掺杂改性的相变材料及含该材料的相变存储器单元及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种掺杂改性的相变材料及含该材料的相变存储器单元及其制备方法。该掺杂改性的相变材料的组成表达式为（Ｓｂ↓［２］Ｓｅ↓［３］）↓［１００－ｘ］Ｙ↓［ｘ］，其中ｘ是指元素的原子百分比，且满足：０＜ｘ≤２０，Ｙ代表掺杂的元素，包括Ｎｉ、Ｃｒ、Ｂｉ、Ａｓ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃ、Ｎ或Ｏ中任一种。该掺杂改性的（Ｓｂ↓［２］Ｓｅ↓［３］）↓［１００－ｘ］Ｙ↓［ｘ］存储材料不仅保留了Ｓｂ↓［２］Ｓｅ↓［３］存储材料的相变速度快、熔点低等优点，而且结晶温度得到提高，从而克服了Ｓｂ↓［２］Ｓｅ↓［３］存储材料数据保持力差的缺点。包含该（Ｓｂ↓［２］Ｓｅ↓［３］）↓［１００－ｘ］Ｙ↓［ｘ］存储材料的相变存储器具有高速、低功耗、良好数据保持力等优越性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种相变材料及包含该材料的相变存储器器件单元及其制备方法，尤其是指可以提高相变存储器的编程速度、降低器件的编程功耗、提高器件数据保持力的相变材料及包含该材料的相变存储器器件单元及其制备方法。本专利技术属于微纳电子

技术介绍
相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末、70年代初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。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t艮。目前世界上从事相变存储器研发工作的机构大多数是半导体行业的大公司，他们关注的焦点都集中在如何尽快实现相变存储器的商业化上，因此相应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，包括如何减小器件的操作电流，即降低功耗；器件结构设计和存储机理研究等；高密度器件阵列的制造工艺研究，包括如何实现器件单元的纳米尺度化问题、高密度器件芯片的工艺问题、器件单元的失效问题等。其中器件的编程速度提高与编程功耗降低是非常关键和重要4的。提高编程速度的有效方法之一是通过对相变材料进行掺杂改性达到缩短相变材料结晶时间的目的，而降低器件功耗的方法有减小电极与相变材料的接触面积；提高相变材料的电阻；降低相变材料的熔点；在电极与相变材料之间或相变材料内部添加热阻层等等。通过相变材料的改性是能够同时实现缩短相变材料结晶时间、提高结晶温度和降低相变材料熔点等目的的较简单易行的方法。这正是本专利技术的出发点。Sb2Se3存储材料具有相变速度快、熔点低等优点，在高速、低功耗相变存储器中具有很好的应用前景，但是Sb2Se3存储材料的缺点是结晶温度低，用于相变存储器后，芯片的数据保持力较差，不能满足实际应用要求。鉴于此，实有必要提出一种新的掺杂改性的存储材料以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种，以达到降低器件单元编程功耗、提高器件编程速度和数据保持力的目的。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种掺杂改性的相变材料，其组成表达式为(Sb2Se3) ^Yx,其中的x是指元素的原子百分比，且满足0<x《20， Y代表掺杂的元素。进一步地，所述掺杂的元素Y包括Ni、 Cr、 Bi、 As、 Ga、 In、 Ge、 Si、 Sn、Ag、 Al、 C、 N或0中任一种。该材料可采用溅射法、蒸发法、化学气相沉积法(CVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、低压化学气相沉积法(LPCVD)、金属化合物气相沉积法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)、原子气相沉积法(AVD)或原子层沉积法(ALD)中任一种方法制备。一种包含所述掺杂改性的相变材料的相变存储器单元，包括下电极层、上电极层以及位于下电极层和上电极层之间的相变材料层，所述相变材料层的材料为5(Sb2Se3) 10。