专利名称：相变存储元件、相变存储单元、真空处理设备及相变存储元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及相变存储元件、相变存储单元、真空处理设备及相变存储元件的制造 方法。
背景技术：
可将半导体存储元件归类为两种领域，即易失性存储和非易失性存储，而两种存 储都需要连续供电以维持数据。闪速存储作为非易失性存储的典型例子不需要电功率来维 持数据。因此，闪速存储最常用作非易失性存储。然而，随着闪速存储的微图案化进展，最 近提出了包括更先进的微图案化、速度和可靠性的非易失性存储技术来取代闪速存储。相变存储元件作为一种下一代技术，是能够直接覆写和快速转化的电驱动的、低 功耗的存储元件。在作为相变存储元件的两种电阻值状态的置位和复位之间的快速转化是 由相变记录材料的晶相和非晶相之间的大的电特性变换所引起的。相变记录材料的一个例 子是因相变而使电压显著变化的硫属化物材料层。对于IO12次写入，这两种相的电阻状态 具有IO2以上的电阻变化，且相变存储元件的写入计数耐久性(即闪速存储的写入计数耐 久性)高于105。此外，由于同时获得低功耗，低电压驱动，及逻辑电路，因此相变存储元件很 适合于移动技术领域中。相变存储元件的硫属化物材料层的最通常的例子是Ge2Sb2Te5 (下 文中称为“GST”)。在例如专利参考文献3和4中公开了电可编程的相变存储元件的基本 概念。参照图5-9，下文将说明相变存储元件的结构与操作。图5和6是分别显示处于晶 相和非晶相的常规相变存储元件结构的示例性截面图。图7是显示当相变存储元件结晶化和非晶化时的电脉冲时间与温度之间的关系 的坐标图。图8是显示处于晶态的硫属化物材料层的晶体结构的示例性视图。相变存储单 元具有一个选择器(选择晶体管)和一个相变存储元件(包括硫属化物材料层)。如图5 所示，硫属化物材料层707夹在上电极708和芯棒705之间。芯棒705延伸穿过下绝缘层 704，且与硫属化物材料层707和选择晶体管703电连接。通过将硫属化物材料层707加热 到大于或等于熔点的温度所产生的焦耳热将数据写入相变存储元件中。此后，如图6所示，将熔化的金属快速冷却，且这使硫属化物材料层707的覆盖芯 棒705的部位706非晶化。这是从置位到复位的转变。通过在较低温度下施加电脉冲持续 较长时间获得相反的转变。由该电脉冲产生的焦耳热将硫属化物材料层707加热到低于熔 点但显著高于非晶_结晶化转变所需的温度持续几百毫微秒。图7是通过时间与温度之间 的关系显示上述的置位_复位转变的视图。请注意，处于晶相的硫属化物材料层707呈现 两种结构，即稳定的六方结构和亚稳的岩盐(NaCl)结构。如图8所示，据最近报道，硫属化物材料层707几乎与处于非晶相的亚稳的体心立 方结构相同。这意味着，原子间键在非晶相的硫属化物材料层707中是弱的。尽管原子间键是弱的，然而共价键未受损，原子绝不移动离开其在晶格中的位置。Te的面心立方结构和 Sb周围的局部结构得以部分维持，这导致快速可靠地回复至晶相。在上述的置位_复位转 变中，处于晶相的硫属化物材料层707大概是通过亚稳态的快速结晶化所获得的亚稳岩盐 结构。下面进行了相变存储元件的读出操作。当开启选择晶体管703时，源701b到漏701a的路径得到激励，且电流从漏701a 流经硫属化物材料层707。该电流的大小根据硫属化物材料层的晶相与非晶相的电阻值之 间的差别而变化。通过使用电阻值之间的这种差别，可将存贮于相变存储元件中的值读出 为“0”或“1”。具有上述结构的相变存储元件具有以下问题，近年来出现了很多对策。