专利名称：基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器及其制备方法
技术领域：
本发明属于电子产品及其制造技术领域，涉及一种高热稳定性、结构简单、超高密度、基于霍尔效应(Hall effect)的磁随机存储器存储器件或介 质(MRAM-magnetoresistance random access memory)的结构形式以及低成 本制备方法和工艺材料要素。
背景技术：
磁随机存储器MRAM具有非常优异的特性:非易失性、高的集成度、高速 读取写入能力、重复可读写次数近乎无穷大、低功耗和抗辐照能力。它既可 以做计算机的内存储器，也可以做外存储器。作为内存储器，它与市场上通用 的DRAM相比的优点是非易失性、抗辐照和存取速度快。作为外存储器，它比 目前常规的闪存器(g卩Flash存储器)存取速度快1000倍、功耗小和寿命长。 与硬磁盘竞争优势在于它无运动部件，与Flash存储器使用一样方便。目前的 磁随机存储器主要是基于巨磁阻效应(GMR-giant magnetoresistance)和磁 隧道结效应(MTJ-magnetic tunnel junctions)构建的。由于采用磁隧道结 效应制作磁随机存储器MRAM比巨磁阻效应有更大的优势，目前已有的发明或 公开的研究集中在基于磁隧道结效应的磁随机存储器MRAM上，其存储元件是 由两个铁磁性层加上它们中间的绝缘隔离层构成，由两个铁磁性层的不同磁 化方向(平行或反平行)所决定的磁隧道结的不同电阻值来存储二进制信息。 磁隧道结的铁磁性层由很多层薄膜组合而成，同时中间绝缘层的非常薄，厚 度要精确控制，同时，由于电阻值的差异引起的测量电压的极性时相同的， 大的输出信号更要求对应磁隧道结不同磁化状态时有较大的电阻差值。发明内容本发明以提高磁随机存储器的存储密度，简化存储器结构，降低加工成 本为目的，提供一种基于霍尔效应的磁随机存储器存储单元结构及组合制备 方法。为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案 一种基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器，包括一基底，其特征在于， 在基底上方依次设有电绝缘层、霍尔器件层、电绝缘层、位导线层、电绝缘 层、字导线层、电绝缘层；所述的霍尔器件层上的霍尔器件为有磁滞效应的 记忆型器件。所述的基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器，其特征在于，还有一层 图形化磁性介质，该图形化磁性介质位于霍尔器件层与电绝缘层之间，所述 的图形化磁性介质是具有垂直易磁化轴的单磁畴圆柱形岛状结构，所述的霍 尔器件层上的霍尔器件为无磁滞效应的传感器型器件，由方形霍尔器件中心 活性区外加四个电极构成。上述两种结构的基于霍尔效应的磁随机存储器，其制备方法分别是 基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器的制备方法，其特征在于，按以 下步骤进行-.(l)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到已 覆盖绝缘层的基底表面上，并在绝缘层表面上均匀分布； ，(2) 采用表面上包含纳米级霍尔器件三维结构的透明模具，当模具同基底第一次对准后，在涂敷光刻胶的基底上压印，并用紫外光照射固化，形成反形的纳米级霍尔器件三维结构；(3) 采用物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形纳米级霍尔器件 三维结构的表面上淀积一层霍尔器件材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的霍尔器件材料一并去除，从而在基底表面形成霍尔器件层；(4) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在包含霍尔器件层的基 底上淀积电绝缘层； -(5) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法，将液态的光刻胶材料涂敷到 已淀积的绝缘层表面上，(6) 采用表面上包含纳米级位导线环形结构的透明模具，当模具同基底的第三次对准后，在涂敷光刻胶的绝缘层上压印，并用紫外光固化，形成反形的纳米级位导线环形结构；(7) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形纳米级位 