CN103124806A - Ge-Sb-Te 膜的成膜方法和存储介质 - Google Patents

Ge-Sb-Te 膜的成膜方法和存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN103124806A
CN103124806A CN2011800465751A CN201180046575A CN103124806A CN 103124806 A CN103124806 A CN 103124806A CN 2011800465751 A CN2011800465751 A CN 2011800465751A CN 201180046575 A CN201180046575 A CN 201180046575A CN 103124806 A CN103124806 A CN 103124806A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
raw material
gaseous state
gas
processing vessel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800465751A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103124806B (zh
Inventor
河野有美子
有马进
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Publication of CN103124806A publication Critical patent/CN103124806A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103124806B publication Critical patent/CN103124806B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/301AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/305Sulfides, selenides, or tellurides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/011Manufacture or treatment of multistable switching devices
    • H10N70/021Formation of switching materials, e.g. deposition of layers
    • H10N70/023Formation of switching materials, e.g. deposition of layers by chemical vapor deposition, e.g. MOCVD, ALD
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/20Multistable switching devices, e.g. memristors
    • H10N70/231Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881Switching materials
    • H10N70/882Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
    • H10N70/8828Tellurides, e.g. GeSbTe

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

一种Ge-Sb-Te膜的成膜方法,在处理容器内配置基板,将气态的Ge原料、气态的Sb原料和气态的Te原料导入到上述处理容器内通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜,其具有如下工序:将气态的Ge原料和气态的Sb原料、或在它们基础上还将不形成Ge2Sb2Te5程度的少量的气态的Te原料导入上述处理容器内,在基板上形成不含Te或含有与Ge2Sb2Te5相比少量的Te的前体膜的工序(工序2)以及将气态的Te原料导入处理容器内,使Te吸附在前体膜上,调整膜中的Te浓度的工序(工序3)。

Description

Ge-Sb-Te 膜的成膜方法和存储介质
技术领域
本发明涉及通过CVD形成Ge-Sb-Te膜的Ge-Sb-Te膜的成膜方法以及存储有用于实施该成膜方法的程序的存储介质。
背景技术
最近,使用相变膜存储信息的PRAM(Phase-change Random AccessMemory)作为高速、长寿命的不挥发性存储元件而备受瞩目。相变膜是由通过加热至高温(例如600℃以上)、速冷从而成为显示高电阻值的非晶质,加热至低温(例如400℃以上)、缓慢冷却从而成为显示通常的电阻值的结晶相的材料而形成的,PRAM利用该2个相的电阻值的差进行数据的存储。该相变化是通过控制电流脉冲的大小来实现的。即,通过流通大的电流脉冲而成为非晶质相,通过流通小的电流脉冲而成为结晶相。
作为用于这种PRAM的相变膜的材料,可使用作为Ge-Sb-Te膜的Ge2Sb2Te5(专利文献1等)。如专利文献1所记载的那样,该Ge-Sb-Te膜通常利用溅射之类的PVD来形成,但由于PVD中阶梯覆盖率不充分,所以尝试利用阶梯覆盖率良好的CVD来进行成膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-103731号公报
发明内容
将这样的Ge-Sb-Te膜作为成膜原料,同时供给Ge化合物、Sb化合物、Te化合物而通过CVD进行成膜时,已知产生组成的控制性差且膜表面的平滑性差这样的问题。
因此,本发明的目的在于提供一种Ge-Sb-Te膜的成膜方法,其能够通过CVD得到组成的控制性良好且平滑性高的Ge-Sb-Te膜。
另外,本发明的另一目的在于提供一种存储介质,其存储有执行能够实现上述目的的方法的程序。
本发明人等对于同时供给气态的Ge原料、气态的Sb原料以及气态的Te原料而通过CVD形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜时产生上述问题的原因进行探讨的结果,发现因Te量多而使表面平滑性变差,并且,Te浓度在30~60at%的区域中因条件的变动而发生激烈的Te浓度变动。
在此,进一步进行探讨的结果,发现若形成含Ge和Sb且不含Te或含不发生如上所述的不良情况的程度的Te的前体膜后,使Te吸附在该前体膜上而形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜,则不产生如上所述的不良情况。并且,发现使用具有氨基或脒基的化合物作为Ge原料和Sb原料,使用具有烷基的化合物作为Te原料,通过交替供给原料气体及反应气体来形成Ge膜、Sb膜,其后通过交替供给原料气体及吹扫气体来形成Te膜,进而将这些重复规定次数,从而在不引起上述不良情况下能形成所希望的组成及膜厚的成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜。
本发明是鉴于这样的见解而完成的。
即,根据本发明的第1观点,提供一种Ge-Sb-Te膜的成膜方法,在处理容器内配置基板,使用气态的Ge原料、气态的Sb原料以及气态的Te原料通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜,其具有如下工序:将气态的Ge原料和气态的Sb原料,或在它们基础上还将不形成Ge2Sb2Te5程度的少量的气态的Te原料导入上述处理容器内,在基板上形成不含Te或含有与Ge2Sb2Te5相比少量的Te的前体膜的工序;将气态的Te原料导入上述处理容器内,使Te吸附于上述前体膜上,调整膜中的Te浓度的工序。
