TW201115573A - Phase change material and phase change memory element - Google Patents
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201115573 、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於適合相變化型記憶體元件之相變化材料、及 使用該材料之相變化型記憶體元件。 【先前技術】 近年來’隨著行㈣料可赋電子鋪之市場急速擴 大’作為取代Flash記憶體的次世代非揮發性記憶體，盛行研 究開發磁阻記憶體（MRAM : Magnet〇resistive Rand〇m
Access Memory)、強介電體記憶體（FeRAM : hrr〇el^tric gandom Access |emory)、相變化型記憶體（冗簡：伽纪 £hange gandom Access Memory)。其中由於 pcram 的記憶 單元具有單_造，因此除了製造縣之外，㈣度方面也較 其他記憶體優異。 PCRAM之資訊記騎係制相變化侧，湘隨著相變化 材料的非晶相（南阻抗）和結晶相（低阻抗）間的相變化之電 阻變化來記錄資訊。 為了提高資料讀取精確度，非晶相和結晶相間的電阻比必 須為1 〇2以上。 非晶相狀_機化㈣_由加熱到結晶化溫度Tc以 上而變化到結晶相狀態’且結晶她態的相變化材料係加熱到 比結晶化溫度Tc高祕點⑶社後，藉由急冷而變化到非晶 相狀態。 在相變化材料的非晶相和結晶相間之相變化，係利用施加 電流、電壓造成的焦耳熱，例如藉由焦耳加熱到炫點Tm以上 而形成高阻抗祕之非㈤目作為重置狀態⑻，藉由焦耳加熱 到結晶化溫度Tc社低於細Tm❼形祕阻抗狀態之結晶 4/23 201115573 相作為設置狀態⑴，而進行資訊記錄。
Ge2Sb^H3 P^RAM用相變化材料’使用於講-RAM的 ^Te5 (GST)正細績研究巾（_娜制文獻！、 更言白’相變化_被要求有 ‘卢被A。特別是2011年以後，PCRAM裝置的作動保 以靴保持1〇年（參照非專利文獻3)。非 ^目=匕材料若長期間放置，會有變化成結晶相的情 二H特性會因為該變化而受損。因而，為了達成如 =掩登溫度’必須提高相變化材料的結晶化溫度Tc， 另一=晶相f晶化時的活化能’提高非晶相的熱穩定性。 ，右相變化材料的、熔點高，則會產生從結 電力）變大之問題，因此關於炫點係」 之非’Λ示朗GeSbTe化合物作為姆化材料 高的62(TC^T 儘管^驗化合物白愧點化為較 為相對地低至大約1啊左右 能為1 5〜2 2心二’GeSbTe化合物非晶相結晶化之活化 穩定性低，資細文獻4)’陶晶相的熱 禮、獻2中’以提供提高結晶化溫度、降低炫點、熱及 化^物岸安^相變化物質層為目的’揭示著含有銦之4成分 S25(1tr ；；；%)Sbsi5(at-%)'2〇(-^- 層。亦即，ϋ %)雜55 (at.%-))相變化物質 在專利文獻2中，揭示有結晶化溫度比GeSbTe還 5/23 201115573 高的相變化物質層，但夫 .， 化的活化能之記述，顯示非晶相的熱穩定性之結晶 定，未有關於非晶相和結溫度之測定中，使用反射率測 穩定性及資料讀取精確度=電阻比之魏’非晶形相的熱 專利文獻3 ί 度且具有高活化能之相變化材料，在 素作為追加元素之相變化U為且至少追加有1種元 ^鲍、11^及〇1才#乍為追加凡素係記述有^、 為主成分，且至少追力’揭示有在以Sb和Te 料，獲得靴以上二素之相變化材 能的情形。