导线环形结构的表面上淀积一层导线材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的导线材料一并去除，从而在绝缘层上面形成位导线层；(8) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在包含位导线层的基底 上淀积电绝缘层；(9) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法，将液态的光刻胶材料涂敷到 已淀积的绝缘层表面上，(10) 采用表面上包含纳米级字导线环形结构的透明模具，在实现模具同 基底的第四次对准后，在涂敷光刻胶的绝缘层上压印，并用紫外光固化，形 成反形的纳米级字导线环形结构；(11) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在己包含反形纳米级位导线环形结构的表面上淀积一层导线材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的导线材料一并去除，从而在绝缘层上面形成字导线层。基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器的制备方法，其特征在于，按以 下步骤进行(1) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到己 覆盖绝缘层的基底表面上，并在绝缘层表面上均匀分布；(2) 采用表面上包含纳米级霍尔器件三维结构的透明模具，当模具同基 底第一次对准后，在涂敷光刻胶的基底上压印，并用紫外光照射固化，形成
反形的纳米级霍尔器件三维结构； '(3) 釆用物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形纳米级霍尔器件 三维结构的表面上淀积一层霍尔器件材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的霍尔器件材料一并去除，从而在基底表面形成霍尔器件层；(4) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到带 有霍尔器件层的基底表面上；(5) 采用表面上包含纳米级图形化磁性介质三维结构的透明模具，当模 具同基底的第二次对准后，在涂敷光刻胶的基底上压印，并用紫外光固化， 形成反形的纳米级图形化介质三维结构；(6) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形纳米级图 形化磁性介质三维结构的表面淀积一层图形化磁性介质材料，然后采用剥离 法将光刻胶连同其上的图形化磁性介质材料一并去除，从而在霍尔器件层上 面形成图形化磁性介质层；(7) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在包含霍尔器件层和图 形化磁性介质层的基底上淀积电绝缘层；(8) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法，将液态的光刻胶材料涂敷到 已淀积的绝缘层表面上，(9) 釆用表面上包含纳米级位导线环形结构的透明模具，当模具同基底 的第三次对准后，在涂敷光刻胶的绝缘层上压印，并用紫外光固化，形成反 形的纳米级位导线环形结构；(10) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形纳米级位导线环形结构的表面上淀积一层导线材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的导线材料一并去除，从而在绝缘层上面形成位导线层；(11) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在包含位导线层的基底上淀积电绝缘层；(12) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法，将液态的光刻胶材料涂敷到 己淀积的绝缘层表面上，(13) 采用表面上包含纳米级字导线环形结构的透明模具，在实现模具同基底的第四次对准后，在涂敷光刻胶的绝缘层上压印，并用紫外光固化，形 成反形的纳米级字导线环形结构；(14) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在己包含反形纳米级位 导线环形结构的表面上淀积一层导线材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的导线材料一并去除，从而在绝缘层上面形成字导线层。