[发明专利]一种纳米复合相变材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于相变存储器的纳米复合相变材料的制备方法，属于半导体存储器制造领域。

背景技术

相变存储器(PCRAM)的研究是目前存储器研究的热点，作为PCRAM器件的核心内容，相变材料的研发在PCRAM研发中起到了至关重要的作用，相变材料的研发和性能的提升是提升PCRAM器件性能的关键技术之一。

纳米复合相变材料在研发低功耗、高性能PCRAM器件中起到了至关重要的作用，纳米复合材料中，具有相变能力的区域被不具备相变能力的材料(功能材料)分散开，形成了相互独立的小颗粒，从而形成了复合材料。纳米复合相变材料中的这种分散现象不仅缩小了相变材料中相变的区域，也提升了相变材料的热稳定性；不仅提升了相变材料在编程过程中的自加热效率，也提升了相变材料的热量利用率；不仅提升了存储材料的数据保持能力，同时又通过晶粒大小的控制使材料更加适合90nm以下CMOS工艺的应用。所以，纳米复合相变材料在PCRAM的应用中能够显著降低器件的功耗，提升器件的性能。

纳米复合相变中，功能材料需要具备一定的热稳定性，并且能够将相变材料有效分散。通过功能材料和相变材料的复合，使功能材料与相变材料间“取长补短”，充分弥补了单一相变材料的缺点，产生了单一相变材料所不具备的优越的性能。纳米复合相变材料制备的难点在于如何均匀有效地用功能材料分散相变材料，从而形成可靠的复合结构。

相变复合材料的制备可以采取功能材料与相变材料的混合制备法，把相变材料和功能材料均匀混合，并通过后续退火处理使功能材料将相变材料均匀分散成大小和形状均匀的区域，从而把相变材料的相变行为限制在微小区域；也可以通过分层制备功能材料与相变材料，形成具有一定周期的材料层，从而更加有效使功能材料将相变材料分散(另案申请)。而本发明阐述的是另外一种制备纳米相变复合材料的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种廉价而方便的纳米复合相变材料的制备方法。

本发明所述的制备纳米复合材料的制备方法是：在相变材料制备过程中引入反应气体，辅助以衬底加温工艺条件，使反应气体与相变材料中的一种或者多种元素优先反应，形成具有一定绝热性能和热稳定性的化合物；通过制备工艺的优化，使该化合物将具有相变能力的材料均匀分成大小和形状可控的区域，从而缩小相变材料的晶粒大小，把相变材料的相变行为限制在微小区域。用此种相变复合材料制备的存储器件具有更低的功耗，同时因为晶粒不易长大，存储器的数据保持能力将得到显著提升。

具体地说本发明提供一种纳米复合相变材料的制备方法，其特征在于纳米复合相变材料的制备过程中，通入适量的特定反应气体，使反应气体在材料生长过程中优先与相变材料中的一种或者多种元素反应，生成固体化合物；与反应剩余的相变材料形成复合材料。这种化合物将具有相变能力的材料分散成形状和大小可控的微小区域。这种分散作用使材料的相变行为被限制在微小区域内；所采用的相变材料具有可逆的相变特性；

在所述的纳米复合材料制备过程中通入的反应气体能与相变材料中的某一元素发生化学反应；

在所述的纳米复合材料制备过程中通入的反应气体为氧气、氮气、氨气、氯气或一氧化氮、其他具有氧化性的气体，或为以上气体的混合体；

在所述的纳米复合材料制备过程中通入的反应气体能优先与相变材料中的一种或者多种元素反应，并形成化合物；

在所述的纳米复合材料制备过程中生成的化合物为反应气体与相变材料的直接反应物、间接反应物或者为反应物与相变材料的混合体；

在所述的纳米复合材料制备过程中生成的化合物与该种相变材料相比具有较低的电导率和热导率，且具有较好的热稳定性能；

所述的化学反应后被生成的化合物分隔成小区域的、具有相变特性的材料，为初始的相变材料或为初始相变材料与生成的化合物的混合物；

所述的复合材料的制备方法，还应包括对复合材料的后续热处理；

所述的复合材料，其特征是该复合材料用于相变存储器中，能降低器件的编程功耗、能提高器件的读写速度、能提升存储器数据保持能力或能提升器件抗辐照能力；所述的相变存储器，采用相变原理而进行数据存储的功能器件、电致加热的相变随机存储器、激光加热的多媒体数据光盘、电子束致相变的存储器或为其它能量粒子致相变的存储器；

在所述的相变材料中，组成的各个原子之间具有不同的化学性能，材料中的某些原子能够优先与特定反应气体发生化学反应，并形成固态化合物；

所述的纳米复合相变材料制备方法为溅射法、化学气相沉积法或为脉冲激光沉积法；