磁阻式随机存取存储器器件及其形成方法技术

本发明专利技术涉及一种磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件及其形成方法，MRAM单元具有延伸的上部电极。在一些实施例中，MRAM单元具有被设置在下部导电电极上方的磁隧道结(MTJ)。上部导电电极被设置在磁隧道结上方。第一导电通孔结构位于第一介电层中并且下部导电电极的下方。离散的导电跳线结构位于第二介电层中并且导电通孔结构的下方。由不同于第一介电材料和第二介电材料的第三介电材料构成的介电体至少部分地并且垂直地从第一介电层延伸至第二介电层中。介电层中。介电层中。

【技术实现步骤摘要】
磁阻式随机存取存储器器件及其形成方法


[0001]本专利技术的实施例涉及一种MRAM器件及其形成方法。

技术介绍

[0002]磁阻式随机存取存储器(“MRAM”)是一种有前途的非易失性数据存储技术。MRAM存储单元的核心(或“位”)为磁隧道结(“MTJ”)，其中，介电层夹在磁性固定层(“参考层”)与零磁层(“自由层”)之间，零磁层(“自由层”)的磁化方向可以改变。由于隧道磁阻效应，参考层与自由层之间的电阻值随着自由层中的磁化方向转换而改变。平行充磁(“P状态”)产生较低电阻，而反平行磁化(“AP状态”)产生较高电阻。电阻值的两个状态被视为两个逻辑状态“1”或“0”，这两个逻辑状态“1”或“0”被存储在MRAM单元中。
[0003]在自旋转移矩MRAM(“STT
‑
MRAM”)单元中，应用写入电流同时使其穿过整个MTJ，即，参考层，介电层和自由层，写入电流通过自旋转移矩效应设置自由层的磁化方向。也就是说，写入电流穿过与MRAM的读路径相同的路径。在自旋轨道移矩MRAM(“SOT
‑
MRAM”)单元中，MTJ结构位于具有自旋轨道相互作用的重金属层上。自由层与重金属层直接接触。在自旋轨道耦合效应下，通过重金属层注入的平面内电流产生自旋扭矩，自旋轨道耦合效应通常包括拉什巴(Rashba)效应和自旋霍尔效应(“SHE效应”)中的一个或多个。写入电流不穿过垂直MTJ。相反，写入电流穿过重金属层。通过自旋轨道移矩效应设置自由层的磁化方向。更具体地，当电流被注入到重金属层中的平面内时，自旋轨道耦合产生正交自旋电流并且在自由层中产生磁化反转，正交自旋电流产生自旋扭矩。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的实施例的一个方面，提供了一种MRAM器件，包括：下部导电电极；反铁磁层，布置在所述下部导电电极上方；磁隧道结(MTJ)，布置在所述反铁磁层上方，所述MTJ包括磁固定层、设置在所述磁固定层上方的介电势垒层和设置在所述介电势垒层上方的零磁层；第一通孔结构，连接至所述下部导电电极且位于所述下部导电电极下方，第一通孔结构由第一介电层围绕；以及金属跳线结构，连接至所述第一通孔结构且位于所述第一通孔结构下方，所述金属跳线结构由第二介电层围绕。
[0005]根据本专利技术的实施例的另一个方面，提供了一种MRAM器件，包括：第一MRAM单元，包括：第一下部导电电极；第一磁隧道结(MTJ)，布置在所述第一下部导电电极上方，所述第一MTJ包括第一磁固定层、设置在所述第一磁固定层上方的第一介电势垒层和设置在所述第一介电势垒层上方的第一零磁层；和第一通孔结构，连接至所述第一下部导电电极且位于所述第一下部导电电极下方，所述第一通孔结构由第一介电层围绕；第二MRMA单元，包括：第二下部导电电极；第二磁隧道结(MTJ)，布置在所述第二下部导电电极上方，所述第二MTJ包括第二磁固定层、设置在所述第二磁固定层上方的第二介电势垒层和设置在所述第二介电势垒层上方的第二零磁层；和第二通孔结构，连接至所述第二下部导电电极且位于所述第二下部导电电极下方，所述第二通孔结构由所述第一介电层围绕；以及介电体，横向
地布置在所述第一下部导电电极与所述第二下部导电电极之间，所述介电体垂直地延伸穿过所述第一介电层。
