高速类超晶格锌锑-锑相变存储介质及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高速类超晶格锌锑‑锑相变存储介质及其制备方法，该存储介质的总厚度为40‑60 nm，结构通式为[Zn

High speed superlattice like Zn sb sb sb phase change storage medium and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
高速类超晶格锌锑-锑相变存储介质及其制备方法
本专利技术涉及微电子材料
，具体涉及一种用于相变存储器的高速类超晶格锌锑-锑相变存储介质及其制备方法。
技术介绍
1968年，美国科学家StanfordOvshinsky发现硫系化合物在电场或激光激发下可实现高低电阻值或反射率的可逆转变（OvshinskyStanford：PhysicalReviewLetters，1968，21(20)，p.1450）。众所周知，相变存储材料最先广泛应用于光学存储领域，如CD-ROM、DVD-ROM及Blue-rayDisc。相比之下，相变材料在电学存储领域的应用研究进展缓慢，这主要受制于半导体加工工艺的发展。进入21世纪以来，随着半导体工艺及集成技术的迅猛发展，相变存储器PCRAM（PhaseChangeRandomAccessMemory）在快速、大容量、低功耗、尺寸微缩等方面彰显出杰出的优越性，被认为是最有可能取代目前SRAM、DRAM和FLASH等主流产品的下一代非易失性存储器（RaouxSimone：MRSBulletin，2014，39(08)，p.703）。PCRAM器件性能主要取决于相变存储介质的性能。Ge2Sb2Te5是当前应用最为广泛的相变材料，随着市场应用需求的不断升级，该材料存在着诸多不足之处，如Ge2Sb2Te5相变材料成核占优型的晶化机制使得PCRAM器件的SET速度较慢，无法满足未来高速存储器的发展要求；Ge2Sb2Te5相变材料高的晶态电阻使得PCRAM器件的SET电阻较高，无法满足未来低功耗存储器的发展要求；同时，Ge2Sb2Te5相变材料低的相变温度和结晶激活能使得PCRAM器件热稳定性较差，更是无法满足未来高可靠性和高稳定性数据存储器的发展要求。与Ge2Sb2Te5相变材料相比而言，Zn-Sb合金薄膜具有高的相变温度，在高数据保持力PCRAM应用方面具有巨大的应用潜力（ZifangHe：MaterialsLetters,185(2016),P.399-102）。然而，热稳定性和相变速度是相互制约的，具有高相变温度的Zn-Sb合金必然存在着相变速度不够快的缺点，无法满足对数据进行较快速度读取的应用需求。类超晶格相变存储薄膜是将具有不同相变性能的相变材料在纳米尺度通过交替溅射的方式进行多层复合，进而构造成类超晶格结构（SLL）的一种材料。新加坡数据存储研究所T.C.Chong等人于2006年首次提出将GeTe/Sb2Te3多层材料应用于PCRAM的制备，获得当时世界上最快的相变存储单元（Chong,T.C：AppliedPhysicsLetters，2006，88(12)，p.122114）。中国专利CN104795494B公开了一种用于高速相变存储器的GeTe/Sb类超晶格相变薄膜材料，但由于Te元素较低的熔化温度和较高的蒸气压使得Te容易挥发和相分离，从而严重影响器件工作的可靠性和循环寿命。中国专利CN104934533B和CN105489758B分别公开了用于相变存储器的Ge/Sb和Si/Sb类超晶格相变薄膜材料，这两种类超晶格采用的是不具有相变性能的半导体Ge和Si材料，相变性能还有待进一步提高。因此有必要设计生产一种性能更为完善的新型相变存储介质以满足当今信息存储领域的发展需要，更好地适应微电子市场快速发展的趋势，最大程度地提升市场应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，扬长避短地利用晶化温度较高、非晶态电阻较高的Zn50Sb50相变材料和室温下已经晶化且具有低阻特性的单质Sb材料，通过磁控溅射的方法将两种材料进行纳米多层复合构成类超晶格结构。与传统的Ge2Sb2Te5相变材料相比较，类超晶格Zn50Sb50/Sb相变存储介质具有热稳定性好、相变速度更快、可靠性更高、编程功耗更低等优点。为了实现上述技术目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供一种高速类超晶格锌锑-锑相变存储介质，总厚度为40-60nm，结构通式为[Zn50Sb50(a)/Sb(b)]n，其中a和b分别表示单个周期中Zn50Sb50薄膜和Sb薄膜的厚度，且1<a<25nm，1<b<25nm，n为纳米复合多层结构相变薄膜的总周期数，且1<n<25。所述高速类超晶格锌锑-锑相变存储介质的制备方法具体包括如下步骤：1）清洗薄膜衬底基片；2）安装好溅射靶材Sb和Zn50Sb50，先后开启机械泵和分子泵抽真空；3）设定溅射气体流量、腔内溅射气压、靶材的溅射功率；4）采用室温磁控溅射方法制备类超晶格[Zn50Sb50(a)/Sb(b)]n相变存储介质：（a）将基片旋转到Sb靶位，开启Sb的溅射电源，按照一定的溅射速度开始溅射Sb薄膜，Sb薄膜溅射完成后，关闭Sb的直流溅射电源；（b）将基片旋转到Zn50Sb50靶位，开启Zn50Sb50的溅射电源，按照一定的溅射速度开始溅射Zn50Sb50薄膜，Zn50Sb50薄膜溅射完成后，关闭Zn50Sb50的交流溅射电源；（c）重复上述（a）、（b）两步，直到完成类超晶格[Zn50Sb50(a)/Sb(b)]n相变存储介质设定的周期数。进一步地，步骤1）中具体的清洗薄膜衬底基片的过程为：（a）将基片置于乙醇溶液中，用超声清洗10分钟，去基片表面灰尘颗粒以及无机杂质；（b）将基片置于丙酮溶液中，用超声清洗10分钟，去基片表面有机杂质；（c）将基片置于去离子水中，用超声清洗10分钟，再次清洗表面；（d）取出基片，用高纯N2吹干表面和背面，放置在干燥箱内待用。进一步地，步骤1）中所用薄膜衬底基片为SiO2/Si(100)、石英或硅基片。进一步地，步骤2）中抽真空后真空度低于2×10-4Pa。进一步地，步骤3）中设置的直流电源溅射功率为15~50W，交流电源溅射功率为15~50W，溅射气体流量为25~50SCCM，溅射气压为0.2~0.4Pa。利用上述方法制备类超晶格锌锑-锑相变存储介质时，其相变性能可以通过调整包括Zn50Sb50和Sb的厚度比、周期数在内的结构参数进行调控，且制备出的相变存储薄膜可作为信息存储介质用于PCRAM中。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过磁控溅射的方法将Zn50Sb50和Sb材料在纳米尺度进行多层复合，构造出类超晶格锌锑-锑相变存储介质，利用多层结构的界面抑制Sb材料的快速结晶，提高材料的非晶态热稳定性；2、本专利技术制备的类超晶格[Zn50Sb50(10nm)/Sb(3nm)]4相变存储介质与传统相变材料Ge2Sb2Te5相比较，相变温度从160℃提升到233℃，相变温度提高了近45.6%，表明类超晶格[Zn50Sb50(10nm)/Sb(3nm)]4纳米相变存储薄膜具有更高的非晶态热稳定性，适用于高温工况下的信息存储；3、类超晶格锌锑信息功能薄膜的相变性能，包括相变温度、相变速度、材料电阻率等，可通过调节Zn50S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速类超晶格锌锑-锑相变存储介质，其特征在于，总厚度为40-60nm，结构通式为[Zn

