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    SOT-MRAM器件制備方法及SOT-MRAM器件技術

    技術編號:44016669 閱讀:7 留言:0更新日期:2025-01-15 01:02
    本發明專利技術公開了一種SOT?MRAM器件制備方法及SOT?MRAM器件,屬于磁性存儲器技術領域。本發明專利技術先在MTJ薄膜表面沿厚度方向依次沉積插層和硬掩模層;再沉積介質層,并暴露出硬掩模層;然后使硬掩模層發生化學反應,該化學反應下,硬掩模層與其他層之間選擇比較大,因此可精準去除硬掩模層,所以相比于傳統的CMP方式,工藝窗口優勢更明顯;同時在去除硬掩模層的過程中,由于插層的存在能夠防止MTJ薄膜氧化,并且該插層可以采用特定材料,從而可以進一步增強SOT效率。此工藝流程實施簡單,而且相比頂釘扎SOT?MRAM器件,底釘扎SOT?MRAM器件的電學、磁學性質表現更加優越。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術涉及磁性存儲器,特別涉及一種sot-mram器件制備方法及sot-mram器件。


    技術介紹

    1、sot(spin?orbit?torque,自旋軌道力矩)-mram(magnetic?random?accessmemory,磁性隨機存儲器),相比于stt(spin?transfer?torque,自旋轉移矩)-mram具有寫入速度快、無限次擦寫和讀寫分離的優點。sot-mtj(magnetic?tunnel?junction,磁性隧道結)是其核心結構,其明顯結構特征是厚度僅有幾個納米的sot軌道層,sot軌道層為寫電流提供了獨立的通道,讀寫分離。

    2、目前sot-mram的制造中,mtj?通常采用頂釘扎(top?pinning,tp)的結構,該結構中mtj的自由層位于底部,sot軌道層位于自由層下方。mtj刻蝕停止在sot軌道層上,難以精確控制,導致mtj刻蝕窗口過小,加大了sot-mram制造工藝難度。同時,基于頂釘扎的磁性隧道結的電性、磁性和退火穩定性均不及基于底釘扎(bottom?pinning,bp)的mtj。因此,基于底釘扎的mtj的結構實現sot-mram的工藝集成和制備十分重要。

    3、但目前底釘扎sot-mram的器件的制造中,通常先采用cmp(chemical?mechanicalpolishing,化學機械研磨)磨平表面介質層的方式暴露出mtj后,再沉積sot軌道層。問題在于自由層只有幾納米加之cmp工藝的負載效應,難以精確停止在自由層上,導致工藝窗口過小。


    <p>技術實現思路

    1、本專利技術的目的是提供一種sot-mram器件制備方法及sot-mram器件,從而提高sot-mram器件制備工藝窗口。

    2、為實現上述目的,本專利技術提供了一種sot-mram器件制備方法,包括:

    3、在襯底的表面形成柱狀結構;所述柱狀結構包括沿背離所述襯底的方向依次設置的mtj薄膜、插層和硬掩模層;所述mtj薄膜至少包括沿背離所述襯底的方向依次設置的參考層、勢壘層和自由層;

    4、在具有所述柱狀結構的所述襯底的表面沉積至少一層介質層,并暴露出所述硬掩模層的表面;

    5、暴露出所述硬掩模層的表面后,通過使所述硬掩模層發生化學反應,去除所述硬掩模層,以在所述襯底的表面形成待沉積軌道層區域;

    6、在所述待沉積軌道層區域沉積軌道層,制備得到所述sot-mram器件。

    7、可選的,所述在具有所述柱狀結構的所述襯底的表面沉積至少一層介質層,包括:

    8、在具有所述柱狀結構的所述襯底的表面沉積第一介質層;

    9、相應的,所述通過使所述硬掩模層發生化學反應,去除所述硬掩模層,以在所述襯底的表面形成待沉積軌道層區域,包括:

    10、通過使所述硬掩模層發生化學反應,去除所述硬掩模層,暴露出所述插層的表面形成凹槽,以在所述襯底的表面形成所述待沉積軌道層區域;所述插層是所述凹槽的底面。

    11、可選的,所述在具有所述柱狀結構的所述襯底的表面沉積至少一層介質層,包括:

    12、在具有所述柱狀結構的所述襯底的表面沿厚度方向依次沉積第一介質層和第二介質層;

    13、相應的,所述通過使所述硬掩模層發生化學反應,去除所述硬掩模層,以在所述襯底的表面形成待沉積軌道層區域,包括:

    14、通過使所述硬掩模層發生化學反應,去除所述硬掩模層,且通過使所述第二介質層發生化學反應,去除所述第二介質層,暴露出所述插層的表面形成凹槽;所述插層作為所述凹槽的底面;

    15、去除所述凹槽的側壁,以在所述襯底的表面形成所述待沉積軌道層區域。

    16、可選的,所述去除所述凹槽的側壁,包括:

    17、采用掠入射刻蝕的方式去除所述凹槽的所述側壁。

    18、可選的,所述第一介質層的沉積高度與所述插層的高度齊平,或者超出所述插層的高度。

    19、可選的,所述第二介質層的材料是無定形碳、摻雜無定形碳、鍺或者磷硅酸鹽玻璃;

    20、相應的,所述通過使所述硬掩模層發生化學反應,去除所述第二介質層,包括:

    21、通入反應氣體或液體與所述第二介質層發生化學反應,去除所述第二介質層。

    22、可選的,所述硬掩模層的材料是無定形碳、摻雜無定形碳、鍺或者磷硅酸鹽玻璃;

    23、相應的,所述通過使所述硬掩模層發生化學反應,去除所述硬掩模層,包括:

