(57)【要約】【課題】相変化物質膜を有する可変抵抗メモリ装置の加熱電極の形成方法とこれを利用する可変抵抗メモリ装置を提供する。【解決手段】可変抵抗メモリ装置の製造方法は、加熱電極を形成し、加熱電極上に可変抵抗の物質膜を形成し、そして、可変抵抗の物質膜上に上部電極を形成する。加熱電極はチタニウムより原子の半径が大きい金属窒化物を含み、プラズマを利用しない熱化学蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶＤ）法で形成される。【選択図】図６
2011114344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱電極を形成する段階と、
前記加熱電極上に可変抵抗の物質膜を形成する段階と、
前記可変抵抗の物質膜上に上部電極を形成する段階と、を有し、
前記加熱電極はチタニウムより原子の半径が大きい金属窒化物を含み、プラズマを利用しない熱化学蒸着法を利用して形成することを特徴とする可変抵抗メモリ装置の製造方法。
【請求項２】
前記加熱電極に含まれる前記金属のイオンの半径は６８ｐｍ〜１０８ｐｍであることを特徴とする請求項１に記載の可変抵抗メモリ装置の製造方法。
【請求項３】
前記金属窒化物はタンタル、ジルコニウム、ジスプロシウム、ニオビウム、バナジウムの中から選択される何れかの金属窒化物であることを特徴とする請求項１に記載の可変抵抗メモリ装置の製造方法。
【請求項４】
前記金属窒化物は炭素を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の可変抵抗メモリ装置の製造方法。
【請求項５】
前記金属窒化物はタンタル炭素窒化物であることを特徴とする請求項４に記載の可変抵抗メモリ装置の製造方法。
【請求項６】
前記加熱電極は５０００μΩ・ｃｍ以上の比抵抗を有するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変抵抗メモリ装置の製造方法。
【請求項７】
加熱電極と、
前記加熱電極上に形成された可変抵抗の物質膜と、
前記可変抵抗の物質膜上に形成された上部電極と、を備え、
前記加熱電極はチタニウムより原子の半径が大きい金属窒化物を含み、５０００μΩ・ｃｍ以上の比抵抗を有することを特徴とする可変抵抗メモリ装置。
【請求項８】
前記可変抵抗の物質膜は単位セルに対して２ビット以上の抵抗状態の保持が可能であることを特徴とする請求項７に記載の可変抵抗メモリ装置。
【請求項９】
前記可変抵抗の物質膜は、非晶質状態で抵抗値が異なる２つ以上の相変化物質層を含むことを特徴とする請求項８に記載の可変抵抗メモリ装置。
【請求項１０】
前記２つ以上の相変化物質層は体積が異なり、
前記２つ以上の相変化物質層の中の１つの相変化物質層は前記加熱電極に接触し、
前記加熱電極に接触する１つの相変化物質層は前記可変抵抗の物質膜内の他の相変化物質層より非晶質状態で抵抗値が小さいことを特徴とする請求項９に記載の可変抵抗メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化物質膜を有する可変抵抗メモリ装置の電極形成方法と、該方法を適用して製造される可変抵抗半導体メモリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリ装置は揮発性（ｖｏｌａｔｉｌｅ）メモリ装置と、不揮発性（ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ）メモリ装置に分けられる。不揮発性メモリ装置は電源の供給が断たれても貯蔵されたデータが消去されないメモリ装置、例えば、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  ＰＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ＥＰＲＯＭ）、及びフラッシュメモリ装置（Ｆｌａｓｈ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｄｅｖｉｃｅ）を含む。繰り返して読み出し及び書き込みが可能である不揮発性メモリ装置に対する要求が増え続けている。
【０００３】
不揮発性メモリ装置は、可変抵抗メモリ装置、例えば、ＲＥＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等が開発されている。このような可変抵抗メモリ装置を構成する物質は、電流又は電圧によってその抵抗値が異なり、電流又は電圧の供給が断たれても抵抗値をそのまま維持する特性がある。
【０００４】
