用于相变存储器的GeSbTe MOCVD共.doc

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1、用于相变存储器的GeSbTeMOCVD共　　为了达到PCM改进高性能/高密度发展进程中的下一个里程碑，正在采用的一个途径是在截面尺寸10-100nm的高深宽比器件单元中，用共形淀积工艺约束PCM材料(即GST)。通过同时寻址多个单元，并以改进热隔离和允许高密度集成消除单元-单元干扰，高约束能减少复位电流以增加写入带宽。较小的约束单元也提高了器件速度。基于化学气相淀积(CVD)的工艺能填充深宽比3:1、截面7.5&TImes;60nm的横线结构(dashstructures)，达到160μA的复位电流和50ns的置位速度。基于原子层淀积(ALD)的工艺能填充深宽比3:1、截面7.5&TImes

2、;14nm的横线结构(dashstructures)，达到90μA的复位电流和30ns的置位速度。与平面结构比较，约束单元结构中的淀积厚度也大大减少，这就增大了淀积产额。为了得到合适的阈值电压，平面器件结构至少要求淀积30nm厚度GST;而约束单元只需要接触区域中单元尺寸的一半，例如对于7.5nm厚的结构为3.75nm，这样，淀积时间也小于十分之一左右。　　成功地将CVD或ALD淀积的GST合金用于PCM，要求在填充10-100nm高深宽比具有合适材料特性的约束结构中有非常可靠的共形淀积，这些特性包括无空洞淀积、对SiO2和上/下金属电极的粘附性好，以及在400℃时材料性质稳定，能经受随后的

3、器件加工步骤。也需要这样的合金，即能有低复位电流、至少1&TImes;106的高循环寿命、10年数据保持温度高于85℃、短置位时间或快速置位、在置位或晶态时阻抗低及复位或非晶态时阻抗高。满足这些要求将提供非晶相和晶相之间一个宽范围电阻率，这是多层单元储存(MLC)应用所希望的。　　ATMI开发了能填充深宽比大于3:1、尺寸小于15nm结构的MOCVD工艺(金属有机物化学气相淀积)，见图2。CVD工艺是优选工艺，因为其产出比ALD工艺快，且有同样大小的批次。ATMI的MOCVD工艺非常有效，因为与典型的CVD工艺比较，它设计使用能在较低温度下加工的金属有机前驱物。ATMI也获得了基础和先进器件

4、应用所需的材料物理性质和优良的电学性质，包括置位速度达12ns的DRAM的可行性。　　本文介绍了从开发成熟的MOCVD淀积GST材料性质获得的电学特性。一是用MOCVD淀积的325GST合金，与PVDGST合金比较，它减少复位电流2-3x，显示了NOR闪存应用的可能性。二是用MOCVD淀积的415GST合金，其置位速度65ns，10年数据保持温度118℃，比PVDGST225合金高出近20℃，有望在SCM中有更高的速度以及在更高的温度环境下应用。　　高深宽比结构的GST填充　　所做的研究中，高深宽比结构能用多种不同组分的GST适当填充。图1显示了进行的多种组分试验。获得了GST共形淀积(在G

5、ST相图左下的橙色区域)，包括成功地填充40nm高深宽比孔洞和用Ge掺杂富Sb的SbTe深宽比为5:1的结构。GST相图右下的绿色区域是Te含量大于50%的富TeGST合金，包括最近得到的325和415合金组分。高性能PCM应用一般需要高Te%GST合金，因为它们结晶温度低。因为一般的淀积薄膜是结晶体，因而不平整也不共形，这是淀积中典型前驱物需用的高淀积温度的结果。图1示出了用ATMIMOCVD工艺在高深宽比通孔中GST325和415填充情况。在我们最近的300mmMOCVD工艺示范中，也成功地达到能以平滑和共形薄膜填充15nm小沟槽结构，Te组分～50%(图2)。　　　　　　在约束结构中自

6、然淀积的GST可能完全是非晶的，退火后能转变为晶体，分别如图3a和3b所示。请注意，得到了～5nm的极细晶粒。晶粒尺寸非常小对于未来GST向小于10nm结构缩小是很重要的。　　　　在所做的工作中，GST填充的孔洞内的组分非常一致。图4(a)和4(b)是用EDS测量的归一化组分，通孔中位置1到5(对应通孔结构的顶部到底部)Ge、Sb和Te的分布非常一致。位置6和7(对应通孔的外部二侧)的组分也与位置1-5的类似，说明在薄膜共形淀积过程中得到了极好的组分分布。测得的Sb分布变化较大，可能是由于用EDS测量Sb的不准确性，因信号小而准确性低。　　　　器件性能