JP5624083B2 - 二元及び三元金属カルコゲニド材料ならびにその製造方法及び使用方法 - Google Patents

二元及び三元金属カルコゲニド材料ならびにその製造方法及び使用方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本願は2009年4月17日に出願された米国出願第12/425821号の一部継続出願であり、該米国出願は2008年5月8日に出願された米国仮出願第61/051,403号に基づく優先権を主張している。
相変化材料及び光電池材料として二元、三元及び四元金属カルコゲニドは使用されてきた。
相変化材料は温度によって結晶状態又は非晶状態で存在する。相変化材料は非晶状態よりも結晶状態で秩序立った原子配列を有しかつ低い電気抵抗を有する。相変化材料は操作温度に基づいて、結晶状態から非晶状態へと可逆的に転移されうる。このような特性、すなわち、可逆的な相変化及び異なる状態の異なる抵抗は新たに提案される電子デバイス、新しいタイプの不揮発性メモリデバイス、相変化ランダムアクセスメモリ(PRAM)デバイスに応用される。PRAMの電気抵抗はその中に含まれる相変化材料の状態(たとえば、結晶性、非晶性など)に基づいて変化しうる。
メモリデバイスのために使用される種々のタイプの相変化材料の中で、最も一般に使用されているのは第14族及び第15族元素の三元カルコゲニドであり、たとえば、一般にGSTと省略されるゲルマニウム-アンチモン-テルル化合物である。重要なことには、Ge2Sb2Te5の組成を有する相変化材料は最良の候補であることが証明されている。GSTの固相は加熱及び冷却サイクル時に結晶状態から非晶状態又はその逆に急速に変化することができる。非晶性GSTは比較的に高い電気抵抗を有し、一方、結晶性GSTは比較的に低い電気抵抗を有する。
従来技術としては、冶金学的方法によるバルク金属カルコゲニド相変化材料の製造、及び、物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)又は原子層蒸着(ALD)プロセスによる薄膜材料の製造が挙げられる。本分野における研究の例を下記に示す。
Berger, H.; Goetze, Uはジシリルテルリドの調製を開示している;Inorg. Nucl. Chem. Lett. 1967, 3, 549-552。Detty, Michael R.; Seidler, Mark D.はビス(トリアルキルシリル)カルコゲニドの合成を開示している; Journal of Organic Chemistry (1982), 47(7),1354-6。Dickson, R.S., Heazle, K. D.はMOCVD用途のための特定のSb-Te単一源化合物の評価を開示している; J. Organometal. Chem., 493 (1995) 189-197。Choi, B.J.らは金属有機前駆体を用いたサイクルPECVD法におけるGe2Sb2Te5膜の堆積を開示している; J. Electrochemical Soc., 154 H318-H324 (2007)。Jung-Hyun Lee らはアミノゲルマン(aminogermanes)、アミノスチルビン(aminostilbines)及びジアルキルテルルからのGST膜の製造を開示しており; US 2006 0172083 Al、GST膜のためのテルル前駆体を開示しており; US 2006 0180811、そしてGST膜のためのアンチモン前駆体を開示している; US 2006 0049447。Duncan W. RownらはCVD プロセスにおいてフッ素化アルキルテルル化合物を用いた有機金属テルル化合物の使用を開示している; US 5312983。Moungi G. Bawendiらは高温配位性溶剤中に前駆体を注入し、次いで、制御成長及びアニーリングを行うことにより製造されるテルル含有ナノ結晶材料を開示している; US 7060243 B2。
PRAMセルを設計する際の技術的ハードルの1つは、結晶状態から非晶状態にGST材料がスイッチする間の放熱を克服するために、高レベルのリセット電流を課さなければならないことである。この放熱は、GST材料をコンタクトプラグ中に閉じ込めることにより大きく低減でき、このため、動作のために必要とされるリセット電流を低減することができる。GSTコンタクトプラグは高いアスペクト比の構造であるから、GST膜堆積のための従来のスパッタリング法では高い共形性を達成することができない。このことにより、高い共形性及び化学組成均一性を有する膜を製造することができる化学蒸着(CVD)又は原子層堆積(ALD)プロセスによるGST膜の形成のための前駆体及び関連製造方法又はプロセスが必要となる。
同様に、ソーラセルなどの用途のための光電池(PV)材料を製造する薄膜の必要性が生じる。光電池(PV)デバイスは光を吸収しそして電気を発生する。光の吸収及び電荷の分離はPVデバイス中の活性材料中にて起こる。効率的でかつ低コストの光電池デバイスの開発は直接的に太陽エネルギーを電力に変換する有意な利用性のための鍵となる。結晶性シリコンは光電池デバイスのための最もよく知られた半導体として挙げられ、広く使用されている。他の有用な材料は非晶性シリコン(a−Si)、銅インジウムセレン(CIS)、銅ガリウムセレン(CGS)、多結晶銅インジウムガリウムセレン(CIGS)、テルル化カドミウム(CdTe)及び有機材料の薄膜である。有用な元素はカドミウム、テルル、インジウム、ガリウム、セレン、ゲルマニウム及びルテニウムである。
本発明は、CVD、ALDプロセスにより薄膜形態又は湿式化学法により微粒子形態で金属カルコゲニド材料を製造するための新規の化学物質のセットを提案することにより要求を満たす。
基材上で金属カルコゲニド合金膜を製造する1つの実施形態は、
(a)シリルテルル及びシリルセレンからなる群より選ばれるシリルカルコゲンと基材を接触させること、
(b)Ge(OR)2、Ge(NR22及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる一般式を有するゲルマニウム化合物と基材を接触させること、
(上式中、Rは鎖、枝分かれ、環式又は芳香族基中に1〜10個の炭素を有するアルキル基、
下記一般構造
5NR67
5OR6及び
5SR6
を有する官能化アルキル基、
からなる群より選ばれ、ここで、R5は鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中に2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中に1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれる)、及び、
(c)MXnの一般式を有する金属化合物と基材を接触させること、
(上式中、Mは、Sb、In、Sn、Ga、Bi、Ag、Cu、Zr、Hf、Hg、Cd、Zn及び貴金属からなる群より選ばれ、
XはOR(アルコキシ)、F(フッ素)、Cl(塩素)、Br(臭素)、NR2(アミノ)、CN(シアノ)、OCN(シアネート)、SCN(チオシアネート)、ジケトネート、カルボキシル基及びそれらの混合物からなる群より選ばれる求核性基であり、そして、
n=1〜5であり、ここで、n>1の場合には、各XはOR(アルコキシ)、F(フッ素)、Cl(塩素)、Br(臭素)、NR2(アミノ)、CN(シアノ)、OCN(シアネート)、SCN(チオシアネート)、ジケトネート及びカルボキシル基からなる群より個々に選ばれる)
の工程を含む。
基材上で金属カルコゲニド合金膜を製造する別の実施形態はALD反応器中でのALDプロセスであり、そのプロセスは
(a)シリルテルル及びシリルセレンからなる群より選ばれるシリルカルコゲンと基材を接触させること、及び、
(b)Ge(OR)2、Ge(NR22及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる一般式を有するゲルマニウム化合物と基材を接触させること、
(上式中、Rは鎖、枝分かれ、環式又は芳香族基中に1〜10個の炭素を有するアルキル基、
下記一般構造
5NR67
5OR6及び
5SR6
を有する官能化アルキル基、
からなる群より選ばれ、ここで、R5は鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中に2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中に1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれる)、及び、
(c)シリルテルル及びシリルセレンからなる群より選ばれるシリルカルコゲンと基材を接触させること、
(d)MXnの一般式を有する金属化合物と基材を接触させること、
(上式中、Mは、Sb、In、Sn、Ga、Bi、Ag、Cu、Zr、Hf、Hg、Cd、Zn及び貴金属からなる群より選ばれ、
XはOR(アルコキシ)、F(フッ素)、Cl(塩素)、Br(臭素)、NR2(アミノ)、CN(シアノ)、OCN(シアネート)、SCN(チオシアネート)、ジケトネート、カルボキシル基及びそれらの混合物からなる群より選ばれる求核性基であり、そして、
