[发明专利]复合相变存储材料、制备复合相变存储材料薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种复合相变存储材料，尤其涉及一种用于存储器复合相变存储材料；同时，本发明还涉及一种制备复合相变存储材料薄膜的方法。

背景技术

相变存储器是被业界公认的下一代非易失性通用存储器最大的热门，在不久的将来有望获得大规模的商业化应用，从而开始逐步地取代当前各类主流的存储器，占据相当的市场份额。

相变存储器之所以成为下一代高性能存储器的热门，是因为它有着优越的综合性能：相变存储器结构和制造工艺简单，且与标准的CMOS工艺基本兼容，相比于目前的闪存无论在速度、可擦写次数和功耗上都具有明显的优势。此外，随着半导体技术节点的进一步提升，伴随着器件尺寸的进一步缩小，因为原理的限制，闪存将很难继续获得巨大的技术进步，而与此同时，相变存储器的活力和性能却得以随着尺寸的缩小得到充分的展现。这是因为，相变存储器的原理是基于器件内相变存储材料的可逆相变，而对于材料相转变的实现则是依靠加热电极在电脉冲的驱动下对存储材料的加热，器件的尺寸越小所需要驱动的相变材料越少，加热所需要的能量越少，功耗也就越少。显然，材料的加热效率越高、保温性能越好，所需要的能量也就越少。

虽然，尺寸缩小也会伴随着诸如数据保持能力的挑战，但是，总的来说，相变存储器在45nm技术节点以后具有明显的技术和成本优势。

尽管相变存储器的性能优异，但是目前，在某些方面的性能还需要得到进一步的提升，以实现更大的技术优势，例如在数据保持能力和器件的功耗以及速度等方面。上述的几个方面显然与存储器内部的存储材料密切关联，因此，通过提升存储材料的性能来提升相变存储器的性能成为重要的技术路线之一，正因为此，在过去的十年中，各家公司和研究机构提出了各种存储材料，试图满足不同的市场需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种氮化物复合的相变存储材料，材料是由氮化物与相变材料复合而成，具有优异、可靠的相变性能。

此外，本发明还提供一种制备复合相变存储材料薄膜的方法，制得的相变存储材料薄膜具有优异、可靠的相变性能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于存储器的氮化物复合相变存储材料，复合相变存储材料由一种以上氮化物和至少一种相变材料复合而成，由至少两个相组成的：至少一个氮化物占主体的相以及至少一个相变材料占主体的相。

作为本发明的一种优选方案，复合得到的存储材料具有至少两个晶体结构状态，即非晶和多晶结构。在外部能量的作用下，复合相变存储材料能够实现非晶到多晶的转变(反之也能可逆实现)，在相转变的过程中，全部或者部分的相变材料(或相变材料占主体的部分)发生相变，而氮化物(或氮化物)占主体部分的成分、结构和形状不随着相变材料晶体结构的改变而变化，这个相变过程伴随着材料电阻率或者光学反射率的变化。相应的转变可以在电、光学存储器中获得应用，用来存储逻辑数据。所谓的外部能量为电信号或者是光信号，还可以是其它的带能量粒子，例如电子和离子等。在氮化物复合相变材料中，非晶态对应着较高的电阻率，而多晶态对应着较低的电阻率。综上所述，在电脉冲的作用下，复合相变存储材料的电阻率能够在高、低阻之间进行可逆变化。

作为本发明的一种优选方案，无论在多晶还是非晶结构的存储材料内，都含有至少两个分立的相，分立的相具有不同的材料组份和结构；氮化物和相变材料互相分散而又互不扩散；氮化物占主体的部分在复合材料相变的过程中保持不变。

作为本发明的一种优选方案，在复合相变材料的应用中，氮化物的优选为：氮化硅、氮化锗、氮化铝、氮化钛、氮化钽、氮化钒、氮化硼、氮化镓中的一种或者多种的混合物。相变材料的优选为：银铟锑碲、铟锑碲、锗锑碲、硅锑碲、锑碲、锗碲、锗锑、硅锑、锑中的一种或者多种。在存储材料内形成的至少两相中，某一相可以不是纯的氮化物，它可以是以氮化物占主体的混合相；而另外某一相也可以不是纯的相变材料，它可以是以相变材料占主体的混合相。此外，在同一复合存储材料中，可以存在多种氮化物以及多种相变材料。

在复合相变材料的应用中，氮化物(们)在材料中的摩尔百分比含量在千分之三到百分之二十二之间。

本发明还提供一种制备用于存储器的氮化物复合相变存储材料的方法，其特征是采用至少一个氮化物源和至少一个其他源共同沉积得到。所述的源可以是靶材(如采用物理沉积)，也可以是反应气源(如采用化学气相沉积)。