(57)【要約】【課題】低抵抗の下層と高抵抗の上層とを含む下部電極を有する相変化メモリ素子を提供する。【解決手段】本発明による相変化メモリ素子は、下部電極、相変化物質パターン及び上部電極を含む。相変化物質パターンは下部電極に電気的に接続され、上部電極は相変化物質パターンに電気的に接続される。下部電極は、金属半導体化合物を含む第１構造物、第１構造物上に形成され、金属窒化物を含み下部が上部よりも大きい幅を有する第２構造物及びＸ元素を含有する金属窒化物を含み、第２構造物上に形成された第３構造物を含む。このとき、Ｘ元素は、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。【選択図】図３
2011077526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、
前記下部電極に電気的に接続される相変化物質パターンと、
前記相変化物質パターンに電気的に接続される上部電極と、を含み、
前記下部電極は、
金属半導体化合物を含む第１構造物と、
前記第１構造物上に形成され、金属窒化物を含み、下部が上部よりも大きい幅を有する第２構造物と、
Ｘ元素を含有する金属窒化物を含み、前記第２構造物上に形成された第３構造物と、を含み、
前記Ｘ元素は、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含むことを特徴とする相変化メモリ素子。
【請求項２】
前記第２構造物は第１幅を有する下部及び前記第１幅よりも小さい第２幅を有する上部を含み、
前記第２構造物の上部は前記下部の上面から垂直に上方に延長し、
前記第２構造物は「Ｌ字」状または「鏡像反転したＬ字」状を有し、
前記第２構造物は第１垂直面、前記第１垂直面の下端から水平に延長される第１水平面、前記垂直面の上端から水平に延長される第２水平面、前記第２水平面と平行に所定距離離隔された第３水平面、前記第２水平面と前記第３水平面とを連結する第２垂直面、及び前記第１水平面と前記第３水平面とを連結する第３垂直面を含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化メモリ素子。
【請求項３】
前記第３構造物は、前記第２水平面上に形成されることを特徴とする請求項２に記載の相変化メモリ素子。
【請求項４】
前記第１垂直面及び前記第３垂直面に隣接するように形成される絶縁パターンをさらに含み、
前記絶縁パターンの上部は前記Ｘを含有する酸化物または窒化物を含むことを特徴とする請求項２に記載の相変化メモリ素子。
【請求項５】
前記絶縁パターンの上部の厚さ及びレベルは、前記第３構造物の厚さ及びレベルと同一であることを特徴とする請求項４に記載の相変化メモリ素子。
【請求項６】
前記第１構造物はチタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）を含み、前記第２構造物はチタン窒化物（ＴｉＮ）を含み、前記第３構造物はＸ元素を含むチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化メモリ素子。
【請求項７】
前記第２構造物と第３構造物との間にチタン酸化物（ＴｉＯ２）を含む第４構造物をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化メモリ素子。
【請求項８】
前記第３構造物上に前記Ｘと異なるＹ元素を含むチタン窒化物（ＴｉＹＮ）を含む第４構造物をさらに含み、前記Ｙ元素は、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化メモリ素子。
【請求項９】
前記第１構造物下部に形成され、シリコン（Ｓｉ）を含む下部構造物をさらに含み、
前記第１構造物及び第２構造物は前記下部構造物上にチタン（Ｔｉ）を含む金属膜を形成し、窒化処理して形成され、
前記第３構造物は、前記第２構造物に窒素を含む第１前駆体及び前記Ｘを含む第２前駆体を用いる熱処理またはプラズマ処理して形成されることを特徴とする請求項１に記載の相変化メモリ素子。
【請求項１０】
前記Ｘ元素がシリコンの場合、前記第２前駆体として、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、ＳｉＣｌ２Ｈ２またはＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ  ｔｅｔｒａ−ｂｕｔｙｌａｍｉｎｏｓｉｌａｎｅ）のうちの１つまたは２つ以上を含み、
前記Ｘ元素がホウ素の場合、前記第２前駆体は、Ｂ２Ｈ６またはＴＥＢ（ｔｒｉｅｔｈｙｌｂｏｒａｔｅ）のうちの１つまたは２つを含み、
前記Ｘ元素がアルミニウムの場合、前記第２前駆体は、ＡｌＣｌ３、ＴＥＭＡＨ（ｔｅｔｒａ  ｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈｙｌ  ａｍｉｄｅ  ｈａｆｎｉｕｍ）、ＤＭＡＨ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｈｙｄｒｉｄｅ）またはＤＭＥＡＡ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ  ａｌａｎｅ）のうちの１つまたは２つ以上を含み、
前記Ｘ元素が酸素の場合、第２前駆体は、酸素ガス（Ｏ２）またはオゾンガス（Ｏ３）のうちの１つまたは２つを含み、
前記Ｘ元素が炭素の場合、前記第２前駆体は、Ｃ２Ｈ４を含むことを特徴とする請求項９に記載の相変化メモリ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱で相が変化する相変化物質を含む相変化メモリ素子（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ  ｍｅｍｏｒｙ  ｄｅｖｉｃｅ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
相変化メモリ素子は、素子内の相変化物質の状態により情報を保存するのに用いられる。相変化メモリで高集積化のためには消費電力の低減が必須である。
【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２００８／０２１０９２３号明細書（要約、詳細な説明２頁、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする技術的課題は、低抵抗の下層と高抵抗の上層とを含む下部電極を有する相変化メモリ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は相変化メモリ素子を提供する。上記相変化メモリ素子は、下部電極と、上記下部電極に電気的に接続される相変化物質パターンと、上記相変化物質パターンに電気的に接続される上部電極とを含む。上記下部電極は、金属半導体化合物を含む第１構造物と、上記第１構造物上に形成され、金属窒化物を含み、好ましくは下部が上部よりも大きい幅を有する第２構造物と、Ｘ元素を含有する金属窒化物を含み、上記第２構造物上に形成された第３構造物と、を含み、上記Ｘ元素は、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、上記第２構造物は第１幅を有する下部及び上記第１幅よりも小さい第２幅を有する上部を含み、上記第２構造物の上部は上記下部の上面から垂直に上方に延長される。
【０００７】
本発明の他の実施形態によれば、上記第２構造物は、「Ｌ字」状または「鏡像反転したＬ字」状を有し、上記第２構造物は、第１垂直面、上記第１垂直面の下端から水平に延長される第１水平面、上記垂直面の上端から水平に延長される第２水平面、上記第２水平面と平行に所定距離離隔された第３水平面、上記第２水平面と上記第３水平面とを連結する第２垂直面、及び上記第１水平面と上記第３水平面とを連結する第３垂直面を含むことができる。
【０００８】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記第３構造物は上記第２水平面上に形成される。
【０００９】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記第１垂直面及び上記第３垂直面に隣接するように形成される絶縁パターンをさらに含み、上記絶縁パターンの上部は上記Ｘを含有する酸化物または窒化物を含むことができる。このとき、上記絶縁パターンの上部の厚さ及びレベルは上記第３構造物の厚さ及びレベルと同一である。
【００１０】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記第３構造物は上記第２垂直面及び上記第３水平面上に形成される。
【００１１】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記第１構造物はチタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）を含み、上記第２構造物はチタン窒化物（ＴｉＮ）を含み、上記第３構造物はＸ元素を含むチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含むことができる。
【００１２】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記相変化メモリ素子は、上記第２構造物と第３構造物との間に金属酸化物を含む第４構造物をさらに含むことができる。このとき、上記第４構造物はチタン酸化物（ＴｉＯ２）を含むことができる。
【００１３】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記第３構造物上にＹ元素を含むチタン窒化物（ＴｉＹＮ）を含む第４構造物をさらに含み、上記Ｙ元素はシリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含むことができる。このとき、上記Ｙ元素は上記Ｘ元素に相違してもよい。
【００１４】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記第１構造物下部に形成され、シリコン（Ｓｉ）を含む下部構造物をさらに含み、上記第１構造物及び第２構造物は上記下部構造物上に金属膜を形成し、窒化処理して形成することができる。このとき、上記金属膜はチタン（Ｔｉ）を含むことができる。
【００１５】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記第３構造物は、上記第２構造物に窒素を含む第１前駆体及び上記Ｘを含む第２前駆体を用いる熱処理またはプラズマ処理して形成することができる。
【００１６】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記Ｘ元素がシリコンである場合、上記第２前駆体として、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、ＳｉＣｌ２Ｈ２またはＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ  ｔｅｔｒａ−ｂｕｔｙｌａｍｉｎｏｓｉｌａｎｅ）のうちの１つまたは２つ以上を含むことができる。
【００１７】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記Ｘ元素がホウ素の場合、上記第２前駆体はＢ２Ｈ６またはＴＥＢ（ｔｒｉｅｔｈｙｌｂｏｒａｔｅ）のうちの１つまたは２つを含むことができる。
