CN101271961B - 形成包括碲的相变材料层的方法和使用该相变材料层来制造相变存储器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了形成相变材料层的方法，所述方法包括：在一温度下提供衬底和硫族化物目标，所述硫族化物目标包括锗(Ge)、锑(Sb)和碲(Te)，在所述温度，碲挥发，而锑不挥发；以及，执行溅射处理以在所述衬底上形成包括硫族化物材料的所述相变材料层。还提供了使用所述相变材料层来制造相变存储器的方法。

Description

形成包括碲的相变材料层的方法和使用该相变材料层来制造相变存储器的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年3月21日提交的韩国专利申请第10-2007-0027395号在35U.S.C.§119下的权益，其公开通过引用被整体包含在此。
技术领域
本发明的实施例涉及一种形成包括硫族化物材料的相变材料层的方法和用于使用所述相变材料层来制造相变存储器的方法。
背景技术
半导体存储器一般可以被划分为：易失性半导体存储器，诸如动态随机存取存储器(DRAM)或者静态随机存取存储器(SRAM)；以及，非易失性半导体存储器，诸如闪速存储器或者电子可擦除可编程存储器(EEPROM)。易失性半导体存储器一般当关断电源时丢失其中存储的数据。但是，非易失性半导体存储器即使当中断或者关断电源时也可以保持所存储的数据。
在非易失性半导体存储器中，闪速存储器已经用于各种电子设备中，诸如数码照像机、蜂窝电话、MP3播放机等。因为闪速存储器一般对于写入或者擦除数据需要较长的时间，因此已经开发了用于制造半导体存储器的替代技术，所述半导体存储器诸如磁阻随机存取存储器(MRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)或者相变随机存取存储器(PRAM)。
在PRAM器件中，可以使用在相变材料层的非晶状态和结晶状态之间的电阻差来输入或者输出数据，所述相变材料层包括硫族化物材料，诸如锗-锑-碲(Ge-Sb-Te)(GST)。具体上，可以使用所述相变材料层的可逆的相变来在PRAM器件中存储具有“0”或者“1”值的数据。在非晶状态中的相变材料层可以具有较高的电阻，而在结晶状态中的相变材料层可以具有较低的电阻。在PRAM器件中，晶体管可以为相变材料层提供复位电流，所述复位电流用于将所述相变材料层的相位从结晶状态向非晶状态改变。所述晶体管也可以为相变材料层提供置位电流，所述置位电流用于将所述相变材料层的相位状态从非晶状态向结晶状态改变。所述相变材料层可以形成在与电连接到所述晶体管的插座接触的下电极上。在例如美国专利第5,825,046号、美国专利第5,596,522号、韩国特开专利公布第2005-31160号和韩国专利第437458号中讨论了传统的PRAM器件和制造传统的PRAM器件的方法。
在上述的制造传统PRAM器件的方法中，可以通过诸如溅射处理的物理汽相淀积(PVD)处理，或者化学汽相淀积(CVD)处理来形成包括GST的相变材料层。但是，在PVD处理中，控制GST的构成比可能是困难的，这使得所述相变材料层可能不具有期望的电子特性。
具体上，GST是伪二元的复合物，其包括碲化锗(GeTe)和碲化锑(Sb2Te3)，GST具有化学式锗-锑-碲(GexSbyTe(100-x-y))。在此，x和y可不具有小于100的任意值，而GST具有伪二元线上的构成比，所述伪二元线在伪二元的相位图上将碲化锗(GeTe)和碲化锑(Sb2Te3)连接，并且所述构成比可以仅仅具有可接受的误差范围10％(参见IEEEProc.-Sci.Meas.Technol.151，394(2004))。
图1表示包括由构成扩展方法形成的GST的相变材料层的三元构成图。具体上，在相变材料层中使用的锗-锑-碲(Ge2Sb2Te5)可以包括大约22％重量的锗(Ge)、大约22％重量的锑(Sb)和大约56％重量的碲(Te)。当诸如氮(N)、碳(C)、氧(O)、硅(Si)等的杂质被掺杂到相变材料层时，所述相变材料层可以至少由于所述杂质的量而具有改变的构成比。
在用于形成相变材料层的传统溅射方法中，可以通过控制锗、锑、碲的量而改变相变材料层的构成比。但是，至少因为所述相变材料层中的碲化锗(GeTe)和碲化锑(Sb2Te3)共同包括碲，碲可以在所述相变材料层中仅仅具有在大约50％到大约65％的重量范围内的含量。将碲的重量含量减少到低于大约50％可能有问题。
即使当使用如在韩国特开专利公布第2006-599395号中所述的、一种能够改善相变材料层的构成比控制的方法时，形成碲具有上述参考范围之外的量的构成比的相变材料层也可能有困难。
发明内容
本发明的实施例提供了用于形成相变材料层的方法，所述方法包括：使得衬底和硫族化物目标保持在一个温度，所述硫族化物目标包括锗(Ge)、锑(Sb)和碲(Te)，在所述温度，碲挥发，而锑不挥发；并且，执行溅射处理以在所述衬底上形成包括硫族化物材料的相变材料层。在一些实施例中，可以在大于碲的玻璃化温度和小于锑的玻璃化温度的温度执行所述溅射处理。在一些实施例中，执行所述溅射处理包括：将所述硫族化物目标的粒子淀积在该衬底上以形成预备的硫族化物材料；并且，挥发包括在所述预备的硫族化物材料中的至少一些部分的碲，以形成包括大约5-50％重量的碲的随后的硫族化物材料。在另外的实施例中，形成包括锗-锑-碲(Ge-Sb-Te)(GST)的相变材料层的方法包括：其中碲(Te)的重量含量小于大约50％的那些。
本发明的实施例还包括制造相变存储器的方法，所述方法包括：在其中具有硫族化物目标的室中的衬底上形成下电极，其中，所述硫族化物目标包括锗、锑和碲；提供一个温度，在所述温度，碲挥发，而锑不挥发；执行溅射处理以在所述衬底上形成包括硫族化物的相变材料层；并且，在所述相变材料层上形成上电极。在一些实施例中，可以在大于碲的玻璃化温度和小于锑的玻璃化温度的温度执行所述溅射处理。在一些实施例中，所述衬底是半导体衬底。所述半导体衬底可以包括在其上依序形成的栅极绝缘层、栅极导电层和栅极掩模层。可以进一步在所述半导体衬底上形成绝缘和导电层。在一些实施例中，制造相变存储器包括制备包括碲的重量含量小于50％的GST的相变材料层。
附图说明
通过下面结合附图的详细说明，本发明的上述和其它特征和优点将变得更清楚，其中：
图1是相变材料层的三元构成图，所述相变材料层包括通过构成扩展方法而形成的锗-锑-碲(Ge-Sb-Te)。
图2是图解按照本发明的一些实施例的相变材料层的横截面视图。