上述第1观点中,可以在形成上述前体膜之际将气态的Ge原料和气态的Sb原料,或在它们基础上还将不形成Ge2Sb2Te5的程度的少量的气态的Te原料一起进行供给。
并且,上述前体膜可以含有与Ge2Sb2Te5相比少量的Ge,在形成上述前体膜之后且在上述Te的吸附之前还具有将气态的Ge原料导入到上述处理容器内,使Ge吸附于上述前体膜的工序。此时,优选还具有如下工序:在上述前体膜上吸附Ge、接着吸附上述Te之后进行的再次吸附Ge的工序。
另外,上述本发明中,上述Ge原料和上述Sb原料是含氨基或脒基的Ge化合物和含氨基或脒基的Sb化合物,可以在形成上述前体膜之际同时供给分解氨基或脒基的反应气体。另外,作为上述Te原料可以使用含烷基的化合物。
根据本发明的第2观点,提供一种Ge-Sb-Te膜的成膜方法,在处理容器内配置基板,使用气态的Ge原料、气态的Sb原料、气态的Te原料通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜,其按规定次数重复如下工序:使用含氨基或脒基的Ge化合物作为上述气态的Ge原料,并且使用分解氨基或脒基的反应气体,将它们向上述处理容器内交替供给规定次数而形成Ge膜的工序;以及,使用含氨基或脒基的Sb化合物作为上述气态的Sb原料,并且使用分解氨基或脒基的反应气体,将它们向上述处理容器内交替供给规定次数而形成Sb膜的工序;以及,形成上述Ge膜和上述Sb膜之后,使用含烷基的Te化合物作为上述气态的Te原料,将上述含烷基的Te化合物与吹扫气体向上述处理容器内交替供给规定次数而形成Te膜的工序。
上述第2观点中,作为上述分解氨基或脒基的反应气体以及上述吹扫气体均可以使用NH3气。
根据本发明的第3观点,提供一种存储介质,是存储有在计算机上运行且控制成膜装置的程序的存储介质,上述程序在执行时使计算机控制上述成膜装置以进行如下的Ge-Sb-Te膜的成膜方法;所述Ge-Sb-Te膜的成膜方法是在处理容器内配置基板,使用气态的Ge原料、气态的Sb原料、气态的Te原料通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜的成膜方法,其具有如下工序:将气态的Ge原料和气态的Sb原料、或在它们基础上还将不形成Ge2Sb2Te5程度的少量的气态的Te原料导入上述处理容器内而在基板上形成不含Te或含有与Ge2Sb2Te5相比少量的Te的前体膜的工序;以及,将气态的Te原料导入上述处理容器内,使Te吸附于上述前体膜上,调整膜中的Te浓度的工序。
根据本发明的第4观点,提供一种存储介质,是存储有在计算机上运行且控制成膜装置的程序的存储介质,上述程序在执行时使计算机控制上述成膜装置以进行如下的Ge-Sb-Te膜的成膜方法;所述Ge-Sb-Te膜的成膜方法是在处理容器内配置基板,使用气态的Ge原料、气态的Sb原料、气态的Te原料通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜的成膜方法,其按规定次数重复如下工序:使用含氨基或脒基的Ge化合物作为上述气态的Ge原料,并且使用分解氨基或脒基的反应气体,将它们向上述处理容器内交替供给规定次数而形成Ge膜的工序;使用含氨基或脒基的Sb化合物作为上述气态的Sb原料,并且使用分解氨基或脒基的反应气体,将它们向上述处理容器内交替供给规定次数而形成Sb膜的工序;以及,形成上述Ge膜和上述Sb膜之后,使用含烷基的Te化合物作为上述气态的Te原料,将上述含烷基的Te化合物与吹扫气体向上述处理容器内交替供给规定次数而形成Te膜的工序。
附图说明
图1是表示可用于实施本发明的Ge-Sb-Te膜的成膜方法的成膜装置的简要构成的剖面图。
图2是表示1步成膜时的Ge原料的载气流量与膜中的Te浓度间的关系的图。
图3是表示使膜中的Te浓度变化而1步成膜时的各膜的表面状态的扫描显微镜(SEM)照片。
图4是用于说明本发明的成膜方法的第1实施方式的第1具体例的流程图。
图5是表示形成前体膜后的Te吸附工序时的Te原料供给时间与膜中Te浓度间的关系的图。
图6是形成前体膜后使Te吸附的第1实施方式中的第1具体例的2步成膜中成膜的Ge-Sb-Te膜和以1步成膜中成膜的Ge-Sb-Te膜的表面的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图7是用于说明本发明的成膜方法的第1实施方式的第2具体例的流程图。
图8是表示本发明的成膜方法的第1实施方式的第2具体例中的Ge原料的供给时间与膜中的Ge浓度、Sb浓度以及Te浓度间的关系的图。
图9是用于说明本发明的成膜方法的第1实施方式中的第2具体例的变形例的流程图。
图10是用于说明本发明的成膜方法的第2实施方式的流程图。
图11A是表示作为Ge原料和Sb原料使用具有氨基或脒基的化合物,作为Te原料使用具有烷基的Te化合物进行第2实施方式的成膜时的结果的图,是表示各工序的循环数CG、CS、CT与通过X射线荧光光谱分析法(XRF)求得的膜的Ge、Sb、Te的计数量(cps)间的关系的图。
图11B是表示作为Ge原料和Sb原料使用具有氨基或脒基的化合物,作为Te原料使用具有烷基的Te化合物来进行第2实施方式的成膜时的结果的图,是表示Sb及Te的成膜时的处理容器内的压力与通过X射线荧光光谱分析法(XRF)求得的膜的Ge、Sb的计数量(cps)间的关系的图。
图12是表示作为Ge原料和Sb原料使用具有氨基或脒基的化合物,作为Te原料使用具有烷基的Te化合物来进行第2实施方式的成膜时的结果的图,是表示使Ge膜及Sb膜成膜时的循环数CG、CS与通过X射线荧光光谱分析法(XRF)求得的膜的Ge、Sb的计数量(cps)间的关系的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
在此,对将Ge-Sb-Te膜在半导体晶片上作为PRAM的相变层进行成膜的情况进行说明。
并且,在以下的说明中,气体流量的单位使用mL/min,但气体的体积根据温度及气压而大幅变化,所以本发明中使用了换算成标准状态的值。另外,换算成标准状态的流量,通常以sccm(Standerd CubicCentimeter per Minutes)表示,所以也将sccm一并标记。在此的标准状态是温度0℃(273.15K)、气压1atm(101325Pa)的状态。
图1是表示可用于实施本发明的Ge-Sb-Te膜的成膜方法的成膜装置的简要构成的剖面图。图1所示的成膜装置100,具有例如由铝等成形为圆筒状或箱状的处理容器1,处理容器1内设有载置作为被处理基板的半导体晶片(以下,简称为晶片)W的载置台3。载置台3由厚度1mm左右的例如石墨板或被SiC覆盖的石墨板等的碳材料、氮化铝等的导热性良好的陶瓷等构成。
载置台3的外周侧上形成有从处理容器1底部立起的圆筒体状的例如由铝形成的间隔壁13,将其上端向水平方向弯曲成例如L字状而形成弯曲部14。通过如此地设置圆筒体状的间隔壁13,从而在载置台3的背面侧形成非活性气体吹扫室15。弯曲部14的上表面与载置台3的上表面实质上在同一平面上,且离开载置台3的外周,在该间隙中插通有连结棒12。载置台3被从间隔壁13的上部内壁延伸的3根(图示例中仅示出了2根)的支持臂4支撑。
载置台3的下方以从环状的支持部件6向上方突出的方式设有多根例如3根L字状的升降销5(图示例中仅示出了2根)。支持部件6通过从处理容器1的底部贯通设置的升降杆7成为可升降,升降杆7通过位于处理容器1下方的致动器10进行上下移动。载置台3的与升降销5对应的部分上贯穿载置台3而设有插通孔8,通过利用致动器10介由升降杆7和支持部件6使升降销5上升,从而能够将升降销5插通于该插通孔8中而举起晶片W。升降杆7的插入处理容器1的部分被波纹管9覆盖,防止外界气体从其插入部分进入处理容器1内。
