專利名稱：一種相變存儲器單元及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于提升相變存儲器操作速度的銻Sb材料層誘導結晶的confine結構及其器件的制作方法，屬于微電子學納米材料與器件制備領域。
背景技術：
相變存儲器技術源于S. R. Ovshinsky對硫系化合物非晶態(tài)半導體的研究，他在20世紀60年代末70年代初報道了硫系化合物材料在電場激發(fā)下具有高、低阻值之間的轉變現(xiàn)象，提出了相變薄膜可以應用于相變存儲介質(zhì)的構想(Phys. Rev.Lett.，21，1450 1453，1968; Appl. Phys. Lett.，18，254 257，1971)。進入 21 世紀以來隨著微電子制備技術與工藝的發(fā)展，器件中相變單元的尺寸可以縮小到納米量級，相變存儲器已成為國際上各研究機構和半導體公司的研發(fā)熱點。相變存儲器具有集成度高、功耗低、讀寫速度快以及非揮發(fā)特性等特點，與目前的動態(tài)隨機存儲器(DRAM)、閃存(FLASH)相變有 巨大的優(yōu)勢。相變存儲器不僅在民用市場上作為非易失性存儲器具有廣闊的應用前景，其優(yōu)良的抗高低溫沖擊、抗輻照特性在航空航天等軍事領域也同樣具有重要的應用價值。從國際半導體工業(yè)協(xié)會對新型存儲技術的預測發(fā)展演變來看，相變存儲器技術是幾種新興的半導體存儲技術中發(fā)展最為迅速、距離產(chǎn)業(yè)化最近的技術之一?？紤]相變存儲器的廣闊應用前景，國際上Samsung, IBM, Hynix, Micron, Microchip等公司相繼加入相變存儲器的研發(fā)陣營，在技術的完善以及可制造性方面取得了顯著成果。在2012年的國際固態(tài)電路大會(ISSCC 2012)上，Samsung展示了 20納米，8 Gbit的相變存儲器，這也是目前已經(jīng)公開的最大容量的相變存儲器?，F(xiàn)階段，相變存儲器技術的一個研究熱點在于相變材料在非晶的高阻和晶態(tài)的低阻這兩個狀態(tài)之間的快速可逆轉變。相變材料中非晶區(qū)域的結晶是可逆相變過程中最慢的一步，因此這相變存儲器的速度將由這一過程決定。近年來，已經(jīng)有部分關于結晶速度小于60納秒的報道(Appl. Phys. Lett.，93，043121，2008;Nature Mater. 4，347，2005)，這個轉變時間已經(jīng)遠遠超過了寫速度為10微秒的閃存的速度。如果非易失性存儲器的性能得到進一步的開發(fā)，達到10納秒左右的類似DRAM的轉變速度，其商業(yè)應用潛力將會大大增加。因此進一步提升相變材料的結晶速度從而提高相變存儲器的操作速度變得越來越重要。

發(fā)明內(nèi)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相變存儲器單元及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術中相變存儲器存儲單元的操作速度不高的問題。為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種相變存儲器單元，其包括相變材料層，所述相變材料層中設有至少一層誘導相變材料結晶的銻Sb薄膜。優(yōu)選地，該相變材料層中穿插設有多層所述銻Sb薄膜，每層銻Sb薄膜的厚度為I 5nm。優(yōu)選地，所述相變存儲材料層的厚度為40 lOOnm。
