(57)【要約】【課題】相変化物質層の形成方法及びこれを用いる相変化メモリ装置の製造方法が開示される。【解決手段】相変化物質層を形成するために、アンチモンとテルルを含むカルコゲンターゲットにスパッタリング工程を行い、前記ターゲットから前記ターゲットを構成する粒子を離脱させる。その後、カルコゲン化合物に含まれたアンチモンの揮発温度より低くかつ前記テルルの揮発される温度条件において前記ターゲットから離脱された粒子を基板上に蒸着させて、テルルの含量が５〜５０％であるカルコゲン化合物を形成する。その結果、テルルの含量が５〜５０％であるカルコゲン化合物を含み、優秀な電気的特性及び優秀な信頼性を有する相変化物質層が形成される。【選択図】図３
2008235904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板及びゲルマニウム、アンチモン、及びテルルを含むカルコゲンターゲットを、前記テルルは揮発されかつ前記アンチモンは揮発されない温度で提供する段階と、
スパッタリング工程を行い、前記基板上にカルコゲン化合物を含む相変化物質層を形成する段階と、を含むことを特徴とする相変化物質層の形成方法。
【請求項２】
前記カルコゲン化合物は、テルルの含量が５〜５０％であることを特徴とする請求項１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項３】
前記カルコゲン化合物は、テルルの含量が５０％未満であることを特徴とする請求項１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項４】
前記温度条件は、２５０〜３５０℃であることを特徴とする請求項１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項５】
前記カルコゲン化合物は、ゲルマニウム−アンチモン−テルル、砒素−アンチモン−テルル、砒素−ゲルマニウム−アンチモン−テルル、スズ−アンチモン−テルル、インジウム−アンチモン−テルル、銀−インジウム−アンチモン−テルル、５Ａ族元素−アンチモン−テルル、及び６Ａ族元素−アンチモン−テルルからなる群より選択されたいずれか一種を含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項６】
前記スパッタリング工程を行う段階は、
前記カルコゲンターゲットを構成する粒子を基板上に蒸着して予備カルコゲン化合物を形成する段階と、
前記予備カルコゲン化合物に含まれたテルルが前記温度条件によって少なくとも一部が揮発されることによってテルルの含量が５〜５０％が含まれたカルコゲン化合物を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項７】
前記カルコゲンターゲットは、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の化学式を有するカルコゲン化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項８】
前記カルコゲンターゲットは、ＧｅＴｅの化学式を有する第１カルコゲンターゲットとＳｂ２Ｔｅ３の化学式を有する第２カルコゲンターゲットを含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項９】
前記相変化物質層に含まれたカルコゲン化合物は、ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、及びテルル３０〜５０％を含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項１０】
前記ターゲットは、酸素、シリコン、及び炭素からなる群より選択された少なくとも一種の不純物を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項１１】
前記相変化物質層は、
ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、及びテルル３０〜５０％を含むカルコゲン化合物８６〜９８％、
前記不純物２〜１４％を含むことを特徴とする請求項１０に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項１２】
前記スパッタリング工程は、
アルゴンガスと窒素ガスを前記基板及び前記カルコゲンターゲットを含む環境に導入する段階と、
前記アルゴンガスと窒素ガスをプラズマ状態に励起させる段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項１３】
前記アルゴンガスに対する窒素ガスの流量比は、１：０．３〜１：２．０であることを特徴とする請求項１２に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項１４】
前記相変化物質層は、
前記ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、テルル３０〜５０％を含むカルコゲン化合物９０〜９８％と、
前記窒素２〜１０％を含むことを特徴とする請求項１１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項１５】
前記相変化物質層は、７０〜１２０ｎｍの厚さを有するように形成することを特徴とする請求項１に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項１６】
ゲルマニウム、アンチモン、及びテルルを含むカルコゲンターゲットを含むチャンバ内の基板上に下部電極を形成する段階と、
前記チャンバに、前記テルルは揮発されかつ前記アンチモンは揮発されない温度を提供する段階と、
スパッタリング工程を行い、前記基板上にカルコゲン化合物を含む相変化物質層を形成する段階と、
前記相変化物質層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１７】
前記カルコゲン化合物は、テルルの含量が５〜５０％であることを特徴とする請求項１６に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項１８】
前記温度条件は、２５０〜３５０℃であることを特徴とする請求項１６に記載の相変化物質層の形成方法。
【請求項１９】
前記カルコゲンターゲットは、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の化学式を有するカルコゲン化合物からなることを特徴とする請求項１６に記載の相変化メモリ装置の製造方法。
【請求項２０】
