法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2011-11-16
授权
授权
2009-09-09
实质审查的生效
实质审查的生效
2008-01-16
公开
公开
本申请要求于2006年7月12日提交到韩国知识产权局的第2006-65562号韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明的示例性实施例可涉及一种相变材料层、形成相变材料层的方法和/或制造包括相变材料层的存储装置的方法。例如，本发明的示例性实施例可涉及一种可以通过在相对低的温度下使用等离子体形成的相变材料层，一种在相对低的温度下使用等离子体的方法和/或一种制造包括等离子体的相变材料层的相变存储装置的方法。
背景技术
半导体存储装置通常可以被分成易失性半导体存储装置和非易失性半导体存储装置，易失性半导体存储装置例如，动态随机存取存储(DRAM)装置或者静态随机存取存储(SRAM)装置，非易失性半导体存储装置例如，闪存装置或者电可擦可编程只读存储(EEPROM)装置。如果电源中断，则易失性半导体存储装置会丢失已储存的数据。非易失性半导体存储装置即使在电源中断时也会保留已储存的数据。
在非易失性半导体存储装置的领域中，闪存装置已经被用于各种电子设备，例如被用于数码相机、蜂窝电话、MP3播放器和/或类似装置。对于闪存装置，编程和/或读取可能会需要相对更长的时间。半导体存储装置例如磁性随机存储(MRAM)装置、铁电随机存取存储(FRAM)装置和/或相变随机存取存储(PRAM)装置可能会需要较少的时间来编程和/或读取。
相变存储装置可通过采用包括硫族化合物(chalcogenide compound)如锗锑碲(GST)等的相变材料层的非晶相和晶相之间的电阻差来储存信息。利用相变材料层的可逆相变，PRAM装置可将数据储存为“0和1”。相变材料层的非晶相的电阻可以比相变材料层的晶相的电阻大。在PRAM装置中，形成在基底上的晶体管可以对相变材料层提供用于使相变材料层的相位从晶态到非晶态的重置电流(Ireset)。晶体管还可以对相变材料层提供具有用于使相变材料层的相位从非晶态变化到晶态的设置电流(set current)(Iset)的。
相关领域的RPAM装置和相关领域的制造PRAM装置的方法可包括通过溅射工艺和/或蒸发工艺形成GST的相变材料层。
在相关领域制造PRAM装置的方法中，可通过物理气相沉积(PVD)工艺例如溅射工艺和/或蒸发工艺来形成包括GST的相变材料层，但是在这些工艺中相变材料层的形成速率(formation rate)不能被很好地控制。相变材料层不会具有致密的晶体结构和/或不会具有面心立方(FCC)晶体结构，例如不会具有提供更好的电学特性的FCC结构。此外，如果通过PVD工艺形成相变材料层，则在锗、锑和/或碲之中的浓度比(concentration ratios)不能被适当地控制。如果将设置电流施加到相变材料层，则通过PVD工艺形成的相变材料层可能不会具有合适的相变。相变材料形成速率会相对慢，从而制造成本和时间会较高。
发明内容
示例性实施例可提供一种具有在低温下利用等离子体获得的成分的相变材料层来确保改进的特性。
示例性实施例可提供一种在低温下利用等离子体形成相变材料层的方法。
示例性实施例可提供一种在低温下利用等离子体制造具有改进的电学特性的相变存储装置的方法。
示例性实施例可提供一种形成相变材料层的方法，包括：将目标物加载到反应室中；在反应室中产生包括例如氦的等离子体；通过将包括第一材料的第一源气体提供到反应室中，在目标物上形成第一材料层；和/或通过将包括第二材料的第二源气体提供到反应室中，在目标物上形成第一复合材料层。所述第一复合材料层可包括第一材料和/或第二材料。然后，通过将包括第三材料的第三源气体提供到反应室中，可在第一复合材料层上可形成第三材料层。通过将包括第四材料的第四源气体提供到反应室中，可在第一复合材料层上可形成第二复合材料层。所述第二复合材料层可包括第三材料和/或第四材料。
在示例性实施例中产生等离子体的步骤可包括：将例如氦气引入到反应室中。氦气可被预热，然后可使被预热的氦气稳定。从被稳定的氦气中可产生氦等离子体。例如，可对氦气进行预热持续约30秒至约90秒，然后被预热的氦气可被稳定持续约1秒至约4秒。通过对被稳定的氦气施加约20瓦特至约200瓦特的功率持续约5秒至约15秒可产生氦等离子体。
在示例性实施例中，等离子体还可包括如氩等离子体。通过将如氩气和氦气同时引入到反应室中可产生氩等离子体。氦气和氩气之间的流量比率可在约1∶0.06至约1∶1.5的范围内。
在示例性实施例中，第一材料可包括锗(Ge)，和/或第三材料可包括锑(Sb)。例如，第一材料可包括Ge(异丙基)3H、GeCl4、Ge(甲基)4、Ge(甲基)4N3、Ge(乙基)4、Ge(甲基)3N(乙基)2、Ge(异丁基)3H，Ge(正丁基)4、Sb(Ge乙基3)3和/或Ge(环丙基)2。这些可单独使用或者组合使用。此外，第三材料可包括Sb(异丁基)3、SbCl3、SbCl5、Sb(甲基3)、Sb(乙基)3、Sb(正丙基)3、Sb(叔丁基)3、Sb[N(甲基)2]3和/或Sb(环丙基)3。这些可单独使用或者组合使用。
在示例性实施例中，第一源气体可被加热到约100℃至约300℃持续约0.1秒至约2秒。通过在约1托至约5托的压力下施加约20瓦特至约200瓦特的功率可形成第一材料层。
在示例性实施例中，第一源气体至第四源气体均可与包括如氩的运载气体一起被提供。
在示例性实施例中，在提供第二源气体之前，包括氦、氩和/和其它惰性气体的第一净化气体可被引入到反应室中。
在示例性实施例中，第二材料和/或第四材料可包括碲(Te)。例如，第二材料和/或第四材料均可包括Te(异丁基)2、TeCl4，、Te(甲基)2、Te(乙基)2、Te(正丙基)2、Te(异丙基)2和/或Te(叔丁基)2。这些可单独使用或者任意组合使用。
在示例性实施例中，第二源气体和第四源气体可被加热到约100℃至约300℃持续约0.1秒至约1秒。此外，通过在约1托至约5托的压力下施加约20瓦特至约200瓦特的功率可形成第一复合材料层和第二复合材料层。
在示例性实施例中，第三源气体可被加热到约100℃至约300℃持续约0.1秒至约1秒。通过在约1托至约5托的压力下施加约20瓦特至约200瓦特的功率可形成第三材料层。
在示例性实施例中，在提供第三源气体和第四源气体之前，可将包括氩气、氦气和/或其它惰性气体的第二净化气体引入到反应室中。
在示例性实施例中，在形成第二复合材料层之后，可将包括氩气、氦气和/或其它惰性气体的第四净化气体引入到反应室中。
在示例性实施例中，第一材料可包括锑，第三材料可包括锗。
在示例性实施例中，第一复合材料层与第二复合材料层可重复至少一次。第一复合材料层与第二复合材料层可相互交替地形成。
示例性实施例可提供一种形成包括锗-锑-碲的相变材料层的方法。在形成相变材料层的示例性方法中，在包括氦等离子体、氩等离子体和/或其它惰性气体等离子体的环境下，通过将基底放置在包括锗的第一源气体中，可在装载在反应室中的所述基底上形成锗层。通过提供包括碲的第二源气体可形成锗-碲层。通过提供与所述锗-碲层进行相互反应的包括锑的第三源气体，可在所述锗-碲层上形成锑层。通过提供与所述锑层进行反应的包括碲的第四源气体，可在所述锗-碲层上形成锑-碲层。
在示例性实施例中，通过将氦气、氩气和/或其它惰性气体引入到反应室中，对所述气体进行预热，使被预热的气体稳定，从被预热的气体中产生等离子体，从而可产生氦等离子体、氩等离子体和/或其它惰性气体等离子体。