【００１８】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記Ｘ元素がアルミニウムの場合、上記第２前駆体は、ＡｌＣｌ３、ＴＥＭＡＨ（ｔｅｔｒａ  ｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈｙｌ  ａｍｉｄｅ  ｈａｆｎｉｕｍ）、ＤＭＡＨ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｈｙｄｒｉｄｅ）またはＤＭＥＡＡ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ  ａｌａｎｅ）のうちの１つまたは２つ以上を含むことができる。
【００１９】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記Ｘ元素が酸素の場合、第２前駆体は、酸素ガス（Ｏ２）またはオゾンガス（Ｏ３）のうちの１つまたは２つを含むことができる。
【００２０】
本発明のさらに他の実施形態によれば、上記Ｘ元素が炭素の場合、上記第２前駆体はＣ２Ｈ４を含むことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の実施形態によれば、チタンシリサイドを含む第１構造物、チタン窒化物を含む第２構造物で低抵抗の下部電極の下層を形成し、相変化メモリ素子に印加される電流供給を円滑にすることができる。また、Ｘ原子を含むチタン窒化物を含む第３構造物で比抵抗が高い下部電極の上層を形成し、動作電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態による相変化メモリ素子の等価回路図である。
【図２】図１に示す相変化メモリ素子を説明するための平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による相変化メモリ素子を説明するための、図２のＩ−Ｉ’断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の第１変形例による相変化メモリ素子を説明するための、図２のＩ−Ｉ’断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の第２変形例による相変化メモリ素子を説明するための、図２のＩ−Ｉ’断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の第３変形例による相変化メモリ素子を説明するための、図２のＩ−Ｉ’断面図である。
【図７】図３、図１８及び図２０に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図８】図３、図１８及び図２０に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図９】図３、図１８及び図２０に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図１０】図３、図１８及び図２０に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図１１】図３、図１８及び図２０に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図１２】図３、図１８及び図２０に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図１３】図３に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図１４】図３に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図１５】図３に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図１６】図３に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図１７】図１８に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図１８】さらに他の実施形態による相変化メモリ素子を説明するための、図２のＩ−Ｉ’断面図である。
【図１９】図２０に示す相変化メモリ素子の形成方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【図２０】さらに他の実施形態による相変化メモリ素子を説明するための、図２のＩ−Ｉ’断面図である。
【図２１】従来技術による相変化メモリ素子の転移特性図である。
【図２２】本発明の第１実施形態による相変化メモリ素子の転移特性図である。
【図２３】本発明の第１実施形態による相変化メモリ素子の繰り返し耐久性特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付した図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明する実施形態に限定されるわけではなく、他の形態で具体化できる。したがって、ここに開示される実施形態は発明の開示を完全なものとすると共に、当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供されるものである。
【００２４】
なお、説明の都合上、図面において、層及び領域の厚みは誇張されており、図示する形態が実際とは異なる場合がある。また、ある層が、他の層または基板の「上」にあると記載した場合、これは他の層または基板の「直上に」直接形成される場合に限らず、それらの間に第３の層が介在する場合も含む。明細書の全体において同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【００２５】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態による相変化メモリ素子の等価回路図であり、図２は図１に示す相変化メモリ素子を説明するための平面図であり、図３、図４、図５は本発明の第１実施形態の多様な実施形態（第１、第２、第３変形例）による相変化メモリ素子を説明するための、図２のＩ−Ｉ’断面図である。
【００２６】
本発明の第１実施形態によれば、図１ないし図３に示すメモリ素子は相変化メモリ素子である。
【００２７】
図１及び図２に示すように、相変化メモリ素子は、ビットラインＢＬ、ワードラインＷＬ、相変化物質パターンＲｐ及びスイッチング素子Ｓを含む。
【００２８】
ビットラインＢＬはそれぞれ第１方向に延長し、それぞれが等間隔に延長方向と垂直された方向に配列される。
【００２９】
ワードラインＷＬはそれぞれ第１方向と実質的に相違する第２方向に延長し、それぞれが等間隔に延長方向と垂直された方向に配列される。例えば、第１方向及び第２方向は互いに直交する。
【００３０】
このとき、ビットラインＢＬはワードラインＷＬに交差するように形成される。ビットラインＢＬ及びワードラインＷＬのそれぞれの交差点にスイッチング素子Ｓが形成される。
【００３１】
スイッチング素子Ｓの１端子はそれぞれワードラインＷＬに電気的に接続される。
【００３２】
相変化物質パターンＲｐはビットラインＢＬとスイッチング素子Ｓの他端子との間に形成される。このとき、相変化物質パターンＲｐは情報保存要素（ｄａｔｅ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）の役割を行う。また、それぞれのスイッチング素子Ｓは、下部電極ＢＥＣを経由して相変化物質パターンＲｐと対応するように電気的に接続される。
【００３３】
結果的に、ビットラインＢＬは、相変化物質パターンＲｐ、下部電極ＢＥＣ及びスイッチング素子Ｓを経由してワードラインＷＬに電気的に接続される。
【００３４】
以下に、相変化メモリ素子についてより詳しく説明する。
図３に示すように、相変化メモリ素子は、基板１００内に形成されたワードライン１０４、スイッチング素子１２０、絶縁パターン１０８、１３０、１３８、下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）、相変化物質パターン１４０、及び上部電極１４２を含む。
【００３５】
基板１００はフィールド領域及びアクティブ領域を含む。フィールド領域は素子分離パターン１０２からなる。アクティブ領域はフィールド領域によって限定される。例えば、アクティブ領域は第２方向に延長されるライン形状（ｌｉｎｅ  ｓｈａｐｅ）を有する。
【００３６】
ワードライン１０４は基板１００内に形成される。実施形態によれば、ワードライン１０４は第２方向に延長されるライン状を有する。ワードライン１０４は基板１００内に備えられ、例えば、ワードライン１０４の上部面が基板１００の上部面と実質的に同一レベルを有する。また、ワードライン１０４は導電物からなり、不純物がドーピングされたシリコン、金属または金属化合物からなる。
【００３７】
バッファ膜１０５及びエッチング阻止膜１０６の双方又は一方は素子分離パターン１０２上に配置される。スイッチング素子１２０は、基板１００にワードライン１０４と電気的に接続されるように形成される。
【００３８】
本発明の一実施形態によれば、スイッチング素子１２０はダイオード１２０とする。ダイオード１２０は、第１不純物がドーピングされた下部シリコンパターン１１６及び第２不純物がドーピングされた上部シリコンパターン１１８を含む。このとき、第１不純物及び第２不純物は、周期率表のＩＩＩ族元素またはＶ族元素のうちの１つまたは２つを含む。第１不純物及び第２不純物は実質的に互いに異なってもよい。例えば、第１不純物が周期率表のＩＩＩ族元素のうちの１つまたは２つを含む場合、第２不純物は周期率表Ｖ族元素のうちの１つを含む。また、ダイオード１２０はワードライン１０４の上部面と接する。一例として、ダイオード１２０はワードライン１０４の幅より実質的に小さな幅を有する。他の例として、ダイオード１２０はワードライン１０４の幅と実質的に同一幅を有する。
【００３９】
本発明の他の実施形態によれば、スイッチング素子１２０はトランジスタ（図示せず）とする。トランジスタは、ゲート絶縁膜、ゲート電極及びソース／ドレイン領域を含む。
【００４０】
以下に、スイッチング素子１２０としてダイオード１２０を例に説明する。しかし、本発明はスイッチング素子１２０をダイオード１２０に限定するものではない。
【００４１】
絶縁パターンは、第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０及び第３絶縁パターン１３８を含む。絶縁パターン１０８、１３０、１３８は、酸化物、窒化物または酸窒化物を含み、酸化物、窒化物または酸窒化物の例としては、それぞれシリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸窒化物が挙げられる。一実施形態によれば、第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０及び第３絶縁パターン１３８は、実質的に同一物質を含む。他の実施形態によれば、第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０及び第３絶縁パターン１３８は、実質的に相違する物質を含む。
【００４２】
第１絶縁パターン１０８は、隣接したスイッチング素子１２０との間を絶縁するように形成される。本実施形態によれば、第１絶縁パターン１０８はスイッチング素子１２０の幅だけ離隔して形成される。また、第１絶縁パターン１０８は、ワードライン１０４の一部及び素子分離パターン１０２を覆って形成される。第１絶縁パターン１０８の上部面は、下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）の上部面レベルと実質的に同一であってもよい。
【００４３】
本発明の第１実施形態の第１変形例による相変化メモリ素子は、図４に示すように、第１絶縁パターン１０８が上部１３７を含む。
上部１３７はＸを含有する酸化物または窒化物とする。例えば、第１絶縁パターン１０８の上部１３７は、Ｘを含有するシリコン酸化物またはＸを含有するシリコン窒化物からなる。このとき、Ｘは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。また、上部１３７の厚さ及びレベルは下部電極の第３構造物１３６の厚さ及びレベルが実質的に同一であってもよい。
