[發明專利]一種非揮發性只讀存儲器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011078540.3
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112259680B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 李慕禪;田仲政;于學敏;于達程;任黎明;傅云義
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12;G11C11/16
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 賈曉玲

本發明專利公開了一種非揮發性只讀存儲器及其制備方法。本發明利用磁性金屬薄膜不同各向異性的調控，存儲的信息通過磁性金屬薄膜的不同磁性各向異性進行存儲，該種存儲器類似于掩膜式只讀存儲器，存儲的信息在制備過程中就已經確定。本發明中所用到的制備方法完全為常用半導體加工工藝，因此該種磁性存儲器件能夠與目前的半導體加工工藝相相兼容，具備可集成的特點，并且該種制備方案只受制于光刻尺寸的限制，在尺寸縮小上具有很大潛力。

技術領域

本發明屬于存儲器件技術領域，具體涉及一種基于具有不同各向異性的金屬薄膜的非揮發性只讀存儲器。

背景技術

存儲器件及以其為基本單元而構成的存儲陣列是目前信息技術領域中最為廣泛使用的一種器件與結構，其主要功能為存放數據或者操作程序等信息，尤其是計算機系統中必不可缺少的一部分。存儲器件的主要指標在于存儲容量或存儲空間的大小、讀取與寫入的速度快慢、制造成本等方面，如何制備一種存儲空間大、讀寫速度快、制造成本低的存儲器件一直是集成電路領域中的關鍵問題。

存儲器件的類別有很多，通常上來說，可以分為揮發性器件與非揮發性器件兩大類。顧名思義，揮發性器件指的是其中存儲的信息在系統斷電之后不能得到保持，非揮發性器件指的是其中存儲的信息在掉電之后可以保持。揮發性器件又可分為兩種，一種為動態隨機存取器件(DRAM)，另一種是靜態隨機存儲器件(SRAM)，其區別在于，DRAM中所儲存的信息需要經常刷新以進行保持，而SRAM則不用進行刷新操作，當然，這兩種器件都是揮發性器件，在系統斷電之后他們之中保存的信息都會丟失。不過，雖然DRAM與SRAM的信息無法斷電保持，但是通常這兩種器件的速度都較快，因此非常適合作為計算機的內存與緩存區來使用。非揮發性器件目前發展快速，種類也愈發繁多，從應用的角度考慮可以分為只讀存儲器件(ROM)與快速閃存器件(Flash)。ROM又可以分為掩模式ROM，既其存儲的數據在制備過程中就確定了，后續只能對數據進行讀取而不能進行任何更改；一次性可編程ROM(PROM)，既可以進行一次程序編寫，但這個過程一般是不可逆的；可擦除可編程ROM(EPROM)，既可以進行程序編寫并進行程序改寫，但是程序的擦除過程比較復雜，一般需要通過紫外線照射，并且是整片擦除。Flash是一種特殊的電可擦除可編程ROM(E²PROM)，可以通過電信號進行程序的編寫與擦除，是目前應用最為廣泛的存儲器件，U盤、SD卡、閃存等都是基于Flash制備的。目前還有許多新型的存儲器件在不斷地被提出來，但在實際應用上遠比不上上述幾種器件普遍，在此就不一一贅述了。

在半導體之外，科學家們也很早就注意到磁性材料也可以被用來作為存儲信息的媒介，例如不同的磁場方向或不同的磁場大小都可以被用來代替信號“0”和“1”。再加上巨磁電阻現象(GMR)的發現，以磁性材料為存儲媒介的機械硬盤得到了充分的發展，直到今天，其都是存儲器件大家族當中舉足輕重的部分。但與基于半導體晶體管制備的存儲器件不同的是，由于硬盤加工工藝與半導體制備工藝的不可兼容性，硬盤只能作為集成電路系統的外圍存儲設備來使用。

發明內容

本發明提出一種基于具有不同各向異性的金屬薄膜的非揮發性只讀存儲器，制備工藝與目前的半導體加工工藝完全兼容，具備可集成的前景。

本發明提供的技術方案如下：

一種非揮發性只讀存儲器，由磁性金屬薄膜和可控氧化的金屬薄膜構成，其中磁性金屬薄膜的厚度應在1nm～2nm之間，金屬薄膜厚度在2nm～3nm之間，初始狀態下，超薄的磁性金屬薄膜具有面內磁性各向異性，然后通過控制上層金屬的氧化，使某些區域的磁性金屬薄膜被誘導變為具有垂直各向異性，這樣一來，可以制備出具有不同磁性各向異性的器件，以實現“0”與“1”信息的存儲。

本發明提出的基于具有不同各向異性的金屬薄膜的非揮發性只讀存儲器，可通過如下主要步驟實現：

1)選擇合適的襯底，在其表面淀積一層緩沖層。最終效果如圖1所示。