[发明专利]基于SiSb复合材料的相变存储器单元

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储器的相关领域，具体地说是一种基于SiSb复合材料的相变存储器 单元。

背景技术

相变随机存储器(phase change random access memory，PCRAM)被公认为是近四十年以 来半导体存储器技术最重大的突破，是最有希望的下一代非易失性存储器，其原理建立在相 变材料相变前后的电阻率的转变上，相变材料的非晶和多晶态具有不同的电阻率，因此可实 现逻辑数据的存储。PCRAM的速度快、密度高、数据保持能力佳、成本具有竞争力，它不仅 有着各方面的优越的性能，并且是一种通用的存储器，具有广阔的市场前景。在其实现产业 化之后，有望部分或者全面替代包括目前的包括flash(闪存)、DRAM(动态随机存储器)、硬盘 在内的多种存储器件，从而在半导体存储器市场中占据重要的地位。

PCRAM的存储单元部分是可通过电信号进行编程调节的电阻(相变材料)，在实际的存 储芯片应用中，需要逻辑器件对存储单元进行选通和操作。目前，PCRAM的密度主要取决于 驱动的晶体管的尺寸，众所周知，二极管的面积要远小于同等技术节点制造的场效应晶体管， 所以，在高密度的PCRAM存储阵列中，二极管因为其相对较小的单元面积而成为目前各大 半导体公司发展的主流方向，在大容量PCRAM的应用中将被大幅采用。

SiSb作为一种高性能的相变存储材料，具有各方面的性能优势，如：成份简单、无碲、 较小的密度变化、高数据保持能力等。(T.Zhang等人，Advantages of SiSb phase-change material  and its applications in phase-change memory，Appl.Phys.Lett.912221022007)。根据我们的研 究，硅含量较高的SiSb材料同时也是一种n型的半导体材料，因此，SiSb材料同时具备相变 特性与半导体特性，是一种复合材料。硅是最常见的半导体材料，而Sb对硅的掺杂是在半导 体工艺中常用的n型掺杂方法。SiSb作为一种n型的半导体，通过适当的工艺条件，可与p 型的半导体之间形成二极管，从而制成逻辑器件。SiSb半导体材料制备方法简单，用以制造 二极管成本具有竞争力。

发明内容

本发明的目的是涉及SiSb复合材料在相变存储器中的应用，进而提供了一种制造工艺简 单、成本低廉的基于SiSb复合材料的相变存储器单元。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明公开了一种基于SiSb复合材料的相变存储器单元，在此相变存储器中，SiSb不仅是 存储材料，还是逻辑选通单元(二极管)的一部分，与其他半导体材料共同形成了选通的二 极管结构。在相变存储器中作为存储单元应用的SiSb材料的优选组份为：所述的作为储存介 质的SiSb材料中Si和Sb的原子比为10∶90或5∶95；对应的作为逻辑选通单元中的n型的 SiSb材料层中，Si和Sb的原子比为90∶10或95∶5。

上述的相变存储器中，起到对存储单元选通作用的二极管单元包括n型的SiSb材料层和 p型的半导体材料层，两者之间形成pn结，即二极管结构，用以对对应存储单元的驱动。而 存储单元则为基于SiSb相变材料的单元，能够在电信号的作用下实现高、低电阻之间的可逆 变化，从而实现数据的存储功能。

p型半导体材料的优选为p型硅，或为p型锗。

如上所述的相变存储器，其特征是采用相变材料实现器件在高、低电阻之间的转变，从 而实现数据存储；在电信号的作用下实现相变存储器在高、低电阻之间的可逆变化。是双级 存储，也可以为多级存储。

另外，SiSb材料的制备方法为溅射法、或为气相沉积法、或为原子层沉积法。

本发明优点在于：开拓了SiSb复合材料在相变存储器中的应用，提供了一种制造工艺简 单、成本低廉的基于SiSb复合材料的相变存储器单元。

附图说明

图1为SiSb材料的性能曲线示意图。

图2为一种基于SiSb复合材料的相变存储器单元结构示意图。

图3A-图3E为图2所示相变存储器单元结构的制造方法。

图4为另一种基于SiSb复合材料的相变存储器单元结构示意图。

图5A-图5C为图4所示相变存储器单元结构的制造方法。

具体实施方式