前記ターゲットは、酸素、シリコン、及び炭素からなる群より選択された少なくとも一種の不純物を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の相変化メモリ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変化物質層の形成方法及びこれを用いる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、スパッタリング蒸着工程を行って優れる特性を有する相変化物質層を得ることができる相変化物質層の形成方法及びこれを用いる相変化メモリ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体メモリ装置は、電源供給が中断された場合、保存データの維持可否によって一般的にＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）装置またはＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）装置のような揮発性半導体メモリ装置とフラッシュメモリ装置またはＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）装置のような不揮発性半導体メモリ装置に区分することができる。デジタルカメラ、携帯電話、またはＭＰ３プレイヤーのような電子機器に用いられる半導体メモリ装置としては、不揮発性メモリ素子であるフラッシュメモリ装置が主に用いられている。しかし、前記フラッシュメモリ装置は、データを書き込むか、これを読み出す過程にて比較的長い時間が要求されるので、このようなフラッシュ装置を代替するためにＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＦＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）またはＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇａｂｌｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）装置のような新しい半導体装置が開発されてきた。
【０００３】
不揮発性半導体メモリ装置の一つである前記ＰＲＡＭ装置は、カルコゲン化合物の相転移による非晶質状態と結晶状態との抵抗差を用いてデータを保存する。即ち、前記ＰＲＡＭ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ン化合物であるゲルマニウム（Ｇｅ）−アンチモン（Ｓｂ）−テルル（Ｔｅ）（ＧＳＴ）からなる相変化物質層の可逆的相変化（ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  ｐｈａｓｅ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）を用いてデータを「０」と「１」の状態に保存する。具体的に、抵抗の大きい非晶質状態への転換に要求されるリセット電流と抵抗の小さい結晶状態に変えるセット電流は、下に位置するトランジスタから小さいサイズを有する下部電極を経て相変化物質層に伝達されて相変化が起きる。前記下部電極の上部領域は相変化物質層に連結され、前記下部領域は前記トランジスタに接触されるコンタクトに連結される。このような従来のＰＲＡＭ装置及びそれの製造方法は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４に開示されている。
【０００４】
前述した特許文献に開示されたＰＲＡＭ装置の製造方法において、前記Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅで構成された相変化物質層は、スパッタリング工程または蒸発蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程のような物理気相蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）工程を行って形成する。前記物理気相蒸着（ＰＶＤ）方法を用いて相変化物質層を形成する場合には、前記相変化物質層内のゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、及びテルル（Ｔｅ）の組成比を正確に制御しにくいため、前記相変化物質層の特性が低下する。
【０００５】
具体的に、相変化物質層（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ）は、ゲルマニウム−テルル（ＧｅＴｅ）とアンチモン−テルル（Ｓｂ２Ｔｅ３）との結合物である擬二元系（ｐｓｅｕｄｏｂｉｎａｒｙ）物質であって、それの組成比において、化学式ＧｅｘＳｂｙＴｅ（１００−ｘ−ｙ）のｘ及びｙが１００以下の範囲で自由な値を有することができない。これは、前記相変化物質層（Ｇｅ−Ｔｅ−Ｔｅ）の各組成が相変化度（ｐｈａｓｅ  ｄｉａｇｒａｍ）でゲルマニウム−テルル（ＧｅＴｅ）及びアンチモン−テルル（Ｓｂ２Ｔｅ３）を連結する擬二元系線上で決定され、これから外れる組成は約上下１０％のみ許容されるためである（非特許文献１）。
【０００６】
図１は、組成広がり方法（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｐｒｅａｄ  ｍｅｔｈｏｄ）によって製造可能な相変化物質層のＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ組成図である。
図１を参照すると、相変化記憶素子に広く用いられる相変化物質であるＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の場合、それの組成比はＧｅ及びＳｂが２２％、Ｔｅが５６％であり、Ｎ、Ｃ、Ｏ、Ｓｉなどの不純物をドープする場合、ドープされた不純物の量だけそれの組成比が減少する。ここで、相変化物質層を製造する既存の方法において、３種のゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）ターゲットを用いてスパッタリング割合を制御することで組成変化を試みる場合、擬２元系線から外れる組成変化は、前記テルル（Ｔｅ）は５０〜６５％の範囲内でのみ可能である。これは、根本的に相変化物質層（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ）を構成するＧｅＴｅ及びＳｂ２Ｔｅ３で二つの化合物いずれもテルル（Ｔｅ）を含むので、前記テルル（Ｔｅ）の含量を５０％以下に減少させにくいためである。
【０００７】
なお、前記組成比を比較的容易に制御しうる特許文献５に開示されている技術を用いても前記テルルが前述した擬２元系線から大きく外れない組成を有する相変化物質層を形成しにくい。
【特許文献１】大韓民国特許第４３７４５８号明細書
【特許文献２】大韓民国特許出願公開第２００５−３１１６０号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８２５，０４６号明細書
【特許文献４】米国特許第５，５９６，５２２号明細書
【特許文献５】大韓民国公開特許２００６−５９９３９６号明細書