在專利文獻。^上結晶化之活化 戶、匕例，口己述有在Sb?sTe25合金含 6 、及Ag作為追加元素之相變化材料。但是，專 利文獻3所記載的相變化材料係作為光記錄媒體用的相變化 δ己錄材料而被發明者，完全未有關於非晶姊結晶相之電阻比 之。己述。又，相對於Te為半導體，由於主成分之处為半金屬， 因此相變化記錄材料的電阻低，作^ pCRAM記憶體元件使用 時，會有元件阻抗低、用於結晶化及非晶化的驅動電流容易變 大之缺點（例如參照非專利文獻5)。 在專利文獻4揭示有含有選自Te、Se、Ge、Sb、Bi、Pb、 Sn As S、Si、P、0及έ亥荨之混合物或合金所構成之群組的 種或其以上之元素的相變化記憶元件。亦即在專利文獻4，
Te、Ge、Sb 的成分比例係除了 TeaGebSbHKKa+b) (a < 70 ( at· %)、 b>5 (at. %))以外’還記載有以（TeaGebSbi_b)) He (a <70 (at. %)' b>5 (at. %)' 90 (at. %) <c<99. 99 (at. %)、TM為一種以上之過渡金屬）及（TeaGebSb! 00-(a+b) )cTMdSe.〇〇-(c+d) (a<70 (at. %)'b>5 (at. %)' 90 (at. %) <c<99. 5 (at. 6/23 201115573 %)、〇.〇l(at%)<d<10.0(at.%) 渡金屬）表示之相變化材料。但θ 為 上之過 晶相之結晶化的活化能之記述Τ有於結晶化溫度、非 性之圮截。又，亦士入4 士 未有關於相變化材料的熱穩定 述。 ，、凡1關於非晶相和結晶相的電阻比之記
又，在非專利文獻6記述有G 非專利文獻6，記财在由Ge|T=T^錢材料。根據 獲得24Gt以上的結晶化溫度之情 /、=化材料中， 結晶化之活化能、熱穩定性之且:^ f關於非晶相 結晶相的電⑽b之記述。 μ錢於非晶相和 如以上，在已提案之相變化材 為ρ_記憶體元件的材料所被有滿足下述作 的保持能力高，進而較佳為(2 性高且資料 晶相所需的能量（驅動電力）小 攸，相變化到非 (先行技術文獻） (專利文獻） (專利文獻1)日本特許第3896576號公報 (專利文獻2)日本特開2008-177570號公報 (專利文獻3)日本特開2〇〇〇_34翻號公報 (專利文獻4)日本特表2002-512439號公知 (非專利文獻） (非專利文獻1)次世代光記錄技術和㈣ 昌宏CMC出版2004年 誠修.奥田 (=利文獻2)次世代半導體記憶體的 修.小柳光正CMC出版2_年 丨則ττ : 7/23 201115573 (非專利文獻 3) International Technology Roadmap for Semiconductors 2007 Edition Front End Processes (非專利文獻 4) N. Yamada ei a人 J . Appl. Phys. 69(5) (1991) p2849 (非專利文獻5)寺尾元康相變化記憶體-(pram)應 用物理第75卷第9號（2006) pl〇98 (非專利文獻 6) CW. Sun β a/. J. PhyS. .· Condens. Matter 19 (2007) 446004 【發明内容】 發明所欲解決之課題 本發明之目的在於為了改善上述以往的相變化材料之問 4而發明者’其課題為提供具有適於麟實雜賴之相變化 型記憶體元狀卿域_ 、及使職材料之 化型記憶體元件。 