[發(fā)明專利]微控制器用低功耗嵌入式相變存儲(chǔ)器及其相變存儲(chǔ)材料與制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110453265.3
• 申請(qǐng)日: 2011-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN102509732A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 饒峰;夏夢(mèng)姣;宋志棠;陳邦明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01L27/24
• 分類號(hào): H01L27/24;H01L45/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微控制器用低功耗嵌入式相變存儲(chǔ)器的材料、結(jié)構(gòu)及其制造方法。本發(fā)明屬于微電子學(xué)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

在過(guò)去的十幾年間，新型存儲(chǔ)器如相變存儲(chǔ)器(PCRAM)，電阻存儲(chǔ)器(RRAM)，磁阻存儲(chǔ)器(MRAM)等發(fā)展迅速，均在挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的非易失性存儲(chǔ)器(NVM)的市場(chǎng)。其中，PCRAM受到廣泛的關(guān)注。PCRAM的前期研究主要集中在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方向，以取代傳統(tǒng)NVM為目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)高速高密度及高可靠性為主要發(fā)展方向，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展；與此同時(shí)，PCRAM還可以有更廣泛的應(yīng)用，即開拓計(jì)算領(lǐng)域。研究證實(shí)在極小尺寸下的相變材料有著很好的電學(xué)性能，足夠應(yīng)用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)，這一發(fā)現(xiàn)使PCRAM在成為超級(jí)存儲(chǔ)器的道路上邁出了重大一步。當(dāng)傳統(tǒng)DRAM與NVM在進(jìn)一步減小其尺寸提高存儲(chǔ)密度方向上遇到技術(shù)瓶頸時(shí)，多應(yīng)用PCRAM的出現(xiàn)無(wú)疑給半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的發(fā)展帶來(lái)曙光。

一個(gè)微型控制器中的存儲(chǔ)單元包括兩部分：作為系統(tǒng)內(nèi)存的DRAM和用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的NVM。兩者在器件性能要求上有一定的差別，如表1所示。

表1

DRAM的應(yīng)用要求相變材料高速相變且具有高循環(huán)擦寫次數(shù)，如Sb₇Te₃或Ge₂Sb₉Te₅材料；而NVM的應(yīng)用則要求相變材料具有高的數(shù)據(jù)保持能力，如Si_3.5Sb₂Te₃或Si₂Ge₂Sb₂Te₅材料。眾所周知，Si元素的摻雜有助于提高相變材料的數(shù)據(jù)保持力，在應(yīng)用于DRAM的高速高循環(huán)次數(shù)但是低數(shù)據(jù)保持力的材料中摻入適當(dāng)?shù)腟i，能有效的提高相變材料的穩(wěn)定性。現(xiàn)今由于DRAM與NVM的原理及制備方法的差別，技術(shù)上是將兩者分別制成器件后集成在芯片上。對(duì)于相變存儲(chǔ)器，若能同時(shí)生長(zhǎng)兩種材料并將DRAM與NVM同時(shí)制備在一塊芯片上，并減少光刻版的使用數(shù)量，將大大簡(jiǎn)化工藝步驟從而降低技術(shù)難度和產(chǎn)品成本。

如圖1、圖2所示，上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、上海交通大學(xué)、上海復(fù)旦大學(xué)等研究均已證實(shí)多靶共濺(Si靶與Sb₂Te₃靶)可生成具有良好數(shù)據(jù)保持力的相變材料Si_xSb₂Te₃，但由于相分離和材料固有特性導(dǎo)致的氧污染使單靶濺射較難實(shí)行。而且CMOS工藝中多靶濺射工具并不普及，以至于相變材料Si_xSb₂Te₃需要靠其他的方法制備。本發(fā)明就是提供針對(duì)單靶濺射工藝，將應(yīng)用于DRAM和NVM的兩種不同相變存儲(chǔ)器制備在同一芯片上的一種實(shí)用簡(jiǎn)單的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種非易失性存儲(chǔ)器(NVM)用相變存儲(chǔ)材料的制備方法，以解決現(xiàn)有COMS工藝中單靶濺射不能得到性能良好的SiSbTe或SiGeSbTe相變材料的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明的目的還在于提供一種微控制器用低功耗嵌入式相變存儲(chǔ)器及其制造方法，將用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)的相變材料和用于非易失性存儲(chǔ)器(NVM)的相變材料同時(shí)生長(zhǎng)在同一基片上，在同一基片上同時(shí)制備出了DRAM及NVM所需的材料和結(jié)構(gòu)，減少了光刻版的使用數(shù)量，大大簡(jiǎn)化了工藝步驟從而降低了技術(shù)難度和產(chǎn)品成本。

本發(fā)明一方面提供了一種非易失性存儲(chǔ)器(NVM)用相變存儲(chǔ)材料的制備方法，包括如下步驟：

1)在半導(dǎo)體襯底上利用單靶材射頻磁控濺射得到化學(xué)式為Sb_aTe₃、Si_bSb_cTe₃或Ge_dSb_eTe₅且厚度不超過(guò)10nm的相變材料薄膜；其中：2≤a≤7，0＜b≤1，2≤c≤7，0＜d≤2，4≤e≤10；

2)在步驟1)所得薄膜上注入Si離子，形成化學(xué)式為Si_mSb_nTe₃或Si_zGe_xSb_yTe₅的相變材料薄膜；其中：2≤m≤5，2≤n≤7，2≤z≤9，0＜x≤2，4≤y≤10；