首先，下绝缘层704与硫属化物材料层707之间的粘结性是弱的。在上述的相变 存储元件中，在晶相与非晶相之间转变的期间，由焦耳热施加了热应力。在此状态下，下绝 缘层704和硫属化物材料层707之间的弱粘结性成为严重的问题。为解决该问题，提出了 如下方法在硫属化物材料层707下方，插入用于增强和促进下绝缘层704与硫属化物材料 层707之间的粘结的粘结促进层711，如图9所示。所公开的粘结促进层711是由富Ti的 TiN制成的(专利参考文献8)。然而，由于TiN的约2. 5 X 10_7 Ω m的很低电阻率加热了硫属化物材料层707，因此 非晶化得到促进。如图9所示，在复位转变中非晶化的部位906延伸遍及与粘结促进层711 接触的硫属化物材料层707的整个表面。因此，当与其中硫属化物材料层707的部位706 非晶化(如在图6所示的常规结构中)的情形相比时，对于置位-复位转变需要高的电功率。为了解决功耗问题与粘结的问题，提出了选自TiOx、ZrOx, HfOx, TaOx, NbOx, CrOx, WOx和Alx的粘结促进层711 (专利参考文献1)。非专利参考文献3公开了用作相变存储元件的粘结促进层711的Ta2O5既作为粘 结促进层又作为热扩散抑制层起作用，所述热扩散抑制层用于抑制热能从硫属化物材料层 707通过芯棒705损失，接下来将对此进行说明。遗憾的是，其中公开的技术采用了隧道电流方法，在该方法中电流流经宽带隙绝 缘层，因此必须控制很薄的绝缘层和高电阻率。这在制造技术中产生了新的难题。此外，产生了另一问题，该问题涉及从硫属化物材料层707经芯棒705发生的热扩 散(热能扩散)。例如，芯棒705的材料是耐火材料如具有很低电阻率的钨。然而，作为具 有低电阻率的金属的原始性质的高热导率在置位-复位转变的期间诱发了热扩散。特别 地，在非晶化(复位转变)期间，从硫属化物材料层707经芯棒705损失的热能需要大的电 流。为了解决该问题，提出了将 TiOxNy、TiSixNy, TiAlxNy、TiOxNy> TaAlxNy, TaSixNy 和 TaOxNy 作为粘结促进层711 (专利参考文献5)。然而，热导率仍高达0. lW/cmK。换言之，热导率高 于相变存储元件的硫属化物材料层707或下绝缘层704的问题仍未得到解决。专利参考文献1 日本专利特开No. 2006-352082专利参考文献2 日本专利特开No. 2003-174144专利参考文献3 美国专利NO. 3271591专利参考文献4 美国专利NO. 3530441专利参考文献5 美国专利NO. 7023008
专利参考文献6 美国预授权公开No. 2006/0113573专利参考文献7 美国预授权公开No. 2004/0195613专利参考文献8 美国预授权公开No. 2004/0026731非专利参考文献1 :Wakiya 等人，Thin Solid Films, vol. 410，ppll4，2002非专利参考文献2 =Yang 等人，Applied Phisics Letters, Vol. 66，pp2643,1995非专利文献3 =Technical Report of IEICESDM, vol. 106，no. 593，ppl_6发明公开内容本发明待解决的问题遗憾的是，这些问题例如由硫属化物材料层与绝缘层之间的粘结所产生的功耗和 从芯棒到硫属化物材料层的热扩散、与电阻率相关的操作速度，以及制造很薄的绝缘层技 术的困难仍未得到解决，而且产生了对进一步改进的需要。