n=1〜5であり、ここで、n>1の場合には、各XはOR(アルコキシ)、F(フッ素)、Cl(塩素)、Br(臭素)、NR2(アミノ)、CN(シアノ)、OCN(シアネート)、SCN(チオシアネート)、ジケトネート及びカルボキシル基からなる群より個々に選ばれる)、
(e)場合により、N2、Ar及びそれらの混合物からなる群より選ばれる不活性ガスによりALD反応器をパージすること、
ここで、パージ工程(e)は接触工程(a)の前及び各接触工程の後に行われる、及び、
(f)所望の膜の厚さに到達するようにすべての工程を繰り返すこと、
の工程を含む。
基材上で金属カルコゲニド合金膜を製造するなおも別の実施形態はCVD反応器中で基材上に金属カルコゲニド合金膜を製造するCVDプロセスであり、そのプロセスは
(a)シリルテルル及びシリルセレンからなる群より選ばれるシリルカルコゲンと基材を接触させること、
(b)Ge(OR)2、Ge(NR22及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる一般式を有するゲルマニウム化合物と基材を接触させること、
(上式中、Rは鎖、枝分かれ、環式又は芳香族基中に1〜10個の炭素を有するアルキル基、
下記一般構造
5NR67
5OR6及び
5SR6
を有する官能化アルキル基、
からなる群より選ばれ、ここで、R5は鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中に2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中に1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれる)、及び、
(c)MXnの一般式を有する金属化合物と基材を接触させること、
(上式中、Mは、Sb、In、Sn、Ga、Bi、Ag、Cu、Zr、Hf、Hg、Cd、Zn及び貴金属からなる群より選ばれ、
XはOR(アルコキシ)、F(フッ素)、Cl(塩素)、Br(臭素)、NR2(アミノ)、CN(シアノ)、OCN(シアネート)、SCN(チオシアネート)、ジケトネート、カルボキシル基及びそれらの混合物からなる群より選ばれる求核性基であり、そして、
n=1〜5であり、ここで、n>1の場合には、各XはOR(アルコキシ)、F(フッ素)、Cl(塩素)、Br(臭素)、NR2(アミノ)、CN(シアノ)、OCN(シアネート)、SCN(チオシアネート)、ジケトネート及びカルボキシル基からなる群より個々に選ばれる)、
(d)N2、Ar及びそれらの混合物からなる群より選ばれる不活性ガスによりCVD反応器をパージすること、及び、
(e)1トル未満の圧力までCVD反応器を排気すること、
の工程を含み、ここで、パージ工程及び排気工程(d)及び(e)は接触工程(a)の前に行われる。
ビス(トリメチルシリル)テルルの熱重量分析(TGA)及び示差走査熱量分析(DSC)である。 SbTeサンプルの走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。 SbTeサンプルのエネルギー分散型X線分析(EDX)である。 GeTeサンプルの走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。 GeTeサンプルのエネルギー分散型X線分析(EDX)である。 GeSbTeサンプルの走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。 GeSbTe三元膜のエネルギー分散型X線分析(EDX)である。 原子層堆積(ALD)GeTe膜のエネルギー分散型X線分析(EDX)である。 原子層堆積(ALD)SbTe膜のエネルギー分散型X線分析(EDX)である。 原子層堆積(ALD)GeSbTe膜のエネルギー分散型X線分析(EDX)である。
相変化材料及び光電池材料として二元、三元及び四元金属カルコゲニドを用いた。
オルガノシリルテルル又はシリルテルル、オルガノシリルセレン又はシリルセレンなどのシリルカルコゲンの、求核性置換基を有する一連の金属化合物とのリガンド交換反応により、溶液相又は気相中で金属カルコゲニドが生成される。二元、三元及び多価元素金属テルル化物及びセレン化物はこれらの方法を用いて調製される。
化学蒸着(CVD)は半導体デバイス製造プロセスの一部として、半導体産業における種々の材料の薄膜のよく確立された化学的堆積方法である。CVDプロセスとしては、限定するわけではないが、金属有機化学蒸着(MOCVD)、サイクル式化学蒸着(サイクル-CVD)、直接液体注入CVD(DLICVD)、低圧CVD(LPCVD)、マイクロ波増強CVD及びプラズマ増強CVD(PECVD)が挙げられる。
典型的なCVDプロセスにおいて、基材は1種以上の揮発性前駆体に暴露され、基材表面上の前駆体は反応及び/又は分解して、所望の堆積物を生じる。しばしば、気相吸引に不十分な蒸気圧を有する前駆体は直接液体注入(DLI)により反応チャンバーに導入される。
CVDは下記のものを含む多くの利点を提供する。
多才−いかなる元素又は化合物も堆積できる。
高純度−通常、99.99〜99.999%である。
高密度−理論値の100%付近である。
融点よりも十分に低い温度での材料生成。
CVDにより堆積された被膜は共形であり、そしてほぼ正味の形状である。
多くの部品が同時に被覆されうるので、製造において経済的である。
原子層堆積(ALD)は高度に制御された薄膜堆積のための化学蒸着法のユニークな変法である。その方法は自己制限的であり(各反応サイクルにおいて堆積される膜材料の量が一定である)、逐次法である(前駆体蒸気は不活性ガスによるパージング時間を隔てて、一度に1種ずつ、基材上に交互に運ばれる)。ALDは、原子レベルで膜の厚さ及び組成の制御を行うことができる非常に薄い共形的な膜を製造するための最も潜在的能力のある堆積方法の1つと考えられる。最近興味が向けられている主な原動力はALDがマイクロエレクトロニクスデバイスをスケールダウンすることに期待が寄せられていることである。
ALDを用いると、膜厚は反応サイクルの数にのみ依存し、それにより、厚さ制御が正確かつ単純になる。CVDとは異なり、反応体流束均一性の必要性があまりなく、それにより、大面積(大バッチ及び簡単なスケールアップ)能力、優れた共形性及び再現性が与えられ、そして固体前駆体の使用を単純化する。また、異種の多層構造の成長が簡単である。これらの利点により、将来世代の集積回路の製造のためのマイクロエレクトロニクスにとってALD法が魅力的になる。ALDの別の利点は入手可能な膜材料が広い範囲であること、高い密度及び低い不純物レベルである。また、感受性基材に影響を及ぼさないように低い堆積温度を用いることができる。
本発明はテルル及びセレン源のための前駆体としてシリルテルル及びシリルセレン化合物などのシリルカルコゲンを提供し、それは求核性置換基を有する金属化合物と反応して、金属テルル化物及び金属セレン化物を生成する。三元及び四元テルル化物及びセレン化物化合物は、CVD又はALDプロセスで金属化合物を逐次様式で又は混合様式で添加することにより製造できる。本発明において開示される材料及び技術は相変化メモリ用途及び光電池デバイスにおける種々の薄膜のためのGST膜又はその他の金属カルコゲニド化合物の堆積に応用できるであろう。
テルル前駆体は、(R123Si)2Te、(R123Si)R4Teの一般構造を有するジシリルテルル、シリルアルキルテルルを含むことができ、そしてセレン前駆体は、(R123Si)2Se、(R123Si)R4Seの一般構造を有するジシリルセレン、シリルアルキルセレンを含むことができ、ここで、R1、R2、R3及びR4は独立に、水素、二重結合を有し又は有しない直鎖、枝分かれ又は環式形態で1〜10個の炭素を有するアルキル基、又は芳香族基である。
シリルテルル前駆体の例としては、限定するわけではないが、ビス(トリメチルシリル)テルル、ビス(ジメチルシリル)テルル、ビス(トリエチルシリル)テルル、ビス(ジエチルシリル)テルル、ビス(フェニルジメチルシリル)テルル、ビス(t-ブチルジメチルシリル)テルル、ジメチルシリルメチルテルル、ジメチルシリルフェニルテルル、ジメチルシリル-n-ブチルテルル、ジメチルシリル-t-ブチルテルル、トリメチルシリルメチルテルル、トリメチルシリルフェニルテルル、トリメチルシリル-n-ブチルテルル及びトリメチルシリル-t-ブチルテルルが挙げられる。
シリルセレン前駆体の例としては、限定するわけではないが、ビス(トリメチルシリル)セレン、ビス(ジメチルシリル)セレン、ビス(トリエチルシリル)セレン、ビス(ジエチルシリル)セレン、ビス(フェニルジメチルシリル)セレン、ビス(t-ブチルジメチルシリル)セレン、ジメチルシリルメチルセレン、ジメチルシリルフェニルセレン、ジメチルシリル-n-ブチルセレン、ジメチルシリル-t-ブチルセレン、トリメチルシリルメチルセレン、トリメチルシリルフェニルセレン、トリメチルシリル-n-ブチルセレン及びトリメチルシリル-t-ブチルセレンが挙げられる。