为了保持晶片W的周边部并将其固定到载置台3侧,在载置台3的周边部上设有沿晶片W的轮廓形状的大致环状的例如氮化铝等陶瓷制的压紧环部件11。压紧环部件11介由连结棒12与上述支持部件6连结,与升降销5一体地升降。升降销5、连结棒12等由氧化铝等陶瓷形成。
环状的压紧环部件11内周侧的下表面形成有沿圆周方向大致等间隔地配置的多个接触突起16,压紧时,接触突起16的下端面与晶片W的周边部的上表面抵接将其按压。应予说明,接触突起16的直径为1mm左右,高度大致为50μm左右,压紧时在该部分形成环状的第1气体吹扫用间隙17。应予说明,压紧时的晶片W的周边部与压紧环部件11内周侧间的交迭量(第1气体吹扫用间隙17的流路长度)L1为数mm左右。
压紧环部件11外周边部位于间隔壁13的上端弯曲部14的上方,在此形成环状的第2气体吹扫用间隙18。第2气体吹扫用间隙18的宽(高)例如为500μm左右,比第1气体吹扫用间隙17的宽度大10倍左右。压紧环部件11外周边部与弯曲部14间的交迭量(第2气体吹扫用间隙18的流路长度)例如大致为10mm左右。由此,非活性气体吹扫室15内的非活性气体能从两间隙17、18向处理空间侧流出。
处理容器1底部设有向上述非活性气体吹扫室15供给非活性气体的非活性气体供给机构19。该气体供给机构19具有:用于将非活性气体例如将Ar气体(背面Ar)导入非活性气体吹扫室15的气体喷嘴20和用于供给作为非活性气体的Ar气体的Ar气体供给源21以及从Ar气体供给源21向气体喷嘴20引导Ar气体的气体配管22。另外,气体配管22上设有作为流量控制器的质量流量控制器23以及开关阀24、25。作为非活性气体可以使用He气体等其它稀有气体代替Ar气体。
处理容器1底部的载置台3的正下方位置上气密地设有由石英等热辐射透过材料形成的透过窗30,在其下方以包围透过窗30的方式设有箱状的加热室31。该加热室31内,多个加热灯32作为加热机构被安装在也兼做反射镜的旋转台33上。旋转台33介由旋转轴通过设在加热室31底部的旋转马达34进行旋转。因此,由加热灯32发出的热辐射将穿过透过窗30照射载置台3的下表面,将其加热。
另外,处理容器1底部的周边部上设有排气口36,排气口36上连接有排气管37,该排气管37与未图示的真空泵连接。并且,通过介由该排气口36和排气管37进行排气而能够将处理容器1内维持为规定的真空度。另外,处理容器1侧壁上设有用于送入送出晶片W的送入送出口39和用于开关送入送出口39的闸阀38。
另一方面,在与载置台3相对的处理容器1的天井部设有用于将源气体等导入处理容器1内的花洒喷头40。花洒喷头40例如由铝等所构成,具有在内部具有空间41a的呈圆盘状的喷头主体41。喷头主体41天井部设有气体导入口42。气体导入口42介由其配管51连接用于供给形成Ge-Sb-Te膜所需要的处理气体的处理气体供给机构50。喷头主体41底部遍及整面地配置有用于将供给到喷头主体41内的气体向处理容器1内的处理空间释放的多个气体喷射孔43,对晶片W的整个面喷出气体。另外,喷头主体41内的空间41a中配设有具有多个气体分散孔45的扩散板44,能对晶片W的表面更均匀地供给气体。并且,在处理容器1侧壁内和花洒喷头40的侧壁内以及配置有气体喷射孔43的与晶片相对的面内分别设置有用于调整各自温度的筒式加热器46、47,能将也与源气体接触的侧壁、花洒喷头部保持在规定的温度。
处理气体供给机构50具有储存Te原料的Te原料储存部52、储存Ge原料的Ge原料储存部53、储存Sb原料的Sb原料储存部54、供给用于稀释处理容器1内的气体的氩气等稀释气体的稀释气体供给源55以及供给作为分解原料气体的反应气体的NH3气的NH3气供给源56。并且,反应气体并不局限于NH3气。
在与花洒喷头40连接的配管51的中途,连接有从Te原料储存部52延伸的配管57、从Ge原料储存部53延伸的配管58、从Sb原料储存部54延伸的配管59、从NH3气供给源56延伸的配管60,在配管51的与花洒喷头40相反侧的端部连接有上述稀释气体供给源55。配管51上设有作为流量控制器的质量流量控制器(MFC)61及其前后的开关阀62、63。配管60上设有作为流量控制器的质量流量控制器(MFC)82及其前后的开关阀83、84。
Te原料储存部52上介由配管65连接有供给Ar等用于鼓泡的载气的载气供给源64。配管65上设有作为流量控制器的质量流量控制器(MFC)66及其前后的开关阀67、68。Ge原料储存部53上介由配管70连接有供给Ar等载气的载气供给源69。配管70上设有作为流量控制器的质量流量控制器(MFC)71及其前后的开关阀72、73。Sb原料储存部54上介由配管75连接有供给Ar等载气的载气供给源74。配管75上设有作为流量控制器的质量流量控制器(MFC)76及其前后的开关阀77、78。
Te原料储存部52、Ge原料储存部53、Sb原料储存部54上分别设有加热器79、80、81。进而,Te原料储存部52中储存的Te原料、Ge原料储存部53中储存的Ge原料以及Sb原料储存部54中储存的Sb原料在被这些加热器79、80、81所加热的状态下,通过鼓泡被供给到处理容器1中。虽未图示,但在将Te原料、Ge原料以及Sb原料以气化的状态进行供给的直到处理容器1为止的配管、质量流量控制器上也设有加热器。
并且,在此虽然例示了将Te原料、Ge原料以及Sb原料鼓泡供给的例子,但也可以将这些原料进行质量流量控制器供给。另外,也可以将液体状态的原料用液体质量流量控制器进行流量控制,输送到气化器,在其中进行气化而供给。另外,在图1中各原料气体、稀释气体、NH3气等经1根配管51向花洒喷头40导入,但并不局限于此,例如可分成由Ge原料、Sb原料构成的组和由Te原料、稀释气体、NH3气构成的组,通过2根配管向花洒喷头40导入。而且也可以不在花洒喷头40内混合这些组的气体,而是在处理容器1内初次进行混合。
在处理容器1侧壁上部设有导入作为清洁气体的NF3气或ClF3气体的清洁气体导入部85。该清洁气体导入部85上连接有供给NF3气或ClF3气的配管86,该配管86上设有远程等离子体发生部87。进而,在该远程等离子体发生部87中将介由配管86供给的NF3气等进行等离子体化,通过将其供给到处理容器1内,从而对处理容器1内进行清洁。另外,也可以将远程等离子体发生部87设在花洒喷头40的正上方,将清洁气体介由花洒喷头40进行供给。另外,作为清洁气体除了NF3气、ClF3气以外还可以使用F2气。作为清洁气体使用ClF3气时,也可以不使用远程等离子体,而是进行无等离子体的热清洁。
成膜装置100具有由微处理器(计算机)构成的工艺控制器90,成膜装置100的各构成部与该工艺控制器90连接而被控制。另外,工艺控制器90与用户界面91连接,该用户界面91由操作员为了管理成膜装置100的各构成部而进行命令的输入操作等的键盘和使成膜装置100的各构成部的工作状况可视化表示的显示器等构成。此外,工艺控制器90与存储部92连接,该存储部92储存了用于将成膜装置100中执行的各种处理通过工艺控制器90的控制而实现的控制程序、用于根据处理条件使成膜装置100的各构成部执行规定的处理的控制程序即处理指令(Recipe)、各种数据库等。处理指令被存储于存储部92中的存储介质(未图示)。存储介质可以是硬盘等的固定地设置的存储介质,也可以是CDROM、DVD、闪存等可移动性存储介质。另外,也可以从其他的装置例如介由专用线路适宜传送指令。
进而,根据需要,通过来自用户界面91的指示等将规定的处理指令从存储部92调出,使工艺控制器90执行,由此在工艺控制器90的控制下,在成膜装置100中进行所希望的处理。
接着,对使用如上地构成的成膜装置进行的成膜处理方法的实施方式进行说明。
<第1实施方式>
