專利名稱：用于相變存儲器的相變材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造材料領域，特別是涉及用于制造電阻轉換相變存儲器的存儲介質材料。
背景技術：
存儲器是目前半導體市場的重要組成部分，是信息技術的基石，無論在生活中還是在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重要的作用。目前，存儲器的存儲產(chǎn)品主要有閃存，磁盤、動態(tài)存儲器，靜態(tài)存儲器等。其他非易失性技術鐵電體RAM、磁性RAM、碳納米管RAM、電阻式RAM、銅RAM (Copper Bridge)、全息存儲、單電子存儲、分子存儲、聚合物存儲、賽道存儲(RacetrackMemory)、探測存儲(Probe Memory)等作為下一代存儲器的候選者也受到了廣泛的研究。這些技術各有各的特色，但大都還處于理論研究或者初級試驗階段，距離大范圍實用還非常遙遠。而目前相變存儲器已經(jīng)走出實驗室，走向了市場。繼Numonyx宣布出貨Omneo系列相變存儲芯片后，三星也宣布推出了首款多芯片封裝512Mbit相變存儲顆粒產(chǎn)品。目前對相變存儲器的期望是取代消費電子領域中的NOR型閃存。相變存儲器的基本原理是利用期間中存儲材料在高電阻和低電阻之間的可逆轉變來實現(xiàn)“I”和“O”的存儲。通過利用電信號控制實現(xiàn)存儲材料高電阻的連續(xù)變化可以實現(xiàn)多級存儲，從而大幅提高存儲器的信息存儲能力。在相變存儲器中，利用了相變材料在非晶和多晶之間的可逆轉變來實現(xiàn)上述的電阻變化。常用的相變存儲材料體系主要是碲基材料，如Ge-Sb-Te、Si_Sb_Te、Ag-1n-Sb-Te等。特別是GST(Ge-Sb-Te)已經(jīng)廣泛應用于相變光盤和相變存儲器。但也存在如下問題1，結晶溫度較低，芯片陳列中相鄰單元串擾問題嚴重，面臨著數(shù)據(jù)丟失的危險，制約了其應用領域；2，熱穩(wěn)定性不好，數(shù)據(jù)保持力得不到保證；3，相變速度有待進一步提高，有研究表明基于GST的相變存儲器實現(xiàn)穩(wěn)定RESET操作的電脈沖至少為500納秒，無法滿足動態(tài)隨機存儲器的速度要求。這需要探索具有更快相變速度的存儲材料。 Al-Sb-Te系列材料作為相變存儲材料到目前為止還未被深入的研究。相比傳統(tǒng)的Ge-Sb-Te材料，Al-Sb-Te具有更好的熱穩(wěn)定性，更快的相轉變速度和更小的操作電流等優(yōu)點。但是，如何提供一種在結晶狀態(tài)下的不產(chǎn)生不穩(wěn)定的Te元素分相，保障了該材料反復相變之后的均勻性，有益于提高基于該材料的相變存儲器的循環(huán)操作壽命的相變材料，是當前技術領域需要解決的問題。

發(fā)明內容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種用于相變存儲器的相變材料，以使其具有更簡單的晶態(tài)相組成，能夠抑制不穩(wěn)定Te分相的出現(xiàn)，有益于提高此材料反復相變之后的元素均勻性，提升基于Al-Sb-Te材料的存儲器的循環(huán)操作壽命。為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種用于相變存儲器的相變材料，所述相變材料由Al，Sb，Te元素組成的通式為Al1(l(l_x_ySbxTey的材料，其中，40 ^ x < 100，y< 60。優(yōu)選地，所述Al 1(l(l_x_ySbxTey材料中，Sb與Te的原子數(shù)之比大于2 3，所述Al100_x_ySbxTey材料為富Sb的Al-Sb-Te材料，所述富Sb的Al-Sb-Te材料在結晶狀態(tài)下的沒有產(chǎn)生不穩(wěn)定的Te元素分相。優(yōu)選地，所述Al1(l(l_x_ySbxTey材料通過物理氣相沉積、化學氣相沉積、電鍍、溶膠凝膠、或金屬有機物沉積手段制備。