本発明の第１実施形態の第１変形例による相変化メモリ素子は、第１絶縁パターン１０８が上部１３７を含む点を除いて、第１実施形態による相変化メモリ素子と同一である。
【００４４】
以下、第１実施形態及びその第１変形例に共通する部分に戻って、第１絶縁パターン１０８は下部１０９を含み、下部１０９は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物からなる。また、下部１０９にはバッファ膜１０５またはエッチング阻止膜１０６がさらに含まれる。
第２絶縁パターン１３０は、下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）、第１絶縁パターン１０８及び第３絶縁パターン１３８に隣接するように形成される。
【００４５】
第３絶縁パターン１３８は、下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）、第１絶縁パターン１０８、及び第２絶縁パターン１３０に隣接するように形成される。第３絶縁パターン１３８が形成される幅及び深さによって下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）の形状が決定される。
【００４６】
下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）は、スイッチング素子１２０に電気的に接続される。本発明の一実施形態によれば、スイッチング素子１２０がダイオード１２０の場合、下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）はダイオード１２０上に形成され、実質的に下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）はダイオード１２０と直接的に接して備えられる。他の実施形態によれば、スイッチング素子１２０がトランジスタの場合、下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）はトランジスタと連結パターンなどで電気的に接続されるように備えられる。
【００４７】
下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）は、金属半導体化合物を含む第１構造物１２４、金属窒化物を含む第２構造物１３４、及びＸを含有する金属窒化物を含む第３構造物１３６を含む。一実施形態によれば、第１構造物１２４はチタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）を含み、第２構造物１３４はチタン窒化物（ＴｉＮ）を含み、第３構造物１３６はＸを含有するチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含む。
【００４８】
第１構造物１２４は、スイッチング素子１２０に電気的に接続されるように形成される。本発明の一実施形態によれば、スイッチング素子１２０がダイオード１２０の場合、第１構造物１２４はダイオード１２０の上部と接して備えられる。また、第１構造物１２４は平面から見た場合に円状を有し、断面から見た場合に長方形を有する。第１構造物１２４の幅は、ダイオード１２０の幅と実質的に同一であってもよい。
【００４９】
第２構造物１３４は第１構造物１２４上に形成され、その下部の幅が上部の幅よりも広くてもよい。このとき、第２構造物１３４の下部幅は、第１構造物１２４の幅と実質的に同一であってもよい。
【００５０】
本発明の一実施形態によれば、第２構造物１３４は、第１幅を有する下部及び第１幅よりも小さい第２幅を有する上部を含む。第２構造物１３４の上部は第２構造物下部の上面から垂直に上方に延長される。例えば、第２構造物１３４は「Ｌ」字状または「鏡像反転したＬ」字状を有する。この場合、第２構造物１３４は、第１絶縁パターン１０８と接する第１垂直面Ｖ１、第１垂直面Ｖ１の下端から水平に延長される第１水平面Ｈ１、第１垂直面Ｖ１の上端から水平に延長される第２水平面Ｈ２、第２水平面Ｈ２と平行に所定距離離隔された第３水平面Ｈ３、第２水平面Ｈ２と第３水平面Ｈ３とを連結する第２垂直面Ｖ２、及び第１水平面Ｈ１と第３水平面Ｈ３とを連結する第３垂直面Ｖ３を含む。
【００５１】
他の実施形態によれば、第２構造物１３４は、「Ｊ」字状または「鏡像反転したＪ」字状を有する。さらに他の実施形態によれば、第２構造物１３４は、円筒（ｃｙｌｉｎｄｅｒ）形状、「Ｕ」字状または長方形状を有する。
【００５２】
第３構造物１３６は第２構造物１３４上に形成される。より詳しくは、第２構造物１３４が「Ｌ」字状を有する場合、第３構造物１３６は第２構造物１３４の第２水平面Ｈ２上に形成される。このとき、第３構造物１３６は平面から見た場合に半円状を有し、断面から見た場合に長方形を有する。第３構造物１３６の幅は第２構造物の幅と実質的に同一であってもよい。
【００５３】
第３構造物１３６は、第１構造物１２４及び第２構造物１３４よりも高い抵抗を有する物質からなる。第３構造物１３６はＸを含むチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含み、Ｘはシリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【００５４】
本発明の第１実施形態の第２変形例は、図５に示すように、第３構造物が、Ｘを含有するチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含む下部パターン１３５及びＹを含むチタン窒化物（ＴｉＹＮ）を含む上部パターン１３６が積層された多層構造を有し、このとき、Ｘ及びＹは互いに異なって、それぞれはシリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む、点を除いて第１実施形態、及びその第１変形例の場合と同一である。
【００５５】
本発明の第１実施形態の第３変形例は、図６に示すように、第３構造物が、チタン酸化物（ＴｉＯ２）を含む下部パターン１３５及びＸを含有するチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含む上部パターン１３６が積層された構造を有し、ここでＸはシリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む、点を除いて第１実施形態及びその第１、第２変形例の場合と同一である。。
【００５６】
以下、第１実施形態、及びその第１〜第３変形例に共通する部分に戻って、相変化物質パターン１４０は、下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）に電気的に接続されるように形成される。本発明の実施形態によれば、下部電極ＢＥＣ（１２４、１３４、１３６からなる）及び絶縁パターン１０８、１３０、１３８上に相変化物質パターン１４０が形成される。このとき、相変化物質パターン１４０は下部パターンが直接的に接触して電気的に接続される。
【００５７】
相変化物質パターン１４０は、周期率表でＶＩ族物質を少なくとも１つを含むカルコゲナイド（Ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）からなる。カルコゲナイド系列金属元素の例としては、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ａｓが挙げられる。また、この元素の適切な組み合わせによってカルコゲナイド相変化物質パターンを形成する。例えば、カルコゲナイド相変化物質パターンは、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｅ、Ｓｂ２Ｔｅ、ＳｂＳｅ、ＧｅＴｅ、Ｓｂ２Ｔｅ、ＳｂＳｅ、ＧｅＴｅ、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５、ＩｎＳｂＴｅ、ＧａＳｅＴｅ、ＳｎＳｂ２Ｔｅ、ＩｎＳｂＧｅ、ＡｈＩｎＳｂＴｅ、ＧｅＳｎＳｂＴｅ、ＧｅＳｂＳｅＴｅまたはＴｅ８１ＧｅＩ５Ｓｂ２Ｓ２のうちの１つまたは２つ以上を含む。また、相変化物質パターン１４０の特性を向上するためにカルコゲナイド系金属元素の組み合わせの以外に、Ａｇ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｐｂなどの元素中の１つまたは２つ以上が含まれる。
【００５８】
上部電極１４２は、相変化物質パターン１４０に電気的に接続されるように形成される。本発明の実施形態によれば、上部電極１４２は相変化物質パターン１４０と接触して形成され、電気的に接続される。一例として、上部電極１４２の幅は相変化物質パターン１４０の幅と実質的に同一であってもよい。他の例として、上部電極１４２の幅は相変化物質パターン１４０の幅と実質的に相違してもよい。
【００５９】
上部電極１４２は、Ｔｉ、ＴｉＳｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＷ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＯＮ、ＴｉＳＩＮ、ＴｉＢＮ、Ｗ、ＷＮ、ＷＯＮ、ＷＳｉＮ、ＷＢＮ、ＷＣＮ、Ｓｉ、Ｔａ、ＳａＳｉ、ＴａＮ、ＴａＯＮ、ＴａＡｌＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＣＮ、Ｍｏ、ＭｏＮ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＡｌＮ、ＺｒＳｉＮ、ＺｒＡｌＮ、またはＲｕＣｏＳｉのうちの１つまたは２つ以上を含む。
以下に、図３に示す第１実施形態に係る相変化メモリ素子を形成する方法を説明する。
【００６０】
＜第１の実施形態（製法）＞
図７ないし図１６は、図３に示す相変化メモリ素子を形成する方法を説明するための概略的な工程断面図である。
図７に示すように、基板１００に素子分離パターン１０２を形成する。
【００６１】
基板１００は、シリコンウエハ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｗａｆｅｒ）またはＳＯＩウエハ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）のような半導体基板１００を用いる。基板１００は第１不純物を含む。第１不純物は、周期率表のＩＩＩ族元素またはＶ族元素のうちの１つまたは２つを含む。
【００６２】
素子分離パターン１０２を形成する工程をより詳しく説明すれば、まず基板１００にパッド酸化膜（図示せず）及び第１マスク（図示せず）を順に形成する。パッド酸化膜はシリコン酸化物を含み、熱酸化工程によって形成される。第１マスクは、窒化パターン及びフォトレジストパターンが積層された構造を有する。第１マスクをエッチングマスクとして用いてパッド酸化膜及び基板１００をエッチングし、パッド酸化パターン及びトレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）を形成する。選択的に、トレンチ内側面の表面プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に従ってシリコン酸化物及びシリコン窒化物を含むライナー（ｌｉｎｅｒ）を形成する。トレンチを埋め込む素子分離膜を形成して素子分離パターン１０２、すなわち、フィールド領域を形成する。このとき、フィールド領域はアクティブ領域を限定することができ、例えば、アクティブ領域は第１方向に延長されるライン（ｌｉｎｅ）形状を有する。
【００６３】
