[发明专利]用于碲和硒薄膜的ALD的前体的合成和应用

说明书

联合研究协议的缔约方

本文所要求保护的发明产生于University of Helsinki和ASM Microchemistry于2003年11月14日签署的联合研究协议，或代表所述协议和/或与所述协议有关。该协议在所要求保护的发明形成之日及之前有效，并且所要求保护的发明作为协议范围内进行的行为的结果而形成。

发明背景

发明领域

本申请一般性地涉及通过原子层沉积而形成含碲(Te)或硒(Se)薄膜的方法和化合物。该膜例如在相变存储器(PCM)设备中和在光存储介质中可具有用途。

相关领域的说明

含Te和Se的薄膜用于许多种不同的应用，包括：例如，非挥发性相变存储器(PCM)、太阳能电池和光存储材料。PCM电池的运转基于活性材料的非晶态和晶态间的电阻率差异。可由许多种不同的相变合金得到大于三个数量级的电阻率差异。一般通过用适当的电流脉冲局部加热材料而完成PCM电池的开关，取决于脉冲的强度，所述脉冲使材料停留在晶态或非晶态。

已报道多种不同的PCM电池结构，其中的许多应用沟槽或孔样结构。一般在制备PCM材料中应用溅射法，但更苛刻的电池结构将要求更好的正形性(conformality)和沉积方法的更大控制。溅射法能形成简单的孔和沟槽结构，但未来的PCM应用将要求更复杂的3-D电池结构，该结构无法应用溅射技术形成。将需要更高精度和更大控制的方法，如原子层沉积(ALD)，来形成这些复杂结构。应用原子层沉积方法在沉积上提供更高精度和更大控制，包括沉积膜组成的更好的正形性和更好的控制。

沉积含Te和Se的薄膜的原子层沉积方法一直部分地受到缺乏合适的前体的限制。

因此，对于通过ALD可控并可靠地形成含碲和硒的相变材料薄膜的方法存在需求。

发明概述

本文公开的方法提供了可靠的原子层沉积(ALD)方法，用以形成含碲的薄膜和用以制备可用于该方法的前体。

根据本发明的一方面，提供了形成含Te或Se薄膜的原子层沉积方法。在一些实施方式中，该方法包括多个沉积循环。在一些实施方式中，每一沉积循环包括：向反应室中提供第一蒸气相反应物的脉冲，以在基底上形成不超过约单分子层的第一反应物；从反应室去除过量的第一反应物；向反应室提供第二蒸气相Te或Se反应物的脉冲，以使第二蒸气相反应物与基底上的第一反应物反应而形成含Te或Se的薄膜，其中Te或Se反应物是Te(SiR¹R²R³)₂或Se(SiR¹R²R³)₂，其中R¹、R²和R³是具有一个或更多个碳原子的烷基基团；以及如果存在过量的第二反应物和反应副产物，则从反应室去除它们。

根据本发明的另一方面，提供了在反应室中的基底上形成含Sb薄膜的ALD法。该方法包括多个沉积循环，每一循环包括：向反应室中提供第一蒸气相Sb反应物的脉冲，以在基底上形成不超过约单分子层的Sb反应物，其中Sb反应物包含SbX₃，其中X是卤素；从反应室去除过量的第一反应物；向反应室提供第二蒸气相反应物的脉冲，以使第二蒸气相反应物与基底上的Sb反应物反应而形成含Sb薄膜；以及如果存在过量的第二反应物和反应副产物，则从反应室去除它们。

根据本发明的另一方面，提供了在反应室中的基底上形成含Ge薄膜的ALD法。该方法包括：向反应室中提供含Ge前体的第一蒸气相反应物脉冲，在基底上形成不超过约单分子层的Ge前体，其中Ge前体具有式GeX₂，其中X是卤根(F、Cl、Br或I)；从反应室去除过量的第一反应物；向反应室提供第二蒸气相反应物脉冲，以使第二蒸气相反应物与基底上的Ge前体反应；以及如果存在过量的第二反应物和反应副产物，则从反应室去除它们；以及重复提供和去除步骤，直到形成所需厚度的膜。

根据本发明的另一方面，提供了形成含Te或Se薄膜的ALD法。该方法包括：交替和相继地用包含第一前体的蒸气相反应物脉冲和包含含Te或Se的第二前体的蒸气相反应物脉冲接触基底，其中第二前体包含与两个Si原子结合的Te或Se；以及重复该交替和相继脉冲，直到得到所需厚度的薄膜。