本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、自旋軌道矩磁存儲(chǔ)器（spin-orbit?torque?magnetic?random?access?memory，簡(jiǎn)稱sot-mram），具有低功耗、高密度、非易失性、高讀寫速率和長(zhǎng)使用壽命等特性受到業(yè)界格外的關(guān)注。

2、相關(guān)技術(shù)中，sot-mram包括堆疊設(shè)置的磁隧道結(jié)（magnetic?tunnel?junction，mtj）和重金屬層，磁隧道結(jié)為sot-mram的基本存儲(chǔ)單元，矯頑力（hc）是影響磁隧道結(jié)的抗磁性能的主要參數(shù)之一，會(huì)影響sot-mram數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的穩(wěn)定性，因此，提高sot-mram中磁隧道結(jié)的矯頑力，是提高sot-mram數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的穩(wěn)定性的主要手段之一。

3、然而，相關(guān)技術(shù)中，通過改變金屬層材料內(nèi)部的晶相來提高磁隧道結(jié)的矯頑力，會(huì)導(dǎo)致sot-mram的自旋轉(zhuǎn)換效率很低從而引起功耗呈倍數(shù)增加；在自由層下加入irmn/ptmn插層、人工反鐵磁耦合自由層、提高橢圓器件長(zhǎng)短軸比等通過應(yīng)力改變器件形狀各向異性的方法也能夠提高矯頑力，但也會(huì)對(duì)器件關(guān)鍵性能造成損害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體器件及其制備方法，用于提高磁隧道結(jié)的矯頑力，同時(shí)，降低半導(dǎo)體器件的功耗。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)實(shí)施例提供如下技術(shù)方案：

3、本申請(qǐng)實(shí)施例第一方面提供一種半導(dǎo)體器件，至少包括：襯底，以及在所述襯底上依次疊置的第一重金屬層、第二重金屬層和磁隧道結(jié)；

4、其中，所述第一重金屬層和所述第二重金屬層的材料相同且晶相不同，所述第一重金屬層與所述第二重金屬層通過鍵合工藝鍵合；

5、所述磁隧道結(jié)中的自由層與所述第二重金屬層相鄰設(shè)置，經(jīng)退火工藝處理后，所述自由層與所述第二重金屬層晶格失配，以使所述自由層產(chǎn)生晶格應(yīng)力。

6、在一些可選的實(shí)施方式中，所述第一重金屬層的自旋轉(zhuǎn)換效率大于所述第二重金屬層的自旋轉(zhuǎn)換效率；所述第一重金屬層的電阻率大于所述第二重金屬層的電阻率。

7、在一些可選的實(shí)施方式中，在所述退火工藝下，所述第一重金屬層的晶相穩(wěn)定性小于所述第二重金屬層的晶相穩(wěn)定性；

8、和/或，所述第一重金屬層的厚度大于所述第二重金屬層的厚度。

9、在一些可選的實(shí)施方式中，鍵合處理后的所述第二重金屬層與所述第一重金屬層之間部分結(jié)合或全部結(jié)合。

10、本申請(qǐng)實(shí)施例第二方面提供一種半導(dǎo)體器件的制備方法，包括：

11、在第一襯底上形成第一重金屬層；

12、在第二襯底上形成疊置的磁隧道結(jié)和第二重金屬層；

13、其中，所述第一重金屬層和所述第二重金屬層的材料相同且晶相不同；

14、所述磁隧道結(jié)中的自由層與所述第二重金屬層相鄰設(shè)置，經(jīng)退火處理后，所述自由層與所述第二重金屬層晶格失配，以使所述自由層產(chǎn)生晶格應(yīng)力；