本实施方式中,在处理容器1内配置晶片W,使用气态的Ge原料、气态的Sb原料、气态的Te原料通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜之际,将气态的Ge原料和气态的Sb原料、或者在它们基础上还将不形成Ge2Sb2Te5程度的少量的气态的Te原料,导入处理容器1内,在晶片W上形成不含Te或含有与Ge2Sb2Te5相比少量的Te的前体膜,其后,将气态的Te原料导入处理容器1内,使Te吸附于前体膜上而形成成为Ge2Sb2Te5的组成比的Ge-Sb-Te膜。
在采用将气态的Ge原料、气态的Sb原料、气态的Te原料同时导入处理容器而在晶片W上形成Ge-Sb-Te膜的通常的CVD方法(1步成膜)时,在Te浓度为30~60at%的区域中,Ge原料的载气的少许的流量变动就会引起组成的急剧变动,组成稳定性低。另外,Te浓度超过40at%时出现平滑性变差的倾向。该情况示于图2和图3。
图2是表示作为Ge原料使用含氨基或脒基的Ge化合物、作为Sb原料使用含氨基或脒基的Sb化合物、作为Te原料使用烷基系Te化合物,固定成Sb原料的载气流量:8mL/min(sccm)、Te原料的载气流量:100mL/min(sccm)、成膜温度:265℃、处理容器内的压力:2666Pa(20Torr)的条件,并将作为稀释气体的Ar流量设为500mL/min(sccm)和100mL/min(sccm)的条件下进行1步成膜时的Ge原料的载气流量与膜中的Te浓度间的关系。如该图所示,因Ge原料的载气的少许的流量变动,Te浓度就在30~60at%之间进行急剧的变动,可知用Ge2Sb2Te5的1个步骤进行成膜时,控制组成非常困难。
图3是表示作为Ge原料使用含氨基或脒基的Ge化合物、作为Sb原料使用含氨基或脒基的Sb化合物、作为Te原料使用烷基系Te化合物,对它们进行流量调整后向处理容器内供给,将成膜温度设为260℃、处理容器内的压力设为1333Pa(10Torr),将Ge-Sb-Te系膜在具有凹槽及孔图案的硅晶片上1步成膜时的各膜组成中的膜的表面状态的扫描显微镜(SEM)照片。如该图所示,可知Te为33at%的膜中,膜的表面平滑,相对于此,Te超过40at%时膜的表面平滑性下降。尤其是与Ge2Sb2Te5同程度的Te浓度的Te为53at%的膜中,可知表面平滑性极差。认为这样的因Te量多而引起的表面平滑性的恶化,是在成膜温度150℃以上的温度下进行成膜时,以1步成膜形成Ge2Sb2Te5,则与成膜的同时发生结晶化而导致的。
因此,本实施方式中,如上所述,形成Te含有量低的前体膜之后,使Te吸附而调整组成。
本实施方式中,作为Ge原料、Sb原料、Te原料只要是能够进行气体供给的化合物,均可使用。若为蒸汽压高的化合物则容易气化,因此有利。例如,可以使用具有氨基或脒基的化合物、具有烷基的化合物。作为Ge原料、Sb原料可以优选使用具有氨基或脒基的化合物。为了提高Ge-Sb-Te膜的平滑性,有效的是避免如上所述以1个步骤形成Ge2Sb2Te5膜,并且使成膜温度低温化。为了使成膜温度低温化,有效的是降低Ge、Sb、Te原料气体的分解温度,而与具有烷基的化合物相比具有氨基或脒基的化合物的分解温度低,而比较氨基与脒基则具有脒基的化合物稍微容易分解,所以在能够进行原料的合成的情况下,作为原料比起含烷基的化合物优选使用含氨基的化合物,比起含氨基的化合物优选使用含脒基的化合物。作为Te原料,还没有含氨基或脒基的合成例,可以优选使用具有烷基的化合物。另外,Ge、Sb、Te原料的分解温度优选尽量相同,若哪一个显著地低,则将会带来该成分异常成长的不利点,哪一个显著地高,则带来该成分不易进入膜的不利点等。
作为具有氨基或脒基的Ge化合物可举出Ge(N(CH324、GeM(ATMI公司制)、TSC-Ge07(Tri Chemical Laboratories Inc.制)。另外,作为具有氨基或脒基的Sb化合物可举出Sb(N(CH323、RC(NR′)SbCl2(R=tBu,R′=iPr)等。并且,作为具有烷基的Te化合物可举出二异丙基碲[Te(i-C3H72]、二叔丁基碲[Te(t-C4H92]、二乙基碲[Te(C2H52]、TSC-Te06(Tri Chemical Laboratories Inc.制)等。
下面说明具体例。以下的具体例中,作为Ge原料和Sb原料使用具有氨基或脒基的化合物,作为Te原料使用烷基系化合物。
[第1具体例]
参照图4,对第1实施方式的第1具体例的成膜方法进行说明。
首先,打开闸阀38,从送入送出口39向处理容器1内送入晶片W,在载置台3上载置(工序1)。接着,关闭闸阀38,对处理容器1内进行排气调整为规定的真空度。载置台3预先被由加热灯32放出并穿过透过窗30的热辐射加热,利用该热来加热晶片W。
其次,将作为Ge原料气体的具有氨基或脒基的Ge化合物气体以及作为Sb原料气体的具有氨基或脒基的Sb化合物气体以规定流量进行供给,不供给Te原料气体或供给不形成Ge2Sb2Te5程度的少量的Te原料气体,晶片W上形成GeSb膜或由Te量少的GeSbTe膜构成的前体膜(工序2)。
在该前体膜的成膜过程当中,首先一边从稀释气体供给源55以100~500mL/min(sccm)的流量供给作为稀释气体的例如Ar气体,一边通过未图示的真空泵介由排气口36及排气管37对处理容器1内进行排气,从而将处理容器1内的压力真空排气为60~1330Pa左右。此时的晶片W的加热温度例如设为200~600℃,优选设为230~360℃。
接着,一边将稀释用气体例如Ar气体的流量控制为200~1000mL/min(sccm),一边将处理容器1内的压力控制为作为成膜压力的60~6650Pa、优选控制为500~3000Pa,开始实际的成膜。其中,处理容器1内的压力调整是通过设在排气管37的自动压力控制器(APC)进行的。
该状态下,通过流通规定流量的载气进行鼓泡,从而从Ge原料储存部53和Sb原料储存部54将作为Ge原料气体的具有氨基或脒基的Ge化合物气体和作为Sb原料气体的具有氨基或脒基的Sb化合物气体一起供给到处理容器1内。或者在此基础上,例如还通过流通规定流量的载气进行鼓泡而将来自Te原料储存部52的少量的作为Te原料气体的具有烷基的Te化合物气体一起供给到处理容器1内。此时,从NH3气供给源56作为用于分解构成Ge原料以及Sb原料的具有氨基或脒基的化合物的氨基或脒基的反应气体,将NH3气供给到处理容器1内。由此,晶片W上形成GeSb膜或者由含少量的Te的GeSbTe膜构成的前体膜。此时,优选以使膜中的Ge与Sb的比率成为Ge2Sb2Te5的Ge与Sb的比率即1:1的方式控制载气的流量。载气的流量和成膜时间将根据所要得到的膜的膜厚适当决定。
工序2的前体膜的成膜中,Te的量只要是不形成Ge2Sb2Te5的程度就允许。具体而言,含Te时,需要控制为Te小于10at%程度的量,以成为该量以下的方式供给Te原料气体。
该工序2的前体膜的成膜结束则停止Ge原料气体和Sb原料气体的供给,将Te原料气体以规定流量流通,使Te吸附在工序2中形成的前体膜上,调整膜中的Te浓度(工序3)。由此能够得到成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜。含烷基的Te化合物虽然在成膜温度230~360℃中单独进行分解而难以使Te进行成膜(吸附),但根据发明人的各种调查的结果,在Ge或者Sb、尤其是在Sb原料的残留气体的存在条件下能促进其分解,能够使其成膜(吸附)。
