[发明专利]相变存储材料及其制备方法、具有相变存储材料的存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变存储材料及其制备方法，以及具有所述相变存储材料的存储器及其制备方法。

背景技术

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。它与目前已有的多种半导体存储技术相比，具有低功耗，高密度、抗辐照、非易失性、高速读取、循环寿命长(＞10¹³次)、器件尺寸可缩性(纳米级)，耐高低温(-55℃至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，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，常用的相变存储材料主要有Ge₂Sb₂Te₅、Si₂Sb₂Te₆等锗-锑-碲(Ge-Sb-Te，GST)混合物。具体地，可以利用电脉冲或光脉冲产生的焦耳热使相变存储材料在非晶态(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。

但，上述这些相变存储材料存在有如下问题：一、结晶温度较低(约为165℃)，数据保持力得不到保证，面临着数据丢失的危险，制约了其开发相变存储器件商用的进程；二、上述相变存储材料为三元合金，三元合金中的三种元素都具有各自不同的化学性能和物理性能，给精微细加工等后续工艺带来不利；三、以Ge₂Sb₂Te₅、Si₂Sb₂Te₆为例的相变存储材料中均含有易扩散的碲，使得相变存储材料和电极之间的界面不稳定，相变存储材料组分也容易偏析，而且还容易污染半导体设备，对人体和环境也不利，与目前国家倡导的环保政策相悖。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相变存储材料及其制备方法、具有相变存储材料的存储器及其制备方法，用于解决现有技术中相变存储材料含有易扩散、对环境污染的元素、加工性较弱、结晶温度较低以及由所述相变存储材料制备的相变存储热稳定性较差及数据保持性能较弱的问题。

本发明提供一种相变存储材料，所述相变存储材料为镓-锑的化合物，化学计量为Ga_xSb_100-x，其中，0＜x＜50。

可选地，10≤x≤30。

可选地，x为10、14或24。

可选地，所述镓-锑的化合物还包括掺杂原子，所述掺杂原子的摩尔比在0％至50％。

可选地，所述掺杂原子为铝、铋、氮、氧、银、金、锡、硒、锗、硅或者上述几种元素的混合掺杂。

可选地，所述相变存储材料Ga_xSb_100-x在外部电脉冲或光脉冲作用下具有可逆相变的特性。

可选地，所述相变存储材料Ga_xSb_100-x在非晶态和晶态的电阻率之比为至少一个数量级。

本发明另提供了一种获取上述相变存储材料的制备方法，包括：采用GaSb合金靶和Sb单质靶射频磁控共溅射工艺。

可选地，采用GaSb合金靶和Sb单质靶射频磁控共溅射的工艺参数包括：本底真空度小于10^-4帕斯卡，溅射气压为0.18帕斯卡至0.25帕斯卡，溅射气体为氩，温度为室温，施加在GaSb合金靶上的射频电源功率为15瓦至20瓦，施加在Sb靶上的射频电源功率为10瓦至35瓦，溅射时间为10分钟至40分钟，沉积薄膜厚度为100纳米至300纳米。

本发明又提供一种相变存储器，包括由上述相变存储材料所构成的相变存储介质。