[发明专利]一种高可靠性相变材料和相变存储器及制备方法

说明书

本发明公开了一种高可靠性相变材料，其为第一相变材料层和第二相变材料层循环交替叠合而成的类超晶格相变材料层，所述第一相变材料层和所述第二相变材料层之间形成类超晶格界面，所述第一相变材料层为Sb₂Te₃作为诱导层，所述第二相变材料层为Ge₁₅Te₈₅，循环交替叠合层数至少有三层。非晶态Sb₂Te₃层的晶化所需能量较低，且易于形成稳定的晶格取向，因此所选的Sb2Te3层可以作为诱导层，使非晶态的Ge₁₅Te₈₅层在相变过程中具有更高的相变速度，可促进整个相变材料进行快速晶化；而且所选的Ge₁₅Te₈₅层的能带结构中，缺陷态主要位于带尾的局域态，而非带隙中费米能级附近的缺陷能级，不会因为缺陷能级的驰豫而发生电阻漂移，因此在相变过程中具有更高的相变速度。

技术领域

本发明属于微电子领域，具体涉及一种高可靠性相变材料及其制备方法，采用该高可靠性相变材料的相变存储器及其制备方法。

背景技术

作为一种新型存储器，相变存储器由于恰当的存储密度，擦写速度和功耗，完美的填补了现行存储构架中的出现的器件断层。并且，由于相变存储器的制备工艺与现行的CMOS高度兼容，是下一代存储器构架的最佳方案之一，在高密度，高速度，低功耗，嵌入式应用和特殊环境应用中具有巨大的商业潜力。

相变存储器采用相变材料作为存储介质，用电脉冲产生的焦耳热是相变材料的电阻状态发生变化，通常非晶态时为高电阻率，晶态为低电阻率，结合器件的尺寸可以取得不同的电阻值。由于相变材料可以实现部分非晶化，因此相变存储器在多值存储的应用上具有巨大优势。但相变材料在非晶态下具有本征的电阻漂移，在进行多值存储时不同阻态会发生重叠，引起大概率的误读。

降低相变存储器电阻漂移的常用方法有以下几种：

一是低温退火或其他加速老化的方法加速相变材料的自发驰豫，使材料尽快进入相对稳定的状态，降低使用中发生的电阻漂移。

二是改变单元的读写方式，如由电阻权重换算为电压或电流等物理量表征存储的信息。

三是改进器件结构，如增加金属化的覆盖层抑制电阻漂移。

但是，由于相变材料的电阻漂移是由材料的本征特性决定的，在超过10nm的空间尺度上与材料和器件的尺寸无关，因此器件结构的优化不能从本质上降低相变存储器的电阻漂移。而读写方式的改进一方面增大了外围电路设计的成本，另一方面会降低读写的速度。

因此，一种兼顾性能的低漂移的新型相变材料是当前领域需要解决的问题之一。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，特别是如何降低电阻漂移、提高可靠性的同时兼顾相变速度等性能，本发明提供了一种高可靠性相变材料和相变存储器，采用相变材料层Sb₂Te₃和相变材料层Ge₁₅Te₈₅循环交替叠合形成高可靠性的类超晶格相变材料层，其中，非晶态Sb₂Te₃层的晶化所需能量较低，且易于形成稳定的晶格取向，因此所选的Sb2Te3层可以作为诱导层，使非晶态的Ge₁₅Te₈₅层在相变过程中具有更高的相变速度，可促进整个相变材料进行快速晶化；而且所选的Ge₁₅Te₈₅层的能带结构中，缺陷态主要位于带尾的局域态，而非带隙中费米能级附近的缺陷能级，不会因为缺陷能级的驰豫而发生电阻漂移，因此在相变过程中具有更高的相变速度。