本发明专利技术涉及一种微控制器用嵌入式相变存储器及其制备方法与其NVM存储材料的制备方法。所述微控制器用嵌入式相变存储器包括动态随机存取存储单元和非易失性存储单元，所述动态随机存取存储单元和非易失性存储单元同时位于同一基片上。本发明专利技术针对COMS的单靶溅射工艺，利用向低数据保持力的DRAM用相变材料中注入Si离子，获得低操作功能高数据保持力的NVM用富Si相变材料，实现了将应用于DRAM和NVM的两种不同相变存储器的相变材料制备在同一基片。既得到了性能良好的SiSbTe或SiGeSbTe相变材料，又减少了光刻版的使用数量，大大简化了工艺步骤从而降低了技术难度和产品成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微控制器用低功耗嵌入式相变存储器的材料、结构及其制造方法。本专利技术属于微电子学领域。技术背景在过去的十几年间，新型存储器如相变存储器(PCRAM)，电阻存储器(RRAM)，磁阻存储器(MRAM)等发展迅速，均在挑战传统的非易失性存储器(NVM)的市场。其中，PCRAM受到广泛的关注。PCRAM的前期研究主要集中在数据存储方向，以取代传统NVM为目标，以实现高速高密度及高可靠性为主要发展方向，取得了长足的进展；与此同时，PCRAM还可以有更广泛的应用，即开拓计算领域。研究证实在极小尺寸下的相变材料有着很好的电学性能， 足够应用于动态随机存储器(DRAM)，这一发现使PCRAM在成为超级存储器的道路上迈出了重大一步。当传统DRAM与NVM在进一步减小其尺寸提高存储密度方向上遇到技术瓶颈时， 多应用PCRAM的出现无疑给半导体存储器的发展带来曙光。一个微型控制器中的存储单元包括两部分作为系统内存的DRAM和用于数据存储的NVM。两者在器件性能要求上有一定的差别，如表1所示。表权利要求1.一种微控制器用嵌入式相变存储器，包括动态随机存取存储单元和非易失性存储单元，其特征在于，所述动态随机存取存储单元和非易失性存储单元同时生长于同一基片上。2.如权利要求1所述的微控制器用嵌入式相变存储器，其特征在于，所述动态随机存取存储单元使用的相变材料的化学式为SbaI^3、SibSbcTe3或Ge5dSbJ^5 ；其中2彡a彡7， 0<b<l，2彡c彡7，0<d彡2，4彡e彡10 ；所述非易失性存储单元使用的相变材料的化学式为 SimSbnTii3 或 SizGe5xSbyTii5 ；其中2彡m彡 5，2 彡 η彡 7，2彡 ζ 彡 9，0<x 彡 2， 4 < y < 10。3.如权利要求1或2所述的微控制器用嵌入式相变存储器的制备方法，包括如下步骤(1)提供同时生长有DRAM用底电极和NVM用底电极的基片，在所述DRAM用底电极和 NVM用底电极上，利用单靶材射频磁控溅射得到设计厚度的富Sb相变材料薄膜；(2)利用化学机械抛光清除表面残留的富Sb相变材料；(3)在薄膜上涂覆光刻胶，曝光显影仅露出NVM用底电极上方的富Sb相变材料部分；(4)将露出部分的富Sb相变材料刻蚀去除；(5)再次利用单靶材射频磁控溅射法在NVM用底电极上方生长厚度不超过IOnm的富 Sb相变材料薄膜；(6)在NVM用底电极上方的富Sb相变材料部分注入Si离子，形成富Si的相变材料薄膜；(7)重复步骤( 和(6)直到获得所需要的富Si相变材料薄膜的厚度；(8)去除光刻胶，进行热处理，使得Si元素在薄膜内部形成均勻分布；进行后道工艺， 完成器件制造。4.如权利要求3所述的微控制器用嵌入式相变存储器的制备方法，其特征在于，所述富 Sb 相变材料的化学式为 SbaTe3、SibSbcTe3 或 GedSbeTe5，其中2 ^ a ^ 7,0 < b ^ 1, 2彡c彡7，0<d彡2，4彡e彡10 ；所述富Si相变材料的化学式为SimSbnTe3或SizGexSbyTe5, 其中2<m<5，2<n<7，2<z<9，0<x<2，4<y<10。