本发明专利技术公开了是有关于以包括硫族化物材料的相变材料为基础的用于存储器装置的制造方法，以及使用于这类装置的用于形成掺杂硫族化物材料的方法。溅射靶材具有硅或另一半导体，或以硅为基础或其它以半导体为基础的添加物的相变材料层，使用包括硅或其它半导体以及相变材料的复合溅射靶材而形成。硅或其它半导体的浓度高于所形成的层中的硅或其它半导体的特定浓度5倍以上。对于在锗锑碲型相变材料中的以硅为基础的添加物，溅射靶材可包括超过40原子百分比的硅。以硅为基础的或其它以半导体为基础的添加物在沉积期间，在溅射腔室可使用复合溅射靶材及例如氧气或氮气的反应性气体气流而形成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及以包括硫族化物(chalcogenide)材料的相变材料为基础的用于存储器装置的制造方法，以及使用于这类装置的用于形成掺杂硫族化物材料的方法。
技术介绍
相变基础存储器材料，像是硫族化物基础材料以及类似的材料，可通过在集成电路中施加电流至适合于执行的准位，而被导致来改变非结晶相及结晶相之间。非结晶相的特征在于具有比可被立即读取以指示数据的结晶相还高的电阻。这些特性已产生在使用可编程的电阻材料的利益，以形成可以随机动态来读取及写入的非易失性存储电路。从非结晶相到结晶相的变化通常是较低电流的操作。在此意指复位的从结晶相到非结晶相的变化通常是较高电流的操作，其包括一短高电流密度脉冲来融化或破坏结晶结构，在相变材料快速冷却后，淬熄该相变过程并容许至少一部份的相变材料在非结晶相中变稳定。硫族化物及其它相变材料可与添加物结合来修饰该材料的导电率、过渡温度、融化温度及其它特性。结合相变材料与添加物有时是指「以不純物掺杂」或加入「掺杂物」。与本说明书有关的用语「添加物」、「掺杂物」或「不純物」可被交替地使用。与硫族化物使用的代表性添加物包括氮气、硅、氧气、ニ氧化硅、氮化硅、铜、银、金、铝、氧化铝、钽、氧化钽、氮化钽、钛及氧化钛。例如，參阅美国专利第6，800，504号(金属掺杂)及美国专利公开案第2005/0029502号(氮掺杂)。研究持续进行以提供在相变存储器中通过调整掺杂浓度来以低复位电流操作的存储器装置。于2010年3月10日申请、申请号第12/729，837号、名称为「具有ー个或多个非定值掺杂浓度分布的相变化存储器」的美国共同专利申请案描述用于许多目的的硫族化物的添加物的使用，在此充分地提出以并入本文作为參考。介电性添加物，尤其是被广泛地提出用于锗锑碲(GST)为基础的硫族化物的氧化硅及氮化硅，在某种程度上难以执行用于制造足够产量。例如，使用氧化硅靶材及硫族化物靶材的共同溅射，然而调整施加于该两种靶材的电力则可被用于产生氧化硅掺杂的硫族化物。例如，參阅Ryu等人的文章电化学与固态快报2006年第9卷第8期第G259至G261页之「用于相变随机存取存储器装置的在由磁控管溅射制备的锗锑碲(Ge2Sb2Te5)薄膜的ニ氧化硅并入效应」，Lee等人的文章应用物理快报2006年第89期第163503页的「在锗锑碲-氧化硅(Ge2Sb2Te5-SiOx)混合层的分离区域形成」，Czubatyj等人的文章E*PC0S06 2006年的「在双向存储器装置的电流降低」，Noh等人的文章材料研究学会研讨会会议记录2006年第888期的「通过添加氧化娃(SiOx)的锗锑碲的修饰，以用于促进相变随机存取存储器的操作」，全部均描述共同溅射的使用。Liang等人的美国专利公开号(US 2009/0078924，公开于2009年3月26日)在第2页第段描述当在溅射腔室使用氧气加入氧时，使用具有単一元素硅靶材及锗锑碲靶材的反应性共同溅射以形成氧化硅掺杂的硫族化物。与氮化物添加物有关的Chen等人的现有技术美国专利第6，501，648号、名称为「相变材料及相关存储器装置」在第5栏第54-63页描述了现有技术共同溅射、复合溅射及単一元素靶材反应性溅射技木。然而，在共同溅射エ艺及用于介电性添加物的复合靶エ艺所制造的粒子，其会污染水的表面并降低产量。虽然使用添加物可达到在产量上的实质利益，但涉及制造掺杂的硫族化物的议题仍然可靠且具成本效益的方式。因此，其欲提供满足上述讨论的产量、耐久性及数据保存议题的存储器単元。