图3是图解按照本发明的一些实施例的一种形成相变材料层的方法的流程图。
图4是图解按照本发明的一些实施例的相变材料层中氮含量随氮气流率的变化的图表。
图5是图解按照本发明的一些实施例的、相变材料层的淀积率随氮气流率的变化的图表。
图6是图解按照本发明的一些实施例的、相变材料层的电阻率随氮气流率的变化的图表。
图7-14是图解按照本发明的一些实施例的、一种制造相变存储器的方法的横截面视图。
图15是分别图解出在示例1、2、3和4以及比较示例中呈现的相变材料层中的氮含量和硫族化物材料的构成比的图表。
图16是图解包括示例3中的相变材料层的存储单元的疲劳特性的图表。
图17是图解包括示例3中的相变材料层的存储单元的数据保持特性的图表。
具体实施方式
以下参见附图来更全面地说明本发明，在附图中示出了本发明的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来体现，并且不应当被理解为限于在此给出的实施例。而且，所提供的这些实施例是为了使本公开更彻底和完整，同时更全面地向本领域内的技术人员传达本发明的范围。在附图中，为了清楚，可以放大层和区域的大小和相对大小。
可以明白，当元件或者层被称为“在”另一元件或者层“之上”、“连接到”或者“耦接到”另一元件或者层时，所述元件可以直接地在所述另一元件或者层上、连接到或者耦接到另一元件或者层上，或者可以存在插入的元件或者层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或者层“之上”、“直接连接到”或者“直接耦接到”另一元件或者层时，则不存在插入的元件或者层。在全部附图中，相同的标号表示相同的元件。
可以明白，虽然术语第一、第二等可以在此用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分应当不被这些术语限制。这些术语仅仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或者部分相区别。因此，在不偏离本发明的教义的情况下，下述的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
为了易于说明，诸如“之下”、“下面”、“下”、“之上”、“上”等空间上的相对术语可以在此用于描述附图中所示的一个元件或者功能部件与另一或一些元件或者功能部件的关系。可以明白，除了在附图中所描述的方位之外，空间上的相对术语意欲还涵盖在使用或者操作中的器件的不同方位。例如，如果附图中的器件被反转，则被描述为在其它元件或者功能部件“之下”或者“下面”的元件被定位为在其它元件或者功能部件“之上”。因此，示例术语“之下”可以涵盖之上和之下的方位。所述器件可以另外定位(旋转90度或者在其它方位)，在此使用的在空间上的相对描述符可以据此被解释。
在此使用的术语仅仅用于描述特定的实施例，并且不意欲限定本发明。在此使用的单数形式“一个”和“所述”意欲也包括复数形式，除非上下文明确地另外指示。在此所述的所有公布、专利申请、专利和其它参考文献通过引用被整体包含。
还可以明白，在本说明书中使用的术语“包括”指定被陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除存在或者添加一个或多个其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
而且，可以明白，可以独立地执行包括此处所提供的方法的步骤，或者可以组合至少两个步骤。另外，在不偏离本发明的教义的情况下，当包括此处所提供的方法的步骤被独立或者组合地执行时，可以在同一温度和/或气压下或者在不同的温度和/或气压下被执行。
除非另外限定，在此使用的所有术语(包括科技术语)具有与本发明所属领域内的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还可以明白，诸如在普通使用的词典中限定的那些术语的术语应当被解释为具有与它们在本领域的环境中一致的含义。
相变材料层
图2是图解按照本发明的一些实施例的相变材料层的横截面视图。
参见图2，相变材料层20可以包括硫族化物材料或者被掺杂杂质的硫族化物材料。所述硫族化物材料可以包括锗-锑-碲(Ge-Sb-Te)、砷-锑-碲(As-Sb-Te)、砷-锗-锑-碲(As-Ge-Sb-Te)、锡-锑-碲(Sn-Sb-Te)、铟-锑-碲(In-Sb-Te)、银-铟-锑-碲(Ag-In-Sb-Te)、在15族中的元素-锑-碲(在15族中的元素-Sb-Te)、在16族中的元素-锑-碲(在16族中的元素-Sb-Te)等。在特定实施例中，包括锗-锑-碲(Ge-Sb-Te)(GST)的硫族化物材料可以用于相变材料层20。
当受热时，硫族化物材料可以具有相变的特性。可以通过电流控制提供到所述硫族化物材料的热量。因此，所述硫族化物材料可以具有晶体结构，所述硫族化物材料的这种晶体结构按照应用到其的电流量和向其提供电流的时间量而改变。所述硫族化物材料可以具有在非晶状态和结晶状态之间的电阻差(具体上，在结晶状态中的硫族化物材料的电阻比在非晶状态中的硫族化物材料的电阻更低)，因为所述硫族化物材料的电阻可以被用作逻辑状态的标准，所以至少部分的所述硫族化物材料可以被包括在存储器中。
在本发明的一些实施例中，相变材料层20可以包括硫族化物材料，所述硫族化物材料可以包括锗(Ge)锑(Sb)碲(Te)。所述硫族化物材料可具有大约5-50％重量的碲。在一些实施例中，相变材料层20具有包括大约20-50％重量的碲的、包括杂质硫族化物材料。在其它实施例中，相变材料层20具有包括大约30-50％重量的碲的、包括杂质的硫族化物材料。可包括在所述相变材料层20中的杂质可以包括例如氧(O)、硅(Si)、碳(C)或者氮(N)。这些元素可以单独或者以其组合被使用。
相变材料层20可以包括由化学式(1)表示的硫族化物材料。相变材料层20可以包括大约86-98％重量的硫族化物材料和大约2-10％重量的杂质。
化学式(1)：
GexSbyTe(100-x-y)
其中，25≤x≤35并且25≤y≤35
在本发明的一些实施例中，所述硫族化物材料可以包括大约25-40％重量的锗、大约25-40％重量的锑和大约20-50％重量的碲。在本发明的一些其它实施例中，所述硫族化物材料可以包括大约25-35％重量的锗、大约25-35％重量的锑和大约30-50％重量的碲。因此，所述硫族化物材料可以具有这样的构成比，其中，锗∶锑∶碲(Ge∶Sb∶Te)的含量是大约1∶1∶1到大约1∶1∶2。