    24、通入反應氣體或液體與所述第二介質層發生化學反應,去除所述第二介質層。

    25、可選的,所述在所述待沉積軌道層區域沉積軌道層后,還包括:

    26、在所述軌道層的表面沉積第三介質層,所述軌道層和所述第三介質層構成第二疊層結構;

    27、對所述第二疊層結構進行圖形化處理;

    28、圖形化處理后,在所述襯底的表面沉積第四介質層;

    29、利用雙大馬士革工藝在所述第四介質層中制備頂部互連結構;所述頂部互連結構貫穿所述第三介質層和所述軌道層連接。

    30、可選的,所述暴露出所述硬掩模層的表面,包括:

    31、采用化學機械研磨的方式,研磨至暴露出所述硬掩模層的表面。

    32、可選的,所述軌道層的材料是w、ta、pt、wtax、ptcoo、ptmgo、aupt、ptcr、pthf、ptti、bisb、bise或者拓撲絕緣體;

    33、所述插層的材料是w、ta、pt、wtax、ptcoo、ptmgo、aupt、ptcr、pthf、ptti、bisb、bise、拓撲絕緣體或者nio。

    34、可選的,所述軌道層的形狀是矩形或者l型。

    35、可選的,所述mtj薄膜的表面呈圓形、橢圓形或長方形,形成垂直磁化的mtj;

    36、或者,所述mtj薄膜的表面呈橢圓形或長方形,形成面內磁化的mtj。

    37、可選的,所述第一介質層的材料是sin或者sio2。

    38、為實現上述目的,本專利技術還提供了一種sot-mram器件,包括:通過上述所述的sot-mram器件制備方法制備得到的sot-mram器件。

    39、顯然,本專利技術提供的一種sot-mram器件制備方法,先在mtj薄膜表面沿厚度方向依次沉積插層和硬掩模層;再沉積介質層,并暴露出硬掩模層;然后使硬掩模層發生化學反應,該化學反應下,硬掩模層與其他層之間選擇比較大,因此可精準去除硬掩模層,所以相比于傳統的cmp方式工藝窗口優勢更明顯;同時在去除硬掩模層的過程中,由于插層的存在能夠防止mtj薄膜氧化,并且該插層可以采用特定材料,從而可以進一步增強sot效率。此工藝流程實施簡單,而且相比頂釘扎sot-mram器件,底釘扎sot-mram器件的電學、磁學性質表現更加優越。本專利技術還提供一種sot-mram器件,通過上述sot-mram器件制備方法制備得到,所以同樣具有上述有益效果。

    本文檔來自技高網
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    【技術保護點】

    1.一種SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,包括:

    2.根據權利要求1所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述在具有所述柱狀結構的所述襯底的表面沉積至少一層介質層,包括:

    3.根據權利要求1所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述在具有所述柱狀結構的所述襯底的表面沉積至少一層介質層,包括:

    4.根據權利要求3所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述去除所述凹槽的側壁,包括:

    5.根據權利要求4所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述第一介質層的沉積高度與所述插層的高度齊平,或者超出所述插層的高度。

    6.根據權利要求3所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述第二介質層的材料是無定形碳、摻雜無定形碳、鍺或者磷硅酸鹽玻璃;

    7.根據權利要求1所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述硬掩模層的材料是無定形碳、摻雜無定形碳、鍺或者磷硅酸鹽玻璃;

    8.根據權利要求1所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述在所述待沉積軌道層區域沉積軌道層后,還包括:

    9.根據權利要求1所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述暴露出所述硬掩模層的表面,包括:

    10.根據權利要求1所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述軌道層的材料是W、Ta、Pt、WTax、PtCoO、PtMgO、AuPt、PtCr、PtHf、PtTi、BiSb、BiSe或者拓撲絕緣體;

    11.根據權利要求1所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述軌道層的形狀是矩形或者L型。

    12.根據權利要求1所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述MTJ薄膜的表面呈圓形、橢圓形或長方形,形成垂直磁化的MTJ;

    13.根據權利要求2或3所述的SOT-MRAM器件制備方法,其特征在于,所述第一介質層的材料是SiN或者SiO2。

    14.一種SOT-MRAM器件,其特征在于,包括:通過權利要求1至13任一項所述的SOT-MRAM器件制備方法制備得到的SOT-MRAM器件。

    ...

    【技術特征摘要】

    1.一種sot-mram器件制備方法,其特征在于,包括:

    2.根據權利要求1所述的sot-mram器件制備方法,其特征在于,所述在具有所述柱狀結構的所述襯底的表面沉積至少一層介質層,包括:

    3.根據權利要求1所述的sot-mram器件制備方法,其特征在于,所述在具有所述柱狀結構的所述襯底的表面沉積至少一層介質層,包括:

    4.根據權利要求3所述的sot-mram器件制備方法,其特征在于,所述去除所述凹槽的側壁,包括:

    5.根據權利要求4所述的sot-mram器件制備方法,其特征在于,所述第一介質層的沉積高度與所述插層的高度齊平,或者超出所述插層的高度。

    6.根據權利要求3所述的sot-mram器件制備方法,其特征在于,所述第二介質層的材料是無定形碳、摻雜無定形碳、鍺或者磷硅酸鹽玻璃;

    7.根據權利要求1所述的sot-mram器件制備方法,其特征在于,所述硬掩模層的材料是無定形碳、摻雜無定形碳、鍺或者磷硅酸鹽玻璃;

    8.根據權利要求1所述的sot-mram器件制...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:李慶修楊雯龍,冀正輝
    申請(專利權)人:浙江馳拓科技有限公司
    類型:發明
    國別省市:

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