工序3中,在将晶片W的加热温度例如控制为200~600℃,优选控制为230~360℃,将处理容器1内的压力控制为作为成膜压力的60~6650Pa,优选控制为500~3000Pa的状态下,流通规定流量的载气进行鼓泡,从而从Te原料储存部52将Te原料气体导入到处理容器内。由此,Te在前体膜中进行扩散,形成Ge2Sb2Te5。此时的膜的Te浓度可通过Te原料气体流量(载气流量)和供给时间来调整。在流量恒定的情况下,如图5所示,Te浓度可通过供给时间来调整。图5是表示作为Ge原料即具有氨基或脒基的Ge化合物使用ATMI公司制的GeM(商品名),作为Sb原料即具有氨基或脒基的Sb化合物使用Sb(N(CH323,作为Te原料即具有烷基的Te化合物使用Te(t-C4H92,在成膜温度:260℃、成膜时的处理容器内压力:2666Pa(20Torr)的条件下,将工序2前体膜的成膜以Ge原料气体的载气流量:500mL/min(sccm)、Sb原料气体的载气流量:8mL/min(sccm)、Te原料气体的载气流量:20mL/min(sccm)的条件进行后,将Te原料气体的载气流量设为100mL/min来供给Te原料气体地进行工序3时的、Te原料气体的供给时间与膜中的Te浓度间的关系的图。如该图所示,可知膜中的Te浓度与工序3中的Te原料气体的供给时间基本上成比例地上升,能够将膜组成制成Ge2Sb2Te5的组成。
其中,将供给Te原料气体时的载气的流量和供给时间适当设定为能够得到所希望的Te浓度即可,优选10~200mL/min(sccm)及10~120sec的范围。作为Te原料使用具有烷基的Te化合物时,虽然无需供给作为反应气体的NH3气,但可以作为膜质提高气体供给NH3气。作为膜质提高气体也可以使用H2气体。
工序3结束后,停止原料的供给,用稀释气体吹扫处理容器1内后,打开闸阀38,从处理容器送出成膜后的基板S(工序4)。由此完成对1枚晶片的成膜处理。
如此地形成的Ge2Sb2Te5组成的Ge-Sb-Te膜,由于最初形成不含Te或者仅含少量的Te的前体膜后,在接下来的工序中使Te吸附,所以能够抑制在以1步成膜形成Ge2Sb2Te5组成的Ge-Sb-Te膜时那样发生的因Te量多而引起的表面平滑性的变差、Te浓度稳定性的下降。
图6是表示利用作为Ge原料即具有氨基或脒基的Ge化合物使用GeM,作为Sb原料即具有氨基或脒基的Sb化合物使用Sb(N(CH323,作为Te原料即具有烷基的Te化合物使用Te(t-C4H92,形成前体膜后使Te吸附的本实施方式的2步成膜进行成膜的Ge-Sb-Te膜和利用1步成膜进行成膜的Ge-Sb-Te膜的表面SEM照片。其中,2步骤膜中,Ge:26at%、Sb:15at%、Te:59at%,1步骤膜中,Ge:11at%、Sb:28at%、Te:61at%,Te浓度基本相同,但可知本实施方式的2步骤形成的膜与1步骤形成的膜相比,表面平滑性优异。另外,比电阻在2步骤膜中为621.9μΩ·cm,是低于1步骤膜的799.2μΩ·cm的值。
[第2具体例]
参照图7对第1实施方式的第2具体例的成膜方法进行说明。
首先,如同上述第1具体例的工序1,将晶片W送入处理容器1内,载置在载置台3上(工序11),加热晶片。
其次,将Ge原料气体以及Sb原料气体以规定流量进行供给,不供给Te原料气体或者供给不形成Ge2Sb2Te5程度的少量的Te原料气体,在晶片W上形成Ge-Sb膜或者由Te量少的Ge-Sb-Te膜构成的前体膜(工序12)。本具体例中,形成膜中的Ge与Sb的比率与Ge2Sb2Te5的Ge与Sb的比率1:1相比Ge少的前体膜。该工序中除了Ge少以外,与第1具体例的工序2同样地进行。
该工序12的前体膜的成膜结束后,停止Sb原料气体的供给或Sb原料气体以及Te原料气体的供给,将Ge原料气体(含氨基或脒基的Ge化合物气体)以规定流量进行流通,使Ge吸附在工序12中形成的前体膜上,调整膜中的Ge浓度(工序13)。工序13中,在将晶片W的加热温度例如控制为200~600℃,优选控制为230~360℃,将处理容器1内的压力控制为作为成膜压力的60~6650Pa,优选控制为500~3000Pa的状态下,流通规定流量的载气进行鼓泡,从而从Ge原料储存部53将Ge原料气体导入处理容器内。此时,膜的Ge浓度可通过Ge原料气体流量(载气流量)和供给时间来进行调整。流量恒定时,Ge浓度可通过供给时间来调整。
该工序13的Ge的吸附结束后,停止Ge原料气体的供给,将Te原料气体以规定流量流通,使Te吸附在工序13中形成的膜上,调整膜中的Te浓度(工序14)。由此,能形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜。其后,如同上述工序4,进行晶片的送出(工序15)。
如上所述,具有烷基的Te化合物难以单独在成膜温度230℃~360℃之间进行分解而使Te成膜(吸附),但在Ge或者Sb、尤其是Sb原料的残留气体的存在下,能够促进分解使其成膜(吸附)。此时,Te原料吸附工序中,通过较长时间供给Te原料,使Te原料的残留量变多,使与Sb原料残量气体接触的几率增加,所以认为膜中的Te浓度会增加,但在通过工序13而使Ge吸附后进行工序14的Te的吸附时,随着Ge原料的供给时间变长,则如图8所示,在某个阀值上膜中的Ge浓度急剧上升,Te浓度下降,组成比的控制变困难。认为这是由于Ge原料的供给时间变长则Sb原料残量气体与Te原料气体的接触几率显著下降所导致的。
到工序14为止,虽然可以形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜,但将Te吸附作为最终工序则因Te的挥发而可能使组成控制性下降。这种情况下,如图9所示,在工序14后,进一步停止供给Te原料气体,实施流通Ge原料气体使Ge吸附的工序16。实施工序16时,在工序13的Ge吸附工序中,将膜的Ge浓度设为低于Ge2Sb2Te5,在工序16中调整最终的组成。这样通过工序16进行Ge吸附而抑制Te的挥发,使组成控制性变良好。
该第2具体例中,也由于最初形成不含Te或者仅含少量的Te的前体膜后,进行Te的吸附、Ge的吸附,所以能够抑制在以1步成膜形成Ge2Sb2Te5组成的Ge-Sb-Te膜时那样发生的因Te量多而引起的表面平滑性的变差以及Te浓度稳定性的下降。
[第1实施方式的效果]
根据第1实施方式,通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜之际,将气态的Ge原料和气态的Sb原料、或者在它们基础上还将不形成Ge2Sb2Te5程度的少量的气态的Te原料,导入上述处理容器内,在基板上形成不含Te或者含比Ge2Sb2Te5少量的Te的前体膜,其后,将气态的Te原料导入上述处理容器内,在上述前体膜上使Te吸附,调整膜中的Te浓度,所以能够抑制在将这些气态的原料一起供给时那样发生的因Te量多而引起的表面平滑性的变差和Te浓度稳定性的下降。
<第2实施方式>
在本实施方式中,在处理容器1内配置晶片W,使用气态的Ge原料、气态的Sb原料、气态的Te原料通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的组成比的Ge-Sb-Te膜之际,以规定次数重复如下工序:作为气态的Ge原料使用含氨基或脒基的Ge化合物,进而使用分解氨基或脒基的反应气体,将它们向处理容器1内交替供给规定次数而形成Ge膜的工序;以及,作为气态的Sb原料使用含氨基或脒基的Sb化合物,进而使用分解氨基或脒基的反应气体,将它们向处理容器1内交替供给规定次数而形成Sb膜的工序;以及,如此地形成Ge膜以及Sb膜后,作为气态的Te原料使用含烷基的Te化合物,将含烷基的Te化合物与吹扫气体向处理容器1内交替供给规定次数而形成Te膜的工序。
下面参照图10对第2实施方式的具体的成膜方法进行说明。
首先,如同上述第1实施方式的工序1,将晶片W送入处理容器1内,载置于载置台3上(工序21),加热晶片。
其次,将作为Ge原料气体的含氨基或脒基的Ge化合物气体和作为分解氨基或脒基的反应气体的NH3气向处理容器1内交替供给CG次,形成规定膜厚的Ge膜(工序22)。如此地通过使用含氨基或脒基的Ge化合物气体和作为分解氨基或脒基的反应气体的NH3气,能够单独成膜Ge膜。