解决问题的方式本发明的目的是提供具有钙钛矿层(氧化物层)的相变存储元件，且取代用于促 进硫属化物材料层和下绝缘层之间粘结的很薄的绝缘层，以及包括相变存储元件的相变存 储单元，所述钙钛矿层是由具有高电导率性质和高热绝缘性质的钙钛矿结构的材料形成 的。本发明的另一目的是提供能够制造相变存储元件或相变存储单元的真空处理设 备，以及制造例如相变存储元件的方法，该方法降低了制造钙钛矿层(氧化物层)的难度。根据本发明的相变存储元件实现了上述目的中至少一者，该相变存储元件包括钙钛矿层，其由具有钙钛矿结构的材料形成，和相变记录材料层，其位于所述钙钛矿层的至少一侧，且当通过钙钛矿层供应电流 时相变为晶态和非晶态之一。根据本发明的相变存储单元，包括上述的相变存储元件，控制电路，配置成将形成相变存储元件的相变记录材料层加热到所需温度，和导电部件，其通过形成相变存储元件的钙钛矿层将控制电路和相变记录材料层进 行电连接。根据本发明的真空处理设备，包括钙钛矿层形成室，其通过使用具有钙钛矿结构的材料在衬底上形成钙钛矿层，和相变记录材料层形成室，其在钙钛矿层形成室中形成的钙钛矿层上形成配置成相 变为晶态和非晶态之一的相变记录材料层。根据本发明的相变存储元件的制造方法，包括通过使用具有钙钛矿结构的材料形成钙钛矿层的钙钛矿层形成步骤，和形成位于钙钛矿层的至少一侧的相变记录材料层的相变记录材料层形成步骤，并 且当通过钙钛矿层供应电流时相变为晶态和非晶态之一。本发明使得能够提供具有钙钛矿层(氧化物层)的相变存储元件，以及包括该相 变存储元件的相变存储单元，所述钙钛矿层是由具有高电导率性质和高热绝缘性质的钙钛 矿结构的材料形成的。本发明还使得能够提供真空处理设备和制造例如相变存储元件的方法，该方法降低了制造钙钛矿层(氧化物层)的困难。附图简要说明并入说明书并构成其一部分的附图对本发明的实施方案进行了图解，这些附图与 说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是显示本发明的第一实施方案的相变存储单元的结构的示例性视图，其中氧 化物层插入在下绝缘层和硫属化物材料层之间；图2是显示在根据本发明第一实施方案的相变存储元件的氧化物层(LaNiO3)上 进行的X射线衍射结果的示例性视图；图3是显示在根据本发明第一实施方案的相变存储元件中，在氧化物层(LaNiO3) 的晶体结构与在氧化物层上形成的硫属化物材料层的晶体结构之间关系的示例性视图；图4是显示本发明第二实施方案的相变存储单元结构的示例性视图，其中形成于 芯棒上方的孔洞内部涂覆有氧化物层；图5是显示现有技术中相变存储单元结构的置位状态的示例性视图，其中在下绝 缘层上直接形成硫属化物材料层；图6是显示现有技术中相变存储单元结构的复位状态的示例性视图，其中在下绝 缘层上直接形成硫属化物材料层；图7是显示在现有技术中在硫属化物材料层变化至晶相和非晶相时电脉冲时间 与温度之间的关系的示例性坐标图；图8是显示在现有技术中硫属化物材料的GST的晶体结构的示例性视图；图9是显示在现有技术中硫属化物材料层的前表面相变存储单元结构的复位状 态中非晶化的示例性视图，其中在下绝缘层上直接形成硫属化物材料层；图10是显示用于制造根据本发明第三实施方案的相变存储单元的真空处理设备 结构的示例性平面图；图11是用于说明根据本发明第三实施方案处理相变存储元件的制造方法的视 图；及图12是显示相变存储单元的电路图。本发明的最佳实施方式以下将参考附图详细地以示例性方式说明本发明的优选实施方案。然而，在这些 实施方案中描述的构成要素仅仅是例子，且本发明的技术范围由所附权利要求的范围确 定，而不限于以下单个实施方案。