[发明专利]对包含锗和锑的材料的金属催化选择性沉积

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件和半导体器件制造。更具体地，本发明涉及用于在衬底表面上选择性地沉积包含锗(Ge)和锑(Sb)的材料的化学气相沉积(CVD)方法。本发明还涉及包括包含Ge和Sb的材料层的结构。

背景技术

可通过合适的温度变化而可逆地在由不同电阻率表征的两个结构相之间切换的材料具有被用作相变存储材料的潜力。一种这样的材料是包含锗(Ge)和锑(Sb)的材料。下文中将包含Ge和Sb的材料称为GeSb材料。

为了制造实用的存储器件，有必要在具有实际形貌复杂性的衬底上沉积GeSb材料。用于实现相变存储器件的一种可能的结构为线路和过孔(line-and-via)结构，其类似于在互连布线结构中发现的那些结构。在这些结构中，在窄过孔开口中的相变材料将构成存储器件的有源部件。

用于沉积GeSb材料的一种有前景的候选方法为化学气相沉积。在CVD中，存在用于大量候选金属的具有适当蒸气压力的许多有机金属前体(例如羰基、烷基等等)。部分但非所有的CVD工艺的有用特征是选择性。通过该选择性，其表示沉积反应可以被执行为使材料仅仅沉积在衬底上的特定下伏材料上，而不沉积在衬底上的其他材料上，即使这些其他材料在反应温度下被暴露于反应剂气体。这种CVD工艺的常见实例为在Si上选择性生长Si，而不在共同存在的SiO₂上生长Si，在Si上生长W，但同样不在SiO₂上生长W。

常规CVD方法所面临的问题是在仍维持所需的上述选择性的同时在足够低的温度(低于约400℃)下进行沉积。

迄今为止，没有已知的用于在低于400℃的温度下在衬底上沉积GeSb材料且具有所需的选择性特征的化学气相沉积(CVD)方法。因此，需要发展一种化学气相沉积方法，其中该沉积方法具有在硅的选择区域上形成GeSb材料的能力。

发明内容

本发明提供一种用于在衬底表面上选择性沉积GeSb材料的化学气相沉积(CVD)方法。在一些实施例中，本发明的方法具有填充高纵横比开口的能力。在此使用术语“高纵横比”表示其高度与宽度的比率超过3∶1的开口。术语“开口”表示可以使用光刻和蚀刻制造的线路开口、过孔开口、组合的线路/过孔开口、沟槽等等。在其他实施例中，本发明提供一种用于在衬底的至少一个预选表面上选择性沉积GeSb材料的CVD方法。所述预选表面可以位于所述衬底上或所述衬底内。

本发明的CVD方法允许在宽的值范围内控制GeSb化学计量，并且本发明的方法在低于400℃的衬底温度下进行，这使得本发明的方法与现有的互连工艺和材料兼容。根据本发明，GeSb材料可以由基本化学式GexSby形成，其中x为约2到约98原子％，并且y为约98到约2原子％。

如上所述，本发明的方法是选择性CVD方法，其意味着GeSb材料被沉积在衬底的部分表面上而不被沉积在衬底的其他表面上。具体地，本发明可应用于在绝缘材料即介电材料上选择性沉积GeSb材料。对于包含GeSb材料的线路和过孔(线路/过孔)结构的制造而言，这是有利的，因为在沉积GeSb材料之前过孔侧壁不需要任何特殊的激活处理。

一般而言，本发明的方法包括：

将衬底放置在化学气相沉积反应腔中，所述衬底包括包含这样的金属的区域，该金属能够与锗形成共晶合金(eutectic alloy)；

将包括所述衬底的所述反应腔抽空到小于1.333×10^-1Pa，优选小于1.333×10^-1Pa的基础压力；

将所述衬底加热到低于400℃的温度；

向所述反应腔提供含锑前体和含锗前体；以及

从所述前体将包含锗(Ge)和锑(Sb)的材料沉积到所述衬底的包含所述金属的所述区域上。

在本发明的一些实施例中，所述衬底是具有至少一个开口的互连介电材料，所述开口具有大于3∶1的纵横比，并且本发明的方法具有用GeSb材料选择性填充所述至少一个开口的能力。在本发明的该实施例中，所述能够与锗形成共晶合金的金属存在于所述至少一个开口的底部。在其他实施例中，所述衬底具有基本上平坦的表面，并且本发明的方法具有在所述衬底的包含所述金属的预选区域上选择性沉积GeSb材料的能力。

除了上述方法之外，本发明还预期一种方法，其中在破坏真空(breaking vacuum)内的同一反应器中沉积所述金属以及包含Ge和Sb的材料。本发明的该方面包括：

将衬底放置在化学气相沉积反应腔中；