相變薄膜材料、相變存儲器單元及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種相變薄膜材料、相變存儲器單元及其制備方法，所述相變薄膜材料的通式為Ni

Phase change film material, phase change memory cell and method for making same

The invention provides a phase change film material, a phase change memory unit and a preparation method thereof, wherein the general formula of the phase change film material is Ni

【技術實現步驟摘要】
相變薄膜材料、相變存儲器單元及其制備方法
本專利技術涉及一種微電子
的相變薄膜材料及其制備方法，特別是涉及一種相變薄膜材料、相變存儲器單元及其制備方法。
技術介紹
相變存儲器(PhaseChangeMemory，PCM)是近年來興起的一種非揮發半導體存儲器。與目前已有的多種半導體存儲技術相比，它具有器件尺寸可縮的優越性(納米級)、高速讀取、低功耗，高密度、制造工藝簡單等優點，是存儲器中被工業界廣泛看好的有力競爭者，有望替代閃存(Flash技術)成為下一代非揮發存儲器的主流存儲技術，因而其擁有廣闊的市場前景。相變存儲器的基本原理是：施加電學脈沖信號于器件單元，使相變材料在非晶態與晶態之間產生可逆轉變，利用材料在高電阻值的非晶態和低電阻值的晶態之間的電阻差異來實現數據存儲。相變存儲器的核心是相變存儲介質材料，直至目前，用于相變存儲器的典型材料仍為硫系化合物合金Ge-Sb-Te薄膜，其中以Ge2Sb2Te5(GST)應用最廣。但該材料仍存在如下問題：1)結晶溫度較低，芯片陣列中相鄰單元串擾問題嚴重，面臨著數據丟失的危險，制約了其應用領域；2)熱穩定性不好，數據保持力得不到保證；3)相變速度有待進一步提高，研究表明基于GST的相變存儲器實現穩定SET操作的電脈沖為50納秒，無法滿足動態隨機存儲器的速度要求(10ns)；4)缺少穩定可靠的化學沉積工藝，不利于限制型、高密度器件的實現。以上這些問題的存在為我們提出了新的要求，目前，研究人員正致力于尋找一種新的相變存儲材料，希望能夠同時解決上述四個問題。TiSbTe是一種新型的相變材料，具有相變速度快、結晶溫度高的特點，其結晶溫度(約180℃)相對于GST(約140℃)有所提高，但仍然滿足不了高數據保持力的要求，如何在TST的基礎上進一步提高其數據保持力，同時保持其相變速度快的特點，并且能夠采用穩定可靠的化學沉積工藝制備，最終獲得穩定性好，數據保持力強，相變速度快，可實現高密度的相變薄膜材料，是當前
需要解決的問題。
技術實現思路
鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供一種相變薄膜材料及相變存儲器單元，用于解決現有技術中相變存儲材料表現出的熱穩定性和數據保持能力差和相變速度慢的問題。同時提供該材料的原子層沉積工藝以實現薄膜厚度精確可控，成份均一，致密性好，且具有很強的填孔能力，使相變材料可進行高密度填充。為了實現上述目的及其他相關目標，本專利技術提供一種相變薄膜材料，所述相變薄膜材料的通式為NixTiySbzTe100-x-y-z，其中0＜x≤40，15≤y≤85，15≤z≤85，30≤x+y+z<100。作為本專利技術的相變薄膜材料的一種優選方案，所述相變薄膜材料在電脈沖作用下可實現可逆相變。作為本專利技術的相變薄膜材料的一種優選方案，所述相變薄膜材料在電脈沖作用下存在至少兩個穩定的電阻態。作為本專利技術的相變薄膜材料的一種優選方案，所述相變薄膜材料包括非晶態和晶態，且所述相變薄膜材料非晶態的電阻率與晶態的電阻率之比大于等于5。本專利技術還提供一種相變存儲器單元，所述相變存儲器單元包括上述任一方案中所述的相變薄膜材料。作為本專利技術的相變存儲器單元的一種優選方案，所述相變存儲器單元還包括：絕緣介質層、下電極、過渡層及上電極；所述下電極位于所述絕緣介質層內，且貫穿所述絕緣介質層；所述相變薄膜材料位于所述絕緣介質層表面，且位于所述下電極正上方；所述過渡層位于所述相變薄膜材料表面；所述上電極位于所述過渡層表面。本專利技術還提供一種如上述任一種方案中所述的相變薄膜材料的制備方法，所述相變薄膜材料的制備方法包括如下步驟：在基底上引入Ti的前驅體TiCl4脈沖，清洗未被吸收的TiCl4，引入氫等離子體進行反應，清洗反應副產物；在所述基底上引入Ni的前驅體Ni(dmamb)2脈沖，清洗未被吸收的Ni(dmamb)2，引入氫等離子體進行反應，清洗反應副產物；在所述基底上引入Sb的前驅體Sb[N(CH3)2]3脈沖，清洗未被吸收的Sb[N(CH3)2]3，引入氫等離子體進行反應，清洗反應副產物；在所述基底上引入Te的前驅體Te[CH(CH3)2]2脈沖，清洗未被吸收的Te[CH(CH3)2]2，引入氫等離子體進行反應，清洗反應副產物。作為本專利技術的相變薄膜材料的制備方法的一種優選方案，通過引入各前驅體脈沖時的沉積壓力、沉積溫度及前驅體供應時間控制所述相變薄膜材料的成分。作為本專利技術的相變薄膜材料的一種優選方案，引入各前驅體脈沖時的沉積溫度為120℃～250℃。作為本專利技術的相變薄膜材料的制備方法的一種優選方案，在引入各前驅體脈沖時的沉積壓力為0.001Torr～10Torr。作為本專利技術的相變薄膜材料的制備方法的一種優選方案，引入氫等離子體的速率為0～1000sccm。作為本專利技術的相變薄膜材料的制備方法的一種優選方案，引入惰性氣體作為清洗氣體清洗各步驟中未被吸收的前驅體及反應副產物。本專利技術的相變薄膜材料、相變存儲器單元及其制備方法具有如下有益效果：本專利技術所提供的相變薄膜材料可以通過外部電脈沖來實現可逆相變，相變前后有明顯的高低阻態之分，差值較大，便于外部電路輕松地讀取“0”或“1”狀態，是較為理想的相變存儲材料。本專利技術所述的相變薄膜材料，與常用的Ge2Sb2Te5相比，具有更高的結晶溫度，更快的結晶速度，較低的操作電壓以及更加穩定的化學制備工藝。本專利技術提供的相變存儲材料的制備方法，工藝簡單，具有厚度精確可控，薄膜致密性好，填孔能力強的特點，便于精確控制材料的成分和后續工藝。采用這種方法制備的相變薄膜應用到存儲器中，可實現高密度存儲，同時可以獲得低功耗的器件。本專利技術提供相變存儲器單元具有數據保持力強、擦寫速度快，電學性能穩定，可實現高密度、功耗低等優點。附圖說明圖1顯示為本專利技術實施例一中提供的相變薄膜材料的制備方法的流程圖。圖2顯示為Ti5.4Sb40.7Te53.9與本專利技術實施例一中提供的相變薄膜材料的制備方法制備的Ni1.5Ti5.2Sb40.3Te52.9的電阻-溫度關系圖。圖3顯示為本專利技術實施例二中提供的相變存儲器單元的結構示意圖。圖4顯示為本專利技術實施例二中提供的具有Ni1.5Ti5.2Sb40.3Te52.9相變薄膜材料的相變存儲器單元的電流-電壓關系圖。圖5顯示為本專利技術實施例二中提供的具有Ni1.5Ti5.2Sb40.3Te52.9相變存儲器的電阻-電壓關系圖。元件標號說明11下電極12相變薄膜材料13過渡層14上電極15絕緣介質層具體實施方式以下通過特定的具體實例說明本專利技術的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本專利技術的其他優點與功效。本專利技術還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本專利技術的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖1至圖5需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本專利技術的基本構想，雖圖示中僅顯示與本專利技術中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。實施例一本專利技術提供一種相變薄膜材料，所述相變薄膜材料的通式為NixTiySbzTe100-x-y-z，其中0＜x本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種相變薄膜材料，其特征在于，所述相變薄膜材料的通式為Ni

