專利名稱：用于相變存儲器的粘附層材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于相變存儲器的粘附層材料及制備方法，更確切地說，涉及w基粘附層材料的組分設(shè)計(jì)與制備方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
相變存儲器技術(shù)是基于Ovshinsky在20世紀(jì)60年代末(Phys. Rev. Lett., 21， 1450 1453, 1968)70年代初(App1. Phys. Lett" 18, 254~257， 1971)提出的 相變薄膜可以應(yīng)用于相變存儲介質(zhì)的構(gòu)想建立起來的，是一種價(jià)格便宜、性 能穩(wěn)定的存儲器件。相變存儲器可以做在硅晶片襯底上，其關(guān)鍵材料是可記 錄的相變薄膜、加熱電極材料、絕熱材料和引出電極材料等。相變存儲器的 基本原理是利用電脈沖信號作用于器件單元上，使相變材料在非晶態(tài)與多晶 態(tài)之間發(fā)生可逆相變，通過分辨非晶態(tài)時的高阻與多晶態(tài)時的低阻，可以實(shí) 現(xiàn)信息的寫入、擦除和讀出操作。相變存儲器由于具有高速讀取、高可擦寫次數(shù)、非易失性、元件尺寸小、 功耗低、抗強(qiáng)震動和抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，被國際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會認(rèn)為最有可能取 代目前的閃存存儲器而成為未來存儲器主流產(chǎn)品和最先成為商用產(chǎn)品的器 件。存儲器的研究一直朝著高速、高密度、低功耗的方向發(fā)展。目前世界上 從事相變存儲器研發(fā)工作的機(jī)構(gòu)大多數(shù)是半導(dǎo)體行業(yè)的大公司，他們關(guān)注的 焦點(diǎn)都集中在如何盡快實(shí)現(xiàn)相變存儲器的商業(yè)化上，因此相應(yīng)的研究熱點(diǎn)也 就圍繞其器件工藝展開器件的物理機(jī)制研究，包括如何減小器件的操作電 流，即降低功耗；器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和存儲機(jī)理研究等；高密度器件陣列的制造 工藝研究，包括如何實(shí)現(xiàn)器件單元的納米尺度化問題、高密度器件芯片的工 藝問題、器件單元的失效問題等。器件的高密度化一直是研發(fā)的重點(diǎn)方向， 其中采用二極管與MOSFET直接集成的方法不僅可以提高器件的供電能力，而且可以增加存儲密度，是實(shí)現(xiàn)大容量相變存儲器存儲的有效途徑之一，但 是由于W電極與二極管多晶硅之間的粘附性非常差，無法滿足器件制備過程 中的剝離、CMP等工藝對薄膜界面粘附性好的要求。W基材料與W電極和 多晶硅材料的兼容性和粘附性非常好，且其界面電阻相對較低，可大大改善 器件的綜合性能，這正是本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供用于相變存儲器的粘附層材料及制備方法。本發(fā)明針對1D1R相變存儲器W電極與二極管多晶硅之間粘附性差的問 題，設(shè)計(jì)提出了 W基粘附層材料，W基粘附層材料具有與W和多晶硅材料 粘附性好、界面電阻低等優(yōu)點(diǎn)，可大大降低二極管與硅之間的串聯(lián)電阻、改 善相變存儲器器件的性能。本發(fā)明涉及粘附層材料的組分設(shè)計(jì)與制備方法， 所述的相變存儲器是指至少由相變材料、絕熱材料、加熱電極材料、引出電 極材料等構(gòu)成的可實(shí)現(xiàn)對信息的寫入、擦除和讀出功能的非易失性半導(dǎo)體存 儲器。所述的相變存儲器W基粘附層材料是指至少含W元素的粘附層材料， 包括W與其它元素的合金或化合物，如Si、 Ti等，其組分表達(dá)式(以原子百分比計(jì))如下w;n^、 WxSi"等材料中的一種，其中的x是指元素的原子百分比，且滿足0<X<1。相變存儲器w基粘附層材料的制備方法是指采用雙靶磁控共濺射法、蒸發(fā)法、原子層沉積法、原子氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、金屬有機(jī)物熱分 解法或激光輔助沉積法等方法中任意一種制備方法。制備工藝過程有以下三種1) 、制備粘附層材料組成的W、 Ti或Si單質(zhì)靶材，采用雙靶磁控共濺 射方法制備WJVX、 WxSi^合金薄膜材料，合金材料的組成通過改變不同 單質(zhì)靶的濺射功率調(diào)整，式中0々<1;2) 、按材料組成，先制成不同組成的WTi、 WSi合金靶，然后通入高純 Ar氣，Ar作為保護(hù)氣體，與WTi、 WSi合金靶濺射、蒸發(fā)或激光輔助沉積 生成WJ1^、 WxSi"合金薄膜材料，式中(Kx〈l;3)、制備包含預(yù)定組分的反應(yīng)源，采用所述的原子層沉積法、原子氣相 沉積法、化學(xué)氣相沉積法或金屬有機(jī)物熱分解法制備出預(yù)定設(shè)計(jì)組成的 WJVx、 WxSiLx合金薄膜粘附層材料。