專利名稱：薄膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方案(example embodiment)涉及一種制備薄膜的方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種制備雜質(zhì)減少的薄膜的方法。
背景技術(shù)：
相變材料根據(jù)工作溫度可以在晶態(tài)和非晶態(tài)之間有選擇地轉(zhuǎn)換。處于晶態(tài)的相變材料與處于非晶態(tài)的相變材料相比可以具有較低的電阻。在晶態(tài)下，相變材料可以表征為具有原子的順序或有序排列。相變材料可以在晶態(tài)和非晶態(tài)之間可逆地轉(zhuǎn)變，以致由一個狀態(tài)向另一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換不可能是永久性的。相變隨機存取存儲器(PRAM)裝置可以是具有相變材料特性的存儲器。PRAM的電阻可以根據(jù)其中所包含的相變材料的狀態(tài)(例如，晶態(tài)、非晶態(tài)等)而改變。
常規(guī)PRAM可以包括通過接觸插塞與源極區(qū)和漏極區(qū)電連接的相變薄膜。PRAM可以設(shè)定根據(jù)由在相變薄膜中狀態(tài)變化(例如，轉(zhuǎn)變成晶體結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變成非晶體結(jié)構(gòu)等)引起的電阻變化操作。
圖1圖示了常規(guī)PRAM100的剖視圖。參照圖1，常規(guī)PRAM100可以包括在半導(dǎo)體襯底10上的第一雜質(zhì)區(qū)11a和第二雜質(zhì)區(qū)11b。常規(guī)PRAM100還可以包括連接第一和第二雜質(zhì)區(qū)11a和11b的柵極絕緣層12和柵極層13。柵極絕緣層12和柵極層13均可以堆疊在襯底10上。第一雜質(zhì)區(qū)11a可以充當(dāng)源極，第二雜質(zhì)區(qū)11b可以充當(dāng)漏極。
參照圖1，在第一雜質(zhì)區(qū)11a、柵極層13和第二雜質(zhì)區(qū)11b上可以形成絕緣層15。接觸插塞14可以穿過絕緣層15接觸第二雜質(zhì)區(qū)11b。在接觸插塞14上可以安裝下電極16。在下電極16上可以形成相變薄膜17和上電極18。
現(xiàn)在將描述在圖1的PRAM100中儲存數(shù)據(jù)的常規(guī)方法。在相變薄膜17與下電極16接觸的區(qū)域，由于經(jīng)過第二雜質(zhì)區(qū)11b和下電極16供應(yīng)的電流可以產(chǎn)生熱量，熱量以焦耳計。由所供應(yīng)的電流產(chǎn)生的熱量可以調(diào)整相變薄膜17的相態(tài)(例如，轉(zhuǎn)變或維持相變薄膜17在晶態(tài)和非晶態(tài)中的一種)，其中相應(yīng)于相變薄膜1 7相態(tài)的電阻可以表現(xiàn)出第一邏輯電平(logic level)(例如，較高邏輯電平或邏輯“1”)或者第二邏輯電平(例如，較低邏輯電平或邏輯“0”)?？梢钥刂扑?yīng)的電流以便設(shè)定相變薄膜17的相態(tài)。
可用于PRAM 100的常規(guī)相變材料可以是包括鍺(Ge)、銻(Sb)和碲(Te)的化合物(例如，GST或GeSbTe)。在另一個實施例中，相變薄膜可以具體為硫族化物材料層。
可以通過減少電流消耗來降低常規(guī)PRAM 100的功率消耗。在其中PRAM100包含GST的實施例中，復(fù)位電流(reset current)(例如，從晶態(tài)轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)的電流)可能較高，從而在PRAM100的工作過程中消耗較大量的功率。
常規(guī)GST薄膜可以利用物理氣相沉積(PVD)法制備。如果使用PVD法沉積薄膜，可能難以控制薄膜的生長，薄膜的沉積速度可能較低，并且薄膜可能沒有足夠的密度。此外，薄膜可能難以在較小的區(qū)域內(nèi)形成。因此，可以增加發(fā)熱元件(例如，供應(yīng)源電流)和薄膜(例如，包含GST)之間的接觸面積。由于接觸面積增加，熱量損失可能因而增加。增加的熱量損失特征可以導(dǎo)致施加于PRAM100中的復(fù)位電流的水平較高，使得加速相態(tài)轉(zhuǎn)變。因此，可能難以較高的集成度下采用常規(guī)PRAM。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施方案涉及一種制備薄膜的方法，該方法包括，通過使包含鍺(Ge)的第一前體、包含銻(Sb)的第二前體和包含碲(Te)的第三前體在反應(yīng)室中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在襯底表面上形成GeSbTe薄膜，及用氫等離子體處理該GeSbTe薄膜的表面。
