２相変化物質層６５、７０が相変化メモリ装置に適用される場合、第２相変化物質層７０は相転移が起きないＮＰＶ（ｎｏｎ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｖｏｌｕｍｅ）領域に該当する。即ち、下部のコンタクト、パッド又は、電極から印加される電流によって、第１相変化物質層６５の第１相変化物質が容易に相転移を起こす反面、第２相変化物質層７０の第２相変化物質には相転移が起きないこともある。前述した通り、前記相変化メモリ装置がそれぞれＰＶ及びＮＰＶ領域に該当する第１及び第２相変化物質層６５、７０を含む場合、前記相変化メモリ装置のセット状態とリセット状態の間の抵抗マージン（ｍａｒｇｉｎ）を増加させることができ、データ維持（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）特性をより向上させる。
【０１３３】
前述したインサイチュリフローメカニズムを通じてＨＡＲＳ内に単一相変化物質層を形成する場合には、前記ＨＡＲＳ内に位置する相変化物質層の組成が変化される。例えば、前記相変化物質層がアンチモン、テルルなどを含む時、前記相変化物質層のうち前記ＨＡＲＳ内に形成される部分において残りの部分に比べてアンチモンの含量又は、テルルの含量が相対的に高いこともある。このように、前記ＨＡＲＳ内の相転移が起きる部分の相変化物質層が相対的に高いアンチモンの含量又は、テルルの含量を有すると、前記相変化物質層のデータ維持特性が低下される。これに比べて、インサイチュリフローが実質的に起きにくい相対的に低い第１温度で第１相変化物質層６５を形成し、インサイチュリフローが発生する相対的に高い第２温度で第２相変化物質層７０を形成すると、データ維持特性の低下を防止しながら、欠陥なくＨＡＲＳ６０を十分に埋めたてする第１及び第２相変化物質層６５、７０を含む多層構造の相変化物質層を形成する。
【０１３４】
本発明の他の実施形態によれば、第１及び第２相変化物質層６５、７０はインサイチュで形成される。即ち、ＨＡＲＳ６０を有する対象体５０がローディングされたチャンバの真空状態を維持しながら、相対的に低い第１温度でＨＡＲＳ６０を部分的に満たす第１相変化物質層６５を形成した後、前記第１温度から相対的に高い第２温度に温度を上昇させながら、第１相変化物質層６５上に第２相変化物質層７０を形成する。例えば、スパッタリング工程のソースターゲットの組成を変化させずに、工程温度を変化させながら、第１及び第２相変化物質層６５、７０を形成する。
【０１３５】
図６を参照すると、絶縁構造物５５が露出される時まで、第２相変化物質層７０及び第１相変化物質層６５を部分的に除去して、ＨＡＲＳ６０を完全に満たす第１及び第２相変化物質層パターン７５、８０を含む相変化構造物を形成する。ここで、第１及び第２相変化物質層パターン７５、８０を含む前記相変化構造物は化学機械的練磨工程及び／又はエッチバック工程を通じて収得される。
【０１３６】
図７及び図８は本発明のまた他の実施形態に係る相変化物質層の形成方法を説明するための断面図である。
【０１３７】
図７を参照すると、基板を含む対象体１００上に絶縁構造物１０５を形成する。絶縁構造物１０５は酸化膜、窒化膜及び酸窒化膜のうち少なくとも一つ以上を含む。
【０１３８】
絶縁構造物１０５を部分的にエッチングして対象体１００の所定の部分を露出させるＨＡＲＳ１１０を形成する。例えば、ＨＡＲＳ１１０は写真エッチング工程を用いて形成される。
【０１３９】
露出された対象体１００、ＨＡＲＳ１１０の側壁及び絶縁構造物１０５上に濡れ層（ｗｅｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）１１５を形成する。濡れ層１１５はＨＡＲＳ１１０のプロファイルに沿って均一に形成される。濡れ層１１５は原子層積層ＡＬＤ工程、化学気相蒸着工程、スパッタリング工程、パルスレーザ蒸着ＰＬＤ工程などを用いて形成される。この場合、濡れ層１１５は相対的に薄い厚さで形成される。例えば、濡れ層１１５は２００Å以下の厚さを有する。
【０１４０】
濡れ層１１５は後続して形成される相変化物質層１２５の濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を向上させる物質を用いて形成される。相変化物質層１２５の濡れ性とは相変化物質層１２５が濡れ層１１５上で分散する程度のことである。例示的な実施形態において、濡れ層１１５は金属及び／又は、金属窒化物を含む。例えば、濡れ層１１５はチタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物、タングステン、タングステン窒化物などを用いて形成される。これらは単独、又は、相互組合わせて使われる。本発明の他の実施形態によれば、濡れ層１１５は絶縁物質を用いて形成される。例えば、濡れ層１１５はニオブ酸化物ＮｂＯｘ、ジルコン酸化物ＺｒＯｘ、ハフニウム酸化物ＨｆＯｘ等を用いて形成される。これらは単独、又は、相互組合わせて使われる。濡れ層１１５が金属酸化物を含む場合、濡れ層１１５は対象体１００の導電領域から相変化物質層１２５に電荷がトンネリングできる程度の非常に薄い厚さを有する。
【０１４１】
濡れ層１１５上にシード膜１２０を形成する。シード膜１２０は濡れ層１１５上に均一な厚さで形成される。即ち、シード膜１２０はＨＡＲＳ１１０のプロファイルについて均一な厚さで形成される。シード膜１２０は金属、金属窒化物、金属シリサイド、金属酸化物などを用いて形成される。 例えば、シード膜１２０はゲルマニウム、アンチモン、ゲルマニウム−アンチモン−テルル、アンチモン−テルル、ゲルマニウム−テルル、チタン（Ｔｉ）、ジルコン（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン窒化物（ＴｉＮｘ）、ジルコン窒化物（ＺｒＮｘ）、ハフニウム窒化物（ＨｆＮｘ）、バナジウム窒化物（ＶＮｘ）、ニオブ窒化物（ＮｂＮｘ）、タンタル窒化物（ＴａＮｘ）、タングステン窒化物（ＷＮｘ）、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉｘ）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉｘ）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉｘ）、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉｘ）、ゲルマニウムシリサイド（ＧｅＳｉｘ）、チタンアルミニウム窒化物（ＴｉＡｌｘＮｙ）、チタン炭素窒化物（ＴｉＣｘＮｙ）、タンタル炭素窒化物（ＴａＣｘＮｙ）、チタン シリコン窒化物（ＴｉＳｉｘＮｙ）、タンタルシリコン窒化物（ＴａＳｉｘＮｙ）、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）、ジルコン酸化物（ＺｒＯｘ）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯｘ）、バナジウム酸化物（ＶＯｘ）、ニオブ酸化物（ＮｂＯｘ）、タンタル酸化物（ＴａＯｘ）、タングステン酸化物（ＷＯｘ）等を含む。これらは単独、又は、相互組合わせて使われる。
【０１４２】
本発明の実施形態において、シード膜１２０は化学気相蒸着工程、原子層積層工程などを用いて形成される。この場合、シード膜１２０は相対的に薄い厚さを有する。例えば、シード膜１２０は４００Å以下の厚さで形成される。
【０１４３】
本発明の他の実施形態によれば、濡れ層１１５とシード膜１２０のうちいずれの一つだけが提供される。即ち、濡れ層１１５又は、シード膜１２０のうちいずれの一つだけが対象体１００、絶縁膜１０５及びＨＡＲＳ１１０の側壁上に形成される。
【０１４４】
再度図７を参照すると、シード膜１２０上に相変化物質層１２５を形成する。相変化物質層１２５はインサイチュリフローメカニズムを適用して図２を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を通じてシード膜１２０上に提供される。また、相変化物質層１２５は前述したカルコゲナイド混合物、非カルコゲナイド混合物、ドーパントを含有するカルコゲナイド混合物、ドーパントを含有する非カルコゲナイド混合物などを含む相変化物質を用いて形成される。
【０１４５】