本发明的基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器及其制备方法，带来的 有益技术效果如下所述作为目前研究热点的基于磁隧道结效应的磁随机存储器，其存储机制基 于存储元一多层磁性膜状态改变的精确控制，而目前由于磁性多层膜加工工 艺的限制，不同的存储元，薄膜的大小、形貌都不完全相同，而大小、形貌 上的微小差异会导致反转场的很大差异，因此就很难精确控制存储元状态的 改变,存储单元越小，这个问题就越突出(而要达到很高的存储密度，存储元尺寸必然越来越小)；另外，存储元中的多磁畴现象也会导致不同存储元反 转磁场的大小不同。本发明的基于霍尔效应的磁随机存储器，其存储元为图 形化磁性介质(或霍尔活性区)，通过环形导线给图形化磁性介质(或S尔器 件中心活性区)励磁写入信息，由霍尔活性区检测图形化磁性介质的磁化状 态域由霍尔器件中心活性区自身的磁化状态)读出信息，结构简单，器件尺 度可小至纳米级，可以达到很高的存储密度。经过试验研究，使用合适的模具，紫外固化纳米压印过程能够对结构较 简单，特征尺寸小至100nm、结构深宽比大于2、面积150cmX150cm以下的 纳米结构阵列进行一次转印，转印时间小于lmin，转印温度为室温，转印 过程的压力小于200N。本发明中的存储器结构完全可以依上述方法实现，
采用具有上述三器件纳米结构的三个模版，如硅橡胶PDMS，利用紫外固化 纳米压印技术，分三次在基底上依次复制出三种器件的纳米结构。
附图l为基于磁隧道结效应的磁随机存储器结构分层示意图。其中图la为九层结构示意图，图lb为八层结构示意图；图中的标号分别表示l为基底(如市售的铝基合金，AlMg)膜，2为电绝缘层(如市售的二氧化硅，氮化硅，氧化铝，Si02， Si304， Al203)， 3为霍尔器件层(如市售的铁铂合金或镍颗粒嵌入二氧化硅基体，Fe42Pt58或M-Si02) ， 4为图形化磁性介质层(如市售的 镍或钴，Ni， Co)， 5为电绝缘层(如市售的二氧化硅，氮化硅，氧化铝，Si02, Si304， Al203)， 6为位导线层(如市售的铝或银，Al， Ag)， 7为电绝缘层(如市售的二氧化硅，氮化硅，氧化铝，Si02, Si304, Al203)， 8为字导线层(如市售的铝或银，Al， Ag)， 9为电绝缘层(如市售的二氧化硅，氮化硅，氧化铝，Si02, Si304, Al203)。图2a为霍尔器件的几何特征示意图，霍尔器件为正交的霍尔十字(Hall cross),线条的交叉区域为霍尔器件中心活性区，线条宽度为W〈100nm，线 条长度为L〈200nm，霍尔器件厚度为D〈50nm(或D〈200腿，八层结构)，a、 b、 c、 d为四个连接电极；图2b为图形化磁性介质的几何特征示意图，图形化 磁性介质为圆柱体，直径R〈W，长度为S，长径比S/R不小于2;图2c为位 /字导线的几何特征示意图，导线为环形，外半径T不小于0.5R，内半径为 t，内外半径差值(T-t)〈30nm，高度H小于200nm。图2d、图2e、图2f、图2g分别为霍尔器件压印模版、图形化磁性介 质压印模版、位导线压印模版、字导线压印模版的示意图，图中的标号IO、 12、 14、 16分别为霍尔器件、图形化磁性介质、位导线、字导线的硅橡胶 (PDMS)模具，图中的标号ll、 13、 15、 17为模具的透明支撑性背衬(例如石 英玻璃)。 图2h为磁随机存储器存储单元工作原理简示图(九层结构)。图中，位/ 字导线中流过的电流分别为I位和I :，其感应出的相应磁场的磁感应强度 的垂直分量分别为B位和B :;在B位和B '叠加作用下，图形化磁性介质被 磁化后的剩磁的垂直分量为Br; I人和I ih分别为流入和流出霍尔器件电流 电极的电流，V+和V-为霍尔器件电压电极感应出的电势。图3为基于霍尔效应的磁随机存储器存储单元的组合制作工艺。图中， l为基底，2、 5、 7、 9为电绝缘层，3为霍尔器件层，4为图形化磁性介质 层，6为位导线层，8为字导线层，9为电绝缘层，10、 12、 14、 16分别为 霍尔器件、图形化磁性介质、位导线、字导线的硅橡胶(PDMS)模具，11、 13、 15、 17为石英玻璃，A、 B、 C、 D为光刻胶。图3a为基底上淀积电绝缘层制 作工艺，图3b为电绝缘层上涂敷光刻胶，图3c为使用霍尔器件压印模版在 光刻胶上制作反形层，图3d为利用剥离法制作霍尔器件层，图3e为涂敷光 刻胶工艺，图3f为使用图形化磁性介质压印模版在光刻胶上制作反形层， 图3g为利用剥离法制作图形化介质层，图3h为淀积电绝缘层工艺，图3i 为电绝缘层上涂敷光刻胶，图3j为使用位导线层压印模版在光刻胶上制作 反形层，图3k为利用剥离法制作位导线层，图31为淀积电绝缘层工艺，图 3m为电绝缘层上涂敷光刻胶，图3n为使用字导线层压印模版在光刻胶上制 作反形层，图3o为利用剥离法制作字导线层，图3p为整个表面淀积电绝缘 层工艺。以下结合附图和工作原理以及发明人给出的实施例对本发明作进一步 的详细描述。