(第一实施方案)图1是示例性地显示根据本发明第一实施方案的相变存储单元的主要部件结构 的视图。图12示例性地显示了形成RAM的相变存储单元的电路图。例如，通过在多个字线 与多个位线相交处设置相变存储单元形成了 RAM。参考图12，每个相变存储单元具有相变 存储元件与选择晶体管103。当形成相变存储单元时，通过公知的技术在衬底100的表面上 形成具有漏IOla和源IOlb的选择晶体管103。选择晶体管103用作能够将形成相变存储 元件的硫属化物材料层107 (相变记录材料层)加热到所需温度的控制装置。尽管在该实 施方案中使用了 M0SFET，但还可使用双极晶体管。请注意，在图1中未显示参比电极IOlc 等的互连。
然后，在其上形成有选择晶体管103、漏IOla和源IOlb的衬底100上形成下绝缘 层104。穿过下绝缘层104形成第一孔洞111，并将具有高导电性能的材料例如氮化钛或钨 作为芯棒105埋入在第一孔洞111中。将芯棒105延伸穿过下绝缘层104，并与选择晶体管 103和硫属化物材料层107电连接。形成硫属化物材料层107的硫属化物材料的例子是主要含有S、Se或Te的材料， 或者是主要含有S、Se或Te以及Sb与Ge中至少一种的材料。在这些材料中，优选使用主 要含有Ge、Sb或Te的材料。能够使用且特别优选使用Ge2Sb2Te5。然后，在芯棒105和下绝缘层104上，依次形成通过具有钙钛矿结构的材料形成的 钙钛矿层106 (在下文也被称为“氧化物层106”)、硫属化物材料层107、上电极层108、及由 氧化硅膜等制成的硬掩模109。可以例如通过使用氧化物靶或者氧化物靶与金属靶的结合来形成氧化物层106。 形成氧化物层106的方法的其它例子是物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积、通过使 沉积的金属化合物氧化形成氧化层的方法、以及通过在氧气氛中使金属化合物反应性溅射 形成氧化层的方法。在真空处理设备及使用真空处理设备制造相变存储元件方法(下文将 详述)中，可以通过使用这些方法之一来形成氧化物层106。例如，氧化物层106的厚度为约lOnm，且完全能够通过上述的任何氧化物层106形 成方法来形成具有此厚度的氧化物层106。当与均勻形成3nm以下薄膜的技术相比(其需 要现有技术中的很薄的绝缘膜)时，制造技术的难度显著降低。硫属化物材料层107形成于钙钛矿层106 (氧化物层106)上，且用作相变记录材 料层，该相变记录材料层在通过钙钛矿层106 (氧化物层106)加热或冷却时相变为晶态或
非晶态。然后，通过使用光刻或刻蚀(称为微图案化技术)将硬掩模109用作使氧化物层 106、硫属化物材料层107和上电极108微图案化成预定形状的掩模。最后，为了相变存储元件的电绝缘而形成了上绝缘层110。本发明的相变存储元件 使用LaNiO3 (下文将其简单称为“LN0”)作为氧化物层106，使用直流脉冲通过磁控溅射从 由LaNiO3制成的靶来形成氧化物层106。例如，压力优选为0. 9毫乇，且温度优选为300°C。 在所述条件下形成的氧化物层106的厚度为lOnm。图2是显示通过对根据本发明第一实施方案的相变存储元件的氧化物层 106 (LNO)进行X射线衍射(Θ-2Θ法)获得的测量结果的视图。图2揭示了氧化物层 106 (LNO)具有垂直于膜表面且具有良好(001)取向的钙钛矿结构。换言之，在X射线衍射 (θ-2 θ法)中在接近于2 θ =43°处出现的(200)衍射峰间接显示了(001)取向。作为 更直接的确认方法，可通过观察透射电子显微镜的截面图并检查晶格间距来确认(001)取 向。