(57)【要約】【課題】相変化メモリ素子の製造方法及びこれに適用された相変化層の形成方法を提供する。【解決手段】相変化層が形成される下部膜上に、ゲルマニウム（Ｇｅ）を含む二価の第１前駆体を供給する段階を含むことを特徴とする相変化メモリ素子の製造方法を提供する。相変化層は、ＭＯＣＶＤ、サイクリック−ＣＶＤ及びＡＬＤのうちいずれかの方法で形成し、このとき、相変化層の組成は、圧力、蒸着温度または反応ガス供給量で調節でき、圧力範囲は、０．００１Ｔｏｒｒ−１０Ｔｏｒｒ、蒸着温度の範囲は、１５０℃−３５０℃、反応ガスの供給量は、０−１ｓｌｍでありうる。【選択図】図２
2008103731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストレージノードに相変化層を含む相変化メモリ素子の製造方法において、
前記相変化層が形成される下部膜上に、ゲルマニウム（Ｇｅ）を含む二価の第１前駆体を供給する段階を含むことを特徴とする相変化メモリ素子の製造方法。
【請求項２】
前記相変化層は、ＧＳＴ膜であり、ＭＯＣＶＤ、サイクリック−ＣＶＤ、及びＡＬＤのうちいずれかの方法で形成す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の製造方法。
【請求項３】
前記相変化層の組成を、圧力で調節す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の製造方法。
【請求項４】
前記相変化層の組成を、蒸着温度で調節す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の製造方法。
【請求項５】
前記相変化層の組成を、反応ガスの供給量で調節す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の製造方法。
【請求項６】
前記第１前駆体を供給する段階で、Ｓｂを含む第２前駆体及びＴｅを含む第３前駆体のうち、少なくともいずれか一つを同時に供給す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の製造方法。
【請求項７】
前記第１前駆体を供給する段階の後、
前記下部膜上に吸着されていない前記第１前駆体をパージする段階と、
Ｓｂを含む第２前駆体及びＴｅを含む第３前駆体のうち、少なくともいずれか一つを供給する段階と、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の製造方法。
【請求項８】
前記第１前駆体は、ＧｅＣｌ２、Ｇｅ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）２、Ｇｅ（Ｎ（Ｍｅ３）２）２、Ｇｅ（ＣＨ（ＳｉＭｅ３）２）２、Ｇｅ（ＣＨ（Ｍｅ３）２）２、Ｇｅ（Ｃｐ）２及びＧｅ（ＥｔＣｐ）２のうちいずれか一つであり、ここで、Ｍｅ、Ｅｔ、Ｃｐ、及びｉＰｒは、それぞれメチル基、エチル基、シクロペンタジエニル基、及びイソプロピル基を示すことを特徴とする請求項１に記載の相変化メモリ素子の製造方法。
【請求項９】
前記圧力の範囲は、０．００１Ｔｏｒｒ−１０Ｔｏｒｒであることを特徴とする請求項３に記載の相変化メモリ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記蒸着温度の範囲は、１５０℃−３５０℃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の製造方法。
【請求項１１】
前記反応ガスの供給量は、０−１ｓｌｍであることを特徴とする請求項５に記載の相変化メモリ素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１前駆体を供給する段階は、
前記下部膜を覆う層間絶縁層を形成する段階と、
前記層間絶縁層に前記下部膜が露出されるホールを形成する段階と、を実施した後に実施す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の製造方法。
【請求項１３】
相変化層の形成方法において、
