制備鈦-銻-碲相變材料的方法及相變存儲(chǔ)單元制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種制備鈦-銻-碲相變材料的方法及相變存儲(chǔ)單元制備方法，包括：1）在基底上引入Sb的前驅(qū)體SbCl3脈沖，清洗未被吸收的的SbCl3，然后引入Te的前驅(qū)體(R3Si)2Te脈沖，清洗未被吸收的(R3Si)2Te和反應(yīng)副產(chǎn)物；2）向上述基底引入Ti的前驅(qū)體TiCl4脈沖，清洗殘余的TiCl4，然后引入Te的前驅(qū)體(R3Si)2Te脈沖，清洗殘余(R3Si)2Te和反應(yīng)副產(chǎn)物；3）向上述基底引入Sb的前驅(qū)體SbCl3脈沖，清洗殘余的SbCl3，然后引入Sb的前驅(qū)體(R3Si)3Sb脈沖，清洗未被吸收的(R3Si)3Sb和反應(yīng)副產(chǎn)物。采用本發(fā)明專利技術(shù)方法制備的鈦-銻-碲相變材料具有厚度精確可控，薄膜致密性好，填孔能力強(qiáng)的特點(diǎn)。采用這種方法制備的相變薄膜應(yīng)用到存儲(chǔ)器中，可實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ)，同時(shí)可以獲得低功耗的器件。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于微電子
，特別是涉及一種。
技術(shù)介紹
相變存儲(chǔ)器(PCM)是一種新興的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，與目前已有的多種半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)相比，包括常規(guī)的易失性技術(shù)，如靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)等，和非易失性技術(shù)，如介電隨機(jī)存儲(chǔ)器(FeRAM)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPR0M)、閃速存儲(chǔ)器(FLASH)等，具有非易失性、循環(huán)壽命長(zhǎng)(>1013次)、元件尺寸小、功耗低、可多級(jí)存儲(chǔ)、高速讀取、抗輻照、耐高低溫(_55 125° C)、抗振動(dòng)、抗電子干擾和制造工藝簡(jiǎn)單(能和現(xiàn)有的集成電路工藝相匹配)等優(yōu)點(diǎn)。相變存儲(chǔ)器(PCM)以硫系化合物為存儲(chǔ)介質(zhì)，利用電能 (熱量)使材料在晶態(tài)(低阻)與非晶態(tài)(高阻)之間相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)信息的寫(xiě)入和擦除，信息的讀出靠測(cè)量電阻的變化實(shí)現(xiàn)。相變存儲(chǔ)器(PCM)是最具競(jìng)爭(zhēng)力的下一代非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，當(dāng)前已實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)業(yè)化，其市場(chǎng)前景被廣為看好。隨著工藝節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)，PCM器件結(jié)構(gòu)由平板型轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈凸牡募{米限定孔型，器件尺寸的不斷縮小以及器件結(jié)構(gòu)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(shù)，但是當(dāng)溝槽尺寸進(jìn)一步縮小且深寬比進(jìn)一步增大時(shí)，由于PVD方法在溝槽開(kāi)口處沉積相變材料較快，而溝槽底部較慢，會(huì)導(dǎo)致溝槽底部的階梯覆蓋率不佳而造成器件失效。因此，開(kāi)發(fā)新型的相變材料制備技術(shù)勢(shì)在必行。原子層沉積(Atomic layer deposition, ALD)是一種可以將物質(zhì)以單原子膜形式一層一層的鍍?cè)诨妆砻娴姆椒āＶ苽溥^(guò)程中將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器，前軀體達(dá)到沉積基底表面后，會(huì)在其表面化學(xué)吸附并發(fā)生表面反應(yīng)形成沉積膜。由于這種反應(yīng)具有自我限制(self-limited)特性，使得每一次進(jìn)氣循環(huán)的過(guò)程僅形成厚度為一層原子的薄膜，此項(xiàng)特性讓控制鍍膜厚度的精確性可達(dá)原子級(jí)(約十分之一納米)的尺度。相對(duì)于傳統(tǒng)薄膜制程，ALD技術(shù)同時(shí)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(jí)膜厚控制等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足微納尺度器件制備的要求。