具体实施方式
本发明的基于磁隧道结效应的磁随机存储器单元结构有两种第一种为九层结构，包括基底1，在基底1上方依次为电绝缘层2、霍 尔器件层3、图形化磁性介质层4、电绝缘层5、位导线层6、电绝缘层7、
字导线层8、电绝缘层9(参见图1)。其中的主要功能层霍尔器件层3、图形化磁性介质层4、位导线层6和字导线层8，这四种器件的尺度都为纳米级 别。其中霍尔器件层3时的霍尔器件为传感器型。如果采用有磁滞效应的记忆型霍尔器件，则可以去掉九层结构中的图形 化磁性介质，其余同九层结构。即为第二种存储单元结构(八层结构)，由环形位/字导线直接对霍尔器件中心活性区励磁，完成信息写入；读出信息直接由霍尔器件的中心活性区的剩磁状态决定，其余工作过程与第一种存储单 元相同。本发明涉及的主要的功能件--环形位导线、字导线、图形化磁性介质和 霍尔器件均为纳米级尺度，如采用集成电路制造工艺中常用的光刻和刻蚀成 本较高，因此，本发明亦针对所提出的超高密度磁随机存储器存储单元结构 公布相关的制造工艺。上述的三种功能器件的几何特征为九层结构中的霍尔器件为正交的霍尔十字(Hall cross),线条的交叉区域为霍尔器件中心活性区，线条宽度(以 W表示)<100nm，线条长度(以L表示)<200nm，霍尔器件厚度(以D表示) <50mri， a、 b、 c、 d为四个连接电极(参见图2a);图形化磁性介质为圆柱体， 直径R〈W，长度为S，长径比S/R不小于2(参见图2b〉；位导线、字导线为 环形，外半径T不小于0.5R，内半径为t，内外径差值(T-t)〈30nm,高度H 小于200腦(参见图2c)。在八层结构中，霍尔器件的厚度较大，D〈200mn， 没有图形化磁性介质，其余与九层结构的相同。上述基于霍尔效应的磁随机存储器，其制造方法包括下列步骤(参见图3):(1) 采用通用的物理汽相淀积(PVD)设备及工艺，将电绝缘层2 (如市售的二氧化硅,氮化硅，氧化铝)淀积到基底l(如巿售的铝基合金，AlMg)上；(2) 采用通用的胶薄膜制备方法(离心铺胶、喷胶或丝网印刷)将液态的
光刻胶材料A涂敷到绝缘层2表面上，并使之在绝缘层2表面上均匀分布；(3) 采用表面上包含纳米级霍尔器件三维结构的透明模具，如硅橡胶PDMS(参见图2d),当模具同基底的对准后(第一次对准)，在涂敷光刻胶的 绝缘层2上压印，并用紫外光照射固化，形成反形的纳米级霍尔器件三维结(4) 采用通用的物理汽相淀积(PVD)设备及工艺，在己包含反形纳米级霍 尔器件三维结构的表面上淀积一层霍尔器件材料(如市售的镍颗粒嵌入二氧 化硅基体)，然后采用剥离法将光刻胶连同其上的霍尔器件材料一并去除， 从而在基底表面形成霍尔器件层；(5) 采用通用的胶薄膜制备方法(离心铺胶、喷胶或丝网印刷)将液态的 光刻胶材料B涂敷到带有霍尔器件层的基底表面上；(6) 采用表面上包含纳米级图形化磁性介质三维结构的透明模具(参见 图2e)，当模具同基底的对准后(第二次对准)，在涂敷光刻胶的基底上压 印，并用紫外光固化，形成反形的纳米级图形化磁性介质三维结构；(7) 采用通用的物理汽相淀积(PVD)设备及工艺，在已包含反形纳米级图 形化磁性介质三维结构的表面淀积一层图形化磁性介质材料4 (如市售的 镍，钴)，然后采用剥离法将光刻胶连同其上的图形化磁性介质材料一片去 除，从而在霍尔器件层上面形成图形化磁性介质层；(8) 采用通用的物理汽相淀积(PVD)设备及工艺，在包含两器件层的基底 上淀积电绝缘层5(如市售的二氧化硅,氮化硅，氧化铝)；(9) 采用通用的胶薄膜制备方法(离心铺胶、喷胶或丝网印刷)，将液态 的光刻胶材料C涂敷到已淀积的绝缘层表面上，(10) 采用表面上包含纳米级位导线环形结构的透明模具(参见图2f), 当模具同基底的对准后(第三次对准)，在涂敷光刻胶的绝缘层上压印，并 用紫外光固化，形成反形的纳米级位导线环形结构； (11) 采用通用的物理汽相淀积(PVD)设备及工艺，在已包含反形纳米级位导线环形结构的表面上淀积一层导线材料6(如市售的铝，银)，然后采用 剥离法将光刻胶连同其上的导线材料一并去除，从而在绝缘层上面形成位导线层；(12) 采用通用的物理汽相淀积(PVD)设备及工艺，在位导线层上淀积电绝缘层7(如市售的二氧化硅，氮化硅，氧化铝)；(13) 采用通用的胶薄膜制备方法(离心铺胶、喷胶或丝网印刷)，将液态 的光刻胶材料D涂敷到已淀积的绝缘层表面上，(14) 采用表面上包含纳米级字导线环形结构的透明模具(参见图2f)， 当模具同基底的对准后(第四次对准)，在涂敷光刻胶的绝缘层上压印，并 用紫外光固化，形成反形的纳米级字导线环形结构；(15) 采用通用的物理汽相淀积(PVD)设备及工艺，在己包含反形纳米级 位导线环形结构的表面上淀积一层导线材料8(如市售的铝，银)，然后采用 剥离法将光刻胶连同其上的导线材料一并去除，从而在绝缘层上面形成字导 线层；(16) 采用通用的物理汽相淀积(PVD)设备及工艺，在字导线层上淀积电 绝缘层9(如市售的二氧化硅，氮化硅，氧化铝)；其中步骤(3)、 (4)、 (6)、 (7)、 (10)、 (11)、 (14)、 (15)为本发明的存 储器单元制作的关键步骤。