金属化合物は一般式MXnを有する。
(上式中、Mは元素の周期律表から選ばれる金属であり、限定するわけではないが、Ge、Sb、In、Sn、Ga、Bi、Ag、Cu、Zr、Hf、Hg、Cd、Zn及び貴金属が挙げられ、
XはOR(アルコキシ)、F(フッ素)、Cl(塩素)、Br(臭素)、NR2(アミノ)、CN(シアノ)、OCN(シアネート)、SCN(チオシアネート)、ジケトネート又はカルボキシル基などの求核性基であり、
n=1〜5であり、ここで、n>1の場合には、各XはOR(アルコキシ)、F(フッ素)、Cl(塩素)、Br(臭素)、NR2(アミノ)、CN(シアノ)、OCN(シアネート)、SCN(チオシアネート)、ジケトネート及びカルボキシル基からなる群より個々に選ばれる)。
Ge化合物の例としては、限定するわけではないが、下記のものが挙げられる。
(1)(R1O)4Ge又は(R1O)nGeH4-n(式中、R1は鎖、枝分かれ、環式又は芳香族基中で1〜10個の炭素を有するアルキル基であり、n=1〜3である)、
(2)(R12N)4Ge又は(R12N)4-nGeHn(式中、R1及びR2は個々に、鎖、枝分かれ、環式又は芳香族基中で1〜10個の炭素を有するアルキル基であり、n=1〜3である)、
(3)GeX4、GeX2又はRnGeX4-n(式中、XはF、Cl又はBrであり、Rは水素、又は、鎖、枝分かれ、環式又は芳香族基中の1〜10個の炭素を有するアルキル基であり、n=0〜3である)、
(4)Ge(OR)2(式中、Rは鎖、枝分かれ、環式又は芳香族基中で1〜10個の炭素を有するアルキル基である)。例としては、限定するわけではないが、Ge(OBut2(ビス(tert-ブトキシ)ゲルマニウム)が挙げられる。
(5)Ge(OR)2(式中、R=R5NR67であり、R5は鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中の1〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は独立に、水素、鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より選ばれる)。R6及びR7は結合して環を形成することができる。R5及びR6も、また、結合して環を形成することができる。例としては、限定するわけではないが、Ge(OCH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NMe22、Ge(OC(Me)2CH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NEt22、(OC(Me)2CH2CH2NEt2)2が挙げられる。
(6)Ge(OR)2(式中、R=R5OR6であり、ここで、R5は、鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中で1〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、そしてR6は、水素、鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より選ばれる)。例としては、限定するわけではないが、Ge(OCH2CH2OMe)2、Ge(OCH2CH2OEt)2、Ge(OCH2CH2OPri2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OMe)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OEt)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OPri2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OMe)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OEt)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OPri2が挙げられる。
(7)Ge(OR)2(式中、R=R5SR6であり、ここでR5は、鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中で1〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、そしてR6は、水素、鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より選ばれる)。例としては、限定するわけではないが、Ge(OCH2CH2SMe)2が挙げられる。
(8)Ge(NR22(式中、2つのRは鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中で1〜6個の炭素及びR5NR67(式中、R5は鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中で1〜6個の炭素を有するアルキル基であり、R6-7は独立に、水素、鎖、枝分かれ、環式、芳香族基中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より選ばれる)からなる群より独立に選ぶことができる)。R6及びR7は結合して環を形成することができる。R5及びR6も、また、結合して環を形成することができる。例としては、限定するわけではないが、Ge(MeNCH2CH2NMe22、Ge(MeNCH2CH2NEt22が挙げられる。
Sb化合物の例としては、限定するわけではないが、下記のものが挙げられる。
(1)(RO)3Sb(式中、Rは鎖、枝分かれ又は環式基中で1〜10個の炭素を有するアルキル基である)。例としては、限定するわけではないが、Sb(OMe)3、Sb(OEt)3が挙げられる。
(2)(R12N)3Sb(式中、R1及びR2は個々に、鎖、枝分かれ又は環式基中で1〜10個の炭素を有するアルキル基である)。例としては、限定するわけではないが、Sb(NMe23、Sb(NMeEt)3及びSb(NEt22が挙げられる。
(3)一般式SbX3及びSbX5(式中、XはF、Cl又はBrである)のアンチモンハロゲン化物。
(4)(RO)xSb(NR123-x(式中、R及びR1-2は個々に、鎖、枝分かれ又は環式基中で1〜10個の炭素を有するアルキル基からなる群より選ばれる)。
ケイ素−テルル結合及びケイ素−セレン結合はその高度のイオン性及び低い結合エネルギーのために、求核性攻撃に対して非常に反応性である。金属化合物MXnと反応するときに、シリル基は電気陰性リガンドXと化合し、より強い結合を形成し、結果として、金属−テルル結合及び金属−セレン結合を形成する傾向がある。研究は、ケイ素上での化学結合反応性は下記式(1)に示すとおりの順序を有することを示している。高い反応性を有する結合は低い反応性を有するものに容易に転化されうる。
高活性から低活性までの化学結合反応性を下記に示す。
金属テルル化物の生成は下記の例示の反応によって示されることができる。
金属セレン化物の生成は同様の反応によって示されることができる。
特に、相変化メモリデバイスのために適切なGST材料はCVD又はALD反応器中で下記に示す反応により生成されうる。
(上式中、GeSbTeはゲルマニウム−アンチモン−テルル化合物の一般式を表し、3つの元素の比率は様々であることができる)
特定の実施形態において、相変化メモリデバイスのために適切なGe2Sb2Te5材料はCVD又はALD反応器中で下記に示す反応により生成されうる。
シリルテルル化合物及びアルコキシゲルマン及びアルコキシアンチモンからGeSbTe膜を堆積させるALDプロセスは下記に示す反応スキームにより示されることができる。シリルセレン化合物及びアルコキシゲルマン及びアルコキシアンチモンからGeSbSe(ゲルマニウム−アンチモン−セレン)膜を堆積させるALDプロセスは同様の反応スキームにおいて示されることができる。
ALDは相変化メモリ用途のためのGST膜又はその他の金属カルコゲニド化合物を堆積させるために使用されるユニークな方法であると考えられる。というのは、ALDは小さい寸法の孔(たとえば、コンタクトホール)に応用でき、そのことは化学蒸着(CVD)又はスパッタリグ法ではできない。ALDプロセスとしては、プラズマ増強ALDを挙げることができる。
本発明において、前駆体は同時に提供されても(たとえば、CVD)、逐次的に提供されても(たとえば、周期的CVD、ALD)、又は、堆積の間に任意の組み合わせで提供されてもよい。又は、前駆体を提供し、そして次の前駆体を提供する前に未吸収の前駆体をパージすることにより、前駆体を逐次に提供してもよい。このようにして、供給されたが、吸収されなかった前駆体はパージされうる。
堆積圧力は約0.001〜10トルに維持されてよく、そして堆積温度は約50〜400℃に維持されてよい。前駆体はALD反応器中にフィードされる前に加熱されうる。
