[发明专利]多级相变存储用低功耗相变薄膜材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及多级相变存储用低功耗相变薄膜材料及其制备方法和应用，薄膜材料的化学组成为InTe(a)‑X(a)，其中a为单层InTe薄膜和单层X薄膜的厚度，在SiO₂/Si(100)衬底上，以InTe和Ga₃Sb₇、SnSe₂或Ge₂Sb₂Te₅为靶材，以氩气为辉光气体，交替沉积InTe和Ga₃Sb₇、SnSe₂或Ge₂Sb₂Te₅薄膜，制备得到多级相变存储用低功耗相变薄膜材料。与现有技术相比，本发明不但含有在相变存储领域比较传统的半导体材料碲(Te)，还具有可增大和稳定非晶态电阻大小的元素In，形成了高低电阻比较大。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域材料，尤其是涉及一种多级相变存储用低功耗相变薄膜材料及其制备方法和应用。

背景技术

存储器作为电子设备的核心部件在信息全球化的二十一世纪发挥着越来越重要的作用。相变存储器(Phase Change Random Access Memory，PCRAM)为非挥发性存储器，具有存储单元尺寸小、循环寿命长，稳定性好、功耗低和嵌入功能强等优点，成为最有希望替代目前市场上广泛应用的存储器(FLASH)。另外，PCRAM制作工艺与CMOS工艺兼容且成本低，也预示了其广泛的应用的前景(J.Hegedüs and S.R.Elliott:Nature,2008,p.399)。

Ge-Sb-Te体系合金相变材料是大家公认的、研究最多的、也是技术最为成熟的材料，但较低的结晶温度和晶态电阻限制了其进一步应用。为此科研工作者们做出了很大努力，如Anass Benayad等发现通过添加In元素可以提高薄膜的结晶温度和晶态电阻(AnassBenayad,et.al：JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 106(2009)043701)；本课题组所研发的Ga30Sb70/SnSe2类超晶格相变薄膜，通过改变单层薄膜厚度，有效调节了材料的结晶温度以及存储密度(Yifeng Hu,et.al:APPLIED PHYSICS LETTERS 103(2013)152107)。现如今，人们仍采用掺杂和多层膜复合的形式来提高材料的相变温度、热稳定性、数据保持能力、存储密度和疲劳特性等。而在如何选择一种合适的、可用于多级相变材料方面，却始终没有较大突破。

中国专利CN103762308A公开了多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料及其制备和应用，为Ga₃₀Sb₇₀/SnSe₂纳米复合多层相变薄膜，由SnSe₂薄膜和Ga₃₀Sb₇₀薄膜交替排列成多层薄膜结构，其中SnSe₂薄膜的厚度为5～35nm，Ga₃₀Sb₇₀薄膜的厚度为5～35nm；Ga₃₀Sb₇₀/SnSe₂纳米复合多层相变薄膜的总厚度为50-70nm，采用磁控溅射法制备得到，可以应用在具有多态性能的高密度相变存储器中。然而此发明中所涉及的薄膜材料具有较大的阈值(8.5V)和SET(4.0V，1000ns)电压，说明该薄膜较传统的GST材料具有较大的功耗和较慢的相变速度，有待进一步提高。而本发明所涉及的InTe，不但可以与Ga₃Sb₇、SnSe₂和Ge₂Sb₂Te₅分别形成具有多级相变特性的薄膜，并且其还具有较低的阈值(2.0V)、SET(1.8V，100ns)和RESET(3.5V，100ns)电压，以期在提高存储密度的同时有效的较低材料的功耗及相伴速度。

发明内容