專利名稱：用于相變存儲器的相變材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造材料領域，特別是涉及用于制造電阻轉換相變存儲器的存儲介質材料。
背景技術：
存儲器是目前半導體市場的重要組成部分，是信息技術的基石，無論在生活中還是在國民經濟中發(fā)揮著重要的作用。目前，存儲器的存儲產品主要有閃存，磁盤、動態(tài)存儲器，靜態(tài)存儲器等。其他非易失性技術鐵電體RAM、磁性RAM、碳納米管RAM、電阻式RAM、銅RAM (Copper Bridge)、全息存儲、單電子存儲、分子存儲、聚合物存儲、賽道存儲(RacetrackMemory)、探測存儲(Probe Memory)等作為下一代存儲器的候選者也受到了廣泛的研究。這些技術各有各的特色，但大都還處于理論研究或者初級試驗階段，距離大范圍實用還非常遙遠。而目前相變存儲器已經走出實驗室，走向了市場。繼Numonyx宣布出貨Omneo系列相變存儲芯片后，三星也宣布推出了首款多芯片封裝512Mbit相變存儲顆粒產品。目前對相變存儲器的期望是取代消費電子領域中的NOR型閃存。相變存儲器的基本原理是利用期間中存儲材料在高電阻和低電阻之間的可逆轉變來實現(xiàn)“I”和“O”的存儲。通過利用電信號控制實現(xiàn)存儲材料高電阻的連續(xù)變化可以實現(xiàn)多級存儲，從而大幅提高存儲器的信息存儲能力。在相變存儲器中，利用了相變材料在非晶和多晶之間的可逆轉變來實現(xiàn)上述的電阻變化。常用的相變存儲材料體系主要是碲基材料，如Ge-Sb-Te、Si_Sb_Te、Ag-1n-Sb-Te等。特別是GST(Ge-Sb-Te)已經廣泛應用于相變光盤和相變存儲器。但也存在如下問題1，結晶溫度較低，芯片陳列中相鄰單元串擾問題嚴重，面臨著數(shù)據(jù)丟失的危險，制約了其應用領域；2，熱穩(wěn)定性不好，數(shù)據(jù)保持力得不到保證；3，相變速度有待進一步提高，有研究表明基于GST的相變存儲器實現(xiàn)穩(wěn)定RESET操作的電脈沖至少為500納秒，無法滿足動態(tài)隨機存儲器的速度要求。這需要探索具有更快相變速度的存儲材料。因而，如何提供一種具有更好的熱穩(wěn)定性，更快的相轉變速度和更小的操作電流，且有益于提高基于該材料的相變存儲器的循環(huán)操作壽命的相變材料，是當前技術領域需要解決的問題
發(fā)明內容
·鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種用于相變存儲器的相變材料，以使制備的相變存儲單元具有更好的熱穩(wěn)定性，更快的相變速度和更小的操作電流，且有益于提高基于該材料的相變存儲器的循環(huán)操作壽命。為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種用于相變存儲器的相變材料，所述相變材料是由Al，Te兩種元素組成的相變材料。具體地，所述相變材料的通式為Al2Tex，其中，I彡x彡30。且所述相變材料在電信號操作下可以實現(xiàn)高低阻值的反復轉換，并在沒有操作信號的情況下維持阻值不變。
本發(fā)明的Al2Tex材料通過物理氣相沉積、化學氣相沉積、電鍍、溶膠凝膠、或金屬有機物沉積手段制備。如上所述，本發(fā)明用于相變存儲器的相變材料采用了合適的Al，Te原子數(shù)比例，因而在此相變材料基礎上制備的相變存儲器具有以下優(yōu)點I)低阻態(tài)電阻(IO4歐姆)高于基于傳統(tǒng)Ge-Sb-Te材料的相變存儲器的低阻(IO3歐姆)，降低了寫操作所需的電流，以利于降低功耗；2)納秒級的擦操作時間，以利于提高相變存儲器的操作速度；3)在IO7次循環(huán)或者更高的循環(huán)操作之后仍有明顯的高低電阻阻值差異，保證器件的循環(huán)壽命長。


圖1顯示為以本發(fā)明Al-Te為相變存儲材料的相變存儲單元結構示意圖。圖2顯示為以本發(fā)明Al-Te為相變存儲材料的相變存儲單元在5ns脈寬的電脈沖操作下實現(xiàn)擦和寫操作的特點示意圖。圖3顯示為以本發(fā)明Al-Te為相變存儲材料的相變存儲單元在70ns短脈沖的操作下的特點示意圖。圖4顯示為以本發(fā)明Al-Te為相變存儲材料的相變存儲單元在進行了 107次循環(huán)之后高低阻仍清晰可分的示意圖。元件標號說明I相變存 儲單元11上電極12過渡層13相變材料層14下電極15絕緣介質層
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，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發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明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(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。本發(fā)明提供一種用于相變存儲器的相變材料，所述相變材料是由Al，Te兩種元素組成的相變材料。具體地，所述相變材料的通式為Al2Tex，其中，I ^ X ^ 30，且所述相變材料在電信號操作下可以實現(xiàn)高低阻值的反復轉換，并在沒有操作信號的情況下維持阻值不變。本發(fā)明的Al2Tex材料通過物理氣相沉積、化學氣相沉積、電鍍、溶膠凝膠、或金屬有機物沉積手段制備。請參閱圖1至圖4。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發(fā)明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。請參閱圖1，圖1顯示為以本發(fā)明Al-Te為相變存儲材料的相變存儲單元結構示意圖。如圖所示，所述相變存儲單元I采用T型結構,包括為Al電極的上電極11、為TiN過渡層12、本發(fā)明Al-Te為相變材料層13、為W電極的下電極14，以及絕緣介質層15。