2010年，Samsung報(bào)道了采用ALD技術(shù)填充相變材料所制成的相變存儲(chǔ)單元器件，其相變材料(GeSbTe合金)填充在一個(gè)17nmX7. 5nmX30nm的溝槽中(sub_20nm工藝)，該器件SET時(shí)間僅為30ns，疲勞性能達(dá)到了 1015，數(shù)據(jù)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(xué)方法制備相變材料是高密度PCRAM發(fā)展的必然方向，包括Samsung、IBM等在內(nèi)的大公司都在部署ALD、CVD制備相變材料方面的研發(fā)工作。目前研究最為普遍的相變材料是Ge2Sb2Te5(GST),但其結(jié)晶溫度較低，器件功耗較大，且數(shù)據(jù)保持力不強(qiáng)，開(kāi)發(fā)新型的相變材料一直以來(lái)都是材料研究工作者的重要任務(wù)。鈦-銻-碲(TiSbTe)是一種新型的相變材料，具有相變速度快，數(shù)據(jù)保持力好、結(jié)晶溫度高的特點(diǎn)，目前的制備是采用濺射方法，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有關(guān)于該種材料化學(xué)制備方法的報(bào)道以及相關(guān)的專利。本專利技術(shù)提出了一種鈦-銻-碲相變材料的ALD化學(xué)工藝。該工藝的優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)的填孔能力，可實(shí)現(xiàn)相變 材料的高密度填充。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于提供一種，提出了一種鈦-銻-碲相變材料的原子層沉積工藝以實(shí)現(xiàn)薄膜厚度精確可控，成份均一，致密性好，且具有很強(qiáng)的填孔能力，使相變材料可進(jìn)行高密度填充。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)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I)在基底上引入Sb的前驅(qū)體SbCl3脈沖，清洗未被吸收的的SbCl3，然后引入Te的前驅(qū)體(R3Si)2Te脈沖，清洗未被吸收的(R3Si)2Te和反應(yīng)副產(chǎn)物；2)向上述基底引入Ti的前驅(qū)體TiCl4脈沖，清洗殘余的TiCl4，然后引入Te的前驅(qū)體(R3Si)2Te脈沖，清洗殘余(R3Si)2Te和反應(yīng)副產(chǎn)物；3)向上述基底引入Sb的前驅(qū)體SbCl3脈沖，清洗殘余的SbCl3，然后引入Sb的前驅(qū)體(R3Si)3Sb脈沖，清洗未被吸收的(R3Si)3Sb和反應(yīng)副產(chǎn)物。作為本專利技術(shù)的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法的一種優(yōu)選方案，重復(fù)步驟1)、2)及3)中的一個(gè)或一個(gè)以上步驟，直至獲得所需厚度的鈦-銻-碲相變材料薄膜。作為本專利技術(shù)的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法的一種優(yōu)選方案，通過(guò)控制步驟1)、2)及3)各自的重復(fù)次數(shù)以控制鈦-銻-碲相變材料薄膜的成分。作為本專利技術(shù)的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法的一種優(yōu)選方案，所述鈦-銻-碲相變材料的沉積速率通過(guò)沉積壓力、沉積溫度、前驅(qū)體脈沖長(zhǎng)度以及清洗時(shí)間控制。作為本專利技術(shù)的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法的一種優(yōu)選方案，所述鈦-銻-碲相變材料的成份通過(guò)沉積壓力、沉積溫度、前驅(qū)體脈沖長(zhǎng)度以及清洗時(shí)間控制。作為本專利技術(shù)的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法的一種優(yōu)選方案，沉積溫度范圍為3(T350°C。作為本專利技術(shù)的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法的一種優(yōu)選方案，沉積壓力范圍為O. OOf IOTorr。本專利技術(shù)還提供一種相變存儲(chǔ)單元的制備方法，包括以下步驟I)提供一半導(dǎo)體襯底，于所述半導(dǎo)體襯底表面制備下電極；2)于所述下電極表面沉積氧化硅層；3)利用曝光-刻蝕工藝于所述氧化硅層上刻出直至所述下電極的沉積孔；4)依據(jù)權(quán)利要求Γ7任意一項(xiàng)所述的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法于所述沉積孔內(nèi)填充鈦-銻-碲相變材料；5)去除所述氧化硅層表面的鈦-銻-碲相變材料；6)制作上電極結(jié)構(gòu)。