【非特許文献１】ＩＥＥ  Ｐｒｏｃ．−Ｓｃｉ．Ｍｅａｓ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１５１，３９４（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の第１目的は、カルコゲン化合物に含まれたテルルが特定温度にて揮発されるという特性を用いてテルルの含量が５０％未満である相変化物質層の形成方法を提供することにある。
本発明の第２目的は、テルルが特定温度で揮発されるという特性を用いて形成された相変化物質層を含む半導体メモリ装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した本発明の第１目的を達成するための本発明の望ましい実施の態様による相変化物質層の形成方法において、基板及びゲルマニウム、アンチモン、及びテルルを含むカルコゲンターゲットを、前記テルルは揮発されかつ前記アンチモンは揮発されない温度で提供する。スパッタリング工程を行い、前記基板上にカルコゲン化合物を含む相変化物質層を形成する。
【００１０】
一実施の態様で、前記カルコゲン化合物は、テルルの含量が５〜５０％であることができる。
一実施の態様で、前記カルコゲン化合物は、テルルの含量が５０％未満であることができる。
一実施の態様で、前記温度条件は、２５０〜３５０℃であることができる。
【００１１】
一実施の態様で、前記カルコゲン化合物は、ゲルマニウム−アンチモン−テルル、砒素−アンチモン−テルル、砒素−ゲルマニウム−アンチモン−テルル、スズ−アンチモン−テルル、インジウム−アンチモン−テルル、銀−インジウム−アンチモン−テルル、５Ａ族元素−アンチモン−テルル、及び６Ａ族元素−アンチモン−テルルからなる群より選択されたいずれか一種を含むことができる。
【００１２】
一実施の態様で、前記スパッタリング工程を行うとき、前記カルコゲンターゲットを構成する粒子を基板上に蒸着して予備カルコゲン化合物を形成し、前記予備カルコゲン化合物に含まれたテルルが前記温度条件によってテルル含量が５〜５０％が含まれたカルコゲン化合物を形成することができる。
【００１３】
一実施の態様で、前記カルコゲンターゲットは、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の化学式を有するカルコゲン化合物を含むことができる。
一実施の態様で、前記カルコゲンターゲットは、ＧｅＴｅの化学式を有する第１カルコゲンターゲットとＳｂ２Ｔｅ３の化学式を有する第２カルコゲンターゲットを含むことができる。
【００１４】
一実施の態様で、前記相変化物質層に含まれたカルコゲン化合物は、ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、及びテルル３０〜５０％を含むことができる。
【００１５】
一実施の態様で、前記ターゲットは、酸素、シリコン、及び炭素からなる群より選択された少なくとも一種の不純物を更に含むことができる。
【００１６】
一実施の態様で、前記相変化物質層は、ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、及びテルル３０〜５０％を含むカルコゲン化合物８６〜９８％、前記不純物２〜１４％を含むことができる。
【００１７】
一実施の態様で、前記スパッタリング工程を行うとき、前記基板及び前記カルコゲンターゲットを含む環境にアルゴンガスと窒素ガスを導入し、前記アルゴンガスと窒素ガスをプラズマ状態に励起させることができる。
【００１８】
一実施の態様で、前記アルゴンガスに対する窒素ガスの流量比は、１：０．３〜１：２．０であることができる。
【００１９】
一実施の態様で、前記相変化物質層は、前記ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、テルル３０〜５０％を含むカルコゲン化合物９０〜９８％と、前記窒素２〜１０％を含むことができる。
【００２０】
一実施の態様で、前記相変化物質層は、７０〜１２０ｎｍの厚さを有するように形成することができる。
【００２１】
本発明の他の目的を達成するための相変化メモリ装置の製造方法において、ゲルマニウム、アンチモン、及びテルルを含むカルコゲンターゲットを含むチャンバ内の基板上に下部電極を形成する。前記チャンバに、前記テルルは揮発されかつ前記アンチモンは揮発されない温度を提供する。スパッタリング工程を行い、前記基板上にカルコゲン化合物を含む相変化物質層を形成する。前記相変化物質層上に上部電極を形成する。
【００２２】
一実施の態様で、前記カルコゲン化合物は、テルルの含量が５〜５０％であることができる。
一実施の態様で、前記温度条件は、２５０〜３５０℃であることができる。
【００２３】
一実施の態様で、前記カルコゲンターゲットは、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の化学式を有するカルコゲン化合物で形成することができる。
一実施の態様で、前記ターゲットは、酸素、シリコン、及び炭素からなる群より選択された少なくとも一種の不純物を更に含むことができる。
【００２４】
一実施の態様で、前記スパッタリング工程を行うとき、前記チャンバ内にアルゴンガスと窒素ガスを導入し、前記チャンバに流入されたアルゴンガスと窒素ガスをプラズマ状態に励起させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付する図面を参照して本発明の望ましい実施形態による相変化物質層の形成方法、これを用いる相変化メモリ装置の製造方法について詳細に説明する。
【００２６】
［相変化物質層］
図２は、本発明の一実施形態による相変化物質層を示す断面図である。
図２を参照すると、相変化物質層２０は、カルコゲン化合物またはカルコゲン化合物と不純物を含む組成を有する。前記カルコゲン化合物の例としては、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ａｓ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ａｓ−Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ、５Ａ族元素−Ｓｂ−Ｔｅ、６Ａ族元素−Ｓｂ−Ｔｅなどを挙げることができる。このうち、代表的なカルコゲン化合物はゲルマニウム（Ｇｅ）−アンチモン（Ｓｂ）−テルル（Ｔｅ）である。
【００２７】
また、前記カルコゲン化合物は提供される熱に依存してそれの結晶状態が変わる特性を有する。前記カルコゲン化合物に提供される熱は電流によって制御することができる。よって、供給される電流の大きさ及び供給時間に依存して前記カルコゲン化合物（ＧＳＴ）の結晶状態が変わる。前記カルコゲン化合物は、それの結晶状態に応じて比抵抗の大きさが異なるため（例えば、結晶状態は比抵抗が低く、非晶質状態は比抵抗が高い）、互いに異なる論理状態の判別が可能であり、よって記憶素子として用いることができる。
【００２８】