其中，下電極14直徑為260nm，相變材料層13的厚度為lOOnm。當然，在不同的實施方式中，所述上電極11和下電極14可以用Ti，W，石墨，TiN，Cu，TiW或其他導電材料。絕緣介質層可以為SiO2, Si3N4材料。本發(fā)明所提供的Al-Te為相變材料(即上述的Al2Tex，其中，I ^ x ^ 30)作為存儲介質，是該相變存儲單元內的核心。需要說明的是，本發(fā)明所提供的Al-Te為相變材料不局限于圖1所示的相變存儲器結構，凡是用于相變存儲器的各種單元結構(如橫向結構)都可以使用，包括利用本發(fā)明提供的Al-Te為相變材料的晶態(tài)和非晶態(tài)之間的電阻差異來實現(xiàn)存儲的其他功能器件。本發(fā)明的Al-Te系列相變材料作為相變存儲器中的存儲介質，可以在電信號作用下實現(xiàn)高低阻值之間的轉換，在電信號的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te傳統(tǒng)相變材料的器件低阻值，滿足了低功耗的需求。短脈寬的電脈沖(5ns)仍然能對Al-Te基相變存儲器進行正常操作，滿足了高速數(shù)據(jù)存儲的需求，并且基于Al-Te系列相變材料的相變存儲器在循環(huán)擦寫IO7次之后仍維持了正常的高低阻差別，體現(xiàn)出器件的循環(huán)使用壽命長。請參閱圖2，圖2顯示為以本發(fā)明Al-Te為相變存儲材料的相變存儲單元在5ns脈寬的電脈沖操作下實現(xiàn)擦和寫操作的特點示意圖。如圖所示，體現(xiàn)出了以Al-Te材料作為存儲介質的相變存儲器具有高速的特點，其高低阻值分別為IO7和IO4歐姆，低阻高于基于傳統(tǒng)Ge-Sb-Te的存儲單元的低阻值(IO3歐姆)。圖3顯示為以本發(fā)明Al-Te為相變存儲材料的相變存儲單元在70ns短脈沖的操作下的特點示意圖。如圖所示，所述相變存儲單元在進行IO5次循環(huán)之后保持了很好的高低阻一致性，體現(xiàn)了器件在短脈沖循`環(huán)操作時的可靠性高。圖4顯示為以本發(fā)明Al-Te為相變存儲材料的相變存儲單元在進行了 IO7次循環(huán)之后高低阻仍清晰可分的示意圖，如圖所示，所述相變存儲單元體現(xiàn)出了 Al-Te相變存儲單元很好的循環(huán)操作能力。綜上所述，本發(fā)明用于相變存儲器的相變材料是由Al，Te兩種元素組成的相變材料，通式為Al2Tex，其中，I彡X彡30，且所述相變材料在電信號操作下可以實現(xiàn)高低阻值的反復轉換，并在沒有操作信號的情況下維持阻值不變。本發(fā)明的Al-Te系列相變材料作為相變存儲器中的存儲介質，可以在電信號作用下實現(xiàn)高低阻值之間的轉換，在電信號的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te傳統(tǒng)相變材料的器件低阻值，滿足了低功耗的需求。短脈寬的電脈沖(5ns)仍然能對Al-Te基相變存儲器進行正常操作，滿足了高速數(shù)據(jù)存儲的需求。并且基于Al-Te系列相變材料的相變存儲器在循環(huán)擦寫IO7次之后仍維持了正常的高低阻差別，體現(xiàn)出器件的循環(huán)使用壽命長。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產業(yè)利用價值。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變， 仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種用于相變存儲器的相變材料，其特征在于所述相變材料是由Al，Te兩種元素組成的相變材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于相變存儲器的相變材料，其特征在于所述相變材料的通式為Al2Tex，其中，I ≤ X ≤ 30ο
3.根據(jù)權利要求1所述的用于相變存儲器的相變材料，其特征在于所述相變材料在電信號操作下可以實現(xiàn)高低阻值的反復轉換，并在沒有操作信號的情況下維持阻值不變。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的用于相變存儲器的相變材料，其特征在于所述Al2Tex材料通過物理氣相沉積、化學氣相沉積、電鍍、溶膠凝膠、或金屬有機物沉積手段制備。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于相變存儲器的相變材料，該相變材料是由Al，Te兩種元素組成的相變材料，通式為Al2Tex，其中，1≤x≤30，且所述相變材料在電信號操作下可以實現(xiàn)高低阻值的反復轉換，并在沒有操作信號的情況下維持阻值不變。本發(fā)明的Al-Te系列相變材料作為相變存儲器中的存儲介質，可以在電信號作用下實現(xiàn)高低阻值之間的轉換，在電信號的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te傳統(tǒng)相變材料的器件低阻值，滿足了低功耗的需求。短脈寬的電脈沖(5ns)仍然能對Al-Te基相變存儲器進行正常操作，滿足了高速數(shù)據(jù)存儲的需求。并且基于Al-Te系列相變材料的相變存儲器在循環(huán)擦寫107次之后仍維持了正常的高低阻差別，體現(xiàn)出器件的循環(huán)使用壽命長。
文檔編號H01L45/00GK103050620SQ201110306748
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權日2011年10月11日
發(fā)明者任堃, 饒峰, 宋志棠, 劉波 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所