半导体结构及制造其的方法技术

本揭露涉及半导体结构及制造其的方法。具体的，本揭露的一些实施例揭露一种半导体结构，其包括第N金属层；底部电极，其在所述第N金属层上方；磁性穿遂结MTJ，其在所述底部电极上方；顶部电极，其在所述MTJ上方；以及第(N+M)金属层，其在所述第N金属层上方。N以及M为正整数。所述第(N+M)金属层环绕所述顶部电极的侧壁的一部分。还提供一种形成所述半导体结构的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及制造其的方法
本揭露涉及一种半导体结构及一种制造其的方法。
技术介绍
半导体是用于电子应用包括收音机、电视机、手机、及个人运算装置的集成电路中。一种众所周知的半导体装置是半导体存储装置，例如动态随机存取存储器(dynamicrandomaccessmemory，DRAM)、或闪存，这二者都使用电荷来存储数据。在半导体存储器装置中，更近期的发展涉及自旋电子学，其组合半导体技术与磁性材料及装置。使用电子的自旋极化而非电子的电荷来表示“1”或“0”的状态。一个此种自旋电子装置为自旋力矩转移(spintorquetransfer，STT)磁性穿遂结(magnetictunnelingjunction，MTJ)装置。MTJ装置包括自由层、穿隧层、以及钉扎层。自由层的磁化方向可经由下列反转：施加电流通过穿隧层，其造成自由层内所注入的经极化电子在自由层的磁化上使出所谓的自旋力矩。钉扎层具有固定的磁化方向。当电流以从自由层往钉扎层的方向流动时，电子以反方向流动，即从钉扎层往自由层。在穿过钉扎层之后，电子极化成与钉扎层的极化方向相同；流动通过穿隧层；以及接着进入到并累积在自由层中。最终，自由层的磁化与钉扎层所具有的磁化平行，且MTJ装置将处于低电阻状态。此由电流所造成的电子注入被称为主要注入。当施加从钉扎层往自由层流动的电流时，电子以从自由层往钉扎层的方向流动。具有与钉扎层磁化方向相同的极化的电子能够流动通过穿隧层并进入到钉扎层中。相反地，具有与钉扎层的磁化不同的极化的电子将被钉扎层反射(阻挡)且将累积在自由层中。最终，自由层的磁化变成反平行于钉扎层所具有的磁化，且MTJ装置将处于高电阻状态。此由电流所造成的相应电子注入被称为次要注入。
技术实现思路
优先权请求以及交叉参考案本申请案请求其对2016年1月29日申请的美国临时专利申请案第62/288,793号的优先权。根据本揭露的一些实施例，一种半导体结构具备第N金属层；底部电极，其在所述第N金属层上方；磁性穿遂结(MTJ)，其在所述底部电极上方；顶部电极，其在所述MTJ上方；以及第(N+M)金属层，其在所述第N金属层上方。N以及M为正整数。所述第(N+M)金属层环绕所述顶部电极的侧壁的一部分。所述顶部电极包括凹槽区以及隔离区。所述凹槽区被所述第(N+M)金属层环绕，而所述隔离区被定义成从所述MTJ的顶部表面到所述凹槽区的底部表面且被介电层环绕的区。所述凹槽区的厚度与所述隔离区的厚度的比值大于约0.5。根据本揭露的一些实施例，一种半导体结构具备逻辑区以及存储器区。所述存储器区包括第N金属层；底部电极，其在所述第N金属层上方；磁性穿遂结(MTJ)，其在所述底部电极上方；顶部电极，其在所述MTJ上方；以及第(N+1)金属层，其在所述顶部电极上方。N为正整数。所述顶部电极的厚度大于约根据本揭露的一些实施例，提供一种本文中所述的所述半导体结构的制造方法。本揭露的一些实施例提供一种半导体结构。所述半导体结构包括第N金属层；底部电极，其在所述第N金属层上方；磁性穿遂结(MTJ)，其在所述底部电极上方；顶部电极，其在所述MTJ上方；以及第(N+M)金属层，其在所述第N金属层上方。N以及M为正整数。所述第(N+M)金属层环绕所述顶部电极的侧壁的一部分。本揭露的一些实施例提供一种半导体结构。所述半导体结构包括逻辑区以及存储器区。所述存储器区包括第N金属层；底部电极，其在所述第N金属层上方；磁性穿遂结(MTJ)，其在所述底部电极上方；顶部电极，其在所述MTJ上方；以及第(N+1)金属层，其在所述顶部电极上方。N为正整数。所述顶部电极的厚度大于约本揭露的一些实施例提供一种用于制造半导体结构的方法。所述方法包括在第N金属层上方形成底部电极；在所述底部电极上方形成磁性穿遂结(MTJ)层；在所述MTJ上方形成顶部电极层；将所述顶部电极层以及所述MTJ层图案化以形成顶部电极以及MTJ；形成第一介电层环绕所述顶部电极的顶部表面以及侧壁；形成第二介电层环绕所述顶部电极的所述顶部表面以及所述侧壁；以及选择性去除所述第一介电层的一部分以及所述第二介电层的一部分并暴露出所述顶部电极的所述顶部表面以及所述侧壁。附图说明本揭露的方面将在与随附图式一同阅读下列详细说明下被优选地理解。请注意，根据业界标准作法，各种特征未依比例绘制。事实上，为了使讨论内容清楚，各种特征的尺寸可刻意放大或缩小。