[發(fā)明專利]三明治結(jié)構(gòu)銻硒-銻-銻硒納米復(fù)合多層相變薄膜及其制備和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010175138.0
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN111276608A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳衛(wèi)華;朱小芹;眭永興
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇理工學(xué)院
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00;C23C14/06;C23C14/35
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發(fā)明公開一種三明治結(jié)構(gòu)銻硒?銻?銻硒納米復(fù)合多層相變薄膜及其制備和應(yīng)用，薄膜的總厚度為40?60 nm，結(jié)構(gòu)通式為SbSe(a)/Sb(b)/SbSe(a)，其中a和b分別表示SbSe薄膜和Sb薄膜的厚度，且17≤a≤24.5 nm，1≤b≤16 nm。本發(fā)明通過磁控濺射的方法在SbSe相變材料中穿插一層Sb相變材料，構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)相變存儲(chǔ)薄膜，利用材料各自的優(yōu)勢，使得該三明治結(jié)構(gòu)SbSe/Sb/SbSe相變存儲(chǔ)薄膜具有熱穩(wěn)定性高、相變速度快、非晶態(tài)電阻和高低電阻合適的特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三明治結(jié)構(gòu)銻硒-銻-銻硒納米復(fù)合多層相變薄膜及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著電子市場對存儲(chǔ)產(chǎn)品需求的持續(xù)增長，存儲(chǔ)器的地位日益突出。為了適應(yīng)功能鑲嵌型集成電路發(fā)展需要，人們希望未來的存儲(chǔ)器兼具讀寫速度快、操作功耗低、存儲(chǔ)容量大等特性。當(dāng)半導(dǎo)體工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)推進(jìn)至45 nm以下時(shí)，DRAM的發(fā)展受到了光刻精度的制約，F(xiàn)lash的發(fā)展受到了電容的影響。在系統(tǒng)級集成電路中，芯片總面積逐步減小，而存儲(chǔ)器所占比例卻在不斷增大。因此，研發(fā)高存取速度、高存儲(chǔ)密度、低操作功耗的新型存儲(chǔ)器勢在必行。其中，相變存儲(chǔ)器（PCRAM）不僅在非易失性、高速、低耗、大容量等方面具有很大的優(yōu)勢，而且其存儲(chǔ)單元面積小、微縮能力強(qiáng)，成為未來可替代DRAM和Flash的候選存儲(chǔ)器。

相變存儲(chǔ)器（PCRAM）是利用相變材料在電脈沖操作下實(shí)現(xiàn)晶態(tài)和非晶態(tài)轉(zhuǎn)換來達(dá)到電阻值的邏輯區(qū)分。PCRAM性能的優(yōu)劣與相變材料性能的好壞密不可分，PCRAM性能優(yōu)劣主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)保持力、存儲(chǔ)速度、操作功耗、存儲(chǔ)容量等方面，要想獲得高數(shù)據(jù)保持力、高存儲(chǔ)速度、低操作功耗、大存儲(chǔ)容量的PCRAM，就要開發(fā)出具有高相變溫度、快結(jié)晶速度、低操作電流等特征的新型相變材料。

傳統(tǒng)地相變存儲(chǔ)材料Ge₂Sb₂Te₅已被成功應(yīng)用于手機(jī)、平板等消費(fèi)性電子領(lǐng)域，然而， Ge₂Sb₂Te₅材料很難在50 ns內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速結(jié)晶，同時(shí)，620℃的熔化溫度使得其RESET功耗偏高，而且材料中含有Te元素，Te元素的易揮發(fā)性容易造成相分離，且Te元素具有毒性，會(huì)污染環(huán)境和半導(dǎo)體工藝。上述不足之處使得Ge₂Sb₂Te₅材料難以勝任未來高速、低功耗、大容量PCRAM的發(fā)展需要。為此，研究人員通過摻雜改性和構(gòu)造多層結(jié)構(gòu)的方式來優(yōu)化和開發(fā)新型相變存儲(chǔ)材料。其中，類超晶格相變材料是指將不同性能的相變材料在納米尺度進(jìn)行多層復(fù)合，實(shí)現(xiàn)兩種材料的取長補(bǔ)短，獲得綜合性能優(yōu)異的相變材料。新加坡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)研究所T. C. Chong等人于2006年首次提出基于GeTe/Sb₂Te₃類超晶格結(jié)構(gòu)相變存儲(chǔ)器，獲得了當(dāng)時(shí)世界上最快的相變存儲(chǔ)單元（Chong, T. C：Applied Physics Letters，2006，88 (12)，p.122114）。

中國專利CN101488558A公開了一種用于相變存儲(chǔ)器的M-Sb-Se相變薄膜材料，通過在SbSe材料中摻入鎢、鋁、銦、銀、銅、鎳、鎵、鈦、錫、氧及氮元素，獲得熱穩(wěn)定性高的單層結(jié)構(gòu)相變材料。中國專利CN108365088A公開了一種用于相變存儲(chǔ)器的SbSe/Sb多層相變薄膜材料及其制備方法，將Sb₇₀Se₃₀和Sb進(jìn)行多個(gè)周期的復(fù)合，獲得了多層（偶數(shù)層）結(jié)構(gòu)的相變材料。然而該材料較多的界面使得材料經(jīng)過多次晶化和非晶化過程后面臨著界面擴(kuò)散的弊端，從而大大降低了器件的循環(huán)性能。