[发明专利]一种Sb-Te-Cr相变材料、相变存储器单元及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳电子技术领域，涉及一种Sb-Te-Cr相变材料、相变存储器单元及其制备方法。

背景技术

在半导体市场中，存储器占有重要的地位。利用相变薄膜材料作为存储介质的相变存储器被认为是最有潜力的下一代非易失性存储器。相变存储器技术基于S.R.Ovshinsky在20世纪60年代末、70年代初提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器，其关键材料包括作为存储介质的相变薄膜、加热电极材料、绝缘材料和引出电极材料等。相变存储器的基本原理是：施加电学脉冲信号于器件单元，使相变材料在非晶态与晶态之间产生可逆转变，利用材料在高电阻值的非晶态和低电阻值的晶态之间的电阻差异来实现数据存储。Ovshinsky于1992年提出了基于电学信号的可擦写相变存储器的专利(美国专利，专利号：5166758)，以硫系化合物Ge-Sb-Te合金薄膜作为相变存储器的存储介质。直至目前，用于相变存储器的典型材料仍为硫系化合物合金Ge-Sb-Te薄膜，其中以Ge₂Sb₂Te₅应用最广，即Ge、Sb、Te三种元素成分的原子比为2:2:5。

存储器的研究一直朝着高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向发展。对于传统的相变存储器存储介质材料Ge₂Sb₂Te₅，仍然存在着不能忽视的缺点。其结晶温度较低(≈140℃)，使高密度相变存储器芯片相邻单元的热串扰问题难以避免；Ge₂Sb₂Te₅的热稳定性无法满足汽车电子等领域的高温数据保持力的要求——在120℃下数据能够保持10年以上；而且，其在器件中的功耗和擦写速度仍然需要进一步改善。另外，Te元素熔点低，蒸汽压高，高温下易挥发，导致Ge₂Sb₂Te₅高温退火过程中容易发生相分离；且Te元素具有高扩散性，会导致材料成分偏移且对于半导体工艺线具有污染性等。总之，新型相变材料应该在减少或者去除相变材料中Te元素的前提下，满足结晶温度较高、高温数据保持力较好、结晶速度较快等要求，且在相变存储器器件中功耗较低、擦写速度快以及能达到一定的循环次数。

Sb-Te系列的相变材料有着较快的相变速度，其最稳定的晶态相为Sb₂Te₃。但Sb₂Te₃的结晶温度非常低，热稳定性非常差。在没有掺杂的情况下，Sb₂Te₃相变材料不能应用于相变存储器。

鉴于此，如何对Sb-Te系列相变材料进行掺杂以大幅度提高其结晶温度，提升数据保持力，以满足现实需要，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

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Sb-Te-Cr相变材料、相变存储器单元及其制备方法，用于解决现有技术中相变存储器的编程速度、数据保持力及可靠性均有待进一步提高的问题。

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Sb-Te-Cr相变材料，所述Sb-Te-Cr相变材料的化学通式为Sb_xTe_yCr_100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足30<x<45，40<y<100-x。

可选地，所述Sb_xTe_yCr_100-x-y中，满足x：y＝2：3，且Cr的原子百分比满足0<100-x-y<25。

可选地，所述Sb_xTe_yCr_100-x-y中，Cr的原子百分比满足5<100-x-y<15。

本发明还提供一种相变存储器单元，所述相变存储器单元包括下电极层、上电极层及位于所述下电极层和上电极层之间的相变材料层；所述相变材料层采用Sb-Te-Cr相变材料，所述Sb-Te-Cr相变材料的化学通式为Sb_xTe_yCr_100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足30<x<45，40<y<100-x。