相变材料层20可以具有86-98％重量的硫族化物材料，所述硫族化物材料可以包括大约25-35％重量的锗、大约25-35％重量的锑、大约30-50％重量的碲和大约2-14％重量的杂质。可以按照形成所述相变材料层20的条件来改变硫族化物材料中碲的含量，所述条件诸如本领域内的技术人员理解的温度、淀积速度等变量。
相变材料层20可以包括被掺杂杂质的硫族化物层、被掺杂杂质的GST层等。例如，当所述杂质包括氮时，相变材料层20可以具有大约90-98％重量的硫族化物材料，所述硫族化物材料可以包括大约25-35％重量的锗、大约25-35％重量的锑、大约30-50％重量的碲和大约2-10％重量的氮。另外举例，当所述杂质包括碳时，相变材料层20可以具有大约85-98％重量的硫族化物材料，所述硫族化物材料可以包括大约25-35％重量的锗、大约25-35％重量的锑、大约30-50％重量的碲和大约2-15％重量的碳。
如上所述，相变材料层20可以具有这样的构成比，其中，碲的重量含量占所述硫族化物材料层20的总重量的大约5-50％，使得包括所述相变材料层20的相变存储器可以具有改善的电特性和期望的结晶特性。
形成相变材料层的方法
图3是图解按照本发明的一些实施例的一种形成相变材料层的方法的流程图。具体上，在图3的步骤S110中，衬底设置在可以在其中执行溅射处理的室内，所述相变材料层可在所述衬底上形成。
所述室可以在其中具有台、硫族化物目标和用于在该室内提供直流(DC)电压的电源。所述台可以支撑设置在所述室内的衬底。
在本发明的一实施例中，所述硫族化物目标可以包括化学式为Ge2Sb2Te5的硫族化物材料。所述硫族化物材料可以具有大约22％重量的锗、大约22％重量的锑和大约56％重量的碲。在本发明的另一实施例中，所述硫族化物目标可以具有：第一目标，其可以包括碲化锗(GeTe)；以及第二目标，其可以包括碲化锑(Sb2Te3)。
另外，所述硫族化物目标可以包括杂质，诸如氧、硅、碳、氮等。当通过溅射处理来形成所述相变材料层时，可以通过所述杂质来控制用于稳定所述硫族化物目标的时间。
所述电源可以向所述硫族化物目标提供负高压，以便可以在所述台或者所述硫族化物目标之间产生高电压差。
在步骤S120中，可以将所述室保持在一个温度，在所述温度，可以包括在所述硫族化物目标中的碲可以挥发。具体上，可以保持所述室提供一个这样的温度，即在所述温度，碲可以挥发，而锑不会挥发。
一般地，可以包括在所述硫族化物目标中的锗、锑和碲可以分别具有大约938℃、大约631℃和大约450℃的熔点。当粒子大小减少时，熔点可能更低。另外，所述硫族化物目标具有玻璃化温度，因此，锗、锑和碲可以在大于所述玻璃化温度的温度挥发。与所述硫族化物目标中的其它元素相比较，碲(Te)具有大约250℃到大约350℃的相对较低的玻璃化温度。
在本发明的一些实施例中，可以在大约250℃到大约350℃的温度执行所述溅射处理，所述温度大于碲的玻璃化温度，同时小于锑的玻璃化温度。所述室可以通过位于所述台上的加热器保持大约250℃到大约350℃的范围内的温度。
在步骤S130中，可以在所述室内产生包括氩(Ar)离子的等离子体，以便可以执行溅射处理。具体上，可以通过电源向所述硫族化物目标施加负电压。电源可以以大约300W到大约700W、在一些实施例中为大约500W的功率电平施加所述电压。因此，可以在所述硫族化物目标和台之间产生高电压差。
可以向其中已经产生高电压的室内引入氩气。所述氩气可以在所述室内被激发到包括氩离子的等离子体状态。可以同时执行所述的氩气的引入和负电压的施加。
在本发明的一实施例中，可以以大约30到大约80sccm的流率、在一些实施例中为大约40到大约60sccm的流率来向所述室内提供氩气。另外，可以向该室内提供氮(N2)气。可以以大约10到大约100sccm的流率、在一些实施例中为大约25到大约80sccm的流率来提供所述氮气。
在本发明的一些实施例中，当将氮气提供给氩气时，所述氩气和氮气可以具有大约1∶0.3到大约1∶2.0的流率比，在一些实施例中此流率比为大约1∶0.35到大约1∶1.5。
所述氮气可以改善所述相变材料层的可靠性，并且/或者降低粒子从所述硫族化物目标向衬底中的淀积率，以便可以提高用于形成所述相变材料层的时间。[这是准确的表述吗？]因此，氮气可以帮助碲挥发，因此，碲在所述相变材料层的硫族化物材料中的重量含量可以小于大约50％。
在步骤S140，可以在所述室内形成具有硫族化物材料的相变材料层，所述硫族化物材料包括在相变材料层中大约5％到大约50％重量的碲，在所述室内，该等离子体包括氩离子。
具体上，可以包括在所述等离子体中的氩离子以高速冲击硫族化物目标，因此，在所述硫族化物目标中的粒子可以与该硫族化物目标分离，并且可以被物理地淀积在所述衬底上。
从硫族化物目标分离的粒子可以被淀积在所述衬底上，由此形成预备的相变材料层。在衬底上的所述预备的相变材料层可能处于不稳定的状态，使得至少一部分碲在大约250到大约350℃的温度可能会挥发。因此，可以在该衬底上形成具有硫族化物材料的相变材料层，所述硫族化物材料可以包括大约5-50％重量的碲，在一些实施例中为大约30-50％重量的碲。
在本发明的一些实施例中，在上述条件下形成的相变材料层可以具有如此的硫族化物材料，即所述硫族化物材料可以包括大约25-35％重量的锗、大约25-35％重量的锑和大约30-50％重量的碲。在一些实施例中，所述相变材料层可以具有大约86-98％的硫族化物材料，所述硫族化物材料可以包括大约25-35％重量的锗、大约25-35％重量的锑、大约30-50％重量的碲和大约2-14％重量的杂质。在一些实施例中，所述相变材料层可以包括大约90-98％的硫族化物材料，所述硫族化物材料可以包括大约25-35％重量的锗、大约25-35％重量的锑、大约30-50％重量的碲和大约2-10％重量的杂质。
在本发明的另一实施例中，所述相变材料层可以包括大约92-98％的硫族化物材料，所述硫族化物材料可以包括大约24-31％重量的锗、大约24-31％重量的锑、大约30-50％重量的碲和大约2-8％重量的氮。
图4是图解按照本发明的一些实施例的相变材料层中氮含量随氮气流率的变化的图表。在图4中，x轴表示氮气的流率，y轴表示在相变材料层中的氮含量。参见图4，当使用Ge2Sb2Te5目标、以提高的氮气流率通过溅射处理而形成相变材料层时，在所述相变材料层中的氮含量提高。即，在相变材料层中的氮含量与氮气的流率成比例。
图5是图解按照本发明的一些实施例的、相变材料层的淀积率随氮气流率的变化的图表。在图5中，x轴表示氮气的流率，y轴表示相变材料层在衬底上的淀积率。