本發(fā)明另一實施方案涉及一種制備薄膜的方法，該方法包括，將至少一種前體注入反應(yīng)室中，及利用化學(xué)氣相沉積法，將該至少一種前體沉積在反應(yīng)室內(nèi)的襯底上，以便形成薄膜。


說明書包含附圖以提供對本發(fā)明的進一步理解，并且附圖并入本說明書中構(gòu)成其一部分。附解說明本發(fā)明實施方案，并與說明部分一起用來解釋本發(fā)明的原理。
具體實施例方式
在本文中公開本發(fā)明的具體實施方案。然而，為了描述本發(fā)明實施方案，在本文中公開的特定結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)僅僅代表性的。然而，本發(fā)明的實施方案可以以許多替換形式實施，并不應(yīng)該理解為限于在本文中闡述的實施方案。
因此，盡管本發(fā)明的實施方案易于進行各種修改和替換形式，但是其具體實施方案通過附圖中實施例的方式進行說明，并將在本文中詳細描述。然而，可以理解并不意在將本發(fā)明的實施方案限于所公開的具體形式，而是相反，本發(fā)明的實施方案將覆蓋落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等價物和替換。在整個附圖的說明中，相同的附圖標(biāo)記是指相同的元件。
將會理解，盡管術(shù)語第一、第二等可用于本文中描述各種元件，但這些元件不受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅僅用于區(qū)別一個元件與另一個元件。例如，第一元件可以稱為第二元件，同樣，第二元件可以稱為第一元件，而不脫離本發(fā)明的范圍。如本文中所用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)的所列術(shù)語的任何和全部組合。
將會理解，當(dāng)元件稱作與另一個元件“連接”或“連結(jié)”時，該元件可以直接與另一個元件連接或連結(jié)，或者可以存在插入元件。相反，當(dāng)元件稱作與另一個元件“直接連接”或“直接連結(jié)”，則不存在插入元件。其它用于描述元件之間關(guān)系的詞語，應(yīng)該按照相同的方式來解釋(即，“在...之間”對“直接在...之間”，“鄰近”對“直接鄰近”等)。
本文中所采用的術(shù)語僅僅是為了描述具體實施方案，并不意在限制本發(fā)明的實施方案。如本文中所用的，單數(shù)形式“一”、“一”和“該”也用來包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指出。還將理解術(shù)語“包含”、“包含”、“包括”和/或“包括”，當(dāng)用在本文中時，表示存在所述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組分，但不排除存在或加入一個或多個其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組分和/或其組合。
除非另外限定，本文中使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)或科學(xué)術(shù)語)與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同。還將理解術(shù)語如在常用的字典中定義的那些術(shù)語，應(yīng)該解釋為具有與在相關(guān)技術(shù)的上下文中相一致的含義，并將不會從理想化或非常正式的意義上進行解釋，除非本文中特別地如此限定。
圖2A至2D是根據(jù)本發(fā)明實施方案制備薄膜的方法示意圖。
在圖2A的實施方案中，可以制備包含鍺(Ge)的第一前體、包含銻(Sb)的第二前體和包含碲(Te)的第三前體。在實施例中，第一、第二和第三前體可以分別包括Ge[N(CH3)2]4、Sb[N(CH3)2]3和Te[(CH3)2CH]2。第一、第二和第三前體可以注入到反應(yīng)室中(例如，相繼地順序注入或同時注入等)，并且可以化學(xué)沉積在反應(yīng)室的襯底20的表面上。在實施例中，第一、第二和第三前體在注入到反應(yīng)室中之前，均可以氣化。在反應(yīng)室中，通過第一、第二和第三前體之間的化學(xué)反應(yīng)，在襯底20的表面上可以形成GeSbTe薄膜22。該GeSbTe薄膜22可能包括雜質(zhì)31如碳，其可能吸附在Ge、Sb和Te原子表面上。