ＰＲＡＭはカルコゲナイド（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）物質のような相変化物質（Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）を用いる。相変化物質は温度の変化によって結晶状態（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｔａｔｅ）と非晶質状態（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｔａｔｅ）を有する。非晶質状態の相変化物質膜を結晶化温度と溶融点との間の温度に一定時間加熱した後冷却させると、相変化物質膜は非晶質状態から結晶状態に変化する（セットプログラミング）。一方、相変化物質膜を溶融点以上の温度に加熱した後、急に冷却させると、相変化物質膜は結晶状態から非晶質状態に変化する（リセットプログラミング）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国公開特許２００８−００６９４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、安定的なデータ状態を有する可変抵抗メモリ装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による可変抵抗メモリ装置の製造方法は、加熱電極を形成する段階と、前記加熱電極上に可変抵抗の物質膜を形成する段階と、前記可変抵抗の物質膜上に上部電極を形成するする段階と、を有し、前記加熱電極はチタニウム（Ｔｉ）より原子の半径が大きい金属窒化物を含み、プラズマ（ｐｌａｓｍａ）を利用しない熱化学蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶＤ）法を利用して形成する。
ここで、前記加熱電極に含まれる前記金属のイオンの半径は６８ｐｍ〜１０８ｐｍにし、前記金属窒化物はタンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ニオビウム（Ｎｂ）、及びバナジウム（Ｖ）等を用いる。前記金属窒化物は炭素を更に含む。前記加熱電極は５０００μΩ・ｃｍ以上の比抵抗を有するように形成する。前記金属窒化物はタンタル炭素窒化物（ＴａＣＮ）であり、タンタルハロゲン化物誘導体（ｔａｎｔａｌｕｍ  ｈａｌｉｄｅ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ）又はタンタルアミン誘導体（ｔａｎｔａｌｕｍ  ａｍｉｎｅ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ）物質を含む反応ガスを利用する。また、前記加熱電極の形成は、Ｈ２、ＮＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６の群から選択される物質を含むガスを利用して行なわれる。前記熱化学蒸着法は１００〜５５０℃の温度範囲内で前記第１反応ガスと前記第２ガスが反応するようにする。前記可変抵抗の物質膜はカルコゲナイド（Ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）系列の相変化物質を含み、水素又はハロゲン元素で熱処理又はプラズマ処理される。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による可変抵抗メモリ装置は、加熱電極と、前記加熱電極上に形成された可変抵抗の物質膜と、前記可変抵抗の物質膜上に形成された上部電極と、を備え、前記加熱電極は、チタニウム（Ｔｉ）より原子の半径が大きい金属窒化物を含み、５０００μΩ・ｃｍ以上の比抵抗を有する。
前記可変抵抗の物質膜は単位セルに対して２ビット以上の抵抗状態の保持が可能であるものにする。この際、前記可変抵抗の物質膜は、非晶質状態で抵抗値が異なる２つ以上の相変化物質層を含み、前記２つ以上の相変化物質層は体積が異なるよう構成される。ここで、前記２つ以上の相変化物質層の中の１つの相変化物質層は前記加熱電極に接触し、前記加熱電極に接触する１つの相変化物質層は前記可変抵抗の物質膜内の他の相変化物質層より非晶質状態で抵抗値が小さい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、加熱電極と可変抵抗の物質膜との間の界面特性が向上し、高温工程からのストレスによる電気的／物理的な特性の劣化を減らすことができる。可変抵抗の物質膜として相変化層を用いる場合に、相変化層の抵抗ドリフト現象を抑制できる。また、可変抵抗メモリ装置に貯蔵されたデータが安定的に維持され、読み出しエラーが減る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】カルコゲン非晶質物質の抵抗ドリフトを示すグラフである。