如上所述，本發(fā)明的用于相變存儲器的相變材料，具有以下有益效果本發(fā)明提供的Al-Sb-Te系列相變材料作為相變存儲器中的存儲介質，可以在電信號作用下實現(xiàn)高低阻值之間的轉換。基于Al-Sb-Te系列相變材料的相變存儲器在電信號的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te傳統(tǒng)相變材料的器件低阻值，滿足了低功耗的需求。并且Al-Sb-Te基相變存儲器在循環(huán)擦寫IO7次之后仍維持了正常的高低阻差別，體現(xiàn)出器件的循環(huán)使用壽命長。富Sb的Al-Sb-Te材料在結晶狀態(tài)下的沒有產(chǎn)生不穩(wěn)定的Te元素分相，保障了該材料反復相變之后的均勻性，有益于提高基于該材料的相變存儲器的循環(huán)操作壽命。


圖1顯示為本發(fā)明的富Sb的Al-Sb-Te材料在高溫退火之后的XRD分析示意圖。圖2顯示為富Te的Al-Sb-Te材料在高溫退火之后的XRD分析示意圖。圖3顯示為基于富Te的Al-Sb-Te材料的相變存儲器的電操作示意圖。圖4顯示為基于本發(fā)明的富Sb的Al-Sb-Te材料的相變存儲器的疲勞曲線示意圖。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式
加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。本發(fā)明提供一種用于相變存儲器的相變材料，所述相變材料由Al，Sb，Te元素組成的通式為 Al1QQ_x_ySbxTey 的材料，其中，40 < X < 100,y < 60。優(yōu)選地，所述 Al1(l(l_x_ySbxTey材料中，Sb與Te的原子數(shù)之比大于2 3，所述Al1(l(l_x_ySbxTey材料為富Sb的Al-Sb-Te材料，且所述富Sb的Al-Sb-Te材料在結晶狀態(tài)下的沒有產(chǎn)生不穩(wěn)定的Te元素分相。所述Al1(l(l_x_ySbxTey材料在電信號操作下可以實現(xiàn)高低阻值的反復轉換，并在沒有操作信號的情況下維持阻值不變。優(yōu)選地，所述Al1(l(l_x_ySbxTey材料通過物理氣相沉積、化學氣相沉積、電鍍、溶膠凝膠、或金屬有機物沉積等手段制備。請參閱圖1，顯示為本發(fā)明的富Sb的Al-Sb-Te材料在高溫退火之后的XRD分析示意圖。如圖所示，晶態(tài)的富Sb的Al-Sb-Te材料中含Al2Te3和Sb2Te3結晶相，并未出現(xiàn)Te分相，換言之，作為存儲介質的相變材料Al1(l(l_x_ySbxTey處于晶態(tài)時不出現(xiàn)不穩(wěn)定的Te元素分相。請參閱圖2，圖2顯示為富Te的Al-Sb-Te材料在高溫退火之后的XRD分析示意圖。如圖所示，晶態(tài)的富Te的Al-Sb-Te材料中含Te和Sb2Te3結晶相。富Te的Al-Sb-Te材料中Te元素的相分離會導致該材料均勻性下降，影響該相變材料所制備成的相變存儲器的操作參數(shù)的一致性和循環(huán)操作的穩(wěn)定性，是不利的表現(xiàn)。Sb-Te合金相圖顯示當Sb和Te原子數(shù)目比為2 : 3時,該合金能形成一個穩(wěn)定的相。Sb2Te3是Sb-Te體系中不出現(xiàn)Te元素偏析但是Te元素含量最高的合金。所以我們確定了合適的Al-Sb-Te相變材料中Sb和Te元素的原子數(shù)目比應該大于等于2 3。請參閱圖3，圖3顯示為基于富Te的Al-Sb-Te材料的相變存儲器的電操作示意圖。如圖所示，本發(fā)明的富Te的Al-Sb-Te材料的相變存儲器能在電脈沖操作下進行IO4以上的擦寫操作，基于Al-Sb-Te材料的相變存儲器低阻態(tài)電阻(IO4歐姆)高于基于傳統(tǒng)Ge-Sb-Te材料的相變存儲器的低阻(IO3歐姆)，降低了寫操作所需的電流，以利于降低功耗。請參閱圖4，圖4顯示為基于本發(fā)明的富Sb的Al-Sb-Te材料的相變存儲器的疲勞曲線示意圖。