磁性随机存储器及其形成方法技术

一种磁性随机存储器及其形成方法，所述磁性随机存储器包括：基底，所述基底表面形成有导电接触垫；位于所述基底表面的磁性存储层，所述磁性存储层包括位于基底表面堆叠的至少两层子存储层，所述磁性存储层内包括垂直贯穿各子存储层的多个与所述导电接触垫连接的磁性存储单元，所述多个磁性存储单元按照菱形阵列单元的阵列形式排布，所述磁性存储单元包括磁性隧道结，每一子存储层内包括至少一个磁性隧道结；所述基底内形成有多个存取晶体管，与所述存储单元一一对应，所述存取晶体管的栅极环绕沟道区设置，所述存取晶体管的漏极连接至所述导电接触垫。上述磁性随机存储器具有较高的性能。

【技术实现步骤摘要】
磁性随机存储器及其形成方法
本专利技术涉及存储器
，尤其涉及一种磁性随机存储器及其形成方法。
技术介绍
磁性随机存储器(MARM)是基于硅基互补氧化物半导体(CMOS)与磁性隧道结(MTJ)技术的集成，是一种非易失性的存储器，它拥有静态随机存储器的高速读写能力，以及动态随机存储器的高集成度。请参考图1，为现有磁性随机存储器的结构示意图。所述磁性随机存储器包括一存取晶体管110和磁性隧道结120，所述磁性隧道结120包括固定层121、隧穿层122以及自由层123。所述存取晶体管110的漏极111连接至所述磁性隧道结120的固定层121，所述磁性隧道结120的自由层123连接至位线130；所述存取晶体管110的源极112连接至源线140。在磁性随机存储器正常工作时，自由层123的磁化方向可以改变，而固定层121的磁化方向保持不变。磁性随机存储器的电阻与自由层123和固定层121的相对磁化方向有关。当自由层123的磁化方向相对于固定层121的磁化方向发生改变时，磁性随机存储器的电阻值相应改变，对应于不同的存储信息。现有的工艺技术节点中，磁性随机存储器单位面积内的磁性隧道结密度较大，在刻蚀形成磁性隧道结的过程中，容易对磁性隧道结造成损伤，影响芯片良率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是避免在刻蚀形成磁性隧道结构的过程中，对磁性隧道结造成损伤。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种磁性随机存储器，包括：基底，所述基底表面形成有导电接触垫；位于所述基底表面的磁性存储层，所述磁性存储层包括位于基底表面堆叠的至少两层子存储层，所述磁性存储层内包括垂直贯穿各子存储层且与所述导电接触垫连接的多个磁性存储单元，所述多个磁性存储单元按照菱形阵列单元的阵列形式排布，所述磁性存储单元包括磁性隧道结，每一子存储层内包括至少一个磁性隧道结；所述基底内形成有多个存取晶体管，与所述存储单元一一对应，所述存取晶体管的栅极环绕沟道区设置，所述存取晶体管的漏极连接至所述导电接触垫。可选的，各菱形阵列单元的尺寸相同。可选的，所述多个各存取晶体管与所述多个各磁性存储单元以相同的阵列形式排布。可选的，所述多个磁性存储单元的磁性隧道结随机排布于各子存储层内或者相邻磁性存储单元的磁性隧道结分别位于不同的子存储层内。可选的，同一子存储层内的各处磁性隧道结的分布密度均匀。可选的，各磁性存储单元还包括导电柱，所述导电柱位于所在磁性存储单元内的磁性隧道结上和/或下方的子存储层内，与所述磁性隧道结电连接。可选的，所述基底包括衬底及覆盖所述衬底表面的介质层，所述存取晶体管形成于所述衬底表面，包括自衬底表面竖直向上排列的源极、沟道区、漏极以及环绕所述沟道区设置的栅极、位于所述栅极与所述沟道区之间的栅介质层。可选的，所述存取晶体管包括鳍式场效应晶体管、平面型环绕栅晶体管以及竖直型环栅晶体管中的至少一种。未解决上述问题，本专利技术的技术方案还提供一种磁性随机存储器的形成方法，包括：提供基底，所述基底表面形成有导电接触垫，所述基底内形成有多个存取晶体管，所述存取晶体管的栅极环绕沟道区设置，所述存取晶体管的漏极连接至所述导电接触垫；在所述基底上形成连接所述导电接触垫的磁性存储层，所述磁性存储层包括位于基底表面堆叠的至少两层子存储层，所述磁性存储层内包括以阵列形式排列的垂直贯穿各子存储层的多个磁性存储单元，所述多个磁性存储单元按照菱形阵列单元的阵列形式排布，与所述存取晶体管一一对应，所述磁性存储单元包括磁性隧道结，每一子存储层内包括至少一个磁性隧道结。可选的，各菱形阵列单元的尺寸相同。可选的，所述多个各存取晶体管与所述多个各磁性存储单元以相同的阵列形式排布。