專利名稱：用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微電子技術(shù)領(lǐng)域的相變薄膜材料及制備方法，更確切的說是 一種由鋁-銻-碲的混合物組成的相變薄膜材料及制備方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體市場(chǎng)中，存儲(chǔ)器占有重要席位，僅DRAM和FLASH兩種就占了整個(gè)市場(chǎng) 的15%，隨著便攜式電子設(shè)備的逐步普及，非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的市場(chǎng)將會(huì)不斷擴(kuò)大，消費(fèi)者們 對(duì)存儲(chǔ)器容量、速度等各方面的要求也會(huì)逐漸升高，而作為非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的主流存儲(chǔ)器， FLASH技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到瓶頸，隨著集成電路的不斷發(fā)展，F(xiàn)LASH的技術(shù)弱點(diǎn)開始變得突 出。寫入速度慢，寫入電壓高、循環(huán)次數(shù)有限等缺點(diǎn)直接限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。所以急需要 一種新的存儲(chǔ)技術(shù)來代替，使得存儲(chǔ)技術(shù)能都繼續(xù)穩(wěn)步地朝著小尺寸方向發(fā)展。相變存儲(chǔ)技術(shù)是近幾年才興起的一種新概念存儲(chǔ)技術(shù)，它利用相變薄膜材料作為 存儲(chǔ)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，具有廣闊的應(yīng)用前景，是目前存儲(chǔ)器研究的一個(gè)熱點(diǎn)，被認(rèn)為最 有希望成為下一代主流存儲(chǔ)器。相變薄膜材料大都含有硫族元素，故而又稱為硫系化合物 隨即存儲(chǔ)器。被認(rèn)為是兼具高速、高密度、低功耗、高可靠性、低成本等諸多性能的半導(dǎo)體存 儲(chǔ)器。硫系化合物隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)功能是靠相變材料在外部能量作用下產(chǎn)生非晶與多晶 之間的可逆相變來實(shí)現(xiàn)的，硫系化合物在非晶態(tài)時(shí)是高阻，在多晶態(tài)時(shí)是低阻態(tài)，相變就是 利用高低電阻態(tài)之間的電阻差來實(shí)現(xiàn)“ 0 ”和“ 1 ”的存儲(chǔ)的。在相變存儲(chǔ)器中，Ge2Sb2I^5是典型的相變材料，但在應(yīng)用當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，Ge2Sb2I^5M 料在相變時(shí)有較大的密度變化，結(jié)晶速度不佳，一般為幾百ns，這會(huì)影響到擦寫速度和器 件可靠性，另外其結(jié)晶溫度較低，為160°C左右，這使得其在高溫下應(yīng)用存在困難。可見， Ge2Sb2Te5并不是最優(yōu)秀的相變材料，特別是征對(duì)某些特定環(huán)境要求的應(yīng)用。綜上所述，研究開發(fā)新的相變材料使器件同時(shí)具有操作速度快、高可靠性、高密 度、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、低成本等多種優(yōu)點(diǎn)或者在單方面應(yīng)用上具有突出性能，成為目前急需解決 的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變 材料及其制備方法，該材料熱穩(wěn)定性好、結(jié)晶速度快、低功耗、與COMS工藝兼容。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料，是一種由鋁、銻、碲三種元素組 成的混合物。優(yōu)選地，該相變材料的通式為Alx (SVTe1)1I，其中0 < χ彡0. 85，0. 67彡y彡7。優(yōu)選地，該相變材料中的鋁、銻、碲三種元素兩兩成鍵，組成三元體系。優(yōu)選地，該相變材料中的鋁元素和銻元素之間成鍵，形成AlSb半導(dǎo)體。優(yōu)選地，該相變材料采用電脈沖作用實(shí)現(xiàn)電阻率的可逆轉(zhuǎn)變。
