[发明专利]纳米复合相变材料、制备方法及其在相变存储器中的应用

权利要求书

1.一种纳米复合相变材料，其特征在于包括：

摩尔百分比为70-99％的相变材料GeTe，以及摩尔百分比为1-30％的介质材料。

2.如权利要求1所述的纳米复合相变材料，其特征在于：所述相变材料GeTe和介质材料HfO₂在纳米尺度范围内均匀分散，且HfO₂中的氧不会氧化GeTe中的元素。

3.如权利要求1或2所述的纳米复合相变材料，其特征在于：所述相变材料GeTe在复合材料中都呈纳米级颗粒状，最大颗粒直径小于100纳米。

4.如权利要求1至3任意一项所述的纳米复合相变材料，其特征在于：所述介质材料为HfO₂、SiO₂、TiO₂、Si₃N₄或Ta₂O₅中的一种或两种及其以上上述介质材料共掺。

5.一种纳米复合相变材料的制备方法，其特征在于，采用GeTe合金靶和HfO₂靶两靶磁控共溅或者采用单质Ge靶、Te靶和HfO₂三靶磁控共溅的方法。

6.如权利要求5所述的纳米复合相变材料的制备方法，其特征在于：溅射时，本底真空度小于2×10^-4Pa，溅射气压为0.18-0.25Pa，温度为室温，加在GeTe合金靶上的直流电源为10-60瓦，加在单质Ge靶和Te靶上的直流功率为10-60瓦，加在HfO₂靶上的射频电源为10-80瓦，溅射时间为5-60分钟，沉积厚度为50-300纳米。

7.一种相变存储器，其特征在于包括：用纳米复合相变材料作为存储介质，所述纳米复合相变材料为权利要求1至4中任意一种。

8.一种制备相变存储器的方法，其特征在于包括步骤：

i.在半导体衬底上依次溅射制备下电极，所述下电极包括金属电极层和位于金属电极层上的过渡层，刻蚀形成凸状电极部分；

ii.然后溅射纳米介质材料，刻蚀凸出于下电极上的纳米介质材料；

iii.采用GeTe合金靶，或者单质Ge、Te靶和HfO₂靶磁控共溅射形成纳米复合相变材料薄膜GeTe-HfO₂，所述纳米复合相变材料为摩尔百分比为70-99％的相变材料GeTe以及摩尔百分比为1-30％的介质材料组成；

iv.在步骤(3)后获得的半导体衬底上的纳米复合相变材料薄膜上依次溅射制备上电极层；所述上电极包括金属电极层和位于金属电极层上的过渡层；

v.最后，曝光刻蚀形成相变存储器单元结构。

9.如权利要求8所述的纳米复合相变材料，其特征在于：所述介质材料为HfO₂、SiO₂、TiO₂、Si₃N₄或Ta₂O₅中的一种或两种及其以上上述介质材料共掺。

10.如权利要求8所述的制备相变存储器的方法，其特征在于：所述曝光刻蚀的工艺采用的曝光方法为电子束曝光，刻蚀方法为反应离子刻蚀。