[發明專利]制備鈦-銻-碲相變材料的方法及相變存儲單元制備方法

有效

• 申請號: 201210537558.4
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN102978588A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 宋三年;宋志棠;吳良才;饒峰;劉波;朱敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44;C23C16/08;H01L45/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，特別是涉及一種制備鈦-銻-碲相變材料的方法及相變存儲單元制備方法。

背景技術

相變存儲器（PCM）是一種新興的半導體存儲器，與目前已有的多種半導體存儲技術相比，包括常規的易失性技術，如靜態隨機存儲器（SRAM）、動態隨機存儲器（DRAM）等，和非易失性技術，如介電隨機存儲器（FeRAM）、電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）、閃速存儲器（FLASH）等，具有非易失性、循環壽命長（>10¹³次）、元件尺寸小、功耗低、可多級存儲、高速讀取、抗輻照、耐高低溫（-55~125°C）、抗振動、抗電子干擾和制造工藝簡單（能和現有的集成電路工藝相匹配）等優點。相變存儲器（PCM）以硫系化合物為存儲介質，利用電能（熱量）使材料在晶態（低阻）與非晶態（高阻）之間相互轉化實現信息的寫入和擦除，信息的讀出靠測量電阻的變化實現。相變存儲器（PCM）是最具競爭力的下一代非易失性半導體存儲器，當前已實現小批量產業化，其市場前景被廣為看好。

隨著工藝節點的推進，PCM器件結構由平板型轉變為具有更低功耗的納米限定孔型，器件尺寸的不斷縮小以及器件結構深寬比的不斷加大使得相變材料的填充面臨巨大的困難。目前，相變材料的制備采用的是物理氣相沉積（Physical?Vapor?Deposition,PVD）技術，但是當溝槽尺寸進一步縮小且深寬比進一步增大時，由于PVD方法在溝槽開口處沉積相變材料較快，而溝槽底部較慢，會導致溝槽底部的階梯覆蓋率不佳而造成器件失效。因此，開發新型的相變材料制備技術勢在必行。

原子層沉積（Atomic?layer?deposition，ALD）是一種可以將物質以單原子膜形式一層一層的鍍在基底表面的方法。制備過程中將氣相前驅體脈沖交替地通入反應器，前軀體達到沉積基底表面后，會在其表面化學吸附并發生表面反應形成沉積膜。由于這種反應具有自我限制（self-limited）特性，使得每一次進氣循環的過程僅形成厚度為一層原子的薄膜，此項特性讓控制鍍膜厚度的精確性可達原子級（約十分之一納米）的尺度。相對于傳統薄膜制程，ALD技術同時具有大面積、高階梯覆蓋率、高厚度均勻性、低溫制程及原子級膜厚控制等優點，能夠滿足微納尺度器件制備的要求。2010年，Samsung報道了采用ALD技術填充相變材料所制成的相變存儲單元器件，其相變材料（GeSbTe合金）填充在一個17nm×7.5nm×30nm的溝槽中（sub-20nm工藝），該器件SET時間僅為30ns，疲勞性能達到了10¹⁵，數據保持力為85°C保存4.5年，其性能可以滿足DRAM的要求。綜上所述，采用化學方法制備相變材料是高密度PCRAM發展的必然方向，包括Samsung、IBM等在內的大公司都在部署ALD、CVD制備相變材料方面的研發工作。目前研究最為普遍的相變材料是Ge₂Sb₂Te₅(GST)，但其結晶溫度較低，器件功耗較大，且數據保持力不強，開發新型的相變材料一直以來都是材料研究工作者的重要任務。

鈦-銻-碲（TiSbTe）是一種新型的相變材料，具有相變速度快，數據保持力好、結晶溫度高的特點，目前的制備是采用濺射方法，國內外還沒有關于該種材料化學制備方法的報道以及相關的專利。本發明提出了一種鈦-銻-碲相變材料的ALD化學工藝。該工藝的優點是，制備出的薄膜厚度精確可控，成份均一，致密性好，而且有很強的填孔能力，可實現相變材料的高密度填充。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種制備鈦-銻-碲相變材料的方法及相變存儲單元制備方法，提出了一種鈦-銻-碲相變材料的原子層沉積工藝以實現薄膜厚度精確可控，成份均一，致密性好，且具有很強的填孔能力，使相變材料可進行高密度填充。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法，包括以下步驟：

1）在基底上引入Sb的前驅體SbCl₃脈沖，清洗未被吸收的的SbCl₃，然后引入Te的前驅體(R₃Si)₂Te脈沖，清洗未被吸收的(R₃Si)₂Te和反應副產物；