采用激光转移的在热敏衬底上的移植磁随机存取存储器(MRAM)及其制作方法技术

一种在低温衬底上形成磁存储器件的方法（以及所得到的结构），包括在涂敷有经受导致预定高压的快速加热的可分解的材料层的透明衬底上形成存储器件，以及将存储器件转移到低温衬底上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及磁存储器件，并且更具体地涉及MRAM器件， 其中磁隧道结(MTJ)器件被移植到热敏衬底上。
技术介绍
MRAMs目前被制作在Si上，用于磁隧道结(MTJs)与互补金 属氧化物半导体(CMOS)技术的集成。MTJ器件可以潜在地提供非挥发性的、高密度的、高性能的存 储元件。MTJs的较低性能应用，如智能卡、可穿戴传感器 (wearable sensors)等将要求将这种MTJs制作在柔性的、热敏的 衬底上，如聚合物和塑料。然而，在MTJ器件的处理期间所要求的 热预算(例如，在大约250。C至大约400。C之间)排除了直接在这些衬 底材料上制作。即，这种器件的处理与低温衬底不兼容。此外，今天由塑料制成的智能卡具有固定到嵌入卡中的模块上的 包括存储器的一个或多个半导体芯片。将电路直接压印或粘结到卡上 将使得它们的机械性能方面更加柔韧、耐用和重量轻。成本对于低性 能应用也是重要因素。采用在塑料上制作存储器电路的更便宜的方法 代替硅芯片将是优选的。然而，在本专利技术之前，还没有提供这样的方 法。
技术实现思路
考虑到传统方法和结构的前述和其它问题、缺点和不利之处，本 专利技术的特征是提供一种方法和结构，其中要求在柔性的、标准的(例 如热敏，如低温的)衬底如聚合物和塑料上制作这种器件(例如MTJs等)的磁存储器件(MRAM器件阵列、MRAM叠层、MTJs等)的应用变得可能。另一特征是提供一种结构和方法，其中MTJ器件可以直接被制 作在这种衬底材料上。在本专利技术的第一个示例性方面中， 一种在低温村底上形成磁存储 器件的方法(以及所得到的结构)包括在涂敷有经受导致预定高压的 快速加热的可分解材料层的透明衬底上形成存储器件，并将存储器件 转移到低温衬底上。在本专利技术的笫二个示例性方面中， 一种在热敏衬底上制作磁隧道 结(MTJ)器件的方法，包括采用氮化物材料涂敷其上具有MTJ器 件的透明衬底，以及使用激光剥离工艺将MTJ器件转移到低温衬底 上。在本专利技术的第三个示例性方面中，在可分解材料经受预定高压之 后，磁存储器件包括其上涂敷有可分解材料的透明衬底、在透明衬底 上形成的器件、以及用于接收该器件的低温衬底。在本专利技术的第四个示例性方面中， 一种在低温衬底上形成磁存储 器件的方法，包括在涂敷有氮化物层的透明衬底上形成存储器件、向 存储器件应用激光以使氮化物层经受压力、以及将存储器件转移到低 温^)底上。因而，利用本专利技术的独特和非明显的方面，可以有利地在诸如塑 料、聚合物等的低温衬底上形成磁存储器件(例如MRAM器件、 MRAM叠层、MTJs等)。釆用本专利技术的方法制作用于低性能应用的存储器电路可以导致 低成本的、柔韧的、耐用的和重量轻的塑料电路，具有包括智能卡和 可穿戴传感器的许多器件上的潜在应用。附图说明地理解前述和其它目的、方面和优点，其中图l说明根据本专利技术的示例性实施方式的示例性结构100;图2说明根据本专利技术的示例性实施方式，在将磁存储器件(例如 MRAM器件阵列)脉沖激光导致地转移到低温衬底之后的结构100; 以及图3说明根据本专利技术的示例性实施方式在热敏衬底上形成MTJ 器件的方法300。具体实施方式现在参照附图，更具体地参照图1-3，示出根据本专利技术的方法和 结构的示例性实施方式。 示例性实施方式如下所述，在本专利技术的示例性实施方式中，提供了向标准(例如 热敏的)衬底上移植MTJ器件的方法，其中采用示例性的激光剥离 工艺转移例如在透明衬底(例如石英、兰宝石等)上制作的器件阵列。再次注意，可以使用任何衬底，只要该衬底对于激光是透明的。 即，决定于衬底，将发现适当的光波长可透射。兰宝石是优选的，因 为它在宽得多的波长范围上传输(transfer)。现在转至附图，并且更具体地转至图1,示出了示例性的MRAM 器件结构100。结构100包括下面的导电(例如Cu等)引线110以及MTJ单 元120。 MTJ单元典型地包括底部接触电极、底部磁性层、氧化的Al 势垒、顶部磁性层和顶部接触电极。下面的导电(例如Cu等)引线IIO被制作在透明(例如兰宝石、 石英等；下文中仅出于示例性的目的假定兰宝石)衬底130，透明衬 底优选地涂敷有氮化物材料的薄覆盖层140。氮化物材料层140优选 地包括选自氮化镓、氮化铝或氮化铟和/或其合金组中的一个或多个氮 化物膜。绝缘层160 (例如Si02、 SiN、 SiON、 SiONF等)可以通过蚀刻 等形成在上导电(例如Cii)引线125之间。此外，上铜引线125可以形成在导电氮化物材料(例如TiN、 TaN、 WN等)或其它导电金属 或氧化层170上。在TiN 170/MTJ叠层120之间优选地形成绝缘氮化 物材料180 (例如SiN )或绝缘氧氮化物(例如SiON)。已知采用超(或近)带隙光子能量(above ( or near ) -band-gap photon energies)激光照射宽带隙InGaAIN膜表面导致氮化物的金属 4匕，遵循以下反应XN = X+1/2N2，其中X表示Ga、 Al或In。