本発明の相変化物質層２０は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）で構成され、テルルの含量が５〜５０％であるカルコゲン化合物を含む組成を有する。望ましくは、前記相変化物質層２０は、テルルの含量が２０〜５０％であるカルコゲン化合物及び不純物を含む組成を有し、より望ましくは、テルルの含量が３０〜５０％であるカルコゲン化合物及び不純物を含む組成を有する。前記相変化物質層に含まれた不純物の例としては、酸素、シリコン、炭素、窒素などを挙げることができる。これらは、単独または２つ以上を含むことができる。
【００２９】
前記相変化物質層は、下記の化学式１に示されるカルコゲン化合物を含み、望ましくは前記カルコゲン化合物８６〜９８％及び不純物２〜１４％を含む。
【００３０】
ＧｅｘＳｂｙＴｅ（１００−ｘ−ｙ）…（化学式）
（前記化学式において、ｘは２５〜３５であり、ｙは２５〜３５である）
【００３１】
一例として、前記化学式１で示されるカルコゲン化合物は、カルコゲン化合物１００重量％に対してゲルマニウム２５〜４０％、アンチモン２５〜４０％及びテルル２０〜５０％を含む組成を有することができ、望ましくは、ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％及びテルル３０〜５０％を含む組成を有することができる。即ち、前記カルコゲン化合物は、ゲルマニウム、アンチモン、及びテルルに対して１：１：１〜２の組成比を満たすことができる。
【００３２】
また、前記相変化物質層は、ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、及びテルル３０〜５０％で構成されたカルコゲン化合物８６〜９８％、及び不純物２〜１４％を含む組成を有することができる。ここで、前記カルコゲン化合物に含まれたテルルの含量は相変化物質層を形成するのに適用される不純物の含量、工程温度、及び蒸着速度によって変えることができる。
【００３３】
前記相変化物質層は、不順物のドープされたゲルマニウム−アンチモン−テルル膜、不純物のドープされたカルコゲン薄膜または不純物のドープされたＧＳＴ相変化膜を示す。
【００３４】
一例として、前記不純物が窒素である場合、前記相変化物質層は、ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、及びテルル３０〜５０％で構成されたカルコゲン化合物９０〜９８％、及び窒素２〜１０％を含む組成を有することができる。
【００３５】
また、前記不純物が炭素である場合、前記相変化物質層は、ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、及びテルル３０〜５０％で構成されたカルコゲン化合物８５〜９８％、及び炭素２〜１５％を含む組成を有することができる。
【００３６】
前述したように、テルル（Ｔｅ）の含量が５〜５０％であるカルコゲン化合物（ＧＳＴ）を含む相変化物質層は、前記組成によって優秀な結晶性及び優秀な電気的特性を有する相変化メモリ装置の製造時に適用することができる。
【００３７】
［相変化物質層の形成方法］
図３は、本発明の一実施形態による相変化物質層の形成方法を説明するための工程フローチャートである。
図３を参照すると、前記相変化物質層が形成される基板をスパッタリング工程を行うための反応チャンバ内にロードさせる（段階Ｓ１１０）。
【００３８】
前記反応チャンバは、基板ステージ、カルコゲンターゲット、直流電源（ＤＣ）供給部を含む。前記基板ステージは、前記相変化物質層を形成するために反応チャンバ内にロードされる基板を支持する。
【００３９】
一例として、前記カルコゲンターゲットは、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の化学式を有するカルコゲン化合物で構成することができる。ここで、前記Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の化学式を有するカルコゲン化合物は、ゲルマニウム２２％、アンチモン２２％、及びテルル５６％を含むことができる。他の例として、前記カルコゲンターゲットはＧｅＴｅの化学式を有する第１カルコゲンターゲットとＳｂ２Ｔｅ３の化学式を有する第２カルコゲンターゲットを含むことができる。
【００４０】
また、前記カルコゲンターゲットは、酸素、シリコン、炭素、窒素などの不純物を更に含むことができる。前記不純物はスパッタリング工程を行って相変化物質層を形成する場合、カルコゲン化合物粒子の安定化時間を制御する役割を果たす。
【００４１】
前記直流電源供給部は、前記カルコゲンターゲットに負の高電圧を印加して前記基板ステージと前記カルコゲンターゲットに高電圧差を有するようにするユニットである。
【００４２】
その後、前記スパッタリング工程温度を前記カルコゲン化合物に含まれたテルル（Ｔｅ）が揮発しうる温度に維持させる（段階Ｓ１２０）。即ち、カルコゲン化合物に含まれたアンチモンの揮発温度より低くかつ前記テルルの揮発される温度条件に維持させる。
【００４３】
一般的に、前記カルコゲン化合物（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ）を構成するゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）元素の融点はそれぞれ９３８℃、６３１℃、４５０℃であり、粒子の大きさが小さいほど融点が低くなる。同時に前記カルコゲン化合物の場合、ガラス化温度が存在する。よって、前記ガラス化温度以上でカルコゲン化合物を構成するゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）元素は揮発する可能性がある。ここで、前記カルコゲン化合物に含まれたテルル（Ｔｅ）は約２５０〜３００℃で最も低い揮発温度を有する。
【００４４】
よって、本実施形態では、前記カルコゲン化合物に含まれたテルル（Ｔｅ）の揮発温度より高く、前記アンチモン（Ｓｂ）の揮発温度より低い温度である２５０〜３５０℃でスパッタリング工程を行うことを特徴とする。前記工程温度は、前記基板ステージに含まれたヒーターによって約２５０〜３５０℃に維持することができる。
【００４５】
その後、スパッタリング工程を行うために、反応チャンバ内にアルゴンイオンを含むプラズマを形成する（段階Ｓ１３０）。
具体的に、前記カルコゲンターゲットに負の電圧を印加する。前記印加電圧（ＤＣ）は、約３００〜７００Ｗであり、望ましくは約５００Ｗである。これによって、前記基板ステージと前記カルコゲンターゲットとの間に該当する反応チャンバの内部には高い電圧差が発生する。
【００４６】
その後、前記高電圧差の発生した反応チャンバ内にアルゴンガスを流入する。前記反応チャンバ内に流入されたアルゴンガスは、アルゴンイオン（Ａｒ＋）を含むプラズマ状態に励起される。ここで、前記電圧印加及び前記アルゴンガスの流入は実質的に同時に行うことができる。
【００４７】