図８を参照すると、絶縁構造物１０５の対面が露出する時まで相変化物質層１２５、シード膜１２０及び濡れ層１１５を部分的に除去することによって、ＨＡＲＳ１１０内に相変化構造物を形成する。 前記相変化構造物は化学機械的練磨工程及び／又はエッチバック工程を通じて形成される。
【０１４６】
本発明の実施形態において、前記相変化構造物は濡れ層パターン１３０、シード膜パターン１３５及び相変化物質層パターン１４０を具備する。濡れ層パターン１３０はＨＡＲＳ１１０の側壁と露出した対象体１００上に位置して、シード膜パターン１３５は濡れ層パターン１３０上に形成される。濡れ層パターン１３０とシード膜パターン１３５はＨＡＲＳ１１０を部分的に満たす。相変化物質層パターン１４０はＨＡＲＳ１１０を完全に満たしながら、シード膜パターン１３５上に形成される。
【０１４７】
本発明の他の実施形態によれば、前記相変化構造物は濡れ層パターン１３０及びシード膜パターン１３５のうちいずれの一つと相変化物質層パターン１４０を含む。例えば、前記相変化構造物は濡れ層パターン１３０と相変化物質層パターン１４０を具備する。また、前記相変化構造物はシード膜パターン１３５と相変化物質層パターン１４０を含むこともできる。この時、シード膜パターン１３５は対象体１００と微細開口１１０の側壁上に配置される。
【０１４８】
本発明のまた他の実施形態によれば、前記相変化構造物は第１相変化物質層パターンと第２相変化物質層パターンを具備する。この場合、前記第１及び第２相変化物質層パターンは図４〜図６を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を用いて形成される。
【０１４９】
本発明のまた他の実施形態によれば、前記相変化構造物は濡れ層パターン及びシード膜パターンのうち少なくとも一つと第１相変化物質層パターンそして第２相変化物質層パターンを含むこともできる。
【０１５０】
図９〜図１３は本発明に実施形態に係る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９〜図１３に示した方法によって収得される相変化メモリ装置は、図３を参照して説明した相変化物質層パターン３０と実質的に同一、又は、実質的に類似な構成を有する相変化物質層パターンを含む。また、図９〜図１３に示した方法によって製造される相変化メモリ装置は、図８を参照して説明した相変化構造物と実質的に同一、又は、実質的に類似な構成を有する相変化構造物を含むこともできる。
【０１５１】
図９を参照すると、基板１５０の所定の部分にコンタクト領域１５５を形成する。基板１５０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を含む。コンタクト領域１５５は不純物領域、拡散領域、導電領域などを含むことができる。例えば、コンタクト領域１５５はイオン注入工程を通じて基板１５０に形成される。
【０１５２】
本発明の実施形態において、基板１５０上には導電パターン、パッド、コンタクト、絶縁パターン、スイッチング素子などを具備する下部構造物が提供される。この時、コンタクト領域１５５は前記下部構造物のスイッチング素子に含まれる。
【０１５３】
コンタクト領域１５５を有する基板１５０上に第１絶縁層１６０を形成する。第１絶縁層１６０は酸化物を用いて形成される。例えば、第１絶縁層１６０はＵＳＧ、ＳＯＧ、ＢＰＳＧ、ＴＯＳＺ、ＦＯＸ、ＴＥＯＳ、ＰＥ−ＴＥＯＳ、ＨＤＰ−ＣＶＤ酸化物などのシリコン酸化物を用いて形成される。また、第１絶縁層１６０は化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着ＬＰＣＶＤ工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、高密度プラズマ−化学気相蒸着工程などを用いて形成される。基板１５０上に前記下部構造物が形成されている場合、第１絶縁層１６０は前記下部構造物を十分に覆う厚さを有する。
【０１５４】
第１絶縁層１６０を部分的にエッチングしてコンタクト領域１５５を露出させる第１開口１６５を形成する。例えば、第１開口１６５は写真エッチング工程を通じて形成される。第１開口１６５はコンタクト領域１５５を部分的に露出させる。本発明の実施形態において、第１開口１６５は基板１５０に対して実質的に垂直した側壁を有するが、基板１５０に対して所定の角度で傾斜した側壁を有することもある。
【０１５５】
再度図９を参照すると、第１開口１６５を通じて露出するコンタクト領域１５５上に第１導電膜１７０及び第２導電膜１７５を含むダイオード１８０を形成する。ダイオード１８０は第１開口１６５を部分的に満たす。この場合、第１及び第２導電膜１７０、１７５は相異なる不純物を含むポリシリコンを用いて形成される。例えば、第１導電膜１７０がＰ型不純物を含む場合、第２導電膜１７５はＮ型不純物を含む。これとは異なり、第１導電膜１７０がＮ型不純物を含み、第２導電膜１７５がＰ型不純物を含むこともできる。しかし、第１及び第２導電膜１７０、１７５に含まれる不純物はコンタクト領域１５５の導電型によって変化されることもある。
【０１５６】
本発明の実施形態に係るダイオード１７０を形成する工程において、第１開口１６５を通じて露出するコンタクト領域１５５をシードで用いて第１開口１６５を部分的に埋めたてさせる下部導電膜（図示されず）を形成した後、前記下部導電膜の下部及び上部にそれぞれ相異なる導電型の不純物をドーピングさせ第１及び第２導電膜１７０、１７５を形成する。例えば、前記下部導電膜は選択的エピタキシャル成長ＳＥＧ工程を用いて形成される。前記下部導電膜がコンタクト領域１５５から成長する場合、前記下部導電膜はシリコンを含む。これとは異なり、第１開口部１６５内にポリシリコン膜を形成した後、前記ポリシリコン膜を部分的に除去して第１開口１６５に前記下部導電膜を形成することもできる。
【０１５７】
図１０を参照すると、ダイオード１８０、第１開口１６５の側壁及び第１絶縁層１６０上に下部電極層（図示されず）を形成する。前記下部電極層は第１開口１６５のプロファイルについて均一に形成される。これによって、前記下部電極層によって第１開口１６５が完全に満たされないことがある。本発明の実施形態において、前記下部電極層は不純物を含むシリコン、金属及び／又は、金属混合物を用いて形成される。例えば、前記下部電極層は不純物を含むポリシリコン、不純物が含むアモルファスシリコン、不純物を含む単結晶シリコン、チタン、タングステン、タンタル、アルミニウム、チタン窒化物、タングステン窒化物、タンタル窒化物、アルミニウム窒化物、チタンアルミニウム窒化物などを用いて形成される。これらは単独、又は、相互組合わせて使われる。また、前記下部電極層は化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、原子層積層工程、パルスレーザ蒸着工程、スパッタリング工程などを用いて形成される。
【０１５８】
前記下部電極層上に第１開口１６５を十分に満たしながら充填層（図示されず）を形成する。前記充填層は酸化物、窒化物又は、酸窒化物を用いて形成される。例えば、前記充填層はシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、チタン酸窒化物などを用いて形成される。また、前記充填層は化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程、原子層積層工程、高密度プラズマ化学気相蒸着工程などを用いて形成される。
【０１５９】
本発明の他の実施形態によれば、前記下部電極層が第１開口１６５を完全に満たすように形成される。この場合には、前記下部電極層上に追加的に充填層が形成されないこともある。
【０１６０】
第１絶縁層１６０が露出される時まで前記充填層及び前記下部電極層を部分的に除去して第１開口１６５内に下部電極１８５及び充填部材１９０を形成する。下部電極１８５と充填部材１９０は化学機械的練磨工程及び／又は、エッチバック工程を用いて形成される。下部電極１８５は第１開口１６５の側壁とダイオード１８０に接触しながら、第１開口１６５の周辺部を満たす。充填部材１９０は第１開口１６５を完全に満たすことができ、下部電極１８５が充填部材１９０を包む。
【０１６１】
本発明の実施形態において、下部電極１８５と充填部材１９０は第１開口１６５の形状によって限定される形状を有する。例えば、第１開口１６５が実質的に円形、実質的に楕円形又は、実質的に多角形の断面形状を有する場合、下部電極１８５は実質的に円形、実質的に楕円形又は、実質的に多角形の断面形状を有するシリンダの構造で形成される。この時、充填部材１９０は実質的に円形ピラ、実質的に楕円形ピラ、又は、実質的に多角形ピラ（ｐｉｌｌａｒ）の構造を有する。