優(yōu)選地,所述相變材料層中的相變材料是由硫族化合物材料形成；該硫族化合物材料包括二元的材料體系和三元的材料體系。優(yōu)選地，由多層銻Sb薄膜分隔開的相變材料層的硫族化合物材料相同或不同。本發(fā)明還包括一種相變存儲器單元的制備方法，該方法包括以下步驟 I)在制備好加熱電極的襯底上沉積相變材料層；2)在該相變材料層上沉積銻Sb薄膜；3)在所述銻Sb薄膜上沉積另一相變材料層；4)重復步驟2)至步驟3) η次，η為整數(shù)，η大于等于I ;
5)去除部分相變材料層，沉積金屬電極并引出。優(yōu)選地，所述制備好加熱電極的襯底包括襯底、位于該襯底上的底電極層、位于該底電極層上的加熱電極以及包圍加熱電極的介質(zhì)層；所述加熱電極的厚度等于或小于介質(zhì)
層的厚度。優(yōu)選地，所述加熱電極的厚度小于介質(zhì)層的厚度；步驟I)中沉積相變材料層時保留其側墻。優(yōu)選地，所述步驟I)中相變材料層的沉積采用共濺射相應單質(zhì)靶法或濺射相應組分的合金靶法；靶材的純度應大于99. 99%。優(yōu)選地，所述步驟2)中銻Sb薄膜采用濺射Sb單質(zhì)靶的方法制備；靶材的純度大于 99. 99%。本發(fā)明沒有增加制備工藝的難度，且與傳統(tǒng)的工業(yè)CMOS工藝完全兼容。植入的銻Sb材料誘導層能在相變存儲介質(zhì)中形成富銻的相變激活區(qū)域，能加快材料的結晶速率，提高相變存儲單元的操作速度。


圖I (a)-圖I (f)為本發(fā)明所包括的一種相變存儲單元制備過程示意圖；其中，圖I (a)為在加熱電極襯底上制備硫系化合物相變材料的步驟；圖I (b)為在相變材料層上制備銻Sb材料薄膜層的步驟；圖I(c)為在銻Sb材料薄膜層上制備硫系化合物相變材料的步驟；圖I (d)為形成相變存儲介質(zhì)的柱狀結構的步驟；圖I (e)為制備Al上電極材料的步驟；圖I (f)為形成Al上電極結構的步驟；其中，I. Si晶圓襯底；2. Ti/TiN/Al底電極層；3. SiO2絕熱介質(zhì)層；4.柱狀的W加熱電極；5.硫系化合物相變材料層；6.銻Sb材料薄膜層；7. Al電極。圖2 (a)-圖2 Cf)為另一種相變存儲單元制備過程示意圖；圖2 (a)為在加熱電極襯底的凹槽中制備硫系化合物相變材料的步驟；圖2 (b)為在相變材料層上制備銻Sb材料薄膜層的步驟；圖2(c)為在銻Sb材料薄膜層上制備硫系化合物相變材料的步驟；圖2 (d)為形成相變存儲介質(zhì)的柱狀結構的步驟；圖2 (e)為制備Al上電極材料的步驟；圖2 (f)為形成Al上電極結構的步驟；
其中，I’ . Si晶圓襯底；2’ . Ti/TiN/Al底電極層；3’ . SiO2絕熱介質(zhì)層；4’ .柱狀的W加熱電極；5’.硫系化合物相變材料層；6’.銻Sb材料薄膜層；7’. Al電極。圖3 (a)-圖3 (h)為另一種相變存儲單元制備過程示意圖；圖3 (a)為在加熱電極襯底的凹槽中制備硫系化合物相變材料的步驟；圖3 (b)為在相變材料層上制備銻Sb材料薄膜層的步驟；圖3(c)為在銻Sb材料薄膜層上制備硫系化合物相變材料的步驟；圖3 (d)為在相變材料層上制備銻Sb材料薄膜層的步驟；圖3Ce)為在銻Sb材料薄膜層上制備硫系化合物相變材料的步驟； 圖3 (f)為去除電極凹槽以外的硫系化合物相變材料的步驟；圖3 (g)為制備Al上電極材料的步驟；圖3 (h)為形成Al上電極結構的步驟；其中，Γ. Si晶圓襯底；2". Ti/TiN/Al底電極層；3". SiO2絕熱介質(zhì)層；4".柱狀的W加熱電極；5".硫系化合物相變材料層；6".銻Sb材料薄膜層；7".A1電極。