其次,将作为Sb原料气体的含氨基或脒基的Sb化合物气体和作为分解氨基或脒基的反应气体的NH3气向处理容器1内交替供给CS次,形成规定膜厚的Sb膜(工序23)。与Ge膜同样,通过使用含氨基或脒基的Sb化合物气体和作为分解氨基或脒基的反应气体的NH3气体,能单独成膜Sb膜。其中,作为分解氨基或脒基的反应气体可以使用NH3、单甲基肼(CH3-NH-NH2)、吡啶(C5H5N)以及将它们用氢气稀释而成的气体。
其次,在形成Ge膜和Sb膜后,将作为Te原料气体的含烷基的Te气体和作为吹扫气体的NH3气,向处理容器1内交替地供给CT次,形成规定膜厚的Te膜(工序24)。具有烷基的Te化合物难以单独在成膜温度230℃~360℃进行分解而使Te成膜(吸附),但在Ge原料的残留气体、Sb原料的残留气体的存在的情况下能够成膜。尤其是通过使Sb膜成膜后使Te成膜,能够使Te的成膜量变多。作为Te膜成膜之际的吹扫气体可以使用Ar、N2等非活性气体、H2气、NH3气。对于吹扫效果而言,非活性气体也充分,但H2气具有促进含烷基的Te化合物的热分解的效果,NH3气可与Ge膜及Sb膜成膜之际的反应气体一同使用,并且还具有通过供给NH3气能够提高Te膜的膜质的效果。
接着,本实施方式中将这些工序22~24重复Z次。由此,能够形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜。接着,在规定的膜的成膜结束后,与第1实施方式的工序4、15同样地送出晶片W(工序25)。
此时,通过控制供给各气体时的处理容器1内的压力、供给时间、气体流量以及上述CG、CS、CT和重复数Z,从而能够控制膜的组成和膜厚。如此地得到的Ge2Sb2Te5膜在成膜中进行合金化,通过XPS测定膜的深度方向的组成分布,则未发现显著的组成偏差。
图11A和图11B表示作为Ge原料即具有氨基或脒基的Ge化合物使用ATMI公司制的GeM(商品名),作为Sb原料即具有氨基或脒基的Sb化合物使用Sb(N(CH323,作为Te原料即具有烷基的Te化合物使用Te(t-C4H92进行本实施方式的成膜的结果,图11A是表示各工序的循环数CG、CS、CT与通过X射线荧光光谱分析法(XRF)求得的膜的Ge、Sb、Te的计数量(cps)之间的关系的图,图11B是Sb及Te的成膜时的处理容器内的压力与通过X射线荧光光谱分析法(XRF)求得的膜的Sb、Te的计数量(cps)之间的关系。
其中,在图11A中显示了2种的Ge-Sb-Te膜,它们是实施CG=80、CS=30、CT=3的工序22~24,将其重复2次的Ge-Sb-Te膜和实施CG=40、CS=60、CT=1的工序22~24,将其重复2次的Ge-Sb-Te膜。将这些Ge-Sb-Te膜分别表示为(Ge80Sb30Te3)×2、(Ge40Sb60Te1)×2,此时,(Ge80Sb30Te3)×2膜相当于Ge循环数为160和Sb循环数为60的膜,(Ge40Sb60Te1)×2膜相当于Ge循环数为80和Sb循环数为120的膜。
另外,图12是表示作为Ge原料即具有氨基或脒基的Ge化合物使用Tri Chemical Laboratories Inc.制的TSC-Ge07(商品名),作为Sb原料即具有氨基或脒基的Sb化合物使用Sb(N(CH323,作为Te原料即具有烷基的Te化合物使用Tri Chemical Laboratories Inc.制的TSC-Te06(商品名)进行本实施方式的成膜的结果的图,表示成膜Ge膜及Sb膜之际的循环数CG、CS与通过X射线荧光光谱分析法(XRF)求得的膜的Ge、Sb的计数量(cps)间的关系。
其中,在图12中虽然未表示关于Te的膜,但CT=1。另外,图12中示出了3种Ge-Sb-Te膜的结果,是实施CG=5、CS=60、CT=1的工序22~24,将其重复2次的Ge-Sb-Te膜以及实施CG=7、CS=70、CT=1的工序22~24,将其重复2次的Ge-Sb-Te膜以及实施CG=10、CS=30、CT=1的工序22~24将其重复2次的Ge-Sb-Te膜。并且,将这些Ge-Sb-Te膜分别表示为(Ge5Sb60Te1)×2、(Ge7Sb70Te1)×2、(Ge10Sb30Te1)×2时,(Ge5Sb60Te1)×2膜相当于Ge循环数为10和Sb循环数为120的膜,(Ge7Sb70Te1)×2膜相当于Ge循环数为14和Sb循环数为140的膜,(Ge10Sb30Te1)×2膜相当于Ge循环数为20和Sb循环数为60的膜。
从图11A以及图12可确认到通过增加成膜Ge膜、Sb膜、Te膜之际的循环数,能够增加成膜量。另外,从图11B可确认通过增加供给原料气体时的处理容器内的压力,也能够增加成膜量。
将第2实施方式的优选的条件示于下面。
·Ge膜的成膜(工序22)
Ge原料的载气流量:20~500mL/min(sccm)
Ge原料气体供给时的压力:133~2660Pa(1~20Torr)
Ge原料气体的供给时间:2~120sec
NH3气的流量:50~500mL/min(sccm)
NH3气供给时的压力:133~2666Pa(1~20Torr)
NH3气的供给时间:10~120sec
循环数CG:任意
·Sb膜的成膜(工序23)
Sb原料的载气流量:20~500mL/min(sccm)
Sb原料气体供给时的压力:133~6665Pa(1~50Torr)
Sb原料气体的供给时间:2~120sec
NH3气的流量:50~500mL/min(sccm)
NH3气供给时的压力:133~6665Pa(1~50Torr)
NH3气的供给时间:10~120sec
循环数CS:任意
·Te膜的成膜(工序24)
Te原料的载气流量:10~200mL/min(sccm)
Te原料气体供给时的压力:1333~6665Pa(10~50Torr)
Te原料气体的供给时间:10~120sec
NH3气的流量:50~500mL/min(sccm)
NH3气供给时的压力:133~6665Pa(1~50Torr)
NH3气的供给时间:10~120sec
循环数CT:任意
·重复数Z:任意
该第2实施方式中,通过使原料气体与NH3气交替供给而将Ge膜、Sb膜、Te膜独立地形成,进而将其多次实施,所以能够抑制以1步成膜的情况下发生的因Te量多而引起的表面平滑性的变差和Te浓度稳定性的下降。另外,通过如此地进行成膜,能够提高膜的组成以及膜厚的控制性。
其次,示出通过第2实施方式实际上形成Ge-Sb-Te膜的实验结果。
在此,对于图1的成膜装置,调整灯功率,将载置台的温度设为260℃,使用运送机械手的手臂向处理容器内送入呈直径200mm的圆板状的晶片,在以下的条件下进行了Ge-Sb-Te膜的成膜。其中,作为Ge原料即具有氨基或脒基的Ge化合物使用ATMI公司制的GeM(商品名),作为Sb原料即具有氨基或脒基的Sb化合物使用Sb(N(CH323,作为Te原料即具有烷基的Te化合物使用Te(t-C4H92。接着,在以下的条件下进行了Ge-Sb-Te系膜的成膜。
·Ge膜的成膜(工序22)
Ge原料的载气流量:500mL/min(sccm)
Ge原料气体供给时的压力:665Pa(5Torr)
Ge原料气体的供给时间:5sec
NH3气的流量:500mL/min(sccm)
NH3气供给时的压力:665Pa(5Torr)
NH3气的供给时间:5sec
循环数CG:40次
·Sb膜的成膜(工序23)
Sb原料的载气流量:50mL/min(sccm)
Sb原料气体供给时的压力:2666Pa(20Torr)
Sb原料气体的供给时间:5sec
NH3气的流量:500mL/min(sccm)
NH3气供给时的压力:2666Pa(20Torr)
NH3气的供给时间:5sec
循环数CS:60次
·Te膜的成膜(工序24)
Te原料的载气流量:100mL/min(sccm)
Te原料气体供给时的压力:2666Pa(20Torr)
Te原料气体的供给时间:60sec
NH3气的流量:500mL/min(sccm)
NH3气供给时的压力:2666Pa(20Torr)
NH3气的供给时间:5sec
循环数CT:3次
·重复数Z:2次
