[发明专利]相变材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变存储技术，特别地，更涉及一种应用于相变存储器的相变材料的制备方法。

背景技术

随着消费者对数据存储要求的越来越高，传统的数据存储设备已经不能满足市场日益增长的需要，新型存储器不断涌现，例如，相变存储器，铁电存储器，RRAM(电阻随机存储)等。相变存储器(PC-RAM)是近年来兴起的一种非挥发半导体存储器，其是基于Ovshinsky在20世纪60年代末(Phys.Rev.Lett.，21，1450～1453，1968)70年代初(Appl.Phys.Lett.，18，254～257，1971)提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变材料薄膜、加热电极材料、绝热材料和引出电极材料等。相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。

与目前已有的多种半导体存储技术相比，相变存储器具有低功耗，高密度、抗辐照、非易失性、高速读取、高可擦写次数(＞10¹³次)、器件尺寸可缩性(纳米级)，耐高低温(-55℃至125℃)、功耗低、抗振动、抗电子干扰和制造工艺简单(能和现有的集成电路工艺相匹配)等优点，是目前被工业界广泛看好的下一代存储器中最有力的竞争者，拥有广阔的市场前景。

相变存储器(PC-RAM)以硫系化合物为存储介质，在相变存储器研发中，常用的相变材料主要有Ge₂Sb₂Te₅、Si₂Sb₂Te₆等锗-锑-碲(Ge-Sb-Te，GST)系列相变材料系列。具体地，可以利用电脉冲或光脉冲产生的焦耳热使相变材料在非晶态(高阻)与晶态(低阻)之间发生可逆相变而实现数据的写入和擦除，数据的读出则通过测量电阻的状态来实现。如授权公告号为CN100590903C中国发明专利文献揭示了一种用于相变存储器的Si-Te-Sb系列相变薄膜材料。

然而，实验证明，SiSb_xTe_1-x系列的相变材料在结晶(SET)态是非晶Si和SbTe晶体的复合相，由于非晶Si在500℃至600℃仍然不能结晶，且非晶态Si存在许多缺陷(如空位、微空洞、悬挂键等)，使得SiSb_xTe_1-x系列的相变材料不稳定，从而造成基于所述相变材料的相变存储器在性能稳定性及可擦写次数上表现欠佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微晶Si-Sb_xTe_1-x复合相变材料的制备方法，用于解决现有技术中Si-Sb_xTe_1-x系列的相变材料在为非晶Si和SbTe晶体的复合相的情况下，相变材料不稳定，使得相变存储器在性能稳定性及可擦写次数上表现欠佳的问题。

本发明提供一种相变材料的制备方法，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成非晶Si-Sb_xTe_1-x材料层，其中0.1≤x≤0.9；在所述非晶Si-Sb_xTe_1-x复合材料的结晶温度之上，对所述Si-Sb_xTe_1-x执行第一次退火工艺，使得其中的非晶Si和Sb_xTe_1-x晶体形成分相；将退火后分相的非晶Si与Sb_xTe_1-x晶体的复合材料置于氢气氛中执行第二次退火工艺，使其中的非晶Si转变为微晶Si以形成微晶Si-Sb_xTe_1-x复合相变材料；对所述微晶Si-Sb_xTe_1-x复合相变材料执行加热退火脱氢工艺。

可选地，形成所述非晶Si-Sb_xTe_1-x材料层的方法为物理气相沉积PVD工艺。

可选地，对所述Si-Sb_xTe_1-x层执行第一次退火工艺包括：将所述Si-Sb_xTe_1-x层置于氮气氛中，退火温度为250摄氏度至450摄氏度，退火时间为3分钟至5分钟。