圖4 (a) -4 (h)為另一種相變存儲單元制備過程示意圖；(a)為在加熱電極襯底的凹槽中制備硫系化合物相變材料的步驟；(b)為在相變材料層上制備銻Sb材料薄膜層的步驟；(c)為在銻Sb材料薄膜層上制備硫系化合物相變材料的步驟；(d)為在相變材料層上制備銻Sb材料薄膜層的步驟；(e)為在銻Sb材料薄膜層上制備硫系化合物相變材料的步驟；(f)為去除電極凹槽以外的硫系化合物相變材料的步驟；(g)為制備Al上電極材料的步驟；(h)為形成Al上電極結構的步驟；其中，10. Si晶圓襯底；20. Ti/TiN/Al底電極層；30. SiO2絕熱介質(zhì)層；40.柱狀的W加熱電極；50.硫系化合物相變材料層；60.銻Sb材料薄膜層；70.A1電極。
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(nèi)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。請參閱附圖。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。本發(fā)明的目的在于提出一種用于提升相變存儲器操作速度的銻(Sb)材料層誘導結晶confine結構及其器件的制作方法。本發(fā)明提出的相變存儲器單元操作速度的提升的主要特征在于在confine結構相變存儲單元的相變存儲材料層中植入一層或幾層銻Sb薄膜，以加快相變材料在可逆相變過程中的結晶速率。在相變過程中，植入的銻薄膜層通過原子遷移等過程能與周圍的相變材料結合形成富銻的相變材料體系。由于銻原子能夠促進相變材料在結晶過程中的晶粒生長，因此在相變材料層中植入一層或幾層銻材料層后，能加快相變材料在結晶過程中的晶化速率，從而有助于提高相變存儲器存儲單元的操作速度。本發(fā)明提出的相變存儲材料層是在預先制備好的加熱電極襯底上形成的。要制備加熱電極首先應在Si襯底或其它襯底上制備介質(zhì)材料層，然后通過標準的集成電路CMOS工藝(如45納米工藝)或聚焦離子束(FIB)技術在介質(zhì)材料層中制作出confine結構相變存儲單元的加熱電極，形成由介質(zhì)材料隔離開的納米加熱電極。本發(fā)明提出的在confine結構相變存儲單元的相變存儲材料層中植入一層或幾層銻Sb薄膜的具體實現(xiàn)的工藝步驟如下( I)在預先制備好的加熱電極的襯底上，沉積硫系化合物相變材料層，材料的厚度視相變存儲材料層的層數(shù)而定，應滿足各層硫系化合物相變存儲材料的厚度疊加總和應控 制在40-100nm的范圍。(2)在步驟(I)沉積的相變材料層上沉積銻Sb薄膜，厚度為l_5nm。(3)在步驟(2)沉積的銻Sb薄膜層上沉積與步驟(I)中的相變材料相同厚度的相變材料。(4)根據(jù)需要植入銻Sb薄膜的層數(shù)重復步驟(2)和步驟(3)若干次。(5)使用微納加工技術，形成包含銻材料誘導結晶層的硫系化合物相變材料的結構單元。(6)再在其上沉積電極材料，用于confine結構相變存儲單元電學測試的電極引出端(7)再使用微納加工技術，形成電極材料的圖形結構，制備出可用于電學測試表征的相變存儲器單元。所述的襯底材料無限制，可以是傳統(tǒng)用的Si晶圓、GaAs等半導體材料，也可以是石英玻璃、陶瓷基片等介質(zhì)材料或柔性材料、金屬材料。如果采用金屬材料做襯底時，襯底可直接做電極。本實施例中，所述預先制備好加熱電極的襯底包括襯底、位于該襯底上的底電極層、位于該底電極層上的加熱電極以及包圍加熱電極的介質(zhì)層；所述加熱電極的厚度等于或小于介質(zhì)層的厚度。所述的電極材料不受限制，可以是Al、Cu、Ag、W、Pt、Au等導體材料，其厚度控制在IOO-IOOOnm 范圍。所述的介質(zhì)材料不受限制，可以是常用的SiO、SiNx等材料，厚度在100_400nm范圍。