【０１６２】
本発明の他の実施形態によって第１開口１６５内に充填部材１９０が形成されない場合には、下部電極１８５は第１開口１６５と実質的に同一、又は、実質的に類似な形状を有する。 例えば、第１開口１６５が実質的に円形、実質的に楕円形又は、実質的に多角形の断面形状を有する時、下部電極１８５は実質的に円形のピラ、実質的に楕円形のピラ、又は、実質的に多角形のピラなどの多様な構造を有する。
【０１６３】
図１１を参照すると、第１絶縁層１６０、下部電極１８５及び充填部材１９０上に絶縁構造物１９５を形成する。絶縁構造物１９５は酸化物、窒化物及び／又は、酸窒化物を用いて形成される。例示的な実施形態において、絶縁構造物１９５はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜のうち一つを含む単層構造を有することもでき、二つ以上を含む多層構造で形成されることもできる。絶縁構造物１９５は図１を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を通じて収得される。
【０１６４】
絶縁構造物１９５を部分的にエッチングすることによって、絶縁構造物１９５を貫通して充填部材１９０と下部電極１８５を露出させるＨＡＲＳ２００を形成する。ＨＡＲＳ２００は実質的に円形の断面形状を有するホール、実質的に楕円形の断面形状を有するホール、実質的に多角形の断面形状を有するホールなどのように多様な形状を有する。ＨＡＲＳ２００は写真エッチング工程、又は、追加的なエッチングマスクを用いて工程を通じて絶縁構造物１９５に形成される。このようなＨＡＲＳ２００を形成する工程は図１を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に似ている。また、ＨＡＲＳ２００は図１を参照して説明したＨＡＲＳ２０と実質的に同一、又は、実質的に類似な形状を有する。
【０１６５】
図１１に示した通り、ＨＡＲＳ２００を満たしながら、絶縁構造物１９５上に相変化物質層２０５を形成する。相変化物質層２０５はインサイチュリフローメカニズムを適用した物理気相蒸着工程を通じて形成される。相変化物質層２０５は図２を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を用いて収得される。また、相変化物質層２０５は図２を参照して説明した相変化物質層２５と実質的に同一、又は、実質的に類似な相変化物質を用いて形成される。したがって、相変化物質層２０５はボイド、シーム、オーバーハングなどの欠陥を発生させず、ＨＡＲＳ２００を完全に満たしながら絶縁構造物１９５上で実質的に円形、実質的に楕円形又は、実質的にドームの形状で突出する。
【０１６６】
本発明の他の実施形態によると、相変化物質層２０５を形成する前にＨＡＲＳ２００の側壁と底面上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つを追加的に形成する。この場合、前記濡れ層及び前記シード膜は図７を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を通じて形成される。
【０１６７】
図１２を参照すると、絶縁構造物１９５の上面が露出する時まで相変化物質層２０５を部分的に除去して、ＨＡＲＳ２００内に相変化物質層パターン２１０を形成する。したがって、相変化物質層パターン２１０は下部電極１８５及び充填部材１９０に接触する。例えば、相変化物質層パターン２１０の下部周辺部は下部電極１８５に接触することができ、相変化物質層パターン２１０の下部中央部は充填部材１９０に接触する。相変化物質層パターン２１０は化学機械的練磨工程及び／又は、エッチバック工程を用いて形成される。
【０１６８】
相変化物質層パターン２１０と絶縁構造物１９５上に上部電極層２１５を形成する。上部電極層２１５はポリシリコン、金属、金属窒化物、金属シリサイドなどを用いて形成される。例えば、上部電極層２１５は不純物を含むポリシリコン、チタン、タンタル、アルミニウム、タングステン、チタン窒化物、チタンアルミニウム窒化物、アルミニウム窒化物、タングステン窒化物、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、タンタルシリサイド、ニッケルシリサイドなどを用いて形成される。これは単独、又は、相互組合わせて使われる。また、上部電極層２１５は化学気相蒸着工程、原子層積層工程、パルスレーザ蒸着工程． 真空蒸着工程、スパッタリング工程等を通して形成される。
【０１６９】
図１３を参照すると、上部電極層２１５をパターニングして上部電極２２０を形成する。上部電極２２０は相変化物質層パターン２１０に比べて実質的に広い幅を有する。したがって、上部電極２２０は相変化物質層パターン２１０とその周辺の絶縁構造物１９５上に位置する。
【０１７０】
上部電極２００を覆いながら第２絶縁層２２５を形成する。第２絶縁層２２５は酸化物、窒化物及び／又は、酸窒化物を用いて形成される。また、第２絶縁層２２５は化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、高密度プラズマ化学気相蒸着工程等を通して形成される。例示的な実施形態において、第２絶縁層２２５は第１絶縁層１６５と実質的に同じ物質を含む。他の例示的な実施形態によれば、第１絶縁層１６５と第２絶縁層２２５は相異なる物質を含むこともできる。
【０１７１】
第２絶縁層２２５を部分的にエッチングして、上部電極２２０を露出させる第２開口２３０を形成する。第２開口２３０は第２絶縁層２２５を貫通して、上部電極２２０の一部を露出させる。第２開口２３０は写真エッチング工程を用いて形成される。
【０１７２】
第２開口２３０を満たしながら第２絶縁層２２５上に導電層を形成した後、第２絶縁層２２５が露出する時まで前記導電層を部分的に除去して第２開口２３０内にパッド又は、コンタクト２３５を形成する。したがって、コンタクト２３５は上部電極２２０に接触する。前記導電層は金属、金属混合物、ポリシリコンなどを用いて形成される。例えば、前記導電層は不純物を含むポリシリコン、チタン、タンタル、アルミニウム、タングステン、チタン窒化物、チタンアルミニウム窒化物、アルミニウム窒化物、タングステン窒化物などを用いて形成される。これらは単独、又は、相互組合わせて使われる。また、前記導電層は化学気相蒸着工程、原子層積層工程、パルスレーザ蒸着工程、真空蒸着工程、スパッタリング工程等を通して形成される。一方、コンタクト２３５は化学機械的練磨工程及び／又はエッチバック工程を通じて形成される。
【０１７３】
前述した工程によって、欠陥なくＨＡＲＳ２００を完全に埋めたてする相変化物質層パターン２１０を含む相変化メモリ装置を製造する。したがって、前記相変化メモリ装置はセット状態とリセット状態との間で十分な抵抗マージンを確保する。
【０１７４】
図１４〜図１６は本発明の他の実施形態に係る相変化メモリ装置を製造する方法を説明するための断面図である。図１４〜図１６に示した方法によって製造される相変化メモリ装置は、図６を参照して説明した相変化物質層パターンと実質的に同一、又は、実質的に類似な構成を有する相変化物質層パターンを含む。また、図１４〜図１６に示した方法によって収得される相変化メモリ装置は、図８を参照して説明した濡れ層パターン及びシード膜パターンのうち少なくとも一つを追加的に具備することもできる。
【０１７５】
図１４を参照すると、コンタクト領域２５５を有する基板２５０上に第１絶縁層２６０を形成する。コンタクト領域２５５は不純物領域、拡散領域、導電領域などを含むことができ、基板２５０上には導電パターン、パッド、コンタクト、絶縁パターン、スイッチング素子などを具備する下部構造物が提供される。
【０１７６】
第１絶縁層２６０は酸化物を化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、高密度プラズマ化学気相蒸着工程などで蒸着して形成される。例示的な実施形態において、第１絶縁層２６０に平坦化工程を遂行して第１絶縁層２６０が平坦な対面を有する。例えば、化学機械的練磨工程、エッチバック工程等を通して第１絶縁層２６０を平坦化させる。
【０１７７】
