[发明专利]制备纳米晶电阻转换材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种纳米晶电阻转换材料，尤其涉及一种制备纳米晶电阻转换材料的方法。

背景技术

电阻转换存储器是当今最炙手可热的下一代非易失性半导体存储器的候选，具有广阔的市场前景，并已经实现了小批量的产业化应用。现在主要的电阻转换存储器主要分为两类，一是相变存储器，二是电阻随机存储器。前者的原理是建立在器件中的相变材料在电信号的作用下所实现的在非晶和多晶之间的转变上的，材料晶体结构的转变导致了电阻的改变，相变存储器就是利用这种高低电阻的差异实现逻辑数据的存储。而后者的原理是建立在某些强关联材料的电转换上，也是利用器件电阻的可逆改变进行数据存储。此外，巨磁阻存储器也是建立在电阻的改变上，也可以说是电阻转换存储器的一种。

在传统的相变存储器中，器件内部的相变材料在电信号的作用下，实现存储材料均匀的变化，即在器件内部所产生和存在的非晶和多晶的相变材料区域成份基本均匀。在中国发明专利CN201010127277.2(发明人：张挺等，《电阻存储器装置》)中，提出了一种新型的纳米晶电阻转换存储器，其原理是建立在材料内部纳米晶材料的产生电阻的改变上，与相变存储器的不同之处在于，在该器件进行逻辑反转的时候，存储材料中，仅有部分的材料组份或者颗粒参与电阻的转变，其余的“功能材料”部分则保持稳定不变，起到的是隔离和框架的作用。这种纳米晶电阻转换存储器的原理显然也与电阻随机存储器也大相径庭，具体表现在电阻转换的过程中，前者内组份分布并不均匀，一直存在不同的至少两组的材料组份，因此是一种新的存储原理。

制造纳米晶电阻转换存储器的难点在于制备得到均匀的纳米晶存储材料的方法，均匀的纳米晶材料显然能够大幅度提升存储器的性能，增加器件的可靠性，然而，当前，制备均匀的纳米晶薄膜依旧是一个难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种制备纳米晶电阻转换材料的方法，解决了无法制备均匀纳米晶存储材料的难题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种制备纳米晶电阻转换材料的方法，包含如下步骤：

A、沉积厚度小于10nm的具有电阻转换功能的材料超薄薄膜；

B、在真空腔室内采用退火，通过团聚效应形成均匀的具有存储功能的纳米晶颗粒；

C、沉积包覆材料，均匀地包覆在具有存储功能的纳米晶颗粒表面；

D、重复步骤A到步骤C，直到得到足够的厚度，制备得到均匀的纳米晶电阻转换材料。

作为本发明的一种优选方案，所述的制备纳米晶电阻转换材料的方法中得到的纳米晶电阻转换材料能够在电信号的作用实现材料电阻率的改变，所述的材料中具有存储功能的纳米晶颗粒需被包覆材料均匀地分隔开。形成的均匀的具有存储功能的纳米颗粒能够在电信号的作用下改变的电阻率，而包覆材料则在电信号作用下电阻率保持不变。具有存储功能的纳米晶颗粒可以为相变材料颗粒，或电阻随机存储材料颗粒，或含锑材料颗粒。

作为本发明的一种优选方案，所述包覆材料为绝缘材料，或为半导体材料，或为含金属材料。采用的退火为快速退火，退火在真空中进行。形成的具有存储功能的纳米晶颗粒的尺寸小于直径为30nm的球体。沉积存储材料和包覆材料超薄薄膜的方法为气相沉积法，或为物理沉积法，或为原子层沉积法。

一种制备纳米晶电阻转换材料的方法，包含如下步骤：交替生长存储材料和功能材料薄层，薄膜沉积完成后，采用退火得到纳米晶存储材料，薄膜沉积得到的存储材料薄层的厚度小于20nm，功能材料薄层厚度小于10nm。

作为本发明的一种优选方案，所述的制备纳米晶电阻转换材料的方法中得到的纳米晶电阻转换材料能够在电信号的作用下实现材料的电阻率在高、低值之间的转换。纳米晶存储颗粒可为相变材料，或为电阻随机存储材料，或为含锑材料材料。包覆材料在电信号的作用下无电阻的转换现象，这些功能材料为绝缘材料，或为半导体材料，或为含金属材料。形成的纳米存储颗粒的尺寸小于30nm。工艺中可以采用不同类型的电阻转换材料和功能材料，也可以沉积不同厚度的电阻转换材料和功能材料，即在同时制备得到的纳米晶电阻转换材料中可以还有多种电阻转换材料和多种功能材料。

一种制备纳米晶电阻转换材料的方法，包含如下步骤：

A1、沉积具有电阻转换功能的存储材料超薄薄膜，薄膜厚度少于15nm；

B1、在具有反应的气体的气氛中退火，通过退火反应和团聚效应的共同作用，形成具有存储功能的纳米晶颗粒的同时，在纳米晶颗粒的表面形成反应物作为包覆层；