【図２】マルチレベルの相変化メモリ装置のデータ状態の分布変化を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による可変抵抗メモリ装置の形成方法を説明するための斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による可変抵抗メモリ装置の形成方法を説明するための斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による可変抵抗メモリ装置の形成方法を説明するための斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態による金属窒化膜の形成方法を説明するための順序図である。
【図７】本発明の他の実施形態による可変抵抗メモリ装置を説明するための斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態によるマルチビットの可変抵抗メモリ装置を説明するための斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態による可変抵抗メモリ装置を含むメモリカードシステムのブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態による可変抵抗メモリ装置を含む電子装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の可変抵抗メモリ装置及びその製造方法を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本発明は、ここに説明する実施形態に限定されず異なる形態で具現できる。ここに開示する実施形態は本発明の内容が完全になるように、そして、当業者に本発明の思想が十分に伝えられるようにするものである。
【００１２】
本明細書において、ある構成要素が異なる構成要素上にあると言及する場合、それは異なる構成要素上に直接形成されたり、又はそれらの間に第３の構成要素が介在したりすることを意味する。また、図面において、構成要素の厚さは技術の効果的な説明のために誇張した。
【００１３】
本明細書に記述する実施形態は、本発明の理想的な例示図、即ち断面図及び／又は平面図等を参照して説明する。図面において、膜及び領域等の厚さは技術の効果的な説明のために誇張した。従って、製造技術及び／又は誤差等によって例示図の形態を変形できる。また、本発明の実施形態は図示した特定の形態に限定されず、製造工程に応じて生成される形態の変化も含む。例えば、直角で示したエッチング領域はラウンドされたり、所定の曲率を有したりする形態も含む。従って、図面に例示した領域等の形態は素子の領域の特定形態を例示するためであり、発明の範囲を限定するものではない。本明細書の実施形態において、第１、第２、第３等の用語が様々な構成要素を説明するために言及するが、これらの構成要素がこのような用語によって限定されてはならない。このような用語は、単にある構成要素を異なる構成要素と区別するために使用するだけである。ここに例示する実施形態はその相補的な実施形態も含む。
【００１４】
本明細書で言及する用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。本明細書において、単数形は文言で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で言及する‘含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）’は１つ以上の異なる構成要素の存在又は追加を排除しない。
【００１５】
先ず、図１及び図２を参照して、可変抵抗メモリ装置、例えば、相変化メモリ装置の抵抗ドリフト（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｄｒｉｆｔ）現象を説明する。
【００１６】
非晶質状態を有する相変化物質の抵抗は様々な原因及び時間の経過によって増加する。非晶質状態を有する相変化物質の抵抗ドリフトは相変化物質の抵抗値が高いほど更に顕著になる。図１を参照すると、抵抗ドリフト現象はＲ＝Ｒｉｎｉ×ｔαの数式で表現される。Ｒｉｎｉは非晶質状態（ＲＥＳＥＴ状態）でプログラムされたときの初期抵抗値である。αは変動指数である。Ｔｏｆｆは非晶質状態に切り替えて電流をターンオフした後の時間である。
【００１７】
