[發(fā)明專利]一種自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210073781.1
• 申請(qǐng)日: 2022-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN114497360A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉金營(yíng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海積塔半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L43/08
• 分類號(hào): H01L43/08;H01L43/10;H01L43/12
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 盧炳瓊

本發(fā)明提供一種自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法，自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器包括第一金屬連接結(jié)構(gòu)、底部電極、磁性隧道結(jié)、頂部電極及第二金屬連接結(jié)構(gòu)，底部電極呈U型形貌，位于第一金屬連接結(jié)構(gòu)上，且與第一金屬連接結(jié)構(gòu)電連接；磁性隧道結(jié)呈U型形貌覆蓋底部電極的表面與底部電極電連接；頂部電極呈U型形貌覆蓋磁性隧道結(jié)的表面與磁性隧道結(jié)電連接；第二金屬連接結(jié)構(gòu)位于頂部電極上與頂部電極電連接。本發(fā)明通過呈U型形貌的底部電極、磁性隧道結(jié)及頂部電極，可使得自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器在增強(qiáng)存儲(chǔ)器件的記憶能力的同時(shí)，減小占地面積，以利于自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的微縮。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法。

背景技術(shù)

磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)是一種隨機(jī)存儲(chǔ)器件，其工作原理是使用其電阻值而非電荷來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。其核心包括磁性隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)，通過控制MTJ的電阻，以表征存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的“0”或“1”狀態(tài)。

MTJ結(jié)構(gòu)通常包括固定鐵磁層和自由鐵磁層，并通過位于固定鐵磁層和自由鐵磁層之間的絕緣隧穿勢(shì)壘層將其分隔開，并利用頂部電極和底部電極夾住MTJ結(jié)構(gòu)，使得電流可在頂部電極與底部電極之間流動(dòng)。

自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器(STT-MRAM)是通過自旋電流實(shí)現(xiàn)信息寫入的一種新型非易失性磁隨機(jī)存儲(chǔ)器，其是磁性存儲(chǔ)器MRAM的二代產(chǎn)品。STT-MRAM存儲(chǔ)單元通過自旋極化電流改變自由鐵磁層和固定鐵磁層的磁化方向，包括相同方向或者相反方向來改變MTJ的電阻大小，以實(shí)現(xiàn)信息的記錄。

然而，在現(xiàn)有的自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器中，固定鐵磁層、絕緣隧穿勢(shì)壘層和自由鐵磁層常常為平板結(jié)構(gòu)，而為增強(qiáng)存儲(chǔ)器件的記憶能力，自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的占地面積通常較大，這不利于自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器的微縮。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器占地面積大不利于器件微縮的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器，所述自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器包括：

第一金屬連接結(jié)構(gòu)；

底部電極，所述底部電極呈U型形貌，位于所述第一金屬連接結(jié)構(gòu)上，與所述第一金屬連接結(jié)構(gòu)電連接；

磁性隧道結(jié)，所述磁性隧道結(jié)呈U型形貌覆蓋所述底部電極的表面，與所述底部電極電連接，且所述磁性隧道結(jié)包括固定鐵磁層、自由鐵磁層及位于所述固定鐵磁層與所述自由鐵磁層之間的絕緣隧穿勢(shì)壘層，通過所述絕緣隧穿勢(shì)壘層分隔所述固定鐵磁層及所述自由鐵磁層；

頂部電極，所述頂部電極呈U型形貌覆蓋所述磁性隧道結(jié)的表面，與所述磁性隧道結(jié)電連接；

第二金屬連接結(jié)構(gòu)，所述第二金屬連接結(jié)構(gòu)位于所述頂部電極上，與所述頂部電極電連接。

可選地，所述U型形貌包括開口向上的正U型形貌或開口向下的倒U型形貌。

可選地，所述磁性隧道結(jié)中，所述固定鐵磁層與所述底部電極相接觸，或所述自由鐵磁層與所述底部電極相接觸。

可選地，所述第一金屬連接結(jié)構(gòu)位于半導(dǎo)體基底上，所述半導(dǎo)體基底中包括與所述第一金屬連接結(jié)構(gòu)電連接的晶體管。

可選地，所述底部電極為毯式覆蓋式電極，所述底部電極包括由Cu、Al、Ti、Ta、W、Pt、Ni、Cr、Ru、TiN及TaN中的一種或多種所構(gòu)成；所述頂部電極為毯式覆蓋式電極，所述頂部電極包括由Cu、Al、Ti、Ta、W、Pt、Ni、Cr、Ru、TiN及TaN中的一種或多種所構(gòu)成。