(57)【要約】【課題】相変化記憶素子およびその形成方法を提供する。【解決手段】この素子は、ヒーター電極と相変化物質パターンとの間に介されると共に炭素を含む物質から成る粘着パターンを備える。炭素を含む物質から成る粘着パターンによってヒーター電極、粘着パターンおよび相変化物質パターンは、極めて優れた接着力で結合される。その結果、相変化記憶素子の耐久性が向上される。【選択図】図１３
2008182234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上のヒーター電極と、
前記基板上の相変化物質パターンと、
前記ヒーター電極と前記相変化物質パターンとの間に介され、炭素を含む物質から成る粘着パターンを備えることを特徴とする相変化記憶素子。
【請求項２】
前記基板上に配置された層間絶縁膜をさらに含むと共に、前記ヒーター電極は、前記層間絶縁膜を貫通する開口部内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の相変化記憶素子。
【請求項３】
前記ヒーター電極は、前記層間絶縁膜の上面と共面を成し、前記粘着パターンおよび相変化物質パターンは、前記層間絶縁膜上に順に積層され、前記粘着パターンは、前記ヒーター電極の上面に接触されることを特徴とする請求項２に記載の相変化記憶素子。
【請求項４】
前記ヒーター電極は、前記開口部の底部を埋めて、
前記相変化物質パターンの少なくとも一部は、前記開口部の上部に配置され、
前記粘着パターンは、少なくとも前記ヒーター電極の上面と前記開口部内の相変化物質パターンの下面との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載の相変化記憶素子。
【請求項５】
前記相変化物質パターンの上面および前記層間絶縁膜の上面は、共面を成すことを特徴とする請求項４に記載の相変化記憶素子。
【請求項６】
前記層間絶縁膜上に配置されて前記相変化物質パターンの上面に接続する配線をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の相変化記憶素子。
【請求項７】
前記相変化物質パターンの上面は、前記層間絶縁膜の上面に比べて高く、前記相変化物質パターンは、前記開口部の周辺の層間絶縁膜の上面を覆うことを特徴とする請求項４に記載の相変化記憶素子。
【請求項８】
前記粘着パターンの縁部は、延長されて前記相変化物質パターンと前記開口部の上部側壁との間に介されることを特徴とする請求項４に記載の相変化記憶素子。
【請求項９】
前記相変化物質パターンの上面、前記粘着パターンの延長部の上面および前記層間絶縁膜の上面は、共面を成すことを特徴とする請求項８に記載の相変化記憶素子。
【請求項１０】
前記相変化物質パターンの上面は、前記層間絶縁膜の上面に比べて高く、前記相変化物質パターンは、前記開口部の周辺の層間絶縁膜の上面を覆って、
前記粘着パターンは、さらに延長されて前記相変化物質パターンと前記層間絶縁膜の上面との間に介されることを特徴とする請求項８に記載の相変化記憶素子。
【請求項１１】
少なくとも前記粘着パターンに隣接した相変化物質パターンの一部分は、炭素を含有することを特徴とする請求項１に記載の相変化記憶素子。
【請求項１２】
前記粘着パターンから距離が離れた前記相変化物質パターンの一部分は、炭素を含まないことを特徴とする請求項１１に記載の相変化記憶素子。
【請求項１３】
前記相変化物質パターンの炭素濃度は、前記粘着パターンから遠くなるほど距離による関数に従って減少することを特徴とする請求項１１に記載の相変化記憶素子。
【請求項１４】
前記粘着パターンは、炭素から構成されることを特徴とする請求項１に記載の相変化記憶素子。
【請求項１５】
前記粘着パターンは、炭素を含む化合物から構成されることを特徴とする請求項１に記載の相変化記憶素子。
【請求項１６】
基板上にヒーター電極を形成する段階、
前記ヒーター電極上の粘着パターンを形成する段階、
前記粘着パターン上の相変化物質パターンを形成する段階を含むと共に、前記粘着パターンは、炭素を含む物質から成ることを特徴とする相変化記憶素子の形成方法。
【請求項１７】
前記ヒーター電極を形成する段階は、
基板上に層間絶縁膜を形成する段階、
前記層間絶縁膜を貫通する開口部を形成する段階、
前記開口部内に前記ヒーター電極を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１６に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【請求項１８】
前記ヒーター電極の上面および層間絶縁膜の上面は、共面を成すと共に、
前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階は、
前記ヒーター電極を有する基板上に粘着膜と相変化物質膜を順に形成する段階、
前記相変化物質膜および粘着膜をパターニングして順に積層された前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【請求項１９】
前記ヒーター電極は、前記開口部の底部に形成され、
前記相変化物質パターンの少なくとも一部は、前記開口部の上部に形成され、
前記粘着パターンは、少なくとも前記ヒーター電極の上面と前記開口部内の相変化物質パターンの下面との間に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【請求項２０】
前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階は、
前記基板上および前記ヒーター電極上の開口部内に粘着膜を形成する段階、
前記粘着膜を前記層間絶縁膜が露出されるまで平坦化する段階、
前記平坦化された粘着膜をリセスして前記層間絶縁膜の上面に比べて低い上面を有する前記粘着パターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【請求項２１】
前記相変化物質パターンを形成する段階は、
前記基板上および前記粘着パターン上の前記開口部内に相変化物質膜を形成する段階、
前記相変化物質膜をパターニングして前記相変化物質パターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【請求項２２】
前記相変化物質パターンを形成する段階は、
前記基板上および前記粘着パターン上の前記開口部内に相変化物質膜を形成する段階、
前記相変化物質膜を前記層間絶縁膜が露出されるまで平坦化して前記相変化物質パターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【請求項２３】
前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階は、
前記ヒーター電極を有する基板上に粘着膜をコンフォーマルに形成する段階、前記粘着膜上に前記開口部を埋める相変化物質膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【請求項２４】