在此方法中，可通过用电子束使氧化物层106 (LNO)辐射并分析衍射图来更清楚地确认 (001)取向。当通过RBS(卢瑟福背散射光谱术)测量根据本发明第一实施方案的相变存储元 件的氧化物层106 (LNO)时，氧化物层106 (LNO)具有接近于化学计量比La Ni O = 20 20 60的原子比La Ni O = 19 22 60。通常，当材料的原子比接近于化学 计量值时，材料的电阻是低的。因此，氧化物层106 (LNO)的电阻值是低的。表1显示了通过四探针电阻测量方法测量的氧化物层106(LN0)的电阻率和热导率。在表1中请注意，对于α-TiN，TiN的电阻率为 12X10-3(Ω/m)，而对于δ-TiN，TiN 的电阻率为 5\10_3(0/!!1)。为了进行对比，显示了通过常规技术(专利参考文献2、6和 7及非专利参考文献1和2)获得的用于相变存储元件的很薄的绝缘层的特性。表1揭示了 根据本发明第一实施方案的相变存储元件的氧化物层106 (LNO)具有5 X 10_6或更小的低电 阻率，以及2. 5X 10_2(W/cmK)或更小的低热导率。表 1
LaNiO3Ta2O5TiN电阻率(Ωιη)~ 5 χ IO"6~5χ10ηδ-TiNα -TiN~ 5 χ IO"3-12 χ IO"3热导率(W/cmK)-2. 5 χ IO"2-8. 5 χ IO 20. 1 ~ 0. 3如上所述，根据本发明第一实施方案的相变存储元件的氧化物层106(LN0)相对 于通过常规技术获得的绝缘层具有低的电阻率(高电导率性质)和低的热导率(高热绝缘 性质)。氧化物层106的高热绝缘性质起到了作为抑制热从硫属化物材料层107扩散到芯 棒的屏障的重要作用，且使得能够显著降低功耗。此外，氧化物层106的高电导率维持了操 作速度，同时将相变存储元件的电阻保持为低。换言之，操作速度并不降低。具有高电导率的氧化物层106独立于氧化物层106与硫属化物材料层107之间的 隧道效应。因此，氧化物层的厚度不受限，所以形成的氧化物层可比现有技术的很薄的绝缘 层厚。这使得能够降低必须形成很薄且均勻的绝缘层的制造技术的难度。接下来，将参照图3的子图3a_3e来说明当在氧化物层106(LN0)上形成硫属化物 材料层107时氧化物层106 (LNO)与硫属化物材料层107之间的关系。图3的子图3a是显示氧化物层106 (LNO)具有钙钛矿结构的示例性视图。已知， La的晶格内距离a为0. 384nm。图3的子图3b是显示晶体结构的示例性视图，在该晶体结构中，为了便于以下说 明，从具有图3的子图3a所示的钙钛矿结构的氧化物层106 (LNO)省略了氧原子(0)。图3的子图3c是显示其中将具有钙钛矿结构(如图3的子图3b所示)的氧化物 层106(LN0)的多个晶体进行组合的状态的示意图。图3的子图3d是显示由图3的子图3c所示的平面301、302、303和304所包围的 仅一部分的示例性视图。如图3的子图3c所示，La的晶格内距离b为0. 543nm，这是通过 将距离乘以V 2获得的。还明显的是，通过将在如3的子图3c的氧化物层106 (LNO)的示 例性视图旋转45°获得了在图3的子图3d所示的氧化物层106 (LNO)的示例性视图。图3的子图3e是显示其中硫属化物材料层107形成于氧化物层106 (LNO)(如图3 的子图3d所示)土的结构的示例性视图。已知，硫属化物材料层107的Te的晶格内距离 c为0. 59nm。Te的晶格内距离c的值接近于0. 543nm，如同在图3的子图3e中所示的氧化 物层106 (LNO)的La的晶格内距离b。这表明，硫属化物材料层107易于生长在氧化物层 106 (LNO)上，且牢固地与之粘合。