在圖2A的實施方案中，部分第一、第二和第三前體可能沒有吸附在襯底20的表面上。在實施例中，這些“過量”部分的第一、第二和第三前體可以物理吸附在GeSbTe薄膜22上。在選擇性的實施例中，過量部分的第一、第二和第三前體可以保留在反應(yīng)室中作為殘余氣體。在圖2B的實施方案中，過量部分的第一、第二和第三前體可以用惰性氣體如氮(例如，N2)凈化(例如，降低含量和/或從反應(yīng)室內(nèi)除去)。
在圖2C的實施方案中，GeSbTe薄膜22的表面可以用氫等離子體處理。氫等離子體處理可以引起以前吸附在Ge、Sb和Te原子表面上的雜質(zhì)31(例如，包括有機分子如碳)脫附。氫等離子體可以在反應(yīng)室中產(chǎn)生，以便殘留在Ge、Sb和Te原子表面上的雜質(zhì)31脫附，此后可以從Ge、Sb和Te原子中分離出來的脫附的雜質(zhì)31可以吸附在氫離子上。反應(yīng)室然后可以利用惰性氣體如氮(例如，N2)凈化，除去分離的雜質(zhì)31。
在圖2D的實施方案中，因為雜質(zhì)31可以除去，所以所得到的GeSbTe薄膜26可以以較高的密度形成，并具有較低的電阻(例如，與常規(guī)薄膜相比)。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，可以采用化學(xué)氣相沉積法制備薄膜(例如，GeSbTe薄膜)，化學(xué)氣相沉積法與常規(guī)物理氣相沉積法相比，可以以較高的沉積速度實施。因為雜質(zhì)基本上可以除去(例如，用氫(如H2)等離子體處理)，所以薄膜不可能含有大量在薄膜表面上的雜質(zhì)。因此，與常規(guī)薄膜相比，所述薄膜可以具有較高的密度及較低的電阻。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，利用上述關(guān)于圖2A-2D的實例方法制備的薄膜可以用于存儲器(例如，相變存儲器(PRAM))的寫入層。因為根據(jù)本發(fā)明實施方案的薄膜可以具有較低的復(fù)位電流，所以包括該薄膜的存儲器(例如，PRAM)可以更加高度地集成，可以具有更高的存儲容量和/或可以以更高的速度工作并降低功率消耗。
本發(fā)明實施方案如此描述，很明顯它可以在許多方面進行改變。例如，雖然以上描述了關(guān)于GeSbTe薄膜的本發(fā)明實施方案，但是當(dāng)然本發(fā)明的其它實施方案可以應(yīng)用于具有任何公知化學(xué)成分的任何類型的薄膜。在其它實施方案中，GeSbTe薄膜可以是任何相變薄膜。例如，相變薄膜可以具體為硫族化物材料層。
在實施方案中，相變薄膜可以包括，砷-銻-碲(As-Sb-Te)、錫-銻-碲(Sn-Sb-Te)或錫-銦-銻-碲(Sn-In-Sb-Te)、砷-鍺-銻-碲(As-Ge-Sb-Te)。作為選擇，相變薄膜可以包括VA族元素-銻-碲如鉭-銻-碲(Ta-Sb-Te)、鈮-銻-碲(Nb-Sb-Te)或釩-銻-碲(V-Sb-Te)，或者VA族元素-銻-硒如鉭-銻-硒(Ta-Sb-Se)、鈮-銻-硒(Nb-Sb-Se)或釩-銻-硒(V-Sb-Se)。而且，相變薄膜可以包括VIA族元素-銻-碲如鎢-銻-碲(W-Sb-Te)、鉬-銻-碲(Mo-Sb-Te)或鉻-銻-碲(Cr-Sb-Te)，或者VIA族元素-銻-硒如鎢-銻-硒(W-Sb-Se)、鉬-銻-硒(Mo-Sb-Se)或鉻-銻-硒(Cr-Sb-Se)。
雖然相變薄膜在上面進行了描述，其主要由三元相變硫族化物合金構(gòu)成，但是該相變材料的硫族化物合金可以選自二元相變硫族化物合金或四元相變硫族化物合金。例如，二元相變硫族化物合金的實例可以包括Ga-Sb、In-Sb、In-Se、Sb2-Te3或Ge-Te合金中的一種或多種；四元相變硫族化物合金的實例可以包括Ag-In-Sb-Te、(Ge-Sn)-Sb-Te、Ge-Sb-(Se-Te)或Te81-Ge15-Sb2-S2合金中的一種或多種。
在實施方案中，如上所述，相變薄膜可以由具有多種電阻狀態(tài)的過渡金屬氧化物制成。例如，相變材料可以由至少一種選自NiO、TiO2、HfO、Nb2O5、ZnO、WO3和CoO或GST(Ge2Sb2Te5)或PCMO(PrxCaC1-xMnO3)的材料制成。相變薄膜可以是包括一種或多種選自S、Se、Te、As、Sb、Ge、Sn、In和Ag的元素的化合物。
而且，盡管根據(jù)本發(fā)明的實施方案的薄膜在上面了進行描述，其用于PRAM中，但是當(dāng)然本發(fā)明的其它實施方案可以將薄膜應(yīng)用于任何應(yīng)用中。
