[发明专利]一种相变材料、相变存储单元及其制备方法

说明书

本发明涉及一种相变材料、相变存储单元及其制备方法。该相变材料的化学式为Ta_aIn_bSb_cTe_d。该单元包括下电极层，上电极层以及位于所述下电极层与所述上电极层之间的相变材料层。该单元的制备方法为：制备下电极层；制备相变材料层于下电极层上；制备上电极层于相变材料层上。该相变材料具有晶粒小、相变速度快、热稳定性突出、数据保持能力强、循环寿命长、成品率高等特点。

技术领域

本发明属于微电子领域，特别涉及一种相变材料、相变存储单元及其制备方法。

背景技术

相变存储器(PCM)具有非易失性、微缩性好、可三维集成、读写速度快、功耗低、循环寿命长、与CMOS工艺兼容和抗辐照性能优异等优点，成为新型存储技术中最有力的竞争者，有望成为下一代非挥发存储器的主流存储技术。

相变存储器的原理是基于相变材料在电脉冲信号操作下高、低电阻之间的可逆转换来实现“0”和“1”的存储。即在非晶态时相变材料表现出较高的电阻值，而在晶态时则表现出低的电阻值。相变材料是相变存储器的核心。相变材料的性能决定了相变存储器的性能。目前最典型的相变材料是Ge₂Sb₂Te₅，该材料具有循环寿命长、微缩性好的特点，但是该材料存在速度慢、功耗大，非晶态热稳定性差的问题。寻找具有更快相变速度、更低功耗和更好热稳定性的相变材料依然是相变存储器发展的关键。Sb₂Te₃具有相变速度快的特点，但该材料的结晶温度较低，数据保持力和热稳定性较差，无法满足相变存储器的应用要求。此外，在相变存储器操作过程中，多次反复的高温写擦操作会导致Sb和Te元素的迁移，造成材料内部成分偏析，同时较大的晶粒使得器件功耗增加，影响器件的寿命。因此，如何提高其非晶热稳定性、减小晶粒尺寸并防止元素扩散就成了急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种相变材料、相变存储单元及其制备方法，以克服现有技术中相变材料存在的结晶温度较低、热稳定性差、相变速度慢、晶粒尺寸大、疲劳性能差，以及无法满足替代动态随机存储器性能要求的缺陷。

本发明提供一种相变材料，所述材料的化学式为Ta_aIn_bSb_cTe_d，其中，1≤a≤15，0.5≤b≤10，1/3≤c/d≤1，a+b+c+d＝100。

所述a、b、c、d均指元素的原子百分比。

所述a为2～15，b为2～10，c/d为1/2～1，进一步优选：3≤a≤15，2≤b≤10，7/12≤c/d≤1。

所述材料的化学式为Ta_8.93In_9.14Sb₃₈Te_43.93，Ta_11.55In_9.33Sb_36.65Te_42.47，Ta_14.67In_9.51Sb_35.01Te_40.81。

本发明还提供一种相变材料的制备方法，所述材料采用磁控溅射法、化学气相沉积法、原子层沉积法或者电子束蒸镀法制备而成。

所述磁控溅射法是采用单质靶共溅射制备或者采用合金靶溅射制备所述相变材料。例如采用Ta单质靶、In-Sb₂Te₃合金靶共溅射制备所述相变材料，或者Ta单质靶、In单质靶、Sb单质靶及Te单质靶四靶共溅射制备所述相变材料，或者采用包含钽元素、铟元素、锑元素及碲元素的合金耙进行单耙溅射制备所述相变材料；其中，合金靶中钽、铟、锑及碲四种元素的比例预先配置好；合金靶可以采用将各元素的原材料进行物理混合并烧结得到，也可以化学合成得到。相对于多靶溅射，单靶溅射的工艺更容易控制。