前記相変化層が形成される下部膜上に、ゲルマニウム（Ｇｅ）を含む二価の第１前駆体を供給する段階を含むことを特徴とする相変化層の形成方法。
【請求項１４】
前記第１前駆体を供給する段階で、Ｓｂを含む第２前駆体及びＴｅを含む第３前駆体のうち、少なくともいずれか一つを同時に供給することを特徴とする請求項１３に記載の相変化層の形成方法。
【請求項１５】
前記第１前駆体を供給する段階の後に、
前記下部膜上に吸着されていない前記第１前駆体をパージする段階と、
Ｓｂを含む第２前駆体及びＴｅを含む第３前駆体のうち、少なくともいずれか一つを供給する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の相変化層の形成方法。
【請求項１６】
前記第１前駆体は、ＧｅＣｌ２、Ｇｅ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）２、Ｇｅ（Ｎ（Ｍｅ３）２）２、Ｇｅ（ＣＨ（ＳｉＭｅ３）２）２、Ｇｅ（ＣＨ（Ｍｅ３）２）２、Ｇｅ（Ｃｐ）２及びＧｅ（ＥｔＣｐ）２のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１３に記載の相変化層の形成方法。
【請求項１７】
前記相変化層は、ＧＳＴ膜であり、ＭＯＣＶＤ、サイクリック−ＣＶＤ及びＡＬＤのうちいずれかの方法で形成することを特徴とする請求項１３に記載の相変化層の形成方法。
【請求項１８】
前記相変化層の組成を、圧力で調節することを特徴とする請求項１３に記載の相変化層の形成方法。
【請求項１９】
前記相変化層の組成を、温度で調節することを特徴とする請求項１３に記載の相変化層の形成方法。
【請求項２０】
前記相変化層の組成を、反応ガスの供給量で調節することを特徴とする請求項１３に記載の相変化層の形成方法。
【請求項２１】
前記圧力の範囲は、０．００１Ｔｏｒｒ−１０Ｔｏｒｒであることを特徴とする請求項１８に記載の相変化層の形成方法。
【請求項２２】
前記温度の範囲は、１５０℃−３５０℃であることを特徴とする請求項１９に記載の相変化層の形成方法。
【請求項２３】
前記反応ガスの供給量は、０−１ｓｌｍであることを特徴とする請求項２０に記載の相変化層の形成方法。
【請求項２４】
前記Ｇｅ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）２は、
ＧｅＣｌ２（ジオキサン）を合成して準備する第１段階と、
無水ＴＨＦに溶けているビス（トリメチルシリル）アミンと当量のメチルリチウムを、前記無水ＴＨＦとビス（トリメチルシリル）アミンとを含む溶液に入れて、混合物を作る第２段階と、
前記第２段階の混合物に前記第１段階のＧｅＣｌ２（ジオキサン）をビス（トリメチルシリル）アミンに対する１／２当量入れて、Ｇｅ［Ｎ（ＳｉＭｅ３）２］２を形成し、沈んだ塩化リチウムは、ろ過させて除去する第３段階と、
溶媒（ＴＨＦ）を減圧蒸発させて除去する第４段階と、を経て形成することを特徴とする請求項１６に記載の相変化層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体メモリ素子の製造方法に係り、さらに詳細には、相変化メモリ素子の製造方法及びこの方法に適用された相変化層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相変化物質（Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）は、結晶状態または非晶質状態によって明確に異なる抵抗を有する。すなわち、相変化物質は、抵抗値により明確に区分される二つの状態を有する。相変化物質の前記二つの状態は、温度によって可逆的に変化できる。
【０００３】
相変化メモリ素子（Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｄｅｖｉｃｅ）、例えば、ＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  ＲＡＭ）は、ビットデータを保存するための手段として、前記の相変化物質で形成された相変化層を含む。
