[发明专利]一种低密度变化相变材料和相变存储器及制备方法

说明书

本发明公开了一种低密度变化相变材料，其为第一相变材料层和第二相变材料层循环交替叠合而成的类超晶格相变材料层，所述第一相变材料层和所述第二相变材料层之间形成类超晶格界面，所述第一相变材料层为C‑GeSb，所述第二相变材料层为GeTe，循环交替叠合层数至少有三层。相变材料C‑GeSb中碳掺杂的比例为可调整的，该材料具有非常低的相变密度变化，在适当的碳掺杂比例下几乎不发生密度变化，因此不会因为多次相变而出现孔洞，进而导致器件失效。非晶态GeTe层的晶化温度较高，因此适当厚度的GeTe层的加入可以在可控范围内提高相变材料的晶化温度，提高器件整体的稳定性，可同时满足存储器对高速擦写和电阻窗口的需求。

技术领域

本发明属于微电子领域，具体涉及一种低密度变化相变材料及其制备方法，采用该低密度变化相变材料的相变存储器及其制备方法。

背景技术

作为一种新型存储器，相变存储器由于恰当的存储密度，擦写速度和功耗，完美的填补了现行存储构架中的出现的器件断层。并且，由于相变存储器的制备工艺与现行的CMOS高度兼容，是下一代存储器构架的最佳方案之一，在高密度，高速度，低功耗，嵌入式应用和特殊环境应用中具有巨大的商业潜力。

相变存储器采用相变材料作为存储介质，用电脉冲产生的焦耳热使相变材料的电阻状态发生变化，通常非晶态时为高电阻率，晶态为低电阻率，结合器件的尺寸可以取得不同的电阻值。由于相变材料可以实现部分非晶化，因此相变存储器在多值存储的应用上具有巨大优势。但相变材料在晶态与非晶态状态下的密度会发生变化，从而导致相变区域内的相变材料体积发生变化。经过多次擦写后，体积变化可能导致相变材料层内出现孔洞和成分偏析，进而导致单元失效或误读。

通常是选用具有低密度变化的材料来避免体积变化引起的失效。但由于材料本省的特性，低密度变化的材料同时难以满足存储器对高速擦写和电阻窗口的需求。因此，一种兼顾性能的低密度变化的新型相变材料是当前领域需要解决掉问题之一。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种低密度变化相变材料和相变存储器，采用相变材料层C-GeSb和相变材料层GeTe循环交替叠合形成低密度变化的类超晶格相变材料层，其中，相变材料C-GeSb中碳掺杂的比例为可调整的，该材料具有非常低的相变密度变化，在适当的碳掺杂比例下几乎不发生密度变化，因此不会因为多次相变而出现孔洞，进而导致器件失效。非晶态GeTe层的晶化温度较高，因此适当厚度的GeTe层的加入可以在可控范围内提高相变材料的晶化温度，提高器件整体的稳定性，可同时满足存储器对高速擦写和电阻窗口的需求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种低密度变化相变材料，其为第一相变材料层和第二相变材料层循环交替叠合而成的类超晶格相变材料层，所述第一相变材料层和所述第二相变材料层之间形成类超晶格界面，所述第一相变材料层为C-GeSb，所述第二相变材料层为GeTe，循环交替叠合层数至少有三层，底层和顶层均选自所述第一相变材料层、所述第二相变材料层其中之一。

优选地，所述第一相变材料层中碳掺杂的比例为可调整的。

为实现上述目的，按照本发明的另一方面，还提供了一种如前所述的低密度变化相变材料的制备方法，其中：

所述制备方法为通过包括磁控溅射、电子束蒸发、原子层沉积、化学反应沉积在内的沉积方法循环交替沉积第一相变材料层和第二相变材料层，直到完成类超晶格相变材料层的制备。

为实现上述目的，按照本发明的另一方面，还提供了一种相变存储器，其中，包括依次设置的：

一衬底材料层；

一第一电极；

一绝缘介质材料层，所述绝缘介质材料层中形成有接触孔；