[发明专利]GeSbTe薄膜的制造方法、相变随机访问存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及GeSbTe薄膜制造方法。更具体地，本发明涉及在非晶材料层上制造具有良好结晶性和良好表面形貌的GeSbTe薄膜的方法，以及使用该GeSbTe薄膜制造方法制造相变随机访问存储器的方法。

背景技术

相变随机访问存储器(下文中称为PRAM)是这样一种器件，其利用通过由电脉冲产生的局部热量将诸如GeSbTe的相变材料改变为结晶态或非晶态的特性而存储二进制信息。在这些PRAM中，储存二进制信息的存储器单元包括相变层、底部电极接触(BEC)层和开关晶体管。开关晶体管通常形成于硅晶片上，BEC层和相变层形成于开关晶体管上。相变层由GeSbTe(GST)基材料形成。GST基材料与用于诸如DVD或CD-RW的光学记录设备的材料属于同一类型，被称为硫族化物。底部电极接触层用于加热相变层。根据相变层被加热的程度，相变层的状态改变为结晶态或非晶态，相变层的电阻也因此被改变。因为相变层的电流或电压由于电阻的改变而发生变化，由此可以存储和读取二进制信息。尽管为易失性存储器的DRAM或为非易失性存储器的闪存存储器以“电荷”的形式存储二进制信息(电荷基存储器)，而PRAM以“电阻”的形式存储二进制信息(电阻基存储器)。因此PRAM可以与其他存储器区分开。

PRAM的二进制状态信号比高于其他存储器器件，其中二进制状态信号比是用于评价存储二进制信息的功能的标准之一。因此，电路可以容易地确定二进制信息，且执行该轻松的确定无需高电压。当使用电阻比表示二进制状态信号比时，该信号比比其他存储器器件的信号比高40倍以上，因此可以保证宽的动态范围。该宽的动态范围受存储器节点尺寸的影响不大。因此，PRAM具有优良的扩展性，即使半导体电路的集成技术持续发展。另外，PRAM写速度比闪存高10倍以上，因为相变层的相变速度非常快。

然而，在传统PRAM的制造工艺中，当使用通常的热金属有机物化学气相沉积(MOCVD)工艺将GeSbTe材料沉积在诸如SiON或SiO₂膜的非晶氧化膜上时，核形成/生长并不容易，使得难以制造GeSbTe薄膜，而且尽管制造了GeSbTe薄膜，但是其结晶性及表面形貌也不好。特别地，在最近发展的PRAM中，GeSbTe材料通常应该同时沉积在由SiON或SiO₂形成绝缘膜上以及由TiAlN或TiN形成的底部电极接触层上。然而，在沉积该GeSbTe薄膜时，在绝缘膜以及底部电极接触层上发生不同的沉积行为，使得极难形成均匀的GeSbTe薄膜。这使得需要能够在非晶氧化膜上形成具有良好结晶性和表面形貌的高质量GeSbTe薄膜的工艺。

发明内容

本发明提供了在非晶材料层上制造具有良好结晶性和表面形貌的GeSbTe薄膜的方法，以及包含该GeSbTe薄膜的相变随机访问存储器(PRAM)的制造方法。

根据本发明一个方面，提供了一种制造GeSbTe薄膜的方法，该方法包括：通过向非晶材料层上表面供给选自由Ge前驱体、Sb前驱体及Te前驱体组成的组中的一种或两种，由此获得由Ge、Sb、Te、Sb₂Te₃或掺Sb的Ge形成的籽晶层(seed layer)；以及向该籽晶层的上表面供给Ge前驱体、Sb前驱体和Te前驱体而形成GeSbTe薄膜。

根据本发明另一个方面，提供了一种相变随机访问存储器(PRAM)的制造方法，该PRAM包括形成于基板上的薄膜开关器件以及连接到薄膜开关器件的存储节点，该方法包括形成存储节点的操作，该操作包括：形成底部电极；在该底部电极上形成绝缘膜；在该绝缘膜内形成暴露该底部电极预定区域的接触孔；在该接触孔内形成由TiN和TiAlN之一形成的底部电极接触；通过向底部电极接触及绝缘膜的上表面供给选自由Ge前驱体、Sb前驱体及Te前驱体组成的组中的一种或两种，由此获得由Ge、Sb、Te、Sb₂Te₃或掺Sb的Ge形成的籽晶层；向该籽晶层的上表面供给Ge前驱体、Sb前驱体和Te前驱体而形成GeSbTe薄膜；以及在该GeSbTe薄膜上形成顶部电极。

该籽晶层形成厚度1至10nm。可由MOCVD工艺，优选地根据原位工艺形成该籽晶层与该GeSbTe薄膜。可以以10sccm至400sccm的流速供给各Ge前驱体、Sb前驱体和Te前驱体。优选地在0.001至10Torr的压力以及250至500℃的温度下形成该籽晶层与GeSbTe薄膜。当籽晶层由掺Sb的Ge形成时，Sb相对于Ge的掺杂浓度可以控制在1％至30％之间。