[發(fā)明專(zhuān)利]一種相變存儲(chǔ)器單元及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410077462.3
• 申請(qǐng)日: 2014-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103794723A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 饒峰;丁科元;夏夢(mèng)嬌;宋志棠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 上海光華專(zhuān)利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造材料領(lǐng)域，特別是涉及一種相變存儲(chǔ)器單元及其制備方法。

背景技術(shù)

存儲(chǔ)器是目前半導(dǎo)體市場(chǎng)的重要組成部分，是信息技術(shù)的基石，無(wú)論在生活中還是在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用。信息量伴隨著社會(huì)發(fā)展急劇增加，高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度的存儲(chǔ)器的研發(fā)成為存儲(chǔ)器研究者的重要任務(wù)。其中，相變存儲(chǔ)器單元由于具有高速讀取、高可擦寫(xiě)次數(shù)、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗強(qiáng)震動(dòng)和抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)認(rèn)為最有可能取代目前的閃存存儲(chǔ)器而成為未來(lái)存儲(chǔ)器主流產(chǎn)品的器件和最先成為商用產(chǎn)品的器件。

相變存儲(chǔ)器的基本原理是利用器件中存儲(chǔ)材料在高電阻和低電阻之間的可逆轉(zhuǎn)變來(lái)實(shí)現(xiàn)“1”和“0”的存儲(chǔ)。通過(guò)利用電信號(hào)控制實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)材料高電阻的連續(xù)變化可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)存儲(chǔ)，從而大幅提高存儲(chǔ)器的信息存儲(chǔ)能力。在相變存儲(chǔ)器中，利用了相變材料在非晶和多晶之間的可逆轉(zhuǎn)變來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的電阻變化。常用的相變存儲(chǔ)材料體系主要是碲基材料，如Ge-Sb-Te、Si-Sb-Te、Ag-In-Sb-Te等。特別是GST(Ge-Sb-Te)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于相變光盤(pán)和相變存儲(chǔ)器。但也存在如下問(wèn)題：1、寫(xiě)操作速度慢，相變速度有待進(jìn)一步提高；2、擦操作功耗高，不利于存儲(chǔ)密度的提升，鑒于這些缺點(diǎn)，需要探索具有更好性能的存儲(chǔ)材料。

因此，如何提供一種新型的相變材料包括新型的器件單元結(jié)構(gòu)，使基于該材料、結(jié)構(gòu)的新型相變存儲(chǔ)器具有更好的熱穩(wěn)定性，更快的相變速度，更小的操作功耗及更高的循環(huán)操作壽命，是當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)域急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種相變存儲(chǔ)器單元及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中存儲(chǔ)器件相變速度慢、操作功耗高、壽命短、熱穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種相變存儲(chǔ)器單元，其包括相變材料層，所述相變材料層是由單層相變材料Sb_xTe_1-x層和單層化合物Ti_yTe_1-y層交替垂直堆疊生長(zhǎng)而形成的相變超晶格薄膜結(jié)構(gòu)，其中，0.4≤x≤0.8，0.33≤y≤0.56。

作為本發(fā)明相變存儲(chǔ)器單元的一種優(yōu)化的方案，所述單層相變材料Sb_xTe_1-x層的厚度范圍為1～10nm，所述單層化合物Ti_yTe_1-y層的厚度范圍為1～10nm。

作為本發(fā)明相變存儲(chǔ)器單元的一種優(yōu)化的方案，所述單層相變材料Sb_xTe_1-x層和單層化合物Ti_yTe_1-y層的循環(huán)堆疊次數(shù)為3～25個(gè)周期。

作為本發(fā)明相變存儲(chǔ)器單元的一種優(yōu)化的方案，所述相變超晶格薄膜結(jié)構(gòu)中發(fā)生相變的相變區(qū)域的總厚度范圍為6～500nm。

作為本發(fā)明相變存儲(chǔ)器單元的一種優(yōu)化的方案，所述相變超晶格薄膜結(jié)構(gòu)中單層相變材料Sb_xTe_1-x層的初始狀態(tài)為非晶態(tài)或經(jīng)過(guò)加熱處理后的晶態(tài)。

作為本發(fā)明相變存儲(chǔ)器單元的一種優(yōu)化的方案，所述相變超晶格薄膜結(jié)構(gòu)中單層化合物Ti_yTe_1-y層的初始狀態(tài)為非晶態(tài)或經(jīng)過(guò)加熱處理后的晶態(tài)。

作為本發(fā)明相變存儲(chǔ)器單元的一種優(yōu)化的方案，所述相變存儲(chǔ)器單元為限制型結(jié)構(gòu)或者T型結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供一種相變存儲(chǔ)器單元的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟：

1）提供一制作有下電極的生長(zhǎng)襯底；

2）在所述生長(zhǎng)襯底表面沉積介質(zhì)包覆層；

3）利用曝光-刻蝕工藝刻蝕所述介質(zhì)包覆層直至在所述介質(zhì)包覆層中形成暴露所述下電極的沉積孔；

4）在所述沉積孔中依次沉積相變材料層和上電極，所述相變材料層是由單層相變材料Sb_xTe_1-x層和單層化合物Ti_yTe_1-y層交替垂直堆疊生長(zhǎng)而形成的相變超晶格薄膜結(jié)構(gòu)，其中，0.4≤x≤0.8，0.33≤y≤0.56。

作為本發(fā)明相變存儲(chǔ)器單元的制備方法的一種優(yōu)化的方案，采用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、或金屬有機(jī)物沉積工藝來(lái)制備所述相變材料層。