[发明专利]一种纳米复合相变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种纳米复合相变材料及其制备方法。

背景技术

相变存储器(C-RAM)是一种新兴的半导体存储器，与目前已有的多种半导体存储技术相比，包括常规的易失性技术，如静态随机存储器(SRAM)、动态随机存储器(DRAM)等，和非易失性技术，如铁电随机存储器(FeRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器(FLASH)等，具有非易失性、循环寿命长(＞10¹³次)、元件尺寸小、功耗低、可多级存储、高速读取、抗辐照、耐高低温(-55-125℃)、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。

相变存储器(C-RAM)以硫系化合物为存储介质，利用电能(热量)使材料在晶态(低阻)与非晶态(高阻)之间相互转化实现信息的写入和擦除，信息的读出靠测量电阻的变化实现。在C-RAM研发中，作为存储器媒介的相变材料的研发和性能的提升是提高C-RAM器件性能的关键技术之一。在相变材料结晶的过程中，相变材料的晶粒不断增大，相变材料晶粒的长大是电阻下降的主要原因，所以对晶粒大小的限制对存储器数据保持力的提升有重要的意义。此外，较大的晶粒与当前相变存储器研发中尺寸不断缩小的趋势是矛盾的，大晶粒的出现对于C-RAM器件的可靠性有着负面的影响。故在高密度的C-RAM中，应该尽量避免大晶粒的出现，有效降低相变材料晶粒的大小使其更加适合90nm以下半导体工艺技术是目前C-RAM研发当中必须面对的问题。另一方面，在C-RAM研发中为了降低相变存储器的功耗，人们采取了多种方法：减小电极与相变材料的接触面积；提高相变材料的电阻，提升加热效率；在电极与相变材料之间或相变材料内部添加热阻层；进一步完善器件结构设计，探索新型结构以及研发新型相变材料等。

纳米复合相变材料是一种新型的相变材料，它是指把相变材料与异质材料复合，通过复合材料各组分间的“取长补短”，弥补单一相变材料的缺陷，从而达到优化相变材料相变性能的目的。目前在相变材料研究中，已经报道的有SiO₂与Ge₂Sb₂Te₅相变材料的复合，Si与Sb₂Te₃相变材料的复合。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种新型纳米复合相变材料及其制备方法，通过将相变材料与铁电材料复合，提高材料的热稳定性，降低器件相变过程中的功耗，提升器件疲劳特性，在不改变器件结构的情况下，能够提升器件的速度、稳定性、数据保持能力、和功耗等性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种纳米复合相变材料，该纳米复合相变材料是用一种或多种铁电材料与相变材料复合而成；

所述铁电材料为钙钛矿结构氧化物、Ba_1-xSr_xTiO₃、BaZr_xTi_1-xO₃、BaSn_xTi_1-x O₃或PbZr_xTi_1-xO₃中的一种或多种，其中x取值范围为0～1；

所述相变材料为锗锑碲合金、锑碲合金、锗锑合金或为其它硫系化合物相变材料中的一种。

一种纳米复合相变材料的制备方法为溅射法、化学气相沉积法、激光脉冲沉积法、溶胶-凝胶法或离子注入法中的一种。

作为本发明的优选方案之一，相变材料被铁电材料隔离，铁电材料可控地按一定的形状与大小均匀地分布在复合材料中，相变材料被限制在一个被铁电材料包围的微小区域内，相变材料的颗粒为大小小于100nm直径的球状体。

本发明还涉及一种纳米复合相变材料的制备方法，该方法包括以下步骤，

1)清洗两块(100)取向的硅衬底，在其中一块硅衬底上制备钨电极；

2)再沉积有钨电极的衬底上沉积氧化硅层；

3)利用曝光-刻蚀工艺在氧化硅层上刻出小孔，采用的曝光方法为电子束曝光，而刻蚀方法为反应离子刻蚀；

4)在硅衬底和长有钨电极的硅衬底上制备纳米复合相变材料；

5)在沉积有纳米复合相变材料的小孔衬底上沉积铝电极；

6)再一次利用曝光-刻蚀工艺将部分铝电极和部分纳米复合相变材料一起刻去，制备出上电极，从而形成C-RAM器件。