本發(fā)明還提供了一種上述用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料的制備方 法采用磁控濺射制備Alx(SbyTe1)1I相變材料，其中0 < χ彡0. 85，0. 67彡y彡7。優(yōu)選地，在磁控濺射中采用多靶共濺射的方法；例如，采用Al靶和Sb-Te合金靶共 濺射，或者用Al靶、Sb靶和Te靶三靶共濺射；當(dāng)然還可以直接用做好的Al-Sb-Te合金靶 單靶濺射。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明所提供的Al-Sb-Te系列相變材料可以通過外部電脈沖來實(shí)現(xiàn)高低阻態(tài)的 可逆相變，利用前后阻值差異實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。其作為存儲(chǔ)材料在電脈沖的作用下可逆相變 前后有明顯的高低阻態(tài)之分，差值較大，便于外部電路輕松地分辨“0”或“1”，是較為理想 的相變存儲(chǔ)材料。該Al-Sb-Te系列相變材料沒有固定任何兩種元素的比例，可調(diào)性非常強(qiáng)，有利于 找到各方面性能優(yōu)良的相變材料組分。通過調(diào)節(jié)三種元素的含量可以得到不同結(jié)晶溫度、 熔點(diǎn)和結(jié)晶激活能的存儲(chǔ)材料；可以使材料相變前后電阻差值大幅度提高。其中，鋁、銻、 碲三種元素能夠兩兩成鍵，組成三元體系，并且具有統(tǒng)一的結(jié)晶溫度點(diǎn)。Al元素和Sb元素 之間可以形成AlSb半導(dǎo)體，加強(qiáng)了材料的熱穩(wěn)定性，有助于提高激活能和數(shù)據(jù)保持力?？?見，該材料在相變前后具有較小的體積變化，相變時(shí)有較快的結(jié)晶速度，而且具有較好的數(shù) 據(jù)保持力，能夠在高溫下較穩(wěn)定地工作。此外，由于Al元素是微電子應(yīng)用中的常用元素，工藝成熟，這使該Al-Sb-Te系列 相變材料與COMS有很好的兼容性。


圖1為實(shí)施例中不同組分Alx (SbyTe1)1I相變薄膜方塊電阻隨溫度變化關(guān)系曲線；圖加和圖2b分別為實(shí)施例中Ala % (Sb0.83Τθι) ο. 42和Sba 83Τθι相變薄膜在不同退火 溫度下XRD曲線。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，但本發(fā)明 決非僅局限于所述的實(shí)施例。本發(fā)明提出的一種用于相變存儲(chǔ)器的鋁-銻-碲材料，其組成通式為 Alx(SbyTe1)1Y其中通式中Al的含量不能超過85%，即是說χ的取值范圍優(yōu)先推薦0 <x^0. 85，Sb和Te的比例也被控制在一定范圍內(nèi)，優(yōu)先推薦0. 67 < y < 7，是一種含有 鋁、銻、碲三種元素的混合物薄膜，其制備的方法多樣?？梢杂么趴貫R射、PLD、電子束蒸發(fā)等 多種方法制備。其中，用磁控濺射法制備薄膜相對(duì)更為靈活，可以用Al、Sb、Te三靶共濺射 的方法，通過控制三個(gè)靶位電源功率可以實(shí)現(xiàn)組分的調(diào)節(jié)，也可以用Al和Sb-Te合金靶進(jìn) 行共濺射制備薄膜，還可以直接用做好的Al-Sb-Te合金靶單靶濺射，通過這些方法可以用 來制備各種組分的Al-Sb-Te系列相變材料。實(shí)施例一本實(shí)施例通過制備Alx (SbyTe1) ^x相變材料，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試來進(jìn)一步說明本發(fā)明 的技術(shù)方案。具體的制備方法如下
(1)利用磁控濺射中的雙靶共濺射法同時(shí)在普通硅襯底和熱氧化后的硅襯底上制 備Al-Sb-Te薄膜，本底真空度為1.8\10-4 濺射時(shí)的氬氣氣壓為0.21 &在以上條件下 制備了三種組分的薄膜材料。每種組分的參數(shù)如下表所示
電源功率Ar(sccm)長(zhǎng)膜時(shí)間(min) 膜厚(nm)組分速率(nm/rdn)Sb0 83Tel -RF20w2030/120SK 3Tei4Al-DC 15w Sbos3Tel -RF20w2030/150乂'0.58 (Sb Ii3Tei )0425Al-DC 15w Sbo siTel -RF20w Sb- RF20w2030/210Al0 75 (Sb36Tei)0257(2)將長(zhǎng)在氧化片上且未做退火處理的Alx (SVTe1) h薄膜材料做原位電阻測(cè)試， 如圖1所示，發(fā)現(xiàn)Sba83Te1材料沉積態(tài)電阻已經(jīng)很低，摻入Al元素后，相變薄膜晶態(tài)和非晶 態(tài)電阻變化明顯增加，其中Ala 58 (Sba83Te1) 0.42材料電阻變化高于106，這對(duì)高低電阻的辨別 相當(dāng)有用。另外，Alx(SbyTe1)1I材料不僅有較高的非晶態(tài)電阻和熱穩(wěn)定性，而且在結(jié)晶點(diǎn)附 近，其相變速度也得到大幅度提升。(3)將得到的釙Cl83TedPAla58(Sba83Te1)a42薄膜材料在高純氮?dú)鈿夥罩杏貌煌瑴?