CN107833588B - 一种新型3d自旋转移矩mram存储器的制备方法及存储器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型3D自旋转移矩MRAM存储器的制备方法及存储器，所述制备方法包括在垂直方向构建自旋转移矩磁隧道结(STT‑MTJ)，具体构建方法包括以下步骤：提供氧化硅薄膜和磁性薄膜相互间隔的薄膜堆叠结构；在所述薄膜堆叠结构上纵向刻蚀，形成贯穿薄膜堆叠结构的窄沟道；在所述窄沟道中填充氧化铝介电层；回刻所述氧化铝，以去除除窄沟道外其余部分的氧化铝薄膜；形成电极，具体为在薄膜堆叠结构的外面形成电极；回刻所述电极，具体为除去薄膜堆叠结构上部的电极而保留侧面的电极。所述方法将旋转移矩磁隧道结能够在垂直方向进行构件，从而可以显著提高单元存储密度，可以使3D MRAM能够替代3D NAND。

Description

一种新型3D自旋转移矩MRAM存储器的制备方法及存储器
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种3D MRAM存储器的制备方法及存储器。
背景技术
随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限，现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及最求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，在非易失(nonvolatile)存储技术领域，3D NOR(3D或非)闪存和3D NAND(3D与非)闪存是最普遍的存储器形式。同时，其他类型的非易失存储器也发展迅速，例如磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)，相变存储器(Phase change Random Access Memory，PcRAM)，目前，在3D NAND的发展过程中，随着堆叠层数的增加，读写速度受限于沟道层的电阻率，沟道层较高的电阻率也要求更高的操作电压，这也将消耗更多的电能。
MRAM通常按照如图1所示的方式进行构造，磁隧道结(MTJ)1连接在位线(bitline)2和选择晶体管3之间，然后置于数字线(digital line)4之上，该数字线4与位线2配合以改变磁隧道结(MTJ)1中感知层(Sensing layer)的磁的方向。采用这种结构，MRAM阵列通常构造在平面上。
因此，采用上述结构的MRAM受到平面布局的限制，存储容量受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型3D自旋转移矩MRAM存储器的制备方法及存储器，所述方法通过提供一种新型的3D MRAM结构来显著提高存储单元的密度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型3D自旋转移矩MRAM存储器的制备方法，所述制备方法包括在垂直方向构建自旋转移矩磁隧道结STT-MTJ，具体构建方法包括以下步骤：
提供氧化硅薄膜和磁性薄膜相互间隔的薄膜堆叠结构；
在所述薄膜堆叠结构上纵向刻蚀，形成贯穿薄膜堆叠结构的窄沟道；
在所述窄沟道中填充氧化铝介电层；
回刻所述氧化铝，以去除除窄沟道外其余部分的氧化铝薄膜；
形成电极，具体为在薄膜堆叠结构的外面形成电极；
回刻所述电极，具体为除去薄膜堆叠结构上部的电极而保留侧面的电极。
进一步，所述磁性薄膜包括CoFe、NiFe、NiFeCo或CoFeB薄膜。
一种新型3D自旋转移矩MRAM存储器，所述存储器由上述方法制备。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
第一，采用本发明的方法，自旋转移矩磁隧道结STT-MTJ能够在垂直方向进行构件，从而可以显著提高单元存储密度。
第二，采用本发明的方法制备的结构，MRAM可以在三维空间进行构建，从而可以使3D MRAM能够替代3D NAND。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1，现有技术中显示磁性随机存储器结构的示意图。
图2a-f，根据本发明实施方式的3D自旋转移矩MRAM存储器中自旋转移矩磁隧道结STT-MTJ的制备工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供一种新型3D自旋转移矩MRAM存储器的制备方法，所述制备方法包括在垂直方向构建自旋转移矩磁隧道结STT-MTJ，具体构建方法包括以下步骤：
S100，参考图2a，提供氧化硅薄膜100和磁性薄膜200相互间隔的薄膜堆叠结构；所述磁性薄膜为CoFeB薄膜；
S200，参考图2b，在所述薄膜堆叠结构上纵向刻蚀，形成贯穿薄膜堆叠结构的窄沟道300；
S300，参考图2c，在所述窄沟道中填充氧化铝介电层400；
S400，参考图2d，回刻所述氧化铝，以去除除窄沟道外其余部分的氧化铝薄膜；
S500，参考图2e，形成电极，具体为在薄膜堆叠结构的外面形成电极500；
S600，参考图2f，回刻所述电极，具体为除去薄膜堆叠结构上部的电极而保留侧面的电极。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种新型3D自旋转移矩MRAM存储器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括在垂直方向构建自旋转移矩磁隧道结STT-MTJ，具体构建方法包括以下步骤：
提供氧化硅薄膜和磁性薄膜相互间隔的薄膜堆叠结构；
在所述薄膜堆叠结构上纵向刻蚀，形成贯穿薄膜堆叠结构的窄沟道；
在所述窄沟道中填充氧化铝介电层；
回刻所述氧化铝，以去除除窄沟道外其余部分的氧化铝薄膜；
形成电极，具体为在薄膜堆叠结构的外面形成电极；
回刻所述电极，具体为除去薄膜堆叠结构上部的电极而保留侧面的电极。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁性薄膜包括CoFe、NiFe、NiFeCo或CoFeB薄膜。
3.一种新型3D自旋转移矩MRAM存储器，所述存储器由权利要求1或2所述的方法制备。
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