本発明において、GeTe、SbTe、GeSbTe(GST)膜をALD法により堆積した。走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、サンプルの断面画像及び表面モルホロジーを得た。サンプル及び膜の相転移特性はエネルギー分散型X−線分析により特性化した。
例1:ビス(トリメチルシリル)テルルの合成
1.28g (0.01 mol)の200メッシュテルル粉末、0.48 g (0.02 mol)の水素化リチウム及び40 mlのテトラヒドロフラン(THF)を100 mlフラスコ中に入れた。攪拌しながら、混合物を4時間還流した。テルルの黒色粉末がすべて消失し、そして泥色沈殿物を形成した。その後、混合物を-20℃に冷却し、2.2 g (0.02 mol)のトリメチルクロロシランを添加した。混合物を室温まで温めた。4時間の攪拌の後に、混合物を不活性雰囲気下にろ過した。蒸留により溶剤を除去した。ビス(トリメチルシリル)テルルを真空蒸留により精製した。b.p. 2.5 mm Hgで50℃。
熱重量分析 (TGA)及び示差走査熱量測定(DSC)を用いて、ビス(トリメチルシリル)テルルを特性化する。結果を図1に示した。化合物は120℃までの加熱時に安定であった。それは室温又は穏やかな加熱時に便利に貯蔵しそして取り扱うことができる。
例2:テトラメチルジシリルテルルの合成
3.84 g (0.03 mol)の200メッシュテルル粉末、1.44 g (0.06 mol)の水素化リチウム及び40 mlのテトラヒドロフラン (THF)を100 mlフラスコ中に入れた。攪拌しながら、混合物を4時間還流した。テルルの黒色粉末がすべて消失し、そして泥色沈殿物を形成した。その後、混合物を-20℃に冷却し、5.77 g (0.06 mol)のジメチルクロロシランを添加した。混合物を室温まで温めた。4時間の攪拌の後に、混合物を不活性雰囲気下にろ過した。溶剤を蒸留により除去した。テトラメチルジシリルテルルを真空蒸留により精製した。沸点は4 mm Hgで50℃。
例3:トリメチルシリル−t−ブチルテルルの合成
6.4 g (0.05 mol)の200 メッシュテルル粉末、100 mlのジエチルエーテル及び20 mlの2.5 M t-ブチルリチウム(ヘキサン中)を250 mlフラスコ中に添加した。0℃にて、混合物を8時間攪拌した。テルルの黒色粉末がすべて消失し、そして泥色沈殿物を形成した。この混合物に、5.4 g (0.05 mol)のトリメチルシランを添加した。混合物を室温まで温めた。1時間の攪拌の後に、混合物を不活性雰囲気下にろ過した。溶剤を蒸留により除去した。トリメチル-t-ブチルテルルを真空蒸留により精製した。
例4:テルル化ゲルマニウムサンプルの合成
0.27 g (0.001 mol)のビス(トリメチルシリル)テルルを6 mlのアセトニトリル中に溶解させた。この溶液に、0.12 gのテトラメトキシゲルマンを室温にて添加した。反応は発熱であった。即座に黒色沈殿物を形成した。沈殿物をろ過し、そしてTHFで洗浄し、そして空気中で乾燥した。エネルギー分散型X−線分析 (EDX)を、走査型電子顕微鏡 (SEM)と組み合わせて用い、黒色固形分沈殿物を検討した。結果を図2及び3に示した。結果は黒色固形分がゲルマニウム及びテルルの組成物であることを示した。テルル化ゲルマニウムは有機溶剤中に不溶性である。
例5:テルル化アンチモンサンプルの合成
0.27 g (0.001 mol)のビス(トリメチルシリル)テルルを6 mlのアセトニトリル中に溶解させた。この溶液に、0.15 gのトリエトキシアンチモンを室温にて添加した。反応は発熱であった。即座に黒色沈殿物を形成した。沈殿物をろ過し、THFで洗浄し、そして空気中で乾燥した。エネルギー分散型X−線分析 (EDX)を走査型電子顕微鏡 (SEM)と組み合わせて用い、黒色固形分沈殿物を検討した。結果を図4及び5に示した。結果は黒色固形分がアンチモン及びテルルの組成物であることを示した。テルル化アンチモンは有機溶剤中に不溶性である。
例6: GST三元化合物サンプルの合成
0.27 g (0.001 mol)のビス(トリメチルシリル)テルルを6 mlのアセトニトリル中に溶解させた。この溶液に、0.10 gのテトラエトキシゲルマン及び0.10 gのトリエトキシアンチモンの5 mlのアセトニトリル中の溶液を室温にて添加した。即座に黒色沈殿物が形成した。沈殿物をろ過し、THFで洗浄しそして空気中で乾燥した。エネルギー分散型X−線分析 (EDX)を走査型電子顕微鏡 (SEM)と組み合わせて用い、黒色固形分沈殿物を検討した。結果を図6及び7に示した。結果は黒色固形分がゲルマニウム、アンチモン及びテルルの組成物であることを示した。GST材料は有機溶剤中に不溶性である。
例7:ALD技術を用いたGeTe膜の形成
GeTeの薄膜を、本発明において記載した原子層堆積 (ALD)技術を用いて堆積した。Ge(OMe)4及び(Me3Si)2Teを前駆体として用い、GeTe膜を形成した。通常、GSTメモリセルにおいて金属接触のためにTiNを用いるので、スパッタリング技術により100nmのTiNを被覆した4”Si(100)ウエハをGeTe膜堆積のための基材として選択した。基材を100℃に加熱した。反応器中にフィードする前に前駆体を加熱した。詳細には、Ge(OMe)4を30℃に加熱し、そして(Me3Si)2Teを50℃に加熱した。反応器中にフィードされるこれらの2つの前駆体の各々の量は、各前駆体が反応器中にフィードされる時間により制御した。ALD順序は以下のとおりであった。
(a)Ge(OMe)4を1秒間、パルス、
(b)反応器をN2ガスによりパージ、
(c)(Me3Si)2Teを1秒間、パルス、
(d)反応器をN2ガスによりパージ、
(e)工程(a)〜(d)を1000回(又は1000サイクル)繰り返す。
堆積を完了した後に、膜の組成をEDXを用いて調べた。GeTe膜の典型的なEDXスペクトルを図8に示す。図8から判るとおり、Ge及びTeの両方は膜中に存在した。Ti、N及びSiのピークはSi基材及びTiNコーティングに由来するものであり、CはSEMチャンバー汚染によるものであった。
例8:ALD技術を用いたSbTe膜の形成
SbTeの薄膜を本発明において記載した原子層堆積(ALD)技術を用いて堆積した。Sb(OEt)3及び(Me3Si)2Teを前駆体として用いてSbTe膜を形成した。通常、GSTメモリセルにおいて金属接触のためにTiNを用いるので、スパッタリング技術により100nmのTiNを被覆した4”Si(100)ウエハをSbTe膜堆積のための基材として選択した。基材を100℃に加熱した。反応器中にフィードする前に前駆体を加熱した。詳細には、Sb(OEt)3及び(Me3Si)2Teをそれぞれ30℃及び50℃に加熱した。反応器中にフィードされるこれらの2つの前駆体の各々の量は、各前駆体が反応器中にフィードされる時間により制御した。ALD順序は以下のとおりであった。
(a)Sb(OEt)3を1秒間、パルス、
(b)反応器をN2ガスによりパージ、
(c)(Me3Si)2Teを1秒間、パルス、
(d)反応器をN2ガスによりパージ、
(e)工程(a)〜(d)を1000回(又は1000サイクル)繰り返す。
堆積を完了した後に、膜の組成をEDXを用いて調べた。SbTe膜の典型的なEDXスペクトルを図9に示す。図9から判るとおり、Sb及びTeの両方は膜中に存在した。Ti、N及びSiのピークはSi基材及びTiNコーティングに由来するものであり、CはSEMチャンバー汚染によるものであった。
例9:ALD技術を用いたGeSbTe(GST)膜の形成
GeSbTeの薄膜を本発明において記載した原子層堆積(ALD)技術を用いて堆積した。Ge(OMe)4、Sb(OEt)3及び(Me3Si)2Teを前駆体として用いてGeSbTe膜を形成した。通常、GSTメモリセルにおいて金属接触のためにTiNを用いるので、スパッタリング技術により100nmのTiNを被覆した4”Si(100)ウエハをSbTe膜堆積のための基材として選択した。基材を100℃に加熱した。反応器中にフィードする前に前駆体を加熱した。詳細には、Ge(OMe)4及びSb(OEt)3を30℃に加熱し、一方、(Me3Si)2Teを50℃に加熱した。反応器中にフィードされるこれらの3つの前駆体の各々の量は、各前駆体が反応器中にフィードされる時間により制御した。ALD順序は以下のとおりであった。
(a)Sb(OEt)3を1秒間、パルス、
(b)反応器をN2ガスによりパージ、
(c)(Me3Si)2Teを1秒間、パルス、
(d)反応器をN2ガスによりパージ、
(e)Ge(OMe)4を1秒間、パルス、
(f)反応器をN2ガスによりパージ、
(g)(Me3Si)2Teを1秒間、パルス、
(h)反応器をN2ガスによりパージ、
(i)工程(a)〜(h)を1000回(又は1000サイクル)繰り返す。
堆積を完了した後に、膜の組成をEDXを用いて調べた。GST膜の典型的なEDXスペクトルを図10に示す。図10から判るとおり、Ge、Sb及びTeはすべて膜中に存在した。Ti、N及びSiのピークはSi基材及びTiNコーティングに由来するものであり、CはSEMチャンバー汚染によるものであった。
実施形態1:CVD技術を用いたGeTe膜の堆積
化学蒸着(CVD)技術を用いたGeTe膜の堆積は以下の工程を含む:
