[發明專利]用于相變存儲器的SiSb基相變薄膜材料

無效

• 申請號: 200710044701.5
• 申請日: 2007-08-09
• 公開（公告）號: CN101132049A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發明（設計）人: 馮潔;張胤;蔡炳初;陳邦明
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;硅存儲技術公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;G11C11/56;C22C12/00;G11B7/243
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種微電子技術領域的材料，具體是一種用于相變存儲器的SiSb基相變薄膜材料。

背景技術

相變存儲器技術的基本原理是利用相變薄膜材料作為存儲介質，相變薄膜在非晶態和晶態時電阻率有很大的差異，采用編程的電脈沖可以使相變薄膜在非晶態和晶態之間可逆的轉換，從而使相變存儲單元在高阻和低阻之間可逆的轉變。而且存儲單元的狀態是非易失性的，即當設置為任意一個狀態時，即使切斷電源，存儲單元仍保持為該狀態的電阻值，除非重新設置存儲單元的狀態。存儲單元由電介質材料定義的細孔所限定，相變薄膜沉積在細孔中，相變薄膜在細孔的兩端上連接電極。電極接觸使電流通過該通道產生焦耳熱對該單元進行編程，或者讀取該單元的電阻狀態。Ovshinsky在1991年提出了基于電信號的可擦寫相變存儲器的專利(美國專利No.5166758)，并且提出硫族化物Ge-Sb-Te合金薄膜作為相變存儲器的存儲介質。直至目前為止，相變存儲器的典型相變介質都是硫族化物合金Ge-Sb-Te薄膜，一種特別適合的材料是Ge₂₂Sb₂₂Te₅₆(即Ge₂Sb₂Te₅)薄膜。

經對現有技術的文獻檢索發現，由于Sb基合金相變的生長驅動特性和高速晶化的特點，Ge，In，Ag，等元素摻雜的Sb-Te合金是另一類重要的高速相變材料，已經在相變光盤中得到了應用。Lankhorst等人在Nature?Materials，2005年第4卷347頁上首次報道了在相變存儲器中采用摻雜的SbTe薄膜作為存儲介質，降低了器件功耗并縮短了編程時間。但是Ge-Sb-Te薄膜和摻雜的Sb-Te合金這兩類相變材料都包含元素Te，而元素Te及其化合物都是有毒的，對環境不利。而且采用半導體集成電路常用的化學汽相沉積工藝(CVD)制備Te及其合金薄膜非常困難，目前還沒有形成成熟的工藝。因此，目前對于含有Te的合金薄膜通常都只能采用物理方法如，濺射、蒸發的方法制備。但是采用物理方法成膜對于器件中臺階的覆蓋能力不如CVD方法好。尤其是隨著器件尺寸縮小到納米尺度，臺階覆蓋的問題將變得更為重要。

器件中的相變薄膜在存儲過程中要反復經歷熔化、迅速冷卻形成非晶態、受熱結晶形成晶態的循環過程。在這個過程中，相變薄膜的厚度會發生變化，如果變化過大，將影響到相變薄膜和電極或其它膜層的接觸，從而影響器件的穩定性。常用Ge₂Sb₂Te₅薄膜在非晶態和晶態的厚度變化比較大(6.8％)，不利于器件長期穩定的工作。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種環境友好的用于相變存儲器的SiSb基相變薄膜材料，使其用于相變存儲器和相變光盤中作為存儲介質。采用SiSb基相變薄膜能提高相變存儲器和相變光盤的編程速度(寫入速度)，同時提高器件穩定性和循環壽命。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明所述的SiSb基相變薄膜材料，其組分為(Si_xSb_1-x)_1-yM_y，其中元素M可以是0元素或N元素或它們的混合物，摻雜元素M的含量y是0-15％原子百分比，Si含量x為5-90％原子百分比。

所述SiSb基相變薄膜材料中，當摻雜元素M的含量y為零時，相變薄膜材料的組分為Si_xSb_1-x，其中Si含量x為5-90％原子百分比，進一步，可以優選Si含量x為10-60％原子百分比。

本發明的SiSb基相變薄膜可以采用多靶共濺射的方法制備，各種元素分別對應不同的靶，通過在每個靶上施加不同的功率可以控制最終薄膜的成分。SiSb基相變薄膜也可以采用濺射合金靶的方式制備，即首先制備相應成分的硫族化物合金靶材，再通過濺射合金靶得到所需成分的薄膜。SiSb基相變薄膜還可以采用化學汽相沉積方法(CVD)制備。還可以采用蒸發、或電子束蒸發來制備SiSb基相變薄膜，還可以對相應的元素材料進行共蒸發或脈沖激光沉積等其它的薄膜沉積方法來制備SiSb基相變薄膜。SiSb基相變薄膜還可以通過對Sb薄膜中離子注入Si來實現。氧摻雜或氮摻雜的SiSb基合金薄膜可以通過在一定的氧氣分壓或氮氣分壓下進行反應濺射的方法實現。