参见图5，当使用Ge2Sb2Te5目标、以提高的氮气流率通过溅射处理而形成相变材料层时，所述相变材料层的淀积率降低。即，相变材料层的淀积率与氮气的流率成反比。
图6是图解按照本发明的一些实施例的、相变材料层的电阻率随氮气流率的变化的图表。在图6中，x轴表示氮含量，y轴表示相变材料层的电阻率。参见图6，当使用Ge2Sb2Te5目标、以提高的氮气流率通过溅射处理而形成相变材料层时，所述相变材料层中的电阻率也提高。更具体而言，相变材料层中的电阻率与氮含量成比例。
用于制造相变存储器的方法
图7-14是图解按照本发明的一些实施例的、一种制造相变存储器的方法的横截面视图。
参见图7，可以在半导体衬底300上形成隔离层303。半导体衬底300可以被隔离层303划分为激活区和场效应区。可以通过浅槽隔离(STI)处理或者通过硅的局部氧化(LOCOS)处理来形成所述隔离层303。可以使用氧化硅(SiO2)来形成隔离层303。
可以在所述半导体衬底300上依序形成栅极绝缘层、栅极导电层和栅极掩模层。可以使用氧化物或者具有高的介电常数的金属氧化物来形成所述栅极绝缘层，所述具有高的介电常数的金属氧化物诸如氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)等。例如，可以使用氧化硅、氧化铪、氧化锌(ZrO2)、氧化钛(Ti2O3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铝等来形成所述栅极绝缘层。可以通过热氧化处理、化学汽相淀积(CVD)处理、溅射处理、等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)处理、原子层淀积(ALD)处理、高密度等离子体化学汽相淀积(HDP-CVD)处理等来形成所述栅极绝缘层。可以使用掺杂质的多晶硅、金属或者金属硅化物来形成所述栅极导电层。例如，可以使用钨(W)、铝(Al)、钛(Ti)、钽(Ta)、硅化钨(WSi2)、硅化钛(TiSi2)、硅化钴(CoSi2)等来形成所述栅极导电层。可以通过CVD处理、溅射处理、PECVD处理、ALD处理等来形成所述栅极导电层。可以使用具有相对于所述栅极导电层和栅极绝缘层的蚀刻选择性的材料来形成所述栅极掩模层。可以使用氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)或者金属氮氧化物来形成所述栅极掩模层。可以通过CVD处理、溅射处理、PECVD处理、ALD处理等来形成所述栅极掩模层。
可以至少部分地去除所述栅极绝缘层、栅极导电层和栅极掩模层以分别形成栅极掩模312、栅极电极309和栅极绝缘层图案306。
第一绝缘层可以被形成在半导体衬底300上以覆盖所述栅极掩模312、栅极电极309和栅极绝缘层图案306。可以使用氮化硅来形成所述第一绝缘层。可以至少部分地去除所述第一绝缘层以在栅极掩模312、栅极电极309和栅极绝缘层图案306的侧壁上形成栅极隔离物315。可以通过各向异性蚀刻处理来形成所述栅极隔离物315。因此，可以在半导体衬底300上形成包括栅极绝缘层图案306、栅极电极309、栅极掩模312和栅极隔离物315的栅极结构318。
可以使用所述栅极结构318来作为注入掩模向半导体衬底300中注入杂质，以在所述半导体衬底300的上部形成第一杂质区321和第二杂质区324。结果，可以在半导体衬底300上形成包括栅极结构318和第一和第二杂质区321和324的晶体管。所述第一和第二杂质区321和324可以作为源极/漏极区域。
参见图8，可以在半导体衬底300上形成第一绝缘夹层327以覆盖所述晶体管。可以使用掺杂硼磷的硅玻璃(BPSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、四乙基原硅酸盐(TEOS)、等离子体增强的四乙基原硅酸盐(PE-TEOS)、未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)、可流动的氧化物(FOx)、旋涂玻璃(SOG)、HDP-CVD氧化物等来形成所述第一绝缘夹层327。可以通过CVD处理、PECVD处理、ALD处理、HDP-CVD处理等来形成所述第一绝缘夹层327。
可以至少部分地去除所述第一绝缘夹层327，以通过其形成第一接触孔330和第二接触孔333。所述第一接触孔330暴露于第一杂质区321，所述第二接触孔333暴露于第二杂质区324。
第一导电层336可以被形成在第一和第二杂质区321和324以及第一绝缘夹层327上，以填充所述第一和第二接触孔330和333。可以使用掺杂质的多晶硅、金属或者导电金属氮化物来形成所述第一导电层336。可以通过溅射处理、CVD处理、PECVD处理、ALD处理、电子束淀积(EBD)处理，或者脉冲激光淀积(PLD)处理来形成所述第一导电层336。例如，可以使用钨、钛、氮化钛(TiN)、铝、氮化钛铝(TiAlN)、氮化钨(WN)、氮化铝(AlN)等来形成所述第一导电层336。
参见图9，可以通过化学机械抛光(CMP)处理、深腐蚀处理或者CMP和深腐蚀的组合处理来至少部分地去除所述第一导电层336，直到暴露所述第一绝缘夹层327。因此，可以分别在所述的第一和第二接触孔330和333中形成第一接触339和第二接触342。可以在第一杂质区321上形成第一接触339，并且可以在第二杂质区324上形成第二接触342。
可以在所述的第一和第二接触339和342以及所述第一绝缘夹层327上形成第二导电层345。可以通过溅射处理、CVD处理、PECVD处理、ALD处理、EBD处理、PLD处理等来形成所述第二导电层345。例如，可以使用钨、钛、氮化钛、铝、氮化钛铝、氮化钨、氮化铝等来形成所述第二导电层345。
在所述第二导电层345上形成第二绝缘层后，可以至少部分地去除所述第二绝缘层以在所述第二导电层345上形成第一绝缘层图案348和第二绝缘层图案349。可以通过CVD处理、PECVD处理、ALD处理、HDP-CVD处理等，使用氮化物或者氮氧化合物而形成所述第二绝缘层。可以在第二导电层345的一部分上形成所述第一绝缘层图案348，在所述第二导电层345之下，可以形成所述第一接触339，可以在第二导电层345的一部分上形成所述第二绝缘层图案349，在所述第二导电层345之下，可以形成所述第二接触342。
