本发明专利技术属于微电子材料领域，涉及一种结晶温度可调的ＳｉＯ２／Ｓｂ８０Ｔｅ２０纳米复合多层相变薄膜材料及其制备方法。所述薄膜材料中单层ＳｉＯ２薄膜和单层Ｓｂ８０Ｔｅ２０薄膜交替排列成多层薄膜结构，所述单层ＳｉＯ２薄膜的厚度为５～１５ｎｍ，单层Ｓｂ８０Ｔｅ２０薄膜的厚度为２～５ｎｍ。所述纳米复合多层相变薄膜材料具有如下特点：首先，薄膜材料的结晶温度随着Ｓｂ８０Ｔｅ２０薄膜厚度的减小或ＳｉＯ２薄膜厚度的增加而升高；其次，薄膜材料同时具有良好的热稳定性和较快的结晶速度；再次，薄膜材料的晶态电阻随着周期中Ｓｂ８０Ｔｅ２０薄膜厚度的减小或ＳｉＯ２薄膜厚度的增加而增大，有助于降低存储器件的操作功耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子材料领域，具体涉及一种用于相变存储器的结晶温度可调的 Si02/Sb80Te20纳米复合多层相变薄膜材料及其制备方法。
技术介绍
相变存储器(PCM)是当今全球半导体产业中炙手可热的研究领域之一，作为新一 代非易失性存储器技术，它可以提供高的编程和读取速度，支持多的重写周期，具有低的生 产成本，也非常兼容于COMS工艺，这一产品有望取代目前普遍使用的闪存。相变存储器是 利用电流产生的焦耳热量可逆改变薄膜电阻进行编程，薄膜在高阻值时为非晶态，在低阻 值是为晶态，高低电阻值分别对应着逻辑数据的“ 1，，和“0”。在相变存储器研发中，相变材料的性能对于器件的整体性能起着决定性的作 用。Sb-Te合金材料已广泛应用在相变存储器和相变光盘中(R.E. Simpsom等人，Applied Physics Letters，92，141921,2008)，这种相变材料被证明非常适合于高速存储。由于生长 占主导的结晶过程，Sb-Te比传统的Ge2Sb2Te5相变材料的结晶速度快。随着存储单元和接 触面积的减小，Sb-Te的结晶速度将会变得更快；同时结晶速度随着成分中Sb/Te含量的增 加而加快。Sb8tlTe2tl相变材料中的Sb含量较高，因此具有较快的结晶速度，然而这种材料的 结晶温度较低，使得非晶态的热稳定性较差，不利于相变存储器数据保持能力的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺点和不足，提供一种结晶温度可调的SiO2/ Sb80Te20纳米复合多层相变薄膜材料及其制备方法，所述相变薄膜材料同时具有良好的热 稳定性和较快的结晶速度，所述相变薄膜材料通过射频交替溅射沉积纳米量级的SiO2薄膜 层和Sb8Je2tl薄膜层复合而成。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种结晶温度可调的Si02/Sb8Je2tl纳米复合多层相变薄膜材料，所述SiO2/ Sb80Te20纳米复合多层相变薄膜材料中单层SiO2薄膜和单层Sb8tlTe2tl薄膜交替排列成多层 薄膜结构，所述单层SiO2薄膜的厚度为5 15nm，所述单层Sb8Je2tl薄膜的厚度为2 5nm。所述Si02/Sb8Je2(l纳米复合多层相变薄膜材料的结构符合下式x,式中a、b分别表示所述单层SiO2薄膜和单层Sb8tlTe2tl薄膜的厚度，5nm彡a ( 15nm,5nm ；χ表示所述Si02/Sb8Je2(1纳米复合多层相变薄膜材料中所述单层SiO2薄膜 和所述单层Sb8tlTe2tl薄膜的交替周期数，χ为正整数，且χ通过薄膜总厚度与所述单层SiO2 薄膜及所述单层Sb8Je2tl薄膜的厚度计算得出，优选为5 < χ < 14。较佳的，所述Si02/Sb8Je2(l纳米复合多层相变薄膜材料的结构符合下式x,其中，a = 5nm,2nm 彡 b 彡 5nm ；较佳的，所述Si02/Sb8Je2(l纳米复合多层相变薄膜材料的结构符合下式x ；其中，5nm ^ a ^ 15nm, b = 5nm ；进一步的，5nm < a ^ 15nm, b = 5nm ；较佳的，所述Si02/Sb8Je2(l纳米复合多层相变薄膜材料的盖帽层为SiO2薄膜。优选的，所述Si02/Sb8Je2(1纳米复合多层相变薄膜材料的总厚度为lOOnm。