解決課題之手段 解 ，於上述目的而銳意研究的結果，本發明者罐得如下見 ’在含有Ge和Te、進-步含有選自M、Si、c 所構成之群_丨種元素讀财 及Sn 結晶化溫度。 何代4赠晶她能獲得高 種相變化材料，其 根據該見解，本發明之一態様係提供一 具有一般化學式 、 G6xMyT6i〇〇-x-y 所示之組成，式中，Μ表示選自A1、Si、Pi τ 之群組的1種元音，日协^ , Λ (：11、比及511所構 素 為 5(U(at.%)，y 為 4 (Μ5 •%)之顏内，被選擇成為4G(at%)如⑹❿ 8/23 201115573 %)。 月1J述相變化材料係
Si、P、h、In及Sn所槿為/力^素進一步將選自N、0、Μ、 Ge爲LzTei^ 構成之群組的至少1種元素卜以 有亦可其中將Z選擇成為仙（此⑹ 4· o^B^o 1 M ^Cu y ^ %) = 了遠擇之1種元素M為A1時，前述y為4.G〜瓜out. %) ^了、擇之1種7^素M為Si時，前述y為4. (M5. 〇(at· =經選擇之丨種元素M為&，前述追加元素 ^y^i〇.〇^〇(at%),^^〇^0(at%)； 月ϋ述經選擇之i種元素M為In時，前述 (at.%)亦可。 刊·13 刖述經選擇之i種元素M為Sn時，前述y為4. Η %)亦可。 本發明H様係提供-種機化型記憶體元件，其係 具備基板、以第-態様之相變化材料所形成於前述基板上之記 隐體層、及用於在前述記憶體層進行通電之第】、帛2電極。 ^第二態様之相變化型記憶體元件中，前述第1、第2電極 係於‘述基板上接觸在前述記憶體層的兩端而形成亦可。” 又月ίι述第1電極係由形成在前述基板上的下部電極口 發熱性電極層所形成，前述第2電極係形成在前述記憶體^上 9/23 201115573 亦可 亦可 ，在前述記鋪層和至少前述基板_成有擴散阻障層 發明之功效 =發:之相變化材料’係非晶相和結晶_ 化溫度為高達靴以上，且非晶相結晶化 提高。又，因Γ ’雜料的非晶相熱穩❾生極度 所需的備4的_較低，使其從結晶相變化到非晶相 、月b里文小。其結果能夠使用該材料構 化型記憶體元件。 λ用生回的相邊 【實施方式】
本發明者等係關於GT 且獲職純錢、不含Sb 各種實驗的結果，發現呈有 &大的材料’經進行 之目的。將本發明者等輯行之達成本發明 段説明之圓〗。此外，以每Α，，σ果的一。卩分，顯示於後 晶化溫度π為⑽t:以上化材料的結 以上=材料，係達成本發明之目的的^化材k為3. 0eV 本發明之相變化材料係含有 : W、Si、（^、117及&所構 e、進—歩含有選自 徵為以合計濃度5G (at 1觀叙材料，其特 以下述化學式表現的相變化#料，和Te。特別是關於 結晶化之活化能大。 又于137、，，13晶化溫度且伴隨著 化學式1 G6xMyT6l00-x-y M:選自 A卜Si、Cu、Ir^s 所構成之群組的1種元素。 201115573 X、y為原子濃度（at. %)，X為5. 0〜50. 0、y為4. 0〜45. 0 之範圍内，且被選擇成為40 (at·%) Sx + y$60 (at. %)。 將Ge設定為5. 0 (at. %)〜50. 〇 (at. %)的理由，係低 於5.0 (at. %)時，結晶化溫度、結晶化之活化能低，無法 獲得充分的非晶相之熱穩定性，而若超過50. 0 (at·%)，則 非晶化變的困難之故。將選自A1、Si、Cu、In及Sn所構成之 群組的1種元素設定為4. 0 (at. %)〜45. 0 (at. %)的理由， 係低於4. 0 (at. %)時，結晶化溫度低，而若超過45. 〇 (的 /6) ’則&屬、半金屬元素之Al、Cu、In、Sn的情形為電阻變 低之故，半導體元素之Si的情形為無法獲得1〇2以上之阻抗變 化之故。