続いて、基板１００のアクティブ領域にワードライン（ｗｏｒｄ  ｌｉｎｅ）１０４を形成する。ワードライン１０４は、アクティブ領域の延長方向と実質的に相違する第２方向に延長される。ワードライン１０４は、不純物がドーピングされたシリコン、金属または金属化合物を含む。本発明の実施形態によれば、ワードライン１０４は、アクティブ領域に第１不純物と相違する第２不純物を注入することで形成される。
【００６４】
図８に示すように、ワードライン１０４及び素子分離パターン１０２が形成された基板１００上に、第１絶縁パターン１０８を形成する。第１絶縁パターン１０８を形成する間に、ワードライン１０４の上部を露出する第１開口１１０が生成される。
【００６５】
より詳しく説明すれば、ワードライン１０４及び素子分離パターン１０２が形成された基板１００上に第１絶縁膜を形成する。第１絶縁膜は基板１００の全面を覆うように形成される。一例として、第１絶縁膜は、酸化膜、窒化膜または酸窒化膜からなっている単一膜で形成される。ここで、酸化膜、窒化膜及び酸窒化膜は、それぞれシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜とする。他の例として、絶縁膜は、少なくとも１つの酸化膜、少なくとも１つの窒化膜、及び少なくとも１つの酸窒化膜の全部又は一部が、順にまたは相互に積層された多層膜で形成される。
【００６６】
第１絶縁膜は、気相蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ工程）、低圧化学気相蒸着（ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＣＶＤ；ＬＰＣＶＤ工程）、プラズマ強化化学気相蒸着（ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ；ＰＥＣＶＤ工程）、高密度プラズマ化学気相蒸着（ｈｉｇｈ  ｄｅｎｓｉｔｙｐ  ｌａｓｍａ  ＣＶＤ；ＨＤＰＣＶＤ工程）などを利用して形成される。
【００６７】
本実施形態によれば、第１絶縁膜を形成する前に、素子分離パターン１０２及びワードライン１０４が形成された基板１００にバッファ膜（ｂｕｆｆｅｒ  ｌａｙｅｒ）１０５及びエッチング阻止膜（ｅｔｃｈｉｎｇ  ｓｔｏｐ  ｌａｙｅｒ）１０６が順に形成される。エッチング阻止膜１０６は、バッファ膜１０５及び絶縁膜に対してエッチング選択比を有する物質を含む。例えば、絶縁膜及びバッファ膜１０５がシリコン酸化物を含む場合、エッチング阻止膜１０６はシリコン窒化物を含む。
【００６８】
第１絶縁膜上に第２マスク（図示せず）を形成する。第２マスクは第１絶縁膜とエッチング選択比を有する物質を含む。例えば、第２マスクは窒化パターンを含む。
【００６９】
第２マスクをエッチングマスクとして用いて第１絶縁膜をエッチングして第１絶縁パターン１０８を形成する。第１絶縁パターン１０８はワードライン１０４の一部及び素子分離パターン１０２を覆い、ワードライン１０４を部分的に露出させる。第１絶縁パターン１０８が形成される間に、ワードライン１０４を部分的に露出する第１開口１１０が一緒に生成される。
【００７０】
本実施形態によれば、基板１００上にバッファ膜１０５及びエッチング阻止膜１０６が形成された場合、第１絶縁膜をエッチングする間にバッファ膜１０５及びエッチング阻止膜１０６も一緒にエッチングしてバッファパターン１０５及びエッチング阻止パターン１０６を形成する。
【００７１】
第１絶縁パターン１０８を形成した後、第２マスクを基板１００から除去する。除去工程は、エーシング（ａｓｉｎｇ）工程及びストリップ（ｓｔｒｉｐ）工程を利用して行う。
【００７２】
図９に示すように、第１絶縁パターン１０８及びワードライン１０４が形成された基板１００上に半導体膜１１２を形成する。半導体膜１１２は単結晶シリコン、非結晶シリコンまたはポリシリコンを含む。
【００７３】
本発明の一実施形態によれば、半導体膜１１２は、ワードライン１０４をシード（ｓｅｅｄ）として用いる選択的エピタキシャル成長（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｇｒｏｗｔｈ；ＳＥＧ）技術を用いて形成する。ワードライン１０４に不純物がドーピングされたシリコンを含む場合、半導体膜１１２もシリコンを含む。他の実施形態として、半導体膜１１２は、固相エピタキシャル成長（ｓｏｌｉｄ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｇｒｏｗｔｈ；ＳＰＥ）技術を用いて形成する。
一例として、半導体膜１１２は第１開口１１０を完全に埋め込むように形成される。他の例として、半導体膜１１２は第１開口１１０の下部を部分的に埋め込むように形成される。
【００７４】
図１０に示すように、ワードライン１０４に電気的に接続されるスイッチング素子１２０を形成する。本発明の実施形態によれば、スイッチング素子１２０はダイオードとする。
【００７５】
ダイオード１２０を形成する工程を詳しく説明すれば、まず、半導体膜１１２が第１開口１１０を完全に埋め込む場合、半導体膜１１２上部を部分的にエッチングし、第１開口１１０の下部を部分的に埋め込む半導体膜１１２を形成する。このとき、半導体膜１１２及び第１絶縁パターン１０８によって限定される第２開口１１４が生成される。第２開口１１４は第１開口１１０と実質的に同一幅を有し、第１開口（図１参照）１１０の底面よりも高いレベルの底面を有する。
【００７６】
続いて、イオン注入工程及び拡散工程を利用して第３不純物がドーピングされた第１半導体パターン１１６及び第４不純物がドーピングされた第２半導体パターン１１８を形成する。第３不純物は第２不純物と実質的に相違し、第１不純物と実質的に同一であってもよい。また、第４不純物は、第３不純物と実質的に相違し、第２不純物と実質的に同一であってもよい。
【００７７】
これにより、第１開口１１０に第１半導体パターン１１６及び第２半導体パターン１１８が順に積層されたダイオード１２０を形成する。
【００７８】
図１１に示すように、スイッチング素子１２０及び第１絶縁パターン１０８上に第１金属膜１２２を形成する。第１金属膜１２２はチタンを含む。第１金属膜１２２は、スイッチング素子１２０及び第１絶縁パターン１０８の表面プロファイルに従って連続的に形成され、第２開口１１４を完全には埋め込まないようにコンフォーマルに（形状を近似的に保存して）形成される。
【００７９】
第１金属膜１２２は、塩化チタン（ＴｉＣｌ４）を、ソース（ｓｏｕｒｃｅ）として用いるプラズマ強化化学気相蒸着工程を利用して形成する。
【００８０】
本実施形態によれば、第１金属膜１２２を形成する間、シリコンを含むスイッチング素子１２０の上部と第１金属膜１２２の下部がチタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）に変換される。すなわち、チタンシリサイドはスイッチング素子１２０及び第１金属膜１２２の界面に形成される。
【００８１】
図１２に示すように、第１金属膜１２２が形成された基板１００を窒化処理し、スイッチング素子１２０上に金属半導体化合物を含む第１構造物１２４及び金属窒化物を含む予備第２構造物１２６を形成する。
【００８２】
第１構造物１２４はチタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）を含むことができ、予備第２構造物１２６はチタン窒化物（ＴｉＮ）を含む。
【００８３】
本実施形態によれば、窒化処理はアンモニア（ＮＨ３）または窒素ガス（Ｎ２）をソースとする熱処理またはプラズマ処理などを用いる。窒化処理が行われる間に、スイッチング素子１２０と接する第１金属膜１２２の下部はチタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）を含む第１構造物１２４に変換される。第１構造物１２４は平面から見た場合に円状を有し、断面から見た場合は長方形を有する。
【００８４】
また、窒化処理が行われる間に、第１金属膜１２２の上部はアンモニアまたは窒素ガスの窒素と結合してチタン窒化物（ＴｉＮ）を含む予備第２構造物１２６に変換される。予備第２構造物１２６は、第１構造物１２４及び第１絶縁パターン１０８の表面プロファイルに従って連続的に形成され、第２開口１１４を埋め込まないようにコンフォーマルに形成される。
【００８５】
図示してないが、本発明の他の実施形態によれば、予備第２構造物１２６を形成した後、予備第２構造物１２６上に第２金属膜をさらに形成する。第２金属膜は、予備第２構造物１２６の表面プロファイルに従って連続的に形成され、第２開口１１４を完全には埋め込まないようにコンフォーマルに形成される。第２金属膜は塩化チタン（ＴｉＣｌ４）をソースでプラズマ強化化学気相蒸着工程を利用して形成する。第２金属膜を形成する工程は省略してもよい。
【００８６】
本発明の一実施形態によれば、第１金属膜１２２を形成する工程と第１構造物１２４及び予備第２構造物１２６を形成する工程は実質的に同一工程チャンバ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で行う。本発明の他の実施形態によれば、第１金属膜１２２を形成する工程と第１構造物１２４及び予備第２構造物１２６を形成する工程は、実質的に相違する工程チャンバで行う。
【００８７】
図１３に示すように、予備第２構造物１２６上に第２絶縁膜１２８を形成する。このとき、第２絶縁膜１２８は第２開口１１４を完全に埋め込むように形成される。
【００８８】
第２絶縁膜１２８は、酸化物、窒化物または酸窒化物からなる。例えば、それぞれは、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸窒化物とする。一例として、第２絶縁膜１２８は第１絶縁膜と実質的に同一物質を含む。他の例として、第２絶縁膜１２８は第１絶縁膜と実質的に相違する物質を含む。
【００８９】
図１４に示すように、第１絶縁パターン１０８の上部面が露出するように第２絶縁膜１２８及び予備第２構造物（図１３参照）１２６の一部をエッチングし、第２絶縁パターン１３０を形成する。その結果、予備第２構造物１２９は「Ｕ」字状を有する。
【００９０】
第２絶縁膜１２８及び予備第２構造物（図１３参照）１２６の一部は化学機械的研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ工程）及びエッチバック（ｅｔｃｈ  ｂａｃｋ）工程によりエッチングされる。工程により形成された第２絶縁パターン１３０及び「Ｕ」字状の予備第２構造物１２９の上部面は、第１絶縁パターン１０８の上部面と実質的に同一レベルを有する。
【００９１】
本発明の他の実施形態によれば、第１絶縁パターン１０８、「Ｕ」字状の予備第２構造物１２９及び第２絶縁パターン１３０の上部をさらにエッチングする。このとき、オーバーエッチングされた第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０及び「Ｕ」字状の予備第２構造物１２９の上部は実質的に同一レベルに形成される。
【００９２】
図１５に示すように、「Ｕ」字状の予備第２構造物１２９の上部にＸを含有する金属窒化物を含む予備第３構造物１３２を形成する。予備第３構造物１３２は、チタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含む。
【００９３】
Ｘは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【００９４】
本実施形態によって、予備第３構造物１３２を形成する工程をより詳しく説明する。「Ｕ」字状の予備第３構造物１３２が形成された基板１００に窒素を含む第１前駆体及びＸが含まれた第２前駆体を用いる熱処理またはプラズマ熱処理を行う。このとき、第１前駆体はアンモニア（ＮＨ３）または窒素（Ｎ２）を含み、第２前駆体のＸは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【００９５】