15、將所述第一重金屬層和所述第二重金屬層進(jìn)行鍵合處理，以使所述第一重金屬層與所述第二重金屬層之間部分結(jié)合或全部結(jié)合；

16、去除所述第二襯底。

17、在一些可選的實(shí)施方式中，在所述第二襯底上形成所述磁隧道結(jié)之后，包括：

18、在所述磁隧道結(jié)上沉積重金屬材料，以形成初始第二重金屬層；

19、對(duì)所述磁隧道結(jié)和所述初始第二重金屬層進(jìn)行退火處理；

20、對(duì)所述初始第二重金屬層進(jìn)行減薄處理，以形成第二重金屬層；

21、其中，所述初始第二重金屬層的厚度大于所述第一重金屬層的厚度；

22、減薄處理后，所述第二重金屬層的厚度小于或等于所述第一重金屬層的厚度的一半。

23、在一些可選的實(shí)施方式中，在所述第二襯底上形成所述磁隧道結(jié)之后，包括：

24、在所述磁隧道結(jié)上沉積重金屬材料，以形成初始第一重金屬層；其中，所述初始第一重金屬層與所述第二重金屬層的材料相同且晶相不同；

25、對(duì)所述磁隧道結(jié)和所述初始第一重金屬層進(jìn)行退火處理，所述初始第一重金屬層相變?yōu)樗龅诙亟饘賹印?/p>

26、在一些可選的實(shí)施方式中，采用鍵合工藝，將所述第一重金屬層和所述第二重金屬層進(jìn)行鍵合，之后，還包括：

27、對(duì)所述磁隧道結(jié)、所述第二重金屬層和所述第一重金屬層進(jìn)行刻蝕；

28、在刻蝕后的所述磁隧道結(jié)、所述第二重金屬層和所述第一重金屬層的側(cè)壁上形成保護(hù)層；

29、在所述保護(hù)層中形成互連結(jié)構(gòu)，以使所述第一襯底與外部電連接。

30、在一些可選的實(shí)施方式中，將所述第一重金屬層和所述第二重金屬層進(jìn)行鍵合之前，還包括：

31、以所述第二襯底作為刻蝕停止層，刻蝕所述磁隧道結(jié)和所述第二重金屬層；

32、在保留的所述磁隧道結(jié)和所述第二重金屬層的側(cè)壁上形成第一保護(hù)層；

33、在所述第一保護(hù)層中形成第一互連結(jié)構(gòu)，以使所述第二襯底與外部電連接；

34、刻蝕所述第一襯底上的所述第一重金屬層；

35、在保留的所述第一重金屬層的側(cè)壁上形成第二保護(hù)層；

36、在所述第二保護(hù)層中形成第二互連結(jié)構(gòu)，以使所述第一襯底與外部電連接。

37、在一些可選的實(shí)施方式中，采用鍵合工藝，將所述第一重金屬層和所述第二重金屬層進(jìn)行鍵合，且所述第一互連結(jié)構(gòu)與所述第二互連結(jié)構(gòu)電連接。

38、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件中，通過在襯底和磁隧道結(jié)之間依次疊置第一重金屬層和第二重金屬層，第一重金屬層和第二重金屬層的材料相同且晶相不同，且第一重金屬層和第二重金屬層之間通過鍵合工藝鍵合，磁隧道結(jié)中的自由層與第二重金屬層相鄰設(shè)置，經(jīng)退火工藝處理后，自由層與第二重金屬層之間晶格失配，可以使自由層產(chǎn)生晶格應(yīng)力，以誘導(dǎo)產(chǎn)生大的矯頑力，提高器件內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的穩(wěn)定性，第一重金屬層和第二重金屬層分別制得且晶相不同，避免了高溫退火導(dǎo)致的第一重金屬層晶相的改變，使得半導(dǎo)體器件能夠兼具高溫退火和大的自旋轉(zhuǎn)換效率，從而可以降低半導(dǎo)體器件的功耗。

39、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件的制備方法，具有與上述實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件相同的有益效果，在此不再贅述。

40、除了上面所描述的本申請(qǐng)實(shí)施例解決的技術(shù)問題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征以及由這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的有益效果外，本申請(qǐng)實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件及其制備方法所能解決的其他技術(shù)問題、技術(shù)方案中包含的其他技術(shù)特征以及這些技術(shù)特征帶來的有益效果，將在具體實(shí)施方式中作出進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

技術(shù)特征：

1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，至少包括：襯底，以及在所述襯底上依次疊置的第一重金屬層、第二重金屬層和磁隧道結(jié)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一重金屬層的自旋轉(zhuǎn)換效率大于所述第二重金屬層的自旋轉(zhuǎn)換效率；所述第一重金屬層的電阻率大于所述第二重金屬層的電阻率。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，在所述退火工藝下，所述第一重金屬層的晶相穩(wěn)定性小于所述第二重金屬層的晶相穩(wěn)定性；

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，鍵合處理后的所述第二重金屬層與所述第一重金屬層之間部分結(jié)合或全部結(jié)合。

5.一種半導(dǎo)體器件的制備方法，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制備方法，其特征在于，在所述第二襯底上形成所述磁隧道結(jié)之后，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制備方法，其特征在于，在所述第二襯底上形成所述磁隧道結(jié)之后，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制備方法，其特征在于，采用鍵合工藝，將所述第一重金屬層和所述第二重金屬層進(jìn)行鍵合，之后，還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制備方法，其特征在于，將所述第一重金屬層和所述第二重金屬層進(jìn)行鍵合之前，還包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件的制備方法，其特征在于，采用鍵合工藝，將所述第一重金屬層和所述第二重金屬層進(jìn)行鍵合，且所述第一互連結(jié)構(gòu)與所述第二互連結(jié)構(gòu)電連接。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N半導(dǎo)體器件及其制備方法，涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，用于解決提高磁隧道結(jié)的矯頑力，會(huì)導(dǎo)致SOT?MRAM的功耗呈倍數(shù)增加的技術(shù)問題，該半導(dǎo)體器件至少包括襯底，以及在襯底上依次疊置的第一重金屬層、第二重金屬層和磁隧道結(jié)；其中，第一重金屬層和第二重金屬層的材料相同且晶相不同，第一重金屬層與第二重金屬層通過鍵合工藝鍵合；磁隧道結(jié)中的自由層與第二重金屬層相鄰設(shè)置，經(jīng)退火工藝處理后，自由層與第二重金屬層晶格失配，以使自由層產(chǎn)生晶格應(yīng)力。本申請(qǐng)用于提高磁隧道結(jié)的矯頑力，同時(shí)，降低半導(dǎo)體器件的功耗。

技術(shù)研發(fā)人員：孫慧巖,秦穎超,楊永興,盧世陽,劉宏喜,王戈飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島海存微電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19