在示例性实施例中，在提供第二源气体之前，可将包括氦气、氩气和/或其它惰性气体的第一净化气体引入到反应室中持续约0.1秒至约2秒。在提供第三源气体之前，可将包括氦气、氩气和/或其它惰性气体的第二净化气体引入到反应室中持续约0.1秒至约2秒。在提供第四源气体之前，可将包括氦气、氩气和/或其它惰性气体的第三净化气体引入到反应室中持续约0.1秒至约2秒。在形成锑-碲层之后，将包括氦气、氩气和/或其它惰性气体的第四净化气体引入到反应室中持续约0.1秒至约2秒。
在示例性实施例中，第二源气体可基本类似于第四源气体。
在示例性实施例中，相变材料层可包括按重量计为约1％至约6％的碳；按重量计为约15％至约30％的锗；按重量计为约15％至约25％的锑；和/或剩余重量的百分比的碲。
示例性实施例可提供一种包括碳-锗-锑-碲的相变材料层。所述相变材料层可包括按重量计为约1％至约6％的碳；按重量计为约15％至约30％的锗；按重量计为约15％至约25％的锑；和/或剩余重量的百分比的碲。
在示例性实施例中，相变材料层可具有沿着面(200)生长的面心立方(FCC)晶体结构。
在示例性实施例中，相变材料层可包括大小为约2mm至约15mm的均匀晶粒。
示例性实施例可提供一种制造相变存储装置的方法。在制造相变存储装置的示例性方法中，可在基底上形成下电极。可在下电极上形成包括锗-锑-碲(GST)化合物的相变材料层。在相变材料层上可形成上电极。所述相变材料层可包括第一材料层，在包括如氦等离子体、氩等离子体和/或其它惰性气体等离子体中的环境下，通过在下电极上的包括第一材料的第一源气体，在所述下电极上形成第一材料层。通过在第一层上的包括第二材料的第二源气体，可在所述下电极上形成第一复合材料层。第一复合材料层可包括第一材料和第二材料。通过在第一复合材料层上的包括第三材料的第三源气体，可在第一复合材料层上形成第三材料层。通过在第三层上的包括第四材料的第四源气体，可在第一复合材料层上形成第二复合材料层。第二复合材料层可包括第三材料和第四材料。
在示例性实施例中，接触区可形成在基底的一部分上。下电极可电连接到接触区。
示例性实施例可包括相变材料层。所述相变材料层包括碳，其中，可在氦等离子体、氩等离子体和/或其它惰性等离子体的环境下，通过提供用于层形成的源气体在低温度下形成所述相变材料层。含碳的相变材料层可具有晶体结构，例如FCC结构。含碳的相变材料层可具有改进的电学特性，例如，较低的重置电流和/或改进的重置电阻。因为含碳的相变材料层可通过简单的工艺获得，所以可以降低其制造成本和/或时间。
附图说明
通过参照附图进行的详细描述，本发明示例性实施例的上述和/或其它特点和优点将会变得更加清楚。附图目的在于描述示例性的实施例，不应该被理解为限制权利要求的目的范围。除非有明确地注释，否则附图不应该被认为是按照比例绘制成的。
图1是示出形成相变材料层的示例性方法的流程图。
图2是示出形成相变材料层的示例性方法的时序图。
图3是示出在通过在氦气流量和形成氦等离子体的压力不同的情况下形成的三个示例性实施例的相变材料层中的含量的峰的曲线图。
图4是比较在示例性实施例中的相变材料层的晶体结构与相关领域的相变材料层的晶体结构的曲线图。
图5示出了显示根据示例性实施例的含碳的相变材料层的平面晶体结构的电子显微镜照片。
图6示出了显示根据示例性实施例的含碳的截面相变材料层的晶体结构的电子显微镜照片。
图7示出了在示例性实施例中的含碳的相变材料层的电阻与氦的流量的关系的曲线图。
图8示出了显示另外的示例性实施例的含碳的相变材料层的平面晶体结构的电子显微镜照片。
图9示出了显示另外的示例性实施例的含碳的相变材料层的截面晶体结构的电子显微镜照片。
图10是示出在另外的示例性实施例中含碳的相变材料层的电阻与压力的关系的曲线图。
图11至图18是示出制造相变存储装置的示例性方法的剖视图。
图19至图23是示出制造相变存储装置的另外的方法的剖视图。
具体实施方式
这里将公开详细的示例性实施例。然而，为了描述示例性实施例，这里公开的详细特定结构和功能仅仅是代表性的。然而，本发明可以以多种不同的形式来实施，不应该被理解为仅局限于在此提出的实施例。
因此，虽然示例性实施例能够为各种修改和替换形式，但是其实施例通过示例性的方式示出在附图中，并且在此将进行详细描述。然而，应该理解的是，并不意图将示例性的实施例局限于公开的具体形式，相反，示例性实施例覆盖了落入所述示例性实施例的范围内的全部修改、等同物和替换。相同的附图标号将始终指示相同的元件。
应该理解的是，尽管在这里可使用术语第一、第二等来描述不同的元件，但是这些元件并不受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件与另一个元件区分开来。例如，在不脱离示例性实施例的范围的情况下，第一元件能够被命名为第二元件，类似的，第二元件能够被命名为第一元件。在此使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列的项目的任意组合和所有组合。
应该理解的是，当元件被称作“连接”或者“结合”到另一个元件上时，它可以直接连接或者结合到另一元件或者不存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接”或者“直接结合”到另一个元件上时，不会存在中间元件。用于描述各元件之间关系而使用的其它词语应该以相同的方式被解释(例如，“之间”与“直接之间”相对，“相邻”与“直接相邻”相对等)。
这里使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，而不意图限制示例性实施例。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，当这里使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
还应该注意到的是，在一些可替换的实施方式中，所指出的功能/动作(act)可能会没有按照附图中的顺序发生。例如，根据包括的功能和/或动作，连续显示的两个附图可能实际上基本同时执行，或者有时以相反的顺序被执行。
以下，参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以各种不同的形式被实现，并且不应该被解释成对在此提出的示例性实施例构成限制。相反，提供这些示例性实施例以使本公开彻底和完整，将本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。
应该理解的是，当元件或层被称作在另一元件或层“上”，或者被称作“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在另一元件或层上，或直接连接或结合到另一元件或层，或者也可以存在中间元件或中间层。相反，当元件被称作“直接”在另一元件“上”或“直接连接到”或者“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或中间层。相同的标号将始终指示相同的元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列的项目的任意组合和所有组合。
应该理解的是，尽管在这里可使用术语第一、第二等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层或部分并不受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、组件、区域、层和/或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可被命名为第二元件、组件、区域、层或部分。
