[发明专利]制备多组分膜的方法

说明书

本文描述了用于沉积多组分膜的方法和前体组合物。在一个实施方式中，本文描述的方法和组合物用于经由原子层沉积(ALD)来沉积含锗膜例如锗碲、锑锗和锗锑碲(GST)膜和/或用于沉积用于相变存储器和光电设备的其他基于锗、碲和硒的金属化合物。在这个或其他实施方式中，所使用的Ge前体包含三氯锗烷。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年4月11日提交的美国专利申请号61/810919的权益。申请号61/810919的公开通过引用并入本文。

发明背景

本文公开了用于沉积多组分膜的方法，其每种可以是化学计量或非化学计量的，例如但不限于，锗碲(GT)、锑锗(SG)、锗锑碲(GST)、锗氧化物、锗氮化物。对用于使用本文描述的方法沉积多组分膜的前体组合物或其混合物也予以考虑。

某些合金例如但不限于GST(锗锑碲合金)和GeTe(锗碲合金)被用于制造电子设备，包括相变随机存取存储器(PCRAM)。相变材料根据温度以结晶态或无定形态存在。相变材料的结晶态具有比无定形态更有序的原子排列和更低的电阻。相变材料可基于操作温度从结晶态可逆地转化为无定形态。这种特征，即可逆的相变和不同形态的不同电阻被应用于新提出的电子设备，一种新型的非易失性存储器设备，相变随机存取存储器(PCRAM)设备。PCRAM的电阻可以基于包括在其中的相变材料的形态(例如，结晶态、无定形态等)而改变。

在用于存储器设备的各种类型的相变材料中，最常用的是第14族和第15族元素的三元硫属化物，例如各种组成的锗锑碲化合物，包括但不限于Ge₂Sb₂Te₅，通常缩写为GST。GST的固相在加热和冷却循环时可以快速从结晶态转变至无定形态，反之亦然。无定形GST具有相对较高的电阻，而结晶GST具有相对较低的电阻。

为制造要求设计成小于20纳米(nm)的相变随机存取存储器(PCRAM)，对于用于GeSbTe原子层沉积(ALD)的良好前体的要求越来越高，因为ALD是对于优异的阶梯覆盖、精确的厚度和膜组成控制而言最适合的沉积方法。最广泛研究的GST组成取决于GeTe-Sb₂Te₃伪二元结线。然而，这些组成的ALD沉积是困难的，因为G_e⁺⁴前体比G_e⁺²前体更稳定，并且Ge⁺⁴倾向于形成GeTe₂而不是GeTe。在这种情况下，将形成GeTe₂-Sb₂Te₃组成的膜。因此，需要用于形成GT和GST薄膜的前体和相关制造方法或工艺，其可以制造具有高适形性和化学组成一致性的膜，特别是使用ALD沉积工艺时。

发明概述

本文描述了用于沉积含锗膜的方法、前体及其混合物。在这一点上，在较低温度下三氯锗烷(HGeCl₃)可以容易地分裂成HCl和GeCl₂。这种性质使得HGeCl₃成为可以在沉积工艺中原位生成二价锗的适合的前体。在一个具体的实施方式中，当和其他前体(Me₃Si)₂Te和(EtO)₃Sb一起用于沉积工艺中时，与常用的Ge前体例如(MeO)₄Ge相比，HGeCl₃可以增加GST合金中的锗组成。HGeCl₃用作锗前体可以解决其他之前的锗前体的上述问题，并在某些实施方式中获得期望的Ge₂Sb₂Te₅组成。

用于将多组分膜沉积在至少一部分基底上的方法的一个实施方式包括以下步骤：

a）将基底与包含HGeCl₃的Ge前体接触，以与所述基底反应并提供包含Ge的第一涂层；

b）引入吹扫气体以去除任何未反应的Ge前体；