[发明专利]用覆盖层的界面效应调控相变材料晶化阈值的方法

说明书

本发明公开了一种用覆盖层的界面效应调控相变材料晶化阈值的方法，其特征在于：当相变材料层厚度减小到20nm以下时，利用相变材料具有的多个接触界面，所述接触界面包括相变材料层分别与一对电极的第一电极、第二电极以及绝缘介质层的接触界面，通过所述第一电极、第二电极分别选材自不同的电极材料，同时通过所述绝缘介质层选材自不同的绝缘介质材料，在同一结构中主动在多个不同的接触界面上对相变材料的晶化阈值进行调控。由此对相变层进行“界面调控”，改变相变材料的本征晶化阈值，使得界面接触不再是工艺制备过程中需要减弱影响的环节，而是主动对器件性能进行改性的一个部分。

技术领域

本发明属于相变材料领域，具体涉及一种用覆盖层的界面效应调控相变材料晶化阈值的方法，特别是涉及一种用于存储器应用的硫系化合物相变材料以及其器件设计。

背景技术

随着现代芯片工艺水平的不断进步，平面光刻的特征尺寸越来越小，相变存储器在这种持续尺寸缩小条件下呈现出越来越强的性能，因此受到相关业界的广泛关注。目前片上集成硅(SoC)技术下用于相变功能层的硫系化合物普遍在几十纳米以下，这种平面工艺一方面给集成电路带来了前所未有的高集成度，另一方面薄膜不可避免的受到界面效应的影响，从而不再保持材料本身固有的特性。

现代工业界对于界面接触层的做法一般是：对于处于串联通路环节的界面插入3-5纳米的匹配层，用以匹配相变层材料晶格，减小界面接触势垒。其目的是屏蔽界面层的存在，设计指导思想是传统芯片制造过程中减小次级影响环节，以确保主要影响因素来提高制造可靠性。

尽管这一方法很多年来被证明是行之有效的，但是随着特征尺寸不断减小深入超深亚微米领域，以下几个因素使得这种设计思想不再适用：

a)特征尺寸减小带来越来越多次级影响环节，这些次级影响环节相互关联，对最终器件性能甚至带来累乘效应，难以简单降低；

b)相变材料在尺寸减小至20纳米以下，相变过程主要由界面效应主导，因此实质上在这个阶段不可将界面接触视为次级影响因素；

c)在超深亚微米阶段，不处在器件串联通路上的界面同样会影响相变阈值等特性。

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，特别是，随着特征尺寸的不断减小，如何克服界面效应对材料性能的影响，是否有新方法能够调控相变材料的晶化阈值等等。

本发明提供了一种用覆盖层的界面效应调控相变材料晶化阈值的方法，相变材料晶化阈值是相变功能层的一项核心指标，决定了器件switch的功耗与速度、数据的保持能力等一系列重要属性；而借助于各类界面接触对相变材料晶化阈值的调控，可以使得界面接触成为调控器件性能一项主要指标，而非需要刻意降低影响的环节。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用覆盖层的界面效应调控相变材料晶化阈值的方法，其中：

当相变材料层厚度减小到20nm以下时，利用相变材料具有的多个接触界面，所述接触界面包括相变材料层分别与一对电极的第一电极、第二电极以及绝缘介质层的接触界面，通过所述第一电极、第二电极分别选材自不同的电极材料，同时通过所述绝缘介质层选材自不同的绝缘介质材料，在同一结构中主动在多个不同的接触界面上对相变材料的晶化阈值进行调控。

优选地，通过所述第一电极、第二电极分别选材自惰性电极或活性电极，同时通过所述绝缘介质层选材自不同的绝缘介质材料，在同一结构中主动在多个不同的接触界面上对相变材料的晶化阈值进行调控。

优选地，通过所述第一电极、第二电极分别选材自不同的电极材料，同时通过所述绝缘介质层选材自氮氧化物或非氮氧化物，在同一结构中主动在多个不同的接触界面上对相变材料的晶化阈值进行调控。

优选地，通过所述第一电极或第二电极使用惰性电极，主动降低相变材料的晶化阈值；

或者，