以上所述步骤为第一种存储单元结构，即九层结构的制造步骤。如果去 掉其中的步骤(5)、 (6)、 (7)，同时，步骤(4)中采用不同于九层结构的霍尔 器件材料，如采用铁铂合金FePt作为霍尔器件材料，即为第二种存储器--八层结构的制作步骤。本发明的基于异常霍尔效应(EHE-extraordinary Hall effect)的超高 密度磁随机存储器结构，主要的功能层为位/字环形导线层、图形化磁性介质
层和霍尔器件层。信息写入时，在环形位/字导线中通入电流，由其产生磁 场的垂直分量对图形化磁性介质励磁，断电后，图形化磁性介质的磁化方向 (图形化磁性介质为具有垂直易磁化方向的单磁畴介质，其剩磁只存在两种 磁化方向)将对应于所记录信息的两种状态；信息读出时，在霍尔器件的电 流电极端加入电流，霍尔器件^电压电极端将产生出同图形化磁性介质的剩 磁状态相对应的电势差(剩磁方向变化时，电势差极性也改变方向)，从而读出记录信息(参见图2h)。由于霍尔器件、图形化磁性介质和环形导线的尺度都可为纳米级，因此，这种磁随机存储器可以达到很高的存储密度，同时， 结构也较简单(参见图1)。参见图1。包括基底1上方依次为电绝缘层2、霍尔器件层3、图形 化磁性介质层4、电绝缘层5、位导线层6、电绝缘层7、字导线层8、电绝 缘层9 (参见图1)。其中的主要功能层霍尔器件层3、图形化磁性介质层4、 位/字导线层6、 8，这四种器件的尺度都为纳米级别。基底1的材料可选市售的铝基合金，AlMg;电绝缘层2、 5、 7、 9的材 料可选市售的二氧化硅，氮化硅，氧化铝，Si02， Si304, Al203;霍尔器件层 3的材料市售的铁铂合金或镍颗粒嵌入二氧化硅基体，FePt或Ni-Si02;图 形化磁性介质层4材料市售的镍或钴，Ni， Co;位/字导线层6、 8材料市售 的铝或银，Al， Ag。磁随机存储器存储单元工作原理简示图参见图2h。信息写入时，在环 形位/字导线6、 8中同时分别通入电流I位和I (通过控制位/字线的电流 值，使得只有对应于同时被选中的位/字线下面的图形化磁性介质(或霍尔器 件中心活性区)，其磁化方向才能被改变，而其它对应于仅仅只有一根位线 或字线中通有电流的图形化磁性介质(或霍尔器件中心活性区)，其磁化状态 保持不变，从而实现信息的准确写入)，由位导线和字导线产生磁场的垂直 分量B位和B :同时对图形化磁性介质4(或霍尔器件中心活性区)励磁，改变
图形化磁性介质(或霍尔器件中心活性区)的磁化方向，而断电后，图形化磁 性介质(或霍尔器件中心活性区)的剩磁状态就表示了相应的信息状态(图形化磁性介质/霍尔器件中心活性区为具有垂直易磁化方向的单磁畴介质，其 剩磁只存在两种磁化方向，将对应于所记录信息的两种状态)，从而实现数据信息的写入和存储；信息读出时，在霍尔器件3的电流电极端a、 b加入 电流，在图形化磁性介质(或霍尔器件中心活性区)剩磁的垂直分量为Br的 作用下，霍尔器件的电压电极端c、 d将产生出同图形化磁性介质(或霍尔器 件中心活性区)的剩磁状态相对应的电势V-和V+，电压电极端c、 d电势的 正负极性同图形化磁性介质(或霍尔器件中心活性区)剩磁的垂直分量Br的 方向相对应(Br方向变化时，电极端c、 d的电势差极性也相应方向)，将霍 尔器件的电压电极端的电势放大后同参考的标准电位相比较，就能确定霍尔 器件的电压电极端c、 d的电势，也就能确定图形化磁性介质(或霍尔器件中 心活性区)的剩磁状态，从而读出原先写入的数据信息。对上述磁随机存储器存储单元的制造过程包括以下步骤(1) 电绝缘层的制作。采用通用的物理汽相淀积(PVD)设备及工艺，将电 绝缘材料(如市售的二氧化硅，氮化硅，氧化铝)沉积到上述所要求的材料层 表面，形成电绝缘层；(2) 涂敷光刻胶工艺。采用通用的胶薄膜制备方法(离心铺胶、喷胶或丝 网印刷)，将液态的光刻胶材料涂敷在上述所要求的材料层表面，形成光刻 胶层；(3) 功能器件结构的反形层制作工艺。在室温下，采用具有相应功能器 件结构特征的压印模版，当模具同基底的对准后(在基底和功能器件的压印 模具上都加工有对准标记，以实现霍尔器件、图形化磁性介质、位导线和字 导线四器件中心的精确对准)，压向已涂敷光刻胶的相应基材，然后利用紫 外光使具有反形特征的光刻胶初步固化，再将模版脱离光刻胶，最后再次使
