包括磁性随机存取存储器的半导体装置制造方法及图纸

技术编号:21144332 阅读:23 留言:0更新日期:2019-05-18 06:06
一种包括磁性随机存取存储器的半导体装置。磁性随机存取存储器包括多个磁性随机存取存储器单元。多个磁性随机存取存储器单元包括第一类型磁性随机存取存储器单元及第二类型磁性随机存取存储器单元。每个磁性随机存取存储器单元中包括磁性隧道结层,磁性隧道结层包括被钉扎磁性层、隧穿势垒层及自由磁性层。第一类型与第二类型磁性随机存取存储器单元的磁性隧道结膜堆叠的尺寸不同。在一或多个以上及以下实施例中,第一类型与第二类型磁性随机存取存储器单元的磁性隧道结膜堆叠的宽度不同。

【技术实现步骤摘要】
包括磁性随机存取存储器的半导体装置[相关申请]本申请主张在2017年11月10日提出申请的美国临时申请第62/584,574号的优先权,所述美国临时申请的全部内容并入本申请供参考。
本公开实施例涉及一种磁性随机存取存储器(MRAM)装置,且更具体来说涉及一种与半导体装置一起形成的基于磁性隧道结单元的磁性随机存取存储器装置。
技术介绍
磁性随机存取存储器(magneticrandomaccessmemory,MRAM)提供与易失性静态随机存取存储器(volatilestaticrandomaccessmemory,SRAM)相当的效能以及与易失性动态随机存取存储器(volatiledynamicrandomaccessmemory,DRAM)相当的密度且具有更低的功耗。与非易失性存储器(non-volatilememory,NVM)闪存存储器相比,磁性随机存取存储器的存取时间快,且随时间的推移所遭受的退化最小,而闪存存储器仅可被有限次的重写。磁性随机存取存储器单元是由磁性隧道结(magnetictunnelingjunction,MTJ)来形成的,所述磁性隧道结包括两个被薄的绝缘势垒分隔的铁磁层,且通过使这两个铁磁层之间的电子隧穿过绝缘势垒来操作。
技术实现思路
本公开提供一种包括磁性随机存取存储器(MRAM)的半导体装置。所述磁性随机存取存储器包括多个磁性随机存取存储器单元。多个磁性随机存取存储器单元包括第一类型磁性随机存取存储器单元及第二类型磁性随机存取存储器单元。每一所述多个磁性随机存取存储器单元包括磁性隧道结(MTJ)层。磁性隧道结层包括被钉扎磁性层、隧穿势垒层及自由磁性层。第一类型磁性随机存取存储器单元的磁性隧道结膜堆叠的尺寸不同于第二类型磁性随机存取存储器单元的磁性隧道结膜堆叠的尺寸。附图说明图1A是根据本公开的实施例的磁性隧道结磁性随机存取存储器单元的示意图。图1B是根据本公开的实施例的磁性隧道结膜堆叠的示意性剖视图。图2A、图2B及图2C示出根据本公开的实施例的磁性隧道结膜堆叠的磁性层的示意性剖视图。图3A及图3B示出磁性隧道结膜堆叠的操作。图3C及图3D示出磁性隧道结膜堆叠的操作。图4A示出磁性隧道结磁性随机存取存储器的示意性电路图。图4B示出磁性隧道结磁性随机存取存储器的存储器单元的示意性透视图。图4C示出磁性隧道结磁性随机存取存储器的存储器单元布局。图5A示出根据本公开的实施例的半导体装置的剖视图。图5B示出根据本公开的实施例的磁性隧道结单元区域的剖视图。图5C示出根据本公开的另一实施例的磁性隧道结单元区域的剖视图。图5D示出根据本公开的另一实施例的磁性隧道结单元区域的剖视图。图6示出根据本公开的另一实施例的半导体装置的剖视图。图7示出根据本公开的另一实施例的半导体装置的剖视图。图8A、图8B、图8C、图8D、图8E、图8F及图8G示出根据本公开的实施例的磁性随机存取存储器装置的顺序性制造工艺的各个阶段。图9A、图9B、图9C、图9D、图9E、图9F、图9G、图9H及图9I示出根据本公开的另一实施例的磁性随机存取存储器装置的顺序性制造工艺的各个阶段。图10示出根据本公开的实施例的半导体装置的布局。[符号的说明]10:被钉扎磁性层15、135:隧穿势垒层20、140:自由磁性层30:电流源50:磁性隧道结磁性随机存取存储器阵列100、255、255-1、255-2、255-3、255-4、255-5、255-6、255-7、255-8、MC11、MC12、MC21、MC22、MC23:磁性隧道结膜堆叠101:磁性隧道结功能层110:第一电极层115:晶种层120:第一被钉扎磁性层125:反铁磁层130:第二被钉扎磁性层145:顶盖层150:扩散势垒层155:第二电极层200、300:衬底210、410、510:第一层间介电层215:下部金属配线220:第一刻蚀停止层225:侧壁间隔件层230、415