現在、相変化物質として知られている多くの物質のうち代表的なものが、ＧＳＴ（Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５）である。
【０００４】
ＧＳＴ膜は、物理気相蒸着法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）で形成できる。しかし、ＰＶＤ法でＧＳＴ膜が形成される場合、成長を制御し難く、蒸着速度が遅いだけでなく、膜の緻密さ（ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が低下する。
【０００５】
そのため、高品質のＧＳＴ膜を得るために、有機金属化学気相蒸着（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）やサイクリック−ＣＶＤ法が使われる。
【０００６】
従来のＰＲＡＭ製造過程において、このようなＣＶＤ法でＧＳＴ膜が形成される過程を簡略に説明する。
【０００７】
まず、ＣＶＤチャンバにＧＳＴ膜が形成される下部膜が形成された基板がローディングされる。前記基板は、蒸着に必要な温度に加熱される。続いて、シャワーヘッドを通じて前記加熱された基板上にＧＳＴ膜を構成する金属成分を含む前駆体、すなわちゲルマニウム（Ｇｅ）を含む有機金属化合物、アンチモン（Ｓｂ）を含む有機金属化合物、テルル（Ｔｅ）を含む有機金属化合物が同時に供給される。前記基板が蒸着に好適な温度に加熱されているので、前記供給された前駆体は、前記下部膜に吸着されながら分解されて、各前駆体に含まれた金属成分のみ前記下部膜と反応し、残りはチャンバの外側に排出される。
しかし、ＣＶＤ法を利用してＧＳＴ膜が形成される従来のＰＲＡＭの製造方法は、次のような問題点を有する。
【０００８】
Ｇｅを含む有機金属化合物は、４価の化合物であって、一つのＧｅに４個の有機配位子が連結された構造である。かかる構造でのＧｅは、４面体（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ  ｓｉｔｅ）の中心に位置する。したがって、Ｇｅを含む有機金属化合物は、非常に安定している。このように安定した化合物を熱分解させるために、前記化合物を、高温で加熱する必要がある。
【０００９】
したがって、従来のＣＶＤ法を利用したＧＳＴ膜の形成過程において基板の温度は、必ず前記Ｇｅを含む有機金属化合物が分解できるほどに高くなる。前記基板の温度は、４００℃以上である。
【００１０】
一方、ＰＲＡＭの集積度を高めるために、リセット電流を減らさなければならないが、その方法の一つが、ＧＳＴ膜を１００ｎｍ以下の狭いコンタクトホールに充填することである。
【００１１】
このために、前記従来のＧＳＴ膜の形成過程でＧＳＴ膜に対して優れた段差被覆性が確保されることが必要である。ＧＳＴ膜の優れた段差被覆性を確保するために、ＣＶＤ法においては、ＧＳＴ膜を低温で蒸着する必要がある。
【００１２】
しかし、上述のように、従来のＣＶＤ法を利用したＧＳＴ膜の形成過程で、Ｇｅを含む有機金属化合物は、４価の安定した化合物であるため、ＧＳＴ膜の蒸着温度は高くなる。したがって、従来のＣＶＤ法を利用したＧＳＴ膜の形成過程で、直径１００ｎｍ以下のコンタクトホールを充填することができるほどに、優れた段差被覆性を有するＧＳＴ膜を形成することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前記従来技術の問題点を改善するためのものであって、ＣＶＤ法を利用したＧＳＴ膜の形成過程で、ＧＳＴ膜の蒸着温度を下げうる相変化メモリ素子の製造方法を提供することである。
【００１４】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記製造方法に適用された相変化層の形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記技術的課題を達成するために、本発明は、ストレージノードに相変化層を含む相変化メモリ素子の製造方法において、前記相変化層が形成される下部膜上に、Ｇｅを含む二価の第１前駆体を供給する段階を含むことを特徴とする相変化メモリ素子の製造方法を提供する。
