[發明專利]一種用于相變存儲器的Zr摻雜Ge2Sb2Te5薄膜材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610119008.9
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105742489B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 李增光;呂業剛;馬亞東;沈祥;王國祥;戴世勛
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 何仲

本發明公開了一種用于相變存儲器的Zr摻雜Ge₂Sb₂Te₅薄膜材料及其制備方法，特點是其化學結構式為Zr_x(Ge₂Sb₂Te₅)_100?x，其中0<x<20，其制備方法具體步驟如下：采用高純度圓塊狀Zr單質與Ge₂Sb₂Te₅作為靶材，采用磁控濺射裝置，采用雙靶共濺射方法，以高純氬氣作為工作氣體，采用石英片或硅片為襯底材料進行表面沉積，將Zr單質靶的直流濺射功率調整為3~9W，Ge₂Sb₂Te₅靶的射頻濺射功率調整為60W，于室溫下共濺射15min后，得到Zr摻雜Ge₂Sb₂Te₅薄膜材料，優點是具有較高的結晶溫度和數據保持力，較快的結晶速度，較大的非晶態/晶態電阻比以及較好的熱穩定性。

技術領域

本發明涉及相變存儲材料領域，尤其是涉及一種用于相變存儲器的Zr摻雜Ge₂Sb₂Te₅薄膜材料及其制備方法。

背景技術

隨著計算機技術、移動通信和數碼產品的快速發展，對非易失性半導體存儲器的需求顯著增加。目前非易失存儲器市場的主流是閃存，然而閃存自身存在的一些不足，如較長的寫入時間(&gt;10μs)和較低的循環次數(~10⁶)，使其很難滿足未來半導體存儲器發展對更高擦寫速度和存儲密度的要求，另外由于存儲電荷的基本要求，浮柵不能無限制的減薄，突破45 nm半導體制程存在很大的技術困難。PCRAM日益引起科學界和業界的關注，不僅僅因為其滿足非易失性存儲器的各種要求，還因為其制造工藝相對簡單。基于硫系化合物的PCRAM被廣認為是最具前景的非易失存儲器之一，有可能在市場上取代Flash成為下一代非易失存儲器，因為PCRAM有近乎完美的性能，例如微縮性好、數據保持力強、成本低及與CMOS工藝兼容性好等特點。此外，PCRAM存儲技術具有抗強震動、抗輻射性能，在航天航空領域具有極其重要的應用前景。

PCRAM的綜合性能主要取決于存儲介質的相變特性。在所有的相變硫系化合物中，Ge₂Sb₂Te₅（GST）是應用在PCRAM中最常用的材料。然而，較高的熔點和較低的晶態電阻率使得GST不可避免地出現較高的RESET電流和功耗。另外在汽車電子等領域對數據保持力有特殊要求：數據在120℃的環境下能保持10年。傳統GST材料因為其結晶溫度低，熱穩性不佳，以GST材料為存儲介質的PRAM 存儲單元的數據只能夠在80℃左右保存10年，高溫下的數據保存壽命短，所以GST不能滿足此要求。為優化PCRAM的性能，通常在GST中摻雜其他元素，來提高相變材料晶態電阻率，降低RESET電流以及提高數據保持力，使摻雜后GST材料應用于相變存儲器中成為可能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有較高的結晶溫度和數據保持力，較快的結晶速度，較大的非晶態/晶態電阻比以及較好的熱穩定性的用于相變存儲器的Zr摻雜Ge₂Sb₂Te₅薄膜材料及其制備方法，該方法成本低，工藝可控性強，易于大規模生產。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種用于相變存儲器的Zr摻雜Ge₂Sb₂Te₅薄膜材料，其化學結構式為Zr_x(Ge₂Sb₂Te₅)_100-x，其中0&lt;x&lt;20。

所述的相變薄膜材料的結晶溫度為150-300℃。