Ｘがシリコンの場合、第２前駆体として、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、ＳｉＣｌ２Ｈ２またはＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ  ｔｅｔｒａ−ｂｕｔｙｌａｍｉｎｏｓｉｌａｎｅ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【００９６】
Ｘがホウ素の場合、第２前駆体はＢ２Ｈ６またはＴＥＢ（ｔｒｉｅｔｈｙｌｂｏｒａｔｅ）のうちの１つまたは２つを含む。
【００９７】
Ｘがアルミニウムの場合、第２前駆体は、ＡｌＣｌ３、ＴＥＭＡＨ（ｔｅｔｒａ  ｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈｙｌ  ａｍｉｄｅ  ｈａｆｎｉｕｍ）、ＤＭＡＨ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｈｙｄｒｉｄｅ）またはＤＭＥＡＡ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ  ａｌａｎｅ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【００９８】
Ｘが酸素の場合、第２前駆体は酸素ガス（Ｏ２）またはオゾンガス（Ｏ３）のうちの１つまたは２つを含む。
【００９９】
Ｘが炭素の場合、第２前駆体は（Ｃ２Ｈ４）を含む。
第１前駆体及び第２前駆体を用いて熱処理またはプラズマ熱処理が行われる間に、「Ｕ」字状の予備第２構造物１２９の上部がＸを含むチタン窒化物（ＴｉＸＮ）に変換され、「Ｕ」字状の予備第２構造物１２９上に予備第３構造物１３２を形成する。
【０１００】
一実施形態によれば、第１前駆体及び第２前駆体を用いて熱処理またはプラズマ熱処理を行う前に、第１絶縁パターン１０８及び第２絶縁パターン１３０上に第３マスク（図示せず）をさらに形成する。第３マスクは、熱処理またはプラズマ熱処理工程を行う間に第１絶縁パターン１０８及び第２絶縁パターン１３０を保護する機能を行う。また、第３マスクは、熱処理またはプラズマ熱処理工程を終了した後、基板１００から除去される。
【０１０１】
第１実施形態の第１変形例による相変化メモリ素子（図４）を形成する場合は、上記第１前駆体及び第２前駆体を用いた熱処理またはプラズマ熱処理が、予備第２構造物１２９に対してだけではなく第１絶縁パターン１０８に対しても行われ、第１絶縁パターン１０８の上部がＸを含有するシリコン窒化物（ＳｉＸＮ）に変換される。
【０１０２】
本発明の実施形態によれば、第１前駆体及び第２前駆体を用いて熱処理またはプラズマ処理する間に、チタンＴｉを含む第３前駆体をさらに注入する。この場合にも、生成される結果物は「Ｕ」字状の予備第２構造物１２９上にＸを含有するチタン窒化物を含む予備第３構造物１３２とする。このとき、予備第３構造物１３２のチタンの含量がさらに高い場合がある。
【０１０３】
本発明の第１実施形態の第２変形例による相変化メモリ素子（図５）の場合は、予備第３構造物１３２上にＹを含有するチタン窒化物を含む予備第４構造物（図示せず）をさらに形成する。Ｙは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。予備第４構造物は、予備第３構造物１３２と実質的に同一工程で形成する。そして、予備第３、第４構造物は、第３構造物１３６が上記のように形成された工程チャンバと実質的に同一の工程チャンバを経て各々、最終的には下部電極（ＢＥＣ）の第３構造物の下部パターン１３５、上部パターン１３６となる。
【０１０４】
本発明の第１実施形態の第３変形例による相変化メモリ素子（図６）の場合は、予備第３構造物１３２を形成する前に、「Ｕ」字状の予備第２構造物１２９上にチタン酸化物（ＴｉＯ２）を含む予備第４構造物（図示せず）をさらに形成する。このとき、予備第３、第４構造物は、第３構造物１３６が上記のように形成された工程チャンバと実質的に同一の工程チャンバを経て各々、最終的には下部電極（ＢＥＣ）の第３構造物の上部パターン１３６、下部パターン１３５となる。
【０１０５】
図１６に示すように、第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０及び予備第３構造物１３２上に第４マスク（図示せず）を形成する。第４マスクは予備第３構造物１３２を部分的に覆うように形成される。第４マスクは、第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０、「Ｕ」字状の予備第２構造物１２９及び予備第３構造物１３２とエッチング選択比を有する物質を含む。
【０１０６】
第４マスクをエッチングマスクとして用いて予備第３構造物１３２、「Ｕ」字状の予備第２構造物１２９、第１絶縁パターン１０８及び第２絶縁パターン１３０を部分的にエッチングし、第３構造物１３６及び第２構造物１３４を形成する。このとき、第２構造物１３４は、エッチング深さ及び第４マスクの位置によって「Ｌ」字形状、「鏡像反転したＬ」字形状、「Ｊ」字状または「鏡像反転したＪ」字状を有する。
【０１０７】
本実施形態による第２構造物１３４は「Ｌ」字状を有する。この場合、第２構造物１３４は、第２構造物１３４の第１幅の下部及び第２幅の上部を含む。第１幅は第２幅よりも実質的に広い。第２構造物１３４は第１絶縁パターン１０８と接する第１垂直面Ｖ１、第１垂直面Ｖ１の下端から水平に延長される第１水平面Ｈ１、第１垂直面Ｖ１の上端から水平に延長される第２水平面Ｈ２、第２水平面Ｈ２と平行に所定距離離隔された第３水平面Ｈ３、第２水平面Ｈ２と第３水平面Ｈ３とを連結する第２垂直面Ｖ２、第１水平面Ｈ１と第３水平面Ｈ３とを連結する第３垂直面Ｖ３を含む。このとき、第３構造物１３６は第２水平面Ｈ２上に形成される。
【０１０８】
第４マスクを用いたエッチング工程において、第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０及び第２構造物１３４によって第３開口（図示せず）が生成される。第３開口を埋め込むように第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０及び第２構造物１３４上に第３絶縁膜（図示せず）を形成する。第３絶縁膜は酸化物、窒化物または酸窒化物からなって、それぞれは、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸窒化物とする。
【０１０９】
第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０及び第３構造物１３６の上部が露出するように第３絶縁膜の上部を除去して第３絶縁パターン１３８を形成する。除去工程は研磨工程及びエッチバック工程で行う。このとき、第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０、第３絶縁パターン１３８及び第３構造物１３６の上部は実質的に同一レベルを有する。
【０１１０】
本実施形態によれば、第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０、第３絶縁パターン１３８及び第３構造物１３６の上部をさらにエッチングする。このとき、オーバーエッチングされた第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０、第３絶縁パターン１３８及び第３構造物１３６の上部は実質的に同一レベルを有する。
【０１１１】
次に、上記図３に示したように、第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０、第３絶縁パターン１３８及び第３構造物１３６の上に相変化物質膜を形成する。相変化物質膜（図示せず）は第３構造物１３６に電気的に接続されるように形成される。
【０１１２】
相変化物質膜は、周期率表でＶＩ族物質を少なくとも１つを含むカルコゲナイドからなる。カルコゲナイド系列金属元素の例としては、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ａｓが挙げられる。また、この元素の適切な組み合わせによって、カルコゲナイド相変化物質パターンを形成する。例えば、カルコゲナイド相変化物質パターンは、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｅ、Ｓｂ２Ｔｅ、ＳｂＳｅ、ＧｅＴｅ、Ｓｂ２Ｔｅ、ＳｂＳｅ、ＧｅＴｅ、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５、ＩｎＳｂＴｅ、ＧａＳｅＴｅ、ＳｎＳｂ２Ｔｅ、ＩｎＳｂＧｅ、ＡｈＩｎＳｂＴｅ、ＧｅＳｎＳｂＴｅ、ＧｅＳｂＳｅＴｅまたはＴｅ８１ＧｅＩ５Ｓｂ２Ｓ２のうちの１つまたは２つ以上を含む。また、相変化物質膜の特性を向上するためにカルコゲナイド系金属元素の組み合わせの以外にＡｇ、Ｉｎ、Ｂｉ、またはＰｂなどの元素のうちの１つまたは２つ以上が混合される。
【０１１３】
相変化物質膜上に導電膜（図示せず）を形成する。導電膜は相変化物質膜に電気的に接続されるように形成される。
【０１１４】
導電膜は、Ｔｉ、ＴｉＳｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＷ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＯＮ、ＴｉＳＩＮ、ＴｉＢＮ、Ｗ、ＷＮ、ＷＯＮ、ＷＳｉＮ、ＷＢＮ、ＷＣＮ、Ｓｉ、Ｔａ、ＳａＳｉ、ＴａＮ、ＴａＯＮ、ＴａＡｌＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＣＮ、Ｍｏ、ＭｏＮ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＡｌＮ、ＺｒＳｉＮ、ＺｒＡｌＮ、またはＲｕＣｏＳｉのうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１１５】
続いて、導電膜及び相変化物質膜を部分的にエッチングし、第１絶縁パターン１０８、第２絶縁パターン１３０、第３絶縁パターン１３８及び第３構造物１３６上に相変化物質パターン１４０及び上部電極１４２が順に形成される。
【０１１６】
詳しく図示してないが、上部電極１４２上にビットラインＢＬをさらに形成してもよい。
【０１１７】
＜第２の実施形態＞
図１８は、本発明の第２実施形態による相変化メモリ素子を説明するための概略的な断面図である。
図１８に示すように、相変化メモリ素子は、基板２００に形成されたワードライン２０４、スイッチング素子２１４、絶縁パターン２０８、２２４、２２８、下部電極ＢＥＣ（２１６、２２６、２３０からなる）、相変化物質パターン２３２及び上部電極２３４を含む。絶縁パターン２０８、２２４、２２８は、第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４及び第３絶縁パターン２２８を含む。
【０１１８】
基板２００、ワードライン２０４、スイッチング素子２１４、第１、第２、第３絶縁パターン２０８、２２４、２２８、相変化物質パターン２３２及び上部電極２３４は第１実施形態の図３で説明した部材、１００、１０４、１２０、１０８、１３０、１３８、１４０、１４２と実質的に同一であって、その説明は省略する。
【０１１９】
下部電極ＢＥＣ（２１６、２２６、２３０からなる）は、スイッチング素子２１４に電気的に接続される。本発明の一実施形態によれば、スイッチング素子２１４がダイオードの場合、下部電極ＢＥＣ（２１６、２２６、２３０からなる）はダイオード２１４上に形成され、実質的に下部電極ＢＥＣ（２１６、２２６、２３０からなる）はダイオード２１４と直接的に接して備えられる。他の実施形態によれば、スイッチング素子２１４がトランジスタの場合、下部電極ＢＥＣ（２１６、２２６、２３０からなる）はトランジスタと連結パターンなどで電気的に接続されるように備えられる。