在这里可使用空间相对术语，如“之下”、“在…下方”、“下面的”、“之上”和“上面的”等，用来轻松地描述如图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应该理解的是，空间相对术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果在附图中装置被翻转，则描述为其它元件或特征“之下”或“在”其它元件或特征“下方”的元件随后将被定位为其它元件或特征“之上”。因此，示例性术语“下面的”可包括上面的和下面的两种方位。所述装置可被另外定位(旋转90度或者在其它方位)，相应地解释这里使用的空间相对描述符。
这里使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
在此参照作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示例性示例的剖视图来描述本发明的实施例。这样，预计会出现例如由制造技术和/或公差的变化引起的示例的形状变化。因此，示例性的实施例不应该被理解为限制于在此示出的区域的具体形状，而应该包括例如由制造导致的形状变形。例如，示出为矩形的注入区域在其边缘通常具有倒圆或曲线的特征和/或注入浓度的梯度，而不是从注入区域到非注入区域的二元变化。同样地，通过注入形成的掩埋区域可导致在掩模区域和通过其发生注入的表面之间的区域中出现一定程度的注入。因此，在图中示出的区域实际上是示意性的，它们的形状并不意图示出装置的区域的实际形状，也不意图限制本发明的范围。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科技术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。将进一步理解，除非这里明确定义，否则术语例如在通用的字典中定义的术语应该被解释为具有与相关领域的上下文中它们的意思相同的意思，而不是理想地或者过于正式地解释它们的意思。
图1是示出形成相变材料层的示例性方法的流程图，图2是示出图1中形成的相变材料层的示例性方法的时序图。
如图1和图2所示，在步骤S10，在将目标物(object)加载到反应室后，在反应室中可产生等离子体。可以在目标物上形成相变材料层，所述目标物可以是半导体基底，例如硅基底、绝缘体硅(SOI)基底、单晶金属氧化物基底(single crystalline metal oxide substrate)和/或任何适合的目标物。例如，所述目标物可以是单晶氧化铝(Al2O3)基底和/或单晶钛酸锶(SrTiO3)基底。所述目标物可包括电极、导电层、导电图案、绝缘层、绝缘图案和/或其它适合的电子组件。相变材料层可形成为与所述目标物接触，或者通过在所述目标物和相变材料层之间插入电极、导电层、导电图案、绝缘层、绝缘图案和/或其它组件，相变材料层可形成为与所述目标物不接触。
在示例性实施例中，形成在所述目标物之上的等离子体可包括氦(He)等离子体。为了在反应室中产生氦等离子体，可以以每分钟约200标准立方厘米(sccm)至约800sccm流速将氦气引入到反应室中。例如，可以将约300sccm至约500sccm流量的氦气提供到所述目标物上。
在本发明的示例性实施例中，在反应室中形成的等离子体可包括氩(Ar)等离子体和氦等离子体。可以将以约50sccm至约300sccm流量的氩气引入到反应室中，从而在反应室内在所述目标物之上产生氩等离子体。氦气和氩气之间的流量比例可以在1∶0.06至约1∶1.5的范围内。例如，氦气和氩气之间的流量比例可以从约1∶0.1到约1∶1。
可将引入到反应室中的氦气/氩气预热约30秒至约90秒，然后稳定约1秒至3秒。例如，可将氦气/氩气预热约60秒，然后，可将被预热的氦气/氩气稳定约2秒。可将约20瓦特至约200瓦特的功率施加到稳定的氦气/氩气持续约5秒到约15秒，从而在反应室中在所述目标物之上产生氦等离子体/氩等离子体。例如，可将约30瓦特至约50瓦特的功率施加到稳定的氦气/氩气持续约10秒，以在反应室内产生氦等离子体/氩等离子体。图1和图2中所述的方法可被称为等离子体辅助气相沉积(CVD)法，在该方法中，在目标物的各种层的形成过程中，等离子体被连续地施加在反应室中。在相变材料层形成在目标物上的过程中，可在反应室中连续地形成氦等离子体/氩等离子体。
在反应室中形成氦等离子体/氩等离子体之后，可将净化气体引入到反应室中。净化气体可包括氦气和/或氩气。净化气体可去除反应室中剩余的氦等离子体/氩等离子体。净化气体可被供给到反应室中持续约1秒到3秒。例如，净化气体可被引入到反应室中持续约2秒。
如图1和图2所示，在步骤S20，在反应室中形成氦等离子体/氩等离子体之后，所述物体可暴露于被引入到反应室中的包括第一材料的第一源气体持续第一时间T1。第一源气体可以与第一运载气体(carrier gas)一起从第一源气体罐中被提供。第一源气体罐可在室温下被保存。
第一运载气体可包括不活泼气体(inactive gas)，例如，氩气、氮气和/或任何惰性气体(noble gas)。可以将约50sccm至约200sccm流量的第一运载气体引入到反应室中。例如，第一运载气体的流量可以在约100sccm的范围内。
包括第一材料的第一源气体可被引入到反应室中持续第一时间T1，所述的第一时间T1可以在约0.1秒至约2秒的范围内。例如，所述物体可被暴露于第一源气体持续约1秒。通过施加约20瓦特至约200瓦特的功率，在约1托至约5托的相对低压下，第一源气体中的第一材料可以被化学地吸收、沉积和/或用化学方法吸附到所述目标物上。例如，通过施加约30瓦特至约50瓦特的功率，在约3托的相对低压下，第一材料可用化学方法被吸附到所述目标物上。因为利用氦等离子体/氩等离子体，第一源气体中的第一材料可用化学方法吸附到所述目标物上，所以第一材料可以在约100℃至约300℃的低温下用化学方法被吸附到所述目标物上。例如，第一源气体中的第一材料可以在约200℃的低温下用化学方法被吸附到所述目标物上。在将第一材料用化学方法吸附到所述目标物上的过程中，反应室可具有约100℃至约200℃的温度。例如，在将第一材料用化学方法吸附到所述目标物上时，反应室可具有约150℃的温度。
第一源气体中的第一材料可包括，例如，锗(Ge)和/或锑(Sb)。例如，第一材料可包括：Ge(异丙基)3H、GeCl4、Ge(甲基)4、Ge(甲基)4N3、Ge(乙基)4、Ge(甲基)3N(乙基)2、Ge(异丁基3)H、Ge(正丁基)4、Sb(Ge乙基3)3、Ge(环丙基)2和/或其它适合材料。这些材料可以单独使用或者以任意组合使用。如果包括锗的不同材料被用作示例性实施例中的第一材料，则表1显示了它们的类型和特性。
表1(数值是近似的)
如果第一源气体中的第一材料包括锗，则第一材料可用化学方法被吸附到所述目标物上，以使锗层可形成为所述目标物上的第一材料层。类似的，如果第一源气体中的第一材料包括锑，则第一材料可用化学方法被吸附到所述物体上，以使锑层可形成为所述目标物上的第一材料层。
如图1和图2所示，在步骤S30，在所述目标物上形成第一材料层之后，第一净化气体可被引入到反应室中持续第二时间T2。第一净化气体可被引入到反应室持续第二时间T2，所述第二时间T2可以在约0.1秒到约2秒的范围内。第一净化气体可包括不活泼气体，例如氩气、氮气和/或其它惰性气体。例如，第一净化气体可被引入到反应室中持续约1.0秒。可以将约50sccm至约200sccm流量的第一净化气体引入到反应室中。例如，可以将约100sccm流量的第一净化气体被引入到反应室中。
第一净化气体可去除反应室中的任何剩余的没有用化学方法被吸附的第一材料和第一气体。例如，第一净化气体可去除反应室中的仅被物理吸附的、或者用物理方法被吸附的和没有用化学方法被吸附的第一材料的一部分，并且还可以去除反应室中第一材料的任何漂荡的部分(stray portion)。
