磁性随机存储器架构及其制造方法技术

本申请提供一种磁性随机存储器架构及其制造方法，所述磁性随机存储器架构的每一存储单元设置于字线与位线相交部位，包括垂直场效晶体管与磁性隧道结，垂直场效晶体管由栅极、鳍状结构与N++半导体区组成。栅极延着鳍状结构两侧而成型，栅极对应位线的部位通过导电组件连接磁性隧道结。本申请通过栅极顺着鳍状结构形成，使得垂直场效晶体管在兼容使用于鳍状设计的同时，提升存储器的存储单元成型密度，有助于存储器记忆容量的提升。有助于存储器记忆容量的提升。有助于存储器记忆容量的提升。

【技术实现步骤摘要】
磁性随机存储器架构及其制造方法


[0001]本专利技术涉及存储器
，特别是关于磁性随机存储器架构及其制造方法。

技术介绍

[0002]磁随机存储器(Magnetic random access memory，MRAM)应用于嵌入式内存结构，基本上仍需要逻辑芯片的互补性金属氧化半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor；CMOS)制程工艺，以一个金属氧化半导体的面积来说比动态随机存取记忆体(Dynamic Random Access memory；DRAM)大得多，而鳍式场效晶体管(FINFET)技术虽然沟道是立体的，然源极及漏极还是平面布局的，管子尺寸大的问题更加突出，造成金属氧化半导体尺寸大的后果，就是容量提升受限，成本上升。利用现有技术，若将金属氧化半导体管做成垂直方向的结构，虽可以大幅度减少面积。但是仍不适用于磁随机存储器，也不能和互补性金属氧化半导体工艺兼容。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本申请的目的在于，提供一种磁性随机存储器架构及其制造方法，其基于垂直金属氧化半导体管的磁随机存储器架构下，通过垂直场效晶体管的设计以期兼容并使用于鳍式场效晶体管设计。
[0004]本申请的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0005]依据本申请提出的一种磁性随机存储器架构，包括多个存储单元，在每一个存储单元的结构中，位线与字线是以互相垂直的方式排列的，其中，存储单元一端与位线相接，另一端则透过通孔/连接点与字线相接，因此每一储存单元设置于位线与字线相交的部位，每一存储单元包括：第一掺杂类型的半导体区；第二掺杂类型的鳍状结构，设置于所述半导体区上，所述鳍状结构的顶端设置为漏极，所述鳍状结构的底端接触所述半导体区形成的源极；栅极，设置于所述鳍状结构两侧，所述栅极通过绝缘介质隔离所述鳍状结构与所述半导体区，其中，绝缘介质为氧化硅；以及，磁性隧道结，通过导电组件连接至所述漏极。
[0006]本申请解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0007]在本申请的一实施例中，所述鳍状结构作为导电沟道，所述栅极控制所述导电沟道的开启或关闭。
[0008]在本申请的一实施例中，所述字线为所述栅极沿着鳍相连形成。
[0009]在本申请的一实施例中，所述每一储存单元的半导体区包括源极，将多个存储单元的半导体区的源极相连以形成源极线。
[0010]在本申请的一实施例中，对应相同字线的所述多个存储单元的鳍状结构为相邻互连，互连区域的鳍状结构外侧的栅极被替代的采用部分环绕方式设置。
[0011]在本申请的一实施例中，所述磁性隧道结顶端接触所述位线。
[0012]在本申请的一实施例中，所述导电组件为通孔或触点,其材料包括:钛、钽、钨、氮化钛、氮化钽及其组合。
[0013]在本申请的一实施例中，第一掺杂类型为N++型，第二掺杂类型为P型。
[0014]本申请的另一目的的一种制造磁性随机存储器的方法，包括：在第二掺杂类型的半导体衬底中形成第一掺杂类型的半导体区；蚀刻所述半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成鳍状结构；形成绝缘介质于所述鳍状结构的表面；形成栅极于所述鳍状结构的外围，所述鳍状结构通过所述绝缘介质与所述鳍状结构及所述半导体区相隔离；通过绝缘介质覆盖所述半导体区及所述鳍状结构；蚀刻部分的所述绝缘介质与所述栅极，再填补绝缘介质，形成显露部分所述鳍状结构的蚀刻小洞；形成导电组件于所述蚀刻小洞；形成磁性隧道结于所述导电组件上方；以及，通过位线连接所述磁性隧道结。
[0015]本申请解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0016]在本申请的一实施例中，所述半导体区是通过离子注入法而形成于所述半导体衬底中。
[0017]在本申请的一实施例中，所述鳍状结构的底部为蚀刻所述半导体区所形成。
[0018]在本申请的一实施例中，所述蚀刻部分的所述绝缘介质与所述栅极的步骤中，蚀刻部分是对应位线。