【００１６】
この製造方法において、前記相変化層は、ＧＳＴ膜であり、ＭＯＣＶＤ、サイクリック−ＣＶＤ及びＡＬＤのうちいずれかの方法で形成されうる。
【００１７】
前記相変化層の組成は、圧力、蒸着温度、及び反応ガスの供給量のうちいずれか一つで調節されうる。
【００１８】
前記第１前駆体を供給する段階で、Ｓｂを含む第２前駆体及びＴｅを含む第３前駆体のうち、少なくともいずれか一つを同時に供給できる。
【００１９】
前記第１前駆体を供給する段階の後、前記下部膜上に吸着されていない前記第１前駆体をパージする段階と、Ｓｂを含む第２前駆体及びＴｅを含む第３前駆体のうち、少なくともいずれか一つを供給する段階とをさらに含みうる。
【００２０】
前記第１前駆体は、ＧｅＣｌ２、Ｇｅ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）２、Ｇｅ（Ｎ（Ｍｅ３）２）２、Ｇｅ（ＣＨ（ＳｉＭｅ３）２）２、Ｇｅ（ＣＨ（Ｍｅ３）２）２、Ｇｅ（Ｃｐ）２及びＧｅ（ＥｔＣｐ）２のうちいずれか一つであり、ここで、Ｍｅ、Ｅｔ、Ｃｐ、及びｉＰｒは、それぞれメチル基、エチル基、シクロペンタジエニル基及びイソプロピル基を示す。
【００２１】
前記圧力の範囲は０．００１Ｔｏｒｒ−１０Ｔｏｒｒであり、前記蒸着温度の範囲は１５０℃−３５０℃であり、前記反応ガスの供給量は０−１ｓｌｍでありうる。
【００２２】
前記第１前駆体を供給する段階は、前記下部膜を覆う層間絶縁層を形成する段階と、前記層間絶縁層に前記下部膜が露出されるホールを形成する段階とを実施した後に実施できる。
【００２３】
前記他の技術的課題を達成するために、本発明は、相変化層の形成方法において、前記相変化層が形成される下部膜上にＧｅを含む二価の第１前駆体を供給する段階を含むことを特徴とする相変化層の形成方法を提供する。
【００２４】
前記Ｇｅ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）２は、ＧｅＣｌ２（ジオキサン（ｄｉｏｘａｎｅ））を合成して準備する第１段階と、無水ＴＨＦ（テトラヒドロフラン，ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）に溶けているビス（トリメチルシリル）アミンと当量のメチルリチウムを、前記無水ＴＨＦとビス（トリメチルシリル）アミンとを含む溶液に入れて、混合物を作る第２段階と、前記第２段階の混合物に、前記第１段階のＧｅＣｌ２（ジオキサン）をビス（トリメチルシリル）アミンに対する１／２当量入れてＧｅ［Ｎ（ＳｉＭｅ３）２］２を形成し、沈んだ塩化リチウムは、ろ過させて除去する第３段階と、溶媒（ＴＨＦ）を減圧蒸発させて除去する第４段階とを経て形成できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、Ｇｅを含む前駆体として二価の有機金属化合物を使用するので、ＭＯＣＶＤやサイクリック−ＣＶＤ法等のＣＶＤ法を利用したＧＳＴ膜形成工程において、蒸着温度を３００℃以下に、望ましくは、２２０℃−２８０℃に低くすることができる。したがって、本発明におけるＧＳＴ膜は、優れた段差被覆性を有することができる。これにより、本発明は、直径の１００ｎｍ以下であるビアホールにＧＳＴが充填された相変化メモリ素子を形成できる。したがって、本発明の相変化メモリ素子でリセット電流は、小さくなる。リセット電流が小さくなれば、トランジスタの最大収容電流も小さくなる。これにより、トランジスタのサイズを減らすことができるので、ＰＲＡＭの集積度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態による相変化メモリ素子の製造方法及びこの方法に適用された相変化層の形成方法を、添付した図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張して示されている。
【００２７】
まず、相変化メモリ素子の製造方法を説明する。この過程で相変化層製造方法を共に説明する。
【００２８】