a)膜を堆積しようとする基材をCVD反応器に入れること、
b)反応器をN2又はArによりパージし、1T未満の低圧まで排気し、そして膜堆積を行う温度(通常、約200〜400℃)まで加熱すること、
c)反応器を、その後、500mTの圧力まで排気すること、
d)Teの前駆体であるビス(トリメチルシリル)テルル及びGeの前駆体であるテトラキス(ジメチルアミノ)ゲルマンを、CVD反応器に接続されている直接液体注入(DLI)装置に接続されている別々の容器に充填すること、
e)Teのためのビス(トリメチルシリル)テルルの蒸気及びGeのためのテトラキス(ジメチルアミノ)ゲルマンの蒸気を、その後、CVD反応器に一定流速にて導入すること、しかしながら、反応器中の圧力は制御されて、500mTの一定圧力を維持する、
f)GeTe膜を形成するためのCVD反応を行い、Te及びGeの流れが停止するまで反応を続けること、
g)CVD反応器を、その後、N2又はArによりパージし、そして室温まで冷却し、その後、GeTe膜が堆積された基材を反応器から取り出すこと。
堆積の化学的性質から、高度に共形のGeTe膜を、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタンなどの基材材料の表面上に堆積させることができる。
実施形態2:CVD技術を用いたSbTe膜の堆積
化学蒸着(CVD)技術を用いたSbTe膜の堆積は下記の工程を含む:
a)膜を堆積しようとする基材をCVD反応器に入れること、
b)反応器をN2又はArによりパージし、1T未満の低圧まで排気し、そして膜堆積を行う温度(通常、約200〜400℃)まで加熱すること、
c)反応器を、その後、500mTの圧力まで排気すること、
d)Teの前駆体であるビス(トリメチルシリル)テルル及びSbの前駆体であるトリス(ジメチルアミノ)アンチモンを、CVD反応器に接続されている直接液体注入(DLI)装置に接続されている別々の容器に充填すること、
e)Teのためのビス(トリメチルシリル)テルルの蒸気及びSbのためのトリス(ジメチルアミノ)アンチモンの蒸気を、その後、CVD反応器に一定流速にて導入すること、しかしながら、反応器中の圧力は制御されて、500mTの一定圧力を維持する、
f)SbTe膜を形成するためのCVD反応を行い、Te及びSbの流れが停止するまで反応を続けること、
g)CVD反応器を、その後、N2又はArによりパージし、そして室温まで冷却し、その後、SbTe膜が堆積された基材を反応器から取り出すこと。
堆積の化学的性質から、高度に共形のSbTe膜を、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタンなどの基材材料の表面上に堆積させることができる。
実施形態3:CVD技術を用いたGeSbTe膜の堆積
化学蒸着(CVD)技術を用いたGST膜の堆積は下記の工程を含む:
a)膜を堆積しようとする基材をCVD反応器に入れること、
b)反応器をN2又はArによりパージし、1T未満の低圧まで排気し、そして膜堆積を行う温度(通常、約200〜400℃)まで加熱すること、
c)反応器を、その後、500mTの圧力まで排気すること、
d)Teの前駆体であるビス(トリメチルシリル)テルル、Geの前駆体であるテトラキス(ジメチルアミノ)ゲルマン及びSbの前駆体であるトリス(ジメチルアミノ)アンチモンを、CVD反応器に接続されている直接液体注入(DLI)装置に接続されている別々の容器に充填すること、
e)Teのためのビス(トリメチルシリル)テルルの蒸気、Geのためのテトラキス()ジメチルアミノ)ゲルマンの蒸気及びSbのためのトリス(ジメチルアミノ)アンチモンの蒸気を、その後、CVD反応器に一定流速にて導入すること、しかしながら、反応器中の圧力は制御されて、500mTの一定圧力を維持する、
f)GeSbTe膜を形成するためのCVD反応を行い、Te、Ge及びSbの流れが停止するまで反応を続けること、
g)CVD反応器を、その後、N2又はArによりパージし、そして室温まで冷却し、その後、GST膜が堆積された基材を反応器から取り出すこと。
堆積の化学的性質から、高度に共形のGeSbTe膜を、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタンなどの基材材料の表面上に堆積させることができる。
実施形態4:ALD技術を用いたGeSe膜の堆積
原子層堆積(ALD)技術を用いたGeSe膜の堆積は以下の工程を含む:
a)膜を堆積しようとする基材をALD反応器に入れること、
b)反応器をN2によりパージし、1T未満の低圧まで排気し、そして膜堆積を行う温度まで加熱すること、
c)Se前駆体として一定流速のシリルセレン化合物の蒸気を反応器に導入すること、反応器を短い一定時間(通常、5秒未満)、この蒸気により飽和し、その後、1トルまで排気し、次いで、N2によりパージする、
d)Ge前駆体として一定流速のアルコキシゲルマン化合物の蒸気を反応器に導入すること、反応器を短い一定時間(通常、5秒未満)、この蒸気により飽和し、その後、1トルまで排気し、次いで、N2によりパージする、
e)膜の所望の厚さが得られるまで工程c)〜)を繰り返すこと。
堆積の化学的性質から、高度に共形のGeSe膜を、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタンなどの基材材料の表面上に堆積させることができる。プロセス温度は室温から400℃であることができる。
実施形態5:ALD技術を用いたSbSe膜の堆積
原子層堆積(ALD)技術を用いたSbSe膜の堆積は以下の工程を含む:
a)膜を堆積しようとする基材をALD反応器に入れること、
b)反応器をN2によりパージし、1T未満の低圧まで排気し、そして膜堆積を行う温度まで加熱すること、
c)Se前駆体として一定流速のシリルセレン化合物の蒸気を反応器に導入すること、反応器を短い一定時間(通常、5秒未満)、この蒸気により飽和し、その後、1トルまで排気し、次いで、N2によりパージする、
d)Sb前駆体として一定流速のアルコキシアンチモン化合物の蒸気を反応器に導入すること、反応器を短い一定時間(通常、5秒未満)、この蒸気により飽和し、その後、1トルまで排気し、次いで、N2によりパージする、
e)膜の所望の厚さが得られるまで工程c)〜)を繰り返すこと。
堆積の化学的性質から、高度に共形のSbSe膜を、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタンなどの基材材料の表面上に堆積させることができる。プロセス温度は室温から400℃であることができる。
実施形態6:ALD技術を用いたGeSbSe膜の堆積
原子層堆積(ALD)技術を用いたGeSbSe膜の堆積は以下の工程を含む:
a)膜を堆積しようとする基材をALD反応器に入れること、
b)反応器をN2によりパージし、1T未満の低圧まで排気し、そして膜堆積を行う温度まで加熱すること、
c)Se前駆体として一定流速のシリルセレン化合物の蒸気を反応器に導入すること、反応器を短い一定時間(通常、5秒未満)、この蒸気により飽和し、その後、1トルまで排気し、次いで、N2によりパージする、
d)Ge前駆体として一定流速のアルコキシゲルマン化合物の蒸気を反応器に導入すること、反応器を短い一定時間(通常、5秒未満)、この蒸気により飽和し、その後、1トルまで排気し、次いで、N2によりパージする、
e)Se前駆体として一定流速のシリルセレン化合物の蒸気を反応器に導入すること、反応器を短い一定時間(通常、5秒未満)、この蒸気により飽和し、その後、1トルまで排気し、次いで、N2によりパージする、
f)Sb前駆体として一定流速のアルコキシアンチモン化合物の蒸気を反応器に導入すること、反応器を短い一定時間(通常、5秒未満)、この蒸気により飽和し、その後、1トルまで排気し、次いで、N2によりパージする、
g)膜の所望の厚さが得られるまで工程c)〜f)を繰り返すこと。
堆積の化学的性質から、高度に共形のGeSbSe膜を、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタンなどの基材材料の表面上に堆積させることができる。プロセス温度は室温から400℃であることができる。
実施形態7:CVD技術を用いたGeSe膜の堆積
化学蒸着(CVD)技術を用いたGeSe膜の堆積は以下の工程を含む:
a)膜を堆積しようとする基材をCVD反応器に入れること、
b)反応器をN2又はArによりパージし、1T未満の低圧まで排気し、そして膜堆積を行う温度(通常、約200〜400℃)まで加熱すること、
c)反応器を、その後、500mTの圧力まで排気すること、
d)Seの前駆体であるシリルセレン及びGeの前駆体であるテトラキス(ジメチルアミノ)ゲルマンを、CVD反応器に接続されている直接液体注入(DLI)装置に接続されている別々の容器に充填すること、
e)Seのためのシリルセレンの蒸気及びGeのためのテトラキス(ジメチルアミノ)ゲルマンの蒸気を、その後、CVD反応器に一定流速にて導入すること、しかしながら、反応器中の圧力は制御されて、500mTの一定圧力を維持する、
