[发明专利]一种相变存储用Sb-Te-W相变靶材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变存储用Sb-Te-W相变靶材及其制备方法，是一种可用于相变存储器的相变靶材及其制备方法。

背景技术

相变存储器（PCRAM）要在性能上胜过其他不挥发存储器如MRAM、FRAM、RRAM等，就必须不断降低RESET电流，这就要求相变存储材料的熔点T_m较低、结晶温度T_x更高，对材料本身而言是一个冲突。Sb-Te材料较传统相变材料具有结晶速度快、熔点低等优势，但其结晶温度很低（约132℃），热稳定性差、数据保持力差。在未掺杂的情况下，Sb-Te系列相变材料不能应用于相变存储器。

电子工业上通常采用磁控溅射工艺来制备信息记录介质。由于记录介质膜的性能强烈依赖于溅射功率、靶基距、气压、真空度等多种因素，很明显，母靶的组织结构性能必将通过溅射速度等方式最终影响成膜质量。对于复相结构的合金靶材和混合靶材，不仅要求成分均匀，还要求组织结构均匀性，结晶颗粒尺寸细小均匀，无结晶取向。此外，用于数据存储产业的靶材要求其纯度高于3N5或4N，杂质及气孔必须尽量少，以避免溅射时产生杂质粒子。这就对靶材制备工艺提出了很高要求。采用多靶进行共溅射时，实际操作需要精确控制各靶的起辉时间、气压流量和功率来改变沉积层组分，操作困难且复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁控溅射用的Sb-Te-W相变靶材，以获得低熔点、高结晶温度的相变薄膜材料，从而提高热稳定性和数据保持力。作为数据存储用靶材多元靶材，还要求纯度高于99.95%，成分和结构稳定，溅射效率高。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案来实现：

一种相变存储用Sb-Te-W相变靶材，用于制备相变存储材料，其化学通式为Sb_xTe_yW_1-x-y，其中0＜x＜1，0＜y＜1，且x+y＜1，0.67≤x/y≤4，W质量分数不超过10%。其中，化学通式中元素右下角部分代表摩尔比。

所述Sb-Te-W相变靶材，靶材纯度大于99.99w%，致密度高于98%，成分均匀，相结构稳定。

本发明的另一目的在于提供一种磁控溅射用的Sb-Te-W相变靶材的制备方法。

一种相变存储用Sb-Te-W相变靶材的制备方法，包括以下步骤：

（1）将一定质量分数的W粉分别与Sb粉、Te粉混合均匀、压制成型后装入包套，抽真空密封，熔炼，破碎，球磨，得到WSb与WTe中间化合物粉末；

（2）按通式Sb_xTe_yW_1-x-y配比，将两种中间化合物粉末混合均匀后，进行双向压制真空热压烧结，经线切割、磨床加工，制备得到Sb_xTe_yW_1-x-y靶材。

W粉的粒度为-300目，Sb粉的粒度为-200目，Te粉的粒度为-200目。较佳的，采用不锈钢包套，有效防止熔炼时由于W与Sb、Te熔点显著差异而导致的挥发损耗。

WSb、WTe中间化合物粉末采用中频真空感应熔炼制备，所述熔炼条件为：熔炼温度500℃~700℃，熔炼时间15~30min。

优选的，破碎、球磨24~48h，中间化合物粉末的粒度为4~45μm。

化合物粉末按通式Sb_xTe_yW_1-x-y配比，混合均匀后，压力辅助烧结工艺制备Sb-Te-W，经线切割、磨床加工后获得Sb-Te-W相变靶材。

较佳的，双向压制真空热压烧结工艺条件为：压力10MPa~15MPa，温度550℃~700℃，时间3~6h。真空度高于1.0×10^-3Pa。

较佳的，线切割工艺参数选择1~2A电流，低走丝速度。

本发明的优点：

（1）Sb-Te-W相变靶材进行磁控溅射时，采用本发明的三元化合物单靶溅射，可有效避免多靶溅射时成分波动大、工艺控制复杂的缺点。

（2）采用真空电子束密封不锈钢包套，有效避免因组元熔点差异导致中间化合物挥发损耗和成分不稳定。

（3）采用双向压制真空热压烧结，减小模具高径比，可降低烧结温度，提高靶材密度和均匀性，改善靶材晶粒大小。

（4）本发明的相变存储用Sb-Te-W相变靶材为多元靶材，纯度高于99.95%，致密度高于98%，成分均匀，相结构稳定，溅射效率高。