[发明专利]用于相变存储器的硅掺杂的铋碲基存储材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子领域，具体涉及一种可用于相变存储器的相变存储材料及其制备方法。

背景技术

更高的密度、更低的功耗，更低的成本和更快的速度是存储器设计和制造者追求的永恒目标。在现有的存储技术中，相变存储器(PCRAM)由于具有高速读取、高可擦写次数、抗辐射、非易失性、元件尺寸小、可实现多级存储、以及与CMOS工艺兼容性好的优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品之一，也是最先可能商用化的下一代存储器件。

相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末(Phys.Rev.Lett.，21，1450～1453，1968)和70年代初(Appl.Phys.Lett.，18，254～257，1971)提出的相变薄膜材料可以应用于相变存储器介质的构想建立起来的。相变存储器的基本原理是利用相变薄膜材料为存储介质，采用编程的电脉冲使相变薄膜在不同的结构相之间进行可逆的转换来存储数据。而且该存储单元的状态是非易失的，即当其被设置为一个状态时，即使切断电源，该存储单元仍保持设置后的电阻值，除非重新设置。存储单元由电介质材料所限定的小孔并被相变材料所填充。电极接触使电流通过该通道产生焦耳热对该单元进行编程，或者读取该单元的电阻状态。由CMOS工艺形成的控制电路与相变存储单元集成以后形成的相变存储器，其关键为可记录的相变薄膜功能材料。

目前用于相变存储器的相变材料主要为硫系化合物，有GeSbTe、AgInSbTe、GeTeAsSi、GeBiTe、InTe、AsSbTe、GeSbTeN、GeSbTeSn、AgInSbTe、GeSbTeO、AsTeAg、和AuSbTe等等。但是更高的存储密度和更快的数据传输率的要求对相变材料提出了更多的要求。为保持与其他存储技术的竞争力，所使用的材料必须具有快速结晶和再结晶的能力以保证最大的数据传输速率。为了得到更高的存储密度，还有一些问题必须解决，例如擦除过程(晶化)电流脉冲高。同时某些相变材料的组元比较复杂，而某些相变材料与半导体制备工艺兼容性也不好，制作成本大，不适合大批量生产。寻找相变速度更快的相变存储器存储材料，克服如上这些缺点，正是本发明的出发点。

目前最常用的主要是Ge₂Sb₂Te₅和Sb₂Te₃。如申请公布号为CN102185106A的发明文献揭示了一种用于相变存储器的SiBiTe系薄膜材料，该材料将大量的Si以非晶的形态存在于BiTe材料周围，Si原子并未掺入BiTe材料中，只起到隔离的作用，在相变过程中只有BiTe晶粒发生相变，这样的缺陷在于：由于非晶Si电阻很高，导致了材料在晶态与非晶态都保持在一个很高的电阻(晶态10⁴欧姆以上，非晶态10⁶欧姆以上)，导致了很大的写电流与擦除电流。

发明内容

本发明的目的在于针对目前现有相变材料的存在的不足，提供一种用于相变存储器的存储材料，具有相变速度快、擦除过程电流脉冲低以及与半导体制备工艺兼容性好的特点。

本发明提供一种用于相变随机存储器的铋碲基存储材料，其组分表达式为Bi_xTe_ySi_100-(x+y)，其中x、y满足：0＜x≤40，0＜y≤60，90≤x+y＜100。

进一步地，所述铋碲基存储材料为电阻会在外部能量的作用下发生高阻和低阻之间的可逆转换的存储材料，电阻变化幅度在一个数量级以上。

制备所述的硅掺杂的铋碲基存储材料的方法，具体为：

1)制备Bi_xTe_y合金靶；

2)对Bi_xTe_y合金靶上贴置Si片；

3)以Ar作为溅射气体对贴置Si片后的合金靶进行溅射，制备得到硅掺杂的铋碲基存储存储材料。

进一步地，溅射功率为0～60W，溅射Ar气压为0.78～0.82Pa。

进一步地，溅射功率为50W，溅射Ar气压为0.8Pa。