一例として、前記プラズマを形成するために、前記アルゴンガスは、反応チャンバ内に約３０〜８０ｓｃｃｍ、望ましくは約４０〜６０ｓｃｃｍ流入することができる。また、前記プラズマを形成するために窒素ガス（Ｎ２）を更に流入することができる。ここで、前記窒素ガスは、前記反応チャンバ内に約１０〜１００ｓｃｃｍ、望ましくは約２５〜８０ｓｃｃｍ流入することができる。
【００４８】
一例として、前記アルゴンガスと窒素ガスとがともに反応チャンバ内に流入される場合、約１：０．３〜１：２．０の流量比で、望ましくは約１：０．３５〜１：１．５の流量比で流入することができる。
【００４９】
ここで、前記窒素ガスは、知られたように、相変化物質層の信頼性を向上させる役割の他にも、相変化物質層の形成時、前記カルコゲンターゲットから離脱する粒子を前記基板上に蒸着される速度（蒸着率）を減少させて、蒸着されるカルコゲン化合物に形成する時間を増加させる役割を果たす。即ち、前記窒素ガスは、前記粒子に含まれたテルルが前記温度で揮発される特性をより向上させて相変化物質層を構成するカルコゲン化合物のテルル含量を５０％以下に調節するようにする。
【００５０】
その後、前記アルゴンイオンを含むプラズマの形成された反応チャンバ内で前記テルル５〜５０％が含有されたカルコゲン化合物を含む相変化物質層を形成する（段階Ｓ１４０）。
【００５１】
具体的に、前記プラズマに含まれたアルゴンイオン（Ａｒ＋）は速い速度でカルコゲンターゲット表面に衝突する。これによって、前記カルコゲンターゲットを構成する粒子は、前記カルコゲンターゲットから離脱して前記基板上に物理的に蒸着される。
【００５２】
前記ターゲットから離脱した粒子を前記基板上に蒸着され、予備カルコゲン化合物に形成される。ここで、前記基板上に形成された予備カルコゲン化合物は、不安定な状態を有するので、約２５０〜３００℃の温度で露出される場合、前記予備カルコゲン化合物に含まれたテルルの一部は前記温度によって揮発して除去される可能性がある。その結果、前記基板上にはテルル約５〜５０％が含有されたカルコゲン化合物を含む相変化物質層が形成され、望ましくは、テルル約３０〜５０％が含有されたカルコゲン化合物を含む相変化物質層が形成される。
【００５３】
一例として、前述したスパッタリング工程条件で形成された相変化物質層は、ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、及びテルル３０〜５０％を含むゲルマニウム−アンチモン−テルルのカルコゲン化合物を含む組成を有する。望ましくは、相変化物質層は、ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、及びテルル３０〜５０％を含むカルコゲン化合物（ＧＳＴ）８６〜９８％、及び不純物２〜１４％を含む組成を有する。また、より望ましくは、相変化物質層は、ゲルマニウム２５〜３５％、アンチモン２５〜３５％、及びテルル３０〜５０％を含むカルコゲン化合物（ＧＳＴ）９０〜９８％、及び窒素２〜１０％を含む組成を有する。
【００５４】
また、一例として、前記相変化物質層は、前記テルル（Ｔｅ）３０〜５０％、アンチモン（Ｓｂ）２４〜３１％、ゲルマニウム（Ｇｅ）２４〜３１及び窒素（Ｎ）２〜８％を含む組成を有することができる。
【００５５】
図４は、本発明における、窒素ガスの流量による相変化物質層に含まれた窒素の含量変化を示すグラフである。図４で、ｘ軸は窒素ガスの流量（ＳＣＣ）を示し、ｙ軸は相変化物質層に含まれた窒素の濃度（％）を示す。
【００５６】
図４を参照すると、窒素ガスの流量を増加させかつカルコゲン化合物（Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５）ターゲットを用いたスパッタリング工程によって相変化物質層を形成する場合、前記相変化物質層に含まれた窒素の含量は増加することがわかる。即ち、窒素ガスの使用量と相変化物質層に含まれた窒素の含量比とは比例することがわかる。
【００５７】
図５は、窒素ガスの流量による相変化物質の蒸着速度の変化を示すグラフである。図５でｘ軸は、窒素ガスの流量を示し、ｙ軸は相変化物質の蒸着速度を示す。
【００５８】
図５を参照すると、窒素ガスの流量を増加させかつカルコゲン化合物（Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５）ターゲットを用いるスパッタリング工程によって相変化物質層を形成する場合、前記相変化物質層を形成するための相変化物質の蒸着速度（Å／ｓｅｃ）は減少することがわかる。即ち、窒素ガスの使用量と相変化物質の蒸着速度とは反比例することがわかる。
【００５９】
図６は、窒素の含量による相変化物質層（ＧＳＴ）抵抗変化を示すグラフである。図６で、ｘ軸は窒素の含量を示し、ｙ軸は相変化物質層の抵抗を示す。
【００６０】
図６を参照すると、窒素ガスの流量を増加させかつカルコゲン化合物（Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５）ターゲットを用いたスパッタリング工程で相変化物質層を形成する場合、形成された相変化物質層は、抵抗が増加することがわかる。即ち、前記相変化物質層に含まれた窒素の含量が増加するほど相変化物質層の面抵抗が増加することがわかる。
【００６１】
［相変化半導体メモリ装置の製造方法］
図７ないし図１４は、本発明の一実施形態による相変化半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【００６２】
図７を参照すると、半導体基板３００に素子分離膜３０３を形成して半導体基板３００をアクティブ領域及びフィールド領域に区分する。素子分離膜３０３は、ートレンチ素子分離（ＳＴＩ）工程またはシリコン部分酸化法（ＬＯＣＯＳ）のような素子分離工程を用いて形成される。例えば、素子分離膜３０３は、シリコン酸化物を用いて形成される。
【００６３】
半導体基板３００の前記アクティブ領域上にゲート絶縁膜（図示せず）、ゲート導電膜（図示せず）及びゲートマスク層（図示せず）を順次形成する。前記ゲート絶縁膜は、酸化物または高い誘電常数を有する金属酸化物を用いて形成する。例えば、前記ゲート絶縁膜はシリコン酸化物、ハフニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、チタン酸化物、タンタル酸化物またはアルミニウム酸化物を用いて形成される。前記ゲート絶縁膜は、熱酸化工程、化学気相蒸着工程、スパッタリング工程、プラズマ化学気相蒸着工程、原子層積層工程または高密度プラズマ化学気相蒸着工程を用いて形成される。前記ゲート導電膜は、ドープされたポリシリコン、金属または金属シリサイドを用いて形成される。例えば、前記ゲート導電膜は、タングステン、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、またはコバルトシリサイドを用いて形成される。前記ゲート導電膜は、化学気相蒸着工程、スパッタリング工程、プラズマ化学気相蒸着工程、または原子層積層工程を用いて形成される。前記ゲートマスク層は、前記ゲート導電膜及び前記ゲート絶縁膜に対してエッチング選択比を有する物質を用いて形成される。例えば、前記ゲートマスク層はシリコン窒化物、シリコン酸窒化物、またはチタン酸窒化物を用いて形成される。前記ゲートマスク層は、化学気相蒸着工程、プラズマ化学気相蒸着工程、スパッタリング工程、または原子層積層工程を用いて形成される。
