[发明专利]一种用于相变存储器的SbSe/Sb多层相变薄膜材料及其制备方法

说明书

一种用于相变存储器的SbSe/Sb多层相变薄膜材料，其特征在于，包括单层SbSe薄膜和单层Sb薄膜交替排列成多层膜结构，其化学通式为[SbSe(a)/Sb(b)]_x，式中a、b分别表示所述的单层SbSe薄膜和单层Sb薄膜的厚度，1≤a≤50nm，1≤b≤50nm，x表示单层SbSe和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数，且x为正整数，相SbSe/Sb多层相变薄膜的总厚度为50nm。本发明的SbSe/Sb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具有如下优点：SbSe和Sb薄膜材料复合后达到优势互补，协同作用，在SbSe\Sb复合方式下加快了相变速度，在SbSe\Sb复合方式下热稳定性得到提高，提升了相变存储器的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种微电子领域的材料，具体涉及一种用于相变存储器的SbSe/Sb多层相变薄膜材料及其制备方法。

背景技术

近年来相变存储器(PCRAM)发展比较迅速，在大容量、高密度、高速、低功耗、低成本等方面显示出明显的优势。PCRAM存储单元在被证实在5nm技术节点之前不存在任何物理限制；海力士给出工程化样片，表明了PCRAM在16nm技术节点及4F²存储密度下，在物理，存储性能与可制造方面都是可行的，更为重要是采用金属栅、高k介质的新型CMOS工艺兼容，可进一步随着CMOS新技术节点发展下去

用于相变存储器中的相变材料，必须满足多个条件：(1)晶化时间短；(2)熔点低；(3)SET态和RESET态的电阻率差异大；(4)材料的非晶态在常温下要非常稳定；(5)晶态和非晶态可逆转换操作次数多；(6)相变前后的体积变化小；(7)在纳米尺寸保持良好的性能。很明显，很多材料不能完全满足上面的多项要求，而目前研究最多的相变材料是Ge₂Sb₂Te₅，Ge₂Sb₂Te₅材料虽然具有较好的综合性能，相变速度较慢，无法满足未来高速PCRAM的设计要求。为此，开发具有更高热稳定性、更快转变速度的相变材料成为业内的主要目标。

富Sb相变材料，如Ti-Sb-Te，Cu-Sb-Te和Al-Sb-Te因为它们特定的结晶机制(Yifeng Hu等，Scripta Material ia，2014，93:4-7)，被证明具有更快的相变速度。

发明内容

为解决现有技术中研究最多的相变材料是Ge₂Sb₂Te₅相变速度较慢的缺陷，本发明提供一种用于相变存储器的SbSe/Sb多层相变薄膜材料及其制备方法。

一种用于相变存储器的SbSe/Sb多层相变薄膜材料，包括单层SbSe薄膜和单层Sb薄膜交替排列成多层膜结构，其化学通式为[SbSe(a)/Sb(b)]_x，式中a、b分别表示所述的单层SbSe薄膜和单层Sb薄膜的厚度，1≤a≤50nm，1≤b≤50nm，x表示单层SbSe和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数，且x为正整数，相SbSe/Sb多层相变薄膜的总厚度为50nm。Sb表示该薄膜材料中只有Sb原子。

进一步的，Sb和Se的原子比为7:3。

利用SbSe和Sb薄膜材料自身优势互补的特点进行多层复合，在提高热稳定性的同时，也加快了相变速度，提升了相变存储器的综合性能。

一种用于相变存储器的SbSe/Sb多层相变薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

衬底采用SiO₂/Si(100)基片，溅射靶材为SbSe和Sb，溅射气体为纯度为体积百分比99.999％以上的Ar气，气体流量为25-35SCCM，溅射气压为0.15-0.25Pa并在纳米量级制备而成。优选的，所述气体流量为30SCCM，溅射气压为0.3Pa。