【技術特征摘要】
1.一種相變薄膜材料，其特征在于，所述相變薄膜材料的通式為NixTiySbzTe100-x-y-z，其中0＜x≤40，15≤y≤85，15≤z≤85，30≤x+y+z<100。2.根據權利要求1所述的相變薄膜材料，其特征在于：所述相變薄膜材料在電脈沖作用下可實現可逆相變。3.根據權利要求1所述的相變薄膜材料，其特征在于：所述相變薄膜材料在電脈沖作用下存在至少兩個穩定的電阻態。4.根據權利要求1所述的相變薄膜材料，其特征在于：所述相變薄膜材料包括非晶態和晶態，且所述相變薄膜材料非晶態的電阻率與晶態的電阻率之比大于等于5。5.一種相變存儲器單元，其特征在于，所述相變存儲器單元包括如權利要求1至4中任一項所述的相變薄膜材料。6.根據權利要求5所述的相變存儲器單元，其特征在于：所述相變存儲器單元還包括：絕緣介質層、下電極、過渡層及上電極；所述下電極位于所述絕緣介質層內，且貫穿所述絕緣介質層；所述相變薄膜材料位于所述絕緣介質層表面，且位于所述下電極正上方；所述過渡層位于所述相變薄膜材料表面；所述上電極位于所述過渡層表面。7.一種如權利要求1至4中任一項所述的相變薄膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：在基底上引入Ti的前驅體TiCl4脈沖，清洗未被吸收的TiC...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李樂，宋三年，宋志棠，
申請(專利權)人：中國科學院上海微系統與信息技術研究所，
類型：發明
國別省市：上海,31