本發(fā)明利用W基粘附層材料的與W電極和二極管多晶硅材料粘附性 好、界面電阻低等優(yōu)點(diǎn)，所述的至少含W元素的粘附層材料的作用可改善器件的歐姆接觸、改善1D1R相變存儲器單元的1D與1R之間的界面粘附性 等性能，從而降低1D與1R之間的串聯(lián)電阻，提高器件的操作性能。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的顯著進(jìn)步和實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)，但本 發(fā)明絕非僅局限于所述的實(shí)施例。 實(shí)施例1采用雙靶磁控共濺射的方法制備WSi粘附層材料。制備好兩個獨(dú)立純 組分的Si靶和W靶，靶的純度都大于99.99% (原子百分比)，然后采用雙 耙磁控共濺射的方法，在共濺射過程中通入高純Ar氣，通過控制Si靶和W 耙的濺射功率(濺射功率大時所對應(yīng)靶材的濺射速率就大，相應(yīng)的組分在薄 膜中的含量就多，不同的濺射功率比值就對應(yīng)一種不同的組分)以及Ar氣 壓可制備出不同性能的WxSi^粘附層材料，式中0<x<l。實(shí)施例2按材料組成，先制成不同組成的WSi合金靶，然后采用雙靶磁控共濺射 的方法，在濺射過程中通入高純Ar氣，通過控制濺射功率以及Ar氣壓可制 備出不同性能的WxSi^粘附層材料，式中(Xx〈，其余同實(shí)施例l。實(shí)施例3制備包含W、 Si組分的金屬有機(jī)化合物反應(yīng)源，采用原子層沉積法制 備出WxSi^合金薄膜粘附層材料，式中0"<1，其余同實(shí)施例l。 實(shí)施例4把實(shí)施例1、 2和3中的Si元素改為Ti，可分別制備出WJVx粘附層 材料，其余與實(shí)施例l 、 2和3相同，式中(Kx〈1。
權(quán)利要求
1、一種用于相變存儲器的粘附層材料，其特征在于所述的粘附層材料為至少含W元素的粘附層材料。
2、 按權(quán)利要求1所述的用于相變存儲器的粘附層材料，其特征在于所 述的粘附層材料為WxTi,_x或WxSi,.x，式中x為元素的原子百分比，滿足 0<x<l。
3、 制備如權(quán)利要求1或2所述的用于相變存儲器的粘附層材料的方法， 其特征在于采用雙靶磁控共濺射法、蒸發(fā)法、激光輔助沉積法、原子層沉積 法、原子氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積和金屬有機(jī)物熱分解法中的任意一種。
4、 按權(quán)利要求3所述的用于相變存儲器的粘附層材料的制備方法，其 特征在于具體的制備工藝選用下述三種中的任一種a) 、制備粘附層材料組成的W、 Ti或Si單質(zhì)靶材，采用雙靶共濺射方法制備WTi、 WSi合金薄膜材料，合金材料的組成通過改變不同單質(zhì)靶的濺射 功率調(diào)整；b) 、按材料組成，先制成不同組成的WTi、 WSi合金靶，然后通入高純 Ar氣，Ar作為保護(hù)氣體，與WTi、 WSi合金靶濺射、蒸發(fā)或激光輔助沉積 生成WTi、 WSi合金薄膜材料；c)、制備包含預(yù)定組分的反應(yīng)源，采用所述的原子層沉積法、原子氣相 沉積法、化學(xué)氣相沉積法或金屬有機(jī)物熱分解法制備出預(yù)定設(shè)計(jì)組成的 WTi、 WSi合金薄膜粘附層材料。
5、 按權(quán)利要求4所述的用于相變存儲器的粘附層材料的制備方法，其 特征在于工藝a)中雙靶磁控共濺射法中，W靶、Si靶或Ti靶的純度大于 99.99%。
全文摘要
一種用于相變存儲器的粘附層材料及制備方法，其特征在于所述的粘附層材料為至少含W元素的粘附層材料。具體地說為W_xTi_1-x或W_xSi_1-x，式中x為元素的原子百分比，滿足0＜x＜1；所述的制備方法為采用雙靶磁控共濺射法、蒸發(fā)法、激光輔助沉積法、原子層沉積法、原子氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積和金屬有機(jī)物熱分解法中的任意一種。本發(fā)明特點(diǎn)是利用W基粘附層材料的與W電極和二極管多晶硅材料粘附性好、界面電阻低等優(yōu)點(diǎn)，所述的至少含W元素的粘附層材料的作用可改善器件的歐姆接觸、改善1D1R相變存儲器單元的1D與1R之間的界面粘附性等性能，從而降低1D與1R之間的串聯(lián)電阻，提高器件的操作性能。
文檔編號H01L27/24GK101241967SQ20081003435
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者晟 丁, 波 劉, 劉衛(wèi)麗, 宋志棠, 封松林, 陳寶明 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所