【０１２０】
下部電極ＢＥＣ（２１６、２２６、２３０からなる）は、金属半導体化合物を含む第１構造物２１６、金属窒化物を含む第２構造物２２６、及びＸを含有する金属窒化物を含む第３構造物２３０を含む。本実施形態によれば、例えば、第１構造物２１６はチタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）を含み、第２構造物２２６はチタン窒化物（ＴｉＮ）を含み、第３構造物２３０はＸを含有するチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含む。
【０１２１】
第１構造物２１６は、スイッチング素子２１４に電気的に接続されるように形成される。本発明の実施形態によれば、スイッチング素子２１４がダイオード２１４の場合、第１構造物２１６はダイオード２１４の上部シリコンパターン２１２と接して備えられる。また、第１構造物２１６は平面から見た場合に円状を有し、断面から見た場合は長方形を有する。第１構造物２１６の幅はダイオード２１４の幅と実質的に同一であってもよい。
【０１２２】
第２構造物２２６は第１構造物２１６上に形成され、その下部の幅が上部の幅よりも広くてもよい。このとき、第２構造物２２６の下部幅は第１構造物２１６の幅と実質的に同一であってもよい。
【０１２３】
本実施形態によれば、第２構造物２２６は、第２構造物２２６の第１幅を有する下部及び第１幅よりも小さい第２幅を有する上部を含む。第２構造物２２６の上部は第２構造物の下部の上面から垂直に上方に延長される。例えば、第２構造物２２６は「Ｌ」字状または「鏡像反転したＬ」字状を有する。第２構造物２２６が「Ｌ」字状を有する場合、第２構造物２２６は第１幅の下部及び第２幅の上部を含む。第１幅は第２幅より実質的に広くてよい。この場合、第２構造物２２６は、第１絶縁パターン２０８と接する第１垂直面Ｖ１、第１垂直面Ｖ１の下端から水平に延長される第１水平面Ｈ１、第１垂直面Ｖ１の上端から水平に延長される第２水平面Ｈ２、第２水平面Ｈ２と平行に所定距離離隔された第３水平面Ｈ３、第２水平面Ｈ２と第３水平面Ｈ３とを連結する第２垂直面Ｖ２、第１水平面Ｈ１と第３水平面Ｈ３とを連結する第３垂直面Ｖ３を含む。
【０１２４】
他の実施形態によれば、第２構造物２２６は「Ｊ」字状または「鏡像反転したＪ」字状を有する。さらに他の実施形態によれば、第２構造物２２６は、円筒状、「Ｕ」字状または長方形を有する。
【０１２５】
第３構造物２３０は第２構造物２２６上に形成される。より詳しくは、上記第１実施形態の場合と異なり、第２構造物２２６が「Ｌ」字状を有する場合、第３構造物２３０は第２構造物２２６の第２垂直面Ｖ２及び第３水平面Ｈ３上に形成される。このとき、第３構造物２３０は「Ｌ」字状を有する。第３構造物２３０の厚さは第２構造物２２６の厚さより実質的に小さくてもよい。
【０１２６】
第３構造物２３０は、第１構造物２１６及び第２構造物２２６よりも高い抵抗を有する物質からなる。本発明の一実施形態によれば、第３構造物２３０は多層構造を有する。第３構造物２３０はＸを含む金属窒化物を含み、例えば、Ｘを含むチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含む。このとき、Ｘは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１２７】
本発明の第２実施形態の第２変形例（図示せず）によれば、上記第１実施形態の第２変形例（図５）に示したと同様に、第３構造物２３０はＸを含有するチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含む下部パターン及びＹを含むチタン窒化物（ＴｉＹＮ）を含む上部パターンが積層された多層構造を有する。このとき、Ｘ及びＹは互いに異なって、それぞれは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１２８】
本発明の第２実施形態の第３変形例（図示せず）によれば、上記第１実施形態の第３変形例（図６）に示したと同様に、第３構造物２３０はチタン酸化物（ＴｉＯ２）を含む下部パターン及びＸを含有するチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含む上部パターンが積層された構造を有する。ここで、Ｘは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１２９】
＜第２の実施形態（製法）＞
以下では、図１８に示す相変化メモリ素子を形成する方法を説明する。
図７ないし図１２及び図１７は、図１８に示す相変化メモリ素子を形成する方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【０１３０】
図７ないし図１２は、本発明の第１の実施形態に係る相変化メモリ素子の形成方法の説明に係るものであるが、上記のように部材の符番を読み替えて適用すると、基板２００上に素子分離パターン２０２、ワードライン２０４、第１絶縁パターン２０８及びスイッチング素子２１４を形成し、チタンシリサイドを含む第１構造物２１６及びチタン窒化物を含む予備第２構造物２１８を形成する。
【０１３１】
素子分離パターン２０２、ワードライン２０４、第１絶縁パターン２０８、スイッチング素子２１４、第１構造物２１６及び予備第２構造物２１８を形成する工程は、第１実施形態の図７ないし図１２の説明と実質的に同一であり、その説明は省略する。
【０１３２】
図１７に示すように、予備第２構造物２１８（図１２の予備第２構造物１２６に相当）の上にＸを含有する金属窒化物を含む予備第３構造物２２２を形成する。予備第３構造物２２２はチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含む。Ｘは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１３３】
予備第３構造物２２２は、予備第２構造物２１８の表面プロファイルに従って連続的に形成される。このとき、予備第３構造物２２２は、予備第２構造物２１８によって限定される第１開口２２０を完全には埋め込まないようにコンフォーマルに形成される。
【０１３４】
本実施形態によって、予備第３構造物２２２を形成する工程をより詳しく説明する。予備第２構造物２１８が形成された基板２００に窒素を含む第１前駆体及びＸが含まれた第２前駆体を用いた熱処理またはプラズマ熱処理を行う。このとき、第１前駆体は、アンモニア（ＮＨ３）または窒素（Ｎ２）を含み、第２前駆体のＸは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１３５】
Ｘがシリコンの場合、第２前駆体として、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、ＳｉＣｌ２Ｈ２またはＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ  ｔｅｔｒａ−ｂｕｔｙｌａｍｉｎｏｓｉｌａｎｅ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１３６】
Ｘがホウ素の場合、第２前駆体は、Ｂ２Ｈ６またはＴＥＢ（ｔｒｉｅｔｈｙｌｂｏｒａｔｅ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１３７】
Ｘがアルミニウムの場合、第２前駆体は、ＡｌＣｌ３、ＴＥＭＡＨ（ｔｅｔｒａ  ｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈｙｌ  ａｍｉｄｅ  ｈａｆｎｉｕｍ）、ＤＭＡＨ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｈｙｄｒｉｄｅ）またはＤＭＥＡＡ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ  ａｌａｎｅ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１３８】
Ｘが酸素の場合、第２前駆体は、酸素ガス（Ｏ２）またはオゾンガス（Ｏ３）のうちの１つまたは２つを含む。
【０１３９】
Ｘが炭素の場合、第２前駆体はＣ２Ｈ４を含む。
第１前駆体及び第２前駆体を用いて熱処理またはプラズマ熱処理が行われる間に、予備第２構造物２１８の上部がＸを含むチタン窒化物（ＴｉＸＮ）に変換され、予備第２構造物２１８上に予備第３構造物２２２を形成する。
【０１４０】
一実施形態によれば、第１前駆体及び第２前駆体を用いて熱処理またはプラズマ処理する間に、チタン（Ｔｉ）を含む第３前駆体をさらに注入する。この場合も、生成される結果物は、予備第２構造物２１８上にＸを含有するチタン窒化物を含む予備第３構造物２２２とする。このとき、予備第３構造物２２２のチタンの含量がより高くなる。
【０１４１】
本発明の第２実施形態の第２変形例によれば、予備第３構造物２２２上にＹを含有するチタン窒化物を含む予備第４構造物（図示せず）をさらに形成する。予備第４構造物は、予備第３構造物２２２の表面プロファイルに従って連続的に形成される。このとき、予備第４構造物が第１開口２２０を完全には埋め込まないように形成する。Ｙは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。予備第４構造物は予備第３構造物２２２と実質的に同一工程で形成する。そして、予備第３、第４構造物は予備第３構造物２２２が上記のように形成された工程チャンバと実質的に同一工程チャンバで形成する。
【０１４２】
本発明の第２実施形態の第３変形例によれば、予備第３構造物２２２を形成する前に、予備第２構造物２１８上にチタン酸化物（ＴｉＯ２）を含む予備第４構造物（図示せず）をさらに形成する。このとき、予備第４構造物は、予備第３構造物２２２が上記のように形成された工程チャンバと実質的に同一の工程チャンバで形成する。
【０１４３】
次に、予備第３構造物２２２上に第２絶縁膜（図示せず）を形成する。このとき、第２絶縁膜は、第１開口２２０を完全に埋め込むように形成される。
【０１４４】
第１絶縁パターン２０８の上面が露出されるように、第２絶縁膜、予備第３構造物２２２及び予備第２構造物２１８を部分的にエッチングし、第２絶縁パターン２２４、「Ｕ」字状の予備第３構造物（図示せず）及び「Ｕ」字状の予備第２構造物（図示せず）を形成する。
【０１４５】
第２絶縁膜、予備第３構造物２２２及び予備第２構造物２１８の一部は化学機械的研磨工程及びエッチバック工程によってエッチングされる。工程によって形成された第２絶縁パターン２２４、「Ｕ」字状の予備第３構造物及び「Ｕ」字状の予備第２構造物の上部面は、第１絶縁パターン２０８の上部面と実質的に同一高さを有する。
【０１４６】
本発明の他の実施形態によれば、第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４、「Ｕ」字状の予備第２構造物及び「Ｕ」字状の予備第３構造物の上部をさらにエッチングする。このとき、オーバーエッチングされた第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４、「Ｕ」字状の予備第２構造物及び「Ｕ」字状の予備第３構造物の上部は実質的に同一レベルに形成する。
【０１４７】
第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４及び「Ｕ」字状の予備第２構造物、「Ｕ」字状の予備第３構造物上にマスク（図示せず）を形成する。マスクは「Ｕ」字状の予備第２構造物及び「Ｕ」字状の予備第３構造物を部分的に覆うように形成される。上記マスクをエッチングマスクとして用いて「Ｕ」字状の予備第３構造物、「Ｕ」字状の予備第２構造物、第１絶縁パターン２０８及び第２絶縁パターン２２４を部分的にエッチングし、第３構造物２３０及び第２構造物２２６を形成する。このとき、第２構造物２２６及び第３構造物２３０は、エッチング深さ及び位置によって「Ｌ」字形状、「鏡像反転したＬ」字形状、「Ｊ」字状または「鏡像反転したＪ」字状を有する。