【００６４】
前記ゲートマスク層、前記ゲート導電膜、及び前記ゲート絶縁膜をパターニングして半導体基板３００上に順次にゲート絶縁膜パターン３０６、ゲート電極３０９、ゲートマスク３１２を形成する。
【００６５】
ゲートマスク３１２を覆いかつ半導体基板３００上に第１絶縁膜を形成した後、前記第１絶縁膜を異方性エッチングしてゲート絶縁膜パターン３０６、ゲート電極３０９、及びゲートマスク３１２の側壁上にゲートスペーサ３１５を形成する。これによって、半導体基板３００のアクティブ領域上にはゲート絶縁膜パターン３０６、ゲート電極３０９、ゲートマスク３１２、及びゲートスペーサ３１５を具備するゲート構造物３１８が形成される。前記第１絶縁膜はシリコン窒化物のような窒化物を用いて形成される。
【００６６】
ゲート構造物３１８は、イオン注入マスクに用いるイオン注入工程によってゲート構造物３１８の間に露出された半導体基板３００に第１及び第２不純物領域（３２１、３２４）を形成する。その結果、半導体基板３００上にはゲート構造物３１８と第１及び第２不純物領域（３２１、３２４）を含むトランジスタが形成される。例えば、第１及び第２不純物領域（３２１、３２４）は、それぞれ前記トランジスタのソース及びドレイン領域に該当する。
【００６７】
図８を参照すると、ゲート構造物３１８を覆いかつ半導体基板３００上に第１層間絶縁膜３２７を形成する。第１層間絶縁膜３２７は、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＴＥＯＳ、ＰＥ−ＴＥＯＳ、ＵＳＧ、ＦＯＸ、ＳＯＧまたはＨＤＰ−ＣＶＤ酸化物のような酸化物を用いて形成する。第１層間絶縁膜３２７は、化学気相蒸着工程、プラズマ化学気相蒸着工程、原子層積層工程、または高密度プラズマ化学気相蒸着工程を用いて形成される。
【００６８】
フォトリソグラフィ工程を用いて第１層間絶縁膜３２７を部分的にエッチングすることで、第１層間絶縁膜３２７に第１及び第２不純物領域（３２１、３２４）をそれぞれ露出させる第１及び第２コンタクトホール（３３０、３３３）を形成する。第１コンタクトホール３３０は、第１不純物領域３２１を露出させ、第２コンタクトホール３３３は、第２不純物領域３２４を露出させる。
【００６９】
第１及び第２コンタクトホール（３３０、３３３）を満たしかつ第１層間絶縁膜３２７上に、不純物でドープされたポリシリコン、金属または導電性金属窒化物を用いて第１導電膜３３６を形成する。第１導電膜３３６は、スパッタリング工程、化学気相蒸着工程、プラズマ化学気相蒸着工程、原子層積層工程、電子ビーム蒸着工程、またはパルスレーザー蒸着工程を用いて形成される。例えば、第１導電膜３３６は、タングステン、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物、アルミニウム、チタンアルミニウム窒化物、タングステン窒化物、タンタル窒化物、またはアルミニウム窒化物を用いて形成される。これらは単独または互いに混合して用いることができる。
【００７０】
図９を参照すると、化学機械的研磨工程またはエッチバック工程を用いて第１層間絶縁膜３２７が露出するまで第１導電膜３３６を部分的に除去する。これによって、第１及び第２コンタクトホール（３３０、３３３）にそれぞれ埋立てられる第１及び第２コンタクト（３３９、３４２）が形成される。第１コンタクト３３９は、第１不純物領域３２１上に位置し、第２コンタクトホール３４２は、第２不純物領域３２４上に形成される。
【００７１】
第１及び第２コンタクト（３３９、３４２）と第１層間絶縁膜３２７上に第２導電膜３４５を形成する。第２導電膜３４５は、ドープされたポリシリコン、金属、または導電性金属窒化物を化学気相蒸着工程、スパッタリング工程、原子層積層工程、電子ビーム蒸着工程、またはパルスレーザー蒸着工程で蒸着して形成される。
【００７２】
第２導電膜３４５上に第２絶縁膜（図示せず）を形成した後、フォトリソグラフィ工程を通じて前記第２絶縁膜をエッチングすることで、第２導電膜上に第１及び第２絶縁膜パターン（３４８、３４９）を形成する。前記第２絶縁膜は、窒化物または酸窒化物を化学気相蒸着工程、プラズマ化学気相蒸着工程、原子層積層工程、または高密度プラズマ化学気相蒸着工程によって形成される。第１絶縁膜パターン３４８は、第２導電膜３４５のうち、下に第１コンタクト３３９の位置する部分上に形成され、第２絶縁膜パターン３４９は、第２導電膜３４５のうち、下に第２コンタクト３４２が形成された部分上に位置する。
【００７３】
図１０を参照すると、第１及び第２絶縁膜パターン（３４８、３４９）をエッチングマスクとして用いて第２導電膜３４５をエッチングすることで、パッド３５１と下部配線３５２とを同時に形成する。パッド３５１は、第１コンタクト３９９及び第１層間絶縁膜３２７上に位置し、下部配線３５２は、第２コンタクト３４２と第１層間絶縁膜３２７上に位置する。よって、パッド３５１は、第１下部配線３３９を通じて第１不純物領域３２１に電気的に接続され、下部配線３５２は、第２コンタクト３４２を通じて第２不純物領域３２４に電気的に接続される。
【００７４】
第１及び第２絶縁膜パターン（３４８、３４９）を覆いかつ第１層間絶縁膜３２７上に第２層間絶縁膜３５４を形成する。第２層間絶縁膜３５４は、酸化物を化学気相蒸着工程、プラズマ化学気相蒸着工程、原子層積層工程、または高密度プラズマ化学気相蒸着工程で蒸着して形成される。例えば、第２層間絶縁膜３５４は、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＵＳＧ、ＳＯＧ、ＦＯＸ、ＴＥＯＳ、ＰＥ−ＴＥＯＳ、またはＨＤＰ−ＣＶＤ酸化物を用いて形成される。
【００７５】
第１及び第２絶縁膜パターン（３４８、３４９）が露出するまでエッチバック工程または化学機械的研磨工程を用いて第２層間絶縁膜３５４を部分的に除去する。例えば、第２層間絶縁膜３４０は、酸化物と窒化物との間に高いエッチング選択比を有するセリアを含有する研磨剤を含むスラリーを用いて研磨され、第１及び第２絶縁膜パターン（３４８、３４９）がそれぞれ研磨阻止膜として機能する。
【００７６】
第２層間絶縁膜３５４、第１絶縁膜パターン３４８及び第２絶縁膜パターン３４９上に第３絶縁膜３５７を形成する。第２絶縁膜３５７は、窒化物や酸窒化物を化学気相蒸着工程、プラズマ化学気相蒸着工程、原子層積層工程または高密度プラズマ化学気相蒸着工程で蒸着して形成される。
【００７７】
第３絶縁膜３５７上に酸化物を用いて犠牲膜３６０を形成する。犠牲膜３６０は、化学気相蒸着工程、プラズマ化学気相蒸着工程、原子層積層工程または高密度化学気相蒸着工程を用いて形成される。
【００７８】
図１１を参照すると、フォトリソグラフィ工程で犠牲膜３６０、第３絶縁膜３５７及び第１絶縁膜パターン３４８を部分的にエッチングすることで、パッド３５１を露出させる開口３６１を形成する。
【００７９】
