Ge-Se-Sb复合材料、1S1R相变存储器单元及制备方法技术

本发明专利技术提供一种Ge‑Se‑Sb复合材料、1S1R相变存储器单元及制备方法，其化学通式为GexSeySb100‑x‑y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足20

Ge-Se-Sb composite, 1S1R phase change memory unit and preparation method

The present invention provides a Ge_Se_Sb composite material, a 1S1R phase change memory unit and a preparation method. Its chemical formula is GexSeySb100_x_y, where x and Y refer to the atomic percentage of elements and meet the requirement of 20.

【技术实现步骤摘要】
Ge-Se-Sb复合材料、1S1R相变存储器单元及制备方法
本专利技术属于微纳电子
，特别是涉及一种Ge-Se-Sb复合材料、1S1R相变存储器单元及制备方法。
技术介绍
存储器作为一种半导体器件在半导体市场中一直占据着重要的地位。利用相变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。相变存储器技术基于S.R.Ovshinsky在20世纪60年代末、70年代初提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器，其关键材料包括作为存储介质的相变薄膜、加热电极材料、绝缘材料和引出电极材料等。相变存储器的基本原理是：施加电学脉冲信号于器件单元，使相变材料在非晶态与晶态之间产生可逆转变，利用材料在高电阻值的非晶态和低电阻值的晶态之间的电阻差异来实现数据存储。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Ge2Sb2Te5，仍然存在着不能忽视的缺点。其结晶温度较低(约150℃)，热稳定性无法满足汽车电子等领域的高温数据保持力的要求——在120℃下数据能够保持10年以上；而且，其在器件中的功耗和擦写速度仍然需要进一步改善。在实际的存储芯片应用中，需要有一种开关性能很好的选通器来对存储单元进行选通和操作。目前，相变存储器的密度主要取决于驱动的晶体管的尺寸，而二极管的面积要远小于相同技术节点制造的场效应晶体管，因而二极管成为了主流的发展方向。但随着大阵列高密度尤其是三维结构存储器的发展，二极管作为选通单元已经不能满足要求，用硫系化合物薄膜材料作为介质的OTS选通器更适合作为今后三维高密度相变存储器的选通单元。OTS选通器的基本原理同样是基于硫系化合物的Ovshinsky阈值转变特性，在器件操作过程中当施加电压达到阈值电压后，选通单元由高阻态转变为低阻态，与存储单元不同的是，此时OTS材料仍处于非晶态，当电压撤去时，选通单元又回到高阻态，并没有发生存储转变。与晶体管和二极管选通器相比，OTS选通器具有开启电流大、漏电流小、开关比大、器件结构简单和微缩性好等优点。用于相变存储器的Ge-Se-Sb相变材料，相比于传统的Ge2Sb2Te5，其结晶温度高且高温数据保持力较好。此外，根据我们的研究，Sb含量较低的Ge-Se-Sb材料同时也是一种OTS材料，其OTS单元具有阈值电压低、开关比大等优点。因此，Ge-Se-Sb材料既具有阈值转变(OTS)特性，又具有相变存储(OMS)特性，是一种复合材料。同一种材料通过调节其组分既可以作为存储单元的材料介质又可以作为选通单元的材料介质，因而使得基于Ge-Se-Sb复合材料的1S1R相变存储器单元的制造工艺简单且成本低廉，具备很强的市场竞争力，为三维高密度存储器的实现提供了一种可行的相变单元和选通单元的材料介质。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种Ge-Se-Sb复合材料、1S1R相变存储器单元及其制备方法，用于解决现有技术中相变存储器的存储单元和选通单元的性能、存储器制造工艺和成本均有待进一步改善的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种用于1S1R相变存储器单元的Ge-Se-Sb复合材料，所述Ge-Se-Sb复合材料的化学通式为GexSeySb100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足20<x<60，20<y<100-x。优选地，所述GexSeySb100-x-y中，满足x:y＝1:1，且作为选通器材料介质时，Sb元素的原子百分比满足0<100-x-y<20，当作为存储材料介质时，Sb元素的原子百分比满足30<100-x-y<60。进一步地，所述GexSeySb100-x-y中，当作为选通器材料介质时，Sb的原子百分比满足5<100-x-y<15，当作为存储材料介质时，Sb的原子百分比满足35<100-x-y<55。本专利技术还提供一种1S1R相变存储器单元，所述1S1R相变存储器单元包括下电极层、中间电极层、上电极层及位于所述下电极层和所述中间电极层之间的阈值转变材料层和所述中间电极层和上电极层之间的相变存储材料层；所述阈值转变材料层和所述相变存储材料层采用Ge-Se-Sb复合材料，所述Ge-Se-Sb复合材料的化学通式为GexSeySb100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足20<x<60，20<y<100-x，其中，所述阈值转变材料层中，Sb元素的原子百分比满足0<100-x-y<20，所述相变存储材料层中，Sb元素的原子百分比满足30<100-x-y<60。优选地，所述GexSeySb100-x-y中，所述阈值转变材料层中，Sb元素的原子百分比满足5<100-x-y<15，所述相变存储材料层中，Sb元素的原子百分比满足35<100-x-y<55。优选地，所述下电极层的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种的氮化物或氧化物。优选地，所述中间电极层的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种的氮化物或氧化物。优选地，所述上电极层的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种的氮化物或氧化物。本专利技术还提供一种1S1R相变存储器单元的制备方法，包括以下步骤：形成下电极层；在所述下电极层上形成阈值转变材料层；所述阈值转变材料层采用Ge-Se-Sb复合材料，所述Ge-Se-Sb复合材料的化学通式为GexSeySb100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足20<x<60，20<y<100-x，Sb元素的原子百分比满足0<100-x-y<20；在所述阈值转变材料层上形成中间电极层；在所述中间电极层上形成相变存储材料层；所述相变存储材料层采用Ge-Se-Sb复合材料，所述Ge-Se-Sb复合材料的化学通式为GexSeySb100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足20<x<60，20<y<100-x，Sb元素的原子百分比满足30<100-x-y<60；在所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于1S1R相变存储器单元的Ge‑Se‑Sb复合材料，其特征在于：所述Ge‑Se‑Sb复合材料的化学通式为GexSeySb100‑x‑y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足20