丹I ’ 化丰式 GexCuyTeioo-x-y 中，期望是 5. 〇gx$45. 0、4. C
SyS38. 0。藉此’能獲得高結晶化溫度且6〇〇^以下的熔點。 再者，化學式GexAUTe,”巾，期望是35. 〇^χ$48· 〇、 4. 〇SyS15. Q。藉此，能更提高結晶化溫度。 再者、化學式GexSiJe.”中，更期望是35 〇$χ銳〇、 4. 〇9幻5. G。藉此，能獲得電阻率高的結晶相。 再者、化學式+GexInvlWy巾，期获12.鐵〇、 .SyS40. 0。藉此，能更降低炫點。 再者，化學j GexSnylWy中，期望是35. 〇把仇〇、 • =y$15』°藉此’能更提高結晶化溫度。 Ο、αΓΪΤΓΓ料係因應必要，可進-歩含有選自N、 之元辛L r U η及Sn所構成之群組的1種或2種以上 之兀素L (追加疋素）。於該情形下 以化學式Ge爲LTe〜之料含右Af ^疋追加70素L係 %) ^+出調（at f爾選擇成為4〇(的 "° 特別是 N :0.卜5.0 (at. %)、 11/23 201115573 0:0.1 〜5.〇(at.%)、A1、p、Cu、InmH〇〇(at ^於Si ’於選擇eu作為元素M時，作為元素l所追加 之量係於0.5 (at.%) ~3〇 (at %)的範圍較適當。為了 提南經追加之το素的效果’更期望的各成分之數値限定的理由 係如下述。 關於N ’設定為〇.卜5. 〇(此％)的理由，係低於〇.伽. %)時，提高結晶化溫度之追加效果小，且若超過5 〇 (扣. %)則熔點提高之故。又，關於〇,設定為0.1〜5.0 (at.%) 的理由，係低於0.1 (at.%)時，提高結晶化溫度之效果小， 且若超過5· G (at. %)卿為氧化物形成而失去相變化之故。 進一步，關於A卜P、Cu、ln及Sn追加，為了使非晶相穩定， 以使結晶化溫度上升為有效。將其設定於〇. H0. 〇 (at %) 之Ιε圍’係因低於G. 1 (at· 時，沒有追加效果，而若超 過10· 〇(at. %)則有炫點提高之問題，因此將上限設定為 (at. %)。 * 再者，關於Si追加，更期望z的範圍為〇. 5(at. %)〜3〇 〇 (at. %)。Si之追加鑛於使結晶化溫度上升並且增加非晶 相和結晶相的電阻比有效。將其設定為〇. 5 (at· %)〜3〇 %)之範圍的理由，係低於〇. 5 (at. %)時，沒有追加效果·， 而若超過30 (at.%)則因為s·相等的生成，會有非曰曰相 和結晶相的電阻比變小之問題，因此將上限設定為3〇 〇 : %)〇 藉由將本發明相變化材料形成於基板上，能獲得相變化型 非揮發性記髓磁。_是舰贿轉雜錢體元 含絶緣層和電極層（係具有形成在絶緣層上的相變化材料層且 形成在該相變化材料層的兩端）’且藉由絶緣層覆蓋該相變化 12/23 201115573 材料層的露出部。作為 再者，藉由包含 曰W、加、Ab Cu等。 極層（係具有形成在 ％ ° s 4成在基板上）和上部電 該相變化材料層上）Γ且極層上的相變化材料層且形成在 出士而獲得相變化型非 相:化材科層的露 部電極層和相變化材料層之間二：又:更期望在下 極層，可舉出？