所述的加熱電極材料可以為W、Pt、Ti等具有一定電阻率的材料，也可以是具有較高電阻率的TiW、TiN、TiAlN等材料，以提高confine結構相變存儲單元的加熱效果，降低操作功耗。所述的相變材料無限制，可以是一切具有相變特性的硫系化合物材料，如二元的Ge-Te系列，三元的Ge-Sb-Te系列。所述的沉積相變材料、銻(Sb)材料薄膜、測試電極的方法不受限制可以是濺射法、電子束蒸發(fā)法、激光輔助沉積法、氣相沉積法、及原子層沉積法等。所述的微納加工技術在與工業(yè)的CMOS工藝兼容的前提下不受限制，可以為通過光學曝光或電子束曝光、顯影、剝離法或反應離子刻蝕法或化學機械拋光的方法實現(xiàn)，也可以通過聚焦離子束(FIB)的方法實現(xiàn)。下面通過結合附圖，進一步詳細闡述本發(fā)明提供的植入銻Sb薄膜層的相變存儲單元的制作過程，以有助于理解本發(fā)明的實質(zhì)性特點和顯著的進步，但本發(fā)明決非僅局限于所述的實施例。實施例I (“蘑菇型”結構)(I)將制備好加熱電極的襯底相繼在丙酮和酒精溶液中，在超聲波作用下分別清洗5分鐘；再在120° C的環(huán)境中烘20分鐘。然后使用磁控濺射合金靶的方法沉積30nm厚的硫系化合物Ge-Sb-Te薄膜層5 ;濺射時本底真空優(yōu)于I X IO5Pa,濺射真空為O. 21Pa，濺射功率為40W ;(圖Ia) 本實施例中，所述制備好加熱電極的襯底包括襯底I、位于該襯底上的底電極層
2、位于該底電極層上的加熱電極3以及包圍加熱電極的介質(zhì)層3 ;所述加熱電極4的厚度等于介質(zhì)層3的厚度。(2)在同一濺射環(huán)境中，使用磁控濺射銻單質(zhì)靶的方法在Ge-Sb-Te薄膜層上沉積5nm厚的銻(Sb)材料薄膜6 ;濺射時本底真空優(yōu)于I X IO5Pa,濺射真空為O. 21Pa，濺射功率為 IOW ;(圖 Ib)(3)再在其上使用磁控派射合金祀的方法沉積30nm厚的硫系化合物Ge-Sb-Te薄膜層；濺射時本底真空優(yōu)于ix IO5Pa,濺射真空為O. 21Pa，濺射功率為40W ；(圖Ic)(4)使用紫外曝光的方法形成相變存儲介質(zhì)的圖形，使用反應離子刻蝕的方法在相變存儲介質(zhì)層中刻蝕出柱狀結構，刻蝕深度以達到SiO2頂部為準；(圖Id)(5)再在其上使用超高真空電子束蒸發(fā)的方法沉積300nm厚的Al電極材料7，使Al與最頂層的相變材料完好接觸；(圖Ie)(6)使用紫外曝光在Al頂電極層上光刻出頂電極圖形，經(jīng)過后烘后，在60C的水浴鍋中使用磷酸溶液濕法腐蝕Al電極材料，引出電極用于電學測試表征，從而得到相變存儲器器件單元；(圖If)(7)將制備好的相變存儲器器件單元通過探針或導線連接到電學測試系統(tǒng)中，力口載電學信號，開展相變存儲單元的讀、寫、擦操作，研究該結構下相變存儲單元的存儲特性和循環(huán)擦寫特性等。實施例2 (限制型結構)將實施例I中的加熱電極的頂部向下刻蝕一部分，形成凹槽的結構，不僅可以實現(xiàn)與實施例I類似的相變存儲單元性能，而且存儲單元的功耗將會大大降低，器件的穩(wěn)定性也會得到提聞。(I)將制備好的凹槽加熱電極襯底相繼在丙酮和酒精溶液中，在超聲波作用下分別清洗5分鐘；再在120° C的環(huán)境中烘20分鐘。然后使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法在凹槽中沉積20nm厚的硫系化合物Ge-Sb-Te薄膜層，確保該層Ge-Sb-Te薄膜處于凹槽中，且未將凹槽填滿；(圖2a)本實施例中，所述預先制備好加熱電極的襯底包括襯底I’、位于該襯底上的底電極層2’、位于該底電極層上的加熱電極4’以及包圍加熱電極的介質(zhì)層3’;所述加熱電極4’的厚度小于介質(zhì)層3’的厚度。所以形成凹槽加熱電極。