-x Yx,其中0<x《20, Y包括Ni、 Cr、 Bi、 As、 Ga、 In、 Ge、 Si、 Sn、 Ag、 Al、 C、 N或0中4壬一种。所述下电极层的材料包括单金属材料W、 Pt、 Au、 Ti、 Al、 Ag、 Cu、 Ni 中的一种，或由所述单金属材料任意两种或多种组合成的合金材料，或所述单金 属材料的氮化物或氧化物。 '所述上电极层的材料包括单金属材料W、 Pt、 Au、 Ti、 Al、 Ag、 Cu、 Ni 中的一种，或由所述单金属材料任意两种或多种组合成的合金材料，或所述单金 属材料的氮化物或氧化物。一种包含所述掺杂改性的相变材料的相变存储器单元的制备方法，包括以下 步骤(1) 制备下电极层，下电极层的材料为单金属材料W、 Pt、 Au、 Ti、 Al、 Ag、 Cu或Ni中的一种，或由所述单金属材料任意两种或多种组合成的合金材料， 或所述单金属材料的氮化物或氧化物。(2 ) 在所述下电极层上制备相变材料层，相变材料层的材料为(Sb2Se3) ,x Yx，其中的x是指元素的原子百分比，且满足0<x《20， Y代表掺杂的元素，为 Ni、 Cr、 Bi、 As、 Ga、 In、 Ge、 Si、 Sn、 Ag、 Al、 C、 N或0中4壬一种。(3 )在所述相变材料层上制备上电极层，上电极层的材料为单金属材料W、 Pt、 Au、 Ti、 Al、 Ag、 Cu或Ni中的一种，或由所述单金属材料任意两种或多种 组合成的合金材料，或所述单金属材料的氮化物或氧化物。(4) 在所述上电极层上制备引出电极，把上、下电极层通过引出电极与器 件单元的控制开关、驱动电路及外围电路集成，所采用的加工方法为常规的半导 体工艺；作为引出电极的材料为W、 Pt、 Au、 Ti、 Al、 Ag、 Cu或Ni中任一种， 或其任意两种或多种组合成的合金材料。其中，制备所述下电极层、相变材料层、上电极层及引出电极，所采用的方 法为溅射法、蒸发法、化学气相沉积法(CVD)、等离子体增强化学气相沉积法 (PECVD)、低压化学气相沉积法(LPCVD)、金属化合物气相沉积法(MOCVD)、 分子束外延法(MBE)、原子气相沉积法(AVD)或原子层沉积法(ALD)中任一6种。相较于现有^t支术，本专利技术的有益效果在于Sb2Se3相变材料具有相变速度快、熔点低等优点，在高速、低功糾目变存储 器中有很好的应用前景，但是Sb2Se3相变材料的缺点是结晶温度低，用于相变存 储器后，芯片的数据保持力较差。通过对相变材料的改性能够同时实现缩短相变 材料结晶时间、提高结晶温度和降低相变材料熔点等目的，且方法较筒单易行。 本专利技术为了改善Sb2Se3相变材料的性能，提出了掺杂改性的(Sb2Se3) ^ Y,相变 材料，它不仅保留了 Sb2Se3相变材料的相变速度快、熔点低等优点，而且结晶温 度得到提高，从而克服了 Sb2Se3相变材料数据保持力差的缺点。本专利技术针对相变存储器的存储原理和特点，还设计提出了基于新型相变存储 材料(SbzSe3) n L的相变存储器器件单元结构，使包含(Sb2Se》1D。-X Y,相变材料 的相变存储器具有高速、低功耗、良好数据保持力等优越性。附图说明图1~4是本专利技术相变存储器单元制备过程示意图，其中图1为制备下电极层示意图2为在下电极层上制备相变材料层示意图3为在相变材料层上制备上电极层示意图4为在上电极层上制备引出电极示意图。图中标记说明100-下电极层；200 -相变材料层；300 -上电极层；400 -引出电极 具体实施例方式下面结合附图进一步说明本专利技术的具体实施步骤，为了示出的方便，附图并7未按照比例^^制。 实施例一本专利技术所述的包含(Sb2Se》1M-X L相变材料的相变存储器器件单元的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂改性的相变材料，其特征在于：其组成表达式为（Ｓｂ↓［２］Ｓｅ↓［３］）↓［１００－ｘ］Ｙ↓［ｘ］，其中的ｘ是指元素的原子百分比，且满足：０＜ｘ≤２０，Ｙ代表掺杂的元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，宋志棠，张挺，封松林，
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：31[中国|上海]