図１を参照すれば、ｐ型またはｎ型基板４０の素子分離膜（図示せず）に画定された活性領域の所定領域上にゲート積層物４６を形成する。ゲート積層物４６は、ゲート絶縁膜とゲート電極とを備える。前記素子分離膜とゲート積層物４６との間の基板４０に第１及び第２不純物領域４２、４４を形成する。第１及び第２不純物領域は、基板４０のドーピング物質と反対となるドーピング物質をイオン注入して形成する。第１不純物領域４２はソース領域として、第２不純物領域４４はドレイン領域として使われうるが、その反対に使われてもよい。第１及び第２不純物領域４２、４４は、多様な形状を有しうる。第１及び第２不純物領域４２、４４とゲート積層物４６とは、半導体トランジスタを構成する。
【００２９】
続いて、基板４０上に前記トランジスタを覆う第１層間絶縁層４８を形成する。第１層間絶縁層４８に第１不純物領域４２が露出されるコンタクトホール５０を形成する。コンタクトホール５０は、第１不純物領域４２の代わりに、第２不純物領域４４が露出される位置に形成されてもよい。コンタクトホール５０は、導電性プラグ５２で充填する。
【００３０】
図２を参照すれば、第１層間絶縁層４８上に導電性プラグ５２の露出された上部面を覆う下部電極層５４を形成し、下部電極層５４上に下部電極コンタクト層６０を形成する。下部電極層５４と下部電極コンタクト層６０とは、二つの物質層を順次に積層した後、一度にエッチングして形成してもよい。第１層間絶縁層４８上に下部電極層５４と下部電極コンタクト層６０とを覆う第２層間絶縁層５６を形成する。第２層間絶縁層５６と第１層間絶縁層４８とは、同じ絶縁層で形成してもよい。例えば、第１及び第２層間絶縁層４８、５６は、シリコン酸化物層で形成できる。第２層間絶縁層５６を形成した後、第２層間絶縁層５６に下部電極コンタクト層６０の上部面が露出されるビアホール５８を形成する。続いて、二価の前駆体を含むソース物質ガスを第２層間絶縁層５６上に供給する（６１）。その結果、図３に示すようにビアホール５８に相変化層６２が充填される。
【００３１】
相変化層６２は、ＣＶＤ法あるいは原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）法で形成できる。前記ＣＶＤ法の場合、特にＭＯＣＶＤまたはサイクリック−ＣＶＤ法で形成できる。
【００３２】
具体的には、蒸着チャンバ（図示せず）に基板４０を配置した後、ビアホール５８が形成された第２層間絶縁層５６上に、相変化層６２のソース物質ガス、搬送ガス（Ａｒ）、及び反応ガスである水素ガス（Ｈ２）も供給する。相変化層６２がＡＬＤ法で形成される場合、前記水素ガスは省略可能である。その結果、第２層間絶縁層５６上にビアホール５８を充填する相変化層６２が形成される。このように形成された相変化層６２を化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）などの平坦化方法を利用して、第２層間絶縁層５６が露出されるまで平坦化する。その結果、相変化層６２は、ビアホール５８にのみ残る。
【００３３】
相変化層６２は、ＧＳＴ層であってもよい。この場合、前記ソース物質ガスは、Ｇｅを含む二価の前駆体（以下、第１前駆体）、Ｓｂを含む前駆体（以下、第２前駆体）、Ｔｅを含む前駆体（以下、第３前駆体）である。前記第１ないし第３前駆体は、有機金属化合物であるが、特に前記第１前駆体は、Ｇｅを含む二価の有機金属化合物である。
【００３４】
前記の相変化層６２を形成する過程で、前記第１ないし第３前駆体は、同時に供給してもよく（ＭＯＣＶＤ法）、また各前駆体を一度ずつ順次に供給するか、２つの前駆体を同時に供給してもよい（サイクリック−ＣＶＤ法またはＡＬＤ法）。いずれの場合も前駆体を供給した後、前記ビアホール５８に吸着されていない前駆体をパージする段階を実施する。また、ＡＬＤ法が使われる際には、反応ガスを前記パージ段階後に供給する。
【００３５】