前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階は、
前記相変化物質膜および粘着膜をパターニングして順に積層される前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項２３に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【請求項２５】
前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階は、
前記相変化物質膜および粘着膜を前記層間絶縁膜が露出されるまで平坦化して前記開口部内に順に積層される前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項２３に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【請求項２６】
前記相変化物質パターンの少なくとも前記粘着パターンに隣接した部分は、前記粘着パターンから拡散された炭素を含むことを特徴とする請求項１６に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【請求項２７】
前記粘着パターンの比抵抗は、前記基板に行われる熱処理工程によって減少されることを特徴とする請求項１６に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【請求項２８】
前記粘着パターンの比抵抗は、初期プログラム電流から発生される熱によって減少されることを特徴とする請求項１６に記載の相変化記憶素子の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子およびその形成方法に係わり、特に相変化記憶素子およびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相変化記憶素子は、電源が切れても貯蔵されたデータをそのまま維持する不揮発性の特性を有する。相変化記憶素子は、二つの安定された状態を有する相変化物質をデータ貯蔵要素として使う。相変化物質は、供給される熱の温度および熱の供給時間等により二つの安定された状態、即ち、非晶質状態および結晶状態に変換される。非晶質状態の相変化物質は、結晶状態の相変化物質に比べて高い比抵抗を有する。相変化記憶素子の単位セルは、相変化物質の状態による比抵抗値の差を利用する記憶セルである。即ち、相変化物質の状態を変化させることによって、相変化記憶セルにデータを書き込みまたは消去し、相変化物質の比抵抗による電圧の差および／または電流の差等を判読することによって、相変化記憶セルに貯蔵されたデータを判読する。相変化物質としてよく知られたものはＧＳＴ（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ）である。
【０００３】
一般に、相変化記憶素子は、ＧＳＴパターンと、ＧＳＴパターンに熱を供給する導電体を備える。図面を参照して従来の相変化記憶素子を説明する。
【０００４】
図１は従来の相変化記憶素子を示す断面図である。
【０００５】
図１を参照すれば、半導体基板１の上に層間酸化膜２が配置され、窒化チタンプラグ３が前記層間酸化膜２を貫通する。ＧＳＴパターン４および導電パターン５が前記層間酸化膜２の上に積層される。また、前記ＧＳＴパターン４は、前記窒化チタンプラグ３の上面に接触されている。
【０００６】
上述した従来の相変化記憶素子に於いて、前記ＧＳＴパターン４の状態を変化させるためには、前記窒化チタンプラグ３と、前記ＧＳＴパターン４および前記導電パターン５を通じてプログラム電流を印加する。前記プログラム電流によりジュール熱（Ｊｏｕｌｅ’ｓｈｅａｔ）が発生し、前記発生されたジュール熱の温度および電流の印加時間によって前記ＧＳＴパターン４が結晶状態または非晶質状態に変換される。通常、前記ジュール熱は、相対的に狭い窒化チタンプラグ３とＧＳＴパターン４との間の界面６の付近から発生する。
【０００７】
前記ＧＳＴパターン４を非晶質状態に変換する第１書き込み動作および前記ＧＳＴパターン４を結晶状態に変換する第２書き込み動作を繰り返すことによって、前記ＧＳＴパターン４を有する相変化記憶セルの特性が劣化する。例えば、前記ＧＳＴパターン４に前記第１書き込み動作および第２書き込み動作を繰り返すことによって、前記界面６には高温の熱が反復的に供給される。これによって、前記窒化チタンプラグ３と前記ＧＳＴパターン４との間の界面特性が劣化する。特に、前記窒化チタンプラグ３と前記ＧＳＴパターン４との接着力が悪化されて前記窒化チタンプラグ３とＧＳＴパターン４との間に界面分離が発生する恐れもある。結果的に、相変化記憶素子の耐久性が劣化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した問題点等を解決するためのものであって、本発明の技術的な課題は、耐久性が向上される相変化記憶素子およびその形成方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の技術的な課題は、耐久性が向上されると共にデータの維持能力が向上される相変化記憶素子およびその形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した技術的な課題等を解決するための相変化記憶素子を提供する。この素子は、基板上のヒーター電極と、前記基板上の相変化物質パターンと、前記ヒーター電極と前記相変化物質パターンとの間に介されると共に、炭素を含む物質から成る粘着パターンを備える。
【００１１】
一実施形態によると、前記粘着パターンは、炭素から構成される。本発明の他の実施形態によると、前記粘着パターンは、炭素を含む化合物から構成される。
【００１２】
一実施形態によると、前記素子は前記基板上に配置された層間絶縁膜をさらに備える。前記ヒーター電極は、前記層間絶縁膜を貫通する開口部内に配置される。
【００１３】
一実施形態によると、前記ヒーター電極は、前記層間絶縁膜の上面と共面を成す。この場合に、前記粘着パターンおよび相変化物質パターンは、前記層間絶縁膜上に順に積層され、前記粘着パターンは、前記ヒーター電極の上面に接触する。
【００１４】
一実施形態によると、前記ヒーター電極は、前記開口部の底部を埋める。この場合に、前記相変化物質パターンの少なくとも一部は、前記開口部の上部に配置され、前記粘着パターンは、少なくとも前記ヒーター電極の上面と前記開口部内の相変化物質パターンの下面との間に配置される。
【００１５】
一実施形態によると、前記相変化物質パターンの上面および前記層間絶縁膜の上面は共面を成す。
【００１６】
一実施形態によると、前記相変化物質パターンの上面は、前記層間絶縁膜の上面に比べて高い。この場合に、前記相変化物質パターンは、前記開口部の周辺の層間絶縁膜の上面を覆う。
【００１７】