图1是根据本揭露的一些实施例的半导体结构的截面。图2是根据本揭露的一些实施例的半导体结构的截面。图3到12A是根据本揭露的一些实施例的在各种依序操作中成形加工的半导体结构的截面。图12B是根据本揭露的一些实施例的图12A的半导体结构的放大部分的截面。图13A是根据本揭露的一些实施例的在一个操作中成形加工的半导体结构的截面。图13B是根据本揭露的一些实施例的图13A的半导体结构的放大部分的截面。图14到15A是根据本揭露的一些实施例的在各种依序操作中成形加工的半导体结构的截面。图15B是根据本揭露的一些实施例的图15A的半导体结构的放大部分的截面。图15C是根据本揭露的一些实施例的图15B的半导体结构的放大部分的俯视图。图16是根据本揭露的一些实施例的在一个操作中成形加工的半导体结构的截面。具体实施方式下列揭露提供许多用于实施所提供目标的不同特征的不同实施例或实例。为了简化本揭露，在下文描述组件及配置的具体实例。当然这些仅为实例而非意图为限制性。例如，在以下说明中，形成第一特征在第二特征上方或上形成第一特征可包括其中第一及第二特征经形成为直接接触的实施例，以及也可包括其中额外特征可在第一与第二特征之间形成额外特征而使得第一及第二特征为不可直接接触的实施例。此外，本揭露可重复参考编号和/或字母于各种实例中。此重复是为了简单与清楚的目的且其本身并不决定所讨论的各种实施例和/或构形之间的关系。再者，空间相关词汇，例如“在…之下”、“下面”、“下”、“上面”、“上”和类似词汇，可为了使说明书便于描述如图式绘示的一个组件或特征与另一个(或多个)组件或特征的相对关系而使用于本文中。除了图式中所画的方位外，这些空间相对词汇也意图用来涵盖装置在使用中或操作时的不同方位。所述设备可以其它方式定向(旋转90度或于其它方位)，据此在本文中所使用的这些空间相关说明符可以类似方式加以解释。尽管用以阐述本揭露宽广范围的数值范围和参数为近似值，但是尽可能精确地报告在具体实例中所提出的数值。然而，任何数值固有地含有某些必然自相应测试测量中发现的标准偏差所导致的误差。此外，如本文中所使用，词汇“约”一般意指在距给定值或范围的10％、5％、1％、或0.5％内。替代地，词汇“约”意指在所属领域的一般技术人员所认知的平均值的可接受标准误差内。除操作/工作实例外，或除非有另行具体指明，否则在所有情况下，所有的数值范围、量、值及百分比，例如本文中所揭示的用于材料数量、时间持续期间、温度、操作条件、量的比及类似者的那些，应理解成以词汇“约”所修饰者。据此，除非有相反指示，否则本揭露及所附申请专利范围中所提出的数值参数可依所欲变化的近似值。最少，各数值参数应至少按照所报告的有效位数的数目且经由施加常规四舍五入技术而解释。本文中，范围可表示成从一个端点至另一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，其包含：第N金属层；底部电极，其在所述第N金属层上方；磁性穿隧结MTJ，其在所述底部电极上方；顶部电极，其在所述MTJ上方；及第(N+M)金属层，其在所述第N金属层上方，N以及M为正整数，其中所述第(N+M)金属层环绕所述顶部电极的侧壁的一部分。

【技术特征摘要】
2016.01.29 US 62/288,793;2016.05.10 US 15/151,2071.一种半导体结构，其包含：第N金属层；底部电极，其在所述第N金属层上方；磁性穿隧结MTJ，其在所述底部电极上方；顶部电极，其在所述MTJ上方；及第(N+M)金属层，其在所述第N金属层上方，N以及M为正整数，其中所述第(N+M)金属层环绕所述顶部电极的侧壁的一部分。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述顶部电极包含：凹槽区，被所述第(N+M)金属层环绕；及隔离区，从所述MTJ的顶部表面至所述凹槽区的底部表面且被介电层环绕。3.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述凹槽区的厚度与所述隔离区的厚度的比值大于约0.5。4.根据权利要求3所述的半导体结构，其中所述凹槽区的厚度是从约50埃到约5.根据权利要求3所述的半导体结构，其中从俯视图视角的所述MTJ的直径与从截面图的所述隔离区的厚度的比值小于约5。6.一种半导体结构，其包含：逻辑区；及存储器区，其包含：第N金属层；底部电极，其在所述第N金属层上方；磁性穿隧结MTJ，其在所述底部电极上方；顶部电极，在所述MTJ...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋福庭，闵仲强，曾元泰，徐晨佑，刘世昌，
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