专利名称：一种复合相变材料靶材及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合相变材料，尤其是指一种复合相变材料的靶材及其制备 方法。本发明属于微纳电子技术领域。
背景技术：
相变存储器(C-RAM)是一种新兴的半导体存储器，与目前已有的多种半导 体存储技术相比，包括常规的易失性技术，如静态随机存储器(SRAM)、动态随 机存储器(DRAM)等，和非易失性技术，如介电随机存储器(FeRAM)、电可擦 除可编程只读存储器(EEPR0M)、闪速存储器(FLASH)等，具有非易失性、循 环寿命长(>1013次)、元件尺寸小、功耗低、可多级存储、高速读取、抗辐照、 耐高低温(-55—125°C)、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。
复合相变材料是一种新型的相变材料，它是指把相变材料与异质材料复合， 通过复合材料各组分间的"取长补短"，弥补单一相变材料的缺陷，从而达到优 化相变材料相变性能的目的。在相变存储器的制备过程中，通常采用'减射的方法 制备相变薄膜，为了减少工艺的复杂性与不可控性，通常采用单扭溅射的方法。 对于复合相变材料而言，目前面临的最大问题是复合材料各成份在靶材中的分布 不均匀，这对于工业化生产是不能接受的，因此，必须寻找到一种可以将复合材 料靶材中各成份均匀分布的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种复合相变材料靶材及其制备方法，使 靶材中不同材料分布均匀。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案
一种复合相变材料靶材，其由相变材料与另外一种材料复合而成，其特征在 于两种材料中熔点较高的材料为基体，在基体上i殳有大小形状相同且分布均匀 的小孔；熔点较低的材料填充于小孔中与所述熔点较高的材料结合为一体。
进一步地，所述基体的上表面与填充于小孔中的材料的上表面齐平。
作为本发明的优选方案之一，所述基体为圆柱状。
作为本发明的优选方案之一，所述小孔为柱状，可以是圆柱状、棱柱状，优 选为圆柱状。
作为本发明的优选方案之一，所述小孔为圓柱状时，其直径为0.5-50 iim， 深度为0. 5-50 um。
作为本发明的优选方案之一，所述的相变材料具有可逆的相变特性，优选为 锗锑碲合金(Ge-Sb-Te),或为锑碲合金(Sb-Te)，或为锗锑合金(Ge-Sb),或为其 它硫系化合物相变材料。
作为本发明的优选方案之一，所述的另外一种材料为非相变材料，优选为 Si、 Sn、 Si02、 Hf02中的一种。
上述复合相变材料靶材应用于基于硫系化合物的相变存储器中，采用这种靶 材制备薄膜材料有利于实现两种不同材料的均匀复合。
所述的相变存储器是采用相变原理而进行数据存储的功能器件，优选为釆用 电脉冲编程的疏系化合物随机存储器，或为采用激光脉沖编程的存储光盘，或为 采用电子束编考呈的存储器，或为采用其它能量粒子编程的存储器。
另夕卜，本发明还提供了一种复合相变材料靶材的制备方法，所述耙材包括相 变材料及非相变材料，该方法包括以下步骤
1) 将其中熔点较高的材料制备成圆柱状作为基体；
2) 采用刻蚀工艺在此基体上制备出大小形状相同且分布均匀的柱状小 孔；
3) 将熔点较低的材料填充在所述柱状小孔中，通过热压烧结工艺使两种材料结合在一起；
4) 采用机械抛光的方式处理表面，得到光滑、均匀致密的复合相变材料靶材。
作为本发明的优选方案之一，步骤3)中采用真空热压烧结法使两种材料结合在一起。
作为本发明的优选方案之一，步骤2)中制备的柱状小孔为圆柱状时，其直径为O. 5-50 um，；果度为0.5-50 u m。
作为本发明的优选方案之一，所述非相变材料为Si、 Sn、 Si02、肝02中的一种。
作为本发明的优选方案之一，所述相变材料为锗锑碲合金、锑碲合金、锗锑合金或为其它硫系化合物相变材料中的 一种。
本发明提供的一种复合相变材料靶材及其制备方法，采用熔点较高的材料作为基体，熔点较低的材料填充在此基体上通过刻蚀工艺形成的圆柱形小孔中，由于小孔尺寸、形状相同且分布均匀，这样可以将不同的材料均匀地复合于靶材中，同时可以通过调节小孔的尺寸、分布密度来控制复合材料靶材中不同材料的含量，解决了复合材料靶材制备中存在的各成份分布不均匀的问题。
图l-4是本发明一个实施例中复合相变材料靶材制备工艺流程图；其中，图1为以熔点较高的材料制备成圆柱形的基体；