一実施形態によると、前記粘着パターンの縁部は、延長されて前記相変化物質パターンと前記開口部の上部側壁との間に介される。この場合に、前記相変化物質パターンの上面、前記粘着パターンの延長部の上面および前記層間絶縁膜の上面は共面を成す。前記相変化物質パターンの上面は、前記層間絶縁膜の上面に比べて高くしても良い。このとき、前記相変化物質パターンは、前記開口部の周辺の層間絶縁膜の上面を覆って、前記粘着パターンは、さらに延長されて前記相変化物質パターンと前記層間絶縁膜の上面との間に介される。
【００１８】
一実施形態によると、少なくとも前記粘着パターンに隣接した相変化物質パターンの一部分は、炭素を含む。
【００１９】
また、上述した技術的な課題等を解決するための相変化記憶素子の形成方法を提供する。この方法は基板上にヒーター電極を形成する段階、ヒーター電極上の粘着パターンを形成する段階、前記粘着パターン上の相変化物質パターンを形成する段階を含む。このとき、前記粘着パターンは、炭素を含む物質から形成される。
【００２０】
詳しくは、前記ヒーター電極を形成する段階は、基板上に層間絶縁膜を形成する段階、前記層間絶縁膜を貫通する開口部を形成する段階、前記開口部内に前記ヒーター電極を形成する段階を含む。
【００２１】
一実施形態によると、前記ヒーター電極の上面と層間絶縁膜の上面は、共面を成す。この場合に、前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階は、前記ヒーター電極を有する基板上に粘着膜と相変化物質膜を順に形成する段階、前記相変化物質膜および粘着膜を連続的にパターニングして順に積層される前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階を含む。
【００２２】
一実施形態によると、前記ヒーター電極は、前記開口部の底部を埋める様に形成される。この場合に、前記相変化物質パターンの少なくとも一部は、前記開口部の上部に形成され、前記粘着パターンは、少なくとも前記ヒーター電極の上面と前記開口部内の相変化物質パターンの下面との間に配置される様に形成される。
【００２３】
一実施形態によると、前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階は、前記ヒーター電極上の開口部を埋める粘着膜を基板上に形成する段階、前記粘着膜を前記層間絶縁膜が露出されるまで平坦化する段階、前記平坦化された粘着膜をリセスして前記層間絶縁膜の上面に比べて低い上面を有する前記粘着パターンを形成する段階を含む。この場合に、前記相変化物質パターンを形成する段階は、前記粘着パターン上の開口部を埋める相変化物質膜を基板上に形成する段階、前記相変化物質膜をパターニングして前記相変化物質パターンを形成する段階を含む。また、前記相変化物質パターンを形成する段階は、前記粘着パターン上の開口部を埋める相変化物質膜を基板上に形成する段階、前記相変化物質膜を前記層間絶縁膜が露出されるまで平坦化して前記相変化物質パターンを形成する段階を含む。
【００２４】
一実施形態によると、前記粘着パターンおよび相変化物質パターンを形成する段階は、前記ヒーター電極を有する基板上に粘着膜をコンフォーマルに形成する段階、前記粘着膜上に前記開口部を埋める相変化物質膜を形成する段階を含む。この場合に、前記粘着パターンおよび相変化物質パターンは、前記相変化物質膜および粘着膜を連続的にパターニングして形成される。また、前記粘着パターンおよび相変化物質パターンは、前記相変化物質膜および粘着膜を前記層間絶縁膜が露出されるまで平坦化して形成しても良い。
【００２５】
一実施形態によると、前記相変化物質パターンの少なくとも前記粘着パターンに隣接した部分は、前記粘着パターンから拡散された炭素を含む。一実施形態によると、炭素は相変化物質パターンの全体に拡散される。一実施形態によると、炭素は相変化物質パターンの一部に拡散される。一実施形態によると、相変化物質パターン内の炭素濃度は、前記粘着パターンからの距離による関数（例えば、線形または指数関数等）に従って減少する。
【００２６】
一実施形態によると、前記粘着パターンの比抵抗は、前記基板に行われる熱処理工程によって減少される。
【００２７】
一実施形態によると、前記粘着パターンの比抵抗は、初期プログラム電流から発生される熱によって減少される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、ヒーター電極と相変化物質パターンとの間に炭素を含む物質から成る粘着パターンを形成する。前記粘着パターンは、炭素を含む物質から形成されることによって温度変化による粘着パターン部の変形が発生し難い。これによって、前記ヒーター電極、粘着パターンおよび相変化物質パターンは、極めて優れた接着力で結合が維持される。その結果、相変化記憶素子の耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付した図面等を参照して本発明の好ましい実施形態等を詳しく説明する。しかし、本発明はここに説明される実施形態等に限らず、他の形態に具現化できる。
【００３０】
ここに開示する実施形態は、内容が完全になる様に、またこの技術分野の人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。図面等に於いて、層（膜）および領域等の厚さは、明確にするために誇張されている。また、層（膜）が他の層（膜）または基板“上”にあるものと説明されている場合、その他の層（膜）または基板上に直接、またはその間に第３の層（膜）を介することもできる。明細書および図面に表記されている同じ符号は、同じ構成要素を示す。
【００３１】
（第１実施形態）
図２は本発明の第１実施形態による相変化記憶素子を示す断面図である。
【００３２】
図２を参照すれば、半導体基板（１００、以下、基板と称する）の様な直接回路基板上に第１層間絶縁膜１０２が配置され、ヒーター電極１０６が前記第１層間絶縁膜１０２を貫通する開口部１０４を埋める。前記ヒーター電極１０６の上面および前記第１層間絶縁膜１０２の上面は共面を成す。前記ヒーター電極１０６の下面は、スイッチ素子に電気的に接続される。例えば、前記ヒーター電極１０６の下面は、ＭＯＳトランジスタまたはＰＮダイオードの一端子に接続される。
【００３３】
前記第１層間絶縁膜１０２は酸化膜を含む。前記ヒーター電極１０６は導電性窒化物から形成される。例えば、前記ヒーター電極１０６は、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化チタンシリコン（ＴｉＳｉＮ）、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）、窒化チタンホウ素（ＴｉＢＮ）、窒化ジルコニウムシリコン（ＺｒＳｉＮ）、窒化タングステンシリコン（ＷＳｉＮ）、窒化タングステンホウ素（ＷＢＮ）、窒化ジルコニウムアルミニウム（ＺｒＡｌＮ）、窒化モリブデンシリコン（ＭｏＳｉＮ）、窒化モリブデンアルミニウム（ＭｏＡｌＮ）、窒化タンタルシリコン（ＴａＳｉＮ）、窒化タンタルアルミニウム（ＴａＡｌＮ）、酸化窒化チタン（ＴｉＯＮ）、酸化窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＯＮ）、酸化窒化タングステン（ＷＯＮ）、酸化窒化タンタル（ＴａＯＮ）の中から選択される少なくとも一つを含む。
