[發明專利]用于相變存儲器的Si-Sb-Se相變薄膜材料

有效

• 申請號: 200910046486.1
• 申請日: 2009-02-23
• 公開（公告）號: CN101488557A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 凌云;龔岳峰;宋志棠;封松林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;G11C11/56;C22C12/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及一種微電子領域的相變薄膜材料，特別涉及一種用于相變存儲器的Si-Sb-Se相變薄膜材料。

背景技術

存儲器在半導體市場中占有重要地位，僅DRAM(Dynamnic?Randam?Access?Memory)和FLASH兩種就占有整個市場的15％，隨著便攜式電子設備的逐步普及，不揮發存儲器的市場也越來越大，目前FLASH占不揮發存儲器的主流，約占90％。但隨著半導體技術的進步，FLASH遇到了越來越多的技術瓶頸，首先存儲電荷的浮柵不能隨著集成電路工藝的發展無限制地減薄，此外，FLASH技術的其它一些缺點也限制了它的應用，例如數據寫入慢、寫數據時需要高電壓導致功耗大，需要特殊的電壓提升結構導致電路和設計的復雜度增加、可擦寫次數低、必須對指定的單元塊而不能對指定的單元進寫操作等。鑒于這種情況，目前世界上幾乎所有電子和半導體行業巨頭及其它相關研發機構都在競相研發新一代不揮發存儲器技術，以期在未來激烈的半導體產業競爭中保有技術和市場優勢.PCM(Phase?Change?Memory)--相變存儲器作為一種新興的不揮發存儲技術，在讀寫速度、讀寫次數、數據保持時間、單元面積、多值實現等諸多方面都具有極大的優越性，成為未來不揮發存儲技術市場主流產品最有力的競爭者之一。

在相變存儲器中，Ge₂Sb₂Te₅是典型的相變材料。但是在使用Ge₂Sb₂Te₅材料的相變存儲器存在著非晶和多晶轉變體積變化大，設置(SET)時間長要100ns以上，甚至超過300ns，這導致Ge₂Sb₂Te₅材料的相變存儲器操作速度不能很快。而非晶和多晶轉變體積變化大，會影響薄膜與電極的粘附，不利于器件長期穩定工作。同時Te元素于有毒元素，對環境有危害，同時與CMOS工藝的兼容差。

因此，如何提供一種非晶和多晶轉變體積變化小、設置時間短、操作速度快、能夠長期穩定工作的、對環境友好且與CMOS工藝的兼容較好的相變薄膜材料，已成為本技術領域人員急需解決的問題。

發明內容

本發明的所要解決的技術方案是提供一種非晶和多晶轉變體積變化小、設置時間短、操作速度快、能夠長期穩定工作的、對環境友好且與CMOS工藝的兼容較好的相變薄膜材料。

為解決上述技術方案，本發明提供一種用于相變存儲器的Si-Sb-Se相變薄膜材料，其組分為Si_cSb_aSe_b，，其中，48≤b≤60，20≤a≤40，8≤c≤40，a+b+c＝100；或60≤b≤80，20≤a≤40，3≤c≤20，a+b+c＝100。

較佳地，所述的用于相變存儲器的Si-Sb-Se相變薄膜材料，其組分為Si₂₂Sb₂₂Se₅₆，Si₁₄Sb₂₉Se₅₇，或Si₈Sb₃₃Se₅₉。

較佳地，所述的用于相變存儲器的Si-Sb-Se相變薄膜材料，還可以表示為Si_y(Sb_xSe_100-x)_100-y的形式，其中，y＝c，x(100-y)＝a，(100-x)(100-y)＝b；在此表述形式下，其組分為Si₁₀(Sb₇₀Se₃₀)₉₀或Si₅(Sb₇₀Se₃₀)₉₅。

較佳地，所述的用于相變存儲器的Si-Sb-Se相變薄膜材料可以通過電脈沖使電阻在低阻和高阻間實現可逆轉換，其高阻態的阻值最少比低阻態阻值大2倍。

較佳地，通過調節所施加電脈沖的高度和波形，可以實現2個以上穩定的電阻值，可以實現多態存儲。

較佳地，通過至少一個激光脈沖，能夠改變所述的用于相變存儲器的Si-Sb-Se相變薄膜材料的反射率。

較佳地，能夠通過激光脈沖實現Si-Sb-Se相變薄膜材料的不同反射率之間的可逆轉換。