第１絶縁層２６０の一部を部分的にエッチングすることによって、第１絶縁層２６０を貫通する第１開口２６５を形成する。第１開口２６５はコンタクト領域２５５の少なくとも一部を露出させる。例示的な実施形態において、第１開口２６５は基板２５０に対して実質的に垂直したり傾斜した側壁を有する。
【０１７８】
第１開口２６５を通じて露出するコンタクト領域２５５上に第１導電膜２７０及び第２導電膜２７５を具備するダイオード２８０を形成する。ダイオード２８０は第１開口２６５を部分的に満たす。ダイオード２８０は図９を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を用いて形成される。
【０１７９】
ダイオード２８０、第１開口２６５の側壁及び第１絶縁層２６０上に下部電極層（図示されず）を形成する。前記下部電極層は第１開口２６５を部分的に満たす。前記下部電極層は不純物を含むシリコン、金属及び／又は、金属混合物を含むことができ、化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、原子層積層工程、パルスレーザ蒸着工程、スパッタリング工程などを用いて形成される。
【０１８０】
前記下部電極層上に第１開口２６５を完全に満たしながら充填層（図示されず）を形成する。前記充填層は酸化物、窒化物又は、酸窒化物を含むことができ、化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程、原子層積層工程、高密度プラズマ化学気相蒸着工程などを用いて形成される。例示的な実施形態において、第１開口２６５を完全に満たすように前記下部電極層が形成される場合、前記下部電極層上には前記充填層が形成されないこともある。
【０１８１】
第１絶縁層２６０の対面が露出するように前記充填層と前記下部電極層を部分的に除去することによって、第１開口２６５内に下部電極２８５と充填部材２９０を形成する。下部電極２８５は第１開口２６５の側壁とダイオード２８０に接触されることができ、充填部材２９０は第１開口２６５を完全に埋めたてしながら、下部電極２８５によって囲まれる。この時、下部電極２８５と充填部材２９０は第１開口２６５の形状によって限定される形状を有する。
【０１８２】
再度図１４を参照すると、第１絶縁層２６０、下部電極２８５及び充填部材２９０上に絶縁構造物２９５を形成する。絶縁構造物２９５はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜のうち一つを含む単層構造を有することもでき、二つ以上を含む多層構造で形成されることもできる。
【０１８３】
絶縁構造物２９５の一部をエッチングして充填部材２９０と下部電極２８５を露出させるＨＡＲＳ３００を形成する。ＨＡＲＳ２００は実質的に円形の断面形状を有するホール、実質的に楕円形の断面形状を有するホール、実質的に多角形の断面形状を有するホールなどのような多様な形状を有する。
【０１８４】
図１５を参照すると、ＨＡＲＳ３００を部分的に満たしながら絶縁構造物２９５上に第１相変化物質層３０５を形成する。第１相変化物質層３０５はインサイチュリフローメカニズムが適用されない相対的に低い第１温度で物理気相蒸着工程を通じて形成される。即ち、第１相変化物質層３０５は図５を参照して説明した第１相変化物質層６５を形成する工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を用いて形成される。また、第１相変化物質層３０５は図５を参照して説明した第１相変化物質層６５と実質的に同一、又は、実質的に類似な第１相変化物質を含むことができ、実質的に同一、又は、実質的に類似な構造を有する。第１相変化物質層３０５はＨＡＲＳ３００の深さの１／３程度の厚さで形成される。
【０１８５】
本発明の他の実施形態において、第１相変化物質膜３０５を形成する前にＨＡＲＳ３００の側壁と底面上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つが形成される。この時、前記濡れ層及び前記シード膜は図７を参照して説明した工程と実質的に同一、又は、実質的に類似な工程を通じて形成される。
【０１８６】
第１相変化物質層３０５上にＨＡＲＳ３００を完全に満たしながら第２相変化物質層３１０を形成する。第２相変化物質層３１０はインサイチュリフローメカニズムが適用される相対的に高い第２温度で遂行される第２物理気相蒸着工程を通じて収得される。
【０１８７】
第２相変化物質層３１０は図５を参照して説明した第２相変化物質層７０と実質的に同一、又は、実質的に類似な第２相変化物質を用いて形成されることができ、前述した第２相変化物質層７０と実質的に同一、又は、実質的に類似な形状を有する。第２相変化物質層３１０はＨＡＲＳ３００の深さの２／３以上の厚さで形成されることができ、これによって、第１相変化物質層３０５と第２相変化物質層３１０の間の厚さの比は１．０：１．３〜３．０程度になりうる。
【０１８８】
本発明の例示的な実施形態において、工程温度を変化させながらインサイチュに進行される物理気相蒸着工程を用いて第２相変化物質層３１０が第１相変化物質層３０５と一体で形成される。
【０１８９】
図１６を参照すると、絶縁構造物２９５の対面が露出する時まで第１及び第２相変化物質層３０５、３１０を部分的に除去する。これによって、ＨＡＲＳ３００内には第１及び第２相変化物質層パターン３１５、３２０を含む相変化構造物が形成される。第１及び第２相変化物質層パターン３１５、３２０は化学機械的練磨工程及び／又はエッチバック工程を用いて形成される。第１相変化物質層パターン３１５はＨＡＲＳ３００を部分的に満たすことができ、第２相変化物質層パターン３２０はＨＡＲＳ３００を完全に埋めたてする。この場合、第１相変化物質層パターン３１５は下部電極２８５及び充填部材２９０に接触する。
【０１９０】
前記相変化メモリ装置が第１及び第２相変化物質層パターン３１５、３２０を具備する前記相変化構造物を含む場合、第１相変化物質層パターン３１５は相転移が起きるＰＶ領域に該当することができ、下部電極２８５に接触しない第２相変化物質層パターン３２０は相転移が起きないＮＰＶ領域に該当する。即ち、下部電極２８５から印加される電流によって第１相変化物質層パターン３１５の第１相変化物質は容易に相転移を起こすことができ、第２相変化物質層パターン３２０の第２相変化物質は実質的に相転移を起こさないことがある。このように、前記相変化メモリ装置がそれぞれＰＶ及びＮＰＶ領域に該当する第１及び第２相変化物質層パターン３１５、３２０を含む場合、前記相変化メモリ装置のデータ維持特性をより向上させながらセット状態とリセット状態との間の抵抗マージンを充分に確保する。
【０１９１】
図１６に示した通り、前記相変化構造物と絶縁構造物２９５上に上部電極層（図示されず）を形成した後、前記上部電極層をパターニングして第２相変化物質層パターン３２０と絶縁構造物２９５上に上部電極３２５を形成する。上部電極３２５は前記相変化構造物の幅に比べて実質的に広い幅で形成される。上部電極３２５はポリシリコン、金属、金属窒化物、金属シリサイドなどを含むことができ、前記上部電極層は化学気相蒸着工程、原子層積層工程、パルスレーザ蒸着工程、 真空蒸着工程、スパッタリング工程等を通して形成される。
【０１９２】
絶縁構造物２９５上に上部電極３２５を覆いながら第２絶縁層３３０を形成する。第２絶縁層３００は酸化物、窒化物及び／又は、酸窒化物を含むことができ、化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、高密度プラズマ化学気相蒸着工程等を通して形成される。
【０１９３】
第２絶縁層３３０を一部エッチングして、上部電極３２５を露出させる第２開口３３５を形成した後、第２開口２３０を満たしながら上部電極３２５上にパッド又は、コンタクト３４０を形成する。 前記パッド又は、コンタクト３４０は金属、金属混合物、ポリシリコンなどを用いて形成される。これによって、欠陥がないながらも、向上したデータ維持特性及び抵抗マージンを有する相変化構造物を含む相変化メモリ装置を収得する。
【０１９４】
図１７は本発明の実施形態に係るメモリ装置を含むメモリシステムを説明するためのブロック図である。
【０１９５】
図１７を参照すると、メモリシステム３５０は携帯用電子装備を含む。例えば、メモリシステム３５０はＰＭＰ装置、携帯用通信装置、ＭＰ３プレーヤー、携帯用ディスプレープレーヤー、電子辞典などに該当する。メモリシステム３５０はメモリ装置３５５、メモリコントローラ３６０、ＥＤＣ３６５、表示部材３７０及びインターフェース３７５を具備する。メモリ装置３５５は上述した通りの本発明の多様な実施形態に係る相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を具備する相変化メモリ装置を含む。したがって、メモリ装置３５５は向上したデータ維持特性と信頼性を有する。