【技术特征摘要】
1.一种用于1S1R相变存储器单元的Ge-Se-Sb复合材料，其特征在于：所述Ge-Se-Sb复合材料的化学通式为GexSeySb100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足20<x<60，20<y<100-x。2.根据权利要求1所述的用于1S1R相变存储器单元的Ge-Se-Sb复合材料，其特征在于：所述GexSeySb100-x-y中，满足x:y＝1:1，且作为选通器材料介质时，Sb元素的原子百分比满足0<100-x-y<20，当作为存储材料介质时，Sb元素的原子百分比满足30<100-x-y<60。3.根据权利要求2所述的用于1S1R相变存储器单元的Ge-Se-Sb复合材料，其特征在于：所述GexSeySb100-x-y中，当作为选通器材料介质时，Sb的原子百分比满足5<100-x-y<15，当作为存储材料介质时，Sb的原子百分比满足35<100-x-y<55。4.一种1S1R相变存储器单元，其特征在于：所述1S1R相变存储器单元包括下电极层、中间电极层、上电极层及位于所述下电极层和所述中间电极层之间的阈值转变材料层和所述中间电极层和上电极层之间的相变存储材料层；所述阈值转变材料层和所述相变存储材料层采用Ge-Se-Sb复合材料，所述Ge-Se-Sb复合材料的化学通式为GexSeySb100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足20<x<60，20<y<100-x，其中，所述阈值转变材料层中，Sb元素的原子百分比满足0<100-x-y<20，所述相变存储材料层中，Sb元素的原子百分比满足30<100-x-y<60。5.根据权利要求4所述的1S1R相变存储器单元，其特征在于：所述GexSeySb100-x-y中，所述阈值转变材料层中，Sb元素的原子百分比满足5<100-x-y<15，所述相变存储材料层中，Sb元素的原子百分比满足35<100-x-y<55。6.根据权利要求4所述的1S1R相变存储器单元，其特征在于：所述下电极层的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种的氮化物或氧化物。7.根据权利要求4所述的1S1R相变存储器单元，其特征在于：所述中间电极层的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及N...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广宇，吴良才，李涛，章思帆，宋志棠，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31