(2)在同一環(huán)境中，使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法在Ge-Sb-Te薄膜層5’上沉積5nm厚的銻Sb薄膜6’，確保該層Sb薄膜仍未將凹槽填滿；(圖2b)(3)再在其上使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法沉積40nm厚的硫系化合物Ge-Sb-Te薄膜層，確保該層Ge-Sb-Te薄膜能將電極凹槽的剩余部分填滿；(圖2c)(4)使用紫外曝光的方法形成相變存儲介質(zhì)的圖形，使用反應離子刻蝕的方法在相變存儲介質(zhì)層中刻蝕出柱狀結構，刻蝕深度以達到SiO2頂部為準；(圖2d)(5)再在其上使用超高真空電子束蒸發(fā)的方法沉積300nm厚的Al電極材料7'使Al與最頂層的相變材料完好接觸；(圖2e)(6)使用紫外曝光在Al頂電極層上光刻出頂電極圖形，經(jīng)過后烘后，在60C的水浴鍋中使用磷酸溶液濕法腐蝕Al電極材料，引出電極用于電學測試表征，從而得到相變存儲器器件單元；(圖2f) (7)將制備好的相變存儲器器件單元通過探針或導線連接到電學測試系統(tǒng)中，力口載電學信號，開展相變存儲單元的讀、寫、擦操作，研究該結構下相變存儲單元的存儲特性和循環(huán)擦寫特性等。實施例3 (限制型結構，多層銻薄膜誘導層)將實施例2中沉積的每層相變材料的厚度減小，且增加植入的銻薄膜誘導層的層數(shù)，將相變存儲介質(zhì)完全填入電極凹槽中，可以進一步提高相變存儲單元的操作速度和器件的穩(wěn)定性。(I)將制備好的凹槽加熱電極襯底相繼在丙酮和酒精溶液中，在超聲波作用下分別清洗5分鐘；再在120° C的環(huán)境中烘20分鐘。然后使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法在凹槽中沉積IOnm厚的硫系化合物Ge-Sb-Te薄膜層,確保該層Ge-Sb-Te薄膜處于凹槽中，且未將凹槽填滿；(圖3a)本實施例中，所述預先制備好加熱電極的襯底包括襯底I"、位于該襯底上的底電極層2〃、位于該底電極層上的加熱電極4〃以及包圍加熱電極的介質(zhì)層3〃 ；所述加熱電極的厚度小于介質(zhì)層的厚度。所以形成凹槽加熱電極。(2)在同一環(huán)境中，使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法在Ge-Sb-Te薄膜層5"上沉積5nm厚的銻Sb薄膜6〃，確保該層Sb薄膜仍未將凹槽填滿；(圖3b)(3)再在其上使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法沉積IOnm厚的硫系化合物Ge-Sb-Te薄膜層，確保該層Ge-Sb-Te薄膜仍未將凹槽填滿；(圖3c)(4)再在其上使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法在Ge-Sb-Te薄膜層上沉積5nm厚的銻Sb薄膜，確保該層Sb薄膜仍未將凹槽填滿；(圖3d)(5)再在其上使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法沉積20nm厚的硫系化合物Ge-Sb-Te薄膜層，確保該層Ge-Sb-Te薄膜能將電極凹槽的剩余部分填滿；(圖3e)(6)使用反應離子刻蝕或化學機械拋光的方法將超出電極凹槽部分的相變材料去除，刻蝕或拋光的深度以達到SiO2頂部為準；(圖3f)(7)再在其上使用超