【０１９６】
音響データ又は、映像データなどのようなデータはＥＤＣ３６５によってメモリコントローラ３６０を通じてメモリ装置３５５に入力されたりメモリ装置３５５から出力される。このような音響及び／又は、映像データはＥＤＣ３６５からメモリ装置３５５で直接入力されるが、メモリ装置３５５からＥＤＣ３６５まで直接出力されることもできる。ＥＤＣ３６５は前記音響及び／又は、映像データをメモリ装置３５５内に保存するようにインコーディング（ｅｎｃｏｄｉｎｇ）する。例えば、ＥＤＣ３６５はメモリ装置３５５内に音響データを保存するためにＭＰ３ファイルでインコーディングする。また、ＥＤＣ３６５はメモリ装置３５５内に映像データを保存するためにＭＰＥＧファイルでインコーディングする。ＥＤＣ３６５は相異なるフォーマットによって相異なる形態を有するデータをインコーディングするための複合エンコーダを含む。例えば、ＥＤＣ３６５は音響データのためのＭＰ３エンコーダ及び映像データのためのＭＰＥＧエンコーダを同時に含む。
【０１９７】
また、ＥＤＣ３６５はメモリ装置３５５から出力をデコーディング（ｄｅｃｏｄｉｎｇ）する。例えば、ＥＤＣ３６５はメモリ装置３５５から出力された音響データをＭＰ３ファイルでデコーディングする。一方、ＥＤＣ３６５はメモリ装置３５５から出力された映像データをＭＰＥＧファイルでデコーディングする。また、ＥＤＣ３６５は音響データのためのＭＰ３デコーダと映像データのためのＭＰＥＧデコーダを同時に含む。しかし、ＥＤＣ３６５は音響及び／又は、映像データのためのデコーダだけを含むこともできる。例えば、インコーディングされた音響及び／又は、映像データがＥＤＣ３６５で入力されてメモリコントローラ３６０及び／又は、メモリ装置３５５に伝達される。
【０１９８】
ＥＤＣ３６５はインターフェース３７５を経由してインコーディングのための音響及び／又は、映像データ又は、インコーディングされた音響及び／又は、映像データを受信する。 インターフェース３７５はファイヤーワイヤーインターフェース、ＵＳＢインターフェースなどを含む。音響及び／又は、映像データはメモリ装置３５５からインターフェース３７５を経由して表示部材３７０を通じて出力される。
【０１９９】
表示部材３７０はメモリ装置３５５から直接出力されるか、又はＥＤＣ３６５によってデコーディングされた音響及び／又は、映像データをユーザに表示する。表示部材３７０は音響データを出力するためのスピーカージャックや映像データを出力するディスプレースクリーンなどを含む。
【０２００】
本発明の実施形態において、前述した通り向上したデータ維持特性と改善されたリセット−セット抵抗マージンを有する相変化物質層パターン、又は、相変化構造物を具備する相変化メモリを含むメモリ装置３５５がメモリシステム３５０に適用されることによって、メモリシステム３５０の性能をより改善する。
【０２０１】
図１８は本発明の実施形態に係る広帯域移動通信が可能な移動通信ネットワークを説明するための通信システムのブロック図である。
【０２０２】
図１８を参照すると、広帯域移動通信システム４００はセンサーモジュール４０５、位置追跡システムＧＰＳ４１０及び移動通信端末機４１５を含む。広帯域移動通信システム４００はデータサーバ４２０と基地局４２５と相互通信する。移動通信端末機４１５は多くのデータを送受信するため、速い動作速度と高いデータ信頼性が要求される。移動通信端末機４１５は前述した通り多様な相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を具備するメモリ装置を含む。これによって、移動通信端末機４１５は相対的に低い動作電圧でも高速で動作が可能であり、高いデータ信頼性を確保する。また、前述した多様な実施形態に係る相変化メモリ装置は多様な電気及び電子機器に適用される。例えば、前記相変化メモリ装置はＵＳＢメモリ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラ、メモリカードなどの機器に採用される。
【０２０３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特徴請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到しうることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【０２０４】
本発明の実施形態によると、インサイチュリフローメカニズムを適用した物理気相蒸着を通じて微細なサイズのホール、開口、トレンチなどのようなＨＡＲＳを欠陥なく完全に埋めたてする相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を形成する。 このような相変化物質層パターン及び／又は、相変化構造物を相変化メモリ装置に適用する場合、前記相変化メモリ装置はデータ維持特性とセット−リセット状態の抵抗マージンの増加などで向上した動作速度と信頼性を有する。
【符号の説明】
【０２０５】
１０、５０、１００ 基板、対象体
１５、５５、１０５、１９５、２９５ 絶縁構造物
２０、６０、１１０、２００、３００ ＨＡＲＳ（Ｈｉｇｈ＿Ａｓｐｅｃｔ＿Ｒａｔｉｏ＿Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、高縦横比構造）
２５、１２５、２９５ 相変化物質層
３０、１４０、２１０ 相変化物質増パターン
６５、３０５ 第１相変化物質層
７０、３１０ 第２相変化物質層
７５、３１５ 第１相変化物質層パターン
８０、３２０ 第２相変化物質層パターン
１１５ 濡れ層
１２０ シード膜
１３０ 濡れ層パターン
１３５ シード膜パターン
１５０、２５０ 基板
１５５、２５５ コンタクト領域
１６０、２６０ 第１絶縁層
１６５、２６５ 第１開口
１７０、２７０ 第１導電膜パターン
１７５、２７５ 第２導電膜パターン
１８０、２８０ ダイオード
１８５、２８５ 下部電極
１９０、２９０ 充填部材
２１５ 上部電極層
２２０、３２５ 上部電極
２２５、３３０ 第２絶縁層
２３０、３３５ 第２開口
２３５、３４０ コンタクト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＡＲＳ（Ｈｉｇｈ＿Ａｓｐｅｃｔ＿Ｒａｔｉｏ＿Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、高縦横比構造、以下、ＨＡＲＳという）を部分的に満たし、第１相変化物質を含む第１相変化物質層パターンと、
前記ＨＡＲＳの残りを満たし、前記第１相変化物質と相異なる組成を有する第２相変化物質を含む第２相変化物質層パターンと、を具備することを特徴とする相変化構造物。
【請求項２】
前記第１相変化物質と前記第２相変化物質が少なくとも１つの構成成分を共有し、前記第２相変化物質における前記共有構成成分の含量が、前記第１相変化物質における前記共有構成成分の含量より大きいことを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項３】
前記共有構成成分がアンチモン（Ｓｂ）及びテルル（Ｔｅ）であることを特徴とする請求項２に記載の相変化構造物。
【請求項４】
前記第１相変化物質は電流に反応して相転移を起こし、前記第２相変化物質は前記電流に対して相転移を起こさないことを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項５】
前記第１相変化物質層パターンは、前記第２相変化物質層パターンが形成される温度より低い温度で形成されることを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項６】
温度を摂氏温度（℃）で規定し、前記第１相変化物質層パターンは前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成され、前記第２相変化物質層パターンは前記第２相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成されることを特徴とする請求項５に記載の相変化構造物。
