CN108538879A - 一种三维存储器的存储单元结构 - Google Patents

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王本艳
陈邦明
景蔚亮
寇煦丰
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Shanghai Xinchu Integrated Circuit Co Ltd
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Shanghai Xinchu Integrated Circuit Co Ltd
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H10B61/10—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having two electrodes, e.g. diodes or MIM elements
    • H—ELECTRICITY
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    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N50/10—Magnetoresistive devices

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种三维存储器的存储单元结构，包括：第一金属连线层，制备有字线；二极管制备层，形成于第一金属连线层的上表面；二极管制备层中具有与字线连接的选通二极管；磁隧道结形成层，形成于二极管制备层的上表面；磁隧道结形成层中制备有分别连接字线和选通二极管的磁隧道结；第二金属连线层，形成于磁隧道结形成层的上表面；第二金属连线层中制备有位线，位线与磁隧道结连接；其中，选通二极管的导通方向朝向字线；能够形成单位面积大的选通二极管，保证了选通二极管的驱动电流，保证了存储单元的存储功能的优良。

Description

一种三维存储器的存储单元结构
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种三维存储器的存储单元结构。
背景技术
MRAM(Magnetic Random Access Memory磁性随机存取存储器，简称MRAM)是指以磁电阻性质来存储数据的随机存储器，它采用磁化的方向不同所导致的磁电阻不同来记录0和1，只要外部磁场不改变，磁化的方向就不会变化。MRAM是一种非挥发性的存储器，它拥有静态随机存储器的高速读取写入能力，以及动态随机存储器的高集成度，而且基本上可以无限次地重复写入。MRAM的数据写入方式有两种：磁场写入模式与全电流写入模式。前者主要利用了字线与位线在MRAM记录单元上所产生的磁场，使MRAM的自由层在磁场的作用下实现与钉扎层平行与反平行方向的翻转，来完成0、1数据的写入。后者利用了自旋转移矩效应，使写入数据线直接通过MRAM记录单元，利用自旋转移矩效应实现磁隧道结的自由层的翻转。
目前的一些MRAM的工艺中，往往将磁隧道结的结构形成于选通二极管的上方，然而这样的MRAM结构也存在一些问题，为了降低工艺成本，选通管材料和MRAM材料多层物质最好同步刻蚀，这样做既可以减少光罩数量又可以减少层与层之间的非理想界面态生成。但是由于选通管材料和MRAM材料差异性较大，选通管的耐腐蚀性较弱，所以同步刻蚀的结果很可能造成选通二极管被过度刻蚀，这样其驱动电流也会变得很小，将影响MRAM的正常读写功能。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种三维存储器的存储单元结构，其中，包括：
第一金属连线层，制备有字线；
二极管制备层，形成于所述第一金属连线层的上表面；
所述二极管制备层中具有与所述字线连接的选通二极管；
磁隧道结形成层，形成于所述二极管制备层的上表面；
所述磁隧道结形成层中制备有分别连接所述字线和所述选通二极管的磁隧道结；
第二金属连线层，形成于所述磁隧道结形成层的上表面；
所述第二金属连线层中制备有位线，所述位线与所述磁隧道结连接；
其中，所述选通二极管的导通方向朝向所述字线。
上述的存储单元结构，其中，所述二极管制备层呈梯形，且所述二极管制备层的短边的所在面与所述磁隧道结形成层的底面相适配。
上述的存储单元结构，其中，所述二极管制备层中形成有用于连接所述字线和所述选通二极管的第一过渡层。
上述的存储单元结构，其中，所述第一过渡层为氮化钛。
上述的存储单元结构，其中，所述第一过渡层为氮化铊。
上述的存储单元结构，其中，所述二极管制备层中还形成有用于连接所述选通二极管和所述磁隧道结的第二过渡层。
上述的存储单元结构，其中，所述第二过渡层为氮化钛。
上述的存储单元结构，其中，所述第二过渡层为氮化铊。
上述的存储单元结构，其中，所述磁隧道结形成层包括：
第一接触层，形成于所述二极管制备层的上表面；
第一磁铁层，形成于所述第一接触层的上表面；
绝缘层，形成于所述第一磁铁层的上表面；
第二磁铁层，形成于所述绝缘层的上表面；
第二接触层，形成于所述第二磁铁层的上表面。
有益效果：本发明提出的一种三维存储器的存储单元结构，能够形成单位面积大的选通二极管，保证了选通二极管的驱动电流，保证了存储单元的存储功能的优良。
附图说明
图1为本发明一实施例中存储单元阵列的连接示意图；
图2为本发明一实施例中存储单元结构的剖面结构原理图；
图3为本发明一实施例中存储单元结构的三维结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
在一个较佳的实施例中，如图1～3所示，提出了一种三维存储器的存储单元结构，其中，可以包括：
第一金属连线层10，制备有字线；
二极管制备层20，形成于第一金属连线层10的上表面；
二极管制备层20中具有与字线连接的选通二极管SD；
磁隧道结形成层30，形成于二极管制备层20的上表面；
磁隧道结形成层30中制备有分别连接字线和选通二极管SD的磁隧道结MJ；
第二金属连线层40，形成于磁隧道结形成层30的上表面；
第二金属连线层40中制备有位线，位线与磁隧道结MJ连接；
其中，选通二极管SD的导通方向朝向字线。
上述技术方案中，所形成的存储单元结构可以有多个，形成存储单元阵列；由于在制备每个存储单元结构时，由于将选通二极管SD制备于磁隧道结MJ的下方，无论是采用同步刻蚀工艺还是分步刻蚀工艺，都能保证位于下方的选通二极管SD的单位面积的最大化，从而保证对应该选通二极管SD的存储单元的优良的读写性能；参考图1可知，所形成的第一字线WL1和第一位线BL1之间形成有一个存储单元结构，第二字线WL2和第二位线BL2之间形成有一个存储单元结构，第三字线WL3和第三位线BL3之间形成有一个存储单元结构，图1中显示了九个相同的存储单元结构形成了存储单元阵列，通过对应的字线和位线的选址可以定位至对应的存储单元；形成选通二极管SD中的各个结构可以分别由砷、碲、锗和氧化硅形成，但这只是一种优选的情况，在其他情况下还可以通过其他材质的组合形成选通二极管SD。
在一个较佳的实施例中，二极管制备层20呈梯形，且二极管制备层20的短边的所在面与磁隧道结形成层30的底面相适配；磁隧道结形成层30可以呈如图2所示的三维立体结构。
在一个较佳的实施例中，二极管制备层20中形成有用于连接字线和选通二极管SD的第一过渡层。
上述实施例中，优选地，第一过渡层为氮化钛。
上述实施例中，优选地，第一过渡层为氮化铊。
上述实施例中，优选地，二极管制备层20中还形成有用于连接选通二极管SD和磁隧道结MJ的第二过渡层。
上述实施例中，优选地，第二过渡层为氮化钛。
上述实施例中，优选地，第二过渡层为氮化铊。
在一个较佳的实施例中，磁隧道结形成层30可以包括：
第一接触层，形成于二极管制备层20的上表面；
第一磁铁层，形成于第一接触层的上表面；
绝缘层，形成于第一磁铁层的上表面；
第二磁铁层，形成于绝缘层的上表面；
第二接触层，形成于第二磁铁层的上表面。
上述技术方案中，第一磁铁层的材质可以是铁锰、镍锰等化合物，第二磁铁层的材质可以是铁、铊、钴、镍等中的几种组成的化合物；第一接触层和第二接触层的材质可以是氮化铊；绝缘层的材质可以是氧化铝或氧化镁；在制备工艺中，可以利用磁隧道结形成层30的材质的耐腐蚀性作为光阻，从而刻蚀处位于下方的选通二极管SD。
在其他的实施例中，还可以通过将本发明中的存储单元结构与其他结构的存储单元结构进行组合，形成混合型的三维存储器。
综上所述，本发明提出的一种三维存储器的存储单元结构，包括：第一金属连线层，制备有字线；二极管制备层，形成于第一金属连线层的上表面；二极管制备层中具有与字线连接的选通二极管；磁隧道结形成层，形成于二极管制备层的上表面；磁隧道结形成层中制备有分别连接字线和选通二极管的磁隧道结；第二金属连线层，形成于磁隧道结形成层的上表面；第二金属连线层中制备有位线，位线与磁隧道结连接；其中，选通二极管的导通方向朝向字线；能够形成单位面积大的选通二极管，保证了选通二极管的驱动电流，保证了存储单元的存储功能的优良。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (9)