在步骤S40，在提供了第一净化气体之后，形成在所述目标物上的第一材料层可暴露于被引入到反应室中的包括第二材料的第二源气体持续第三时间T3。第二源气体可从第二源气体罐中提供。第二源气体罐可具有约30℃至约40℃的温度。第二源气体可与第二运载气体一起被引入。可以将约50sccm至约200sccm流量的第二运载气体引入到反应室中。例如，可以以约100sccm流量的第二运载气体引入到反应室中。第二运载气体可包括，例如氩气和/或其它惰性气体。
第二源气体中的第二材料可包括碲(Te)。第二源气体可被引入并且持续流动第三时间T3，所述第三时间T3可以在约0.1秒至约1秒的范围内。例如，第三时间T3可为约0.4秒至约0.8秒。第二材料的例子可包括：Te(异丁基)2、TeCl4、Te(甲基)2、Te(乙基)2、Te(正丙基)2、Te(异丙基)2、Te(叔丁基)2和/或其它适合的材料。这些材料可以单独使用或者以任意组合使用。如果包括碲的不同材料被用作示例性实施例中的第二材料，则表2显示了它们的类型和特性。
表2(数值是近似的)
第二源气体中的第二材料可在约100℃到约300℃的相对低的温度、约1托到约5托的相对低的压力下与第一材料层起化学反应。由于第二材料和第一材料层之间的反应，所以在所述目标物上可形成包括第一材料和第二材料的第一复合材料层。
通过与第二源气体一起提供包括碳的另外的源气体，第一复合材料层还可包括碳。或者，包括在第一材料和/或第二材料中的有机配体(organic ligand)可与包括在第一复合材料层中的碳对应。
当第二材料与第一材料层进行化学反应时，约20瓦特至约200瓦特的功率可被施加到反应室。例如，第一复合材料层可通过施加约20瓦特至约50瓦特的功率形成。
如果第一材料包括锗，第二材料包括碲，则通过第二材料中的碲和第一材料中的锗进行化学反应，第一复合材料层可包括锗碲(Ge-Te)。因此，包括第一材料和第二材料的第一复合材料层可对应于锗碲层。或者，第一复合材料层可对应于含碳的锗碲层。
可调整第一源气体的第一时间T1和第二源气体的第三时间T3，来控制第一复合材料层中的锗和碲的浓度比。可通过在反应室中形成氦等离子体的氦气的流量来控制第一复合材料层中包括的锗和碲的浓度比。
如图1和图2所示，在步骤S50，在所述目标物上形成第一复合材料层之后，第二净化气体可被引入到反应室中持续第四时间T4。第二净化气体可被引入到反应室持续第四时间T4，所述第四时间T4可以在约0.1秒至约2秒的范围内。例如，包括氦气和/或氩气的第二净化气体可被引入到反应室持续约1秒。可以将约50sccm至约200sccm的流量的第二净化气体引入到反应室中，例如，可以以约100sccm的流量将第二净化气体提供到反应室中。
第二净化气体可去除反应室中的没有进行反应的第二材料。即，第二净化气体可去除任何没有与第一材料层起化学反应的第二材料。
在步骤S60，在对反应室提供了第二净化气体之后，包括第三材料的第三源气体被引入到反应室中持续第五时间T5。第一复合材料层可暴露于第三源气体，所述第三源气体与第三运载气体一起从第三源气体罐中被提供。第三源气体罐可具有约30℃至约50℃的温度。第三运载气体可包括不活泼气体，例如氩气、氮气和/或其它惰性气体。可以使约50sccm至约200sccm流量的第三运载气体流入到反应室中。例如，可以将约100sccm流量的第三运载气体流入到反应室中。
第一复合材料层可暴露于第三源气体持续第五时间T5，所述第五时间T5可在约0.1秒至约2秒的范围内，从而在第一复合材料层上形成第三材料层。例如，第三源气体可被引入到反应室中持续约0.4秒至约0.8秒。此外，可通过施加约20瓦特至约200瓦特的功率，在约1托至约5托的相对低的压力下在第一复合材料层上形成第三材料层。例如，可通过施加约30瓦特至约50瓦特的功率，在约3托的相对低的压力下在第一复合材料层上形成第三材料层。
如上所述，因为利用氦等离子体/氩等离子体第三材料可与第一复合材料层进行化学反应，所以可在约100℃至约300℃的相对低的温度下在第一复合材料层上形成第三材料层。例如，可在约200℃的相对低的温度下在第一复合材料层上形成第三材料层。在形成第三材料层的过程中，反应室可具有约100℃至约200℃的温度。例如，反应室内部可具有约150℃的温度。
第三源气体中的第三材料可包括锑(Sb)。例如，第三材料可包括：Sb(异丁基)3、SbCl3、SbCl5、Sb(甲基)3、Sb(乙基)3、Sb(正丙基)3、Sb(叔丁基)3、Sb[N(甲基)2]3、Sb(环丙基)3和/或其它适合的材料。这些材料可以单独使用或者以任意组合使用。下面的表3示出了与可包括锑并可用作本实施例中的第三材料的不同材料的大致类型和特例。
表2(数值是近似的)
如果第三源气体中的第三材料包括锑，则形成在第一复合材料层上的第三材料层可以是锑层。或者如果第一材料和第三材料分别包括锑和锗，则第三源气体中的第三材料可包括锗，第三材料层可以是锗层。
如图1和图2所示，在步骤S70，在第一复合材料层上形成了第三材料层之后，第三净化气体可被引入到反应室中持续第六时间T6。第三净化气体可流入到反应室持续第六时间T6，所述第六时间T6可以在约0.1秒至约2秒的范围内。例如，包括氦气和/或氩气的第三净化气体流引入到反应室持续约1秒。可以将约50sccm至约200sccm的流量的第三净化气体引入到反应室。例如，可使约100sccm流量的第三净化气体流入反应室。第三净化气体可去除反应室中任何没有起化学反应的第三材料。即，第三净化气体可去除任何多余的没有与第一复合材料层起化学反应的第三材料。
在步骤S80，在利用第三净化气体清除反应室之后，第三材料层可被暴露于包括第四材料的被引入到反应室中的第四源气体持续第七时间T7。第四源气体中的第四材料可包括碲。第四材料的示例可包括Te(异丁基)2，TeCl4，Te(甲基)2，Te(乙基)2，Te(正丙基)2，Te(异丙基)2，Te(叔丁基)2和/或其它碲材料。这些材料可以单独使用或者以任意组合使用。第四源气体可以从具有约30℃至约40℃的温度的第四源气体罐中提供。第二源气体和第四源气体可以从相同的源气体罐中提供。第四源气体可以与第四运载气体一起被供给到反应室。可以将约50sccm至约200sccm流量的第四运载气体引入到反应室中。例如，可以将约100sccm流量的包括如氩气的第四运载气体引入到反应室中。
第三材料层可暴露于第四源气体持续第七时间T7，所述第七时间T7可在约0.1秒至约1秒的范围内。例如，包括第四材料的第四源气体可被引入到反应室中持续约0.4秒至约0.8秒。第四材料可在约1托至约5托的相对低的压力、约100℃至约300℃的相对低的温度下与第三材料层起化学反应，并且包括第三材料和/或第四材料的第二复合材料层可形成在第一复合材料层上。在形成第二复合材料层的过程中，可以对反应室施加约20瓦特至约200瓦特的功率。例如，通过施加约30瓦特至约50瓦特的功率，第二复合材料层可形成在第一复合材料层上。
当第三材料包括锑，第四材料包括碲时，由于第三材料层中的锑与第四源气体中的碲进行化学反应，所以第二复合材料层可包括锑-碲。或者，第二复合材料层可包括基本类似于第一复合材料层中的碳。第二复合材料层可以是含碳的锑-碲层。从而，包括锗-锑-碲和/或含碳的锗-锑-碲的相变材料层可形成在目标物上。
在示例性方法中，可通过控制第三源气体的第五时间T5和/或第四源气体的第七时间T7，容易地调整第二复合材料层中的锑和/或碲的浓度。此外，在第二复合材料层中的碳浓度可通过控制用于形成氦等离子体的氦气的流量来进行调整。