、Ti? 有4」生電極層。作為該發熱電 再者， TliV寺之虱化物或氧化物 冉者，在相變化材 于 障層。藉此，可抑制㈣二人·色、，·表層之間’可形成擴散阻 可消除誤動作。作和相變化材料相的相互擴散，而 等，但_^==,咖組物、氧化物 上含之 心版 ，種元素所構=:二 物理蒸錢法（賤錢等）、糟由使用各種乾材的 純Ge、4屯Te及#」I 土反上成臈。靶材係藉由使用 仁4 le及純兀素μ (jU、Si、c 金（Ge-M、Te-M、Ge-Te人金）之夕-恥n)或各2元合 而調整濃Μ以心夕"°麵，使成赌出變化 鮮，赤* - ^之1種或2種以上的各種純粑材之多元 幹π經預先調整成分的合金靶材， 輸出’而調整成分予以成膜。又’關於N及广二3 氧體、02氣體或N2/02混合氣體流量，一面進行反應性 改姓Γ链而予以成膜。此處，成膜時的基板溫度可因應必要而 的____之結晶化溫度低 下，材料係呈非晶相’於基板溫度比結晶化溫度高的情 13/23 201115573 形下，材料係呈結晶相。 (實施例） 及於本剌之各·施觸㈣倾料之組成 二 Ί貫測値製表所示之圖。以下參照圖1進一歩詳 ΙίΓίΓ。此外，圖1中，為了容易理解本發明，而顯 i 3土=，同組成的比較例卜5。圖中之實施例 丁 ::W；r、基本上具有Ge爲Te.”之組成。M係顯示 4==及如所構成之群組的1種元素* 、.曲^ ) =X+_〇 (at. %)。圖1之表中顯示Te之原子 ΐ又」Γ其忖含該_料林可避免地含有之雜質。通 :，讀不可避免_質為數_錄十_ 成膜後的機倾^_触不會舒 == 1〜32之中的數個，進—步追加有選自N、〇、A1、Sl、P^u ΐ 組的1種或2種以上之元素L。該追加元 選擇成為4〇(此％)糾出痛（at% = (at.%)之範圍内。 ·ι 3ϋ·〇 測定物理特性的試料，係將具有實施例卜犯、比較例W 的組成之溥膜，利用RF濺鍍装置在基板上 此外，實關1〜21中，_定實驗中，以防止經成膜 朝Sl〇2擴散為目的’而採用藉由化學氣相成長⑽）將M、 氧化物細在SlG2/Sl基板上作為擴散 ^^ 純元素Μ、GeTe合金、純Te及因應必要而使H係 材，改變膜輪出，製作各種組成的非晶形相It 又’關於貫把例8、13、14及16之試料，係一 : 體流入處理室内，—面進行反應性濺鑛而製作。再者 14/23 201115573 施例18之試料，係使用CuP靶材而製作。 關於實；^例22〜32，顯示選擇cu作為元素M、選擇Si作 =素L之情形。實施例22〜32之材财與實_⑽同様 ^使用RH賤錄裝置在基板上成膜咖nm而形成，但基板係 米用Si〇2/Si基板。乾材係因應必要而使用^心心合金萆巴 j Si2Te3合金糾才' SilQi2Te3合金崎及純&糾，同時藉 由濺鍍形成具有各種組狀非以目薄膜。 圖1顯不具有各組成之材料的結晶化溫度Tc )、熔點 丁m ( C)、非晶相結晶化之活化能㈤）、非晶相和結晶相的電 〜匕ZR此處，結晶化溫度及非晶相和結晶相的電阻比，係 。藉由利用2端子法之升溫過程中的電阻測定（升溫速度：9. 2 c/分鐘）’且熔點係利用示差掃描熱量計（1〇。匸/分鐘）而測 定。 。又，關於實施例1〜實施例32及比較例卜5，根據在2至 50 C/分鐘之間使升溫速錢化所測定之結晶化溫度，藉由下 式所不之季辛吉曲線（KissingerplQt)法求出非日曰日形結晶化 時的活化能。
