[发明专利]一种掺氧的Zn10Sb90纳米相变薄膜材料及其制备方法

说明书

一种掺氧的Zn10Sb90纳米相变薄膜材料，其化学组成通式为Zn10Sb90O_x，其中x代表不同的掺氧量标记，x＝0.5、1、1.2、1.5；还公开了该掺氧的Zn10Sb90纳米相变薄膜材料的制备方法。本发明的掺氧的Zn10Sb90O_x纳米薄膜材具有较高的晶化温度，能够大大提高PCRAM的热稳定性以及十年数据保持温度；同时具有较高的晶态电阻，从而能够减少PCRAM的功耗。

技术领域

本发明属一种微电子技术领域的半导体材料，具体涉及一种用于 高稳定性、低功耗的相变存储器的Zn10Sb90相变存储材料。

背景技术

近年来相变存储器(PCRAM)发展比较迅速，在大容量、高密 度、高速、低功耗、低成本等方面显示出明显的优势。PCRAM存储 单元在被证实在5nm技术节点之前不存在任何物理限制；海力士给 出工程化样片，表明了PCRAM在16nm技术节点及4F²存储密度下， 在物理，存储性能与可制造方面都是可行的，更为重要是采用金属栅、 高k介质的新型CMOS工艺兼容，可进一步随着CMOS新技术节点 发展下去

用于相变存储器中的相变材料，必须满足多个条件：(1)晶化时 间短；(2)熔点低；(3)SET态和RESET态的电阻率差异大；(4) 材料的非晶态在常温下要非常稳定；(5)晶态和非晶态可逆转换操作 次数多；(6)相变前后的体积变化小；(7)在纳米尺寸保持良好的性能。很明显，很多材料不能完全满足上面的多项要求，而目前研究最 多的相变材料是Ge₂Sb₂Te₅，Ge₂Sb₂Te₅材料虽然具有较好的综合性能， 但是其热稳定性不高，晶化温度只有160℃左右，只能在85℃环境下 将数据保持10年。此外，由于Ge₂Sb₂Te₅材料的结晶机制是形核为主 型，相变速度较慢，无法满足未来高速PCRAM的设计要求。为此， 开发具有更高热稳定性、更快转变速度的相变材料成为业内的主要目 标。

发明内容

为解决现有技术中研究最多的相变材料是Ge₂Sb₂Te₅热稳定性不 高，相变速度较慢的缺陷，本发明提供一种掺氧的Zn10Sb90纳米相 变薄膜材料及其制备方法。

一种掺氧的Zn10Sb90纳米相变薄膜材料，其化学组成通式为 Zn10Sb90Ox，其中x代表不同的掺氧量标记，x＝0.5、1、1.2、1.5； 优选的所述x为1.2。经EDS测定，x＝0.5、1、1.2、1.5分别对应掺 入的氧原子百分比为93.3％，93.9％，94.9％，96.9％。当x＝0.5、1、1.2、1.5时均表现出明显的非晶态-晶态的相变过程，而且其稳定性随 x的增加呈单调增加趋势。而当x>1.5时，由于过量的氧掺杂，使得 材料失去明显的相变过程，无法应用于相变存储器。

材料的厚度为45～65nm，优选为50nm。

一种掺氧的Zn10Sb90纳米相变薄膜材料的制备方法，衬底采用 SiO₂/Si(100)基片，溅射靶材为Zn10Sb90，通过在射频溅射沉积 Zn10Sb90薄膜的过程中同时通入氩气和氧气，并在纳米量级制备而 成；其中氩气和氧气的总流量为30sccm，如果氧气流量为a sccm，则相应的氩气流量为(30-a)sccm。

进一步的，Zn10Sb90靶材的纯度原子百分比在99.999％以上， 本底真空度不大于1×10^-4Pa。

进一步的，Zn10Sb90靶材采用射频电源，溅射功率为25-35W， 优选为30W。

进一步的，所述Ar气的纯度体积百分比在99.999％以上，溅射 气压为0.3～0.5Pa；氧气的溅射气压为0.4Pa。