【００３４】
前記第１層間絶縁膜１０２の上に粘着パターン１０８ａ、相変化物質パターン１１０ａおよびキヤッピング導電パターン１１２ａが順に積層される。このとき、前記粘着パターン１０８ａは、前記ヒーター電極１０６の上面に接触する。即ち、前記粘着パターン１０８ａは、前記ヒーター電極１０６と前記相変化物質パターン１１０ａとの間に配置され、前記粘着パターン１０８ａは、前記ヒーター電極１０６および相変化物質パターン１１０ａに各々接触する下面および上面を有する。前記粘着パターン１０８ａ、相変化物質パターン１１０ａおよびキヤッピング導電パターン１１２ａは、互いに整列された側壁を有する。
【００３５】
前記粘着パターン１０８ａは、炭素を含む物質から形成することが好ましい。炭素を含む物質から成る粘着パターン１０８ａは、温度変化による変形が極めて少ない。また、前記粘着パターン１０８ａと前記ヒーター電極１０６との間の接着力および前記粘着パターン１０８ａと前記相変化物質パターン１１０ａとの間の接着力が強い。言い替えれば、前記ヒーター電極１０６、粘着パターン１０８ａおよび相変化物質パターン１１０ａは、極めて優れた接着力で結合される。
【００３６】
第１実施形態によると、前記粘着パターン１０８ａは、本質的に炭素（Ｃ）から構成できる。他の実施形態によると、前記粘着パターン１０８ａは炭素を含む化合物から構成できる。従って、前記粘着パターン１０８ａは、炭素または窒化炭素の中で少なくとも一つから形成される。特に、炭素から形成される前記粘着パターン１０８ａは、約１０−２Ωｃｍから１０−１Ωｃｍの比抵抗を有する。さらに、前記粘着パターン１０８ａは、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化炭化シリコン（ＳｉＣＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、炭化ゲルマニウムシリコン（ＧｅＳｉＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）の中から選択される少なくとも一つを含む。
【００３７】
前記相変化物質パターン１１０ａは、二つの安定された状態を有する相変化物質から形成される。特に、前記相変化物質パターン１１０ａは、カルコゲナイド元素であるＴｅおよびＳｅの中から選択される少なくとも一つを含む化合物から形成することが好ましい。前記相変化物質パターン１１０ａは、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｓ、Ｓ、Ｓｉ、Ｐ、Ｏ、Ｎの中で選択される少なくとも一つをさらに含む。例えば、前記相変化物質パターン１１０ａ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または６Ａ族元素−Ｓｂ−Ｓｅ等の化合物から形成される。
【００３８】
また、前記粘着パターン１０８ａに隣接した前記相変化物質パターン１１０ａの界面には、前記粘着パターン１０８ａの炭素が拡散される。
【００３９】
第１実施形態によると、前記粘着パターン１０８ａから距離が離れている前記相変化物質パターン１１０ａの一部は、炭素を含まない。他の実施形態によると、前記相変化物質パターン１１０ａの炭素濃度は、前記粘着パターン１０８ａから遠くなるほど距離の関数（例えば、線形関数または指数関数等）に従って減少される。これによって、前記粘着パターン１０８ａと前記相変化物質パターン１１０ａとの間の接着力はさらに向上される。また、前記相変化物質パターン１１０ａの前記粘着パターン１０８ａの上面に隣接した部分は、プログラム領域に該当する。前記プログラム領域は、結晶状態および非晶質状態に変換される領域である。前記プログラム領域が炭素を含むことによって、前記相変化物質パターン１１０ａのデータの維持能力が向上される。即ち、前記プログラム領域が結晶状態または非晶質状態に維持される能力が向上される。
【００４０】
前記キヤッピング導電パターン１１２ａは、前記相変化物質パターン１１０ａと反応性が極めて低い導電物質から形成することが好ましい。前記キヤッピング導電パターン１１２ａは、導電性窒化物から形成される。例えば、前記キヤッピング導電パターン１１２ａは、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化チタンシリコン（ＴｉＳｉＮ）、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）、窒化チタンホウ素（ＴｉＢＮ）、窒化ジルコニウムシリコン（ＺｒＳｉＮ）、窒化タングステンシリコン（ＷＳｉＮ）、窒化タングステンホウ素（ＷＢＮ）、窒化ジルコニウムアルミニウム（ＺｒＡｌＮ）、窒化モリブデンシリコン（ＭｏＳｉＮ）、窒化モリブデンアルミニウム（ＭｏＡｌＮ）、窒化タンタルシリコン（ＴａＳｉＮ）、窒化タンタルアルミニウム（ＴａＡｌＮ）、酸化窒化チタン（ＴｉＯＮ）、酸化窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＯＮ）、酸化窒化タングステン（ＷＯＮ）、酸化窒化タンタル（ＴａＯＮ）の中から選択される少なくとも一つを含む。
【００４１】
第２層間絶縁膜１１４が前記キヤッピング導電パターン１１２ａ、相変化物質パターン１１０ａおよび粘着パターン１０８ａを含む基板１００の全面を覆う。前記第２層間絶縁膜１１４は酸化膜を含む。配線プラグ１１８が前記第２層間絶縁膜１１４を貫通するコンタクトホール１１６を埋めて前記キヤッピング導電パターン１１２ａに接続される。配線１２０が前記第２層間絶縁膜１１４の上に配置されて前記配線プラグ１１８に接続する。前記配線プラグ１１８は、導電物質から形成される。例えば、前記配線プラグ１１８は、タングステン等を含む。前記配線１２０も導電物質から形成される。例えば、前記配線１２０は、タングステン、銅またはアルミニウム等を含む。
【００４２】
上述した相変化記憶素子に於いて、前記粘着パターン１０８ａは、炭素を含む物質から形成されることによって、温度変化による変形が極めて少なく、前記粘着パターン１０８ａとヒーター電極１０６との間の接着力および前記粘着パターン１０８ａと前記相変化物質パターン１１０ａとの間の接着力が極めて強くなる。これによって、前記ヒーター電極１０６、粘着パターン１０８ａおよび相変化物質パターン１１０ａが結合された構造は、頻度の多い温度変化があっても十分に安定した状態を維持することができる。その結果、前記相変化記憶素子は向上された耐久性を有する。
【００４３】
