[發明專利]摻氮改性的相變薄膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410123117.9
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103887430B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發明（設計）人: 朱小芹;胡益豐;薛建忠;吳衛華;眭永興;鄭龍;袁麗;江向榮
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產權代理有限公司 32214
• 代理人: 孫培英

技術領域

本發明涉及微電子技術領域的相變存儲材料及其制備方法，具體涉及一種用于相變存儲器的摻氮改性的相變薄膜材料及其制備方法。

背景技術

相變存儲器（PCRAM）是利用硫系材料在晶態和非晶態之間的可逆轉換從而實現信息存儲的一種新型非揮發性存儲器。當相變材料處于非晶態時具有高電阻，晶態時具有低電阻，利用電脈沖產生的焦耳熱實現高阻態與低阻態之間的重復轉換，達到信息存儲的目的。它具有功耗低、讀取速度快、穩定性強、存儲密度高、與傳統的CMOS工藝兼容等優點，因而受到越來越多的研究者的關注（Zhou?Xilin等，Applied?Physics?Letter,?103（7）,?072114,?2013）。

與傳統的Ge₂Sb₂Te₅相變材料相比，Zn-Sb合金具有更快的相變速度，尤其是Sb富余的Zn-Sb合金具有超高的相變速度，使其具有成為超高速PCRAM用相變材料的巨大潛力(Park,?Tae?Jin等Japanese?Journal?Of?Applied?Physics,?46（23）,?L543,?2007)。然而Zn-Sb合金也存在自身的一些缺點，那就是穩定性不高。例如純的Zn₁₅Sb₈₅合金的晶化溫度為160℃左右，利用其制造的相變存儲器只能在91℃將數據保持10年，在更高的溫度下數據保持能力會急劇下降，因而無法滿足實際應用的需要。

提高相變存儲材料的數據保持力的方法較為常見的有：1、改變材料中各元素組分；2、摻雜其他元素進行改性；3、研究開發新材料。

例如中國專利文獻CN?103247757?A?公開了一種用于相變存儲器的Zn-Sb-Te相變存儲薄膜材料及其制備方法，該材料是一種由鋅、銻、碲三種元素組成的混合物。所述的Zn-Sb-Te相變存儲薄膜材料采用Sb₂Te₃合金靶和Zn單質靶共濺射形成。相比于Zn-Sb合金，該文獻公開的存儲薄膜材料中增加了碲元素，存儲性能得到提升。但是碲元素屬于環境不友好的化學元素，容易造成一定的環境污染。而且，碲元素在半導體工藝中容易發生揮發，從而污染整個半導體生產設備。另外，含碲的相變材料經過多次循環以后容易發生分相，從而影響器件的疲勞特性。

發明內容

???本發明所要解決的技術問題是提供一種摻氮改性的相變薄膜材料及其制備方法。

實現本發明目的的技術方案是一種摻氮改性的相變薄膜材料，由Zn、Sb、N三種元素組成，其化學組成通式為N_x（Zn₁₅Sb₈₅）_1-x，其中0.29≤x≤0.49。

優選的，化學組成通式中0.32≤x≤0.41。

一種如上所述的摻氮改性的相變薄膜材料的制備方法，包括以下步驟：

①基片的準備，將基片洗凈烘干待用。

②磁控濺射的準備，在磁控濺射鍍膜系統中，將步驟①準備的待濺射的基片放置在基托上，將Zn₁₅Sb₈₅合金靶材安裝在磁控射頻濺射靶中，并將磁控濺射鍍膜系統的濺射腔室進行抽真空；然后向濺射腔室通入高純氬氣和高純氮氣至濺射腔室內氣壓達到0.15Pa～0.25Pa。

③N_x（Zn₁₅Sb₈₅）_1-x薄膜的制備，調節向濺射腔室通入的高純氬氣的流量為24?sccm?～27sccm，高純氮氣流量為3sccm～6sccm，濺射氣壓為0.15?Pa～0.25?Pa；設定濺射功率15W～25W；首先清潔Zn₁₅Sb₈₅靶材表面，待Zn₁₅Sb₈₅靶材表面清潔完成后，關閉Zn₁₅Sb₈₅靶上所施加的射頻電源，將待濺射基片旋轉到Zn₁₅Sb₈₅靶位，開啟Zn₁₅Sb₈₅靶位射頻電源，于室溫下濺射20s～40s后得到摻氮改性的相變薄膜材料。