参见图10，可以使用所述的第一和第二绝缘图案348和349作为蚀刻掩模通过蚀刻处理而至少部分地去除所述第二导电层345，以形成垫351和下金属布线352。可以在所述第一接触339和所述第一绝缘夹层327上形成所述垫351，并且可以在所述第二接触342和所述第一绝缘夹层327上形成下金属布线352。因此，所述垫351可以通过第一接触339电连接到所述第一杂质区321，并且下金属布线352可以通过第二接触342电连接到所述第二杂质区324。
可以在所述第一绝缘夹层327上形成第二绝缘夹层354，以覆盖第一和第二绝缘层图案348和349。可以使用BPSG、PSG、TEOS、PE-TEOS、USG、FOx、SOG、HDP-CVD氧化物等来形成所述第二绝缘夹层354。可以通过CVD处理、PECVD处理、ALD处理、HDP-CVD处理等来形成所述第二绝缘夹层354。
可以通过CMP处理、深腐蚀处理、或者CMP和深腐蚀的组合处理来至少部分地去除所述第二绝缘夹层354，直到暴露所述的第一和第二绝缘层图案348和349。例如，可以使用包括诸如硅石的研磨剂的泥浆来部分地去除所述第二绝缘夹层354，所述研磨剂具有在氧化物和氮化物的蚀刻选择性之间的高蚀刻选择性。
可以在所述第二绝缘夹层354与所述第一和第二绝缘层图案348和349上形成第三绝缘层357。可以使用BPSG、PSG、TEOS、PE-TEOS、USG、FOx、SOG、HDP-CVD氧化物等来形成所述第三绝缘层357。可以通过CVD处理、PECVD处理、ALD处理、HDP-CVD处理等来形成所述第三绝缘层357。
可以在所述第三绝缘层357上形成牺牲层360。可以通过CVD处理、PECVD处理、ALD处理、HDP-CVD处理等来形成所述牺牲层360。
参见图11，可以至少部分地去除所述的牺牲层360、第三绝缘层357和第一绝缘层图案348以通过其形成下孔361。
可以在所述垫351和所述牺牲层360上形成第四绝缘层以填充所述下孔361。可以通过各向异性蚀刻处理来至少部分地去除所述第四绝缘层，以形成预备的隔离物363和所述下孔361的侧壁。例如，可以使用氮化硅来形所述成第四绝缘层。
可以在垫351、预备隔离物361和牺牲层360上形成第三导电层366，以填充所述下孔361。可以使用金属、金属氮化物、金属硅氮化物、掺杂质的多晶硅等来形成所述第三导电层366。例如，可以使用下述材料形成所述第三导电层366：钨、氮化钨、钛、氮化钛、钽、氮化钽(TaN)、氮化钼(Mo2N)、氮化铌(NbN)、氮化钛硅(TiSiN)、铝、氮化铝、氮化钛铝、氮化钛硼(TiBN)、氮化锆硅(ZrSiN)、氮化钼硅(MoSiN)、氮化钼铝(MoAlN)、氮化钽硅(TaSiN)等。可以通过溅射处理、CVD处理、PECVD处理、ALD处理、EBD处理、PLD处理等来形成所述第三导电层366。
参见图12，可以通过CMP处理和/或深腐蚀处理来至少部分地去除所述第三导电层366，直到可以暴露所述牺牲层360以形成预备的底电极372。
可以通过深腐蚀处理去除所述牺牲层360，直到暴露所述第二绝缘层357。因此，预备底电极372和预备隔离物369可以突出到所述第二绝缘层357之上。
参见图13，可以通过CMP处理来去除所述的预备底电极372和预备隔离物369的突出部分，以在所述垫351上形成底电极375和隔离物378。例如，可以使用包括诸如硅的研磨剂的泥浆来去除所述的预备底电极372和预备隔离物369，所述研磨剂具有在氧化物和氮化物的蚀刻选择性之间的高蚀刻选择性。当形成所述的底电极375和隔离物378时，可以至少部分地去除所述第二绝缘层357。
可以在所述的底电极375、隔离物378和第二绝缘层357上形成包括GST的相变材料层385。
可以使用包括锑和碲的硫族化物目标、通过溅射处理形成所述相变材料层385。在所述溅射处理中，可以在碲可以挥发，而锑不能挥发的温度下，通过将来自所述硫族化物目标的粒子淀积在所述衬底上而形成所述相变材料层385。所述相变材料层385可以具有硫族化物材料，所述硫族化物材料可以包括大约5-50％重量的碲。可以在氮气和氩气的气氛下在大约250-350℃的温度执行所述溅射处理。
可以通过参见图3图解的方法来形成所述相变材料层385，因此，在此省略具体方法。
参见图14，可以在所述相变材料层385上形成第四导电层385。可以通过溅射处理、CVD处理、PECVD处理、ALD处理、EBD处理、PLD处理等来形成所述第四导电层385。可以使用金属、金属氮化物、掺杂质的多晶硅等来形成所述第四导电层385。例如，可以使用钨、钛、氮化钛、铝、氮化钛铝、氮化钨、氮化铝、掺杂质的多晶硅等来形成所述第四导电层385。
可以通过光刻处理来部分地蚀刻所述第四导电层385和所述相变材料层385，以分别形成上电极390和相变材料层图案387。可以在所述的底电极378、隔离物375和第二绝缘层357上形成所述相变材料图案387。可以在所述相变材料图案387上形成上所述电极390。
可以在所述第二绝缘夹层357上形成第三绝缘夹层393，以覆盖所述的上电极390和相变材料层图案387。可以通过CVD处理、PECVD处理、ALD处理、HDP-CVD处理等来形成所述第三绝缘夹层393。
可以通过所述第三绝缘夹层393形成第三孔394以暴露所述上电极390。可以在上电极390上形成第三接触396以填充所述第三孔394，并且可以在第三接触396和第三绝缘夹层393上形成上布线399。可以一体地形成所述的第三接触396和上金属布线399。可以使用钨、钛、氮化钛、铝、氮化钛铝、氮化钨、氮化铝、掺杂质的多晶硅等来形成所述的第三接触396和上金属布线399。
以下，通过与比较示例相比较而详细说明示例。但是，本发明不限于所述示例，并且各种修改是可能的。
示例1
使用具有化学式Ge2Sb2Te5的硫族化物目标通过溅射处理来形成具有大约97.5％重量的硫族化物材料和大约2.5％重量的氮的相变材料层。在所述溅射处理中，将大约500W的功率电平施加到所述硫族化物目标，保持衬底的温度在大约300℃，并且向所述衬底提供具有大约50sccm流率的氩气和具有大约27sccm流率的氮气。在相变材料层中的所述硫族化物材料包括大约49％重量的碲。
示例2
在除了提供具有大约32sccm流率的氮气之外与示例1基本上相同的条件下，形成具有大约97.0％重量的硫族化物材料和大约3.0％重量的氮的相变材料层。在相变材料层中的所述硫族化物材料具有大约47％重量的碲。
示例3
在除了提供具有大约37sccm流率的氮气之外与示例1基本上相同的条件下，形成具有大约96.4％重量的硫族化物材料和大约3.6％重量的氮的相变材料层。在相变材料层中的所述硫族化物材料具有大约45％重量的碲。