高真空電子束蒸發(fā)的方法沉積300nm厚的Al電極材料7〃，使Al與最頂層的相變材料完好接觸；(圖3g)(8)使用紫外曝光在Al頂電極層上光刻出頂電極圖形，經(jīng)過后烘后，在60C的水浴鍋中使用磷酸溶液濕法腐蝕Al電極材料，引出電極用于電學測試表征，從而得到相變存儲器器件單元；(圖3h)(9)將制備好的相變存儲器器件單元通過探針或導線連接到電學測試系統(tǒng)中，力口載電學信號，開展相變存儲單元的讀、寫、擦操作，研究該結構下相變存儲單元的存儲特性和循環(huán)擦寫特性等。實施例4 (限制型結構，U型相變存儲單元，多層銻薄膜誘導層)將實施例3中沉積的每層相變材料的側墻保留下來，形成U型的相變存儲單元，以進一步提高相變存儲單元的操作速度和器件的穩(wěn)定性。(I)將制備好的凹槽加熱電極襯底相繼在丙酮和酒精溶液中，在超聲波作用下分別清洗5分鐘；再在120° C的環(huán)境中烘20分鐘。然后使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法在凹槽中沉積IOnm厚的硫系化合物Ge-Sb-Te薄膜層,確保該層Ge-Sb-Te薄膜處于凹槽中，且未將凹槽填滿；(圖4a) 本實施例中，所述預先制備好加熱電極的襯底包括襯底10、位于該襯底上的底電極層20、位于該底電極層上的加熱電極40以及包圍加熱電極的介質(zhì)層30 ;所述加熱電極的厚度小于介質(zhì)層30的厚度。所以形成凹槽加熱電極。(2)在同一環(huán)境中，使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法在Ge-Sb-Te薄膜層50上沉積5nm厚的銻Sb薄膜60，確保該層Sb薄膜仍未將凹槽填滿；(圖4b)(3)再在其上使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法沉積IOnm厚的硫系化合物Ge-Sb-Te薄膜層，確保該層Ge-Sb-Te薄膜仍未將凹槽填滿；(圖4c)(4)再在其上使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法在Ge-Sb-Te薄膜層上沉積5nm厚的銻Sb薄膜，確保該層Sb薄膜仍未將凹槽填滿；(圖4d)(5)再在其上使用化學氣相沉積或原子層沉積的方法沉積20nm厚的硫系化合物Ge-Sb-Te薄膜層，確保該層Ge-Sb-Te薄膜能將電極凹槽的剩余部分填滿；(圖4e)(6)使用反應離子刻蝕或化學機械拋光的方法將超出電極凹槽部分的相變材料去除，刻蝕或拋光的深度以達到SiO2頂部為準；(圖4f)(7)再在其上使用超高真空電子束蒸發(fā)的方法沉積300nm厚的Al電極材料70，使Al與最頂層的相變材料完好接觸；(圖4g)(8)使用紫外曝光在Al頂電極層上光刻出頂電極圖形，經(jīng)過后烘后，在60C的水浴鍋中使用磷酸溶液濕法腐蝕Al電極材料，引出電極用于電學測試表征，從而得到相變存儲器器件單元；(圖4h)(9)將制備好的相變存儲器器件單元通過探針或導線連接到電學測試系統(tǒng)中，力口載電學信號，開展相變存儲單元的讀、寫、擦操作，研究該結構下相變存儲單元的存儲特性和循環(huán)擦與特性等。從以上實施例中可以看出，本發(fā)明的實質(zhì)特征在于在傳統(tǒng)的相變存儲單元結構中，于相變材料之間植入一層1-5納米厚的銻Sb薄膜層。此項改進沒有增加制備工藝的難度，且與傳統(tǒng)的工業(yè)CMOS工藝完全兼容。植入的銻(Sb)材料誘導層能在相變存儲介質(zhì)中形成富銻的相變激活區(qū)域，能加快材料的結晶速率，提高相變存儲單元的操作速度。綜上所述，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(chǎn)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