例如，相变材料层可包括按重量计约1％至约6％的碳、按重量计为约15％至约30％的锗、按重量计为约15％至约25％的锑以及按重量计为约39％至约69％的碲。
如图1至图2所示，在步骤S90，在所述目标物上形成相变材料层之后，第四净化气体可被引入到反应室中持续第八时间T8。第四净化气体可被引入到反应室中持续第八时间T8，所示第八时间T8可在约0.1秒至约2秒的范围内。例如，包括如氩气的第四净化气体可流入反应室中持续约1秒。可使约50sccm至约200sccm流量的第四净化气体流入反应室。例如，可使约100sccm流量的第四净化气体流入反应室。第四净化气体可去除反应室中任何剩余的没有进行反应的第四材料。例如，第四气体可清除没有与第三材料进行化学反应的第四材料的一部分。
应该理解的是，这种描述的目的是示例性的，其目的不在于限制本发明总体构思的范围。包括锗、锑和碲的材料可以按照其它的顺序和/或次序进行施加。例如，可以首先施加包括锑的材料，下次应用包括碲的材料，再次应用包括锗的材料，最后应用包括碲的材料。还可以使用其它的顺序。
通过控制第一源气体的输送时间T1、第二源气体的输送时间T3、第三源气体的输送时间T5和/或第四源气体的输送时间T7，可以调整含碳的相变材料层中的锗、碲和锑的浓度比。此外，可以通过调整用于氦等离子体的氦气的流量和/或用于产生氦等离子体的压力来控制相变材料层的碳含量。例如，如果用于氦等离子体的氦气的流量增大，则相变材料层的碳含量可增大。如果用于形成氦等离子体的压力增大，则相变材料层的碳含量可减少。
如果包括锑的源气体的输送时间持续约0.6秒至约0.8秒，并且包括碲的源气体的输送时间持续约0.6秒至约0.8秒，则含碳的相变材料层可包括浓度比约2∶2∶5的锗、锑和碲。如果含碳的相变材料层在锗、锑和碲之中具有约2∶2∶5的浓度比，则相变材料层可具有FCC晶体结构和/或改进的电学特性。如果含碳的相变材料层包括浓度比约2∶2∶5的锗、锑和碲，则含碳的相变材料层还可经历相变。
图3是示出在通过氦气流量和形成氦等离子体的压力不同的情况下而形成的三个不同的相变材料层中的含量峰的曲线图。在图3中，“AX”表示在包括约2托的压力、约600sccm流量的氦气以及约30瓦特的功率的工艺条件下，形成的第一相变材料层中的碳、锗、锑和碲的含量峰。“BX”表示在包括约3托的压力、约500sccm流量的氦气以及约30瓦特的功率的工艺条件下，形成的第二相变材料层中的碳、锗、锑和碲的含量峰。“CX”表示在包括约2托的压力、约500sccm流量的氦气以及约30瓦特的功率的工艺条件下，形成的第三相变材料层中的碳、锗、锑和碲的含量峰。
如图3所示，如果第一相变材料层和第二相变材料层利用氦等离子体形成，则第一相变材料层AX和第二相变材料层BX可包括按重量计在2％以上的碳。然而，因为第三相变材料层利用氢等离子体形成，所以第三相变材料层CX不包括碳。第一相变材料层可包括按重量计约2.91％的碳，第二相变材料层可包括按重量计约2.69％的碳。因此，相变材料层中的碳含量可随着氦气流量的增大而增大、用于形成氦等离子体的压力的降低而增加。如果相变材料层的碳含量增大，则相变材料层可具有改进的设置电阻。
如上所述，参照图1和图2所示，示例性实施例的包括第一复合材料层和第二复合材料层的相变材料层可利用所述的示例性方法形成在所述目标物上。如图2所示，通过重复形成第一复合材料层的第一单元工艺I以及形成第二复合材料层的第二单元工艺II，相变材料层可实现厚度和调整过的浓度比。例如，如果第一单元工艺I和第二单元工艺II交替地重复约50次，则示例性实施例的相变材料层可具有约1000的厚度。
第一单元工艺I和第二单元工艺II可交替地重复。或者，多于一个的第一单元工艺I和/或多于一个的第二单元工艺II可交替地重复。例如，可顺序地执行第一单元工艺I、第二单元工艺II、第一单元工艺I和/或第二单元工艺II。在其它的示例性实施例中，可顺序地执行第一单元工艺I、第一单元工艺I、第二单元工艺II、第一单元工艺I、第一单元工艺I和第二单元工艺II。在其它示例性方法中，可顺序地执行第二单元工艺II、第一单元工艺I、第二单元工艺II、和第一单元工艺I。或者，例如，可顺序地执行第二单元工艺II、第二单元工艺II、第一单元工艺I、第二单元工艺II、第二单元工艺II和第一单元工艺I。还可以执行其它顺序的第一单元工艺I和第二单元工艺II。
相变材料层的晶体结构可不同于传统相变材料层的晶体结构。
通过上述示例性方法形成的示例性实施例的相变材料层可包括按重量计为约1％至约6％的碳、按重量计为约15％至约30％的锗、按重量计为约15％至约25％的锑以及按重量计为约39％至约69％的碲。具有这种组成的示例性实施例的相变材料层的晶体结构不同于相关领域的相变材料层的晶体结构。示例性实施例的相变材料层可具有减小的重置电流和/或降低的设置电流。
图4是比较示例性实施例的相变材料层的晶体结构与相关领域的相变材料层的晶体结构的曲线图。在图4中，可利用X射线衍射器来检测相变材料层的晶体结构。在图4中，“XXV”表示相关领域的相变材料层的晶体结构，“XXVI”表示示例性实施例的相变材料层的晶体结构。
如图4所示，示例性实施例的相变材料层XXVI可具有包括明显(dominant)FCC结构的晶体结构，该FCC结构可沿着面(200)生长。沿着(200)平面生长的FCC结构在相关领域的相变材料层XXV中并不明显。示例性实施例的相变材料层XXVI可包括用于提供改进的电学特性的均匀生长的微小晶粒。示例性实施例的相变材料层XXVI中的均匀晶粒可具有密实结构，从而不会导致电极中的接触不良。例如，示例性实施例的相变材料层XXVI中的微小晶粒的大小在约2nm至约15nm的范围内。
相变材料层的晶体结构分析
下面的示例性实施例的相变材料层经过各种实验，具有以下详细的结果。
示例1-4
在下面的表4中所示的示例性工艺条件下所产生的四种不同的等离子体用于产生示例1-4中的每个，其中，基底暴露于包括锗的第一源气体中持续约1.0秒。然后，基底暴露于包括碲的第二源气体中持续约0.2秒，以根据示例性方法在基底上形成第一复合材料层。
接着，第一复合材料层暴露于包括锑的第三源气体中持续约0.4秒，然后，第一复合材料层暴露于包括碲的第四源气体中持续约0.2秒，形成第二复合材料层。根据示例性方法，在基底上形成包括锗、锑和碲的含碳的相变材料层。
表4
图5示出了示例1-4中的含碳的相变材料层的晶体结构的电子显微镜照片。图6示出了示例1-4中的含碳的相变材料层的剖面晶体结构的电子显微镜照片。在图5中，“XXA”、“XXB”、“XXC”和“XXD”分别表示在示例1、2、3和4中的含碳的相变材料层的平面晶体结构。在图6中，“XXa”、“XXb”、“XXc”和“XXd”分别表示示在示例1、2、3和4中的含碳的相变材料层的剖面晶体结构。
如图5和图6所示，因为氦气的流量可大于氩气的流量，从而使电学特性改善，所以示例3和4中的含碳的相变材料层可包括均匀生长的微小晶粒和/或具有均匀的表面。如果氩气的流量大于氦气的流量，则在示例1和2中所示的含碳的相变材料层不会具有均匀的微小晶粒和/或均匀的表面，并且它们的电学特性不会被改善。随着用于形成等离子体的氦气的流量的增加，示例性实施例的含碳的相变材料层可具有越来越均匀的表面和/或均匀生长的微小晶粒。
图7是示出示例1-4中的含碳的相变材料层的电阻的曲线图。
如图7所示，示例1和2中的含碳的相变材料层具有低于约60mΩ-cm的电阻，然而，根据示例3和4的含碳的相变材料层具有高于约100mΩ-cm的电阻。也就是说，随着氦气的流量增加，含碳的相变材料层可具有增大的电阻，这是因为含碳的相变材料层中的碳含量增加的缘故。
示例5-8
根据示例性方法，通过在下面的表5中所示的工艺条件下在基底上产生等离子体，在下面的表5中的具体条件下形成下面讨论的示例5-8，基底暴露于包括锗的第一源气体中持续约1秒。然后，基底暴露于包括碲的第二源气体中持续约0.2秒，以在基底上形成第一复合材料层。