相変化層はそれぞれ異なる抵抗率を有する複数の状態に変化する。メモリ容量を増加させるためにマルチレベル技術を相変化メモリ装置に適用する。マルチレベル技術において、相変化層は２ビット以上の状態を有する。以下、このようなメモリ装置をマルチレベルの相変化メモリ装置と称する。１つのメモリセルに２ビットのデータが貯蔵されるものと仮定する。例えば、図２に示したように、２ビットのデータは４個の状態‘００’、‘０１’、‘１０’、‘１１’の中の何れか１つを有する。‘００’状態に対応する分布１０１は結晶状態を有するメモリセルを含む。残りの状態‘０１’、‘１０’、‘１１’に対応する分布１０２、１０３、１０４は非晶質状態を有するメモリセルを含む。‘０１’状態に対応する分布１０２に含まれるメモリセルの抵抗値は‘１０’状態に対応する分布１０３に含まれるメモリセルの抵抗値より小さい。‘１０’状態に対応する分布１０３に含まれるメモリセルの抵抗値は‘１１’状態に対応する分布１０４に含まれるメモリセルの抵抗値より小さい。
【００１８】
実線で示した分布１０１、１０２、１０３、１０４はメモリセルをカルコゲン物質の一部を非晶質化してプログラムした直後の分布曲線である。抵抗ドリフト現象によって、プログラムされた分布１０１、１０２、１０３、１０４がドリフトする。点線で示した分布１０１’、１０２’、１０３’、１０４’は、抵抗ドリフトによって、プログラム後、所定時間が経過した後の分布曲線である。抵抗ドリフトによって、相変化メモリ装置のデータが不安定になって読み出しエラーを誘発する。
【００１９】
図３〜５は、本発明の一実施形態による可変抵抗メモリ装置の形成方法を説明するための斜視図である。
【００２０】
図３を参照すると、準備した半導体基板１００上に加熱電極１１０を形成する。半導体基板１００は導電パターン及び／又はスイッチング素子（例えば、トランジスタ又はダイオード）を含む。半導体ｐｎダイオード上に加熱電極１１０が形成される。図面には示していないが、加熱電極１１０とｐｎダイオードとの間にはシリサイド膜のような抵抗層が形成される。
【００２１】
加熱電極１１０は後工程から形成される可変抵抗の物質膜１２０を加熱できる比抵抗を有するよう形成される。加熱電極の比抵抗は、好ましくは５０００μΩ・ｃｍ以上である。本発明の加熱電極は一般の半導体素子の導電体としての機能に加えて、その上部に位置する可変抵抗の物質膜を加熱する機能もあるので、一般の金属の導電体より高い抵抗値が要求される。但し、加熱電極の比抵抗が１０００００μΩ・ｃｍ以上であると、プログラムに必要な動作電圧が高くなる。従って、低電圧の動作が必要な素子においては加熱電極の比抵抗を１０００００μΩ・ｃｍ以下にしなければならない。
【００２２】
加熱電極１１０は、チタニウム（Ｔｉ）より原子の半径が大きい金属窒化物、例えば、イオンの半径が６８ｐｍ〜１０８ｐｍである金属窒化物で形成される。このような条件を満足する金属元素としては、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ニオビウム（Ｎｂ）、及びバナジウム（Ｖ）等がある。加熱特性の向上のために金属窒化物は炭素を更に含む。
【００２３】
タンタルの場合、イオンの半径が約７８ｐｍであり、相変化メモリ装置の加熱電極に幅広く使用される物質であるチタニウム窒化物（ＴｉＮ）のチタニウムのイオンの半径（約６０ｐｍ）に比べて大きい。このように、金属イオンの半径が大きければ遮蔽効果（ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）により最外殻電子が離脱しやすく、相変化物質層と加熱電極との間の界面で結合しやすくなるので界面が安定化される。
【００２４】
また、チタニウム窒化物（ＴｉＮ）の場合、熱膨張係数が８．２×１０−６ｍｍ／℃である。チタニウム窒化物を加熱電極として用いる場合、加熱電極の上部に位置する相変化物質（例えば、ＧＳＴ等）の圧縮応力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ  ｓｔｒｅｓｓ）を増加させ、これによってエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が増加して抵抗増加の現象が生じる。従って、相変化メモリ装置において、相変化物質を結晶質状態から非晶質状態に相変化させてデータを貯蔵した場合、時間の経過によって抵抗値が増加する抵抗ドリフト現象が生じる。本発明の一実施形態において、加熱電極としてタンタル炭素窒化物（ＴａＣＮ）を用いる場合、熱膨張係数が３．６×１０−６ｍｍ／℃で小さいので圧縮応力を減らすことができ、これによって抵抗ドリフト現象も減少する。
【００２５】
初期抵抗２００ｋΩで、チタニウム窒化物電極を用いた場合に抵抗ドリフトの係数α値が約０．０８であるものと比べて、タンタル炭素窒化物電極を用いた場合にα値は約０．０３であった。
【００２６】