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所描述的具有硅或其它半导体，或以硅为基础或其它以半导体为基础的添加物而形成相变材料层的方法，是以使用包含硅或其它半导体以及相变材料为基础的复合溅射靶材，且其中硅或其它半导体的浓度高于所形成的层中的硅或其它半导体的特定浓度的5倍以上。对于在锗锑碲(GST)型相变材料中的以硅为基础的添加物，溅射革巴材可包括至少30原子百分比(at% )的娃及较佳地介于40至60at%的娃。该方法包括使用溅射靶材而形成材料层，其中溅射靶材具有如上述的特性。将衬底及溅射靶材固定于ー溅射腔室，而且实施条件以引起溅射。为了形成以硅为基础的添加物，例如氧化硅或氮化硅，在溅射程序期间中将氧气或氮气的反应性气体加入腔室。氧气或氮气的浓度基于所形成的层中所预期的特定浓度而加以设定。可形成多层的实施例，其中使用复合靶材但没有反应性气体来形成多层中的一层，并且使用复合靶材及反应性气体来形成多层中的一层或更多其它层。因此，硅掺杂的锗锑碲及氧化硅掺杂的锗锑碲的双层可在单ー溅射腔室中形成。半导体与以半导体为基础的添加物的其它组合可以使用単一腔室及单ー溅射靶材并通过控制反应性气体的气流而形成。如同本专利技术所描述，可以使用所形成的存储器材料层来形成存储器装置。包括背板及靶材的溅射靶材被描述。该靶材包括例如锗锑碲的相变材料及至少30at%的硅或其它半导体。在本专利技术描述的技术的其它观点及优点可见于以下的图式说明、详细说明及权利要求范围。附图说明图I为具有介电掺杂锗锑碲存储器层的相变存储器単元的简单剖面图。图2为在本专利技术描述的包含复合靶材的溅射腔室的简图。图3为在本专利技术描述的包含复合靶材及加入准直仪的溅射腔室的简图。图4A为一曲线图，其显示在垂直轴上的沉积薄膜的硅浓度及在水平轴上的复合靶材的硅浓度。图4B为如同在本专利技术描述的包括复合靶材料的溅射靶材的简图。图5至图8为在本专利技术描述的使用复合靶材的エ艺的简易流程图。图9为如同本专利技术描述的所制造的相变存储器単元的简易剖面图，该相变存储器单元具有在两区域具有不同掺杂分布(dopant profiles)的存储器层。图10为如同本专利技术所描述的使用复合溅射靶材所制造的存储器材料及多个掺杂物的浓度分布(concentration profiles)示意图。图11为在本专利技术描述的使用复合溅射靶材所制造的具有相变存储器元件的存储器単元的另ー实施例示意图。图12为在本专利技术描述的使用复合溅射靶材所制造的具有相变存储器元件的存储器単元的另ー实施例示意图。图13为如同在本专利技术描述的使用复合溅射靶材所制造的使用相变材料的エ艺的 简图。图14为包含具有非常态添加物分布的相变存储器单元阵列的集成电路存储器装置的示意图。主要元件符号说明100存储器单元110作用区域116存储器元件120第一电极122宽度130介电层140第二电极(或顶部电扱) 150腔室(或溅射腔室)151溅射靶材152衬底153钝气来源154反应性气体来源155真空泵浦156电源供应器及控制器157准直仪170溅射板171 背板201 207步骤211 218步骤221 229步骤231 239步骤300存储器单元310作用区域312双层312A第一相变材料层312B第二层320底部电极322宽度330介电层340顶部电极400存储器单元410作用区域413非作用区域416存储器元件417宽度420第一电极422 上表面424下表面440第二电极500存储器单元510作用区域516存储器元件520第一电极540第二电极600、610、620、630 步骤710集成电路712存储器阵列714字线译码器及驱动器(或字线译码器)716多个字线718位线译码器本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑怀瑜，陈介方，龙翔澜，施彦豪，西蒙·拉梧，马修·J·布雷杜斯克，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，国际商用机器公司，
类型：发明
国别省市：
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