[发明专利]用于高速相变存储器的GeTe/Sb类超晶格相变薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子领域的相变薄膜材料，具体涉及一种用于高速相变存储器的GeTe/Sb类超晶格相变薄膜材料及其制备方法。

背景技术

相变存储器（PCRAM）是利用材料在晶态和非晶态的巨大电阻差异实现信息存储的新型非挥发性存储器。当相变材料在非晶态时具有较高电阻，在晶态时具有较低电阻，两态之间的电阻差异达到2个数量级以上。通过电流诱导的焦耳热，可以实现相变材料在两个电阻态之间的快速转变。PCRAM具有稳定性强、功耗低、存储密度高、与传统的CMOS工艺兼容等优点，因而受到越来越多研究者和企业的关注（Kun Ren等，Applied Physics Letter, 2014，104（17）：173102）。PCRAM以其巨大的优势，被认为是最具潜力的下一代非易失性存储器之一。

相变材料是PCRAM 的核心，其性能直接决定PCRAM的各项技术性能。Ge₂Sb₂Te₅是目前广泛采用的相变存储材料，虽然其各方面的性能均衡，没有太大的缺点，但是存在很多有待改善和提高的地方（Zhou Xilin等，Acta Materialia, 2013，61（19）：7324-7333）。比如，Ge₂Sb₂Te₅薄膜以形核为主的晶化机制使得其相变速度较慢，无法满足未来高速、大数据时代的信息存储要求；其次，Ge₂Sb₂Te₅薄膜的热稳定性较差，晶化温度只有160℃左右，仅能在85℃的环境温度下将数据保持10年，还不能完全满足未来高集成度的半导体芯片的要求。

作为技术改进，中国专利文献CN 102347446 B（申请号 201110331342.8）公开了一种用于相变存储器的Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料及其制备方法，所述Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料的成分主要为氮化锗和（GeTe）_a（Sb₂Te₃）_b复合的相变材料。该相变材料制备时采用磁控溅射法，在硅衬底或热氧化后的硅衬底上，采用Ge和（GeTe）_a（Sb₂Te₃）_b合金靶两靶共溅射且溅射过程中通氮气获得所述相变材料；或者在硅衬底或热氧化后的硅衬底上，采用Ge、Sb和Te三靶共溅射且溅射过程中通氮气获得所述相变材料；或者在硅衬底或热氧化后的硅衬底上，采用（GeTe）_a（Sb₂Te₃）_b合金和氮化锗合金靶两靶共溅射获得所述相变材料。但是该专利文献所公开的相变材料在提高Ge₂Sb₂Te₅热稳定性的同时必然会减缓材料的晶化速度，从而使Ge₂Sb₂Te₅本来就不快的相变速度进一步降低，这对于存储器的应用是非常不利的。

类超晶格相变材料近年来受到持续关注，与传统的单层Ge₂Sb₂Te₅相变材料相比，类超晶格结构具有较低的热导率，，可以减少加热过程中的热量散失，降低薄膜的整体热导率，从而提高相变速度。

例如，中国专利文献CN100470869（申请号 028169379）公开了一种用于相变存储器的多层材料及方法，该材料用绝缘材料原硅酸四乙酯将相变材料Ge₂Sb₂Te₅分割开，形成至少两个相变层的相变材料，相比单层相变材料能够减小编程体积，同时提供充分的热绝缘。该方法制备的相变材料具有较低的功耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高速相变存储器的GeTe/Sb类超晶格相变薄膜材料及其制备方法。

实现本发明第一目的的技术方案是一种用于高速相变存储器的GeTe/Sb类超晶格相变薄膜材料，其特征在于：GeTe/Sb类超晶格相变薄膜材料为多层复合膜结构，由GeTe层和Sb层交替沉积复合而成，将一层GeTe层和一层Sb层作为一个交替周期，后一个交替周期的GeTe层沉积在前一个交替周期的Sb层上方。