[发明专利]形成掺杂相变材料的复合靶溅射

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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「以不纯物掺杂」或加入「掺杂物」。与本说明书有关的用语「添加物」、「掺杂物」或「不纯物」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、二氧化硅、氮化硅、铜、银、金、铝、氧化铝、钽、氧化钽、氮化钽、钛及氧化钛。例如，参阅美国专利第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「具有一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参考。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，参阅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)薄膜的二氧化硅并入效应」，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-SiO_X)混合层的分离区域形成」，Czubatyj等人的文章：E*PCOS06 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「通过添加氧化硅(SiO_X)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[0024]段描述当在溅射腔室使用氧气加入氧时，使用具有单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、复合溅射及单一元素靶材反应性溅射技术。

然而，在共同溅射工艺及用于介电性添加物的复合靶工艺所制造的粒子，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单元。

发明内容

有鉴于此，本发明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，溅射靶材可包括至少30原子百分比(at％)的硅及较佳地介于40至60at％的硅。

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一溅射腔室，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。