如此地形成的膜的膜厚为48nm。另外,膜组成为Ge:23at%、Sb:23at%、Te:54%,基本为Ge2Sb2Te5的组成,确认到了组成控制性良好。另外,膜表面的平滑性也良好。
[第2实施方式的效果]
根据第2实施方式,通过以规定次数重复如下工序:将含氨基或脒基的Ge化合物和分解氨基或脒基的反应气体交替供给规定次数而形成Ge膜的工序;以及,将含氨基或脒基的Sb化合物与分解氨基或脒基的反应气体交替供给规定次数而形成Sb膜的工序;以及,形成Ge膜及Sb膜后,将含烷基的Te化合物与吹扫气体交替供给规定次数而形成Te膜的工序;从而形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te系膜,由此,能够抑制将这些气态的原料一起供给时发生的因Te量多而引起的表面平滑性的变差以及Te浓度稳定性的降低。另外,通过如此地进行成膜,能够提高膜的组成及膜厚的控制性。
<其它应用>
应予说明,本发明并不局限于上述实施方式,可进行各种限定。例如,作为成膜装置虽然例示了用灯加热对被处理基板进行加热的情况,但也可以用电阻加热器进行加热。另外,上述实施方式中虽然示出了将Ge-Sb-Te膜应用于PRAM的相变层的例子,但也可以应用于相变化型光存储介质的记录层。

Claims (10)

1.一种Ge-Sb-Te膜的成膜方法,在处理容器内配置基板,使用气态的Ge原料、气态的Sb原料和气态的Te原料通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜,所述成膜方法具有如下工序:
将气态的Ge原料和气态的Sb原料、或在它们基础上还将不形成Ge2Sb2Te5程度的少量的气态的Te原料导入所述处理容器内,在基板上形成不含Te或者含有与Ge2Sb2Te5相比少量的Te的前体膜的工序,以及
将气态的Te原料导入所述处理容器内,使Te吸附于所述前体膜,调整膜中的Te浓度的工序。
2.如权利要求1所述的Ge-Sb-Te膜的成膜方法,其中,在形成所述前体膜时,将气态的Ge原料和气态的Sb原料、或在它们基础上还将不形成Ge2Sb2Te5程度的少量的气态的Te原料一起进行供给。
3.如权利要求2所述的Ge-Sb-Te膜的成膜方法,其中,还具有如下工序:所述前体膜含有与Ge2Sb2Te5相比少量的Ge,在形成所述前体膜后且在所述Te的吸附之前进行将气态的Ge原料导入所述处理容器内,使Ge吸附于所述前体膜的工序。
4.如权利要求3所述的Ge-Sb-Te膜的成膜方法,其中,还具有如下工序:使Ge吸附于所述前体膜,接着吸附所述Te后进行再次吸附Ge的工序。
5.如权利要求1所述的Ge-Sb-Te膜的成膜方法,其中,所述Ge原料和所述Sb原料为含氨基或脒基的Ge化合物和含氨基或脒基的Sb化合物,在形成所述前体膜时同时供给分解氨基或脒基的反应气体。
6.如权利要求5所述的Ge-Sb-Te膜的成膜方法,其中,所述Te原料为含烷基的化合物。
7.一种Ge-Sb-Te膜的成膜方法,在处理容器内配置基板,使用气态的Ge原料、气态的Sb原料和气态的Te原料通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜,所述成膜方法按规定次数重复如下的工序:
作为所述气态的Ge原料使用含氨基或脒基的Ge化合物,进一步使用分解氨基或脒基的反应气体,将它们向所述处理容器内交替供给规定次数而形成Ge膜的工序,
作为所述气态的Sb原料使用含氨基或脒基的Sb化合物,进一步使用分解氨基或脒基的反应气体,将它们向所述处理容器内交替供给规定次数而形成Sb膜的工序,以及
形成所述Ge膜和所述Sb膜后,作为所述气态的Te原料使用含烷基的Te化合物,将所述含烷基的Te化合物和吹扫气体向所述处理容器内交替供给规定次数形成Te膜的工序。
8.如权利要求7所述的Ge-Sb-Te膜的成膜方法,其中,作为所述分解氨基或脒基的反应气体以及所述吹扫气体均使用NH3气。
9.一种存储介质,是存储有在计算机上运行且控制成膜装置的程序的存储介质,所述程序在执行时使计算机控制所述成膜装置以进行如下的Ge-Sb-Te膜的成膜方法;
所述Ge-Sb-Te膜的成膜方法是在处理容器内配置基板,使用气态的Ge原料、气态的Sb原料和气态的Te原料通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜的成膜方法,其具有如下工序:
将气态的Ge原料和气态的Sb原料、或在它们基础上还将不形成Ge2Sb2Te5程度的少量的气态的Te原料导入所述处理容器内,在基板上形成不含Te或者含有与Ge2Sb2Te5相比少量的Te的前体膜的工序,以及
将气态的Te原料导入所述处理容器内,使Te吸附于所述前体膜,调整膜中的Te浓度的工序。
10.一种存储介质,是存储有在计算机上运行且控制成膜装置的程序的存储介质,所述程序在执行时使计算机控制所述成膜装置以进行如下的Ge-Sb-Te膜的成膜方法;
所述Ge-Sb-Te膜的成膜方法是在处理容器内配置基板,使用气态的Ge原料、气态的Sb原料和气态的Te原料通过CVD在基板上形成成为Ge2Sb2Te5的Ge-Sb-Te膜的成膜方法,其按规定次数重复如下的工序:
作为所述气态的Ge原料使用含氨基或脒基的Ge化合物,进一步使用分解氨基或脒基的反应气体,将它们向所述处理容器内交替供给规定次数而形成Ge膜的工序,
作为所述气态的Sb原料使用含氨基或脒基的Sb化合物,进一步使用分解氨基或脒基的反应气体,将它们向所述处理容器内交替供给规定次数而形成Sb膜的工序,以及
形成所述Ge膜和所述Sb膜后,作为所述气态的Te原料使用含烷基的Te化合物,将所述含烷基的Te化合物和吹扫气体向所述处理容器内交替供给规定次数形成Te膜的工序。
CN201180046575.1A 2010-09-29 2011-09-05 Ge-Sb-Te 膜的成膜方法 Expired - Fee Related CN103124806B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-218529 2010-09-29
JP2010218529A JP5649894B2 (ja) 2010-09-29 2010-09-29 Ge−Sb−Te膜の成膜方法
PCT/JP2011/070150 WO2012043154A1 (ja) 2010-09-29 2011-09-05 Ge-Sb-Te膜の成膜方法および記憶媒体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103124806A true CN103124806A (zh) 2013-05-29
CN103124806B CN103124806B (zh) 2015-03-04

Family

ID=45892627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180046575.1A Expired - Fee Related CN103124806B (zh) 2010-09-29 2011-09-05 Ge-Sb-Te 膜的成膜方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9187822B2 (zh)
JP (1) JP5649894B2 (zh)
KR (1) KR101661017B1 (zh)
CN (1) CN103124806B (zh)
WO (1) WO2012043154A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110863189A (zh) * 2019-11-11 2020-03-06 中国科学院上海技术物理研究所 一种脉冲式注入反应物生长单层碲化物掺杂结构的方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101489327B1 (ko) * 2008-05-15 2015-02-03 삼성전자주식회사 물질막의 형성 방법 및 메모리 장치의 제조 방법