【請求項７】
前記第１及び第２相変化物質はそれぞれ、１４族（第ＸＩＶ族）、１５族（第ＸＶ族）、及び１６族（第ＸＶＩ族）のいずれかに属する元素の２成分系混合物、３成分系混合物、４成分系混合物、及び５成分系混合物からなるグループから選択された１つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項８】
前記第１相変化物質層パターン及び前記第２相変化物質層パターンのうち少なくとも一つは結晶化温度を上昇させるドーパントをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の相変化構造物。
【請求項９】
前記ドーパントの含量は前記第１相変化物質及び前記第２相変化物質のうち少なくとも一つの全体重量に対して、５重量％乃至３０重量％であることを特徴とする請求項８に記載の相変化構造物。
【請求項１０】
前記ドーパントは、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなるグループから選択された１つ以上を含むことを特徴とする請求項８に記載の相変化構造物。
【請求項１１】
前記第１及び第２相変化物質はそれぞれ、カルコゲナイド混合物、非カルコゲナイド混合物、ドーパントを含有するカルコゲナイド混合物、及び、ドーパントを含有する非カルコゲナイド混合物のいずれか１つ又は２つ以上を含むことを特徴とする請求項８に記載の相変化構造物。
【請求項１２】
前記第１相変化物質層パターンの、前記第２相変化物質層パターンに対する厚さの比は、１．３乃至３．０であることを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項１３】
前記第１相変化物質層パターンと前記第１相変化物質層パターンは一体で形成されることを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項１４】
前記相変化構造物は前記ＨＡＲＳと前記第１相変化物質層パターンの間に配置される、濡れ層パターン及びシード膜パターンのうち少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項１５】
前記濡れ層パターンは金属、金属窒化物及び金属酸化物からなるグループから選択された１つ以上を含み、前記シード膜パターンは金属、金属窒化物、金属シリサイド及び金属酸化物からなるグループから選択された１つ以上を含むことを特徴とする請求項１４に記載の相変化構造物。
【請求項１６】
前記ＨＡＲＳはホール（閉鎖穴、ｈｏｌｅ）、開口（貫通孔、ｏｐｅｎｉｎｇ）、又は、トレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）を含み、前記ＨＡＲＳは１．７乃至４．０の縦横比を有することを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項１７】
対象体上に絶縁構造物を形成する段階と、
前記絶縁構造物に前記対象体を露出させるＨＡＲＳを形成する段階と、
前記ＨＡＲＳを満たすように、前記絶縁構造物上に相変化物質を蒸着して、少なくとも一つの相変化物質層を形成する段階と、を具備し、
温度を摂氏温度で規定して、前記少なくとも一つの相変化物質層は前記相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成されることを特徴とする相変化物質層の形成方法。
【請求項１８】
前記少なくとも一つの相変化物質層は物理気相蒸着（ＰＶＤ）工程を用いて形成されることを特徴とする請求項１７に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの相変化物質層はスパッタリング工程を用いて形成されることを特徴とする請求項１８に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する段階は、前記相変化物質にドーパントを添加する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する以前に、前記対象体、前記ＨＡＲＳの側壁、及び前記絶縁構造物上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２２】
前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する段階は、
前記ＨＡＲＳを部分的に満たす第１相変化物質層を形成する段階、
前記第１相変化物質層上に前記ＨＡＲＳの残りを満たす第２相変化物質層を形成する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２３】
前記第１相変化物質層は第１温度で第１相変化物質を蒸着して形成され、前記第２相変化物質層は前記第１温度より高い第２温度で第２相変化物質を蒸着して形成されることを特徴とする請求項２２に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２４】
前記第１相変化物質層は前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成され、前記第２相変化物質層は前記第２相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成されることを特徴とする請求項２２に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２５】
前記第１相変化物質層は第１物理気相蒸着工程を用いて形成され、前記第２相変化物質層は第２物理気相蒸着工程を用いて形成されることを特徴とする請求項２４に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２６】
前記第１及び第２相変化物質層はそれぞれスパッタリング工程を用いて形成されることを特徴とする請求項２４に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２７】
前記第１相変化物質層と前記第２相変化物質層はインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で遂行されるスパッタリング工程を用いて形成されることを特徴とする請求項２２に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２８】
前記第１及び第２相変化物質層は同一の組成を有するソースターゲットを用いて形成されることを特徴とする請求項２７に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２９】
コンタクト領域を有する基板、
前記基板上に配置され、前記コンタクト領域を露出させる開口を含む絶縁層、
前記開口内に配置される下部電極、
前記絶縁層上に配置されて前記下部電極を露出させるＨＡＲＳを含む絶縁構造物、
前記ＨＡＲＳを部分的に満たし、第１相変化物質を含む第１相変化物質層パターン、
前記ＨＡＲＳの残りを満たし、前記第１相変化物質と相異なる組成を有する第２相変化物質を含む第２相変化物質層パターン、
前記第２相変化物質層パターン上に配置される上部電極と、を含む相変化メモリ装置。
【請求項３０】
前記コンタクト領域と前記下部電極との間に配置されるスイッチング素子をさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３１】
前記スイッチング素子はダイオード及びトランジスタの一方、又は双方を含むことを特徴とする請求項３０に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３２】
前記下部電極は前記開口を部分的に満たすシリンダの形状を有し、前記開口内の前記下部電極上に配置される充填部材をさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３３】
前記第１相変化物質と前記第２相変化物質が少なくとも１つの構成成分を共有し、前記第２相変化物質における前記共有構成成分の含量が、前記第１相変化物質における前記共有構成成分の含量より実質的に大きいことを特徴とする請求項２９に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３４】