可选的，所述多个磁性存储单元的磁性隧道结随机排布于各子存储层内或者相邻磁性存储单元的磁性隧道结分别位于不同的子存储层内。可选的，同一子存储层内的各处磁性隧道结的分布密度均匀。可选的，各磁性存储单元还包括导电柱，所述导电柱位于所在磁性存储单元内的磁性隧道结上和/或下方的子存储层内，与所述磁性隧道结电连接。可选的，自所述基底表面向上，逐层形成各子存储层。可选的，各子存储层的形成方法包括：形成磁性隧道结结构层，在所述磁性隧道结结构层表面形成图形化掩膜层，以所述图形化掩膜层为掩膜刻蚀所述磁性隧道结结构层，形成磁性隧道结；形成填充于所述磁性隧道结之间的介质层；刻蚀所述介质层形成通孔；形成填充所述通孔的导电柱。可选的，不同子存储层的形成过程中，分别采用具有不同图形的图形化掩膜层，各图形化掩膜层的图形位置无交叠。可选的，所述基底包括衬底及覆盖所述衬底表面的介质层，所述存取晶体管形成于所述衬底表面，包括自衬底表面竖直向上排列的源极、沟道区、漏极以及环绕所述沟道区设置的栅极、位于所述栅极与所述沟道区之间的栅介质层。可选的，所述存取晶体管包括鳍式场效应晶体管、平面型环绕栅晶体管以及竖直型环栅晶体管中的至少一种。本专利技术的磁性随机存储器的形成方法中，形成具有至少两层子存储层的磁性存储单元阵列，相邻磁性存储单元的磁性隧道结分别位于不同的子存储层内，从而增大同一子存储层内的磁性隧道结之间的间距，在形成同一子存储层内的磁性隧道结时，可以增大工艺窗口，降低由于刻蚀离子反射对磁性隧道结侧壁造成的损伤，提高最终形成的存储器的性能，并且可以进一步提高单位存储密度。进一步的，可以根据待形成的存储器的存储单元之间的间距，合理设置子存储层的层数，合理调整同一子存储层内，相邻磁性隧道结之间的最小间距，以最大程度降低刻蚀形成磁性隧道结的过程中，对磁性隧道结造成的损伤。本专利技术的磁性随机存储器的磁性存储层内包括至少两层子存储层，每一子存储层内包括至少一个磁性隧道结，因此，对于同样的存储单元密度，位于同一层的磁性隧道结数量减小，有利于增大形成磁性隧道结的工艺窗口，从而提高形成的磁性隧道结的质量，提高存储器的性能。本专利技术的磁性随机存储器内形成有栅极环绕沟道区的存取晶体管，由于栅极环绕沟道区设置，可以提高单位面积内的晶体管的沟道长度，可以大幅减小存取晶体管的尺寸，使得各个存储单元之间的最小间距能够被减小，从而提高存储器的存储密度。附图说明图1为现有磁性随机存储器的结构示意图；图2至图3为本专利技术一具体实施方式的磁性随机存储器的形成过程的结构示意图；图4至图13为本专利技术另一具体实施方式的磁性随机存储器的形成过程的结构示意图；图14至图15为本专利技术另一具体实施方式的磁性随机存储器的结构示意图；图16至图19为本专利技术另一具体实施方式的磁性随机存储器的结构示意图；图20为本专利技术另一具体实施方式的磁性随机存储器的结构示意图；图21为本专利技术另一具体实施方式的磁性随机存储器的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的磁性随机存储器及其形成方法的具体实施方式做详细说明。请参考图2至图3为本专利技术一具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性随机存储器，其特征在于，包括：/n基底，所述基底表面形成有导电接触垫；/n位于所述基底表面的磁性存储层，所述磁性存储层包括位于基底表面堆叠的至少两层子存储层，所述磁性存储层内包括垂直贯穿各子存储层且与所述导电接触垫连接的多个磁性存储单元，所述多个磁性存储单元按照菱形阵列单元的阵列形式排布，所述磁性存储单元包括磁性隧道结，每一子存储层内包括至少一个磁性隧道结；/n所述基底内形成有多个存取晶体管，与所述存储单元一一对应，所述存取晶体管的栅极环绕沟道区设置，所述存取晶体管的漏极连接至所述导电接触垫。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁性随机存储器，其特征在于，包括：
基底，所述基底表面形成有导电接触垫；
位于所述基底表面的磁性存储层，所述磁性存储层包括位于基底表面堆叠的至少两层子存储层，所述磁性存储层内包括垂直贯穿各子存储层且与所述导电接触垫连接的多个磁性存储单元，所述多个磁性存储单元按照菱形阵列单元的阵列形式排布，所述磁性存储单元包括磁性隧道结，每一子存储层内包括至少一个磁性隧道结；
所述基底内形成有多个存取晶体管，与所述存储单元一一对应，所述存取晶体管的栅极环绕沟道区设置，所述存取晶体管的漏极连接至所述导电接触垫。