【０１４８】
本実施形態による第２構造物２２６は「Ｌ」字状を有する。この場合、第２構造物２２６は第２構造物２２６の第１幅の下部及び第２幅の上部を含む。第１幅は第２幅より実質的に広くてもよい。第２構造物２２６は、第１絶縁パターン２０８と接する第１垂直面Ｖ１、第１垂直面Ｖ１の下端から水平に延長される第１水平面Ｈ１、第１垂直面Ｖ１の上端から水平に延長される第２水平面Ｈ２、第２水平面Ｈ２と平行に所定距離離隔された第３水平面Ｈ３、第２水平面Ｈ２と第３水平面Ｈ３とを連結する第２垂直面Ｖ２、第１水平面Ｈ１と第３水平面Ｈ３とを連結する第３垂直面Ｖ３を含む。
【０１４９】
この場合、第３構造物２３０も「Ｌ」字状を有する。例えば、第３構造物２３０は第２構造物２２６の第２垂直面Ｖ２及び第３水平面Ｈ３上に形成される。
【０１５０】
マスクを用いたエッチング工程において、第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４、第２構造物２２６及び第３構造物２３０により第２開口（図示せず）が生成される。第２開口を埋め込むように、第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４、第２構造物２２６及び第３構造物２３０の上に第３絶縁膜（図示せず）を形成する。第３絶縁膜は酸化物、窒化物または酸窒化物からなり、例えばそれぞれは、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸窒化物とする。
【０１５１】
第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４、第２構造物２２６及び第３構造物２３０の上部が露出されるように、第３絶縁膜の上部を除去する。除去工程は、研磨工程及びエッチバック工程によって行う。このとき、第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４、第３絶縁パターン２２８、第２構造物２２６及び第３構造物２３０の上面は実質的に同一レベルを有する。
【０１５２】
一実施形態によれば、第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４、第３絶縁パターン２２８、第２構造物２２６及び第３構造物２３０の上部をさらにエッチングする。このとき、オーバーエッチングされた第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４、第３絶縁パターン２２８、第２構造物２２６及び第３構造物２３０の上部は実質的に同一レベルを有する。
【０１５３】
第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４、第３絶縁パターン２２８、第２構造物２２６及び第３構造物２３０の上に相変化物質膜を形成する。相変化物質膜（図示せず）は、第２構造物２２６及び第３構造物２３０に電気的に接続されるように形成される。
【０１５４】
相変化物質膜上に導電膜（図示せず）を形成する。導電膜は相変化物質膜に電気的に接続されるように形成される。
【０１５５】
導電膜及び相変化物質膜を部分的にエッチングし、第１絶縁パターン２０８、第２絶縁パターン２２４、第３絶縁パターン２２８、第２構造物２２６及び第３構造物２３０上に相変化物質パターン２３２及び上部電極２３４を順に形成する。
【０１５６】
詳しく図示してないが、上部電極２３４上にビットラインＢＬをさらに形成する。
【０１５７】
＜第３の実施形態＞
図２０は、本発明の第３実施形態による相変化メモリ素子を説明するための概略的な断面図である。
図２０に示すように、相変化メモリ素子は、基板３００に形成されたワードライン３０４、スイッチング素子３１４、絶縁パターン３０８、３２２、３２８、下部電極ＢＥＣ（３１６、３２４、３２６からなる）、相変化物質パターン３３０及び上部電極３３２を含む。絶縁パターン３０８、３２２、３２８は、第１絶縁パターン３０８、第２絶縁パターン３２２及び第３絶縁パターン３２８を含む。
【０１５８】
基板３００、ワードライン３０４、スイッチング素子３１４、第１、第２、第３絶縁パターン３０８、３２２、３２８、相変化物質パターン３３０及び上部電極３３２は、第１実施形態の図３において説明した部材と符番を除いて実質的に同一であって、その説明は省略する。
【０１５９】
下部電極ＢＥＣ（３１６、３２４、３２６からなる）は、スイッチング素子３１４に電気的に接続される。本発明の一実施形態によれば、スイッチング素子３１４がダイオードの場合、下部電極ＢＥＣ（３１６、３２４、３２６からなる）はダイオード３１４上に形成され、実質的に下部電極ＢＥＣ（３１６、３２４、３２６からなる）はダイオード３１４と直接的に接して備えられる。他の実施形態によれば、スイッチング素子３１４がトランジスタの場合、下部電極ＢＥＣ（３１６、３２４、３２６からなる）はトランジスタと連結パターンなどによって電気的に接続されるように備えられる。
【０１６０】
下部電極ＢＥＣ（３１６、３２４、３２６からなる）は、金属半導体化合物を含む第１構造物３１６、金属窒化物を含む第２構造物３２４、及びＸを含有する金属窒化物を含む第３構造物３２６を含む。本実施形態によれば、例えば、第１構造物３１６はチタンシリサイド（ＴｉＳｉ２）を含み、第２構造物３２４はチタン窒化物（ＴｉＮ）を含み、第３構造物２２６はＸを含有するチタン窒化物（ＴｉＸＮ）を含む。
【０１６１】
第１構造物３１６は、スイッチング素子３１４に電気的に接続されるように形成される。本発明の実施形態によれば、スイッチング素子３１４がダイオード３１４の場合、第１構造物３１６はダイオード３１４の上部シリコンパターン３１２と接して備えられる。また、第１構造物３１６は平面から見た場合に円状を有し、断面から見た場合に長方形を有する。第１構造物３１６の幅はダイオード３１４の幅と実質的に同一であってもよい。
【０１６２】
第２構造物３２４は第１構造物３１６上に形成され、その下部の幅が上部の幅よりも広くてもよい。このとき、第２構造物３２４の下部幅は第１構造物３１６の幅と実質的に同一であってもよい。
【０１６３】
本実施形態によれば、第２構造物３２４は、第２構造物３２４の第１幅を有する下部及び第１幅よりも小さい第２幅を有する上部を含む。第２構造物３２４の上部は第２構造物の下部の上部面から垂直に上方に延長される。例えば、第２構造物３２４は「Ｌ」字状または「鏡像反転したＬ」字状を有する。第２構造物３２４が「Ｌ」字状を有する場合、第２構造物３２４は第１幅の下部及び第２幅の上部を含む。第１幅は第２幅より実質的に広くてもよい。この場合、第２構造物３２４は、第１絶縁パターン３０８と接する第１垂直面Ｖ１、第１垂直面Ｖ１の下端から水平に延長される第１水平面Ｈ１、第１垂直面Ｖ１の上端から水平に延長される第２水平面Ｈ２、第２水平面Ｈ２と平行に所定距離離隔された第３水平面Ｈ３、第２水平面Ｈ２と第３水平面Ｈ３とを連結する第２垂直面Ｖ２、第１水平面Ｈ１と第３水平面Ｈ３とを連結する第３垂直面Ｖ３を含む。
【０１６４】
他の実施形態によれば、第２構造物３２４は「Ｊ」字状または「鏡像反転したＪ」字状を有する。さらに他の実施形態によれば、第２構造物３２４は、円筒状、「Ｕ」字状または長方形を有する。
【０１６５】
第３構造物３２６は第２構造物３２４上に形成される。より詳しくは、上記第１実施形態の場合とも第２実施形態の場合とも異なり、第２構造物３２４が「Ｌ」字状を有する場合、第３構造物３２６は第２構造物３２４の第２水平面Ｈ２、第２垂直面Ｖ２及び第３水平面Ｈ３上に形成される。このとき、第３構造物３２６の厚さは第２構造物３２４の厚さより実質的に小さくてもよい。
【０１６６】
第３構造物３２６は、第１構造物３１６及び第２構造物３２４よりも高い抵抗を有する物質からなる。本発明の一実施形態によれば、第３構造物３２６は多層構造を有する。第３構造物３２６はＸを含有する金属窒化物を含み、例えば、Ｘを含むチタン窒化物を含む。このとき、Ｘは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１６７】
本発明の第３実施形態の第２変形例（図示せず）によれば、上記第１実施形態の第２変形例（図５）に示したと同様に、第３構造物３２６は、Ｘを含有するチタン窒化物を含む下部パターン及びＹを含むチタン窒化物を含む上部パターンが積層された多層構造を有する。このとき、Ｘ及びＹは互いに異なって、それぞれは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１６８】
本発明の第３実施形態の第３変形例（図示せず）によれば、上記第１実施形態の第３変形例（図６）に示したと同様に、第３構造物３２６は、チタン酸化物（ＴｉＯ２）を含む下部パターン及びＸを含有するチタン窒化物を含む上部パターンが積層された構造を有する。ここで、Ｘは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１６９】
＜第３の実施形態（製法）＞
以下に、図２０に示す相変化メモリ素子を形成する方法を説明する。
図７ないし図１２及び図１９は、図２０に示す相変化メモリ素子を形成する方法を説明するための概略的な工程断面図である。
【０１７０】
図７ないし図１２は、本発明の第１の実施形態に係る相変化メモリ素子の形成方法の説明に係るものであるが、上記のように部材の符番を読み替えて適用すると、基板３００上に素子分離パターン３０２、ワードライン３０４、第１絶縁パターン３０８及びスイッチング素子３１４を形成し、チタンシリサイドを含む第１構造物３１６及びチタン窒化物を含む予備第２構造物３１８を形成する。
【０１７１】
素子分離パターン３０２、ワードライン３０４、第１絶縁パターン３０８、スイッチング素子３１４、第１構造物３１６及び予備第２構造物３１８を形成する工程は、第１実施形態の図７ないし図１２の説明と実質的に同一であって、その説明は省略する。
【０１７２】
図１２において予備第２構造物３１８（図１２の予備第２構造物１２６に相当）の上に犠牲膜（図示せず）を形成する。このとき、犠牲膜は予備第２構造物３１８によって限定される第１開口（図示せず）を埋め込むように形成される。犠牲膜は、酸化物またはフォトレジストからなる。
【０１７３】
第１絶縁パターン３０８の上面が露出されるように、犠牲膜及び予備第２構造物３１８を部分的にエッチングし、犠牲パターン（図示せず）及び「Ｕ」字状の予備第２構造物３１８を形成する。
【０１７４】
図１９に示すように、犠牲パターンを基板３００から除去する。犠牲パターンはエーシング工程及びストリップ工程によって除去される。犠牲パターンが除去されれば、「Ｕ」字状の予備第２構造物３１８によって限定される第１開口が生成される。
【０１７５】
「Ｕ」字状の予備第２構造物３１８上にＸを含有する金属窒化物を含む予備第３構造物３２０を形成する。例えば、予備第３構造物３２０はチタン窒化物とする。Ｘは、シリコン、ホウ素、アルミニウム、酸素または炭素のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１７６】
予備第３構造物３２０は、「Ｕ」字状の予備第２構造物３１８の表面プロファイルに従って連続的に形成する。このとき、予備第３構造物３２０は、「Ｕ」字状の予備第２構造物３１８によって限定される第１開口を完全には埋め込まないようにコンフォーマルに形成する。
【０１７７】
本実施形態によって、予備第３構造物３２０を形成する工程をより詳しく説明する。「Ｕ」字状の予備第２構造物３１８が形成された基板３００に窒素を含む第１前駆体及びＸが含まれた第２前駆体を用いた熱処理またはプラズマ熱処理を行う。このとき、第１前駆体は、アンモニア（ＮＨ３）または窒素（Ｎ２）を含み、第２前駆体のＸは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１７８】