作為本專利技術(shù)的相變存儲(chǔ)單元的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述曝光-刻蝕工藝采用的曝光方法為電子束曝光，刻蝕方法為反應(yīng)離子刻蝕。作為本專利技術(shù)的相變存儲(chǔ)單元的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟5)中，去除相變材料的工藝采用刻蝕方法或者化學(xué)機(jī)械拋光方法。作為本專利技術(shù)的相變存儲(chǔ)單元的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟6)包括制作覆蓋所述鈦-銻-碲相變材料的氮化鈦層以及于所述氮化鈦層表面制作上電極的步驟。如上所述，本專利技術(shù)提供一種，包括1)在基底上引入Sb的前驅(qū)體SbCl3脈沖，清洗未被吸收的的SbCl3，然后引入Te的前驅(qū)體(R3Si)2Te脈沖，清洗未被吸收的(R3Si)2Te和反應(yīng)副產(chǎn)物；2)向上述基底引入Ti的前驅(qū)體TiCl4脈沖，清洗殘余的TiCl4，然后引入Te的前驅(qū)體(R3Si)2Te脈沖，清洗 殘余(R3Si)2Te和反應(yīng)副產(chǎn)物；3)向上述基底引入Sb的前驅(qū)體SbCl3脈沖，清洗殘余的SbCl3，然后引入Sb的前驅(qū)體(R3Si)3Sb脈沖，清洗未被吸收的(R3Si)3Sb和反應(yīng)副產(chǎn)物。采用本專利技術(shù)方法制備的TiSbTe相變材料具有厚度精確可控，薄膜致密性好，填孔能力強(qiáng)的特點(diǎn)。采用這種方法制備的相變薄膜應(yīng)用到存儲(chǔ)器中，可實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ)，同時(shí)可以獲得低功耗的器件。附圖說(shuō)明圖廣圖3顯示為本專利技術(shù)的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法一具體實(shí)施過(guò)程中的步驟I) 步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種采用原子層沉積法制備鈦?銻?碲相變材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：1）在基底上引入Sb的前驅(qū)體SbCl3脈沖，清洗未被吸收的的SbCl3，然后引入Te的前驅(qū)體(R3Si)2Te脈沖，清洗未被吸收的(R3Si)2Te和反應(yīng)副產(chǎn)物；2）向上述基底引入Ti的前驅(qū)體TiCl4脈沖，清洗殘余的TiCl4，然后引入Te的前驅(qū)體(R3Si)2Te脈沖，清洗殘余(R3Si)2Te和反應(yīng)副產(chǎn)物；3）向上述基底引入Sb的前驅(qū)體SbCl3脈沖，清洗殘余的SbCl3，然后引入Sb的前驅(qū)體(R3Si)3Sb脈沖，清洗未被吸收的(R3Si)3Sb和反應(yīng)副產(chǎn)物。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法，其特征在于，包括以下步驟 1)在基底上引入Sb的前驅(qū)體SbCl3脈沖，清洗未被吸收的的SbCl3，然后引入Te的前驅(qū)體(R3Si)2Te脈沖，清洗未被吸收的(R3Si)2Te和反應(yīng)副產(chǎn)物； 2)向上述基底引入Ti的前驅(qū)體TiCl4脈沖，清洗殘余的TiCl4，然后引入Te的前驅(qū)體(R3Si)2Te脈沖，清洗殘余(R3Si)2Te和反應(yīng)副產(chǎn)物； 3)向上述基底引入Sb的前驅(qū)體SbCl3脈沖，清洗殘余的SbCl3，然后引入Sb的前驅(qū)體(R3Si)3Sb脈沖，清洗未被吸收的(R3Si)3Sb和反應(yīng)副產(chǎn)物。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法，其特征在于重復(fù)步驟1)、2)及3)中的一個(gè)或一個(gè)以上步驟，直至獲得所需厚度的鈦-銻-碲相變材料薄膜。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法，其特征在于通過(guò)控制步驟1)、2)及3)各自的重復(fù)次數(shù)以控制鈦-銻-碲相變材料薄膜的成分。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法，其特征在于所述鈦-銻-碲相變材料的沉積速率通過(guò)沉積壓力、沉積溫度、前驅(qū)體脈沖長(zhǎng)度以及清洗時(shí)間控制。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用原子層沉積法制備鈦-銻-碲相變材料的方法，其特征在...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宋三年，宋志棠，吳良才，饒峰，劉波，朱敏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：