1.一種相變存儲器單元，其包括相變材料層，其特征在于，所述相變材料層中設有至少一層誘導相變材料結晶的銻Sb薄膜。
2.根據(jù)權利要求I所述的相變存儲器單元，其特征在于，該相變材料層中穿插設有多層所述銻Sb薄膜，每層銻Sb薄膜的厚度為I 5nm。
3.根據(jù)權利要求I所述的相變存儲器單元，其特征在于，所述相變存儲材料層的厚度為 40 lOOnm。
4.根據(jù)權利要求I所述的相變存儲器單元，其特征在于，所述相變材料層中的相變材料是由硫族化合物材料形成；該硫族化合物材料包括二元的材料體系和三元的材料體系。
5.根據(jù)權利要求2所述的相變存儲器單元，其特征在于，由多層銻Sb薄膜分隔開的相變材料層的硫族化合物材料相同或不同。
6.一種相變存儲器單元的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 1)在制備好加熱電極的襯底上沉積相變材料層； 2)在該相變材料層上沉積銻Sb薄膜； 3)在所述銻Sb薄膜上沉積另一相變材料層； 4)重復步驟2)至步驟3)η次，η為整數(shù)，η大于等于I ; 5)去除部分相變材料層，沉積金屬電極并引出。
7.根據(jù)權利要求6所述的相變存儲器單元的制備方法，其特征在于，所述制備好加熱電極的襯底包括襯底、位于該襯底上的底電極層、位于該底電極層上的加熱電極以及包圍加熱電極的介質(zhì)層；所述加熱電極的厚度等于或小于介質(zhì)層的厚度。
8.根據(jù)權利要求7所述的相變存儲器單元的制備方法，其特征在于，所述加熱電極的厚度小于介質(zhì)層的厚度；步驟I)中沉積相變材料層時保留其側墻。
9.根據(jù)權利要求6所述的相變存儲器單元的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中相變材料層的沉積采用共濺射相應單質(zhì)靶法或濺射相應組分的合金靶法；靶材的純度應大于99. 99%。
10.根據(jù)權利要求6所述的相變存儲器單元的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中銻Sb薄膜采用濺射Sb單質(zhì)靶的方法制備；靶材的純度大于99. 99%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種相變存儲器單元及其制備方法，用于提升相變存儲器中相變單元的操作速度；采用在相變存儲單元的相變存儲材料層中植入一層或幾層銻Sb薄膜，以加快相變材料在可逆相變過程中的結晶速率。其中相變材料可以是二元的材料體系，如Ge-Te、Sb-Te等相變材料；也可以是三元的材料體系，如Ge-Sb-Te、Si-Sb-Te、Al-Sb-Te、Ti-Sb-Te等相變材料；誘導結晶層銻薄膜的厚度控制在1-5nm。由于銻原子能夠促進相變材料結晶過程中晶粒的生長，因此植入的銻薄膜層能與周圍的相變材料形成富銻的相變材料體系，以加快相變材料在結晶過程中的晶化速率，從而有助于提高相變存儲器存儲單元的操作速度。
文檔編號H01L45/00GK102832340SQ20121033521
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權日2012年9月11日
發(fā)明者周夕淋, 宋志棠, 吳良才, 饒峰 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所