本発明による相変化記憶素子の耐久性を確認するために実験を行った。実験のために試料１および試料２を準備した。前記試料１のヒーター電極および相変化物質パターンは、各々窒化チタンおよびＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅから形成した。このとき、前記試料１のヒーター電極および相変化物質パターンは、直接接触させた。前記試料２のヒーター電極および相変化物質パターンは、各々窒化チタンおよびＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅから形成した。このとき、前記試料２はヒーター電極と相変化物質パターンとの間に炭素から形成される粘着パターンを形成した。即ち、前記試料１では従来の様にヒーター電極と相変化物質パターンを直接接触させて構成し、前記試料２では本発明による粘着パターンがヒーター電極と相変化物質パターンとの間に介される様に構成した。前記試料１および試料２に、各々耐久性テストを実施した。前記耐久性テストは、前記プログラム領域を非晶質状態に変換する第１書き込み動作および前記プログラム領域を結晶状態に変換する第２書き込み動作を繰り返して行った。前記第１書き込み動作および第２書き込み動作を一つのサイクルにして前記サイクル回数による相変化物質パターンの非晶質状態の抵抗値および結晶状態の抵抗値を測定した。
【００４４】
実験の結果、前記サイクル回数が約１０７回になると前記試料１に含まれた相変化物質パターンの非晶質状態の抵抗値が減少し始め、前記サイクル回数が約１０８回になったとき、前記試料１に含まれた相変化物質パターンは、非晶質状態および結晶状態共に極めて高い抵抗値を示した。即ち、前記試料１のヒーター電極および相変化物質パターンが、界面分離されたことが分かる。
【００４５】
逆に、前記サイクル回数が約１０９回を上回っても、前記試料２の相変化物質パターンの非晶質状態の抵抗値および結晶状態の抵抗値は、変化がなかった。即ち、前記試料２のサイクル回数が前記試料１のサイクル回数に比べて１０倍以上であるが、前記試料２の特性はそのまま維持していることが分かる。この結果から、本発明による前記試料２の耐久性が向上されたことが分かる。
【００４６】
次に、本発明の第１実施形態による相変化記憶素子の形成方法を図面等を参照して説明する。
【００４７】
図３および図４は本発明の第１実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【００４８】
図３を参照すれば、基板１００の上に第１層間絶縁膜１０２を形成し、前記第１層間絶縁膜１０２をパターニングして前記第１層間絶縁膜１０２を貫通する開口部１０４を形成する。前記開口部１０４を埋めるヒーター導電膜を基板１００の全面上に形成し、前記ヒーター導電膜を前記第１層間絶縁膜１０２が露出されるまで平坦化してヒーター電極１０６を形成する。前記平坦化工程によって前記ヒーター電極１０６の上面および第１層間絶縁膜１０２の上面は共面を成す。
【００４９】
前記ヒーター電極１０６を有する基板１００の上に粘着膜１０８、相変化物質膜１１０およびキヤッピング導電膜１１２を順に形成する。このとき、前記相変化物質膜１１０は前記粘着膜１０８の上面に接触する。前記粘着膜１０８は炭素を含む物質から形成する。前記粘着膜１０８は、スピンコーティング方法（ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）、化学気相蒸着方法またはスパッタ方法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）を利用して蒸着される。前記粘着膜１０８を蒸着した後に熱処理工程を行う。前記熱処理工程によって前記粘着膜１０８の比抵抗が減少される。前記熱処理工程の温度は、前記粘着膜１０８を蒸着する方法に応じて異なる様に設定される。前記熱処理工程は、前記粘着膜１０８を蒸着した直後に行われる。逆に、前記熱処理工程は、前記粘着膜１０８を蒸着し、他の工程等を実行した後に行っても良い。
【００５０】
図４を参照すれば、前記キヤッピング導電膜１１２、相変化物質膜１１０および粘着膜１０８を連続にパターニングして順に積層された粘着パターン１０８ａ、相変化物質パターン１１０ａおよびキヤッピング導電パターン１１２ａを形成する。前記粘着パターン１０８ａは、前記ヒーター電極１０６の上面に接触する。
【００５１】
前記基板１００の全面上に第２層間絶縁膜１１４を形成し、前記第２層間絶縁膜１１４をパターニングして前記キヤッピング導電パターン１１２ａを露出させるコンタクトホール１１６を形成する。
【００５２】
続いて、前記コンタクトホール１１６を埋める図２の配線プラグ１１８を形成し、前記第２層間絶縁膜１１４の上に図２の配線１２０を形成する。これによって、図２に開示された相変化記憶素子が具現できる。
【００５３】
一方、前記比抵抗を減少させるための熱処理工程は、省略しても良い。この場合に、前記相変化記憶素子が出来上がった後に、前記相変化記憶素子に初期プログラム電流を印加して前記粘着パターン１０８ａの比抵抗を減少させる。即ち、出来上がった相変化記憶素子に前記初期プログラム電流を印加することによって、前記粘着パターン１０８ａにジュール熱が発生する。前記ジュール熱により前記粘着パターン１０８ａの比抵抗が減少する。他の実施形態によると、熱処理工程および初期プログラム電流の印加を共に利用して前記粘着パターン１０８ａの比抵抗を減少させる。
【００５４】
（第２実施形態）
図５は本発明の第２実施形態による相変化記憶素子を示す断面図である。
【００５５】
図５を参照すれば、基板２００の上に第１層間絶縁膜２０２が配置され、ヒーター電極２０６が前記第１層間絶縁膜２０２を貫通する開口部２０４の内部に設けられる。このとき、前記ヒーター電極２０６は、前記開口部２０４の底部を埋める。言い替えれば、前記ヒーター電極２０６の上面は、前記第１層間絶縁膜２０２の上面に比べて低い。前記ヒーター電極２０６の下面は、スイッチ素子（図示せず）の一端子に電気的に接続される。例えば、前記ヒーター電極２０６の下面は、ＭＯＳトランジスタまたはＰＮダイオードの一端子に接続される。
【００５６】
前記ヒーター電極２０６の上に粘着パターン２０８ａが設けられる。前記粘着パターン２０８ａは、前記ヒーター電極２０６の上面に接触すると共に、前記開口部２０４の内部に設けられる。前記粘着パターン２０８ａの上面は前記第１層間絶縁膜２０２の上面に比べて低い。前記粘着パターン２０８ａの上面の面積は、前記ヒーター電極２０６の上面の面積と同じである。
【００５７】
相変化物質パターン２１０ａが前記粘着パターン２０８ａの上の前記開口部２０４の上部を埋める。言い替えれば、前記ヒーター電極２０６は、前記開口部２０４の底部を埋めて、前記相変化物質パターン２１０ａは、前記開口部２０４の上部を埋めて、前記粘着パターン２０８ａは、前記開口部２０４の内部のヒーター電極２０６と相変化物質パターン２１０ａとの間に介される。前記粘着パターン２０８ａの下面および上面は、前記ヒーター電極２０６および相変化物質パターンに各々接触する。
【００５８】
前記相変化物質パターン２１０ａの上面は、前記第１層間絶縁膜２０２の上面に比べて高い。前記相変化物質パターン２１０ａは、前記開口部２０４の周辺の前記第１層間絶縁膜２０２の上面を覆う。言い替えれば、前記相変化物質パターン２１０ａの底部は、前記開口部２０４の上部を埋めて、前記相変化物質パターン２１０ａの上部は、前記第１層間絶縁膜２０２の上に配置される。
【００５９】