示例4
在除了提供了具有大约37sccm流率的氮气之外与示例1基本上相同的条件下，形成具有大约93.2％重量的硫族化物材料和大约6.8％重量的氮的相变材料层。在相变材料层中的所述硫族化物材料具有大约30％重量的碲。
比较示例
在除了没有提供氮气之外与示例1基本上相同的条件下，形成具有包括大约56％重量的碲的硫族化物材料的相变材料层。
相变材料层的构成比的评估
图15是分别图解出在示例1、2、3和4以及比较示例中呈现的相变材料层中的氮含量和硫族化物材料的构成比的图表。通过X射线荧光分析器来测量所述的氮含量和构成比。
参见图15，示例1中的硫族化物材料的锗、锑、碲的构成比大约为1∶1∶1.9。所述硫族化物材料具有大约49％重量的碲。示例2中的硫族化物材料的锗、锑、碲的构成比大约为1∶1∶1.8。所述硫族化物材料具有大约47％重量的碲。示例3中的硫族化物材料的锗、锑、碲的构成比大约为1∶1∶1.6。所述硫族化物材料具有大约45％重量的碲。示例4中的硫族化物材料的锗、锑、碲的构成比大约1∶1∶1。所述硫族化物材料具有大约30％重量的碲。比较示例中的硫族化物材料的锗、锑、碲的构成比大约为1∶1∶2.5。所述硫族化物材料具有大约56％重量的碲。
因此，当利用增加的氮气流率通过溅射处理在碲可以挥发的大约300℃下形成相变材料层时，所述相变材料层可以具有提高的氮含量，并且碲的重量含量降低大约36％。
相变材料层的可靠性评估
图16是图解包括示例3中的相变材料层的存储单元的疲劳特性的图表。在图16中，x轴表示存储单元的重写周期的数量，y轴表示分别处于非晶状态D1和结晶状态D0的存储单元的电阻。
参见图16，包括示例3中的所述相变材料层的存储单元在执行大约2×105个运行周期之前具有恒定的电阻，而包括比较示例中的所述相变材料层的存储单元在执行大约1×105个运行周期之前具有恒定的电阻。因此，包括示例3中的所述相变材料层的存储单元具有令人满意的疲劳特性。
图17是图解包括示例3中的所述相变材料层的存储单元的数据保持特性的图表。
参见图17，包括示例3中的相变材料层的存储单元在大约130℃的温度下分别执行4小时、12小时、24小时和36小时的热处理后具有期望的数据保持特性。在这种情况下，如果存储单元在大约130℃的温度将数据保持36小时，则所述存储单元可以在大约90℃的温度所述将数据保持10年。
按照本发明的一些实施例，在这样的一个温度下使用氩气和氮气来执行溅射处理，以形成相变材料层，所述相变材料层具有杂质和包括大约30-50％重量的碲的硫族化物材料，在所述温度下，。所述相变材料层可以具有小于大约50％重量的碲，使得所述相变材料层可以具有期望的电特性。
上述描述是本发明的示例性说明，而不会被理解为对本发明的限定，对于所公开的实施例以及其它实施例的修改意欲被包括在所附的权利要求的范围内。本发明通过下文的权利要求来限定，并且所述权利要求的等同物都包含在其中。

Claims (20)

1.一种形成相变材料层的方法，所述方法包括：
在一温度下提供衬底和硫族化物目标，所述硫族化物目标包括锗(Ge)、锑(Sb)和碲(Te)，在所述温度，碲挥发，而锑不挥发；以及
执行溅射处理以在所述衬底上形成包括硫族化物材料的所述相变材料层，其中，挥发硫族化物材料中的至少一些部分的碲。
2.按照权利要求1的方法，其中，所述硫族化物材料包括5-50％重量的碲。
3.按照权利要求1的方法，其中，所述碲的重量含量小于50％。
4.按照权利要求1的方法，其中，所述温度在250℃到350℃的范围内。
5.按照权利要求1的方法，其中，所述硫族化物材料包括选自下组的至少一个，所述组包括：锗-锑-碲(Ge-Sb-Te)、砷-锑-碲(As-Sb-Te)、砷-锗-锑-碲(As-Ge-Sb-Te)、锡-锑-碲(Sn-Sb-Te)、铟-锑-碲(In-Sb-Te)、银-铟-锑-碲(Ag-In-Sb-Te)、15族中的元素-锑-碲(15族元素-Sb-Te)、16族中的元素-锑-碲(16族元素-Sb-Te)。
6.按照权利要求1的方法，其中，执行所述溅射处理包括：
将所述硫族化物目标的粒子淀积在所述衬底上以形成预备的硫族化物材料；以及
挥发包括在所述预备的硫族化物材料中的碲的至少一些部分以形成包括5-50％重量的碲的随后的硫族化物材料。
7.按照权利要求1的方法，其中，所述硫族化物目标是Ge2Sb2Te5。
8.按照权利要求1的方法，其中，所述硫族化物目标包括：包括碲化锗(GeTe)的第一目标以及包括碲化锑(Sb2Te3)的第二目标。
9.按照权利要求1的方法，其中，所述硫族化物材料包括25-35％重量的锗、25-35％重量的锑和30-50％重量的碲。
10.按照权利要求1的方法，其中，所述硫族化物目标还包括杂质，所述杂质包括选自下组中的至少一个，所述组包括：氧(O)、硅(Si)和碳(C)。
11.按照权利要求10的方法，其中，所述相变材料层包括86-98％重量的硫族化物材料，其中，所述硫族化物材料包括25-35％重量的锗、25-35％重量的锑、30-50％重量的碲、和2-14％重量的杂质。
12.按照权利要求1的方法，其中，执行所述溅射处理包括：
将氩气和氮气引入具有所述衬底和所述硫族化物目标的环境中；以及
将所述氩气和所述氮气激发到等离子体状态。
13.按照权利要求12的方法，其中，所述氩气和氮气具有1∶0.3到1∶2.0的流率比。
14.按照权利要求11的方法，其中，所述相变材料层包括90-98％重量的硫族化物材料，其中，所述硫族化物材料包括25-35％重量的锗、25-35％重量的锑、30-50％重量的碲、和2-10％重量的氮。
15.按照权利要求1的方法，其中，将所述相变材料层的厚度形成为70到120nm。
16.一种制造相变存储器的方法，所述方法包括：
在位于室中的衬底上形成下电极，所述室中具有硫族化物目标，所述硫族化物目标包括锗、锑和碲；
提供一温度，在所述温度，碲挥发，而锑不挥发；
执行溅射处理以在所述衬底上形成包括硫族化物材料的相变材料层，其中，挥发硫族化物材料中的至少一些部分的碲；以及
在所述相变材料层上形成上电极。
17.按照权利要求16的方法，其中，所述硫族化物材料包括5-50％重量的碲。
18.按照权利要求16的方法，其中，所述温度在250℃到350℃的范围内。
19.按照权利要求16的方法，其中，所述硫族化物目标包括：包括碲化锗(GeTe)的第一目标以及包括碲化锑(Sb2Te3)的第二目标。
20.按照权利要求16的方法，其中，所述硫族化物目标还包括杂质，所述杂质包括选自下组中的至少一个，所述组包括：氧(O)、硅(Si)和碳(C)。
