产品介绍

  磁随机存储器（MRAM）因具有非易失性、低功耗以及高拜访加载速度等特色，在未来新式存储范畴有着非常大的使用远景。尤其是根据自旋轨迹矩（SOT）技能的MRAM存储器具有超高速、高耐久性的优势，更适合使用于高速缓存。但是在SOT-MRAM集成中存在几个要害的技能瓶颈，限制了其走向使用。地道结的刻蚀工艺是其间一个要害的技能应战和难点。在SOT地道结（SOT-MTJ）刻蚀过程中，金属副产物的反溅使得MTJ的MgO隧穿势垒层（厚度~1 nm）短路，然后形成较低的器材良率。因而，台湾工研院、台积电、IMEC、Intel等全世界首要半导体研制组织和企业，都在SOT-MRAM刻蚀工艺上展开了很多作业，供给了杰出的处理思路。但是，SOT-MRAM的刻蚀工艺依然是业界面对的一项重要技能应战。

  为了更好地处理SOT-MRAM的刻蚀技能难题以完成SOT-MTJ的高密度片上集成，一起研讨不同的刻蚀工艺对器材磁电特性的影响，中国科学院微电子研讨所集成电路先导工艺研制中心罗军研讨员课题组开发了一种根据笔直磁各向异性SOT-MTJ的刻蚀“停MgO”工艺（SOMP-MTJ），该工艺有效地处理了SOT-MRAM制作中的刻蚀短路问题。传统的SOT-MTJ刻蚀办法（NSOMP-MTJ）使刻蚀中止在底电极上（图1a,b），在刻蚀过程中MgO层极易附着金属，形成器材短路。课题组开发了刻蚀“停MgO”工艺，该工艺使MTJ刻蚀结尾精确地中止在~1 nm厚的MgO层上（图1c,d）。因为隧穿层MgO的侧壁从未露出，然后避免了MgO层的短路。使用“停MgO”刻蚀工艺制备的SOT-MTJ器材阵列，晶圆的电阻良率可提升至100%，一起还提高了器材的TMR、电阻、矫顽力等要害参数的均匀性（图2a,b）。别的，“停MgO”器材还具有更高的耐热性、更低的翻转电流密度以及高达1 ns的翻转速度（图2c,d）。该研讨成果为高速、低功耗、高集成度SOT-MRAM的刻蚀技能问题供给了要害处理方案。

  图1、（a）“停底电极”器材TEM图，（b）“停底电极”器材EDS图（c）“停MgO”器材TEM图，（d）“停MgO”器材EDS图

  图2、“停底电极”器材（NSOMP-MTJ）和“停MgO”器材（SOMP）磁电特性比照成果。（a）TMR、Rp，（b）偏置场Hoff、矫顽场Hc，（c）耐热性因子，（d）翻转电流密度的功能比照