所述Si02/Sb8Je2(l纳米复合多层相变薄膜材料的结晶温度随着周期中单层 Sb80Te20薄膜厚度的减小而升高，随周期中单层SiO2薄膜厚度的增加而升高；晶态电阻随着 周期中单层Sb8tlTe2tl薄膜厚度的减小而增大，随着周期中单层SiO2薄膜厚度的增加而增大。本专利技术所述的SiO2ZVSb8ciTe2tl纳米复合多层相变薄膜材料采用磁控交替溅射方法 制得，衬底采用SiO2ZSi (100)基片，溅射靶材为SiO2/和Sb8tlTe2tl，溅射气体为Ar气。较佳的，所述SiO2靶材的纯度在质量百分比99. 99%以上，所述Sb8Je2tl靶材的纯 度在质量百分比99. 999%以上，本底真空度不大于IX 10_4Pa。较佳的，所述SiO2和Sb8tlTe2tl靶材都采用射频电源，且溅射射频功率为15 25W， 优选为20W。较佳的，所述Ar气的纯度为体积百分比99. 999%以上，气体流量为25 35SCCM， 优选为30SCCM，溅射气压为0. 15 0. 25Pa，优选为0. 2Pa。本专利技术所述的Si02/Sb8(lTe2(l纳米复合多层相变薄膜材料的制备过程具体包括以下 步骤1)清洗 Si02/Si (100)基片；2)安装好溅射靶材设定射频功率，设定溅射气体流量及溅射气压；3)采用室温磁控交替溅射方法制备Si02/Sb8(lTe2(l纳米复合多层相变薄膜材料a)将基片旋转到Sb8tlTe2tl靶位，打开Sb8tlTe2tl靶上的射频电源，依照设定的溅射时 间，开始溅射Sb8Je2tl薄膜；b) Sb80Te20薄膜溅射完成后，关闭Sb8Je2tl靶上所施加的射频电源，将基片旋转到 SiO2靶位，开启SiO2靶上的射频电源，依照设定的溅射时间，开始溅射SiO2薄膜；c)重复 a)和 b)两步，即在 Si02/Si (100)基片上制备 Si02/Sb80Te20. · · SiO2/ Sb80Te20/Si02/Si多层薄膜材料；在薄膜总厚度固定的前提下，通过调制Si02、Sb80Te20靶材 的溅射时间来控制多层薄膜周期中SiO2和Sb8Je2tl薄膜的厚度和周期数，从而形成所需结 构的Si02/Sb8(1Te2(1纳米复合多层相变薄膜材料。本专利技术的Si02/Sb8(lTe2(l纳米复合多层相变薄膜材料的结晶温度可以通过多层薄膜 周期中单层Sb8Je2tl薄膜的厚度或者单层SiO2薄膜的厚度来调制，且其中多层薄膜周期中 单层Sb8Je2tl薄膜和单层SiO2薄膜的厚度可以通过溅射时间来调控。本专利技术的Si02/Sb8(lTe2(l纳米复合多层相变薄膜材料能够应用于相变存储器，与传 统的相变薄膜材料相比，本专利技术的Si02/Sb8(lTe2(l纳米复合多层相变薄膜具有如下特点首 先，Si02/Sb80Te20纳米复合多层相变薄膜材料的结晶温度可以通过周期中单层Sb8tlTe2tl薄膜 或者单层SiO2薄膜的厚度来调制，且随着Sb8Je2tl薄膜厚度的减小而升高，随着SiO2薄膜的 厚度的增加而升高；其次，Si02/Sb8(lTe2(l纳米复合多层相变薄膜材料能够同时具有良好的热 稳定性和较快的结晶速度；再次，Si02/Sb8(lTe2(l纳米复合多层相变薄膜材料的晶态电阻随着周期中Sb8tlTe2tl薄膜厚度的减小或者SiO2薄膜厚度的增加而增大，有助于降低存储器件的 操作功耗。附图说明图1为本专利技术实施例1中各种结构的x纳米复合多层相变 薄膜材料和常规的Sb8ciTe2c^Ge2Sb2Te5薄膜的原位方块电阻与温度的关系曲线。图2为本专利技术实施例2中各种结构的x纳米复合多层相变 薄膜材料的原位方块电阻与温度的关系曲线。图3为本专利技术实施例1中的13纳米复合多层相变薄膜 的透射电镜(TEM)截面图。具体实施例方式下面通过具体实施例进一步描述本专利技术的技术方案。应理解，这些实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：翟继卫，汪昌州，沈波，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31
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