In ( a/ (Tc) 2) =-Ea/kTc+Const. 其中α :升溫速度、tc :結晶化溫度、Ea :活化能、匕： 波茲曼（Boltzmann)常數。 在圖2 (a)之曲線A〜C ’顯示關於實施例1〇、12及比較 例2之試料，以2端子法獲得之升溫時的電阻變化。如從圖2 (a)所得知，非晶相係顯示高電阻，隨著結晶化而急劇地減 乂阻抗。此處，結晶化溫度Tc為電阻開始急遽降低之溫度（圖 中前號所示）。又’關於實施例12 ’亦顯示降溫時的電阻變化 曲線R，但得知任一種試料中，皆與實施例12同様，在結晶 15/23 201115573 化後的降溫巾，電_乎未錢化。因而，各觸的電阻 比為「非晶相在室溫中的電阻」和「比結晶化溫度冑耽的 度中之結晶相的電阻」之比。 圖2 (b)之曲線D〜F係關於圖！所示之實施例％、狀及 32之試料’與圖2 (a)的情形同様地，係顯示以2端子法獲 得之升溫時及降溫時的電_化者。與圖2⑷的情形同^ 在各姆巾’以電_始急贿低之溫度作祕晶化溫度
Tc 〇 如圖1所示’實施例卜實施例32的相變化材料 種广上的結晶化溫度’且結晶化之活化能係於任 優里Hr v以上，碰解物⑷目的熱穩定性極 之材料。進而該等材料全部隨著結晶化而顯示1〇2以上的 以下，得知充分地低。 4 GGC夕或其 性記情體元_1^得知該科料作為相變化型非揮發 很大的可能性。又，得知含有 m 健雜㈣結晶化溫度tc。 再者，關於貫施例28，儘管炫點為
^ 200t^,τ〇 ^ 1〇4,；^U 有很大的可紐。隐體70件的材料，係具 ϋ此，關於貫施例28 /皿度Tc以下的數個溫度，針 ^擇…曰化 估非晶相賴穩定性。 ”皿度進料溫保持實驗，評 圖3係顯示針對實施例28的試料進行的等溫保持實驗之 201115573 結果的圖表。如圖示，選擇比結晶化溫度^還低的〗84 、 、19rc及赃4種溫度，觀察將試料以各種溫度等溫 保持時，隨著時間經過之電阻變化。於任—種溫度之情形下， 皆觀察到隨著時間經過，伴隨著非晶相結晶化之 之減少。 —通常，非晶相係即使在結晶化溫度Tc以下，仍因為長時 間寻溫保持而結晶化。在相變化材料的結晶化溫度Tc以下的 非晶相之結晶化，；t味著舰Μ裝置轉。如亦於先前技術 =項中所述，2Gli年以後，PCRAM裝置的作動保證溫度係設 疋為以125°C保持10年。因此’圖3的各等溫簡實驗中， 將電阻最急劇地減少的時間定義為故障時間t”嘗試著預估 1〇年非晶相穩定地存在之最高溫度亦即作動保證溫度。呈體 而言’將曲線傾斜的微分値取得㈣最大値時的時間為 障時間tF。 圖4係將於圖3檢測出的故障時間t”對溫度的函數^ kT作成曲線者。圖4中，縱軸係顯示故障時間，横轴係顯 :ΜΤ。此處’ k為波兹曼常數，τ為保持溫度。根據該圖： 猎由將在各保持溫度之數據點外泡Η)年，册其時之溫 二^可《平估作動保證溫度。根據本結果，得知實施例28之試 H、有157. 4 C的作動保證溫度。該溫度為2〇η年以後的 作動保證溫度之要求値，超過以1坑保持1G年之値，而得 知本試料為熱穩定性亦優異。 '圖5係顯示藉由Ge24Cu33Te43合金乾材製作驗”υ⑸9 溥膜（Ge : Cu : Te : =1 : h 76 : 2. 98)之電阻値的溫度依賴 性之圖表。此處，基板為齡/Si。從圖5的圖表得知結晶化 溫度Tc為高達245〇c。 17/23 201115573 圖6係顯示對圖5之試料，選擇結晶化溫度245t：以下的 4種，度，亦即235t、23rc、239.