不認為這些變化脫離了本發(fā)明實施方案的精神和范圍，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說會顯而易見的這些修改意在包括在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備薄膜的方法，包括通過使包含鍺(Ge)的第一前體、包含銻(Sb)的第二前體和包含碲(Te)的第三前體在反應(yīng)室中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在襯底表面上形成GeSbTe薄膜；及用氫等離子體處理該GeSbTe薄膜的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第一前體包括Ge[N(CH3)2]4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第二前體包括Sb[N(CH3)2]3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第三前體包括Te[(CH3)2CH]2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中形成所述GeSbTe薄膜包括通過將第一、第二和第三前體注入到反應(yīng)室中，將至少部分第一、第二和第三前體化學(xué)吸附在襯底表面上；及用惰性氣體從反應(yīng)室中除去雜質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述第一、第二和第三前體在氣化之后注入到反應(yīng)室中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述第一和第二前體同時注入到反應(yīng)室中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述第一、第二和第三前體同時注入到反應(yīng)室中。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述第一、第二和第三前體順序注入到反應(yīng)室中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中處理所述GeSbTe薄膜的表面包括在反應(yīng)室中產(chǎn)生氫等離子體后，通過將雜質(zhì)吸附在氫離子上，從GeSbTe薄膜中分離在GeSbTe薄膜的表面上的雜質(zhì)；及通過用惰性氣體凈化反應(yīng)室，除去分離的雜質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述惰性氣體包括氮。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述惰性氣體包括氮。
13.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述雜質(zhì)包括碳。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述雜質(zhì)包括碳。
15.一種制備薄膜的方法，包括將至少一種前體注入到反應(yīng)室中；及利用化學(xué)氣相沉積法，將所述至少一種前體沉積在反應(yīng)室內(nèi)的襯底上，以便形成薄膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述至少一種前體包括鍺(Ge)、銻(Sb)和碲(Te)中的至少一種。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述至少一種前體包括Ge[N(CH3)2]4、Sb[N(CH3)2]3和Te[(CH3)2CH]2中的至少一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述化學(xué)氣相沉積法包括在第一位置上，將至少一種前體的第一部分沉積在襯底上，產(chǎn)生暫時的薄膜；從該暫時的薄膜的第二位置中除去雜質(zhì)；在該第二位置上，將至少一種前體的第二部分沉積在襯底上，產(chǎn)生薄膜，該薄膜比暫時的薄膜具有更高的前體密度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述雜質(zhì)包括碳。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備薄膜的方法。一種實施例方法包括通過使包含鍺(Ge)的第一前體、包含銻(Sb)的第二前體和包含碲(Te)的第三前體在反應(yīng)室中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在襯底表面上形成GeSbTe薄膜，及用氫等離子體處理該GeSbTe薄膜的表面。另一種實施例方法包括將至少一種前體注入到反應(yīng)室中，及利用化學(xué)氣相沉積法，將所述至少一種前體沉積在反應(yīng)室內(nèi)的襯底上，以便形成薄膜。
文檔編號C23C16/30GK101013669SQ20061000894
公開日2007年8月8日 申請日期2006年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月31日
發(fā)明者李正賢, 李昌洙, 姜閏浩 申請人:三星電子株式會社