[发明专利]一种双层相变材料、相变存储器单元及其制备方法

说明书

本发明涉及一种双层相变材料、相变存储器单元及其制备方法，所述材料为Ge‑Sb‑Te/Sb‑Te或Ge‑Te/Sb‑Te；其中Sb‑Te的化学通式为Sb_xTe_100‑x，满足20<x<80。相变存储器单元，结构包括下电极层、上电极层及位于之间的相变材料层，相变材料层为双层相变材料Ge‑Sb‑Te/Sb‑Te或Ge‑Te/Sb‑Te。双层相变材料作为相变存储器的存储介质时，相变存储单元不仅具有相变速度快、写操作电流低等优点，而且器件的可靠性得到了提高。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种双层相变材料、相变存储器单元及其制备方法。

背景技术

在半导体市场中，存储器占有重要的地位，并且随着大数据时代的到来，存储器的市场需求变得更大。发展下一代高速、高密度新兴存储器的任务变得尤为迫切，在这其中，利用硫系化合物薄膜材料作为存储介质的相变存储器被认为是最有潜力的下一代非易失性存储器，其原理建立在相变材料在相变前后电阻率的巨大差异上，相变材料在多晶态和非晶态具有不同的电阻率，因此可以用来实现二进制数据的存储。相变存储器的综合性能与目前的主流存储器闪存和动态随机存储器相比具有较为明显的优势。相变存储器具有可逆相变速度快、擦写功耗低、数据保持力高和疲劳次数高等优点。对于相变材料的研究，大多数都集中在GeTe-Sb₂Te₃伪二元合金上，沿着伪二元合金连线，随着Sb₂Te₃含量的增加结晶速度会随之加快。直至目前，用于相变存储器的典型材料仍为硫系化合物合金Ge-Sb-Te薄膜，其中以Ge₂Sb₂Te₅应用最广，即Ge、Sb、Te三种元素成分的原子比为2:2:5。

存储器的研究一直朝着高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向发展。对于传统的相变存储器存储介质材料Ge-Sb-Te，仍然存在着不能忽视的缺点。其结晶速度较慢，这将影响器件的擦写速度；基于Ge-Sb-Te的器件的功耗较高，这对于大阵列高密度相变存储器的发展造成影响；此外，Ge-Sb-Te结晶温度较低，相邻单元的热串扰问题难以避免，且Ge-Sb-Te的热稳定性无法满足高温数据保持力的要求。鉴于此，如何对单一相变材料层Ge-Sb-Te进行改进以满足结晶温度较高、高温数据保持力好、结晶速度快等要求，且在相变存储器器件中功耗较低、擦写速度快以及能达到一定的循环次数，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双层相变材料、相变存储器单元及其制备方法，克服了现有相变存储器的编程速度慢、功耗及高及可靠性差的缺陷，该双层相变材料作为相变存储器的存储介质时，相变存储单元不仅具有相变速度快、写操作电流低等优点，而且器件的功耗和可靠性都得到了改善。

本发明的一种双层相变材料，所述材料为异质结诱导结晶Ge-Sb-Te/Sb-Te或Ge-Te/Sb-Te；

其中诱导层Sb-Te相变材料的化学通式为Sb_xTe_100-x，其中x指元素的原子百分比，满足20&lt;x&lt;80。

所述25&lt;x&lt;75。

异质结诱导结晶表示的意思是：两种不同的相变材料形成异质结，通过其中的一层材料材料(此处指Sb-Te，它具有快速相变的特性)和异质结的界面诱导另一层相变材料快速结晶。

即：由两种具有不同性质的相变材料形成异质结型的双层相变材料，通过其中一层具有快速相变特性的Sb-Te材料和异质结界面的协同诱导作用促使另一层热稳定性好的相变材料(Ge-Sb-Te或Ge-Te)快速结晶。