用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微電子技術(shù)領(lǐng)域的相變存儲(chǔ)材料及其制備方法，具體涉及一種用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相變存儲(chǔ)器(Phase-ChangeRandom Access Memory,簡(jiǎn)稱PCRAM)的存儲(chǔ)介質(zhì)是以硫系化合物為基礎(chǔ)的相變材料，其原理是利用電脈沖熱量使存儲(chǔ)介質(zhì)材料在晶態(tài)(低電阻)與非晶態(tài)(高電阻)之間相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)信息的寫入和擦除，信息的讀出依靠測(cè)量電阻的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于相變存儲(chǔ)器具有讀取速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)、功耗低、存儲(chǔ)密度高、與傳統(tǒng)的CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，從而使信息功能材料成為研究熱點(diǎn)。
[0003]目前研究和使用較多的相變材料是Ge-Sb-Te三元合金，特別是Ge2Sb2Te5,該材料是利用可逆相變前后電阻的差異實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的。雖然Ge2Sb2Te5在熱穩(wěn)定性、讀寫速度上有著比較突出的性能，但是也存在嚴(yán)重的問(wèn)題:材料的結(jié)晶溫度較低，約為165°C左右；雖然基于Ge2Sb2Te5的存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)能夠在85°C下保持10年，但是存儲(chǔ)器在高溫時(shí)面臨著數(shù)據(jù)丟失的危險(xiǎn)。另外，材料中的碲元素低熔點(diǎn)低蒸汽壓，容易在高溫制備過(guò)程中產(chǎn)生揮發(fā)，對(duì)人體和環(huán)境有著負(fù)面的影響。若能將Ge-Sb-Te三元合金中的Te去除變成二元合金，同時(shí)不影響甚至提高相變材料的性能，是本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高速、高穩(wěn)定性、低功耗的用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料及其制備方法。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料，化學(xué)組成通式為(SbroSe3tl) ，其中x=0.69?0.75。
[0006]作為優(yōu)選的，x=0.70 ?0.74。進(jìn)一步優(yōu)選的，χ=0.7392,0.7255,0.7150,0.7021。
[0007]上述的用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料的制備方法，括以下步驟: ①基片的準(zhǔn)備，將基片洗凈烘干待用。
[0008]②磁控濺射的準(zhǔn)備，在磁控濺射鍍膜系統(tǒng)中，將步驟①洗凈的待濺射的基片放置在基托上，將SbroSe3tl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(tǒng)的濺射腔室進(jìn)行抽真空。
[0009]③(Sb7tlSe3tl)xNh納米薄膜材料的制備，向?yàn)R射腔室通入高純氬氣和高純氮?dú)庾鳛闉R射氣體，高純氬氣和高純氮?dú)獾目偭髁繛?0sCCm，濺射氣壓為0.15Pa?0.35Pa ;首先清潔Sb7tlSe3tl靶材表面，待Sb 7(lSe3(l靶材表面清潔完畢后，關(guān)閉Sb 7(lSe3(l祀上所施加的射頻電源，將待濺射的Si02/Si (100)基片旋轉(zhuǎn)到Sb7tlSe3tl靶位，然后開(kāi)啟Sb roSe3(l祀位射頻電源，開(kāi)始派射得到(Sb7tlSe3tl) Λ_χ納米薄膜材料。
[0010]上述步驟②將靶材安裝在磁控射頻濺射靶中后，將磁控濺射鍍膜系統(tǒng)的濺射腔室進(jìn)行抽真空直至腔室內(nèi)真空度達(dá)到1X10—4 Pa。
[0011]上述步驟③中高純氮?dú)獾牧髁繛镮sccm?4sccm。
[0012]作為優(yōu)選的，高純氮?dú)獾牧髁繛閘sccm，制得的用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料的化學(xué)式(Sb7tlSe3tl)xNh中x=0.7392 ;或者高純氮?dú)獾牧髁繛?sCCm，制得的用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料的化學(xué)式(Sb7tlSe3tl) xNh中X= 0.7255 ;或者高純氮?dú)獾牧髁繛?sCCm，制得的用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料的化學(xué)式(Sb7tlSe3tl彡九”中X= 0.7150 ;或者高純氮?dú)獾牧髁繛?sCCm，制得的用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料的化學(xué)式(Sb7ciSe3ci)xNpj^ X= 0.7021。