从上述内容可知，硫属化物材料层107 (GST)具有晶向(001) [100]，换言之，通过 将氧化物层106(LN0)的晶向(001) [110]作为样板旋转45°而结晶化。因此，具有如图3 所示的钙钛矿结构的氧化物层106 (LNO)对于具有岩盐结构的硫属化物材料层107是良好 的样板。随着通过将氧化物层106的晶向用作样板而使硫属化物材料层107的结晶化，硫 属化物材料层107形成于氧化物层106上。这促进了硫属化物材料层107和下绝缘层104 之间通过氧化物层106的连接(接触)。这还通过氧化物层106促进了硫属化物材料层107 和芯棒105之间的连接(接触)。在如上所述的该实施方案中，能够提供具有钙钛矿层(氧化物层)的相变存储元 件，以及具有相变存储元件的相变存储单元，所述钙钛矿层是通过具有高电导率性质和高 热绝缘性质的钙钛矿结构的材料形成的。(第二实施方案)图4是显示根据本发明第二实施方案的相变存储元件的结构的示例性视图。如同 在第一实施方案中，相同的参考数字表示相同部件，并省略了详细说明。第二实施方案与第 一实施方案的区别在于氧化物层106的结构，因此将在下文对这一点进行说明。在第二实 施方案中，氧化物层106覆盖了壁114以及第二孔洞113的底部115，该第二孔洞113形成 于芯棒105上方的中间绝缘层112内。形成硫属化物材料层107以填充覆盖有氧化物层 106的第二孔洞113，且上电极层108形成于硫属化物材料层107上。在根据第二实施方案 的相变存储元件中，当硫属化物材料层107在晶相与非晶相之间变化时，第二孔洞113的尺 寸决定着所需的电功率。请注意，尽管未显示，氧化物层106还可直接连接于漏101a，而非图4所示的结构。在如上所述的该实施方案中，能够提供具有钙钛矿层(氧化物层)的相变存储元 件，以及具有相变存储元件的相变存储单元，所述钙钛矿层是通过具有高电导率性质和高 热绝缘性质的钙钛矿结构的材料形成的。(第三实施方案)参照图10和11，将在下文说明作为本发明的第三实施方案的用于制造在第一和 第二实施方案所述的相变存储元件的真空处理设备以及相变存储元件的制造方法。图10是示例性显示真空处理设备的排布的平面图。如图10所示，真空处理设备 是通过连接多个室获得的多室型设备。通过两个进料室1008和1009装载和卸载衬底100。 在预处理室1001中进行用于清洗衬底100的表面的预处理。在硬掩模形成室1002中形成 硬掩模。在上电极形成室1003中形成上电极。在硫属化物材料层形成室1004中形成硫属 化物材料层。在氧化物层形成室1005中形成氧化物层。在脱气室1006中进行用于使衬底 脱气的处理。整体地将预处理室1001、硬掩模形成室1002、上电极形成室1003、硫属化物材料 层形成室1004、氧化物层形成室1005、以及脱气室1006统称为处理室(1001至1006)。真空处理设备还包括用于连接用以在衬底100上进行预定处理的处理室(1001至 1006)的芯部室1009，以及进料室1007与1008。将单个室隔离并且可以根据需要打开与封 闭的闸阀(未示出)形成于芯部室1009和进料室1007与1008之间以及芯部室1009和处 理室(1001至1006)之间。
安置两个进料室1007和1008以便通过任选地使用两个室平行装载和负载衬底，