開口３６１を満たしかつパッド３５１と犠牲膜３６０上に第４絶縁膜を形成した後、前記第４絶縁膜を異方性エッチング工程でエッチングして開口３６１の側壁上に予備スペーサ３６３を形成する。例えば、前記第４絶縁膜は、シリコン窒化物を用いて形成される。
【００８０】
パッド３５１及び犠牲膜３６０上を覆い、かつ開口を埋立てる第３導電膜３６６を形成する。第３導電膜３６６は、不純物でドープされたポリシリコン、金属または金属窒化物を用いて形成される。例えば、第３導電膜３６６は、タングステン、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物、モリブデン窒化物、ニオビウム窒化物、チタンシリコン窒化物、アルミニウム、チタンアルミニウム窒化物、チタンボロン窒化物、ジルコニウムシリコン窒化物、タングステンシリコン窒化物、タングステンボロン窒化物、ジルコニウムアルミニウム窒化物、モリブデンシリコン窒化物、モリブデンアルミニウム窒化物、タンタルシリコン窒化物、またはタンタルアルミニウム窒化物を用いて形成される。これらは単独にまたは互いに混合して用いることができる。第３導電膜３６６は、スパッタリング工程、化学気相蒸着工程、プラズマ化学気相蒸着工程、原子層積層工程、電子ビーム工程、またはパルスレーザー蒸着工程を用いて形成される。
【００８１】
図１２を参照すると、犠牲膜３６０が露出するまで平坦化工程を用いて第３導電膜３６６を部分的に除去することで、開口３６１に埋立てられた予備下部電極３７２を形成する。
【００８２】
その後、エッチバック工程を通じて犠牲膜３６０を除去することで第２絶縁膜３５７を露出させる。これによって、予備下部電極３７２及び予備スペーサ３６３は、第２絶縁膜３５７の上部にフィラーのような形態で突出する。
【００８３】
図１３を参照すると、化学機械的研磨工程を用いて突出した予備下部電極３７２と予備スペーサ３６９の上部を除去することで、パッド３５１上に下部電極３７５及びスペーサ３７８を同時に形成する。例えば、下部電極３７５及びスペーサ３７８は、セリアを含有する研磨剤を含むスラリーを用いて形成される。本発明の他の実施形態によると、前記化学機械的研磨工程を十分に行うことで、下部電極３７５及びスペーサ３７８を形成するうちに、第２絶縁膜３５７の一部を除去することができる。
【００８４】
第２絶縁膜３５７、下部電極３７５、及びスペーサ３７８上にゲルマニウム−アンチモン−テルルを含む相変化物質層３８５を形成する。
【００８５】
前記相変化物質層３８５は、アンチモンとテルルを含有するカルコゲンターゲットにスパッタリング工程を行って、前記ターゲットから離脱した粒子を、カルコゲン化合物に含まれたアンチモンの揮発温度より低くかつ前記テルルの揮発される温度条件で前記ターゲットから離脱した粒子を基板上に蒸着して形成することができる。前述した方法によって形成された相変化物質層はテルル５〜５０％の含有されたカルコゲン化合物を含む。前記スパッタリング工程は、約２５０〜３５０℃の温度条件と窒素ガスとアルゴンガスが提供される雰囲気の下でスパッタリング工程を行って形成する。
【００８６】
具体的な相変化物質層を形成するための方法は、図３の詳細な説明で説明したものと同一であるので、省略する。
図１４を参照すると、相変化物質層３８５上に第４導電膜を形成する。前記第４導電膜はドープされたポリシリコン、金属、または導電性金属窒化物をスパッタリング工程、原子層積層工程、電子ビーム蒸着工程、化学気相蒸着工程、またはパルスレーザー蒸着工程で蒸着して形成される。
【００８７】
その後、フォトレジスト工程を通じて前記第４導電膜と相変化物質層３８５を次第にエッチングする。その結果、相変化物質層パターン３８７と上部電極３９０が形成される。相変化物質層パターン３８７は、第２絶縁膜３５７、下部電極３７８、及びスペーサ３７８上に位置し、上部電極３９０は相変化物質層３８７上に形成される。
【００８８】
上部電極３９０を覆いかつ第２絶縁膜３５７上に酸化物を用いて第３層間絶縁膜３９３を形成する。第３層間絶縁膜３９３は、化学気相蒸着工程、プラズマ化学気相蒸着工程、原子層積層工程、または高密度プラズマ化学気相蒸着工程を用いて形成される。
【００８９】
フォトリソグラフィ工程を通じて第３層間絶縁膜３９３に上部電極３９０を露出させる第３コンタクトホール３９４を形成する。その後、上部電極３９０上に第３コンタクトホール３９４を満たす第３コンタクト３９６を形成するとともに第３コンタクト３９６及び第３層間絶縁膜３９３上に上部配線３９９を形成する。即ち、第３コンタクト３９６と上部配線３９９は一体に形成される。第３コンタクト３９６と上部配線３９９は、金属または導電性金属窒化物を用いて形成される。
【００９０】
以下、実施例、比較例、及び評価例を通じて本発明を更に詳細に説明する。しかし、下記の実施例及び評価例は本発明を例示するためのものであって本発明が下記の実施例によって限定されず多様に修正及び変更することができるであろう。
【００９１】
［実施例１］
Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の化学式を有するカルコゲンターゲットを用いるスパッタリング工程を行い、窒素２．５％及びカルコゲン化合物９７．５％を含む相変化物質層を形成した。前記スパッタリング工程は、前記ターゲットに約５００Ｗの電圧を印加し、基板の温度を約３００℃に維持させ、約５０ｓｃｃｍの流量を有するアルゴンガスと約２７ｓｃｃｍの流量を有する窒素ガスが流入される条件下にて行った。前記相変化物質層に含まれたカルコゲン化合物はテルルを約４９％含む。
【００９２】
「実施例２］
前記実施例１と同一の工程で相変化物質層を形成するものの、約２７ｓｃｃｍの流量を有する窒素ガスの代わりに約３２ｓｃｃｍの流量を有する窒素ガスを流入して窒素３．０％及びカルコゲン化合物９７．０％を含む相変化物質層を形成した。前記相変化物質層に含まれたカルコゲン化合物はテルル約４７％を含む。
【００９３】
［実施例３］
前記実施例１と同一の工程条件で相変化物質層を形成するものの、約２７ｓｃｃｍの流量を有する窒素ガスの代わりに約３７ｓｃｃｍの流量を有する窒素ガスを流入して窒素３．６％及びカルコゲン化合物９６．４％を含む相変化物質層を形成した。前記相変化物質層に含まれたカルコゲン化合物は、テルルを約４５％含む。
【００９４】
［実施例４］
前記実施例１と同一の工程条件で相変化物質層を形成するものの、約２７ｓｃｃｍの流量を有する窒素ガスの代わりに約３７ｓｃｃｍの流量を有する窒素ガスを流入して窒素６．８％及びカルコゲン化合物９７．０％を含む相変化物質層を形成した。前記相変化物質層に含まれたカルコゲン化合物は、テルルを約３０％含む。
【００９５】
［比較例１］
前記実施例１と同一の工程条件で層変化物質層を形成するものの、約２７ｓｃｃｍの流量を有する窒素ガスを流入せず相変化物質層を形成した。前記相変化物質層に含まれたカルコゲン化合物はテルルを約５６％含む。
［相変化物質層の組成比の評価］
図１５は、本発明の実施例１ないし４及び比較例で製造された相変化物質層に含まれた窒素含量及びカルコゲン化合物の組成比を示す図である。図１５で窒素含量及び組成比はＸ線蛍光分析器を用いて測定した。