【技术特征摘要】
1.一种高速类超晶格锌锑-锑相变存储介质，其特征在于，总厚度为40-60nm，结构通式为[Zn50Sb50(a)/Sb(b)]n，其中a和b分别表示单个周期中Zn50Sb50薄膜和Sb薄膜的厚度，且1<a<25nm，1<b<25nm，n为纳米复合多层结构相变薄膜的总周期数，且1<n<25。


2.如权利要求1所述的高速类超晶格锌锑-锑相变存储介质的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1）清洗薄膜衬底基片；
2）安装好溅射靶材Sb和Zn50Sb50，先后开启机械泵和分子泵抽真空；
3）设定溅射气体流量、腔内溅射气压、靶材的溅射功率；
4）采用室温磁控溅射方法制备类超晶格[Zn50Sb50(a)/Sb(b)]n相变存储介质：
（a）将基片旋转到Sb靶位，开启Sb的溅射电源，按照一定的溅射速度开始溅射Sb薄膜，Sb薄膜溅射完成后，关闭Sb的直流溅射电源；
（b）将基片旋转到Zn50Sb50靶位，开启Zn50Sb50的溅射电源，按照一定的溅射速度开始溅射Zn50Sb50薄膜，Zn50Sb50薄膜溅射完成后，关闭Zn50Sb50的交流溅射电源；
（c）重复上述（a）、（b）两步，直到完成类超晶格[Zn50Sb50(a)/Sb(b)]n相变存储介质设定的周期数。


3.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴卫华，朱小芹，眭永兴，薛建忠，孙月梅，吴世臣，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32