[发明专利]导电氧化物过渡层及含该过渡层的相变存储器单元

说明书

技术领域

本发明涉及相变存储器的结构、制备方法及材料，尤其是指提高相变存储器 工作的热效率以及降低相变存储器单元功耗的导电氧化物过渡层及其实现方法。 本发明属于微电子学纳米材料与器件制备领域。

背景技术

相变存储器(Phase Change Memory，PCM)是一种新兴的半导体存储器，它 是以硫系化合物为存储介质，利用电能(热量)使材料在晶态(低阻)与非晶态 (高阻)之间相互转化实现信息的写入和擦除，信息的读出靠测量电阻的变化实 现。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，如铁电随机 存储器(FeRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、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℃)、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。因此不仅将被广泛应用到 民用的日常便携电子产品，而且在航空航天等军事领域有巨大的潜在应用。国际 上已有Ovonyx、Intel、Samsung、Hitachi、STMicroelectronics和British Aerpspace等大公司在开展PCM存储器的研究，正在进行技术的完善与可制造性 等方面的研发工作。

目前最为重要的研究热点在于实现相变存储器操作时的低压与低功耗。对于 常用的T型结构相变存储器单元，研究发现真正应用于硫系材料薄膜层相变的热 量仅仅占到外部供给热量总额的0.2～1.4％，而60～72％的热量通过底W电极扩 散回衬底方向。过多的热量经由底电极的散失必然导致相变过程中操作电压/电 流的增加，能耗随之升高，影响到与CMOS的电压/电流匹配，而且扩散至器件底 部的过多热量对于底部的CMOS工作的稳定性是潜在的不利因素。此外，含Sb 与Te元素的相变材料中，在相变操作的过程中，长期反复的高温写擦操作会导 致材料内部本身的成分偏析，而且Sb或Te向相变材料与介质材料的界面处偏析， 并与活泼的电极材料反应的现象也被证实是对器件可靠性的极大威胁。

鉴于此，实有必要提出一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种导电氧化物过渡层及含该过渡层的 相变存储器单元，可提高相变存储器的操作热效率，并同时提高器件的操作可靠 性，从而达到延长器件使用寿命的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种导电氧化物过渡层，应用于相变存储器，所述相变存储器包括底电极和 硫系化合物薄膜层；所述导电氧化物过渡层位于底电极与硫系化合物薄膜层之 间；所述导电氧化物过渡层的材料为具有导电特性的氧化物。

其中，所述导电氧化物过渡层的材料的熔点为600～2500℃；热导率为0.1～ 120W/mK。

作为本发明的优选方案，所述导电氧化物过渡层的材料包括LaNiO₃、 LaSrCoO₃、LaSrMnO₃、SrRuO₃、CaRuO₃其中之一，或掺Nb的SrTiO₃。所述导 电氧化物过渡层的厚度为2～10nm。

一种相变存储器单元，包括底电极和硫系化合物薄膜层，还包括位于底电极 与硫系化合物薄膜层之间的导电氧化物过渡层，所述导电氧化物过渡层的材料包 括LaNiO₃、LaSrCoO₃、LaSrMnO₃、SrRuO₃、CaRuO₃其中之一，或掺Nb的SrTiO₃， 优选为LaNiO₃，厚度为2～10nm。

其中，所述底电极为W电极。

一种相变存储器单元的制备方法，包括如下步骤：

(1)使用丙酮与酒精溶液，在超声波作用下清洗衬底，然后在衬底上制备 导电氧化物过渡层，其厚度为2～10nm；

(2)在步骤(1)制备的导电氧化物过渡层上依次制备硫系化合物薄膜层与 TiN薄膜；