このような加熱電極１１０を形成する方法は、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着法（ＡＬＤ）、ラジカル補助原子層蒸着法（ＲＡＡＬＤ）等が適用できる。熱化学蒸着法（ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶＤ）を用いる場合は加熱電極の抵抗を高くする効果がある。本発明において、熱化学蒸着法は、プラズマ化学蒸着法に対応する用語として、プラズマを利用せずに相対的に高温から熱エネルギーを利用する化学反応の蒸着方法を意味する。
【００２７】
図６は、本発明の一実施形態による金属窒化膜の形成方法を説明するための順序図である。
【００２８】
段階Ｓ１０で、本実施形態によるタンタル窒化物を形成するための熱化学蒸着法は、先ず、反応器内の温度を１００〜５５０℃に上昇させる。これは、プラズマを利用せずに反応物質等間の反応が起こるように熱エネルギーを供給するための温度である。
【００２９】
段階Ｓ２０で、第１反応物質を含むガスと第２物質を含むガスを反応させて金属窒化物を形成する。１００〜５５０℃の反応器の温度範囲で、圧力は１０Ｔｏｒｒ以下の低圧、反応物質の流量は約１０〜１０００ｓｃｃｍの範囲内で行なわれる。
【００３０】
第１反応物質はタンタル等の金属成分を含んでいるソース物質、例えば、タンタルハロゲン化物誘導体（ｔａｎｔａｌｕｍ  ｈａｌｉｄｅ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ）又はタンタルアミン誘導体（ｔａｎｔａｌｕｍ  ａｍｉｎｅ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ）物質を含む反応ガスを利用できる。タンタルハロゲン化物誘導体は、ＴａＦ５又はＴａＩ５、ＴａＣｌ５、ＴａＢｒ５等があり、タンタルアミン誘導体は、Ｔａ（ＮＥｔ２）５、Ｔａ（ＮＭｅ２）５ 等がある。
【００３１】
第２物質は第１反応物質と反応して金属窒化物の成分だけ基板に蒸着させる機能をする。例えば、Ｈ２、ＮＨ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６等を含むガスを利用して、化学的に吸着された反応物質に含まれるリガンド結合を有する元素を反応物質から除去して、ＴａＮを含む固体物質層を形成する。
【００３２】
また、加熱電極の熱的安定性及び効率の増大のために炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓｎ）等の１４族元素を追加する。
【００３３】
例えば、炭素を更に追加する場合、Ｓ３０段階が追加されて、金属窒化物に炭素元素を更に含む膜が形成される。有機金属のソースを利用したＭＯＣＶＤ法によって化学蒸着が進められる場合には、別の炭素供給源の反応ガスがない状態で、第１反応物質の供給のためのソースに含まれている炭素成分が金属窒化物と共に蒸着される。有機金属のソースを適用しない場合、Ｃ２Ｈ２等のソースを供給して炭素元素を追加しても良い。その他に、シリコン元素の追加のためにはＢｉｓ（ｔｅｒｔｉａｒｙ−ｂｕｔｙｌａｍｉｎｏ）Ｓｉｌａｎｅ（ＢＴＢＡＳ）、ＳｉＨ４等のソースを供給し、ゲルマニウム元素の追加のためにはＧｅＭＯ、ＧｅＨ４等のソースを供給する。
【００３４】
図面ではＳ３０段階がＳ２０段階の後に進められるようなっているが、これに限定されず、Ｓ２０段階とＳ３０段階が交互又は同時に進められるようにしても良い。
【００３５】
１４族元素を追加せず、金属窒化物だけで加熱電極を形成する場合には、Ｓ３０段階を省略して次の段階であるＳ４０段階を進める。Ｓ４０段階は熱化学蒸着法の仕上げ段階として、ファジーガスを供給して反応終了後の残りのガスを除去する段階である。
【００３６】
このように形成された加熱電極１１０は５０００μΩ・ｃｍ以上の比抵抗を有するので、効率良い加熱電極になる。
【００３７】
なお、本明細書には図示していないが、加熱電極１１０は酸化膜或いは窒化膜のような絶縁膜からなるモールド層のホール（ｈｏｌｅ）内に形成される。即ち、モールド層にホールを形成した後、加熱電極１１０を形成するための工程を進める。
【００３８】
加熱電極１１０の形状は、水平断面の形状がバー（ｂａｒ）形態、或いは、円盤形態、ドーナツ形態、弧（ａｒｃ）形態からなる。
【００３９】
図４を参照すると、加熱電極１１０上に可変抵抗の物質膜１２０を形成する。図面には示していないが、加熱電極１１０と可変抵抗の物質膜１２０との間に界面特性の向上のための緩衝層を先に形成する。
【００４０】
