[发明专利]一种提高GeSbTe相变性能的技术及其薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高Ge-Sb-Te相变材料性能的技术及其薄膜制备方法，尤其适用于相变存储器的 （TiN）_1-X-（Ge-Sb-Te）_X薄膜相变材料，属于微电子领域。

背景技术

近年来，随着电子技术的革新，各种通信设备，智能手机，平板电脑等移动设备逐渐普及到人们每天的工作和生活之中。在这种背景的推动下，作为移动设备的关键部件，包括闪存，嵌入式多媒体卡和移动动态随机存取存储器（DRAM）在内的移动存储器已成为存储器市场的增长引擎。但由于摩尔定律的发展限制，制备成本的上升对20nm以下节点的闪存和DRAM大规模量产造成巨大阻碍，开发和应用新型的半导体存储技术已势在必行。在目前研发的新型半导体存储技术中，相变存储技术以其优异性能，最有潜力成为下一代非易失性存储技术。

相变存储器的主要部分是以硫系化合物为基础的相变材料。硫系化合物能够在电脉冲的作用下实现晶态和非晶态的可逆相变，非晶态（高电阻）和晶态（低电阻）的电阻有着明显差异，分别对应逻辑“1”和“0”态，从而实现信息的存储。Ge-Sb-Te合金材料，以其优异的综合性能成功应用于相变存储器中。然而，Ge-Sb-Te材料的结晶温度低和数据保持力差而造成的热稳定性差，一直制约着其在特殊领域的进一步发展。通过寻找一种材料，与Ge-Sb-Te材料复合形成新材料，既能保持Ge-Sb-Te材料优异的综合性能，又能提高其热稳定性就显得尤为重要。

发明内容

为解决上述材料的缺点和不足，本发明采用如下技术方案：

提出一种提高Ge-Sb-Te相变材料性能的技术及其薄膜制备方法。

本发明的另一目的在于，提供一种基于氮化硅和锗-锑-碲合金的相变材料（TiN）_1-X-（Ge-Sb-Te）_X及其制备方法，其中0.1＜X＜1。

本发明还有一目的在于，提供一种高速、低功耗的相变存储器及其制备方法。

较佳的，所述的（TiN）_1-X-（Ge-Sb-Te）_X相变材料可以在电脉冲作用下实现可逆相变。

较佳的，所述的（TiN）_1-X-（Ge-Sb-Te）_X相变材料中一部分TiN与Ge-Sb-Te的原子形成化学键，形成稳定的结构。

较佳的，所述的（TiN）_1-X-（Ge-Sb-Te）_X相变材料中一部分TiN以非晶态的形式把GST材料隔离成纳米尺度区域。

较佳的，所述的（TiN）_1-X-（Ge-Sb-Te）_X相变材料中，TiN抑制了Ge-Sb-Te的结晶过程，使其晶粒变小。

较佳的，所述的（TiN）_1-X-（Ge-Sb-Te）_X相变材料，结晶温度和数据保持力大幅度提高，热稳定性增强。

较佳的，以所述的（TiN）_1-X-（Ge-Sb-Te）_X相变材料为相变层的存储器，相变速度可达纳秒级。

本发明的有益效果在于：

本发明所述的（TiN）_1-X-（Ge-Sb-Te）_X相变材料，弥补了Ge-Sb-Te材料的缺陷，使其结晶温度和数据保持力大大提高，从而提高了其热稳定性。此相变材料在外部电脉冲作用下可实现相变的可逆变化，并且高低电阻值差别大，有明显的区别，便于外部电路分辨出“1”和“0”，是理想的相变材料。

具体实施方式

由本发明所述的一种提高Ge-Sb-Te相变材料性能的技术获得的相变材料，具有优异的热学和电学性能。

本发明描述的相变材料，制备方法很多。可以用磁控溅射，PLD，电子束蒸发等多种方法制备。其中，磁控溅射法制备薄膜相对比较容易控制其组分。

实施例一

（1）利用TiN靶和Ge₂Sb₂Te₅靶双靶共溅射法，在Si片和SiO片上沉积薄膜。其中，本底真空度优于10^-4Pa，通入的氩气纯度超过99.999%，温度为室温。在以上条件下，制备如下三种薄膜：