f)GeSe膜を形成するためのCVD反応を行い、Ge及びSeの流れが停止するまで反応を続けること、
g)CVD反応器を、その後、N2又はArによりパージし、そして室温まで冷却し、その後、GeSe膜が堆積された基材を反応器から取り出すこと。
堆積の化学的性質から、高度に共形のGeSe膜を、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタンなどの基材材料の表面上に堆積させることができる。
実施形態8:CVD技術を用いたSbSe膜の堆積
化学蒸着(CVD)技術を用いたSbSe膜の堆積は以下の工程を含む:
a)膜を堆積しようとする基材をCVD反応器に入れること、
b)反応器をN2又はArによりパージし、1T未満の低圧まで排気し、そして膜堆積を行う温度(通常、約200〜400℃)まで加熱すること、
c)反応器を、その後、500mTの圧力まで排気すること、
d)Seの前駆体であるシリルセレン及びSbの前駆体であるトリス(ジメチルアミノ)アンチモンを、CVD反応器に接続されている直接液体注入(DLI)装置に接続されている別々の容器に充填すること、
e)Seのためのシリルセレンの蒸気及びSbのためのトリス(ジメチルアミノ)アンチモンの蒸気を、その後、CVD反応器に一定流速にて導入すること、しかしながら、反応器中の圧力は制御されて、500mTの一定圧力を維持する、
f)SbSe膜を形成するためのCVD反応を行い、Se及びSbの流れが停止するまで反応を続けること、
g)CVD反応器を、その後、N2又はArによりパージし、そして室温まで冷却し、その後、SbSe膜が堆積された基材を反応器から取り出すこと。
堆積の化学的性質から、高度に共形のSbSe膜を、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタンなどの基材材料の表面上に堆積させることができる。
実施形態9:CVD技術を用いたGeSbSe膜の堆積
化学蒸着(CVD)技術を用いたGeSbSe膜の堆積は以下の工程を含む:
a)膜を堆積しようとする基材をCVD反応器に入れること、
b)反応器をN2又はArによりパージし、1T未満の低圧まで排気し、そして膜堆積を行う温度(通常、約200〜400℃)まで加熱すること、
c)反応器を、その後、500mTの圧力まで排気すること、
d)Seの前駆体であるシリルセレン、Geの前駆体であるテトラキス(ジメチルアミノ)ゲルマン及びSbの前駆体であるトリス(ジメチルアミノ)アンチモンを、CVD反応器に接続されている直接液体注入(DLI)装置に接続されている別々の容器に充填すること、
e)Seのためのシリルセレンの蒸気、Geのためのテトラキス(ジメチルアミノ)ゲルマンの蒸気及びSbのためのトリス(ジメチルアミノ)アンチモンの蒸気を、その後、CVD反応器に一定流速にて導入すること、しかしながら、反応器中の圧力は制御されて、500mTの一定圧力を維持する、
f)GeSbSe膜を形成するためのCVD反応を行い、Se、Ge及びSbの流れが停止するまで反応を続けること、
g)CVD反応器を、その後、N2又はArによりパージし、そして室温まで冷却し、その後、GeSbSe膜が堆積された基材を反応器から取り出すこと。
堆積の化学的性質から、高度に共形のGeSbSe膜を、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタンなどの基材材料の表面上に堆積させることができる。
実施形態10:CVD技術を用いたGe2Sb2Te5膜の堆積
化学蒸着(CVD)技術を用いたGST膜の堆積は以下の工程を含む:
a)膜を堆積しようとする基材をCVD反応器に入れること、
b)反応器をN2又はArによりパージし、1T未満の低圧まで排気し、そして膜堆積を行う温度(通常、約200〜400℃)まで加熱すること、
c)反応器を、その後、500mTの圧力まで排気すること、
d)Teの前駆体であるビス(トリメチルシリル)テルル、Geの前駆体であるGe(OR)2及びSbの前駆体であるトリス(ジメチルアミノ)アンチモンを、CVD反応器に接続されている直接液体注入(DLI)装置に接続されている別々の容器に充填すること、
e)Teのためのビス(トリメチルシリル)テルルの蒸気、GeのためのGe(OR)2の蒸気及びSbのためのトリス(ジメチルアミノ)アンチモンの蒸気を、その後、CVD反応器に一定流速にて導入すること、しかしながら、反応器中の圧力は制御されて、500mTの一定圧力を維持する、
f)Ge2Sb2Te5膜を形成するためのCVD反応を行い、Te、Ge及びSbの流れが停止するまで反応を続けること、
g)CVD反応器を、その後、N2又はArによりパージし、そして室温まで冷却し、その後、GST膜が堆積された基材を反応器から取り出すこと。
堆積の化学的性質から、高度に共形のGe2Sb2Te5膜を、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタンなどの基材材料の表面上に堆積させることができる。
実施形態11:CVD技術を用いたGe2Sb2Te5膜の堆積
化学蒸着(CVD)技術を用いたGST膜の堆積は以下の工程を含む:
a)膜を堆積しようとする基材をCVD反応器に入れること、
b)反応器をN2又はArによりパージし、1T未満の低圧まで排気し、そして膜堆積を行う温度(通常、約200〜400℃)まで加熱すること、
c)反応器を、その後、500mTの圧力まで排気すること、
d)Teの前駆体であるビス(トリメチルシリル)テルル、Geの前駆体であるGe(NR22及びSbの前駆体であるトリス(ジメチルアミノ)アンチモンを、CVD反応器に接続されている直接液体注入(DLI)装置に接続されている別々の容器に充填すること、
e)Teのためのビス(トリメチルシリル)テルルの蒸気、GeのためのGe(NR22の蒸気及びSbのためのトリス(ジメチルアミノ)アンチモンの蒸気を、その後、CVD反応器に一定流速にて導入すること、しかしながら、反応器中の圧力は制御されて、500mTの一定圧力を維持する、
f)Ge2Sb2Te5膜を形成するためのCVD反応を行い、Te、Ge及びSbの流れが停止するまで反応を続けること、
g)CVD反応器を、その後、N2又はArによりパージし、そして室温まで冷却し、その後、GST膜が堆積された基材を反応器から取り出すこと。
堆積の化学的性質から、高度に共形のGe2Sb2Te5膜を、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタンなどの基材材料の表面上に堆積させることができる。
実施形態12:ALD技術を用いたGe2Sb2Te5膜の形成
Ge2Sb2Te5の薄膜を本発明において記載した原子層堆積(ALD)技術を用いて堆積した。Ge(OR)2、Sb(OEt)3及び(Me3Si)2Teを前駆体として用いてGe2Sb2Te5膜を形成した。通常、GSTメモリセルにおいて金属接触のためにTiNを用いるので、スパッタリング技術により100nmのTiNを被覆した4”Si(100)ウエハをSbTe膜堆積のための基材として選択した。基材を100℃に加熱した。反応器中にフィードする前に前駆体を加熱した。詳細には、Ge(OR)2及びSb(OEt)3を30℃に加熱し、一方、(Me3Si)2Teを50℃に加熱した。反応器中にフィードされるこれらの3つの前駆体の各々の量は、各前駆体が反応器中にフィードされる時間により制御した。ALD順序は以下のとおりであった。
a)Sb(OEt)3を1秒間、パルス、
)反応器をN2ガスによりパージ、
)(Me3Si)2Teを1秒間、パルス、
)反応器をN2ガスによりパージ、
)Ge(OR)2を1秒間、パルス、
)反応器をN2ガスによりパージ、
)(Me3Si)2Teを1秒間、パルス、
)反応器をN2ガスによりパージ、
i)工程(a)〜()を1000回(又は1000サイクル)繰り返す。
堆積を完了した後に、膜の組成をEDXを用いて調べた。
実施形態13:ALD技術を用いたGe2Sb2Te5膜の形成
Ge2Sb2Te5の薄膜を本発明において記載した原子層堆積(ALD)技術を用いて堆積した。Ge(NR22、Sb(OEt)3及び(Me3Si)2Teを前駆体として用いてGe2Sb2Te5膜を形成した。通常、GSTメモリセルにおいて金属接触のためにTiNを用いるので、スパッタリング技術により100nmのTiNを被覆した4”Si(100)ウエハをSbTe膜堆積のための基材として選択した。基材を100℃に加熱した。反応器中にフィードする前に前駆体を加熱した。詳細には、Ge(NR22及びSb(OEt)3を30℃に加熱し、一方、(Me3Si)2Teを50℃に加熱した。反応器中にフィードされるこれらの3つの前駆体の各々の量は、各前駆体が反応器中にフィードされる時間により制御した。ALD順序は以下のとおりであった。
a)Sb(OEt)3を1秒間、パルス、
)反応器をN2ガスによりパージ、
)(Me3Si)2Teを1秒間、パルス、
)反応器をN2ガスによりパージ、
)Ge(NR22を1秒間、パルス、
)反応器をN2ガスによりパージ、
)(Me3Si)2Teを1秒間、パルス、
)反応器をN2ガスによりパージ、
i)工程(a)〜()を1000回(又は1000サイクル)繰り返す。