可変抵抗の物質膜１２０の例としては、加熱後に冷却速度によって結晶質と非晶質に相（ｐｈａｓｅ）が変化する相変化物質がある。相変化物質は、カルコゲナイド（ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）系列の元素であるＴｅ、Ｓｅの中の少なくとも１つと、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｓ、Ｓ、Ｓｉ、Ｐ、Ｏ、及びＮの中から選択される少なくとも１つを含む化合物からなる。更に詳しくは、相変化物質は、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ａｓ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ａｓ−Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、５Ａ族元素−Ｓｂ−Ｔｅ、６Ａ族元素−Ｓｂ−Ｔｅ、５Ａ族元素−Ｓｂ−Ｓｅ、又は６Ａ族元素−Ｓｂ−Ｓｅ等を含む。可変抵抗の物質膜１２０は、炭素、窒素、シリコン、又は酸素がドープされた相変化物質を含む。可変抵抗の物質膜１２０は物理蒸着法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又は化学蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で蒸着される。
【００４１】
可変抵抗の物質膜１２０は１つの層又は異なる電気特性を有する２つ以上の層から構成される。また、可変抵抗の物質膜１２０は一部又は全部が加熱電極１１０と同じホールのパターン内に形成されたり、モールド膜内に形成された加熱電極１１０上に形成された後にパターニングされたりする。
【００４２】
続いて、図５に示したように、可変抵抗の物質膜１２０上に上部電極１３０が形成される。可変抵抗の物質膜１２０と上部電極１３０との間に物質の拡散を防止するためのバリア膜（図示せず）が追加で形成される。上部電極１３０を形成するための金属の導電膜は、Ｔｉ、ＴｉＳｉｘ、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＷ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＯＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＢＮ、Ｗ、ＷＳｉｘ、ＷＮ、ＷＯＮ、ＷＳｉＮ、ＷＢＮ、ＷＣＮ、Ｔａ、ＴａＳｉｘ、ＴａＮ、ＴａＯＮ、ＴａＡｌＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＣＮ、Ｍｏ、ＭｏＮ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＡｌＮ、ＮｂＮ、ＺｒＳｉＮ、ＺｒＡｌＮ、Ｒｕ、ＣｏＳｉ、ＮｉＳｉ、導電性炭素（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｃａｒｂｏｎ）、Ｃｕ、及びこれらの群から選択される少なくとも１つを含む。バリア膜は、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＣ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＷＮ、ＭｏＮ、及びＣＮの中の少なくとも１つを含む。上部電極１３０はライン形態であり、ライン形態の上部電極１３０はビットラインに利用される。
【００４３】
図７は、本発明の他の実施形態による可変抵抗メモリ装置を説明するための斜視図である。
【００４４】
可変抵抗の物質膜１２１の抵抗ドリフトの現象を更に改善するために、可変抵抗の物質膜を蒸着した直後に、又は上部電極１３０をその上に形成した後に、水素又はハロゲン元素を表面処理して水素又はハロゲン元素を可変抵抗の物質膜１２１内に注入する。水素又はハロゲン元素を利用した表面処理は熱処理又はプラズマ処理方法で行い、この処理方法については大韓民国特許出願１０−２００８−００８５４０２号（米国特許出願１２／４８７、２９２号）に詳細に記載されている。
【００４５】
本実施形態等により形成された加熱電極及び水素又はハロゲン表面処理された可変抵抗の物質膜を可変抵抗メモリ素子に適用する場合、抵抗ドリフトの現象を改善することができるので、マルチレベルの抵抗状態を貯蔵する際、信頼性が確保できる。
【００４６】
図８は、本発明の一実施形態によるマルチビットの可変抵抗メモリ装置を説明するための斜視図である。
【００４７】
ダイオードを含む半導体基板１００上に加熱電極１１０が位置する。加熱電極１１０は図３〜図５で説明した加熱電極の形成方法によって形成される。即ち、チタニウム（Ｔｉ）より原子の半径が大きい金属窒化物を含み、５０００μΩ・ｃｍ以上の比抵抗を有するように形成される。
【００４８】
加熱電極１１０上には第１相変化物質層１２０ａが位置する。第１相変化物質層１２０ａは、非晶質状態で抵抗値が比較的低い物質、例えば、ＳｂＴｅで形成される。図示したように、第１相変化物質層１２０ａはその下部の加熱電極１１０と同じ水平断面を有するよう形成される。例えば、モールド膜（図示せず）に開口部を形成し、該開口部内に加熱電極１１０と第１相変化物質層１２０ａを形成する。