如圖所示，基于富Sb的Al-Sb-Te材料的相變存儲器能在電脈沖操作下進行IO7以上的擦寫操作，明顯優(yōu)于基于富Te的Al-Sb-Te材料的相變存儲器。在IO7次循環(huán)或者更高的循環(huán)操作之后仍有明顯的高低電阻阻值差異，保證器件的循環(huán)壽命長。綜上所述，本發(fā)明提供的Al-Sb-Te系列相變材料作為相變存儲器中的存儲介質，可以在電信號作用下實現(xiàn)高低阻值之間的轉換?；贏l-Sb-Te系列相變材料的相變存儲器在電信號的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te傳統(tǒng)相變材料的器件低阻值，滿足了低功耗的需求。并且Al-Sb-Te基相變存儲器在循環(huán)擦寫IO7次之后仍維持了正常的高低阻差別，體現(xiàn)出器件的循環(huán)使用壽命長。富Sb的Al-Sb-Te材料在結晶狀態(tài)下的沒有產(chǎn)生不穩(wěn)定的Te元素分相，保障了該材料反復相變之后的均勻性，有益于提高基于該材料的相變存儲器的循環(huán)操作壽命。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。上述實施例僅 例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種用于相變存儲器的相變材料，其特征在于所述相變材料由Al，Sb，Te元素組成的通式為 Al1QQ_x_ySbxTey 的材料，其中，40 ^ X < 100，y < 60。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于相變存儲器的相變材料，其特征在于所述 AlLrySbxTeyMW中，Sb與Te的原子數(shù)之比大于2 3。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的用于相變存儲器的相變材料，其特征在于所述 Al100_x_ySbxTey 材料為富 Sb 的 Al-Sb-Te 材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于相變存儲器的相變材料，其特征在于所述富Sb的 Al-Sb-Te材料在結晶狀態(tài)下的沒有產(chǎn)生不穩(wěn)定的Te元素分相。
5.根據(jù)權利要求3所述的用于相變存儲器的相變材料，其特征在于所述 Al1(l(l_x_ySbxTey材料通過物理氣相沉積、化學氣相沉積、電鍍、溶膠凝膠、或金屬有機物沉積手段制備。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于相變存儲器的相變材料，所述相變材料由Al，Sb，Te元素組成的通式為Al100-x-ySbxTey的材料，其中，40≤x＜100，y＜60。本發(fā)明提供的Al-Sb-Te系列相變材料作為相變存儲器中的存儲介質，可以在電信號作用下實現(xiàn)高低阻值之間的轉換?；贏l-Sb-Te系列相變材料的相變存儲器在電信號的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te傳統(tǒng)相變材料的器件低阻值，滿足了低功耗的需求。并且Al-Sb-Te基相變存儲器在循環(huán)擦寫107次之后仍維持了正常的高低阻差別，體現(xiàn)出器件的循環(huán)使用壽命長。本發(fā)明的富Sb的Al-Sb-Te材料在結晶狀態(tài)下的沒有產(chǎn)生不穩(wěn)定的Te元素分相，保障了該材料反復相變之后的均勻性，有益于提高基于該材料的相變存儲器的循環(huán)操作壽命。
文檔編號H01L45/00GK103050621SQ20111030681
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權日2011年10月11日
發(fā)明者任堃, 饒峰, 宋志棠, 彭程, 宋宏甲, 劉波 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所