[发明专利]一种非挥发性只读存储器及其制备方法

说明书

本发明专利公开了一种非挥发性只读存储器及其制备方法。本发明利用磁性金属薄膜不同各向异性的调控，存储的信息通过磁性金属薄膜的不同磁性各向异性进行存储，该种存储器类似于掩膜式只读存储器，存储的信息在制备过程中就已经确定。本发明中所用到的制备方法完全为常用半导体加工工艺，因此该种磁性存储器件能够与目前的半导体加工工艺相相兼容，具备可集成的特点，并且该种制备方案只受制于光刻尺寸的限制，在尺寸缩小上具有很大潜力。

技术领域

本发明属于存储器件技术领域，具体涉及一种基于具有不同各向异性的金属薄膜的非挥发性只读存储器。

背景技术

存储器件及以其为基本单元而构成的存储阵列是目前信息技术领域中最为广泛使用的一种器件与结构，其主要功能为存放数据或者操作程序等信息，尤其是计算机系统中必不可缺少的一部分。存储器件的主要指标在于存储容量或存储空间的大小、读取与写入的速度快慢、制造成本等方面，如何制备一种存储空间大、读写速度快、制造成本低的存储器件一直是集成电路领域中的关键问题。

存储器件的类别有很多，通常上来说，可以分为挥发性器件与非挥发性器件两大类。顾名思义，挥发性器件指的是其中存储的信息在系统断电之后不能得到保持，非挥发性器件指的是其中存储的信息在掉电之后可以保持。挥发性器件又可分为两种，一种为动态随机存取器件(DRAM)，另一种是静态随机存储器件(SRAM)，其区别在于，DRAM中所储存的信息需要经常刷新以进行保持，而SRAM则不用进行刷新操作，当然，这两种器件都是挥发性器件，在系统断电之后他们之中保存的信息都会丢失。不过，虽然DRAM与SRAM的信息无法断电保持，但是通常这两种器件的速度都较快，因此非常适合作为计算机的内存与缓存区来使用。非挥发性器件目前发展快速，种类也愈发繁多，从应用的角度考虑可以分为只读存储器件(ROM)与快速闪存器件(Flash)。ROM又可以分为掩模式ROM，既其存储的数据在制备过程中就确定了，后续只能对数据进行读取而不能进行任何更改；一次性可编程ROM(PROM)，既可以进行一次程序编写，但这个过程一般是不可逆的；可擦除可编程ROM(EPROM)，既可以进行程序编写并进行程序改写，但是程序的擦除过程比较复杂，一般需要通过紫外线照射，并且是整片擦除。Flash是一种特殊的电可擦除可编程ROM(E²PROM)，可以通过电信号进行程序的编写与擦除，是目前应用最为广泛的存储器件，U盘、SD卡、闪存等都是基于Flash制备的。目前还有许多新型的存储器件在不断地被提出来，但在实际应用上远比不上上述几种器件普遍，在此就不一一赘述了。

在半导体之外，科学家们也很早就注意到磁性材料也可以被用来作为存储信息的媒介，例如不同的磁场方向或不同的磁场大小都可以被用来代替信号“0”和“1”。再加上巨磁电阻现象(GMR)的发现，以磁性材料为存储媒介的机械硬盘得到了充分的发展，直到今天，其都是存储器件大家族当中举足轻重的部分。但与基于半导体晶体管制备的存储器件不同的是，由于硬盘加工工艺与半导体制备工艺的不可兼容性，硬盘只能作为集成电路系统的外围存储设备来使用。

发明内容

本发明提出一种基于具有不同各向异性的金属薄膜的非挥发性只读存储器，制备工艺与目前的半导体加工工艺完全兼容，具备可集成的前景。

本发明提供的技术方案如下：

一种非挥发性只读存储器，由磁性金属薄膜和可控氧化的金属薄膜构成，其中磁性金属薄膜的厚度应在1nm～2nm之间，金属薄膜厚度在2nm～3nm之间，初始状态下，超薄的磁性金属薄膜具有面内磁性各向异性，然后通过控制上层金属的氧化，使某些区域的磁性金属薄膜被诱导变为具有垂直各向异性，这样一来，可以制备出具有不同磁性各向异性的器件，以实现“0”与“1”信息的存储。

本发明提出的基于具有不同各向异性的金属薄膜的非挥发性只读存储器，可通过如下主要步骤实现：

1)选择合适的衬底，在其表面淀积一层缓冲层。最终效果如图1所示。