用紫外光照射光刻胶，使反形特征完全固化，完成功能器件结构的反形层制 作；(4)功能器件的制作工艺。釆用通用的物理汽相淀积(PVD)设备及工艺， 在具有相应反形特征的光刻胶上淀积相应的功能器件的材料，然后利用剥离 法将光刻胶连同其上的功能器件材料一并去除，而淀积在光刻胶下面的基材 上的功能器件材料则不受影响，从而形成功能器件层。
权利要求
1.一种基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器，包括一基底，其特征在于，在基底上方依次设有电绝缘层、霍尔器件层、电绝缘层、位导线层、电绝缘层、字导线层、电绝缘层；所述的霍尔器件层上的霍尔器件为有磁滞效应的记忆型器件。
2. 如权利要求1所述的基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器，其特 征在于，还有一层图形化磁性介质，该图形化磁性介质位于霍尔器件层与电 绝缘层之间，所述的图形化磁性介质是具有垂直易磁化轴的单磁畴圆柱形岛 状结构，所述的霍尔器件层上的霍尔器件为无磁滞效应的传感器型器件，由 方形霍尔器件中心活性区外加四个电极构成。
3. 如权利要求2所述的基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器，其特 征在于，所述的图形化磁性介质层的水平截面尺寸不大于霍尔器件中心活性 区的尺寸；霍尔器件、图形化磁性介质层、位导线层和字导线层四个器件的 中心对准。
4. 如权利要求1或2所述的基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器， 其特征在于，所述的位导线层上的位导线，字导线层上的字导线为环形。
5. 权利要求1所述的基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器的制造方 法，其特征，在于，按以下步骤进行(1) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到己 覆盖绝缘层的基底表面上，并在表面上均匀分布；(2) 采用表面上包含纳米级霍尔器件三维结构的透明模具，当模具同基底第一次对准后，在涂敷光刻胶的基底上压印，并用紫外光照射固化，形成 反形的纳米级霍尔器件三维结构；(3) 采用物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形纳米级霍尔器件 三维结构的表面上淀积一层霍尔器件材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的霍尔器件材料一并去除，从而在基底表面形成霍尔器件层；(4) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在包含霍尔器件层的基 底上淀积电绝缘层；(5) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法，将液态的光刻胶材料涂敷到 已淀积的电绝缘层表面上，(6) 采用表面上包含纳米级位导线环形结构的透明模具，当模具同基底 的第三次对准后，在涂敷光刻胶的绝缘层上压印，并用紫外光固化，形成反 形的纳米级位导线环形结构；(7) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形纳米级位 导线环形结构的表面上淀积一层导线材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的导线材料一并去除，从而在绝缘层上面形成位导线层；(8) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在包含位导线层的基底 上淀积电绝缘层；(9) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法，将液态的光刻胶材料涂敷到 已淀积的绝缘层表面上，(10) 采用表面上包含纳米级字导线环形结构的透明模具，在实现模具同 基底的第四次对准后，在涂敷光刻胶的绝缘层上压印，并用紫外光固化，形 成反形的纳米级字导线环形.结构； .(11) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形纳米级位 导线环形结构的表面上淀积一层导线材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的导线材料一并去除，从而在绝缘层上面形成字导线层。