前記第１相変化物質層パターンは前記下部電極から印加される電流に反応して相転移を起こし、前記第２相変化物質層パターンは前記電流に対して相転移を起こさないことを特徴とする請求項２９に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３５】
前記第１相変化物質層パターンの、前記第２相変化物質層パターンに対する厚さの比は、１．３乃至３．０であることを特徴とする請求項３４に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３６】
コンタクト領域を有する基板上に前記コンタクト領域を露出させる開口を含む絶縁層を形成する段階、
前記開口内に下部電極を形成する段階、
前記絶縁層上に前記下部電極を露出させるＨＡＲＳを含む絶縁構造物を形成する段階、
温度を摂氏温度で規定して、
前記ＨＡＲＳを満たすように、前記絶縁構造物上に相変化物質を前記相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で蒸着して、少なくとも一つの相変化物質層を形成する段階、
前記少なくとも一つの相変化物質層を部分的に除去して前記ＨＡＲＳ内に少なくとも一つの相変化物質層パターンを形成する段階、
前記少なくとも一つの相変化物質層パターン上に上部電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする相変化メモリ装置の製造方法。
【請求項３７】
前記下部電極を形成する以前に前記開口内にスイッチング素子を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の相変化メモリ装置の製造方法。
【請求項３８】
前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する前に、前記ＨＡＲＳの側壁と前記下部電極上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の相変化メモリ装置の製造方法。
【請求項３９】
前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する段階は、
第１温度で第１相変化物質を蒸着して、前記ＨＡＲＳを部分的に満たす第１相変化物質層を形成する段階、
前記第１温度より高い第２温度で第２相変化物質を蒸着して、前記第１相変化物質層上に前記ＨＡＲＳの残りを満たす第２相変化物質層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の相変化メモリ装置の製造方法。
【請求項４０】
前記第１相変化物質層は前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成され、前記第２相変化物質層は前記第２相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成されることを特徴とする請求項３９に記載の相変化メモリ装置の製造方法。
【請求項１】
ＨＡＲＳ（Ｈｉｇｈ＿Ａｓｐｅｃｔ＿Ｒａｔｉｏ＿Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、高縦横比構造、以下、ＨＡＲＳという）を部分的に満たし、第１相変化物質を含む第１相変化物質層パターンと、
前記ＨＡＲＳの残りを満たし、前記第１相変化物質と相異なる組成を有する第２相変化物質を含む第２相変化物質層パターンと、を具備することを特徴とする相変化構造物。
【請求項２】
前記第１相変化物質と前記第２相変化物質が少なくとも１つの構成成分を共有し、前記第２相変化物質における前記共有構成成分の含量が、前記第１相変化物質における前記共有構成成分の含量より大きいことを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項３】
前記共有構成成分がアンチモン（Ｓｂ）及びテルル（Ｔｅ）であることを特徴とする請求項２に記載の相変化構造物。
【請求項４】
前記第１相変化物質は電流に反応して相転移を起こし、前記第２相変化物質は前記電流に対して相転移を起こさないことを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項５】
前記第１相変化物質層パターンは、前記第２相変化物質層パターンが形成される温度より低い温度で形成されることを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項６】
温度を摂氏温度（℃）で規定し、前記第１相変化物質層パターンは前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成され、前記第２相変化物質層パターンは前記第２相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成されることを特徴とする請求項５に記載の相変化構造物。
【請求項７】
前記第１及び第２相変化物質はそれぞれ、１４族（第ＸＩＶ族）、１５族（第ＸＶ族）、及び１６族（第ＸＶＩ族）のいずれかに属する元素の２成分系混合物、３成分系混合物、４成分系混合物、及び５成分系混合物からなるグループから選択された１つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項８】
前記第１相変化物質層パターン及び前記第２相変化物質層パターンのうち少なくとも一つは結晶化温度を上昇させるドーパントをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の相変化構造物。
【請求項９】
前記ドーパントの含量は前記第１相変化物質及び前記第２相変化物質のうち少なくとも一つの全体重量に対して、５重量％乃至３０重量％であることを特徴とする請求項８に記載の相変化構造物。
【請求項１０】
前記ドーパントは、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなるグループから選択された１つ以上を含むことを特徴とする請求項８に記載の相変化構造物。
【請求項１１】
前記第１及び第２相変化物質はそれぞれ、カルコゲナイド混合物、非カルコゲナイド混合物、ドーパントを含有するカルコゲナイド混合物、及び、ドーパントを含有する非カルコゲナイド混合物のいずれか１つ又は２つ以上を含むことを特徴とする請求項８に記載の相変化構造物。
【請求項１２】
前記第１相変化物質層パターンの、前記第２相変化物質層パターンに対する厚さの比は、１．３乃至３．０であることを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項１３】
前記第１相変化物質層パターンと前記第１相変化物質層パターンは一体で形成されることを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項１４】
前記相変化構造物は前記ＨＡＲＳと前記第１相変化物質層パターンの間に配置される、濡れ層パターン及びシード膜パターンのうち少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項１５】
前記濡れ層パターンは金属、金属窒化物及び金属酸化物からなるグループから選択された１つ以上を含み、前記シード膜パターンは金属、金属窒化物、金属シリサイド及び金属酸化物からなるグループから選択された１つ以上を含むことを特徴とする請求項１４に記載の相変化構造物。
【請求項１６】
前記ＨＡＲＳはホール（閉鎖穴、ｈｏｌｅ）、開口（貫通孔、ｏｐｅｎｉｎｇ）、又は、トレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）を含み、前記ＨＡＲＳは１．７乃至４．０の縦横比を有することを特徴とする請求項１に記載の相変化構造物。
【請求項１７】
対象体上に絶縁構造物を形成する段階と、
前記絶縁構造物に前記対象体を露出させるＨＡＲＳを形成する段階と、
前記ＨＡＲＳを満たすように、前記絶縁構造物上に相変化物質を蒸着して、少なくとも一つの相変化物質層を形成する段階と、を具備し、
温度を摂氏温度で規定して、前記少なくとも一つの相変化物質層は前記相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成されることを特徴とする相変化物質層の形成方法。
【請求項１８】