[0019]在本申请的一实施例中，所述形成导电组件于所述蚀刻小洞的步骤还包括：对所述蚀刻小洞显露的所述鳍状结构部位进行第一掺杂类型的掺杂；以及，利用导电材料填补所述蚀刻小洞以形成所述导电组件。
[0020]在本申请的一实施例中，上述步骤还包括：打磨所述导电组件表面。
[0021]在本申请的一实施例中，所述栅极与所述导电组件为导电材料形成，其包括多晶硅或具导电能力的金属材料。
[0022]在本申请的一实施例中，前述的各类半导体的材料包括硅(Si)材料或碳化硅(SiC)材料。
[0023]在本申请的一实施例中，所述绝缘介质与所述电介质可选择性的采用包括二氧化硅或苯环丁烯(BCB)或聚酰亚胺(PI)、二氧化硅与其它物质的复合层，例如二氧化硅与氮化硅的复合层、二氧化硅与聚酰亚胺(PI)的复合层
…
等绝缘材料。
[0024]本申请的又一目的的一种磁性随机存储器架构，包括多个存储单元，每一储存单元设置于位线与字线相交的部位，其特征在于，每一存储单元包括：N++型掺杂的半导体区，所述多个存储单元的半导体区邻接形成源极线；P型掺杂的鳍状结构，设置于所述半导体区上方，所述鳍状结构的顶端设置为漏极，所述鳍状结构的底端接触所述半导体区形成的源极；栅极设置于所述鳍状结构两侧，所述栅极通过绝缘介质隔离所述鳍状结构与所述半导体区，其中，绝缘介质为氧化硅；所述栅极、所述鳍状结构与所述半导体区形成的源极组成垂直场效晶体管，所述栅极控制所述垂直场效晶体管的导电沟道的开启或关闭，所述多个存储单元的栅极相互邻接而形成所述字线；以及，磁性隧道结，设置于所述鳍状结构的上方以连接所述位线，并通过所述导电组件连接至漏极。
[0025]本申请通过栅极顺着鳍状结构形成，使得垂直场效晶体管在兼容使用于鳍状设计的同时，提升存储器的存储单元成型密度，有助于存储器记忆容量的提升。
附图说明
[0026]图1为范例性的磁随机存储器存储单元结构的概要示意图；
[0027]图2为范例性的磁随机存储器存储单元中磁性隧道结结构的概要示意图；
[0028]图3为范例性的3个磁随机存储器存储单元结构的概要示意图；
[0029]图4为范例性的磁随机存储器芯片架构图；
[0030]图5为范例性的FINFET技术的3D磁随机存储器存储单元结构的概要示意图；
[0031]图6A为本申请实施例的磁性随机存储器架构的存储单元示意图；
[0032]图6B为本申请实施例的存储单元垂直于字线剖面图；以及
[0033]图7A至图7H为本申请实施例的存储单元制造过程结构变化示意图。符号说明
[0034]01:低电阻态；02:高电阻态；03:记忆层；04:隧道势垒层；05:参考层；06:位线(NMOS门极；Bit lines)；07:磁性隧道结(MTJ)；08:字线(Word lines)；09:源极线连接点；10:通孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性随机存储器架构，包括多个存储单元，每一储存单元设置于位线与字线相交的部位，其特征在于，每一存储单元包括：第一掺杂类型的半导体区；第二掺杂类型的鳍状结构，设置于所述半导体区上，所述鳍状结构的顶端设置为漏极，所述鳍状结构的底端接触所述半导体区形成的源极；栅极，设置于所述鳍状结构两侧，所述栅极通过绝缘介质隔离所述鳍状结构与所述半导体区；以及磁性隧道结，通过导电组件连接至所述漏极。2.如权利要求1所述磁性随机存储器架构，其特征在于，所述鳍状结构作为导电沟道，所述栅极控制所述导电沟道的开启或关闭。3.如权利要求1所述磁性随机存储器架构，其特征在于，所述字线为所述栅极沿着鳍相连形成。4.如权利要求1所述磁性随机存储器架构，其特征在于，所述每一储存单元的半导体区包括源极，将多个存储单元的半导体区的源极相连形成源极线。5.如权利要求1所述磁性随机存储器架构，其特征在于，对应相同字线的所述多个存储单元的鳍状结构为相邻互连，互连区域的鳍状结构外侧的栅极被替代的采用部分环绕方式设置。6.如权利要求1所述磁性随机存储器架构，其特征在于，所述磁性隧道结顶端接触所述位线。7.如权利要求1所述磁性随机存储器架构，其特征在于，所述导电组件为通孔或触点。8.如权利要求1所述磁性随机存储器架构，其特征在于，第一掺杂类型为N++型，第二掺杂类型为P型。9.一种制造磁性随机存储器的方法，其特征在于，包括：在第二掺杂类型的半导体衬底中形成第一掺杂类型的半导体区；蚀刻所述半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成鳍状结构；形成绝缘介质于所述鳍状结构的表面；形成栅极于所述鳍状结构的外围，所述鳍状结构通过所述绝缘介质与所述鳍状结构及所述半导体区相隔离；通过绝缘介质覆盖所述半导体区及所述鳍状结构；蚀刻部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴瑾，
申请(专利权)人：上海磁宇信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：