图2为在此基体上通过刻蚀工艺制备出大小形状相同且分布均匀的柱状小
孔；
图3为将熔点较低的材料填充在小孔中，通过热压烧结工艺使两种材料结合在一起；
图4为采用机械抛光的方式处理表面，得到光滑、均匀致密的复合相变材料靶材。
具体实施例方式
下面结合图示更完整的描述本发明，本发明提供的优选实施例，但不应被认为仅限于在此阐述的实施例中。在图中，为了更清楚的反应结构，适当放大了层和区域的厚度，^f旦作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。参考图是本发明的示意图，图中的表示只是示意性质的，不应该被认为限制本发明的范围。
本实施例公开一种复合相变材料靶材，其由相变材料与另外一种材料复合而成，两种材料中熔点较高的材料为基体，在基体上设有大小形状相同且分布均匀
的小孔；熔点较低的材料填充于小孔中与所述熔点较高的材料结合为一体。所述基体的上表面与填充于小孔中的材料的上表面齐平，所述基体为圆柱状，所述小孔可以是圆柱状、棱柱状，优选为圆柱状，小孔直径为0. 5-50 ii m，深度为0. 5-50U m。
其中，所述的相变材料具有可逆的相变特性，优选为锗锑碲合金(Ge-Sb-Te)、锑碲合金(Sb-Te)、锗锑合金(Ge-Sb)、或其它硫系化合物相变材料。
所述的另外一种材料为非相变材料，优选为Si、 Sn、 Si02、 Hf02中的一种。
上述复合相变材料靶材可应用于基于硫系化合物的相变存储器中，所述的相变存储器是采用相变原理而进行数据存储的功能器件，例如采用电脉冲编程的硫系化合物随机存储器、采用激光脉冲编程的存储光盘、采用电子束编程的存储器、以及釆用其它能量粒子编程的存储器。采用本发明所述的这种靶材制备薄膜材料有利于实现两种不同材料的均勾复合。
另夕卜，本实施例还公开了上述复合相变材料靶材的制备方法，包括以下步骤1)将其中熔点较高的材料制备成圓柱状作为基体，如图l所示；2 )采用刻蚀工艺在此基体上制备出大小形状相同且分布均匀的圓柱状d、孔，如图2所示，小孔的直径为0.5-50 um，深度为O. 5-50 u m;3) 将熔点较低的材料填充在所述圆柱状小孔中，通过热压烧结工艺使两
种材料结合在一起，这里采用的是真空热压烧结法，如图3所示；
4) 采用才几械抛光的方式处理表面，得到光滑、均匀致密的复合相变材料靶材，如图4所示。
实施例一
采用相变材料锑碲合金(Sb-Te)以及非相变材料Si，制备本发明所述结构的复合相变材料靶材一Si2Sb2Te3，其步骤为
1 )非相变材料Si与锑碲合金(Sb-Te)相比，Si的熔点较高，故将Si制备成圆柱状作为基体，如图l所示；
2) 采用刻蚀工艺在此Si基体上制备出大小形状相同且分布均匀的圓柱状小孔，如图2所示，小孔的直径为0.5um,深度为0.5um;
3) 将Sb2Te3材料填充在小孔中，通过热压烧结工艺使两种材料结合在一起，如图3所示；
4) 采用化学机械抛光的方式处理表面，得到光滑、均匀致密的复合相变材料靶材，如图4所示。
实施例二
釆用相变材料锗锑碲合金(Ge-Sb-Te)以及非相变材料Si02，制备本发明所述结构的复合相变材料靶材一 (Ge2Sb2Te5) 。.9- (S i02) 。. t，其步骤为
1)非相变材料Si02与锗锑碲合金(Ge-Sb-Te)相比，Si02的熔点较高，故将Si02制备成圆柱状作为基体，如图l所示；
2 )采用刻蚀工艺在此S i 02基体上制备出大小形状相同且分布均匀的圆柱状小孔，如图2所示，小孔的直径为5um,深度为5nm;
3 )将Ge-Sb-Te材料填充在小孔中，通过热压烧结工艺使两种材料结合在一起，如图3所示；4)采用化学机械抛光的方式处理表面，得到光滑、均匀致密的复合相变材料靶材，如图4所示。
实施例三
采用相变材料锑碲合金(Sb-Te)以及非相变材料Hf02,制备本发明所述结构的复合相变材料輩巴材一(Sb2Te3) 。.8-(Hf02) 。.2,其步骤为
1)非相变材料Hf02与锑碲合金(Sb-Te)相比，Hf02的熔点较高，故将Si制备成圆柱状作为基体，如图1所示；
2 )采用刻蚀工艺在此Hf02基体上制备出大小形状相同且分布均匀的圓柱状小孔，如图2所示，小孔的直径为50um,深度为50um;
3 )将Sb-Te材料填充在小孔中，通过热压烧结工艺使两种材料结合在一起,如图3所示；
4)采用化学机械抛光的方式处理表面，得到光滑、均匀致密的复合相变材料靶材，如图4所示。
本发明中涉及的其他工艺条件为常规工艺条件，属于本领域技术人员熟悉的范畴，在此不再赘述。
