[发明专利]基于二维CMOS的三维MRAM存储结构及其制作方法

权利要求书

1.一种基于二维CMOS的三维MRAM存储结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括步骤：

1)提供一CMOS电路基底，于所述CMOS电路基底上形成磁性隧穿结器件，所述磁性隧穿结器件的第一端与所述CMOS电路基底的MOS管的漏极相连；

2)制备源线金属层、字线金属层以及位线金属层，所述源线金属层、字线金属层以及位线金属层之间藉由层间介质层隔离，所述源线金属层、字线金属层及位线金属层分别通过通孔与所述MOS管的源极、所述MOS管的栅极以及所述磁性隧穿结器件的第二端相连，以形成第一存储层；

3)于所述第一存储层上制备第一连接电路层，所述第一连接电路层用以提供存储层的读写信号，并提供相邻两存储层之间的信号连接通路；

4)于所述第一连接电路层上形成二维半导体材料层，基于所述二维半导体材料层制作二维CMOS电路层并在所述二维CMOS电路层上制作磁性隧穿结器件，然后重复进行步骤2)以形成第二存储层，接着重复进行步骤3)以在所述第二存储层上形成第二连接电路层；

5)重复进行步骤4)多次以形成基于二维CMOS的三维MRAM存储结构。

2.根据权利要求1所述的基于二维CMOS的三维MRAM存储结构的制作方法，其特征在于：所述CMOS电路基底包括基于SOI衬底的CMOS电路基底以及基于柔性衬底的CMOS电路基底中的一种。

3.根据权利要求2所述的基于二维CMOS的三维MRAM存储结构的制作方法，其特征在于：所述柔性衬底包括聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚对萘二甲酸乙二醇酯中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于二维CMOS的三维MRAM存储结构的制作方法，其特征在于：步骤2)包括：

2-1)形成覆盖所述CMOS电路基底及磁性隧穿结器件的第一介质层，于所述第一介质层中形成第一通孔，所述第一通孔连通所述MOS管的源极，于所述第一介质层上及所述第一通孔中形成第一电极层，并图形化所述第一电极层以形成所述源线金属层；

2-2)形成覆盖所述源线金属层的第二介质层，于所述第二介质层及所述第一介质层中形成第二通孔，所述第二通孔连通所述MOS管的栅极，于所述第二介质层上及所述第二通孔中形成第二电极层，并图形化所述第二电极层以形成所述字线金属层；

2-3)形成覆盖所述字线金属层层的第三介质层，于所述第三介质层、第二介质层及所述第一介质层中形成第三通孔，所述第三通孔连通所述磁性隧穿结器件的第二端，于所述第三介质层上及所述第三通孔中形成第三电极层，并图形化所述第三电极层以形成所述位线金属层。

5.根据权利要求1所述的基于二维CMOS的三维MRAM存储结构的制作方法，其特征在于：步骤4)采用化学气相沉积法或原子层沉积法于所述第一连接电路层上形成二维半导体材料层，所述二维半导体材料层的材质包括MoS₂、WS₂以及黑磷中的一种。

6.根据权利要求1所述的基于二维CMOS的三维MRAM存储结构的制作方法，其特征在于：所述磁性隧穿结器件包括依次层叠的第一金属连接层、第一金属过渡层、固定磁层、隧穿层、自由磁层、第二金属过渡层以及第二金属连接层，所述第一金属连接层与所述CMOS电路的MOS管的漏极连接。

7.根据权利要求6所述的基于二维CMOS的三维MRAM存储结构的制作方法，其特征在于：所述固定磁层的材质包括CoFeB、单质铁磁材料及合金铁磁材料中的一种，所述自由磁层的材质包括CoFeB、单质铁磁材料及合金铁磁材料中的一种。

8.根据权利要求6所述的基于二维CMOS的三维MRAM存储结构的制作方法，其特征在于：所述隧穿层为单晶结构的二维绝缘材料层，所述二维绝缘材料层包括二维氮化硼、氟化石墨烯及氧化石墨烯中的一种。