这已经有利地被用于说明在透明(兰宝石)衬底上生长的GaN 薄膜可以通过采用经由衬底(例如兰宝石)130背面入射的激光探针 150金属化界面而从衬底上剥离。该方法也已经被扩展到显示通过使用GaN层作为模板生长Si 层，金属化工艺可以被用来剥离要沉积在任意衬底上的过度生长的Si 层。也期望利用A1N、 InN及其合金的有效膜转移。因而，图l说明施加到制作在透明(例如兰宝石)衬底130上的 MRAM器件阵列的脉冲激光150的应用，用于将MRAM器件阵列转 移到低温衬底(例如塑料、聚合物等)190。图2说明在已经发生MRAM器件阵列从透明衬底130到低温衬 底190的脉沖激光导致的转移之后的结构。如图所示，在塑料衬底上 已经形成磁存储器(MTJ叠层)。此外，可分解材料(例如氮化物材 料)已经经由氮的释放而分解成其组分。从而，在图2示出的例子中， 在氮化物材料(例如AIN) 140下方具有铝层195、和界面层200。现在转到本专利技术的方法300,在透明(例如兰宝石、石英等)衬 底上沉积可分解材料(例如i者如A1N、 GaN和/或InN及其合金等的 氮化物)膜(步骤310)。注意，可以在相对低的温度(例如室温或 接近室温)进行沉积。然而，可以采用高温(例如大约250°C)。不 管采用的主衬底如何，重要的是沉积温度低于主衬底开始降解或分层 的温度。注意，氮化物膜应当足够厚，使得激光(例如决定于采用的激光) 被吸收在氮化物膜中。注意，在转移后一些氮化物可能留在MRAM中，并且可以在那时或留到之后去除。即氮化物不应薄至使得MRAM 叠层被完全吸收在MRAM中的激光损坏。因而，优选地，氮化物膜 具有大约100埃至大约2000埃的厚度。在步骤320中，在氮化物表面的顶部形成磁存储器件(例如 MRAM阵列、MRAM叠层、MTJs等，决定于所需的应用)以及导 电(例如Cu等)引线。MRAM器件阵列优选地是完整的，从而在转 移之后不需要进一步的处理(或最小化的处理)。即，优选地，在兰 宝石村底上完整地制作和处理MRAM器件。在转移工艺期间，顶部铜引线(以及任何附加的绝缘顶层)以非 常靠近的方式被面朝下地安装到低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在低温衬底上形成磁存储器件的方法，包括：　　　　在涂敷有经受导致预定高压的快速加热的可分解的材料层的透明衬底上形成存储器件；以及　　　　将存储器件转移到低温衬底。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-6-12 10/459,5171. 一种在低温衬底上形成磁存储器件的方法，包括在涂敷有经受导致预定高压的快速加热的可分解的材料层的透明衬底上形成存储器件；以及将存储器件转移到低温衬底。2. 根据权利要求1的方法，其中所述低温衬底包括塑料衬底。3. 根据权利要求1的方法，其中所述低温衬底包括聚合物衬底。4. 根据权利要求1的方法，其中所述透明衬底包括兰宝石衬底。5. 根据权利要求1的方法，其中所述透明衬底包括石英衬底。6. 根据权利要求1的方法，还包括使用激光剥离工艺以转移所述磁存储器件， 其中所述激光剥离工艺使所述可分解材料层经受所述预定高压。7. 根据权利要求6的方法，其中所述衬底对于激光是透明的，并 且所述激光被所述可分解材料层吸收，从而分解可分解材料层。8. 根据权利要求1的方法，其中所述可分解材料层包括氮化物材料。9. 根据权利要求8的方法，其中所述氮化物材料包括氮化镓。10. 根据权利要求8的方法，其中所述氮化物材料包括氮化铝。11.根据权利要求8的方法，其中所述氮化物材料包括氮化铟。12. 根据权利要求8的方法，其中所述氮化物材料生长在透明衬 底上，所述方法还包括采用从透明衬底背侧入射的激光探针，通过金属化氮化物材料和 透明衬底之间的界面，将所述氮化物材料从透明衬底上剥离。13. 根据权利要求1的方法，其中在低于低温衬底开始降解的温 度的温度下，在所述透明衬底上形成可分解材料层。14.根据权利要求1的方法，还包括 在可分解材料层的表面上形成磁存储器件以及导电引线。15.根据权利要求1的方法，还包括在转移期间，将安装在所述磁存储器件上的顶部导电引线安装到低温衬底上。16. 根据权利要求1的方法，还包括借助于环氧树脂，将面朝下安装的顶部导电引线结合到低温衬底上。17. 根据权利要求8的方法，还包括对所述透明衬底施加基本上与氮化物材料的带隙相同或之上的 脉冲激光照射，从而导致界面氮化物的金属化。18. 根据权利要求17的方法，还包括基于所述金属化，从透明衬底上分离氮化物材料/磁存储器件结 构；以及将氮化物/磁存储器件粘接到低温衬底上。19. 根据权利要求1的方法，还包括 对所述透明衬底施加激光，其中激光被吸收在可分解材料层中，以加热所述可分解材料层并 随后分解所述可分解材料层。20. 根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：古普塔阿鲁纳瓦，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]