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112008003056T8 (de) * 2007-11-16 2011-01-20 ULVAC, Inc., Chigasaki-shi Chalcogenid-Film und Verfahren zu dessen Herstellung
US20110180905A1 (en) * 2008-06-10 2011-07-28 Advanced Technology Materials, Inc. GeSbTe MATERIAL INCLUDING SUPERFLOW LAYER(S), AND USE OF Ge TO PREVENT INTERACTION OF Te FROM SbXTeY AND GeXTeY RESULTING IN HIGH Te CONTENT AND FILM CRYSTALLINITY
US7785978B2 (en) * 2009-02-04 2010-08-31 Micron Technology, Inc. Method of forming memory cell using gas cluster ion beams
KR20100099581A (ko) * 2009-03-03 2010-09-13 삼성전자주식회사 상변화 물질막의 형성방법
KR101653569B1 (ko) * 2009-09-01 2016-09-02 삼성전자주식회사 상변화 물질을 포함하는 비휘발성 메모리 소자
KR101706809B1 (ko) * 2010-03-26 2017-02-15 엔테그리스, 아이엔씨. 게르마늄 안티몬 텔루라이드 물질 및 이를 포함하는 장치
WO2011146913A2 (en) 2010-05-21 2011-11-24 Advanced Technology Materials, Inc. Germanium antimony telluride materials and devices incorporating same
KR101771084B1 (ko) 2010-10-11 2017-08-24 삼성전자 주식회사 상변화 물질을 포함하는 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법
CN102544361A (zh) * 2010-12-31 2012-07-04 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 可用于相变存储的相变材料及调节其相变参数的方法
KR101952879B1 (ko) * 2011-02-01 2019-02-28 매크로닉스 인터내셔널 컴퍼니 리미티드 도핑된 상 변화 재료를 형성하기 위한 복합 타겟의 스퍼터링
US8426242B2 (en) * 2011-02-01 2013-04-23 Macronix International Co., Ltd. Composite target sputtering for forming doped phase change materials
CN102637820B (zh) * 2011-02-09 2014-06-04 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 相变存储器的形成方法
CN102751435A (zh) * 2011-04-21 2012-10-24 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 相变存储材料及其制备方法
US8946666B2 (en) 2011-06-23 2015-02-03 Macronix International Co., Ltd. Ge-Rich GST-212 phase change memory materials
CN102347446B (zh) * 2011-10-27 2015-04-15 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种用于相变存储器的Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料及其制备方法
US8932901B2 (en) 2011-10-31 2015-01-13 Macronix International Co., Ltd. Stressed phase change materials
US9640757B2 (en) 2012-10-30 2017-05-02 Entegris, Inc. Double self-aligned phase change memory device structure
TWI549229B (zh) * 2014-01-24 2016-09-11 旺宏電子股份有限公司 應用於系統單晶片之記憶體裝置內的多相變化材料
US10531174B2 (en) * 2016-10-13 2020-01-07 Bose Corporation Earpiece employing cooling and sensation inducing materials
US10602250B2 (en) 2016-10-13 2020-03-24 Bose Corporation Acoustaical devices employing phase change materials
US10777466B2 (en) 2017-11-28 2020-09-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor Fin cutting process and structures formed thereby
US20210202839A1 (en) * 2018-07-10 2021-07-01 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Stacked structure and method of manufacturing same, and semiconductor device
KR102634805B1 (ko) * 2018-08-23 2024-02-08 에스케이하이닉스 주식회사 전자 장치 및 그 제조 방법