实施例中制备的复合相变材料靶材，各成份分布均勻，组份可以根据小孔的大小和密度调解，解决了复合材料靶材存在的各成份分布不均匀的问题，采用这些靶材制备的薄膜材料实现了两种不同材料的均匀复合，避免了多耙共'践射工艺的复杂性和不稳定性。
上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的^t术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。
权利要求
1.一种复合相变材料靶材，其由相变材料与另外一种材料复合而成，其特征在于两种材料中熔点较高的材料为基体，在基体上设有大小形状相同且分布均匀的小孔；熔点较低的材料填充于小孔中与所述熔点较高的材料结合为一体。
2. 根据权利要求1所述的复合相变材料靶材，其特征在于所述基体的上 表面与填充于小孔中的材料的上表面齐平。
3. 根据权利要求1所述的复合相变材料靶材，其特征在于所述基体为圆 柱状。
4. 根据权利要求1所述的复合相变材料靶材，其特征在于所述小孔为柱 状。
5. 根据权利要求4所述的复合相变材料靶材，其特征在于所述小孔为圓 柱状时，其直径为0.5-50 um，深度为O. 5-50 u m。
6. 根据权利要求1所述的复合相变材料靶材，其特征在于所述的相变材 料为硫系化合物相变材料。
7. 根据权利要求1所述的复合相变材料靶材，其特征在于所述的相变材 料为锗锑碲合金，或锑碲合金，或锗锑合金。
8. 根据权利要求1所述的复合相变材料靶材，其特征在于所述的另外一 种材料为非相变材料。
9. 根据权利要求8所述的复合相变材料耙材，其特征在于所述的另外一 种材料为Si、 Sn、 Si02、 Hf02中的一种。
10. 根据权利要求1所述的复合相变材料靶材的应用，其特征在于该把材用于制备基于硫系化合物的相变存储器。
11. 根据权利要求10所述的复合相变材料靶材的应用，其特征在于所述的 相变存储器为采用能量粒子编程的存储器。
12. 根据权利要求10所述的复合相变材料靶材的应用，其特征在于所述的 相变存储器为釆用电脉冲编程的疏系化合物随机存储器，或采用激光脉冲 编程的存储光盘，或采用电子束编程的存储器。
13. —种权利要求1所述复合相变材料靶材的制备方法，该靶材包括相变材 料及非相变材料，其特征在于，该方法包括以下步骤1) 将其中熔点较高的材料制备成圆柱状作为基体；2) 采用刻蚀工艺在此基体上制备出大小形状相同且分布均匀的柱状 小孔；3 )将熔点4交^f氐的材料填充在所述柱状小孔中，通过热压烧结工艺^f吏两 种材料结合在一起；4)采用机械抛光的方式处理表面，得到光滑、均匀致密的复合相变材 料靶材。
14. 根据权利要求13所述的复合相变材料靶材的制备方法，其特征在于 步骤3)中采用真空热压烧结法使两种材料结合在一起。
15. 根据权利要求13所述的复合相变材料靶材的制备方法，其特征在于 步骤2)中制备的柱状小孔为原柱状时，其直径为0.5-50 um,深度为 0.5-50 pm。
16. 根据权利要求13所述的复合相变材料靶材的制备方法，其特征在于 所述非相变材料为Si、 Sn、 Si02、 Hf02中的一种。
17. 根据权利要求13所述的复合相变材料靶材的制备方法，其特征在于 所述相变材料为锗锑碲合金、锑碲合金、锗锑合金中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种复合相变材料靶材及其制备方法。该复合相变材料靶材由相变材料与另一种材料复合而成，制备时，首先将其中熔点较高的材料制备成圆柱状作为基体，采用刻蚀工艺在此基体上制备出大小形状相同且分布均匀的圆柱状小孔，然后将熔点较低的材料填充在小孔中，通过真空热压烧结工艺使两种材料结合在一起，最后采用机械抛光的方式处理表面，得到光滑、均匀致密的复合相变材料靶材。采用该方法制备的复合相变材料靶材中各成份分布均匀，组份可以根据小孔的大小和密度调解，解决了复合材料靶材各成份分布不均匀的问题；采用该靶材制备薄膜材料有利于实现两种不同材料的均匀复合，避免了多靶共溅射工艺的复杂性和不稳定性。
文档编号C23C14/06GK101660119SQ200910196759
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者宋三年, 宋志棠, 陈邦明 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所