[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

本发明涉及半导体制造材料领域，特别是涉及一种相变存储器单元及其制备方法。

背景技术

存储器是目前半导体市场的重要组成部分，是信息技术的基石，无论在生活中还是在国民经济中发挥着重要的作用。信息量伴随着社会发展急剧增加，高数据存储密度的存储器的研发成为存储器研究者的重要任务。其中，相变存储器单元由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品的器件和最先成为商用产品的器件。

相变存储器的基本原理是利用器件中存储材料在高电阻和低电阻之间的可逆转变来实现“1”和“0”的存储。通过利用电信号控制实现存储材料高电阻的连续变化可以实现多级存储，从而大幅提高存储器的信息存储能力。在相变存储器中，利用了相变材料在非晶和多晶之间的可逆转变来实现上述的电阻变化。常用的相变存储材料体系主要是碲基材料，如Ge-Sb-Te、Si-Sb-Te、Ag-In-Sb-Te等。特别是GST(Ge-Sb-Te)已经广泛应用于相变光盘和相变存储器。但也存在如下问题：1、写操作速度慢，相变速度有待进一步提高；2、擦操作功耗高，不利于存储密度的提升，鉴于这些缺点，需要探索具有更好性能的存储材料。

因此，如何提供一种新型的相变材料包括新型的器件单元结构，使基于该材料、结构的新型相变存储器具有更好的热稳定性，更快的相变速度，更小的操作功耗及更高的循环操作寿命，是当前技术领域急需解决的问题。

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存储器件相变速度慢、操作功耗高、寿命短、热稳定性差的问题。

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，所述相变材料层是由单层相变材料Sb_xTe_1-x层和单层化合物Ti_yTe_1-y层交替垂直堆叠生长而形成的相变超晶格薄膜结构，其中，0.4≤x≤0.8，0.33≤y≤0.56。

作为本发明相变存储器单元的一种优化的方案，所述单层相变材料Sb_xTe_1-x层的厚度范围为1～10nm，所述单层化合物Ti_yTe_1-y层的厚度范围为1～10nm。

作为本发明相变存储器单元的一种优化的方案，所述单层相变材料Sb_xTe_1-x层和单层化合物Ti_yTe_1-y层的循环堆叠次数为3～25个周期。

作为本发明相变存储器单元的一种优化的方案，所述相变超晶格薄膜结构中发生相变的相变区域的总厚度范围为6～500nm。

作为本发明相变存储器单元的一种优化的方案，所述相变超晶格薄膜结构中单层相变材料Sb_xTe_1-x层的初始状态为非晶态或经过加热处理后的晶态。

作为本发明相变存储器单元的一种优化的方案，所述相变超晶格薄膜结构中单层化合物Ti_yTe_1-y层的初始状态为非晶态或经过加热处理后的晶态。

作为本发明相变存储器单元的一种优化的方案，所述相变存储器单元为限制型结构或者T型结构。

本发明还提供一种相变存储器单元的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

1）提供一制作有下电极的生长衬底；

2）在所述生长衬底表面沉积介质包覆层；

3）利用曝光-刻蚀工艺刻蚀所述介质包覆层直至在所述介质包覆层中形成暴露所述下电极的沉积孔；

4）在所述沉积孔中依次沉积相变材料层和上电极，所述相变材料层是由单层相变材料Sb_xTe_1-x层和单层化合物Ti_yTe_1-y层交替垂直堆叠生长而形成的相变超晶格薄膜结构，其中，0.4≤x≤0.8，0.33≤y≤0.56。

作为本发明相变存储器单元的制备方法的一种优化的方案，采用物理气相沉积、化学气相沉积、或金属有机物沉积工艺来制备所述相变材料层。