[發明專利]相變材料的制備方法

無效

• 申請號: 201110376922.9
• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN102386327A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 宋志棠;夏夢姣;饒峰;劉波;封松林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種相變存儲技術，特別地，更涉及一種應用于相變存儲器的相變材料的制備方法。

背景技術

隨著消費者對數據存儲要求的越來越高，傳統的數據存儲設備已經不能滿足市場日益增長的需要，新型存儲器不斷涌現，例如，相變存儲器，鐵電存儲器，RRAM(電阻隨機存儲)等。相變存儲器(PC-RAM)是近年來興起的一種非揮發半導體存儲器，其是基于Ovshinsky在20世紀60年代末(Phys.Rev.Lett.，21，1450～1453，1968)70年代初(Appl.Phys.Lett.，18，254～257，1971)提出的相變薄膜可以應用于相變存儲介質的構想建立起來的，是一種價格便宜、性能穩定的存儲器件。相變存儲器可以做在硅晶片襯底上，其關鍵材料是可記錄的相變材料薄膜、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與多晶態之間發生可逆相變，通過分辨非晶態時的高阻與多晶態時的低阻，可以實現信息的寫入、擦除和讀出操作。

與目前已有的多種半導體存儲技術相比，相變存儲器具有低功耗，高密度、抗輻照、非易失性、高速讀取、高可擦寫次數(＞10¹³次)、器件尺寸可縮性(納米級)，耐高低溫(-55℃至125℃)、功耗低、抗振動、抗電子干擾和制造工藝簡單(能和現有的集成電路工藝相匹配)等優點，是目前被工業界廣泛看好的下一代存儲器中最有力的競爭者，擁有廣闊的市場前景。

相變存儲器(PC-RAM)以硫系化合物為存儲介質，在相變存儲器研發中，常用的相變材料主要有Ge₂Sb₂Te₅、Si₂Sb₂Te₆等鍺-銻-碲(Ge-Sb-Te，GST)系列相變材料系列。具體地，可以利用電脈沖或光脈沖產生的焦耳熱使相變材料在非晶態(高阻)與晶態(低阻)之間發生可逆相變而實現數據的寫入和擦除，數據的讀出則通過測量電阻的狀態來實現。如授權公告號為CN100590903C中國發明專利文獻揭示了一種用于相變存儲器的Si-Te-Sb系列相變薄膜材料。

然而，實驗證明，SiSb_xTe_1-x系列的相變材料在結晶(SET)態是非晶Si和SbTe晶體的復合相，由于非晶Si在500℃至600℃仍然不能結晶，且非晶態Si存在許多缺陷(如空位、微空洞、懸掛鍵等)，使得SiSb_xTe_1-x系列的相變材料不穩定，從而造成基于所述相變材料的相變存儲器在性能穩定性及可擦寫次數上表現欠佳。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微晶Si-Sb_xTe_1-x復合相變材料的制備方法，用于解決現有技術中Si-Sb_xTe_1-x系列的相變材料在為非晶Si和SbTe晶體的復合相的情況下，相變材料不穩定，使得相變存儲器在性能穩定性及可擦寫次數上表現欠佳的問題。

本發明提供一種相變材料的制備方法，提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成非晶Si-Sb_xTe_1-x材料層，其中0.1≤x≤0.9；在所述非晶Si-Sb_xTe_1-x復合材料的結晶溫度之上，對所述Si-Sb_xTe_1-x執行第一次退火工藝，使得其中的非晶Si和Sb_xTe_1-x晶體形成分相；將退火后分相的非晶Si與Sb_xTe_1-x晶體的復合材料置于氫氣氛中執行第二次退火工藝，使其中的非晶Si轉變為微晶Si以形成微晶Si-Sb_xTe_1-x復合相變材料；對所述微晶Si-Sb_xTe_1-x復合相變材料執行加熱退火脫氫工藝。

可選地，形成所述非晶Si-Sb_xTe_1-x材料層的方法為物理氣相沉積PVD工藝。

可選地，對所述Si-Sb_xTe_1-x層執行第一次退火工藝包括：將所述Si-Sb_xTe_1-x層置于氮氣氛中，退火溫度為250攝氏度至450攝氏度，退火時間為3分鐘至5分鐘。