第一复合材料层暴露于包括锑的第三源气体中持续约0.4秒，接着通过暴露于包括碲的第四源气体中持续约0.2秒而在基底上形成第二复合材料层。从而在基底上形成包括锗、锑和碲的示例性实施例的含碳的相变材料层。
表5
图8示出了示例5-8中的含碳的相变材料层的平面晶体结构的电子显微镜照片。图9示出了示例5-8中的含碳的相变材料层的剖面晶体结构的电子显微镜照片。
在图8中，“XXE”、“XXF”、“XXG”和“XXH”分别表示在示例5-8中的含碳的相变材料层的平面晶体结构。在图9中，“XXe”、“XXf”、“XXg”和“XXh”分别表示在示例5-8中的含碳的相变材料层的剖面晶体结构。
如图8和图9所示，因为压力相对较低，所以示例5和6中的含碳的相变材料层可具有均匀的表面和/或包括均匀生长的微小晶粒。如果用于形成等离子体的压力相对较高，则在示例7和8中所示的含碳的相变材料层不会具有均匀的微小晶粒和/或均匀的表面，并且可能具有较差的电学特性。如果含碳的相变材料层在相对低的压力下形成，则含碳的相变材料层可具有均匀的表面和/或均匀地生长的微小晶粒
图10是示出示例5-8中的含碳的相变材料层的电阻的曲线图。
如图10所示，示例7和8中的含碳的相变材料层具有低于约60mΩ-cm的电阻，然而，示例5和6中的含碳的相变材料层具有高于约100mΩ-cm的电阻。因此，如果含碳的相变材料层在相对低的压力下形成，则含碳的相变材料层可具有增大的电阻。也就是说，当含碳的相变材料层在相对低的压力下形成时，可增加含碳的相变材料层中的碳含量。
图11至图18是示出制造包括上述示例性相变层的相变存储装置的示例性方法的剖视图。
如图11所示，可在半导体基底300上形成隔离层303，以限定有源区和场区(field region)。可通过隔离工艺(例如，浅沟槽隔离(STI)工艺、热氧化工艺和/或另外的合适的工艺)形成隔离层303。例如，可使用氧化物(例如，氧化硅)形成隔离层303。
可在半导体基底300的有源区上按顺序形成栅极绝缘层(未示出)、栅极导电层(未示出)和/或栅极掩模层(未示出)。可使用具有较高介电常数的金属氧化物和/或氧化物形成栅极绝缘层。例如，可使用氧化硅、氧化铪、氧化锆、氧化钛、氧化钽、氧化铝和/或另外的合适的材料形成栅极绝缘层。可通过热氧化工艺、CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或任何其它合适的工艺形成栅极绝缘层。
可使用掺有杂质的多晶硅、金属和/或金属硅化物形成栅极导电层。例如，可使用钨、铝、钛、钽、硅化钨、硅化钛、硅化钴和/或另外的合适的材料形成栅极导电层。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、溅射工艺和/或其它的合适的工艺形成栅极导电层。
可使用可相对于栅极导电层和/或栅极绝缘层具有蚀刻选择性的材料形成栅极掩模层。例如，可使用氮化硅、氮氧化硅和/或氮氧化钛形成栅极掩模层。可通过CVD工艺、PECVD工艺、溅射工艺、ALD工艺和/或其它的合适的方法形成栅极掩模层。
栅极掩模层、栅极导电层和/或栅极绝缘层可被图案化以在半导体基底300上形成栅极绝缘层图案306、栅电极309和栅极掩模312。
可在半导体基底300上形成第一绝缘层(未示出)以覆盖栅极掩模312。第一绝缘层可被各向异性地(anisotropically)蚀刻，以在栅极绝缘层图案306、栅电极309和/或栅极掩模312的侧壁上形成栅极隔离件315。栅极结构318可包括栅极绝缘层图案306、栅电极309、栅极掩模312和/或栅极隔离件315。
可利用栅极结构318作为离子注入掩模，通过离子注入工艺在半导体基底300的与栅极结构318相邻的部分上形成第一接触区321和/或第二接触区324。从而可在半导体基底300上形成包括第一接触区321、第二接触区324和栅极结构318的晶体管。例如，第一接触区321和第二接触区324可分别对应于晶体管的源区/漏区。
如图12所示，可在半导体基底300上形成第一层间绝缘层(insulatinginterlayer)327以覆盖晶体管。可使用氧化物(例如，PSG、BPSG、USG、SOG、TEOS、PE-TEOS、FOX、HDP-CVD氧化物和/或任何合适的氧化物)形成第一层间绝缘层327。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或任何合适的工艺形成第一层间绝缘层327。
可通过光刻工艺等对第一层间绝缘层327进行局部蚀刻，从而可穿过第一层间绝缘层327形成第一下接触孔330和第二下接触孔330。第一下接触孔330和第二下接触孔330可分别暴露第一接触区321和第二接触区324。
可在第一层间绝缘层327上形成第一导电层336，以填充第一下接触孔330和第二下接触孔330。可使用掺有杂质的多晶硅、金属、导电金属氮化物和/或另外的导电材料形成第一导电层336。可通过溅射工艺、CVD工艺、ALD工艺、电子束蒸发工艺、脉冲激光沉积(PLD)工艺和/或另外的合适的工艺形成第一导电层336。可使用例如钨、钛、氮化钛、钽、氮化钽、铝、氮化铝、氮化铝钛(titanium aluminum nitride)、氮化钨和/或另外的合适的材料形成第一导电层336。可单独使用这些材料或者按照任何组合的形式使用这些材料。
如图13所示，可通过化学机械抛光(CMP)工艺和/或回蚀刻(etch-back)工艺将第一导电层336局部去除，直到第一层间绝缘层327被均匀地暴露。因此，可在第一下接触孔330和第二下接触孔330中分别形成第一下接触339和第二下接触342。第一下接触339可位于第一接触区321上，和/或第二下接触342可形成在第二接触区324上。
可在第一层间绝缘层327和第一下接触339和/或第二下接触342上形成第二导电层345。可通过溅射工艺、CVD工艺、ALD工艺、电子束蒸发工艺、PLD工艺和/或另外的合适的工艺使用掺有杂质的多晶硅、金属和/或导电金属氮化物形成第二导电层345。
在第二导电层345上形成第二绝缘层(未示出)之后，可通过光刻工艺等对第二绝缘层进行局部蚀刻。因此，可在第二导电层345上形成第一绝缘层图案348和第二绝缘层图案349。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或另外的合适的工艺使用氮化物和/或氮氧化物形成第二绝缘层。第一绝缘层图案348可形成在第二导电层345的第一下接触339可位于其下的那部分上。第二绝缘层图案349可形成在第二导电层345的第二下接触342可位于其下的那部分上。
如图14所示，可使用第一绝缘层图案348和第二绝缘层图案349作为蚀刻掩模对第二导电层345进行局部蚀刻，从而形成结合的垫-下布线(combined pad and lower wiring)351和352。垫-下布线351可位于第一下接触339和/或第一层间绝缘层327上。垫-下布线352可位于第二下接触342和/或第一层间绝缘层327上。垫-下布线351可通过第一下接触339电连接到第一接触区321，和/或垫-下布线352可通过第二下接触342电连接到第二接触区324。
可在第一层间绝缘层327上形成第二层间绝缘层354，并且第二层间绝缘层354可覆盖第一绝缘层图案348和/或第二绝缘层图案349。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或另外的合适的工艺使用例如氧化物形成第二层间绝缘层354。例如，可使用PSG、BPSG、USG、SOG、TEOS、PE-TEOS、FOX、HDP-CVD氧化物和/或另外的合适的工艺形成第二层间绝缘层354。
