[发明专利]一种相变存储器单元及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提升相变存储器操作速度的锑Sb材料层诱导结晶的confine结构及其器件的制作方法，属于微电子学纳米材料与器件制备领域。

背景技术

相变存储器技术源于S.R.Ovshinsky对硫系化合物非晶态半导体的研究，他在20世纪60年代末70年代初报道了硫系化合物材料在电场激发下具有高、低阻值之间的转变现象，提出了相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想（Phys.Rev.Lett.,21,1450~1453,1968;Appl.Phys.Lett.,18,254~257,1971）。进入21世纪以来随着微电子制备技术与工艺的发展，器件中相变单元的尺寸可以缩小到纳米量级，相变存储器已成为国际上各研究机构和半导体公司的研发热点。相变存储器具有集成度高、功耗低、读写速度快以及非挥发特性等特点，与目前的动态随机存储器（DRAM）、闪存（FLASH）相变有巨大的优势。相变存储器不仅在民用市场上作为非易失性存储器具有广阔的应用前景，其优良的抗高低温冲击、抗辐照特性在航空航天等军事领域也同样具有重要的应用价值。从国际半导体工业协会对新型存储技术的预测发展演变来看，相变存储器技术是几种新兴的半导体存储技术中发展最为迅速、距离产业化最近的技术之一。考虑相变存储器的广阔应用前景，国际上Samsung,IBM,Hynix,Micron,Microchip等公司相继加入相变存储器的研发阵营，在技术的完善以及可制造性方面取得了显著成果。在2012年的国际固态电路大会（ISSCC 2012）上，Samsung展示了20纳米，8 Gbit的相变存储器，这也是目前已经公开的最大容量的相变存储器。

现阶段，相变存储器技术的一个研究热点在于相变材料在非晶的高阻和晶态的低阻这两个状态之间的快速可逆转变。相变材料中非晶区域的结晶是可逆相变过程中最慢的一步，因此这相变存储器的速度将由这一过程决定。近年来，已经有部分关于结晶速度小于60纳秒的报道（Appl.Phys.Lett.,93,043121,2008;Nature Mater.4,347,2005），这个转变时间已经远远超过了写速度为10微秒的闪存的速度。如果非易失性存储器的性能得到进一步的开发，达到10纳秒左右的类似DRAM的转变速度，其商业应用潜力将会大大增加。因此进一步提升相变材料的结晶速度从而提高相变存储器的操作速度变得越来越重要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种相变存储器单元及其制备方法，用于解决现有技术中相变存储器存储单元的操作速度不高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种相变存储器单元，其包括相变材料层，所述相变材料层中设有至少一层诱导相变材料结晶的锑Sb薄膜。

优选地，该相变材料层中穿插设有多层所述锑Sb薄膜，每层锑Sb薄膜的厚度为1～5nm。

优选地，所述相变存储材料层的厚度为40～100nm。

优选地，所述相变材料层中的相变材料是由硫族化合物材料形成；该硫族化合物材料包括二元的材料体系和三元的材料体系。

优选地，由多层锑Sb薄膜分隔开的相变材料层的硫族化合物材料相同或不同。

本发明还包括一种相变存储器单元的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)在制备好加热电极的衬底上沉积相变材料层；

2)在该相变材料层上沉积锑Sb薄膜；

3)在所述锑Sb薄膜上沉积另一相变材料层；

4)重复步骤2）至步骤3）n次，n为整数，n大于等于1；

5)去除部分相变材料层，沉积金属电极并引出。

优选地，所述制备好加热电极的衬底包括衬底、位于该衬底上的底电极层、位于该底电极层上的加热电极以及包围加热电极的介质层；所述加热电极的厚度等于或小于介质层的厚度。

优选地，所述加热电极的厚度小于介质层的厚度；步骤1）中沉积相变材料层时保留其侧墙。

优选地，所述步骤1）中相变材料层的沉积采用共溅射相应单质靶法或溅射相应组分的合金靶法；靶材的纯度应大于99.99％。

优选地，所述步骤2）中锑Sb薄膜采用溅射Sb单质靶的方法制备；靶材的纯度大于99.99％。

本发明没有增加制备工艺的难度，且与传统的工业CMOS工艺完全兼容。植入的锑Sb材料诱导层能在相变存储介质中形成富锑的相变激活区域，能加快材料的结晶速率，提高相变存储单元的操作速度。

附图说明

图1（a）-图1（f）为本发明所包括的一种相变存储单元制备过程示意图；