5.如权利要求3所述的微控制器用嵌入式相变存储器的制备方法，其特征在于，采用等离子体浸没离子注入方法注入Si元素，所述的Si离子注入过程中的直流偏压DC > 200V。6.如权利要求3所述的微控制器用嵌入式相变存储器的制备方法，其特征在于，所述的Si离子注入过程中，使用SiH4和N2气氛产生Si等离子体，且SiH4和N2的体积比小于 1%。7.如权利要求3所述的微控制器用嵌入式相变存储器的制备方法，其特征在于，所述的Si离子注入过程中，温度保持在室温至45°C。8.如权利要求3所述的微控制器用嵌入式相变存储器的制备方法，其特征在于，所述热处理于惰性气氛中进行，热处理温度为100°C 300°C，热处理时间为1分钟 30分钟。9.一种NVM用相变存储材料的制备方法，包括如下步骤1)在半导体衬底上利用单靶材射频磁控溅射得到化学式为SbaTe3、31 3或 GedSb6Te5且厚度不超过IOnm的相变材料薄膜；其中2彡a彡7，0<b<l，2彡c彡7，0 < d彡2，4彡e彡10 ；2)在步骤1)所得薄膜上注入Si离子，形成化学式为SimSbnI^3或SizGexSbyI^5的相变材料薄膜；其中2彡m彡5，2彡η彡7，2彡ζ彡9，0<x彡2，4彡y彡10;3)对注入了Si离子的薄膜进行热处理，使得Si元素在薄膜内部形成均勻分布，从而获得组分均勻的性能同一的相变材料薄膜。10.如权利要求9所述的NVM用相变存储材料的制备方法，其特征在于，采用等离子体浸没离子注入方法注入Si元素，所述的Si离子注入过程中直流偏压DC > 200V。11.如权利要求9所述的NVM用相变存储材料的制备方法，其特征在于，所述的Si离子注入过程中，使用SiH4和N2气氛产生Si等离子体，且SiH4和N2的体积比小于1%。12.如权利要求9所述的NVM用相变存储材料的制备方法，其特征在于，所述的Si离子注入过程中，温度保持在室温至45°C。13.如权利要求9所述的NVM用相变存储材料的制备方法，其特征在于，所述热处理于惰性气氛中进行，热处理温度为100°C 300°C，热处理时间为1分钟 30分钟。14.如权利要求9-13任一所述的NVM用相变存储材料的制备方法，其特征在于，在步骤 2)所形成的相变材料薄膜上，重复步骤1)和步骤幻，直至达到所需要的相变存储材料薄膜的厚度，再进行步骤幻的热处理。全文摘要本专利技术涉及一种微控制器用嵌入式相变存储器及其制备方法与其NVM存储材料的制备方法。所述微控制器用嵌入式相变存储器包括动态随机存取存储单元和非易失性存储单元，所述动态随机存取存储单元和非易失性存储单元同时位于同一基片上。本专利技术针对COMS的单靶溅射工艺，利用向低数据保持力的DRAM用相变材料中注入Si离子，获得低操作功能高数据保持力的NVM用富Si相变材料，实现了将应用于DRAM和NVM的两种不同相变存储器的相变材料制备在同一基片。既得到了性能良好的SiSbTe或SiGeSbTe相变材料，又减少了光刻版的使用数量，大大简化了工艺步骤从而降低了技术难度和产品成本。文档编号H01L45/00GK102509732SQ20111045326公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日专利技术者夏梦姣, 宋志棠, 陈邦明, 饶峰 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：饶峰，夏梦姣，宋志棠，陈邦明，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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