[发明专利]用于相变存储器的含硅系列硫族化物相变薄膜材料

说明书

本发明是由专利申请号为：200510028671.X，专利申请名称为：“用于相变存储器的含硅系列硫族化物相变薄膜材料”，专利申请人为：上海交通大学、硅存储技术公司，专利申请日为：2005年8月11日的专利分案申请。

技术领域

本发明涉及的是一种微电子技术领域的材料，具体是一种用于相变存储器的含硅系列硫族化物相变薄膜材料。

背景技术

相变存储器技术的基本原理是利用相变薄膜材料作为存储介质，相变薄膜在非晶态和晶态时电阻率有很大的差异，采用编程的电脉冲可以使相变薄膜在非晶态和晶态之间可逆的转换，从而使相变存储单元在高阻和低阻之间可逆的转变。而且存储单元的状态是非易失性的，即当设置为任意一个状态时，即使切断电源，存储单元仍保持为该状态的电阻值，除非重新设置存储单元的状态。存储单元由电介质材料定义的细孔所限定，相变薄膜沉积在细孔中，相变薄膜在细孔的两端上连接电极。电极接触使电流通过该通道产生焦耳热对该单元进行编程，或者读取该单元的电阻状态。利用相变薄膜作为存储介质来实现信息存储的相变存储器，可追溯到1970年，但由于当时微电子技术的限制，并没有发展出实用的相变存储器。随着微电子技术的发展，有人提出了用于相变存储器的相变薄膜是硫族化物合金，主要成分Te_aGe_bSb_100-(a+b)，其中a小于等于70％，b在15％～50％的范围之内。直至目前为止，相变存储器的典型相变薄膜都是硫族化物合金Ge-Sb-Te薄膜，一种特别适合的材料是Ge₂₂Sb₂₂Te₅₆(即Ge₂Sb₂Te₅)薄膜。相变存储器中的Reset过程是通过电脉冲将相变薄膜熔化，并形成非晶态的过程，需要比Set过程(即晶化过程)更多的能量，因此降低Reset电流(写电流)是目前相变存储技术的关键问题。

经对现有技术的文献检索发现，2003年，Samsung公司在IEEE国际电子器件会议(IEDM)上提出了氮掺杂的Ge₂Sb₂Te₅薄膜(“Writing current reduction forhigh-density phase-change RAM”，Y.N.Hwang，S.H.Lee，et al.IEDM，2003，pp893)，利用氮掺杂Ge₂Sb₂Te₅薄膜较高的晶态(开态)电阻，在器件的Reset过程中实现更好的能量传输，从而达到降低写操作电流的目的。由于氮掺杂降低了Ge₂Sb₂Te₅薄膜的非晶态/晶态电阻变化率，在器件中使用氮掺杂Ge₂Sb₂Te₅薄膜虽然能够降低写操作电流，但是却降低了器件的开/关比。器件中的相变薄膜在存储过程中要反复经历熔化、迅速冷却形成非晶态、受热结晶形成晶态的循环过程。在这个过程中，相变薄膜的厚度会发生变化，如果变化过大，将影响到相变薄膜和电极或其它膜层的接触，从而影响器件的稳定性。常用Ge₂Sb₂Te₅薄膜在非晶态和晶态的厚度变化比较大，不利于器件长期稳定的工作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种用于相变存储器的含硅系列硫族化物相变薄膜材料，使其用于相变存储器和相变光盘中的存储介质，既可以降低写操作电流，又可以提高相变存储器的开/关比，同时能提高相变存储器和相变光盘的稳定性和循环寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的硫族化物相变薄膜材料包括3个系列：

其一，为Si掺杂进入Te_aGe_bSb_100-(a+b)合金形成的(Te_aGe_bSb_100-(a+b))_cSi_100-c薄膜，其中：48≤a≤60，8≤b≤40，Si掺杂量100-c的范围在1到20原子百分比之间。