[0013]進(jìn)一步的，步驟③中射頻電源的濺射功率設(shè)定為25W?35W。開(kāi)啟Sb7tlSe3tl靶位射頻電源，開(kāi)始派射得到(Sb7ciSe3tl)xN1J^I米薄膜材料時(shí),派射速率為0.40nm/s?0.41 nm/s。
[0014]本發(fā)明具有積極的效果:(1)與傳統(tǒng)的Ge2Sb2Te5相變薄膜材料相比，本發(fā)明的用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料具有較快的晶化速度，能夠大大提高PCRAM的存儲(chǔ)速度；同時(shí)本發(fā)明的薄膜材料具有較高的晶化溫度和激活能，從而能夠極大的改善PCRAM的穩(wěn)定性。
[0015](2)本發(fā)明的用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料具有更高的非晶態(tài)和晶態(tài)電阻，可以有效降低PCRAM操作功耗。
[0016](3)本發(fā)明的制備方法通過(guò)控制磁控濺射時(shí)通入的氮?dú)饬髁縼?lái)控制SbSe基摻氮納米薄膜材料中氮元素的含量，氮元素的含量能夠得到精確的控制。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為實(shí)施例1制得的SbSe基摻氮納米薄膜材料的EDS能譜圖，圖1中橫坐標(biāo)Energy為能量,縱坐標(biāo)KCnt為計(jì)數(shù)；
圖2為各實(shí)施例的納米相變薄膜材料和對(duì)比例I的Sb7tlSe3tl相變薄膜材料的原位電阻與溫度的關(guān)系曲線，圖2中橫坐標(biāo)的Temperature為溫度,縱坐標(biāo)的Resistance為電阻；圖3為各實(shí)施例的納米相變薄膜材料和對(duì)比例I的Sb7tlSe3tl相變薄膜材料的失效時(shí)間與溫度倒數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，圖3中縱坐標(biāo)的Failure-time為失效時(shí)間。
【具體實(shí)施方式】
[0018](實(shí)施例1)
本實(shí)施例的用于相變存儲(chǔ)器的SbSe基摻氮納米薄膜材料的化學(xué)組成通式為(Sb7tlSe3tl)Λ-χ，其中 X=0.69 ?0.75 (本實(shí)施例中 X=0.7392)。
[0019]SbSe基摻氮納米薄膜材料采用磁控濺射法制得；制備時(shí)通入高純氮?dú)夂透呒儦鍤猓獨(dú)夂蜌鍤獾臍怏w總流量為30sccm，其中通入氮?dú)獾牧髁繛镮 sccm ;濺射氣壓為0.15Pa?0.35Pa，具體制備方法包括以下步驟:
①基片的清洗，清洗基片的表面和背面，以去除灰塵顆粒、有機(jī)和無(wú)機(jī)雜質(zhì)。選取尺寸為5mmX5mm的Si02/Si (100)基片，先在超聲清洗機(jī)中將基片在丙酮(純度為99%以上)中超聲清洗3?5分鐘，洗畢取出用去離子水沖洗；接著在超聲清洗機(jī)中將基片在乙醇(純度在99%以上)中超聲清洗3?5分鐘，洗畢取出用去離子水沖洗，沖洗干凈后用高純N2吹干表面和背面；吹干后的基片送入烘箱中烘干水汽，烘干后的基片待用，其中烘箱溫度設(shè)置為120°C，烘干時(shí)間20分鐘。
[0020]②磁控濺射的準(zhǔn)備。
[0021]在磁控濺射鍍膜系統(tǒng)(JGP-450型)中，將步驟①準(zhǔn)備的待濺射的Si02/Si (100)基片放置在基托上，將Sb7tlSe3tl合金(原子百分比99.999%)作為靶材安裝在磁控射頻(RF)濺射靶中，并將磁控濺射鍍膜系統(tǒng)的濺射腔室進(jìn)行抽真空直至腔室內(nèi)真空度達(dá)到I X 1-4 Pa。
[0022]③(Sb70Se30) xNh納米薄膜材料的制備。
[0023]向?yàn)R射腔室通入高純氬氣和高純氮?dú)庾鳛闉R射氣體，高純氬氣中氬氣體積百分比達(dá)到99.999% ;高純氮?dú)庵械獨(dú)怏w積百分比達(dá)到99.999%。設(shè)定Ar氣流量為29sccm，隊(duì)流量為Isccm(將所得到的薄膜記為GSN1)，并將濺射氣壓調(diào)節(jié)至0.15Pa?0.35Pa (本實(shí)施例中為0.2Pa);設(shè)定射頻電源的濺射功率為25W?35W (本實(shí)施例中為30W)。
[0024]將空基托旋轉(zhuǎn)到Sb7tlSe3tl靶位，打開(kāi)Sb 7(lSe3(l祀上所施加的射頻電源，設(shè)定濺射時(shí)間100s，開(kāi)始對(duì)Sb7tlSe3tl靶材進(jìn)行濺射以清潔Sb 7(lSe3(l靶材表面。
[0025]待Sb7tlSe3tl靶材表面清潔完畢后，關(guān)閉Sb 7(lSe3(l祀上所施加的射頻電源，將待濺射的Si02/Si (100)基片旋轉(zhuǎn)到Sb7tlSe3tl靶位，然后開(kāi)啟Sb7tlSe3tl靶位射頻電源，開(kāi)始濺射得到(Sb70Se30) Λι納米薄膜材料，濺射速率為0.4075nm/s，濺射時(shí)間設(shè)定為100s。
[0026]本實(shí)施例濺射獲