堆積を完了した後に、膜の組成をEDXを用いて調べた。
本発明をその特定の実施例及び実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、その精神及び範囲から逸脱することなく種々の変更及び変形がなされてよいことが当業者に明らかであろう。

Claims (15)

  1. (a)(R 1 2 3 Si) 2 Teの一般式を有するジシリルテルルであり、ここで、R 1 、R 2 、R 3 及びR 4 は独立に、水素、二重結合を有し又は有しない直鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜10個の炭素を有するアルキル基、又は芳香族基であるシリルテルルと基材を接触させること、
    (b)(i)Ge(OR)2(式中、Rは鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜10個の炭素を有するアルキル基、下記一般構造
    5NR67
    5OR6及び
    5SR6
    を有する官能化アルキル基からなる群より選ばれ、ここで、R5は鎖、枝分かれ又は環式形態中で2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれる)、及び(ii)Ge(NR22(式中、Rは下記一般構造
    5NR67
    5OR6及び
    5SR6
    を有する官能化アルキル基であり、ここで、R5は鎖、枝分かれ又は環式形態中で2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれる)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む一般式を有するゲルマニウム化合物と基材を接触させること、及び、
    (c)MXnの一般式を有する金属化合物と基材を接触させること、
    (上式中、MはSであり
    XはOR(アルコキシ)又はNR2(アミノ)であり、ここで、Rは鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜10個の炭素を有するアルキル基、下記一般構造
    5NR67
    5OR6及び
    5SR6
    を有する官能化アルキル基からなる群より選ばれ、ここで、R5は鎖、枝分かれ又は環式基中で2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれ、そして、
    n=である)
    の工程を含む、基材上にGe 2 Sb 2 Te 5 の組成を有するゲルマニウム−アンチモン−テルルである金属カルコゲニド合金膜を製造する方法。
  2. 前記シリルテルルはビス(トリメチルシリル)テルル、ビス(ジメチルシリル)テルル、ビス(トリエチルシリル)テルル、ビス(ジエチルシリル)テルル、ビス(フェニルジメチルシリル)テルル及びビス(t-ブチルジメチルシリル)テルルからなる群より選ばれ、請求項に記載の方法。
  3. 前記ゲルマニウム化合物はGe(OBut2、Ge(OCH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NMe22、Ge(OC(Me)2CH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NEt22、Ge(OCMe2CH2CH2NEt2)2、Ge(OCH2CH2OMe)2、Ge(OCH2CH2OEt)2、Ge(OCH2CH2OPri2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OMe)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OEt)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OPri2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OMe)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OEt)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OPri2、Ge(OCH2CH2SMe)2、Ge(MeNCH2CH2NMe22、及びGe(MeNCH2CH2NEt22からなる群より選ばれる、請求項1に記載の方法。
  4. 前記金属化合物は(RO)3Sb(式中、Rは鎖、枝分かれ又は環式基中で1〜10個の炭素を有するアルキル基である)アンチモン化合物である、請求項1に記載の方法。
  5. 前記アンチモン化合物はSb(OMe)3及びSb(OEt)3からなる群より選ばれる、請求項に記載の方法。
  6. 前記方法は原子層堆積(ALD)プロセス、化学蒸着(CVD)プロセス及び溶液湿式化学からなる群より選ばれる、請求項1に記載の方法。
  7. (a)(R 1 2 3 Si) 2 Teの一般式を有するジシリルテルルであり、ここで、R 1 、R 2 、R 3 及びR 4 は独立に、水素、二重結合を有し又は有しない直鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜10個の炭素を有するアルキル基、又は芳香族基であるシリルテルルと基材を接触させること、及び、
    (b)(i)Ge(OR)2(式中、Rは鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜10個の炭素を有するアルキル基、下記一般構造
    5NR67
    5OR6及び
    5SR6
    を有する官能化アルキル基からなる群より選ばれ、ここで、R5は鎖、枝分かれ又は環式形態中で2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれる)、及び(ii)Ge(NR22(式中、Rは下記一般構造
    5NR67
    5OR6及び
    5SR6
    を有する官能化アルキル基であり、ここで、R5は鎖、枝分かれ又は環式形態中で2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれる)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む一般式を有するゲルマニウム化合物と基材を接触させること、
    (c)(R 1 2 3 Si) 2 Teの一般式を有するジシリルテルルであり、ここで、R 1 、R 2 、R 3 及びR 4 は独立に、水素、二重結合を有し又は有しない直鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜10個の炭素を有するアルキル基、又は芳香族基であるシリルテルルと基材を接触させること、
    (d)MXnの一般式を有する金属化合物と基材を接触させること、
    (上式中、MはSであり
    XはOR(アルコキシ)又はNR2(アミノ)であり、ここで、Rは鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜10個の炭素を有するアルキル基、下記一般構造
    5NR67
    5OR6及び
    5SR6
    を有する官能化アルキル基からなる群より選ばれ、ここで、R5は鎖、枝分かれ又は環式基中で2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれ、そして、
    n=である)、
    (e)場合により、N2、Ar及びそれらの混合物からなる群より選ばれる不活性ガスによりALD反応器をパージすること、
    ここで、パージ工程(e)は接触工程(a)の前及び各接触工程の後に行われる、及び、
    (f)所望の膜の厚さに到達するようにすべての工程を繰り返すこと、
    の工程を含む、ALD反応器中で基材上にGe 2 Sb 2 Te 5 の組成を有するゲルマニウム−アンチモン−テルルである金属カルコゲニド合金膜を製造するALD方法。
  8. 前記シリルテルルはビス(トリメチルシリル)テルル、ビス(ジメチルシリル)テルル、ビス(トリエチルシリル)テルル、ビス(ジエチルシリル)テルル、ビス(フェニルジメチルシリル)テルル及びビス(t-ブチルジメチルシリル)テルルからなる群より選ばれ、請求項に記載のALD方法。