2.根据权利要求1所述的磁性随机存储器，其特征在于，各菱形阵列单元的尺寸相同。


3.根据权利要求1所述的磁性随机存储器，其特征在于，所述多个各存取晶体管与所述多个各磁性存储单元以相同的阵列形式排布。


4.根据权利要求1所述的磁性随机存储器，其特征在于，所述多个磁性存储单元的磁性隧道结随机排布于各子存储层内或者相邻磁性存储单元的磁性隧道结分别位于不同的子存储层内。


5.根据权利要求1所述的磁性随机存储器，其特征在于，同一子存储层内的各处磁性隧道结的分布密度均匀。


6.根据权利要求1所述的磁性随机存储器，其特征在于，各磁性存储单元还包括导电柱，所述导电柱位于所在磁性存储单元内的磁性隧道结上和/或下方的子存储层内，与所述磁性隧道结电连接。


7.根据权利要求1所述的磁性随机存储器，其特征在于，所述基底包括衬底及覆盖所述衬底表面的介质层，所述存取晶体管形成于所述衬底表面，包括自衬底表面竖直向上排列的源极、沟道区、漏极以及环绕所述沟道区设置的栅极、位于所述栅极与所述沟道区之间的栅介质层。


8.根据权利要求1所述的磁性随机存储器，其特征在于，所述存取晶体管包括鳍式场效应晶体管、平面型环绕栅晶体管以及竖直型环栅晶体管中的至少一种。


9.一种磁性随机存储器的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底表面形成有导电接触垫，所述基底内形成有多个存取晶体管，所述存取晶体管的栅极环绕沟道区设置，所述存取晶体管的漏极连接至所述导电接触垫；
在所述基底上形成连接所述导电接触垫的磁性存储层，所述磁性存储层包括位于基底表面堆叠的至少两层子存储层，所述磁性存储层内包括以阵列形式排列...

【专利技术属性】
技术研发人员：平尔萱，朱一明，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34