【００９６】
図１５を参照すると、実施例１の相変化物質層に含まれたＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅは、約１：１：１．９の組成比を満たすとともに同時にテルルを約４９％含む。前記実施例２の相変化物質層に含まれたＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅは、約１：１：１．８の組成比を満たすとともにテルルを約４７％含む。前記実施例３の相変化物質層に含まれたＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅは、約１：１：１．６の組成比を満たすとともにテルルを約４５％含む。前記実施例４の相変化物質層に含まれたＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅは、約１：１：１の組成比を満たすとともにテルルを約３０％含む。反面、比較例１の相変化物質層に含まれたＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅは、約１：１：２．５の組成比を満たすとともにテルルを約５６％含む。
【００９７】
即ち、テルルが揮発される約３００℃の温度と窒素ガスの使用量が増加する条件でスパッタリング工程を行う場合、図１５に開示されたように窒素の含量が増加するとともにテルルの含量が約３６％まで減少した相変化物質層を形成することができる。
【００９８】
［相変化物質層の信頼性の評価］
図１６は、本発明の実施例３で製造された相変化物質層を含むメモリセルの反復記録特性を示すグラフである。
図１６を参照すると、比較例１の相変化物質層が適用されるメモリセルの場合、約１０５回（ｃｙｃｌｅ）以下の反復記録の特性を示すのに対し、実施例３の相変化物質層の場合、約２×１０５回（ｃｙｃｌｅ）以上の優秀な反復記録特性を有することがわかった。
【００９９】
図１７は、本発明の実施例３で製造された相変化物質層を含むメモリセルのデータ維持特性を示すグラフである。
図１７を参照すると、実施例３の相変化物質層が適用されるメモリセルの場合、１３０℃の温度で４、１２、２４、３６時間それぞれ熱処理を行っても安定的なデータ維持特性を有することがわかる。ここで、前記９０℃で３６時間の熱処理は、１０年間のデータ維持特性を有することを示す。
【０１００】
前述したように、本発明によると、スパッタリング工程温度をテルルのみ揮発される温度条件でアルゴンガスとともに窒素ガスを導入してスパッタリング工程を行うと、テルルの含量が３０〜５０％を満たす相変化物質層を形成することができる。即ち、不純物を含みかつカルコゲン化合物にテルルの含量を５０％未満に含量する優秀な電気的特性を有する相変化物質を形成することができる。
【０１０１】
以上、本発明を実施形態によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を逸脱することなく、本発明を修正または変更できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】組成広がり方法によって製造可能な相変化物質層のＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ組成図である。
【図２】本発明の一実施例による相変化物質層を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例による相変化物質層の形成方法を説明するための工程フローチャートである。
【図４】本発明における、窒素ガスの流量による相変化物質層に含まれた窒素の含量変化を示すグラフである。
【図５】窒素ガスを流量による相変化物質の蒸着速度の変化を示すグラフである。
【図６】窒素の含量による相変化物質層（ＧＳＴ）抵抗変化を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施例による相変化半導体メモリ装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の一実施例による相変化半導体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】本発明の一実施例による相変化半導体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】本発明の一実施例による相変化半導体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】本発明の一実施例による相変化半導体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】本発明の一実施例による相変化半導体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】本発明の一実施例による相変化半導体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】本発明の一実施例による相変化半導体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】本発明の実施例１ないし４、及び比較例で製造された相変化物質層に含まれた窒素含量及びカルコゲン化合物の組成比を示す図である。
【図１６】本発明の実施例３で製造された相変化物質層を含むメモリセルの反復記録特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例３で製造された相変化物質層を含むメモリセルのデータ維持特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０３】
２０、３８５  相変化物質層
３００  半導体基板
３０３  素子分離膜
３０６  ゲート絶縁膜パターン
３０９  ゲート電極
３１２  ゲートマスク
３１５  ゲートスペーサ
３１８  ゲート構造物
３２１  第１不純物領域
３２４  第２不純物領域
３２７  層間絶縁膜
３３０  第１コンタクトホール
３３３  第２コンタクトホール
３３６  第１導電膜
３３９  第１コンタクト
３４２  第２コンタクト
３４５  第２導電膜
３４８  第１絶縁膜パターン
３４９  第２絶縁膜パターン
３５１  パッド
３５２  下部配線
３６０  犠牲膜
３６１  開口
３６６  第３導電膜
３７２  予備下部電極
３７５  下部電極
３７８  スペーサ
３８７  相変化物質パターン
【図２】
2008235904.tif 000003
【図３】
2008235904.tif 000004
【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１】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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