  9. 前記ゲルマニウム化合物はGe(OBut2、Ge(OCH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NMe22、Ge(OC(Me)2CH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NEt22、Ge(OCMe2CH2CH2NEt2)2、Ge(OCH2CH2OMe)2、Ge(OCH2CH2OEt)2、Ge(OCH2CH2OPri2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OMe)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OEt)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OPri2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OMe)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OEt)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OPri2、Ge(OCH2CH2SMe)2、Ge(MeNCH2CH2NMe22、及びGe(MeNCH2CH2NEt22からなる群より選ばれ、そして、
    前記アンチモン化合物はSb(OMe)3、Sb(OEt)3、Sb(NMe23、Sb(NMeEt)3及びSb(NEt22からなる群より選ばれる、請求項に記載のALD方法。
  10. 前記ゲルマニウム化合物はGe(OBut2、Ge(OCH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NMe22、Ge(OC(Me)2CH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NEt22、Ge(OCMe2CH2CH2NEt2)2、Ge(OCH2CH2OMe)2、Ge(OCH2CH2OEt)2、Ge(OCH2CH2OPri2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OMe)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OEt)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OPri2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OMe)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OEt)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OPri2、Ge(OCH2CH2SMe)2、Ge(MeNCH2CH2NMe22、及びGe(MeNCH2CH2NEt22からなる群より選ばれ、そして、
    前記アンチモン化合物はSb(OMe)3、Sb(OEt)3、Sb(NMe23、Sb(NMeEt)3及びSb(NEt22からなる群より選ばれる、請求項に記載のALD方法。
  11. (a)(R 1 2 3 Si) 2 Teの一般式を有するジシリルテルルであり、ここで、R 1 、R 2 、R 3 及びR 4 は独立に、水素、二重結合を有し又は有しない直鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜10個の炭素を有するアルキル基、又は芳香族基であるシリルテルルと基材を接触させること、
    (b)(i)Ge(OR)2(上式中、Rは鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜10個の炭素を有するアルキル基、下記一般構造
    5NR67
    5OR6及び
    5SR6
    を有する官能化アルキル基からなる群より選ばれ、ここで、R5は鎖、枝分かれ又は環式形態中で2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれる)、及び(ii)Ge(NR22(上式中、Rは下記一般構造
    5NR67
    5OR6及び
    5SR6
    を有する官能化アルキル基であり、ここで、R5は鎖、枝分かれ又は環式形態中で2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれる)からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む一般式を有するゲルマニウム化合物と基材を接触させること、
    (c)MXnの一般式を有する金属化合物と基材を接触させること、
    (上式中、MはSであり
    XはOR(アルコキシ)であり、ここで、Rは鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜10個の炭素を有するアルキル基、下記一般構造
    5NR67
    5OR6及び
    5SR6
    を有する官能化アルキル基からなる群より選ばれ、ここで、R5は鎖、枝分かれ又は環式基中で2〜6個の炭素を有するアルキレン基であり、R6-7は、水素、鎖、枝分かれ又は環式形態中で1〜6個の炭素を有するアルキル基からなる群より独立に選ばれ、そして、
    n=である)、
    (d)N2、Ar及びそれらの混合物からなる群より選ばれる不活性ガスによりCVD反応器をパージすること、及び、
    (e)1トル未満の圧力までCVD反応器を排気すること、
    の工程を含み、ここで、パージ工程及び排気工程(d)及び(e)は接触工程(a)の前に行われる、CVD反応器中で基材上にGe 2 Sb 2 Te 5 の組成を有するゲルマニウム−アンチモン−テルルである金属カルコゲニド合金膜を製造するCVD方法。
  12. 前記接触工程は逐次的に又は同時に行われる、請求項11に記載のCVD方法。
  13. 前記シリルテルルはビス(トリメチルシリル)テルル、ビス(ジメチルシリル)テルル、ビス(トリエチルシリル)テルル、ビス(ジエチルシリル)テルル、ビス(フェニルジメチルシリル)テルル及びビス(t-ブチルジメチルシリル)テルルからなる群より選ばれ、請求項11に記載のCVD方法。
  14. 前記ゲルマニウム化合物はGe(OBut2、Ge(OCH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NMe22、Ge(OC(Me)2CH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NEt22、Ge(OCMe2CH2CH2NEt2)2、Ge(OCH2CH2OMe)2、Ge(OCH2CH2OEt)2、Ge(OCH2CH2OPri2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OMe)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OEt)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OPri2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OMe)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OEt)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OPri2、Ge(OCH2CH2SMe)2、Ge(MeNCH2CH2NMe22、及びGe(MeNCH2CH2NEt22からなる群より選ばれ、そして、
    前記アンチモン化合物はSb(OMe)3、Sb(OEt)3、Sb(NMe23、Sb(NMeEt)3及びSb(NEt22からなる群より選ばれる、請求項11に記載のCVD方法。
  15. 前記ゲルマニウム化合物はGe(OBut2、Ge(OCH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NMe22、Ge(OC(Me)2CH2CH2NMe22、Ge(OCH(Me)CH2CH2NEt22、Ge(OCMe2CH2CH2NEt2)2、Ge(OCH2CH2OMe)2、Ge(OCH2CH2OEt)2、Ge(OCH2CH2OPri2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OMe)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OEt)2、Ge(OCH(Me)CH2CH2OPri2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OMe)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OEt)2、Ge(OC(Me)2CH2CH2OPri2、Ge(OCH2CH2SMe)2、Ge(MeNCH2CH2NMe22、及びGe(MeNCH2CH2NEt22からなる群より選ばれ、そして、
    前記アンチモン化合物はSb(OMe)3、Sb(OEt)3、Sb(NMe23、Sb(NMeEt)3及びSb(NEt22からなる群より選ばれる、請求項13に記載のCVD方法。
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