6.权利要求2所述的基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器的制造方 法，其特征在于，按以下步骤进行(l)采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到已 覆盖绝缘层的基底表面上，并在绝缘层表面上均匀分布； (2) 采用表面上包含纳米级霍尔器件三维结构的透明模具，当模具同基 底第一次对准后，在涂敷光刻胶的基底上压印，并用紫外光照射固化，形成 反形的纳米级霍尔器件三维结构；(3) 采用物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形纳米级霍尔器件 三维结构的表面上淀积一层霍尔器件材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的霍尔器件材料一并去除，从而在基底表面形成霍尔器件层；(4) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法将液态的光刻胶材料涂敷到带 有霍尔器件层的基底表面上；(5) 采用表面上包含纳米级图形化磁性介质三维结构的透明模具，当模 具同基底的第二次对准后，在涂敷光刻胶的基底上压印，并用紫外光固化， 形成反形的纳米级图形化介质三维结构；(6) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在己包含反形纳米级图 形化磁性介质三维结构的表面淀积一层图形化磁性介质材料，然后采用剥离 法将光刻胶连同其上的图形化磁性介质材料一并去除，从而在霍尔器件层上 面形成图形化磁性介质层；(7) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在包含霍尔器件层和图 形化磁性介质层的基底上淀积电绝缘层； .(8) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法，将液态的光刻胶材料涂敷到 已淀积的绝缘层表面上，(9) 采用表面上包含纳米级位导线环形结构的透明模具，当模具同基底的第三次对准后，在涂敷光刻胶的绝缘层上压印，并用紫外光固化，形成反 形的纳米级位导线环形结构；(10) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形纳米级位 导线环形结构的表面上淀积一层导线材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的导线材料一并去除，从而在绝缘层上面形成位导线层；(11) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在包含位导线层的基底 上淀积电绝缘层；(12) 采用离心铺胶、喷胶或丝网印刷方法，将液态的光刻胶材料涂敷到 已淀积的绝缘层表面上，(13) 采用表面上包含纳米级字导线环形结构的透明模具,在实现模具同 基底的第四次对准后，在涂敷光刻胶的绝缘层上压印，并用紫外光固化，形 成反形的纳米级字导线环形结构；(14) 采用通用的物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形纳米级位 导线环形结构的表面上淀积一层导线材料，然后采用剥离法将光刻胶连同其 上的导线材料一并去除，从而在绝缘层上面形成字导线层。
7. 如权利要求5或6所述的方法，其特征在于所述的光刻胶为负性胶。
8. 如权利要求5或6所述的方法，其特征在于在基底和压印模具上 都加工有对准标记。
全文摘要
本发明涉及基于霍尔效应的超高密度磁随机存储器及制造方法，磁随机存储器为九层或八层结构形式，主要包括四层功能层霍尔器件层、图形化磁性介质层、环形位导线层和字导线层，上述四个器件的中心精确对准。八层结构在九层结构的基础上，去掉图形化磁性介质层。该磁随机存储器的存储单元尺度为纳米级，可大幅度提高存储密度。对于九层结构的磁随机存储器制作方法采用霍尔器件、图形化磁性介质、环形位导线层和字导线层纳米结构图形的三个透明模版，利用紫外固化纳米压印技术，分四次在负性光刻胶上依次复制出四种器件的图形；在每次淀积器件材料后，用剥离法溶解光刻胶，即得到器件；对于八层结构，只要去掉图形化磁性介质的相应制作步骤即可。
文档编号H01L21/82GK101118921SQ200710017940
公开日2008年2月6日 申请日期2007年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者丁玉成, 刘红忠, 卢秉恒, 叶向东 申请人:西安交通大学