[发明专利]钨-锑-碲相变材料沉积方法及相变存储单元制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别是涉及一种钨-锑-碲相变材料的原子层沉积方法及相变存储单元的制备方法。

背景技术

相变存储器（Phase Change Memory，PCM）是一种新兴的半导体存储器，它是以硫系化合物为存储介质，利用电能（热量）使材料在晶态（低阻）与非晶态（高阻）之间相互转化实现信息的写入和擦除，信息的读出靠测量电阻的变化实现。与目前已有的多种半导体存储技术相比，包括常规的易失性技术，如静态随机存储器（SRAM）、动态随机存储器（DRAM）等，和非易失性技术，如铁电随机存储器（FeRAM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、闪速存储器（FLASH）等，具有非易失性、循环寿命长（>1013次）、元件尺寸小、功耗低、可多级存储、高速读取、抗辐照、耐高低温（-55～125°C）、抗振动、抗电子干扰和制造工艺简单（能和现有的集成电路工艺相匹配）等优点。因此不仅将被广泛应用到民用的日常便携电子产品，而且在航空航天等军事领域有巨大的潜在应用。在当前众多的可能替代现有的存储技术而成为商业化的新型存储技术中，PCM被认为是下一代非挥发存储技术的最佳解决方案之一，具有存储单元尺寸小、非挥发性、循环寿命长、稳定性好、功耗低和可嵌入功能强等优点，特别是在器件特征尺寸的缩小方面优势尤为突出，业界认为在不久的将来FLASH将遭遇尺寸缩小限制，而PCM在45nm节点后的技术优势将越来越明显。Ovonyx、Intel、Micron、Samsung、Hitachi、Hynix和IBM等国际知名半导体公司花费了大量的人力物力来对此技术进行开发，2012年7月，Micron已经量产了1Gb的相变存储芯片。

随着工艺节点的推进和器件密度的增加，PCM器件结构由平板型转变为具有更低功耗的纳米限定孔型，器件尺寸的不断缩小以及器件结构深宽比的不断加大使得相变材料的填充面临巨大的困难。目前，相变材料的制备采用的是物理气相沉积（Physical Vapor Deposition,PVD）技术，但是当沟槽尺寸进一步缩小且深宽比进一步增大时，由于PVD方法在沟槽开口处沉积相变材料较快，而沟槽底部较慢，会导致沟槽底部的阶梯覆盖率不佳而造成器件失效。因此，开发新型的相变材料制备技术势在必行。

原子层沉积（Atomic layer deposition，ALD）是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。制备过程中将气相前驱体脉冲交替地通入反应器，前躯体达到沉积基底表面后，会在其表面化学吸附并发生表面反应形成沉积膜。由于这种反应具有自我限制（self-limited）特性，使得每一次进气循环的过程仅形成厚度为一层原子的薄膜，此项特性让控制镀膜厚度的精确性可达原子级（约十分之一纳米）的尺度。相对于传统PVD薄膜制程，ALD技术同时具有大面积、高阶梯覆盖率、高厚度均匀性等优点，能够满足微纳尺度器件制备的要求。

目前研究最为普遍的相变材料是Ge₂Sb₂Te₅(GST)，但其结晶温度较低，器件功耗较大，且数据保持力不能满足汽车电子的需求，开发新型的相变材料一直以来都是材料研究工作者的重要任务。钨-锑-碲（WSbTe）是一种新型的相变材料，具有相变速度快，结晶温度高、数据保持力好的特点，能满足汽车电子的要求。然而国内外还没有关于该种材料化学制备方法的报道以及相关的专利。本发明提出了一种WSbTe相变材料的原子层沉积工艺。该工艺的优点是，制备出的薄膜厚度精确可控，薄膜致密性好，而且有很强的填孔能力，可实现相变材料的高密度填充。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种钨-锑-碲相变材料的原子层沉积方法及相变存储单元的制备方法，以实现薄膜厚度精确可控，成份均一，致密性好，且具有很强的填孔能力以实现相变材料的高密度填充的目的。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种钨-锑-碲相变材料的原子层沉积方法，至少包括以下步骤：

1）在基底上引入SbCl₃脉冲，清洗未被吸收的的SbCl₃，然后引入(R₃Si)₂Te脉冲，清洗未被吸收的(R₃Si)₂Te和反应副产物；