度退火5分鐘，退火得到的薄膜進(jìn)行XRD測(cè)試，如圖2a-2b所示，可以發(fā)現(xiàn)Sba83Te1材料常溫 下就已經(jīng)結(jié)晶，而Ala58 (Sba83Te1)a42M料晶體結(jié)構(gòu)在200°C以后才發(fā)生明顯變化，這預(yù)示著 其結(jié)晶溫度將會(huì)高于200°C，相比于傳統(tǒng)的Ge2Sb2I^5薄膜材料來說，其結(jié)晶溫度明顯提升， 其熱穩(wěn)定性也較Ge2Sb2I^5有了相應(yīng)的提高，說明該材料有一定的市場(chǎng)前景。綜上所述，本發(fā)明所述的用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料相變前后具 有較小的體積變化，相變時(shí)有較快的結(jié)晶速度，而且具有較好的數(shù)據(jù)保持力，能夠在高溫下 較穩(wěn)定地工作。且其在電脈沖的作用下能夠?qū)崿F(xiàn)可逆相變，相變前后有高低阻態(tài)之分，差值 較大，便于外部電路輕松地分辨“0”或“ 1 ”，是一種較為理想的相變存儲(chǔ)材料。這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例 中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí) 施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明 的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他基底、 材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn) 行其他變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料，其特征在于該材料是一種由鋁、 銻、碲三種元素組成的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料，其特征在于該相 變材料的通式為Alx (SVTe1) h，其中0 < χ彡0. 85，0. 67彡y彡7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料，其特征在于該相 變材料中的鋁、銻、碲三種元素兩兩成鍵，組成三元體系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料，其特征在于該相 變材料中的鋁元素和銻元素之間成鍵，形成AlSb半導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料，其特征在于該相 變材料采用電脈沖作用實(shí)現(xiàn)電阻率的可逆轉(zhuǎn)變。
6.一種用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料的制備方法，其特征在于采用磁控 減射制備Alx (SbyTe1)^相變材料，其中0 < χ彡0. 85，0. 67彡y彡7。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料的制備方法，其特征 在于在磁控濺射中采用多靶共濺射的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料及其制備方法。該相變材料是一種由鋁、銻、碲三種元素組成的混合物，其通式為Alx(SbyTe1)1-x，其中0＜x≤0.85，0.67≤y≤7，可采用磁控濺射的方法制備。所述的材料在外部作用下為電驅(qū)動(dòng)。通過調(diào)節(jié)化合物中三種元素的含量可以得到不同結(jié)晶溫度、熔點(diǎn)和結(jié)晶激活能的存儲(chǔ)材料。由于鋁、銻、碲三種元素之間可以兩兩成鍵，因而可調(diào)性非常強(qiáng)，使得其在相當(dāng)大的范圍內(nèi)都具有相變特性。適當(dāng)調(diào)節(jié)中元素比例，得到的材料比傳統(tǒng)的材料有更高的結(jié)晶溫度、更好的熱穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)保持力和較低的熔點(diǎn)，而且繼承了的快速相變能力。另外Al元素是微電子應(yīng)用中的常用元素，工藝成熟，與COMS兼容性好。
文檔編號(hào)C23C14/35GK102134698SQ20101061949
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者劉波, 吳良才, 周夕淋, 宋志棠, 彭程, 朱敏, 饒峰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所