亿及2饥，進行等溫 保持實驗之結果。圖6中’縱軸係顯示電阻値，横轴係顯示時 間。根據其結果’與實施例28的試料之情形同様，預估1〇牟 的作動保證溫度。脑果係如圖7所示，可職到本試料的作 =保證溫度為m rc。該溫度為2G11年以後的作動保證溫 度之要求値，超過以125t：保持1〇年之値，而得知本試料為 熱穩定性亦優異。此外，圖5至7之試料係Ge' Cu、Te 子濃度比約為1 : 2 : 3，姻1之實施例12的原子濃度比大 生優Γ，根據圖7的結果，推測實施例12之試料亦熱 另一方面’觀察關於比較例w時，具有·上的電阻 比’但結晶化溫度係低至⑽。“下、炫點亦高，因此得知今 等材料不太適於作為相變化型記憶體元件材料。再者衫 3，得知Ge的濃度χ例如低至3. 〇 (眈％)二結 曰曰化溫度Tc低，不適於作為相變化材料。 圖8及圖9係顯示對比較例2之試料，與實施例 様:’進:，實驗’預估)。年的作動 ： Γ48 8^Γΐ53 2 } 139· 6〇C ' 143〇C ^ '瓜度進行等溫保持實驗之結果。圖9# 顯示將關於藉由該實驗所獲得的各溫度之故料間^，圖對= kT作成曲線的結果。根據圖9之圖 ' 保證溫度時，得到92 中；^預估1〇年後的作動 的_保證溫度之要求値亦即125〇c、1Q年麵鱗 ^ 本試料不適於作為PCRAM裝置材料。 于 利用實施例12所示之組賴料，調錄衝輕施加所得 18/23 201115573 的結晶相讀晶相化。於圖1Q (a)、（b)，顯示本實驗所使用 的，變化形非揮發性記憶單元構造的剖視圖及俯視圖。與藉由 2端子法之電阻測定同様，基板係使用齟氧化物⑽基 板圖中1表示&半導體基板’ 2表示Si〇2絶緣層，3表示 Μη氧化物擴散轉層。在具有這鶴造的基板上，首先藉由 光侧法及濺鑛來製作第1、第2電極5、5。電極材料係^用 W(鎢），後，藉由光爛法及麟，將相變化材料成膜細⑽ '幵乂成。己U肢層4。最後以⑽2層6覆蓋相變化材料部和電極 的一部分，作為記憶單元。 經製作的相變化材料之初期電阻（結晶狀態）為3. 2xl〇2 Ω。施加脈衝寬10ms之脈衝電壓1〇v後，產生非晶形化，從 電阻上升到5. 3χ1〇4Ω的情形，確認利用本發明相變化 焦耳熱之資訊寫入、消去為可能之事。 、 此外’圖10 (a)、（b)所示之記憶單元構造，係於 體層4的兩端形成有第卜第2電極5、5，但如圖U所示二 亦可作成在記憶體層14之上下方配設第丨、第2電極層^、 15之構造。g u之實施例中，1〇表示絶緣體（半導體），u 表示以W.等為材料之下部電極層，12表示發紐電極層，13 表不由SW遞成的絶緣層。雖無圖示，但亦可在記憶體層 ^絶緣層13及發熱電極層12之間形成Mn氧化物之擴^且障 產業上之可利用性 本發明之相變化㈣係具有高結晶化溫度，且 晶化而能獲得大的電阻變化之效果。因而，可利用在使= 變化材料之非揮發性半導體記憶體。又，補用在半導體= 體’與GST同様地可使用在利用結晶相及非晶相中的雷射光 19/23 201115573 反射率的DVD-RAM等光記錄媒體等。本發明並不受前述實施例 之任何限定。亦即，當然包含本發明之技術思想範圍内的他 例、態樣等。 【圖式簡單說明】 圖1 (a)係將有關本發明之各種實施形態的相變化材料 的組成及其物理特性顯示於表中之圖。 圖1 ( b)係將有關本發明之更進一步之實施形態的相變 化材料的組成及其物理特性顯示於表中之圖。 