[发明专利]Ta-Sb-Te相变材料、相变存储器单元及其制备方法

说明书

本发明提供一种Ta‑Sb‑Te相变材料、相变存储器单元及其制备方法，所述Ta‑Sb‑Te相变材料包括钽、锑、碲三种元素，所述Ta‑Sb‑Te相变材料的化学式为Ta_xSb_yTe_z，其中，3≤x≤15，50≤y≤70，25≤z≤35，且x+y+z＝100。该相变材料可通过磁控溅射的方法进行制备，通过调节溅射靶材的电流功率来调节Ta‑Sb‑Te系列体系中的三种元素的含量，得到具有不同结晶温度、熔点和结晶激活能的存储材料。本发明所述的Ta‑Sb‑Te相变薄膜材料，与传统的Ge₂Sb₂Te₅相比，具有更好的热稳定性，更强的数据保持力以及更快的结晶速度；本发明提供的相变存储材料的制备方法，工艺简单，便于精确控制材料成分；本发明提供相变存储材料应用到相变存储器中，使得相变存储器具有数据保持力强、擦写速度快，电学性能稳定等优点。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是涉及一种Ta-Sb-Te相变材料、相变存储器单元及其制备方法。

背景技术

相变存储器(PCM)是近年来发展迅速的一种非挥发性半导体存储器。与传统的存储器相比，它具有非易失性、元件尺寸小、读写速度快、功耗低、循环寿命长及抗辐照性能优异等优点。因此，相变存储器被认为最有可能取代目前当今主流产品而成为未来存储器的主流产品，极其有望替代闪存(Flash技术)成为下一代非挥发存储器的主流存储技术，因而在民用市场上拥有广阔的市场前景。

相变存储器的应用基于其中的相变材料在电脉冲信号操作下高、低电阻之间的可逆转换来实现“0”和“1”的存储。即在非晶态时相变材料表现出较高的电阻值，而在晶态时则表现出低的电阻值。相变存储器的核心是相变存储介质材料。传统的相变材料主要是Ge₂Sb₂Te₅，其已经广泛应用于相变光盘和相变存储器中。但是依然存在一些问题：1)结晶温度较低，热稳定性不好，数据保持力得不到保证，面临着数据丢失的危险，Ge₂Sb₂Te₅能够提供的10年可靠数据保存的工作温度仅为80℃左右。2)相变速度有待进一步提高，有研究表明基于Ge₂Sb₂Te₅的相变存储器实现稳定RESET操作的电脉冲至少为百纳秒量级，无法满足动态随机存储器的速度要求。因而，如何提供一种热稳定性好，数据保持力强，相变速度快，且与CMOS工艺兼容的相变薄膜材料，是当前技术领域需要解决的问题。本发明的Ta-Sb-Te相变薄膜材料具有数据保持能力强、相变速度快等特点。

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Ta-Sb-Te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Ge₂Sb₂Te₅相变材料存在的结晶温度较低，热稳定性不好，数据保持力得不到保证，面临着数据丢失的问题及相变速度低，无法满足动态随机存储器速度要求的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种Ta-Sb-Te相变材料，所述Ta-Sb-Te相变材料包括钽、锑、碲三种元素，所述Ta-Sb-Te相变材料的化学式为Ta_xSb_yTe_z，其中，3≤x≤15，50≤y≤70，25≤z≤35，且x+y+z＝100。

作为本发明Ta-Sb-Te相变材料的一种优化的方案，所述Ta-Sb-Te相变材料的化学式Ta_xSb_yTe_z中，x＝3～15、y＝57～65、z＝28～33。

作为本发明Ta-Sb-Te相变材料的一种优化的方案，所述Ta-Sb-Te相变材料的十年数据保持力大于94℃，并在电脉冲作用下存在至少两个稳定的电阻态。