专利名称：用于相变存储器的相变材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造材料领域，特别是涉及用于制造电阻转换相变存储器的存储介质材料。
背景技术：
存储器是目前半导体市场的重要组成部分，是信息技术的基石，无论在生活中还是在国民经济中发挥着重要的作用。目前，存储器的存储产品主要有闪存，磁盘、动态存储器，静态存储器等。其他非易失性技术铁电体RAM、磁性RAM、碳纳米管RAM、电阻式RAM、铜RAM (Copper Bridge)、全息存储、单电子存储、分子存储、聚合物存储、赛道存储(RacetrackMemory)、探测存储(Probe Memory)等作为下一代存储器的候选者也受到了广泛的研究。这些技术各有各的特色，但大都还处于理论研究或者初级试验阶段，距离大范围实用还非常遥远。而目前相变存储器已经走出实验室，走向了市场。继Numonyx宣布出货Omneo系列相变存储芯片后，三星也宣布推出了首款多芯片封装512Mbit相变存储颗粒产品。目前对相变存储器的期望是取代消费电子领域中的NOR型闪存。相变存储器的基本原理是利用期间中存储材料在高电阻和低电阻之间的可逆转变来实现“I”和“O”的存储。通过利用电信号控制实现存储材料高电阻的连续变化可以实现多级存储，从而大幅提高存储器的信息存储能力。在相变存储器中，利用了相变材料在非晶和多晶之间的可逆转变来实现上述的电阻变化。常用的相变存储材料体系主要是碲基材料，如Ge-Sb-Te、Si_Sb_Te、Ag-1n-Sb-Te等。特别是GST(Ge-Sb-Te)已经广泛应用于相变光盘和相变存储器。但也存在如下问题1，结晶温度较低，芯片陈列中相邻单元串扰问题严重，面临着数据丢失的危险，制约了其应用领域；2，热稳定性不好，数据保持力得不到保证；3，相变速度有待进一步提高，有研究表明基于GST的相变存储器实现稳定RESET操作的电脉冲至少为500纳秒，无法满足动态随机存储器的速度要求。这需要探索具有更快相变速度的存储材料。因而，如何提供一种具有更好的热稳定性，更快的相转变速度和更小的操作电流，且有益于提高基于该材料的相变存储器的循环操作寿命的相变材料，是当前技术领域需要解决的问题
发明内容
·鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于相变存储器的相变材料，以使制备的相变存储单元具有更好的热稳定性，更快的相变速度和更小的操作电流，且有益于提高基于该材料的相变存储器的循环操作寿命。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于相变存储器的相变材料，所述相变材料是由Al，Te两种元素组成的相变材料。具体地，所述相变材料的通式为Al2Tex，其中，I彡x彡30。且所述相变材料在电信号操作下可以实现高低阻值的反复转换，并在没有操作信号的情况下维持阻值不变。
本发明的Al2Tex材料通过物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、溶胶凝胶、或金属有机物沉积手段制备。如上所述，本发明用于相变存储器的相变材料采用了合适的Al，Te原子数比例，因而在此相变材料基础上制备的相变存储器具有以下优点I)低阻态电阻(IO4欧姆)高于基于传统Ge-Sb-Te材料的相变存储器的低阻(IO3欧姆)，降低了写操作所需的电流，以利于降低功耗；2)纳秒级的擦操作时间，以利于提高相变存储器的操作速度；3)在IO7次循环或者更高的循环操作之后仍有明显的高低电阻阻值差异，保证器件的循环寿命长。
图1显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元结构示意图。图2显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元在5ns脉宽的电脉冲操作下实现擦和写操作的特点示意图。图3显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元在70ns短脉冲的操作下的特点示意图。图4显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元在进行了 107次循环之后高低阻仍清晰可分的示意图。元件标号说明I相变存 储单元11上电极12过渡层13相变材料层14下电极15绝缘介质层
具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。本发明提供一种用于相变存储器的相变材料，所述相变材料是由Al，Te两种元素组成的相变材料。具体地，所述相变材料的通式为Al2Tex，其中，I ^ X ^ 30，且所述相变材料在电信号操作下可以实现高低阻值的反复转换，并在没有操作信号的情况下维持阻值不变。本发明的Al2Tex材料通过物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、溶胶凝胶、或金属有机物沉积手段制备。请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。请参阅图1，图1显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元结构示意图。