圖2 (a)係顯示有關本發明之各種實施形態的相變化材 料薄膜的電阻的溫度依賴性之圖表。 圖2 (b)係顯示有關本發明之各種實施形態的相變化材 料薄膜的電阻的溫度依賴性之圖表。 圖3係顯示圖1所示之實施例28於等溫保持中的電阻變 化之圖表。 圖4係顯示從圖3之圖表所求出的故障時間杪和溫度的關 係之圖表。 圖5係本發明之一實施形態的Gen.4Cu3〇. /Tesi.g薄膜試料的 電阻的溫度依賴性之圖表。 圖6係顯示圖5的試料於等溫保持中的電阻變化之圖表。 圖7係顯示從圖6之圖表所求出的故障時間tF和溫度的關 係之圖表。 圖8係顯示圖1所示之比較例2於等溫保持中的電阻變化 之圖表。 圖9係顯示從圖8之圖表所求出的故障時間tF和溫度的關 係之圖表。 圖10 (a)係有關本發明之一實施形態的相變化型記憶體 20/23 201115573 元件之概略剖視圖。 m 11 ^ ^ ^ 不之元件之俯視圖。 圖Π ίτ、顯不有關本發明另—每 十奴力只仏形怨的相變化刮咛憎； 元件的概略構造之剖視圖。 … 【主要元件符號說明】 1 Si半導體基板 2 &〇2絕緣層 3 Μη氧化物擴散阻障層 4、14 記憶體層 5 第1、第2電極 6 Si〇2 層 10 絕緣體（半導體） 11 第1電極層（下部電極層） 12 發熱性電極層 13 絕緣層 15 第2電極層 21 /23
Claims (1)
- 201115573 七、申請專利範圍： 1. 一種相變化材料，其具有 一般化學式 G6xMyT6lOO-x-y 所示之組成，式中，M表示選自A卜Si、Cu、In及Sn所構成 之群組的1種讀，且於χ為5. 似.％ )、y為4. 〇〜45. 〇 (at 之範圍内’被選擇成為4〇 (此&切试 %)0 2. ^申請專利範圍第之相變化材料，其中作為追加元素l， 繼 N、0、A1、Sl、p、Cu、Ir^s__ 的至少1種元素L，以 G SxMyLzT θ 1 ΟΟ-χ-y-z 含有，其中z被選擇成為4〇 (at %) ^ 或2項之相變化材料’其中前述經選擇 種兀素Μ為Cu時，前述y為4. 〇〜38. 〇 (的 4。 如申請專利範圍第！或2項之相變化材料，其中前述絲 之1種兀素Μ為A1時，前述7為4{)〜15 Q (a 5。 如申請專利範圍第！或2項之相變化材料，並^ 之1種元素M為&時，前述y為4. (H5 〇 (at r)从擇 之：化材料’其中前述:選擇之1 裡τοΙΜ為U’則述追加疋素l為&時，於、+、 ^ (暑前述z為0.5〜30(此％)。“如為10錢0 7.如申請專利範圍第1或2項之相變化_，其 之1種元素Μ為In時，前述y為2〇. 〇〜4〇· 〇 火）^ 22/23 201115573 8· 或2項之相變化材料，其中前述經選擇 9. 為Sn時，前述⑷咖 。 圍第1至8項中任一項之/f…備基板、以如申請專利範 部之記传雕爲、、之相受化材料所形成於前述基板的上 電極。〜S 於在㈣記憶體層進行通電之第卜第2 10 =申:專利乾圍第9項之相變化型記憶體元件，其中前述 ^成 係於前述基板上接觸在前述記憶體層的兩端而 11.二申:月專利乾圍第1〇項之相變化型記憶體元件，其中前述 在前述基板上的下部電極層和發熱性電極 θ=成’w述第2電極係形成在前述記憶體層上。 /儿二專利範圍第10或11項之相變化型記憶體元件，其中 •記憶體層和至少紐基板間，形成有擴散阻障層:、 23/23
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