前記第１ないし第３前駆体が供給されるとき、蒸着チャンバ内の蒸着圧力は、０．００１Ｔｏｒｒ−１０Ｔｏｒｒであり、蒸着温度を、１５０℃−３５０℃に維持する。そして、水素ガスの供給率を、０−１０００ｓｃｃｍ（１ｓｌｍ）に維持する。前記第１前駆体は、ＧｅＣｌ２、Ｇｅ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）２、Ｇｅ（Ｎ（Ｍｅ３）２）２、Ｇｅ（ＣＨ（ＳｉＭｅ３）２）２、Ｇｅ（ＣＨ（Ｍｅ３）２）２、Ｇｅ（Ｃｐ）２、及びＧｅ（ＥｔＣｐ）２のうちいずれか一つでありうる。そして、前記第２及び第３前駆体は、それぞれＳｂ（ｉＰｒ）３及びＴｅ（ｉＰｒ）２でありうる。
【００３６】
前記第１前駆体として二価の有機金属化合物を使用するとき、ＧＳＴ膜は、従来よりもはるかに低い温度で形成できるが、これについては発明者の実験例を通じて説明する。
【００３７】
本発明者は、前記第１前駆体としてＧｅ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）２を使用し、前記第２及び第３前駆体として、それぞれＳｂ（ｉＰｒ）３及びＴｅ（ｉＰｒ）２を使用して、ＧＳＴ膜を形成する実験を実施した。
【００３８】
本実験で第１前駆体として使われたＧｅ（Ｎ（ＳｉＭｅ３）２）２は、次の順序を経て合成した。
１．ＧｅＣｌ２（ジオキサン）を合成して用意する。
２．無水ＴＨＦに溶けているビス（トリメチルシリル）アミンと当量のメチルリチウムを、前記無水ＴＨＦとビス（トリメチルシリル）アミンとを含む溶液に入れて混合物を作る。この時、アミンの水素は、取り除かれて塩化リチウムを形成する。
３．前記第２段階の混合物に、前記第１段階のＧｅＣｌ２（ジオキサン）をビス（トリメチルシリル）アミンに対する１／２当量入れて、Ｇｅ［Ｎ（ＳｉＭｅ３）２］２を形成し、沈んだ塩化リチウムは、ろ過させて除去する。
４．前記第３段階の結果物を減圧蒸発させる。
【００３９】
前記合成過程は、次の化学反応式で表すことができる。
【化１】
2008103731.tif 000003
【００４０】
本発明者は、このように合成された前記第１前駆体を利用して形成したＧＳＴ膜の組成が、ＧＳＴ膜の形成条件によってどのように変化するかを確認し、最適の形成条件を探すために、蒸着圧力を変化させながらＧＳＴ膜を形成する第１実験と、蒸着温度を変化させながらＧＳＴ膜を形成する第２実験と、水素ガス供給率を変化させながらＧＳＴ膜を形成する第３実験を実施した。前記第１ないし第３実験は、それぞれ独立的に実施した。
【００４１】
前記第１実験で、蒸着温度及び水素ガス供給率を、それぞれ２８０℃と４００ｓｃｃｍとに維持した。そして、前記第２実験で、蒸着圧力及び水素ガス供給率を、それぞれ５Ｔｏｒｒと４００ｓｃｃｍとに維持した。また前記第３実験で、蒸着温度及び蒸着圧力を、それぞれ２８０℃と５Ｔｏｒｒとに維持した。
【００４２】
図６ないし図８は、前記第１ないし第３実験の結果を示す。各図において、第１プロットＧ１、Ｇ２１、Ｇ３１は、ＧＳＴ膜でのＧｅ含有量の変化を示し、第２プロットＧ２、Ｇ２２、Ｇ３２は、Ｓｂ含有量の変化を示し、第３プロットＧ３、Ｇ２３、Ｇ３３は、Ｔｅ含有量の変化を示す。
【００４３】
図６を参照すれば、蒸着温度及び水素ガスの供給率を、それぞれ２８０℃と４００ｓｃｃｍとに維持し、蒸着圧力を１−５Ｔｏｒｒに変化させながら形成したＧＳＴ膜の場合、Ｔｅ含有量は、６０ｗｔ％でほとんど変わらないが、Ｇｅ含有量は、２０ｗｔ％に増加し、Ｓｂ含有量は、２０−３０ｗｔ％に低くなることが分かる。
【００４４】
図７を参照すれば、蒸着圧力及び水素ガス供給率を、それぞれ５Ｔｏｒｒと４００ｓｃｃｍとに維持し、蒸着温度を２６０℃−３００℃に変化させながら形成したＧＳＴ膜の場合、Ｇｅ含有量は、３０ｗｔ％より少し高い値から１０ｗｔ％以下に低くなり、Ｓｂ含有量は、２０ｗｔ％−３０ｗｔ％から３０ｗｔ％−４０ｗｔ％に高くなり、Ｔｅ含有量は、４０ｗｔ％程度からほぼ６０ｗｔ％まで高くなることが分かる。
【００４５】
図８を参照すれば、蒸着温度及び蒸着圧力を、それぞれ２８０℃と５Ｔｏｒｒとに維持し、水素ガス供給率を０−５００ｓｃｃｍまで変化させながら形成したＧＳＴ膜の場合、Ｇｅ含有量は、２０ｗｔ％まで増加し、Ｓｂ含有量は、３０ｗｔ％−４０ｗｔ％から２０ｗｔ％まで低くなり、Ｔｅ含有量は、６０ｗｔ％より少し低くなることが分かる。
【００４６】