前記少なくとも一つの相変化物質層は物理気相蒸着（ＰＶＤ）工程を用いて形成されることを特徴とする請求項１７に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの相変化物質層はスパッタリング工程を用いて形成されることを特徴とする請求項１８に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する段階は、前記相変化物質にドーパントを添加する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する以前に、前記対象体、前記ＨＡＲＳの側壁、及び前記絶縁構造物上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２２】
前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する段階は、
前記ＨＡＲＳを部分的に満たす第１相変化物質層を形成する段階、
前記第１相変化物質層上に前記ＨＡＲＳの残りを満たす第２相変化物質層を形成する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２３】
前記第１相変化物質層は第１温度で第１相変化物質を蒸着して形成され、前記第２相変化物質層は前記第１温度より高い第２温度で第２相変化物質を蒸着して形成されることを特徴とする請求項２２に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２４】
前記第１相変化物質層は前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成され、前記第２相変化物質層は前記第２相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成されることを特徴とする請求項２２に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２５】
前記第１相変化物質層は第１物理気相蒸着工程を用いて形成され、前記第２相変化物質層は第２物理気相蒸着工程を用いて形成されることを特徴とする請求項２４に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２６】
前記第１及び第２相変化物質層はそれぞれスパッタリング工程を用いて形成されることを特徴とする請求項２４に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２７】
前記第１相変化物質層と前記第２相変化物質層はインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で遂行されるスパッタリング工程を用いて形成されることを特徴とする請求項２２に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２８】
前記第１及び第２相変化物質層は同一の組成を有するソースターゲットを用いて形成されることを特徴とする請求項２７に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項２９】
コンタクト領域を有する基板、
前記基板上に配置され、前記コンタクト領域を露出させる開口を含む絶縁層、
前記開口内に配置される下部電極、
前記絶縁層上に配置されて前記下部電極を露出させるＨＡＲＳを含む絶縁構造物、
前記ＨＡＲＳを部分的に満たし、第１相変化物質を含む第１相変化物質層パターン、
前記ＨＡＲＳの残りを満たし、前記第１相変化物質と相異なる組成を有する第２相変化物質を含む第２相変化物質層パターン、
前記第２相変化物質層パターン上に配置される上部電極と、を含む相変化メモリ装置。
【請求項３０】
前記コンタクト領域と前記下部電極との間に配置されるスイッチング素子をさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３１】
前記スイッチング素子はダイオード及びトランジスタの一方、又は双方を含むことを特徴とする請求項３０に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３２】
前記下部電極は前記開口を部分的に満たすシリンダの形状を有し、前記開口内の前記下部電極上に配置される充填部材をさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３３】
前記第１相変化物質と前記第２相変化物質が少なくとも１つの構成成分を共有し、前記第２相変化物質における前記共有構成成分の含量が、前記第１相変化物質における前記共有構成成分の含量より実質的に大きいことを特徴とする請求項２９に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３４】
前記第１相変化物質層パターンは前記下部電極から印加される電流に反応して相転移を起こし、前記第２相変化物質層パターンは前記電流に対して相転移を起こさないことを特徴とする請求項２９に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３５】
前記第１相変化物質層パターンの、前記第２相変化物質層パターンに対する厚さの比は、１．３乃至３．０であることを特徴とする請求項３４に記載の相変化メモリ装置。
【請求項３６】
コンタクト領域を有する基板上に前記コンタクト領域を露出させる開口を含む絶縁層を形成する段階、
前記開口内に下部電極を形成する段階、
前記絶縁層上に前記下部電極を露出させるＨＡＲＳを含む絶縁構造物を形成する段階、
温度を摂氏温度で規定して、
前記ＨＡＲＳを満たすように、前記絶縁構造物上に相変化物質を前記相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で蒸着して、少なくとも一つの相変化物質層を形成する段階、
前記少なくとも一つの相変化物質層を部分的に除去して前記ＨＡＲＳ内に少なくとも一つの相変化物質層パターンを形成する段階、
前記少なくとも一つの相変化物質層パターン上に上部電極を形成する段階と、を含むことを特徴とする相変化メモリ装置の製造方法。
【請求項３７】
前記下部電極を形成する以前に前記開口内にスイッチング素子を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の相変化メモリ装置の製造方法。
【請求項３８】
前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する前に、前記ＨＡＲＳの側壁と前記下部電極上に濡れ層及びシード膜のうち少なくとも一つを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の相変化メモリ装置の製造方法。
【請求項３９】
前記少なくとも一つの相変化物質層を形成する段階は、
第１温度で第１相変化物質を蒸着して、前記ＨＡＲＳを部分的に満たす第１相変化物質層を形成する段階、
前記第１温度より高い第２温度で第２相変化物質を蒸着して、前記第１相変化物質層上に前記ＨＡＲＳの残りを満たす第２相変化物質層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の相変化メモリ装置の製造方法。
【請求項４０】
前記第１相変化物質層は前記第１相変化物質の融点温度の６０％以下の温度で形成され、前記第２相変化物質層は前記第２相変化物質の融点温度の６０％以上の温度で形成されることを特徴とする請求項３９に記載の相変化メモリ装置の製造方法。
【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】
【公開番号】特開２０１１−１３９０７０（Ｐ２０１１−１３９０７０Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３２１０（Ｐ２０１０−２９３２１０）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【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）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【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）】
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