Ｘがシリコンの場合、第２前駆体として、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、ＳｉＣｌ２Ｈ２またはＢＴＢＡＳ（ｂｉｓ  ｔｅｔｒａ−ｂｕｔｙｌａｍｉｎｏｓｉｌａｎｅ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１７９】
Ｘがホウ素の場合、第２前駆体は、Ｂ２Ｈ６またはＴＥＢ（ｔｒｉｅｔｈｙｌｂｏｒａｔｅ）のうちの１つまたは２つを含む。
【０１８０】
Ｘがアルミニウムの場合、第２前駆体は、ＡｌＣｌ３、ＴＥＭＡＨ（ｔｅｔｒａ  ｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈｙｌ  ａｍｉｄｅ  ｈａｆｎｉｕｍ）、ＤＭＡＨ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｈｙｄｒｉｄｅ）またはＤＭＥＡＡ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ  ａｌａｎｅ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。
【０１８１】
Ｘが酸素の場合、第２前駆体は、酸素ガス（Ｏ２）またはオゾンガス（Ｏ３）のうちの１つまたは２つを含む。
【０１８２】
Ｘが炭素の場合、第２前駆体はＣ２Ｈ４を含む。
第１前駆体及び第２前駆体を用いて熱処理またはプラズマ熱処理が行われる間に、「Ｕ」字状の予備第２構造物３１８の上部がＸを含むチタン窒化物に変換され、「Ｕ」字状の予備第２構造物３１８上に予備第３構造物３２０を形成する。
【０１８３】
一実施形態によれば、第１前駆体及び第２前駆体を用いて熱処理またはプラズマ処理する間に、チタン（Ｔｉ）を含む第３前駆体をさらに注入する。この場合も生成される結果物は予備第２構造物３１８上に、Ｘを含有するチタン窒化物を含む予備第３構造物３２０とする。このとき、予備第３構造物３２０のチタンの含量がより高くなる。
【０１８４】
本発明の第２実施形態の第２変形例によれば、予備第３構造物３２０上にＹを含有するチタン窒化物を含む予備第４構造物（図示せず）をさらに形成する。予備第４構造物は、予備第３構造物３２０の表面プロファイルに従って連続的に形成される。このとき、予備第４構造物が第１開口を完全には埋め込まないように形成する。Ｙは、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）のうちの１つまたは２つ以上を含む。予備第４構造物は予備第３構造物３２０と実質的に同一工程で形成する。そして、予備第３、第４構造物は、予備第３構造物３２０が上記のように形成された工程チャンバと実質的に同一工程チャンバで形成する。
【０１８５】
本発明の第３実施形態の第３変形例によれば、予備第３構造物３２０を形成する前に、予備第２構造物３１８上にチタン酸化物（ＴｉＯ２）を含む予備第４構造物（図示せず）をさらに形成する。このとき、予備第４構造物は、第３構造物３２６が上記のように形成された工程チャンバと実質的に同一の工程チャンバで形成する。
【０１８６】
次に、予備第３構造物３２０上に第２絶縁膜（図示せず）を形成する。このとき、第２絶縁膜は第１開口を完全に埋め込むように形成される。
【０１８７】
予備第３構造物３２０の上面が露出されるように、第２絶縁膜を部分的にエッチングし、第２絶縁パターン３２２を形成する。第２絶縁パターン３２２は、予備第３構造物３２０によって限定された開口を完全に埋め込むように形成する。
【０１８８】
第２絶縁パターン３２２の上面は予備第３構造物３２０の上面と実質的に同一レベルに位置する。
【０１８９】
次に、図２０に示すように、第１絶縁パターン３０８、第２絶縁パターン３２２及び予備第３構造物３２０上にマスク（図示せず）を形成する。マスクは予備第３構造物３２０を部分的に覆うように形成される。マスクをエッチングマスクとして用いて予備第３構造物３２０、「Ｕ」字状の予備第２構造物３１８、第１絶縁パターン３０８及び第２絶縁パターン３２２を部分的にエッチングし、第３構造物３２６及び第２構造物３２４を形成する。このとき、第２構造物３２４及び第３構造物３２６は、エッチング深さ及び位置によって第２構造物３２４が「Ｌ」字形状、「鏡像反転したＬ」字形状、「Ｊ」字状または「鏡像反転したＪ」字状を有する。
【０１９０】
本実施形態による第２構造物３２４は「Ｌ」字状を有する。この場合、第２構造物３２４は第２構造物３２４の第１幅の下部及び第２幅の上部を含む。第１幅は第２幅より実質的に広くてもよい。第２構造物３２４は第１絶縁パターン３０８と接する第１垂直面Ｖ１、第１垂直面Ｖ１の下端から水平に延長される第１水平面Ｈ１、第１垂直面Ｖ１の上端から水平に延長される第２水平面Ｈ２、第２水平面Ｈ２と平行に所定距離離隔された第３水平面Ｈ３、第２水平面Ｈ２と第３水平面Ｈ３とを連結する第２垂直面Ｖ２、第１水平面Ｈ１と第３水平面Ｈ３とを連結する第３垂直面Ｖ３を含む。第３構造物３２６は第２構造物３２４の第２水平面Ｈ２、第２垂直面Ｖ２及び第３垂直面Ｖ３上に形成される。
【０１９１】
マスクを用いたエッチング工程において、第１絶縁パターン３０８、第２絶縁パターン３２２、第２構造物３２４及び第３構造物３２６によって第２開口（図示せず）が生成される。第２開口を埋め込むように、第１絶縁パターン３０８、第２絶縁パターン３２２、第２構造物３２４及び第３構造物３２６の上に第３絶縁膜（図示せず）を形成する。第３絶縁膜は酸化物、窒化物または酸窒化物からなり、例えばそれぞれは、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸窒化物とする。
【０１９２】
第１絶縁パターン３０８、第２絶縁パターン３２２、第２構造物３２４及び第３構造物３２６の上部が露出されるように、第３絶縁膜の上部を除去する。除去工程は、研磨工程及びエッチバック工程によって行う。このとき、第１絶縁パターン３０８、第２絶縁パターン３２２、第３絶縁パターン３２８及び第３構造物３２６の上面は実質的に同一レベルを有する。
【０１９３】
第１絶縁パターン３０８、第２絶縁パターン３２２、第３絶縁パターン３２８、第２構造物３２４及び第３構造物３２６の上に相変化物質膜（図示せず）を形成する。相変化物質膜は、第２構造物３２４及び第３構造物３２６に電気的に接続されるように形成される。
【０１９４】
相変化物質膜上に導電膜（図示せず）を形成する。導電膜は相変化物質膜に電気的に接続されるように形成される。
【０１９５】
導電膜及び相変化物質膜を部分的にエッチングし、第１絶縁パターン３０８、第２絶縁パターン３２２、第３絶縁パターン３２８及び第３構造物３２６上に相変化物質パターン３３０及び上部電極３３２を順に形成する。
【０１９６】
詳しく図示してないが、上部電極３３２上にビットラインＢＬをさらに形成する。
【実施例１】
【０１９７】
＜実験例＞
図２１は従来技術による相変化メモリ素子の転移特性図であり、図２２は本発明の第１実施形態による相変化メモリ素子の転移特性図である。図２１及び図２２の水平軸は、相変化メモリ素子に印加される電流の大きさを示し、目盛単位はマイクロアンペア（μＡ）である。図２１及び図２２の垂直軸は相変化メモリ素子で測定される抵抗の大きさを示し、目盛単位はオーム（Ω）である。
【０１９８】
図２１に示すように、約１５Å厚さのチタンシリサイドを含む第１構造物、及び約８０Å厚さのチタン窒化物を含む第２構造物を積層して形成した下部電極を含む相変化メモリ素子の転移特性を実験する。図２１に示すように、この場合の相変化メモリ素子は、約２８０ｕＡのリセット電流を示している。
【０１９９】
図２２に示すように、約２０Å厚さのチタンシリサイドを含む第１構造物、約８０Å厚さのチタン窒化物を含む第２構造物、及び約１５Å厚さのシリコンを含有するチタン窒化物を含む第３構造物を積層して形成した下部電極を含む相変化メモリ素子の転移特性を実験する。図２２に示すように、この場合の相変化メモリ素子は、約２３０μＡのリセット電流を示している。
【０２００】
図２１及び図２２に示すように、本発明の第１実施形態による相変化メモリ素子のリセット電流が約２３０μＡであって、従来技術による相変化メモリ素子のリセット電流より５０μＡ減少することを確認する。
【０２０１】
図２３は、本発明の第１実施形態による相変化メモリ素子の繰り返し耐久性（ｅｎｄｕｒａｎｃｅ）特性図である。
【０２０２】
図２３に示すように、約２０Å厚さのチタンシリサイドを含む第１構造物、約８０Å厚さのチタン窒化物を含む第２構造物、及び約１５Å厚さのシリコンを含有するチタン窒化物を含む第３構造物を積層して形成した下部電極を含む相変化メモリ素子の繰り返し耐久性を実験する。繰り返し耐久性試験は、約１４０℃で約１２時間行う。
【０２０３】
図２３の水平軸は相変化メモリ素子に実施した動作試験回数を示し、目盛単位はサイクル（ｃｙｃｌｅ）である。図２３の垂直軸は相変化メモリ素子で測定した抵抗の大きさを示し、目盛単位はオーム（Ω）である。図２３に示すように、相変化メモリ素子は、約１０７サイクルの繰り返し耐久性試験に合格する。このように、本発明の実施形態による相変化メモリ素子は優れた繰り返し耐久性を有する。
【０２０４】
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の思想範囲内で多様に修正及び変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０２０５】
本発明の実施形態による相変化メモリ素子は、例えば、パソコン、サーバ用コンピュータ、携帯マルチメディアプレーヤ（ｐｏｒｔａｂｌｅ  ｍｕｌｔｉ−ｍｅｄｉａ  ｐｌａｙ）、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラ、その他のモバイル電子機器の保存装置、ＳＳＤ（ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  ｄｒｉｖｅｒ）の構成要素などに用いられる。
【０２０６】
但し、本明細書において相変化メモリ素子が用いられた分野は、例示的なものに過ぎない。
【符号の説明】
【０２０７】
１００、２００、３００  基板
１０２、２０２、３０２  素子分離パターン
１０４、２０４、３０４  ワードライン
１０５  （第１絶縁パターン１０８の下部１０９の）バッファ膜、バッファパターン
１０６  （第１絶縁パターン１０８の下部１０９の）エッチング阻止膜、エッチング阻止パターン
１０８、２０８、３０８  第１絶縁パターン
１０９  （第１絶縁パターン１０８の）下部
１１０、２２０  第１開口
１１２  半導体膜
１１４  第２開口
１１６、２１０、３１０  第１半導体パターン（下部シリコンパターン）
１１８、２１２、３１２  第２半導体パターン（上部シリコンパターン）
１２０、２１４、３１４  スイッチング素子（ダイオード）
１２２  第１金属膜
１２４、２１６、３１６  下部電極（ＢＥＣ）の第１構造物
１２６、１２９、２１８、３１８  予備第２構造物
１２８  第２絶縁膜
１３０、２２４、３２２  第２絶縁パターン
１３２、２２２、３２０  予備第３構造物
１３４、２２６、３２４  下部電極（ＢＥＣ）の第２構造物
１３５  下部電極（ＢＥＣ）の第３構造物の下部パターン
１３６、２３０、３２６  下部電極（ＢＥＣ）の第３構造物、又は、下部電極（ＢＥＣ）の第３構造物の上部パターン
１３７  （第１絶縁パターン１０８の）上部
１３８、２２８、３２８  第３絶縁パターン
１４０、２３２、３３０  相変化物質パターン
１４２、２３４、３３２  上部電極
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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