[发明专利]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

说明书

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(Ge_xSb_yTe_(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