JP6210544B2 (ja) * 2013-10-22 2017-10-11 気相成長株式会社 Te化剤、及びM−Te系膜形成方法
KR20150061885A (ko) * 2013-11-28 2015-06-05 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 장치의 제조 방법
JP2015183260A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 株式会社日立国際電気 クリーニング方法、基板処理装置およびプログラム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006214005A (ja) * 2005-01-31 2006-08-17 Samsung Electronics Co Ltd 化学気相蒸着法によるGeSbTe薄膜の製造方法
JP2007056369A (ja) * 2005-08-24 2007-03-08 Integrated Process Systems Ltd Ge−Sb−Te薄膜蒸着方法
JP2007186784A (ja) * 2006-01-10 2007-07-26 Samsung Electronics Co Ltd 相変化物質薄膜の形成方法及びそれを利用した相変化メモリ素子の製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060172067A1 (en) * 2005-01-28 2006-08-03 Energy Conversion Devices, Inc Chemical vapor deposition of chalcogenide materials
KR101263822B1 (ko) 2006-10-20 2013-05-13 삼성전자주식회사 상변화 메모리 소자의 제조 방법 및 이에 적용된상변화층의 형성방법
JP5411512B2 (ja) * 2009-01-09 2014-02-12 東京エレクトロン株式会社 Ge−Sb−Te系膜の成膜方法および記憶媒体
JP5346699B2 (ja) 2009-06-11 2013-11-20 東京エレクトロン株式会社 Ge−Sb−Te膜の成膜方法および記憶媒体、ならびにPRAMの製造方法
WO2011056519A2 (en) * 2009-10-26 2011-05-12 Asm International N.V. Synthesis and use of precursors for ald of group va element containing thin films

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006214005A (ja) * 2005-01-31 2006-08-17 Samsung Electronics Co Ltd 化学気相蒸着法によるGeSbTe薄膜の製造方法
JP2007056369A (ja) * 2005-08-24 2007-03-08 Integrated Process Systems Ltd Ge−Sb−Te薄膜蒸着方法
JP2007186784A (ja) * 2006-01-10 2007-07-26 Samsung Electronics Co Ltd 相変化物質薄膜の形成方法及びそれを利用した相変化メモリ素子の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110863189A (zh) * 2019-11-11 2020-03-06 中国科学院上海技术物理研究所 一种脉冲式注入反应物生长单层碲化物掺杂结构的方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012043154A1 (ja) 2012-04-05
JP5649894B2 (ja) 2015-01-07
CN103124806B (zh) 2015-03-04
US9187822B2 (en) 2015-11-17
KR20130115256A (ko) 2013-10-21
KR101661017B1 (ko) 2016-09-29
US20130183446A1 (en) 2013-07-18
JP2012072455A (ja) 2012-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101395297B (zh) 钌膜的成膜方法以及计算机能够读取的存储介质
CN101208458B (zh) 金属类膜形成方法
CN102296280B (zh) 成膜方法及成膜装置
US6551929B1 (en) Bifurcated deposition process for depositing refractory metal layers employing atomic layer deposition and chemical vapor deposition techniques
JP6289908B2 (ja) Ge−Sb−Te膜の成膜方法、Sb−Te膜の成膜方法及びプログラム
KR101390425B1 (ko) 화학기상증착 챔버용 온도제어 퍼지 게이트 밸브
CN103124806B (zh) Ge-Sb-Te 膜的成膜方法
US20060121689A1 (en) Microfeature workpiece processing apparatus and methods for controlling deposition of materials on microfeature workpieces
JP2009108402A (ja) シクロペンタジエニル金属前駆物質を用いた異なる金属含有薄膜のイン・シトゥー堆積
CN103132046A (zh) 钨膜的成膜方法
JP2008521261A (ja) バッチ処理チャンバを用いた基板処理装置
JP2011168881A (ja) 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
US20070287271A1 (en) Deposition of nano-crystal silicon using a single wafer chamber
KR100474565B1 (ko) 소스 가스 공급 방법 및 장치
KR101349100B1 (ko) Ge-Sb-Te막의 성막 방법 및 기억 매체
CN102460665A (zh) Ge-Sb-Te膜的成膜方法和存储介质
KR101171558B1 (ko) 성막 방법 및 기억 매체
KR101124887B1 (ko) Ge-Sb-Te계 막의 성막 방법 및 기억 매체
CN101231952B (zh) SrTiO3膜的成膜方法
US9911916B2 (en) Method for vapor-phase growth of phase-change thin film, and device for vapor-phase growth of phase-change thin film
KR101071251B1 (ko) 칼코제나이드계 박막 증착방법
JP2006144083A (ja) 原料供給装置及び半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150304

Termination date: 20210905