[發明專利]高速類超晶格鋅銻-銻相變存儲介質及其制備方法

在審

• 申請號: 202010175123.4
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111276605A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 吳衛華;朱小芹;眭永興;薛建忠;孫月梅;吳世臣
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;B82Y30/00;B82Y40/00;C23C14/14;C23C14/34;C23C14/35;C23C14/54
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發明公開一種高速類超晶格鋅銻?銻相變存儲介質及其制備方法，該存儲介質的總厚度為40?60 nm，結構通式為[Zn₅₀Sb₅₀(a)/Sb(b)]_n，其中a和b分別表示單個周期中Zn₅₀Sb₅₀薄膜和Sb薄膜的厚度，且1a25 nm，1b25 nm，n為納米復合多層結構相變薄膜的總周期數，且1n25。本發明揚長避短地利用兩種相變材料的優勢特性，通過磁控濺射的方法將兩種材料進行納米多層復合構成類超晶格結構，與傳統的Ge₂Sb₂Te₅相變材料相比較，類超晶格Zn₅₀Sb₅₀/Sb相變存儲介質具有熱穩定性好、相變速度更快等優點。

技術領域

本發明涉及微電子材料技術領域，具體涉及一種用于相變存儲器的高速類超晶格鋅銻-銻相變存儲介質及其制備方法。

背景技術

1968年，美國科學家Stanford Ovshinsky發現硫系化合物在電場或激光激發下可實現高低電阻值或反射率的可逆轉變（Ovshinsky Stanford：Physical Review Letters，1968，21 (20)，p.1450）。眾所周知，相變存儲材料最先廣泛應用于光學存儲領域，如CD-ROM、DVD-ROM及Blue-ray Disc。相比之下，相變材料在電學存儲領域的應用研究進展緩慢，這主要受制于半導體加工工藝的發展。進入21世紀以來，隨著半導體工藝及集成技術的迅猛發展，相變存儲器PCRAM（Phase Change Random Access Memory）在快速、大容量、低功耗、尺寸微縮等方面彰顯出杰出的優越性，被認為是最有可能取代目前SRAM、DRAM和FLASH等主流產品的下一代非易失性存儲器（Raoux Simone：MRS Bulletin，2014，39 (08)，p.703）。

PCRAM器件性能主要取決于相變存儲介質的性能。Ge₂Sb₂Te₅是當前應用最為廣泛的相變材料，隨著市場應用需求的不斷升級，該材料存在著諸多不足之處，如Ge₂Sb₂Te₅相變材料成核占優型的晶化機制使得PCRAM器件的SET速度較慢，無法滿足未來高速存儲器的發展要求；Ge₂Sb₂Te₅相變材料高的晶態電阻使得PCRAM器件的SET電阻較高，無法滿足未來低功耗存儲器的發展要求；同時，Ge₂Sb₂Te₅相變材料低的相變溫度和結晶激活能使得PCRAM器件熱穩定性較差，更是無法滿足未來高可靠性和高穩定性數據存儲器的發展要求。

與Ge₂Sb₂Te₅相變材料相比而言，Zn-Sb合金薄膜具有高的相變溫度，在高數據保持力PCRAM應用方面具有巨大的應用潛力（Zifang He： Materials Letters, 185 (2016),P. 399-102）。然而，熱穩定性和相變速度是相互制約的，具有高相變溫度的Zn-Sb合金必然存在著相變速度不夠快的缺點，無法滿足對數據進行較快速度讀取的應用需求。類超晶格相變存儲薄膜是將具有不同相變性能的相變材料在納米尺度通過交替濺射的方式進行多層復合，進而構造成類超晶格結構（SLL）的一種材料。新加坡數據存儲研究所T. C. Chong等人于2006年首次提出將GeTe/Sb₂Te₃多層材料應用于PCRAM的制備，獲得當時世界上最快的相變存儲單元（Chong, T. C：Applied Physics Letters，2006，88 (12)，p.122114）。