[發明專利]納米復合鋅銻鈦信息功能存儲薄膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010175612.X
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111276611A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 吳衛華;張賢;湯皓婷;刁懿;朱小芹;胡益豐;鄒華;張劍豪
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;C23C14/16;C23C14/18;C23C14/35
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發明公開一種納米復合鋅銻鈦信息功能存儲薄膜及其制備方法和應用，該薄膜的總厚度為30~100 nm，其化學組成符合化學通式(Zn_ySb_1?y)_1?xTi_x，其中，0.01x0.3,10y90。本發明主要利用磁控濺射方法制備得到納米復合鋅銻鈦信息功能存儲薄膜，所得材料的相變溫度和非晶熱穩定性得到明顯改善，有利于提升PCRAM的數據保持能力；且所得材料的非晶態和晶態電阻顯著上升，即電導率顯著下降，有助于降低PCRAM的SET和RESET操作功耗；同時，所得材料屬于生長占優型的結晶機制，繼承了Zn?Sb合金快速結晶的優點。

技術領域

本發明涉及微電子材料技術領域，具體涉及一種納米復合鋅銻鈦信息功能存儲薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，電子市場對存儲產品的需求持續增長，存儲器的地位越來越重要。為了適應信息數字化和嵌入式集成電路的發展需求，人們希望存儲器能夠同時具有讀寫速度快、功耗低、密度高、體積小、非易失性等特性。隨著半導體工藝節點推進至45 nm以下，DRAM的發展對光刻進度提出了巨大的挑戰，Flash中電容變得異常的高。此外，在數據時代環境下，CPU高速運算的工作速度也受到存儲器讀寫速度的影響。因此，發展高速、低功耗、大容量、低成本的新型存儲技術尤為重要。

相變存儲器（PCRAM）是利用電能熱量使硫屬材料在非晶態和晶態之間相互轉換來實現信息的寫入和擦除的設備，信息的讀出與測量材料電阻的大小相關。PCRAM不僅綜合了DRAM和Flash等存儲器的優良特性，而且在高速、大容量、低功耗、高密度、抗輻射等方面具有明顯的優勢，且被證實在5 nm技術節點之前不存在物理限制。而優異的PCRAM性能離不開優異的相變存儲材料。據相關報道指出，當前用于PCRAM的相變材料主要以Ge₂Sb₂Te₅為主。但是隨著5G和人工時代的到來，指數式增長的信息量對數據存儲提出了更為苛刻的要求。由于Ge₂Sb₂Te₅相變材料的相變溫度僅為160℃、操作速度難以達到50 ns，RESET電流處在mA量級，這些缺點限制了Ge₂Sb₂Te₅相變材料的進一步擴大化應用。

Zn-Sb是由麻省理工學院Tae Jin PARK發現的可用于非易失性存儲器的二元合金相變材料，通過調節Zn和Sb的原子百分比可以調控Zn-Sb材料的相變溫度和材料電阻，其SET速度和RESET電流分別為140 ns和9.6 mA，較慢的相變速度和較大的編程電流阻礙了Zn-Sb相變材料在PCRAM中的應用（Japanese Journal of Applied Physics, 46 (2007)L543-L545）。單純的Zn-Sb相變材料屬于生長占優型的結晶機制，其相變溫度和非晶熱穩定性偏低、晶態電導率和操作功耗偏高，這些特性大大限制了二元合金Zn-Sb材料在PCRAM中的應用。

中國專利CN106206943B公開了一種氮摻雜改性的相變薄膜材料及其制備方法，在Zn-Sb相變材料中摻入外來N原子可以提高材料的相變溫度，然而過多的N原子摻入將導致Zn₁₅Sb₈₅失去相變性能，從而無法用于相變存儲器。此外，摻N后的Zn-Sb相變材料SET速度仍在100 ns以上，相變速度依然較慢。要想使Zn-Sb相變材料能真正可以應用于PCRAM中，必須通過更為優秀的摻雜改性手段來優化相變材料組分，以獲得綜合相變性能更為優異的新型相變存儲材料。

發明內容