前記粘着パターン２０８ａは、図２の粘着パターン１０８ａと同じ物質から形成される。即ち、前記粘着パターン２０８ａは炭素を含む物質から形成される。これによって、前記ヒーター電極２０６、粘着パターン２０８ａおよび相変化物質パターン２１０ａは極めて優れた接着力で結合される。その結果、上述した第１実施形態で説明した効果等を得ることができる。
【００６０】
また、前記相変化物質パターン２１０ａの底部は、前記開口部２０４の上部を埋める。これによって、前記相変化物質パターン２１０ａのプログラム領域は、前記ヒーター電極２０６に隣接した前記開口部２０４の内部に限られる。
【００６１】
その結果、前記プログラム領域の状態変化のために供給された熱は前記開口部２０４の内部に限られて供給されるので熱の損失を減少又は最小化することができる。これによって、相変化記憶素子の消費電力が減少する効果を得る。
【００６２】
前記ヒーター電極２０６は、図２のヒーター電極１０６と同じ物質から形成される。また、前記相変化物質パターン２１０ａは、図２の相変化物質パターン１１０ａと同じ物質から形成される。また、前記相変化物質パターン２１０ａの前記粘着パターン２０８ａに隣接した部分は、前記粘着パターン２０８ａから拡散される炭素を含む。この炭素拡散による前記相変化物質パターン２１０ａの炭素濃度は、前記粘着パターン２０８ａから遠くなるほど距離による線形関数または指数関数に従って減少される。
【００６３】
キヤッピング導電パターン２１２が前記相変化物質パターン２１０ａの上に配置される。前記キヤッピング導電パターン２１２は、前記第１層間絶縁膜２０２の上に位置する前記相変化物質パターン２１０ａの上部に整列された側壁を有する。前記キヤッピング導電パターン２１２は、図２のキヤッピング導電パターン１１２ａと同じ物質から形成される。
【００６４】
第２層間絶縁膜２１４が前記基板２００の全面を覆って、配線プラグ２１８が、前記第２層間絶縁膜２１４を貫通して前記キヤッピング導電パターン２１２を露出させるコンタクトホール２１６を埋める。配線２２０が前記第２層間絶縁膜２１４の上に配置されて前記配線プラグ２１８に接触する。前記配線プラグ２１８および配線２２０は、図２の配線プラグ１１８および配線１２０と同じ物質から形成される。前記第２層間絶縁膜２１４は酸化膜から形成される。また、前記第２層間絶縁膜２１４は、シリコン酸化膜に比べて熱伝導性が低い絶縁物質から形成される。
【００６５】
上述した相変化記憶素子によると、炭素を含む物質から成る前記粘着パターン２０８ａにより前記ヒーター電極２０６と相変化物質パターン２１０ａとの間の接着力が向上される。これによって、相変化記憶素子の耐久性が向上される。また、前記相変化物質パターン２１０ａの少なくとも前記粘着パターン２０８ａに隣接した部分は、炭素を含む。これによって、前記相変化物質パターン２１０ａのデータの維持能力が向上される。
【００６６】
さらに、前記ヒーター電極２０６は、前記開口部２０４の底部を埋めて、前記相変化物質パターン２０８ａは、前記開口部２０４の上部を埋める。これによって、前記相変化物質パターン２０８ａのプログラム領域は、前記開口部２０４の内部に設けられる。その結果、データを書き込みするために供給される熱の損失を最小化することができ、相変化記憶素子の消費電力の減少に繋がる。
【００６７】
一方、前記相変化物質パターン２１０ａは、他の形態に形成することができる。これについて図面を参照して説明する。本変形例は図５に図示された相変化記憶素子と同様である。従って、同じ構成要素は同じ符号を付けて説明する。
【００６８】
図６は本発明の第２実施形態による相変化記憶素子の変形例を示す断面図である。
【００６９】
図６を参照すれば、ヒーター電極２０６が層間絶縁膜２０２を貫通する開口部２０４の底部を埋めて、相変化物質パターン２１０ｂが前記開口部２０４の上部を埋める。粘着パターン２０８ａがヒーター電極２０６と相変化物質パターン２１０ｂとの間に介される。勿論、前記粘着パターン２０８ａも前記開口部２０４の内部に設けられる。
【００７０】
前記相変化物質パターン２１０ｂの上面は、前記層間絶縁膜２０２の上面と共面を成す。即ち、前記相変化物質パターン２１０ｂは、前記開口部２０４の上部に限られて設けられる。前記相変化物質パターン２１０ｂは、図５の相変化物質パターン２１０ａと同じ物質から形成される。また、前記相変化物質パターン２１０ｂの少なくとも前記粘着パターン２０８ａに隣接した部分は炭素を含む。本実施形態によると、前記相変化物質パターン２１０ｂの炭素濃度は、前記粘着パターン２０８ａから遠くなるほど線形関数または指数関数に従って減少される。これによって、前記相変化物質パターン２１０ｂのデータの維持能力が向上される。
【００７１】
配線２２０’が層間絶縁膜２０２の上に配置される。配線２２０’は前記相変化物質パターン２１０ｂの上面に接触する。特に、前記配線２２０’は前記相変化物質パターン２１０ｂの上面全体に接触することが好ましい。前記配線２２０’は図５の配線２２０と同じ物質から形成される。
【００７２】
上述した相変化記憶素子に於いて、前記相変化物質パターン２１０ｂは、前記開口部２０４の内部に限られて配置される。これによって、前記相変化物質パターン２１０ｂに供給されるデータ書き込みのための熱の損失をさらに減少、または最小化して相変化記憶素子の消費電力を減少させる。また、前記相変化物質パターン２１０ｂが占める上面の面積が減少するので、相変化記憶素子をさらに高集積化することができる。また、図６の相変化記憶素子は、図５のキヤッピング導電パターン、配線プラグ、第２層間絶縁膜等が要らない。これによって、相変化記憶素子の製造工程数が減るので相変化記憶素子の生産性が大きく向上する。
【００７３】
次に、本実施形態による相変化記憶素子の形成方法を図面等を参照して説明する。
【００７４】
図７から図１０は本発明の第２実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【００７５】
図７を参照すれば、基板２００の上に第１層間絶縁膜２０２を形成し、前記第１層間絶縁膜２０２をパターニングして前記第１層間絶縁膜２０２を貫通する開口部２０４を形成する。
【００７６】
前記開口部２０４を埋めるヒーター導電膜を前記基板２００の全面に形成し、前記ヒーター導電膜を前記第１層間絶縁膜２０２が露出されるまで平坦化する。続いて、前記平坦化されたヒーター導電膜の上面をリセスして前記開口部２０４の底部を埋めるヒーター電極２０６を形成する。前記ヒーター電極２０６上の前記開口部２０４の上部は空いている。
【００７７】
図８を参照すれば、前記基板２００の上に前記ヒーター電極２０６の上の前記開口部２０４を埋める粘着膜２０８を蒸着する。前記粘着膜２０８は炭素を含む物質から形成する。前記粘着膜２０８は、スピンコーティング方法、化学気相蒸着方法またはスパッタ方法を利用して蒸着する。前記粘着膜２０８を蒸着した後に、前記粘着膜２０８の比抵抗を減少させるための熱処理工程を行う。前記熱処理工程は、前記粘着膜２０８の蒸着方法に応じて異なる工程温度を設定して行う。前記熱処理工程は、前記粘着膜２０８を蒸着した直後に行われる。逆に、前記熱処理工程は、前記粘着膜２０８を蒸着し、他の工程等を実行した後に行っても良い。