由此提高生产率。例如，预处理室1001包括用于在其上放置衬底的衬底台、抽空装置、气体供应 装置以及电源装置，但没有显示这些部件。例如，从硬掩模形成室1002到氧化物层形成室 1005的处理室各自包括用于在其上放置衬底的衬底台、相对于衬底台放置的靶台、放在 靶台上的靶、抽空装置、气体供应装置以及电源装置，但没有显示这些部件。例如，脱气室 1006包括用于在其上放置衬底的衬底台、抽空装置、气体供应装置以及衬底加热装置，但 没有显示这些部件。例如，芯部室1009包括抽空装置和用于传送衬底的衬底传送装置，但 没有显示这些部件。现在将说明相变存储元件制造方法的工序。图11是说明相变存储元件制造方法 的工序。可通过使用如图10所示的真空处理设备来进行该工艺。假设在先前步骤中，在待 载入真空处理设备的衬底100的表面上形成选择晶体管103、下绝缘层104和芯棒105。首先，在步骤SllOl中，安装在气氛侧的衬底传送装置(未显示)将衬底100载入 进料室1008。然后，在步骤S1102中，进料室1008的抽空装置将进料室1008抽空到预定真空度。然后，在步骤S1103中，芯部室1009的衬底传送装置将衬底从进料室1008传送到 脱气室1006，并将衬底置于衬底台。此后，抽空装置将脱气室1006抽空。衬底加热装置将 衬底加热到预定温度，由此进行脱气处理。在步骤S1104中，芯部室1009的衬底传送装置将衬底从脱气室1006传送到预处 理室1001，并将衬底置于衬底台。此后，抽空装置将预处理室1001抽空，且通过进行公知的 刻蚀技术将衬底表面刻蚀并清洗。在步骤S1105中，芯部室1009的衬底传送装置将衬底从预处理室1001载入氧化 物层形成室1005 (钙钛矿层形成室1005)，并将衬底置于衬底台。此后，抽空装置将氧化物 层形成室1005抽空。在步骤S1106中，气体供应装置以预定的流速控制预定气体，且将气体供入氧化 物层形成室1005 (钙钛矿层形成室)。电源装置将电功率输入靶，由此在氧化物层形成室 1005 (钙钛矿层形成室1005)中引起等离子体放电。当由靶溅射的溅射颗粒到达衬底表面 时，形成氧化物层。在步骤S1107中，芯部室1009的衬底传送装置将衬底从氧化物层形成室1005(钙 钛矿层形成室1005)装载到硫属化物材料层形成室1004，并将衬底置于衬底台上。此后，抽 空装置将硫属化物材料层形成室1004抽空。在步骤S1108中，气体供应装置以预定的流速控制预定气体，且将气体供入硫属 化物材料层形成室1004 (相变记录材料层形成室1004)。电源装置将电功率输入靶，由此在 硫属化物材料层形成室1004(相变记录材料层形成室1004)中引起等离子体放电。当由靶 溅射的溅射颗粒到达衬底表面时，在氧化物层上形成硫属化物材料层(相变记录材料层)。在步骤Sl 109中，衬底传送装置将衬底从硫属化物材料层形成室1004 (相变记录 材料层形成室1004)装载到上电极形成室1003，并将衬底置于衬底台上。此后，抽空装置将 上电极形成室1003抽空。
在步骤SlllO中，气体供应装置以预定的流速控制预定气体，且将气体供入上电 极形成室1003。电源装置将电功率输入靶，由此在上电极层形成室1003中引起等离子体放 电。当由靶溅射的溅射颗粒到达衬底表面时，在硫属化物材料层上形成上电极层。在步骤Sllll中，芯部室1009的衬底传送装置将衬底从上电极层形成室1003装 载到硬掩模形成室1002，并将衬底置于衬底台上。此后，抽空装置将硬掩模形成室1002抽 空。在步骤S1112中，气体供应装置以预定的流速控制预定气体，且将气体供入硬掩 模形成室1002。电源装置将电功率输入靶，由此在硬掩模形成室1002中引起等离子体放 电。当由靶溅射的溅射颗粒到达衬底表面时，在上电极层上形成硬掩模。最后，在步骤S1113中，将已经历上述预定处理的衬底从硬掩模形成室1002中卸 载，并通过芯部室1009的衬底传送装置装载到进料室1007中。然后，通过安装在气氛侧的 衬底传送装置将衬底从进料室1007中卸载并传递到后续步骤。通过从步骤SllOl到Sl 113的处理，在衬底100上形成具有相变存储元件的相变
