对包含锗和锑的材料的金属催化选择性沉积制造技术

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，其中使用能够与锗形成共晶合金的金属来催化所述ＧｅＳｂ材料的生长。还提供一种结构，其包括位于衬底的预选区域上的ＧｅＳｂ材料。根据本发明专利技术，所述ＧｅＳｂ材料被夹在用于催化ＧｅＳｂ的生长的下金属层与在所述ＧｅＳｂ材料的生长期间形成的上表面金属层之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件和半导体器件制造。更具体地，本专利技术涉及用于在衬底表 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。本专利技术还涉 及包括包含Ge和Sb的材料层的结构。
技术介绍
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°C )下进行沉积。迄今为止，没有已知的用于在低于400°C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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，本专利技术提 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。本专利技术的CVD方法允许在宽的值范围内控制GeSb化学计量，并且本专利技术的方法在 低于400°C的衬底温度下进行，这使得本专利技术的方法与现有的互连工艺和材料兼容。根据本 专利技术，GeSb材料可以由基本化学式GexSby形成，其中χ为约2到约98原子％，并且y为约 98到约2原子％。4如上所述，本专利技术的方法是选择性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，本专利技术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，本专利技术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 X IO-1Pa,优选小于 1. 333 X IO-1Pa的基础压力；将所述衬底加热到低于400°C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。在本专利技术的一些实施例中，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，并且本专利技术的方法具有用GeSb材料选择性填充所述至少一 个开口的能力。在本专利技术的该实施例中，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，并且本专利技术的方法 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，本专利技术还预期一种方法，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。本专利技术的该方面包括将衬底放置在化学气相沉积反应腔中；将包括所述衬底的所述反应腔抽空到小于1. 333 X IO-1Pa,优选小于 1. 333 X ICT4Pa的基础压力；将所述衬底加热到低于400°C的温度；在所述衬底的一区域上形成能够与锗形成共晶合金的金属；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。在本专利技术的高度优选的实施例中，本专利技术的方法包括将绝缘材料放置在化学气相沉积反应腔中，所述绝缘材料包括包含Au的区域；将包括所述互连结构的所述反应腔抽空到小于1. 333X ICT1Pa的基础压力；将所述互连结构加热到低于400°C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)的材料沉积到所述绝缘材料的包含Au的所 述区域上。除了用于选择性沉积GeSb材料的CVD方法之外，本专利技术还涉及一种包括利用本发 明的方法形成的GeSb材料的半导体结构。一般而言，本专利技术的半导体结构包括衬底，其包括包含金属的区域；以及在所述金属上的包含Ge和Sb的材料，其中所述材料包括其厚度小于5个单层的所述金属的表面层。在此使用术语“单层”表示一个原子厚的所述金属的表面层。根据本专利技术，所述GeSb材料被夹在用于催化GeSb的生长的下金属层与在所述 GeSb材料的生长期间形成的上表面金属层之间。如果在沉积开始之前所述金属足够薄，则 所述下金属层可以为趋近于像没有一样那么薄。附图说明图1是(通过截面图)示例出在选择性化学气相沉积GeSb材料之前可以在本发 明中采用的初始结构的图示；图2是可以在本专利技术的一个实施例中使用的用于选择性沉积GeSb材料的化学气 相沉积设备的示意图；图3是在利用本专利技术的方法在结构的选择区域上选择性沉积GeSb材料之后(通 过截面图)的图示；图4示出与Ge(0. 15) Sb (0. 85)的参考样品相比在Au表面上生长的GeSb材料的 X射线光发射谱；以及图5是示出在不同沉积温度下通过本专利技术的方法制备的各种GeSb材料的强度与 结合能的关系的图表。具体实施例方式现在将参考以下讨论和本专利技术的附图来更详细地描述本专利技术，本专利技术提供用于选 择性沉积GeSb材料的金属催化CVD方法以及通过该方法形成的结构。注意，本申请的附图 是为了示例的目的而提供的，因此，附图未必按比例绘制。首先参考图1，其示例出在本专利技术中可以采用的示例性衬底10。具体地，该示例性 衬底10是绝缘材料，即，介电材料，其具有可选地包括中间粘附层12的基本上平坦的表面。 在所示的实施例中，金属14被设置在中间粘附层12的顶上。在其他实施例中，当不存在中 间粘附层12时，可以直接在衬底10上形成金属14。在又一实施例中，衬底10是互连结构，其包括在介电材料中形成的至少一个开 口。根据本专利技术，所述至少一个开口具有大于3 1的纵横比。所述至少一个开口可以包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选择性地沉积包含锗和锑的材料（２０）的方法，包括以下步骤：将衬底放置在化学气相沉积反应腔（５２）中，所述衬底包括包含这样的金属的区域（１４），所述金属能够与锗形成共晶合金；将包括所述衬底的所述反应腔（５２）抽空到小于０．１３３３Ｐａ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（５２）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（２０）沉积到所述衬底的包含所述金属的所述区域（１４）上，其中在包含锗和锑的所述材料（２０）的生长期间，所述金属的表面金属层（２２）漂浮在包含锗和锑的所述材料（２０）的表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：S古哈，FR麦克菲力，JJ于卡斯，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]