1.一种三维存储器的存储单元结构，其特征在于，包括：
第一金属连线层，制备有字线；
二极管制备层，形成于所述第一金属连线层的上表面；
所述二极管制备层中具有与所述字线连接的选通二极管；
磁隧道结形成层，形成于所述二极管制备层的上表面；
所述磁隧道结形成层中制备有分别连接所述字线和所述选通二极管的磁隧道结；
第二金属连线层，形成于所述磁隧道结形成层的上表面；
所述第二金属连线层中制备有位线，所述位线与所述磁隧道结连接；
其中，所述选通二极管的导通方向朝向所述字线。
2.根据权利要求1所述的存储单元结构，其特征在于，所述二极管制备层呈梯形，且所述二极管制备层的短边的所在面与所述磁隧道结形成层的底面相适配。
3.根据权利要求1所述的存储单元结构，其特征在于，所述二极管制备层中形成有用于连接所述字线和所述选通二极管的第一过渡层。
4.根据权利要求3所述的存储单元结构，其特征在于，所述第一过渡层为氮化钛。
5.根据权利要求3所述的存储单元结构，其特征在于，所述第一过渡层为氮化铊。
6.根据权利要求3所述的存储单元结构，其特征在于，所述二极管制备层中还形成有用于连接所述选通二极管和所述磁隧道结的第二过渡层。
7.根据权利要求6所述的存储单元结构，其特征在于，所述第二过渡层为氮化钛。
8.根据权利要求6所述的存储单元结构，其特征在于，所述第二过渡层为氮化铊。
9.根据权利要求1所述的存储单元结构，其特征在于，所述磁隧道结形成层包括：
第一接触层，形成于所述二极管制备层的上表面；
第一磁铁层，形成于所述第一接触层的上表面；
绝缘层，形成于所述第一磁铁层的上表面；
第二磁铁层，形成于所述绝缘层的上表面；
第二接触层，形成于所述第二磁铁层的上表面。
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Citations (3)

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CN103370745A (zh) * 2010-12-14 2013-10-23 桑迪士克3D有限责任公司 具有带有垂直位线和选择器件的读/写元件的3d阵列的非易失性存储器及其方法
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