存储单元。在如上所述的该实施方案中，能够提供制造例如相变存储元件的真空处理设备及 方法，其降低了制造钙钛矿层(氧化物层)的难度。参照附图，已在上文说明了本发明的优选实施方案。然后，本发明不限于这些实施 方案，且可在所附权利要求范围的描述中的技术范围内改变成各种形式。本发明不限于上述实施方案，且可进行各种改变和修改而不背离本发明的精神和 范围。因此，为了公开本发明范围，附上以下权利要求。
权利要求
相变存储元件，包含钙钛矿层，其由具有钙钛矿结构的材料形成，和相变记录材料层，其位于所述钙钛矿层的至少一侧，且当通过所述钙钛矿层供应电流时相变为晶态和非晶态之一。
2.权利要求1的相变存储元件，其中所述相变记录材料层包括硫属化物材料。
3.权利要求1的相变存储元件，其中所述钙钛矿层包括选自SrLaTi03、CaYTi03、 CaNdTiO3、LaNiO3、SrCaLaRuO3、NdNiO3、LaBaSnO3、LaTiO3、CaRuO3、CaMoO3、SrRuO3、BaMoO3、 CaCrO3> SrMoO3 和 SrCrO3 中的一者。
4.权利要求1的相变存储元件，其中通过将所述钙钛矿层的晶向用作样板使所述相变 记录材料层在所述钙钛矿层上结晶化。
5.权利要求1的相变存储元件，其中使用高频电源和脉冲电源通过磁控溅射从氧化物 靶形成所述钙钛矿层。
6.权利要求1的相变存储元件，其中通过溅射氧化物靶与金属靶的组合来形成所述钙 钛矿层。
7.权利要求1的相变存储元件，其中通过物理气相沉积、化学气相沉积和原子层沉积 中的一种形成所述钙钛矿层。
8.权利要求1的相变存储元件，其中通过使沉积的金属化合物氧化形成所述钙钛矿层。
9.权利要求1的相变存储元件，其中通过在氧气氛中反应性溅射金属化合物形成所述 钙钛矿层。
10.权利要求1所述的相变存储元件，其中所述钙钛矿层具有不大于5Χ10_6(Ωπι)的 电阻率，以及不大于2. 5X10_2(W/CmK)的热导率。
11.相变存储单元，包含权利要求1-10中任一项所述的相变存储元件；控制电路，其配置成将形成所述相变存储元件的相变记录材料层加热到所需温度，和导电部件，其通过形成所述相变存储元件的钙钛矿层将所述控制电路和所述相变记录 材料层进行电连接。
12.真空处理设备，包含钙钛矿层形成室，其通过使用具有钙钛矿结构的材料在衬底上形成钙钛矿层；及相变记录材料层形成室，其在所述钙钛矿层形成室中形成的钙钛矿层上形成配置成相 变为晶态与非晶态之一的相变记录材料层。
13.相变存储元件的制造方法，包括通过使用具有钙钛矿结构的材料形成钙钛矿层的钙钛矿层形成步骤；及形成相变记录材料层的相变记录材料层形成步骤，该相变记录材料层位于钙钛矿层的 至少一侧，并在通过钙钛矿层供应电流时相变为晶态与非晶态之一。
全文摘要
相变存储元件，包含由具有钙钛矿结构的材料形成的钙钛矿层，和相变记录材料层，其位于所述钙钛矿层的至少一侧，且当通过所述钙钛矿层供应电流时相变为晶态和非晶态之一。
文档编号H01L45/00GK101911296SQ20088012491
公开日2010年12月8日 申请日期2008年6月18日 优先权日2008年6月18日
发明者崔永硕, 恒川孝二 申请人:佳能安内华股份有限公司