[发明专利]一种新型3D自旋转移矩MRAM存储器的制备方法及存储器

说明书

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。

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。