[发明专利]掺氮改性的相变薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域的相变存储材料及其制备方法，具体涉及一种用于相变存储器的掺氮改性的相变薄膜材料及其制备方法。

背景技术

相变存储器（PCRAM）是利用硫系材料在晶态和非晶态之间的可逆转换从而实现信息存储的一种新型非挥发性存储器。当相变材料处于非晶态时具有高电阻，晶态时具有低电阻，利用电脉冲产生的焦耳热实现高阻态与低阻态之间的重复转换，达到信息存储的目的。它具有功耗低、读取速度快、稳定性强、存储密度高、与传统的CMOS工艺兼容等优点，因而受到越来越多的研究者的关注（Zhou Xilin等，Applied Physics Letter, 103（7）, 072114, 2013）。

与传统的Ge₂Sb₂Te₅相变材料相比，Zn-Sb合金具有更快的相变速度，尤其是Sb富余的Zn-Sb合金具有超高的相变速度，使其具有成为超高速PCRAM用相变材料的巨大潜力(Park, Tae Jin等Japanese Journal Of Applied Physics, 46（23）, L543, 2007)。然而Zn-Sb合金也存在自身的一些缺点，那就是稳定性不高。例如纯的Zn₁₅Sb₈₅合金的晶化温度为160℃左右，利用其制造的相变存储器只能在91℃将数据保持10年，在更高的温度下数据保持能力会急剧下降，因而无法满足实际应用的需要。

提高相变存储材料的数据保持力的方法较为常见的有：1、改变材料中各元素组分；2、掺杂其他元素进行改性；3、研究开发新材料。

例如中国专利文献CN 103247757 A 公开了一种用于相变存储器的Zn-Sb-Te相变存储薄膜材料及其制备方法，该材料是一种由锌、锑、碲三种元素组成的混合物。所述的Zn-Sb-Te相变存储薄膜材料采用Sb₂Te₃合金靶和Zn单质靶共溅射形成。相比于Zn-Sb合金，该文献公开的存储薄膜材料中增加了碲元素，存储性能得到提升。但是碲元素属于环境不友好的化学元素，容易造成一定的环境污染。而且，碲元素在半导体工艺中容易发生挥发，从而污染整个半导体生产设备。另外，含碲的相变材料经过多次循环以后容易发生分相，从而影响器件的疲劳特性。

发明内容

   本发明所要解决的技术问题是提供一种掺氮改性的相变薄膜材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是一种掺氮改性的相变薄膜材料，由Zn、Sb、N三种元素组成，其化学组成通式为N_x（Zn₁₅Sb₈₅）_1-x，其中0.29≤x≤0.49。

优选的，化学组成通式中0.32≤x≤0.41。

一种如上所述的掺氮改性的相变薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

①基片的准备，将基片洗净烘干待用。

②磁控溅射的准备，在磁控溅射镀膜系统中，将步骤①准备的待溅射的基片放置在基托上，将Zn₁₅Sb₈₅合金靶材安装在磁控射频溅射靶中，并将磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空；然后向溅射腔室通入高纯氩气和高纯氮气至溅射腔室内气压达到0.15Pa～0.25Pa。

③N_x（Zn₁₅Sb₈₅）_1-x薄膜的制备，调节向溅射腔室通入的高纯氩气的流量为24 sccm ～27sccm，高纯氮气流量为3sccm～6sccm，溅射气压为0.15 Pa～0.25 Pa；设定溅射功率15W～25W；首先清洁Zn₁₅Sb₈₅靶材表面，待Zn₁₅Sb₈₅靶材表面清洁完成后，关闭Zn₁₅Sb₈₅靶上所施加的射频电源，将待溅射基片旋转到Zn₁₅Sb₈₅靶位，开启Zn₁₅Sb₈₅靶位射频电源，于室温下溅射20s～40s后得到掺氮改性的相变薄膜材料。