可通过回蚀工艺和/或CMP工艺将第二层间绝缘层354局部去除，直到暴露出第一绝缘层图案348和第二绝缘层图案349。例如，可使用包括磨蚀剂(abrasive)，如在氧化物和氮化物之间具有较高蚀刻选择性的二氧化铈的浆料对第二层间绝缘层354进行蚀刻。第一绝缘层图案348和/或第二绝缘层图案349可用作抛光阻挡层(polishing stop layer)。如果第二层间绝缘层354被部分地去除，则第一绝缘层图案348和/或垫-下布线351可被埋在第二层间绝缘层354中。第二绝缘层图案349和垫-下布线352可同时被埋在第二层间绝缘层354中。
可在第二层间绝缘层354、第一绝缘层图案348和/或第二绝缘层图案349上形成第三绝缘层357。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或另外的合适的工艺使用氮化物和/或氮氧化物形成第三绝缘层357。
可在第三绝缘层357上形成包括氧化物的牺牲层(sacrificial layer)360。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或另外的合适的工艺使用氧化物形成牺牲层360。
如图15所示，可通过光刻工艺等对牺牲层360、第三绝缘层357和/或第一绝缘层图案348进行局部蚀刻，从而可形成使垫-下布线351暴露出来的开口361。
可在开口361的侧壁、垫-下布线351、和/或牺牲层360上形成第四绝缘层。可对第四绝缘层进行各向异性蚀刻，以在开口361的侧壁上形成初始隔离件(preliminary spacer)363。例如，可使用氮化硅和/或另外的合适的材料形成第四绝缘层。
可在垫-下布线351和牺牲层360上形成第三导电层366，以填充开口361。可使用掺有杂质的多晶硅、金属和/或导电金属氮化物形成第三导电层366。例如，可使用钨、氮化钨、钛、氮化钛、钽、氮化钽、氮化钼、氮化铌、硅氮化钛(titanium silicon nitride)、铝、氮化铝钛(titanium aluminum nitride)、硼氮化钛(titanium boron nitride)、硅氮化锆(zirconium silicon nitride)、硅氮化钨(tungsten silicon nitride)、硼氮化钨(tungsten boron nitride)、氮化铝锆(zirconium aluminum nitride)、硅氮化钼(molybdenum silicon nitride)、氮化铝钼(molybdenum aluminum nitride)、硅氮化钽(tantalum silicon nitride)、氮化铝钽(tantalum aluminum nitride)和/或其它合适的材料形成第三导电层366。可通过溅射工艺、CVD工艺、ALD工艺、电子束蒸发工艺、PLD工艺和/或另外的合适的工艺形成第三导电层366。
如图16所示，可通过CMP工艺等将第三导电层366局部去除，直到暴露出牺牲层360，从而形成填充开口361的初始下电极(preliminary lowerelectrode)372。初始隔离件(preliminary spacer)369可位于开口361的侧壁和初始下电极372的侧壁之间。
可通过回蚀工艺和/或CMP工艺去除牺牲层360，以暴露出第三绝缘层357。如果牺牲层360被去除，则初始隔离件369和/或初始下电极372可像类似柱形形状一样分别从第三绝缘层357突出。
如图1 7所示，可通过CMP工艺将初始隔离件369的上部和初始下电极372的上部去除，以在垫-下布线351上形成下电极375和/或隔离件378。例如，可使用包括含有二氧化铈的磨蚀剂的浆料形成下电极375和隔离件378。可利用CMP工艺去除第三绝缘层357并形成下电极375和隔离件378。
可在第三绝缘层357、下电极375和/或隔离件378上形成含碳的相变材料层384。含碳的相变材料层384可包括多个第一复合材料(compositematerial)层381a和381b以及多个第二复合材料层382a和382b。第一复合材料层381a和381b的每个可包括锗、碲和/或碳，第二复合材料层382a和382b的每个可包括锑、碲和/或碳，或者反之亦可。因此含碳的相变材料层384可包括锗-锑-碲。相变材料层384可包括按重量计为约1％至约6％的碳、按重量计为约15％至约30％的锗、按重量计为约15％至约25％的锑和/或按重量计为约39％至约69％的碲。含碳的相变材料层384可通过与参照图1和图2所述的工艺基本类似的工艺形成。虽然图17和图18示出第一复合材料层和第二复合材料层可物理上可识别(identifiable)，但是第一复合材料层和第二复合材料层也可物理上不可识别(identifiable)。换句话说，相变材料层384可呈现为具有基本均匀的GST浓度的基本同质(homogenous)的层。
如图18所示，可在含碳的相变材料层384上形成第四导电层(未示出)。可通过溅射工艺、CVD工艺、ALD工艺、电子束蒸发工艺、PLD工艺和/或另外的合适的工艺由掺有杂质的多晶硅、金属和/或导电金属氮化物形成第四导电层。可通过光刻工艺等对第四导电层和/或相变材料层384进行局部蚀刻，从而可在下电极375和第三绝缘层357上堆叠相变材料层图案387和/或上电极390。相变材料层图案387可位于下电极375、隔离件378和/或第三绝缘层357上。上电极390可位于相变材料层图案387上。
可在第三绝缘层357上形成第三层间绝缘层393以覆盖上电极390。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或另外的合适的工艺使用氧化物形成第三层间绝缘层393。
可通过光刻工艺等对第三层间绝缘层393进行局部蚀刻，从而穿过第三层间绝缘层393形成可将上电极390暴露出来的上接触孔394。
可在上接触孔394中的上电极390上形成上接触396，可在上接触396和/或第三层间绝缘层393上形成上布线(upper wiring)399。上接触396和上布线399可一体地形成。可通过溅射工艺、CVD工艺、ALD工艺、电子束蒸发工艺、PLD工艺和/或任何其它合适的工艺使用金属和/或导电金属氮化物形成上接触396和上布线399。
图19至图23是示出制造具有如上所述的示例性实施例的相变层的相变存储装置的示例性方法的剖视图。
如图19所示，可在半导体基底400上形成隔离层403，以限定半导体基底400的有源区。
可在半导体基底400的有源区上按顺序形成栅极绝缘层(未示出)、栅极导电层(未示出)和栅极掩模层(未示出)。可对栅极绝缘层、栅极导电层和/或栅极掩模层进行局部蚀刻以在半导体基底400上形成栅极绝缘层图案406、栅电极409和栅极掩模412。栅电极409可包括单层结构，所述单层结构具有掺有杂质的多晶硅层、金属层和导电金属氮化物层中的一种。可选地，栅电极409可具有多层结构，所述多层结构包括掺有杂质的多晶硅层、金属层、导电金属氮化物层和/或金属硅化物层。可使用可相对于栅电极409和/或栅极绝缘层图案406具有蚀刻选择性的材料形成栅极掩模层412。
在半导体基底400上形成第一绝缘层(未示出)以覆盖栅极掩模412之后，第一绝缘层可被各向异性地蚀刻，以在栅极绝缘层图案406、栅电极409和/或栅极掩模412的侧壁上形成栅极隔离件415。从而可在半导体基底400上形成栅极结构418。栅极结构418可包括栅极绝缘层图案406、栅电极409、栅极掩模412。
