[发明专利]一种用于相变存储器的Al/Ge10Sb90类超晶格相变薄膜材料及制备方法

说明书

本发明属于微电子领域相变材料及其制备方法，特别是涉及一种用于相变存储器的Al/Ge₁₀Sb₉₀类超晶格相变薄膜材料及制备方法。一种用于相变存储器的Al/Ge₁₀Sb₉₀类超晶格相变薄膜材料，所述Al/Ge₁₀Sb₉₀类超晶格相变薄膜材料是多层复合膜结构，由Al层和Ge₁₀Sb₉₀层交替沉积复合而成，将Al层和Ge₁₀Sb₉₀层作为一个交替周期，后一个交替周期的Al层沉积在前一个交替周期的Ge₁₀Sb₉₀层上方。本发明采用用于相变存储器的Al/Ge₁₀Sb₉₀类超晶格相变薄膜材料，是一种新型相变材料，不仅热稳定性好，同时又保留其速度快、功耗低的优点。

技术领域

本发明属于微电子领域相变材料及其制备方法，特别是涉及一种用于相变存储器的Al/Ge₁₀Sb₉₀类超晶格相变薄膜材料及制备方法。

背景技术

存储器在半导体市场中占有重要地位，仅 DRAM(dynamnicRandamAccessMemory)和FLASH两种就占有整个市场的 15％，随着便携式电子设备的逐步普及，不挥发存储器的市场也越来越大，目前FLASH占不挥发存储器的主流，约90％。但随着半导体技术的进步，FLAH遇见到越来越多的技术瓶颈，首先存储电荷的浮栅不能随着集成电路工艺的发展无限制的减薄，此外FLASH技术的其他一些缺点也限制他的应用。

相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末(Phys.Rev.Lett， 21，1450～1453，1968)70年代初(Appl.Phys.Lett，18，254-257，1971)提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料、绝热材料和引出电极材的研究热点也就围绕其器件工艺展开：器件的物理机制研究，包括如何减小器件料等。相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。

相变存储器由于具有高速读取、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和最先成为商用产品的器件。

相变存储器的读、写、擦操作就是在器件单元上施加不同宽度和高度的电压或电流脉冲信号：擦操作(RESET)，当加一个短且强的脉冲信号使器件单元中的相变材料温度升高到熔化温度以上后，再经过快速冷却从而实现相变材料多晶态到非晶态的转换，即“1”态到“0”态的转换；写操作(SET)，当施加一个长且中等强度的脉冲信号使相变材料温度升到熔化温度之下、结晶温度之上后，并保持一段时间促使晶核生长，从而实现非晶态到多晶态的转换，即“0”态到“1”态的转换；读操作，当加一个对相变材料的状态不会产生影响的很弱的脉冲信号后，通过测量器件单元的电阻值来读取它的状态。

作为相变存储器核心的相变薄膜，其物理特性具有至关重要的作用。为了同时实现高稳定性、长的循环寿命和超快的读取速度，相变材料必须同时具有较大的非晶态/晶态电阻比、非晶态下的良好温度性、较好的化学稳定性和较低的熔点与热导率。