JP2021134380A (ja) * 2020-02-26 2021-09-13 三菱マテリアル株式会社 スパッタリングターゲット
US11437568B2 (en) * 2020-03-31 2022-09-06 Globalfoundries U.S. Inc. Memory device and methods of making such a memory device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1545152A (zh) * 2003-11-26 2004-11-10 中国科学院上海微系统与信息技术研究 一种相变薄膜材料纳米线的制备方法
US20060172083A1 (en) * 2005-01-31 2006-08-03 Samsung Electronics Co., Ltd Method of fabricating a thin film
US20060180811A1 (en) * 2005-02-14 2006-08-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Precursor, thin layer prepared including the precursor, method of preparing the thin layer and phase-change memory device

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6033535A (en) * 1990-08-28 2000-03-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical information recording disk and method for manufacturing the same
US5714768A (en) * 1995-10-24 1998-02-03 Energy Conversion Devices, Inc. Second-layer phase change memory array on top of a logic device
US6632583B2 (en) * 1999-12-07 2003-10-14 Mitsubishi Chemical Corporation Optical recording medium and production method of the same
KR100453540B1 (ko) 2001-01-03 2004-10-22 내셔널 사이언스 카운실 재기록가능한 상변화형 광기록 조성물 및 재기록가능한상변화형 광디스크
WO2003071531A1 (en) * 2002-02-25 2003-08-28 Nikko Materials Company, Limited Sputtering target for phase-change memory, film for phase change memory formed by using the target, and method for producing the target
JP2004241535A (ja) * 2003-02-05 2004-08-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 抵抗変化素子および製造方法
US7115927B2 (en) 2003-02-24 2006-10-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Phase changeable memory devices
JP2004311729A (ja) 2003-04-08 2004-11-04 Mitsubishi Materials Corp 電気抵抗が高い相変化記録膜
US7851691B2 (en) * 2003-12-02 2010-12-14 Battelle Memorial Institute Thermoelectric devices and applications for the same
KR100533958B1 (ko) * 2004-01-05 2005-12-06 삼성전자주식회사 상변화 메모리 장치 및 그 제조 방법
KR100623181B1 (ko) * 2004-08-23 2006-09-19 삼성전자주식회사 상변화 메모리 장치 및 이의 제조 방법
JP2006156886A (ja) * 2004-12-01 2006-06-15 Renesas Technology Corp 半導体集積回路装置およびその製造方法
KR100682969B1 (ko) * 2005-08-04 2007-02-15 삼성전자주식회사 상변화 물질, 이를 포함하는 상변화 램과 이의 제조 및 동작 방법
KR20060076262A (ko) * 2006-06-14 2006-07-04 삼성전자주식회사 상변화 메모리 제조 장치 및 이를 이용한 상변화 메모리장치 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1545152A (zh) * 2003-11-26 2004-11-10 中国科学院上海微系统与信息技术研究 一种相变薄膜材料纳米线的制备方法
US20060172083A1 (en) * 2005-01-31 2006-08-03 Samsung Electronics Co., Ltd Method of fabricating a thin film
US20060180811A1 (en) * 2005-02-14 2006-08-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Precursor, thin layer prepared including the precursor, method of preparing the thin layer and phase-change memory device

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