【００７８】
図９を参照すれば、前記粘着膜２０８を前記第１層間絶縁膜２０２が露出されるまで平坦化する。続いて、前記平坦化された粘着膜２０８の上面をリセスして粘着パターン２０８ａを形成する。前記粘着パターン２０８ａの上面は前記第１層間絶縁膜２０２の上面に比べて低い。前記粘着パターン２０８ａの上の開口部２０４は空いている。
【００７９】
続いて、前記粘着パターン２０８ａの上の開口部２０４を埋める相変化物質膜２１０を基板１００の全面上に形成する。
【００８０】
図１０を参照すれば、前記相変化物質膜２１０の上にキヤッピング導電膜を形成し、前記キヤッピング導電膜および相変化物質膜２１０を連続にパターニングして順に積層された相変化物質パターン２１０ａおよびキヤッピング導電パターン２１２を形成する。前記相変化物質パターン２１０ａの底部は、前記粘着パターン２０８ａの上の前記開口部２０４を埋めて、前記相変化物質パターン２１０ａの上部は、前記第１層間絶縁膜２０２の上に配置される。
【００８１】
前記基板２００の全面上に第２層間絶縁膜２１４を形成し、前記第２層間絶縁膜２１４をパターニングして前記キヤッピング導電パターン２１２を露出させるコンタクトホール２１６を形成する。前記コンタクトホール２１６を埋める図５の配線プラグ２１８を形成し、前記第２層間絶縁膜２１４の上に図５の配線２２０を形成する。これによって、図５に開示された相変化記憶素子が具現できる。
【００８２】
前記比抵抗を減少させる熱処理工程を省略し、前記相変化記憶素子が出来上がった後に、前記相変化記憶素子に初期プログラム電流を印加するとき発生する熱を利用して前記粘着パターン２０８ａの比抵抗を減少させても良い。
【００８３】
一方、図６に図示された相変化記憶素子の形成方法を図１１を参照して説明する。この方法は、図７から図９を参照して説明した方法等を含む。
【００８４】
図１１は図６に開示された相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【００８５】
図９から図１１を参照すれば、粘着パターン２０８ａの上の開口部２０４を埋める相変化物質膜２１０を形成した後に、前記相変化物質膜２１０を前記層間絶縁膜２０２が露出されるまで平坦化する。これによって、前記粘着パターン２０８ａの上の開口部２０４の内部に限られて相変化物質パターン２１０ｂが形成される。続いて、層間絶縁膜２０２の上に図６の配線２２０’を形成する。これによって、図６に図示された相変化記憶素子が具現できる。
【００８６】
（第３実施形態）
本実施形態では、粘着パターンの他の形態を示す。本実施形態による相変化記憶素子は第２実施形態に開示された相変化記憶素子と同様である。従って、第２実施形態と同じ構成要素は同じ符号を付けて説明する。
【００８７】
図１２は本発明の第３実施形態による相変化記憶素子を示す断面図である。
【００８８】
図１２を参照すれば、基板２００の上に配置された第１層間絶縁膜２０２を貫通する開口部２０４の内部にヒーター電極２０６が配置される。前記ヒーター電極２０６は、前記開口部２０４の底部を埋める。即ち、前記ヒーター電極２０６の上面は第１層間絶縁膜２０２の上面に比べて低い。
【００８９】
前記ヒーター電極２０６の上に相変化物質パターン３１０ａが配置される。前記相変化物質パターン３１０ａの底部は、前記開口部２０４の上部に配置され、前記相変化物質パターン３１０ａの上部は、前記第１層間絶縁膜２０２の上に配置される。即ち、前記相変化物質パターン３１０ａの上面は、前記第１層間絶縁膜２０２の上面より高い。前記相変化物質パターン３１０ａの上部は、前記開口部２０４の周辺の前記第１層間絶縁膜２０２の上面を覆う。前記相変化物質パターン３１０ａは、上述した第１実施形態の相変化物質パターン１１０ａと同じ物質から形成する。
【００９０】
粘着パターン３０８ａが、前記ヒーター電極２０６の上面と前記開口部２０４の内部の相変化物質パターン３１０ａの下面との間に配置される。また、前記粘着パターン３０８ａの縁部は、延長されて前記開口部２０４の上部側壁と前記相変化物質パターン３１０ａの底部との間に介される。また、前記粘着パターン３０８ａは、さらに延長されて前記相変化物質パターン３１０ａの上部と前記第１層間絶縁膜２０２との間にも介される。言い替えれば、前記粘着パターン３０８ａは、前記相変化物質パターン３１０ａの下の第１層間絶縁膜２０２、開口部２０４の上部側壁およびヒーター電極２０６の上面に沿ってコンフォーマルに設けられる。前記粘着パターン３０８ａは、前記ヒーター電極２０６の上面および前記相変化物質パターン３１０ａに接触する。
【００９１】
前記粘着パターン３０８ａは、上述した第１および第２実施形態等の粘着パターン等１０８ａ、２０８ａと同じ物質から形成される。即ち、前記粘着パターン３０８ａは炭素を含む物質から形成される。これによって、前記ヒーター電極２０６、粘着パターン３０８ａおよび相変化物質パターン３１０ａは極めて優れた接着力で結合される。その結果、相変化記憶素子の耐久性が向上される。
【００９２】
前記相変化物質パターン３１０ａは、上述した第１実施形態の相変化物質パターン１１０ａと同じ物質から形成される。また、前記相変化物質パターン３１０ａの前記粘着パターン３０８ａに隣接した部分は、前記粘着パターン３０８ａから拡散された炭素を含む。これによって、前記相変化物質パターン３１０ａのデータの維持能力が向上される。
【００９３】
また、前記相変化物質パターン３１０ａの底部が前記開口部２０４の一部を埋めることによって、前記相変化物質パターン３１０ａのプログラム領域は前記開口部２０４の内部に限られる。その結果、前記相変化物質パターン３１０ａのプログラム領域に供給される熱の損失を最小化して相変化記憶素子の消費電力を最小化することができる。
【００９４】
キヤッピング導電パターン２１２が前記相変化物質パターン３１０ａの上に配置され、第２層間絶縁膜２１４が前記基板２００の全面を覆う。配線プラグ２１８が前記第２層間絶縁膜２１４を貫通するコンタクトホール２１６を埋めて前記キヤッピング導電パターン２１２に接続し、配線２２０が前記第２層間絶縁膜２１４の上に設けられて前記配線プラグ２１８に接続する。
【００９５】
次に、本実施形態を図１３を参照して説明する。
【００９６】
図１３は本発明の第３実施形態による相変化記憶素子の変形例を示す断面図である。
【００９７】
図１３を参照すれば、ヒーター電極２０６が基板２００の上に配置された層間絶縁膜２０２を貫通する開口部２０４の底部を埋めて、相変化物質パターン３１０ｂが前記開口部２０４の上部に配置される。このとき、前記相変化物質パターン３１０ｂの上面は、前記層間絶縁膜２０２の上面と共面を成す。即ち、前記相変化物質パターン３１０ｂは、前記開口部２０４の上部に限られて配置される。
【００９８】
粘着パターン３０８ｂが前記ヒーター電極２０６の上面と相変化物質パターン３１０ｂの下面との間に介される。また、前記粘着パターン３０８ｂは、延長されて前記相変化物質パターン３１０ｂと前記開口部２０４の上部側壁との間にも介される。前記粘着パターン３０８ｂの延長部は、前記相変化物質パターン３１０ｂの上面と層間絶縁膜２０２の上面が共面を成す面を有する。前記粘着パターン３０８ｂは、前記ヒーター電極２０６の上面および前記相変化物質パターン３１０ｂの下面および側面に接触する。