可在半导体基底400的与栅极结构418相邻的部分上形成第一接触区421和/或第二接触区424。可使用栅极结构418作为注入掩模通过离子注入工艺形成第一接触区421和第二接触区424。从而可在半导体基底400上形成包括第一接触区421、第二接触区424和栅极结构418的晶体管。
可在半导体基底400上形成第一层间绝缘层427，并且第一层间绝缘层427可覆盖栅极结构418。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或另外的合适的工艺使用氧化物形成第一层间绝缘层427。
可通过光刻工艺对第一层间绝缘层427进行局部蚀刻，以形成第一下接触孔(未示出)和/或第二下接触孔(未示出)，其中，第一下接触孔和/或第二下接触孔可分别暴露第一接触区421和/或第二接触区424。
可在第一层间绝缘层427上形成第一导电层(未示出)，以填充第一下接触孔和/或第二下接触孔。可通过溅射工艺、CVD工艺、ALD工艺、电子束蒸发工艺、PLD工艺和/或另外的合适的工艺使用掺有杂质的多晶硅、金属和/或导电金属氮化物形成第一导电层。
可通过CMP工艺和/或回蚀工艺将第一导电层局部去除，直到可暴露出第一层间绝缘层427，从而可在第一下接触孔和第二下接触孔中分别形成第一下接触439和第二下接触442。第一下接触439可位于第一接触区421上，第二下接触442可位于第二接触区424上。
如图20所示，可在第一下接触439、第二下接触442和第一层间绝缘层427上堆叠第二导电层(未示出)和第二绝缘层(未示出)。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或另外的合适的工艺使用氮化物和/或氮氧化物形成第二绝缘层。可通过溅射工艺、CVD工艺、ALD工艺、电子束蒸发工艺、PLD工艺和/或另外的合适的工艺使用掺有杂质的多晶硅、金属和/或导电金属氮化物形成第二导电层。
可通过光刻工艺等对第二绝缘层进行局部蚀刻以同时形成第一绝缘层图案445和/或第二绝缘层图案446。第一绝缘层图案445可形成在第二导电层的第一下接触439可位于其下的部分上。第二绝缘层图案446可形成在第二导电层的第二下接触442可位于其下的部分上。
可使用第一绝缘层图案445和/或第二绝缘层图案446作为蚀刻掩模对第二导电层进行局部蚀刻，从而形成下电极448和/或下布线449。下电极448可位于第一下接触439上，并可通过第一下接触439电连接到第一接触区421。下布线449可形成在第二下接触442上，和/或可通过第二下接触442电连接到第二接触区424。
可在第一层间绝缘层427上形成第二层间绝缘层451，并且第二层间绝缘层451可覆盖第一绝缘层图案445和/或第二绝缘层图案446。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或另外的合适的工艺使用氧化物形成第二层间绝缘层451。
可通过回蚀工艺和/或CMP工艺将第二层间绝缘层451局部去除，直到可暴露出第一绝缘层图案445和第二绝缘层图案446。例如，可使用包括含有二氧化铈的磨蚀剂的浆料对第二层间绝缘层451进行蚀刻。第一绝缘层图案445和/或第二绝缘层图案446可用作抛光阻挡层。
如图21所示，可在第二层间绝缘层451、第一绝缘层图案445和/或第二绝缘层图案446上形成第三绝缘层454。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或类似的工艺使用氮化物和/或氮氧化物形成第三绝缘层454。
可在第三绝缘层454上形成牺牲层457。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或另外的合适的工艺使用氧化物形成牺牲层457。
可通过光刻工艺等对牺牲层457、第三绝缘层451和/或第一绝缘层图案445进行局部蚀刻，从而形成可暴露出下电极448的开口458。
可在下电极448、开口458的侧壁和/或牺牲层457上形成第四绝缘层(未示出)以填充开口458。可对第四绝缘层进行各向异性蚀刻，以在开口458的侧壁上形成初始隔离件466。
可在下电极448和/或牺牲层457上形成含碳的相变材料层463，以填充开口458。可通过与参照图1和图2所描述的那些工艺基本相同的工艺形成含碳的相变材料层463。含碳的相变材料层463可包括多个第一复合材料层460a和460b和/或多个第二复合材料层461a和461b。第一复合材料层460a和460b的每个可包括锗、碲和/或碳，第二复合材料层461a和461b的每个可包括锑、碲和/或碳，或者反之亦可。因而，含碳的相变材料层463可包括锗-锑-碲。虽然图21至图23示出第一复合材料层和第二复合材料层明显可识别，但是第一复合材料层和第二复合材料层也可明显不可识别。换句话说，含碳的相变材料层463可以是具有基本均匀的GST浓度的基本同质的层。
如图22所示，可通过CMP工艺将含碳的相变材料层463局部去除，直到可暴露出牺牲层457，从而可在开口458中的下电极448上形成初始相变材料层图案469。初始隔离件466可位于开口458的侧壁和初始相变材料层图案469的侧壁之间。
可通过回蚀工艺和/或CMP工艺去除牺牲层457，以暴露出第三绝缘层454。当牺牲层457被去除时，初始隔离件466和初始相变材料层图案469可像类似柱形形状一样从第三绝缘层454突出。
如图23所示，可通过CMP工艺和/或回蚀工艺将初始隔离件466的上部和/或初始相变材料层图案469的上部去除，从而在下电极448上形成隔离件472和含碳的相变材料层图案475。例如，可使用包括含有如二氧化铈的磨蚀剂的浆料形成隔离件472和含碳的相变材料层图案475。当形成隔离件472和/或含碳的相变材料层图案475时，第三绝缘层454可用作抛光阻挡层和/或蚀刻阻挡层。可通过CMP工艺去除第三绝缘层454，同时形成隔离件472和含碳的相变材料层图案475。
上电极478可位于第三绝缘层454、隔离件472和/或含碳的相变材料层图案475上。可通过溅射工艺、CVD工艺、ALD工艺、电子束蒸发工艺、PLD工艺和/或另外的合适的工艺由掺有杂质的多晶硅、金属和/或导电金属氮化物形成上电极478。
可在第三绝缘层454上形成第三层间绝缘层481，并且第三层间绝缘层481可覆盖上电极478。可通过CVD工艺、PECVD工艺、ALD工艺、HDP-CVD工艺和/或另外的合适的工艺使用氧化物形成第三层间绝缘层481。
通过对第三层间绝缘层481进行局部蚀刻，上接触孔穿过第三层间绝缘层481可暴露上电极478后，可在上接触孔中的上电极478上形成上接触484，可在上接触484和/或第三层间绝缘层481上形成上布线487。上接触484和上布线487可一体地形成，并可使用掺有杂质的多晶硅、金属和/或导电金属氮化物同时形成。
示例性实施例可提供一种含碳的相变材料层，可在氦/氩等离子体环境以及低温条件下通过在各种供给时间内提供源气体更加容易和/或快速地形成该含碳的相变材料层。另外，示例性实施例的含碳的相变材料层可具有期望的晶体结构(例如，FCC晶体结构)。示例性实施例的含碳的相变材料层可具有改进的电学特性(例如，较低的重置电流和/或改进的设置电阻)。此外，因为可通过简化了的一系列工艺制造该含碳的相变材料层，所以可降低制造成本并缩短制造时间。
虽然已描述了示例性实施例，但显而易见，这些示例性实施例可按照许多方式进行变化。不应该认为这些变化脱离了所述示例性实施例的精神和范围，对本领域技术人员来说显而易见的所有修改均应包含在权利要求的范围之内。
机译： 相变材料层，其形成方法，具有该相变材料层的相变存储器件以及相变存储器件的形成方法
机译： 相变材料层，其形成方法，具有该相变材料层的相变存储器件以及相变存储器件的形成方法
机译： 相变材料层，相变材料层的形成方法以及使用相变材料层制造相变存储器的方法