図６ないし図８を比較すると、ＧＳＴ膜がいずれの場合で形成されても、Ｇｅ、Ｓｂ及びＴｅを含む組成を有することが分かる。特に、図８は、水素ガス供給率が５００ｓｃｃｍであるとき、所望の組成を有するＧＳＴ膜（Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５）が形成されることを示す。
【００４７】
したがって、図８に示す条件（蒸着温度：２８０℃、蒸着圧力：５Ｔｏｒｒ、水素ガス供給率：５００ｓｃｃｍ）は、所望の組成のＧＳＴ膜が得られる最適条件となる。
【００４８】
図９は、前記最適条件で形成したＧＳＴ膜の微細構造を示す。図９において、黒い部分（９Ｂ）は、平坦で均一な厚さの部分を示し、白い部分（９Ｗ）は、黒い部分（９Ｂ）より多少高い領域を示す。
【００４９】
図９を参照すれば、ＧＳＴ膜は、全体的に均な一厚さであり、平坦に形成されたことが分かる。
【００５０】
前記のように、ビアホール５８に相変化層６２を形成した後、図４に示すように第２層間絶縁層５６上に相変化層６２を覆う上部電極コンタクト層６４を形成する。上部電極コンタクト層６４上には、上部電極層６６を形成する。
【００５１】
一方、図５に示すように、相変化層６２は、ビアホール５８を充填するだけでなく、ビアホール５８周囲の第２層間絶縁層５６上に拡張されることもある。相変化層６２が、ビアホール５８周囲の第２層間絶縁層５６上に拡張された構造は、以下のようにすして形成できる。
【００５２】
具体的には、前記のようにビアホール５８に相変化層６２を充填する過程で、第２層間絶縁層５６上にビアホール５８を充填する相変化層６２を適正厚さに形成した後、第２層間絶縁層５６が露出されるまで相変化層６２を平坦化する代わりに、相変化層６２上にビアホール５８とその周囲の一定部分を覆うマスク（図示せず）を形成する。そして、前記マスク周囲の相変化層６２を除去する。
【００５３】
上述の説明では多くの事項が具体的に記載されているが、これらは発明の範囲を限定するものというより、望ましい実施形態を例示するものとして解釈されたい。例えば、当業者ならば、図４及び図５に示す構造と異なるストレージノード構造を有する相変化メモリ素子にも、相変化層の形成に対する本発明の技術的思想を適用することができる。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、半導体メモリ素子関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態による相変化メモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態による相変化メモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態による相変化メモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態による相変化メモリ素子の製造方法を段階別に示す断面図である。
【図５】図４で相変化層がビアホールの周囲に拡張された場合を示す断面図である。
【図６】本発明者が実験を通じて形成したＧＳＴ膜の組成変化を圧力によって示すグラフである。
【図７】本発明者が実験を通じて形成したＧＳＴ膜の組成変化を蒸着温度によって示すグラフである。
【図８】本発明者が実験を通じて形成したＧＳＴ膜の組成変化を水素ガス供給率によって示すグラフである。
【図９】本発明者が実験を通じて見つけた最適条件によって形成したＧＳＴ膜の微細構造を示す写真である。
【符号の説明】
【００５６】
４０  基板
４６  ゲート積層物
４２  第１不純物領域
４４  第２不純物領域
４８  第１層間絶縁層
５６  第２層間絶縁層
５０  コンタクトホール
５２  導電性プラグ
５４  下部電極層
５８  ビアホール
６０  下部電極コンタクト層
６２  相変化層６２
６４  上部電極コンタクト層
６６  上部電極層
【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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