【００９９】
前記粘着パターン３０８ｂは、第１実施形態の粘着パターン１０８ａと同じ物質から形成される。即ち、前記粘着パターン３０８ｂは、炭素を含む物質から形成される。これによって、相変化記憶素子の耐久性が向上される。また、前記相変化物質パターン３１０ｂは、前記開口部２０４の内部に限られて設けられる。これによって、相変化記憶素子の生産性が向上され、高集積の相変化記憶素子が具現できる。
【０１００】
前記相変化物質パターン３１０ｂは、第１実施形態の相変化物質パターン１１０ａと同じ物質から形成される。前記相変化物質パターン３１０ｂの前記粘着パターン３０８ｂに隣接した部分は、炭素を含む。これによって、前記相変化物質パターン３１０ｂのデータの維持能力が向上される。
【０１０１】
配線２２０”が前記層間絶縁膜２０２の上に設けられて前記相変化物質パターン３１０ｂに接続する。前記配線２２０”は前記相変化物質パターン３１０ｂの上面全体を覆う。また、前記配線２２０”は前記粘着パターン３１０ｂの延長部を覆う。前記配線２２０”は第１実施形態の配線１２０と同じ物質から形成される。
【０１０２】
次に、本実施形態による相変化記憶素子の形成方法を図面等を参照して説明する。
【０１０３】
図１４および図１５は本発明の第３実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【０１０４】
図１４を参照すれば、基板２００の上に第１層間絶縁膜２０２を形成し、前記第１層間絶縁膜２０２をパターニングして前記第１層間絶縁膜２０２を貫通する開口部２０４を形成する。前記開口部２０４の底部を埋めるヒーター電極２０６を形成する。
【０１０５】
前記ヒーター電極２０６を有する基板２００の上に粘着膜３０８をコンフォーマルに蒸着する。これによって、前記粘着膜３０８は前記第１層間絶縁膜２０２の上面、前記開口部２０４の上部側壁および前記ヒーター電極２０６の上面に沿って連続してコンフォーマルに蒸着される。前記粘着膜３０８は、スピンコーティング方法、化学気相蒸着方法またはスパッタ方法を利用して蒸着する。前記粘着膜３０８の上に前記開口部２０４を埋める相変化物質膜３１０を形成する。前記相変化物質膜３１０は、前記粘着膜３０８に接触する。
【０１０６】
前記粘着膜３０８を蒸着した後に、前記粘着膜３０８の比抵抗を減少させるための熱処理工程を行う。前記熱処理工程は前記粘着膜３０８を蒸着した直後に行う。逆に、前記熱処理工程は、前記粘着膜３０８を蒸着し、他の工程等を実行した後に行っても良い。
【０１０７】
図１５を参照すれば、前記相変化物質膜３１０の上にキヤッピング導電膜を形成し、前記キヤッピング導電膜、相変化物質膜３１０および粘着膜３０８を連続にパターニングして順に積層された粘着パターン３０８ａ、相変化物質パターン３１０ａおよびキヤッピング導電パターン２１２を形成する。続いて、第２層間絶縁膜２１４を基板２００の全面上に形成し、前記第２層間絶縁膜２１４をパターニングしてキヤッピング導電パターン２１２を露出させるコンタクトホール２１６を形成する。
【０１０８】
続いて、前記コンタクトホール２１６を埋める図１２の配線プラグ２１８を形成し、前記第２層間絶縁膜２１８の上に図１２の配線２２０を形成する。これによって、図１２の相変化記憶素子が具現できる。
【０１０９】
一方、前記比抵抗を減少させるための熱処理工程は省略しても良い。この場合に、前記相変化記憶素子が出来上がった後に、前記相変化記憶素子に初期プログラム電流を印加してジュール熱を発生させて前記粘着パターン３０８ａの比抵抗を減少させる。本発明の他の実施形態によると、前記熱処理工程および前記初期プログラム電流の印加を共に利用して前記粘着パターン３０８ａの比抵抗を減少することもできる。
【０１１０】
次に図１６に図示された相変化記憶素子の形成方法を説明する。この方法は図１４を参照して説明した方法等を含む。
【０１１１】
図１６は図１３に図示された相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【０１１２】
図１４および図１６を参照すれば、相変化物質膜３１０および粘着膜３０８を層間絶縁膜２０２が露出されるまで平坦化して前記開口部２０４の上部に順に積層された粘着パターン３０８ｂおよび相変化物質パターン３１０ｂを形成する。続いて、図１６に配線２２０”を形成して図１３に図示された相変化記憶素子が具現できる。
【０１１３】
本変形例による前記粘着パターン３０８ｂの比抵抗も上述した熱処理工程または初期プログラム電流から発生されたジュール熱を利用して減少させる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】従来の相変化記憶素子を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による相変化記憶素子を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態による相変化記憶素子を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による相変化記憶素子の変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図１１】図６に開示された相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による相変化記憶素子を示す断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態による相変化記憶素子の変形例を示す断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【図１６】図１３に図示された相変化記憶素子の形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１００  基板
１０２  第１層間絶縁膜
１０４  開口部
１０６  ヒーター電極
１０８ａ  粘着パターン
１１０ａ  相変化物質パターン
１１２ａ  キヤッピング導電パターン
１１４  第２層間絶縁膜
１１６  コンタクトホール
１１８  配線プラグ
１２０  配線
【図１】
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【図２】
2008182234.tif 000004
【図３】
2008182234.tif 000005
【図４】
2008182234.tif 000006
【図５】
2008182234.tif 000007
【図６】
2008182234.tif 000008
【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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