【００４９】
第１相変化物質層１２０ａの上部には第２相変化物質層１２０ｂが位置する。第２相変化物質層１２０ｂは、第１相変化物質層１２０ａに比べて、非晶質状態で抵抗値が高い物質、例えば、炭素がドープされたＧｅＳｂＴｅから構成される。図示したように、第２相変化物質層１２０ｂは第１相変化物質層１２０ａより大きい体積を有するよう構成される。
【００５０】
第２相変化物質層１２０ｂ上には上部電極１３０が構成され、上述の実施形態のようにバリア膜（図示せず）が第２相変化物質層１２０ｂと上部電極１３０との間に形成される。
【００５１】
図８の可変抵抗メモリ装置は、単位セルの００、０１、１０、及び１１データの貯蔵において、互いに大きさ及び構成物質が異なる第１相変化物質層１２０ａと第２相変化物質層１２０ｂを含むことによって、単位セルに各状態をプログラムする場合に、順方向に互いに異なる大きさのパルスを印加して００、０１、１０、及び１１データをプログラムできる。このプログラム技術は大韓民国特許出願１０−２００９−００７３３９０号に詳しく記載されている。
【００５２】
図９を参照して、本発明の一実施形態による可変抵抗メモリ装置を含むメモリカードシステム２００を説明する。メモリカードシステム２００は、コントローラ２１０、メモリ２２０、及びインタフェース２３０を含む。コントローラ２１０は、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ等を含む。メモリ２２０は、例えば、コントローラ２１０によって遂行される命令語（ｃｏｍｍａｎｄ）、及び／又は使用者データ（ｄａｔａ）を貯蔵することに利用される。メモリ２２０は本発明の実施形態で説明した可変抵抗メモリ装置と、ランダムにアクセスが可能な揮発性メモリ、及び／又は様々な種類のメモリ装置等を含む。コントローラ２１０とメモリ２２０は命令語及び／又はデータをやりとりするように構成される。インタフェース２３０は外部とのデータの入出力を行なう。メモリカードシステム２００は、マルチメディアカード（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  ｃａｒｄ：ＭＭＣ）、セキュアデジタルカード（ｓｅｃｕｒｅ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｃａｒｄ：ＳＤ）、或いは携帯用データ貯蔵装置である。
【００５３】
図１０を参照して、本発明の一実施形態による可変抵抗メモリ装置を含む電子装置３００を説明する。電子装置３００は、プロセッサ３１０、メモリ３２０、及び入出力装置（Ｉ／Ｏ）３３０を含む。プロセッサ３１０、メモリ３２０、及び入出力装置３３０はバス３４０を通じて連結される。メモリ３２０は、プロセッサ３１０から、ＲＡＳ＊、ＷＥ＊、ＣＡＳ＊等の制御信号を受ける。メモリ３２０はバス３４０を通じてアクセスされるデータ及び／又はコントローラ３１０によって遂行される命令語（ｃｏｍｍａｎｄ）を貯蔵することに利用される。メモリ３２０は本発明の実施形態で説明した可変抵抗メモリ装置等を含む。電子装置３００は、コンピュータシステム、無線通信装置、例えばＰＤＡ、ラップトップ（ｌａｐｔｏｐ）コンピュータ、携帯用コンピュータ、ウェブタブレット（ｗｅｂ  ｔａｂｌｅｔ）、無線電話、携帯電話、デジタル音楽再生機（ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｕｓｉｃ  ｐｌａｙｅｒ）、ＭＰ３プレーヤー、ナビゲーション、ソリッドステートディスク（ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  ｄｉｓｋ：ＳＳＤ）、家電製品（ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ  ａｐｐｌｉａｎｃｅ）、或いは情報を無線環境から送受信できる全ての素子に利用できる。
【００５４】
以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１００    半導体基板
１１０    加熱電極
１２０、１２１    可変抵抗の物質膜
１２０ａ    第１相変化物質層
１２０ｂ    第２相変化物質層
１３０    上部電極
２００    メモリカードシステム
２１０    コントローラ
２２０、３２０    メモリ
２３０    インタフェース
３００    電子装置
３１０    プロセッサ
３３０    入出力装置（Ｉ／Ｏ）
３４０    バス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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