、515:第二层间介电层235:第二刻蚀停止层240、440、540:第三层间介电层245、445:上部电极250:底电极310:层间介电层420、520:第一接触插塞425、525:第一金属配线430、530、557、577:附加层间介电层或刻蚀停止层432、442:接触孔435:下部电极450、550:第四层间介电层455、555:第二金属配线535:第一下部电极545:第一上部电极559:第二下部电极560:第五层间介电层565:第二上部电极570:第六层间介电层575:第三金属配线579:第三下部电极580:第七层间介电层582:接触插塞585:第三上部电极590:第八层间介电层595:第四金属配线900:半导体装置905:核心处理器910:第一磁性随机存取存储器920:第二磁性随机存取存储器930:第三磁性随机存取存储器1201、1202、1301、1302、1304、1401、1403:层1303、1402:层/间隔件层AR:有源区BL、BLn、BLn+1、BLn+2:位线DL1:第一装置层DL2:第二装置层DL3:第三装置层G:栅极H1、H2、H3:厚度M1、M2、M3:金属层Mc:磁性隧道结单元MC1:第一磁性隧道结单元/磁性隧道结单元MC2:第二磁性隧道结单元/磁性隧道结单元MC3:第三磁性隧道结单元/磁性隧道结单元MC4:第四磁性隧道结单元MC5:第五磁性隧道结单元MC6:第六磁性隧道结单元/磁性隧道结单元MC7:第七磁性隧道结单元MC8:第八磁性隧道结单元MC9:第九磁性隧道结单元MTJ:磁性隧道结单元Mx:下部金属层/金属层/下电极My:上部金属层/金属层SL:源极线SLn、SLn+1、SLn+2:固定电位线SW:开关装置Tr:晶体管V1、V2:单元电压W0、W1、W2、W3、W4、W5、W6:宽度WL、WL1、WLm:字线WL1:第一配线层/配线层WL2:第二配线层/配线层WL3:第三配线层/配线层WL4:第四配线层/配线层X:方向Z:垂直方向具体实施方式应理解,以下公开内容提供用于实施本专利技术的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下阐述组件及排列的具体实施例或实例以简化本公开内容。当然,这些仅为实例而并非旨在进行限制。举例来说,元件的尺寸并非仅限于所公开的范围或所公开的值,而是可取决于装置的工艺条件及/或所期望的性质。此外,以下说明中将第一特征形成在第二特征“之上”或第二特征“上”可包括其中第一特征及第二特征被形成为直接接触的实施例,且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征、从而使得所述第一特征与所述第二特征可不直接接触的实施例。为简明及清晰起见,各种特征可按照不同的比例任意绘制。在附图中,可省略一些层/特征以进行简化。此外,为易于说明,本文中可能使用例如“位于…之下(beneath)”、“位于…下方(below)”、“下部的(lower)”、“位于…上方(above)”、“上部的(upper)”等空间相对性用语来阐述图中所示的一个元件或特征与另一(其他)元件或特征的关系。所述空间相对性用语旨在除图中所绘示的定向外还囊括装置在使用或操作中的不同定向。装置可被另外定向(旋转90度或处于其他定向)且本文中所用的空间相对性描述语可同样相应地进行说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括磁性随机存取存储器的半导体装置,其特征在于,所述磁性随机存取存储器包括多个磁性随机存取存储器单元,所述多个磁性随机存取存储器单元包括第一类型磁性随机存取存储器单元及第二类型磁性随机存取存储器单元,每一所述多个磁性随机存取存储器单元中包括磁性隧道结层,所述磁性隧道结层包括被钉扎磁性层、隧穿势垒层及自由磁性层,且所述第一类型磁性随机存取存储器单元的磁性隧道结膜堆叠的尺寸不同于所述第二类型磁性随机存取存储器单元的磁性隧道结膜堆叠的尺寸。

【技术特征摘要】
2017.11.10 US 62/584,574;2018.03.29 US 15/940,4251.一种包括磁性随机存取存储器的半导体装置,其特征在于,所述磁性随机存取存储器包括多个磁性随机存取存储器单元,所述多个磁性随...

【专利技术属性】
技术研发人员:曾皇文吴正洲张哲睿
申请(专利权)人:台湾积体电路制造股份有限公司
类型:发明
国别省市:中国台湾,71

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