如图所示，所述相变存储单元I采用T型结构,包括为Al电极的上电极11、为TiN过渡层12、本发明Al-Te为相变材料层13、为W电极的下电极14，以及绝缘介质层15。其中，下电极14直径为260nm，相变材料层13的厚度为lOOnm。当然，在不同的实施方式中，所述上电极11和下电极14可以用Ti，W，石墨，TiN，Cu，TiW或其他导电材料。绝缘介质层可以为SiO2, Si3N4材料。本发明所提供的Al-Te为相变材料(即上述的Al2Tex，其中，I ^ x ^ 30)作为存储介质，是该相变存储单元内的核心。需要说明的是，本发明所提供的Al-Te为相变材料不局限于图1所示的相变存储器结构，凡是用于相变存储器的各种单元结构(如横向结构)都可以使用，包括利用本发明提供的Al-Te为相变材料的晶态和非晶态之间的电阻差异来实现存储的其他功能器件。本发明的Al-Te系列相变材料作为相变存储器中的存储介质，可以在电信号作用下实现高低阻值之间的转换，在电信号的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te传统相变材料的器件低阻值，满足了低功耗的需求。短脉宽的电脉冲(5ns)仍然能对Al-Te基相变存储器进行正常操作，满足了高速数据存储的需求，并且基于Al-Te系列相变材料的相变存储器在循环擦写IO7次之后仍维持了正常的高低阻差别，体现出器件的循环使用寿命长。请参阅图2，图2显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元在5ns脉宽的电脉冲操作下实现擦和写操作的特点示意图。如图所示，体现出了以Al-Te材料作为存储介质的相变存储器具有高速的特点，其高低阻值分别为IO7和IO4欧姆，低阻高于基于传统Ge-Sb-Te的存储单元的低阻值(IO3欧姆)。图3显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元在70ns短脉冲的操作下的特点示意图。如图所示，所述相变存储单元在进行IO5次循环之后保持了很好的高低阻一致性，体现了器件在短脉冲循`环操作时的可靠性高。图4显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元在进行了 IO7次循环之后高低阻仍清晰可分的示意图，如图所示，所述相变存储单元体现出了 Al-Te相变存储单元很好的循环操作能力。综上所述，本发明用于相变存储器的相变材料是由Al，Te两种元素组成的相变材料，通式为Al2Tex，其中，I彡X彡30，且所述相变材料在电信号操作下可以实现高低阻值的反复转换，并在没有操作信号的情况下维持阻值不变。本发明的Al-Te系列相变材料作为相变存储器中的存储介质，可以在电信号作用下实现高低阻值之间的转换，在电信号的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te传统相变材料的器件低阻值，满足了低功耗的需求。短脉宽的电脉冲(5ns)仍然能对Al-Te基相变存储器进行正常操作，满足了高速数据存储的需求。并且基于Al-Te系列相变材料的相变存储器在循环擦写IO7次之后仍维持了正常的高低阻差别，体现出器件的循环使用寿命长。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变， 仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种用于相变存储器的相变材料，其特征在于所述相变材料是由Al，Te两种元素组成的相变材料。
2.根据权利要求1所述的用于相变存储器的相变材料，其特征在于所述相变材料的通式为Al2Tex，其中，I ≤ X ≤ 30ο
3.根据权利要求1所述的用于相变存储器的相变材料，其特征在于所述相变材料在电信号操作下可以实现高低阻值的反复转换，并在没有操作信号的情况下维持阻值不变。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于相变存储器的相变材料，其特征在于所述Al2Tex材料通过物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、溶胶凝胶、或金属有机物沉积手段制备。
全文摘要
本发明提供一种用于相变存储器的相变材料，该相变材料是由Al，Te两种元素组成的相变材料，通式为Al2Tex，其中，1≤x≤30，且所述相变材料在电信号操作下可以实现高低阻值的反复转换，并在没有操作信号的情况下维持阻值不变。本发明的Al-Te系列相变材料作为相变存储器中的存储介质，可以在电信号作用下实现高低阻值之间的转换，在电信号的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te传统相变材料的器件低阻值，满足了低功耗的需求。短脉宽的电脉冲(5ns)仍然能对Al-Te基相变存储器进行正常操作，满足了高速数据存储的需求。并且基于Al-Te系列相变材料的相变存储器在循环擦写107次之后仍维持了正常的高低阻差别，体现出器件的循环使用寿命长。
文档编号H01L45/00GK103050620SQ201110306748
公开日2013年4月17日 申请日期2011年10月11日 优先权日2011年10月11日
发明者任堃, 饶峰, 宋志棠, 刘波 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所