[0006]根据本专利技术的实施例的又一个方面，提供了一种形成MRAM器件的方法，包括：在晶圆上方的第一介电层中形成导电跳线结构，所述晶圆包括晶体管和位于所述晶体管上方的多个金属化层级；在所述第一介电层上方的第二介电层中形成位于所述导电跳线结构上方的第一通孔结构，所述第二介电层具有不同于所述第一介电层的介电材料；在所述第一通孔结构上方形成多层第一堆叠件。所述多层第一堆叠件包括：下部电极；反铁磁层，位于所述下部电极层上方；磁固定层，位于所述反铁磁层上方；介电势垒层，设置在所述磁固定层上方；和零磁层，设置在所述介电势垒层上方。以及，使用离子束刻蚀一起图案化所述多层第一堆叠件，所述离子束刻蚀形成延伸穿过所述第二介电层的凹槽；以及形成填充所述凹槽的第三介电层。
附图说明
[0007]当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各方面。在附图中，除非在上下文中另外说明，相同的参考标记表示类似的元件或行动。附图中元件的大小及相对位置未必按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
[0008]图1是根据本专利技术的示例性实施例的示例性MRAM结构。
[0009]图2是根据本专利技术的示例性实施例的示例性MRAM单元。
[0010]图3A至图3E根据本专利技术的示例性实施例示出第一制造工艺的各种阶段期间的晶圆；以及
[0011]图4A至图4M根据本专利技术的示例性实施例示出第二制造工艺的各种阶段期间的晶圆。
具体实施方式
[0012]以下公开内容提供了许多不同的实施例或示例，用于实施所述主题的不同特征。以下将描述元件和布置的具体示例以简化本描述。当然，这些仅是示例，并非旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。另外，本专利技术可在多个示例中重复参考数字和/或字符。这种重复是为了简化和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0013]而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在
…
下方”、“在
…
下面”、“下部”、“在
…
之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以类似地作出相应的解释。
[0014]在以下详细描述中，阐述了一定具体细节以便提供对本专利技术的各种实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将了解可在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在其他实
例中，未详细描述与电子元件及其制造技术相关的公知结构以避免不必要地使得对本专利技术的实施例的描述变得晦涩。
[0015]除非上下文另外需要，贯穿说明书和随后的权利要求书，单词“包括”及其变型，诸如，“包括”和“包括有”应理解为开放式的，也就是说，应解释为“包括但不限于”。
[0016]使用顺序，诸如，第一、第二和第三，并不意味着排名式顺序，而是仅可在行为或结构的多个实例之间进行区分。
[0017]在本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包含在至少一个实施例中。因此，在说明书中不同位置出现的“在一实施例中”或“在实施例中”等短语指的不一定是同一实施例。此外，所述特定特征、结构或特性可以任意合适方式包含在一个或多个实施例中。
[0018]正如在本说明书和所附的权利要求中所用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件，包括：下部导电电极；反铁磁层，布置在所述下部导电电极上方；磁隧道结(MTJ)，布置在所述反铁磁层上方，所述MTJ包括磁固定层、设置在所述磁固定层上方的介电势垒层和设置在所述介电势垒层上方的零磁层；第一通孔结构，连接至所述下部导电电极且位于所述下部导电电极下方，第一通孔结构由第一介电层围绕；以及金属跳线结构，连接至所述第一通孔结构且位于所述第一通孔结构下方，所述金属跳线结构由第二介电层围绕。2.根据权利要求1所述的MRAM器件，其中，所述MTJ包括倾斜侧壁，并且所述磁固定层包括比所述零磁层大的宽度。3.根据权利要求2所述的MRAM器件，其中，所述反铁磁层包括比所述磁固定层大的宽度。4.根据权利要求1所述的MRAM器件，还包括与所述MTJ相邻布置的介电体，所述介电体向下延伸穿过所述第一介电层，所述介电体具有不同于所述第一介电层的介电材料。5.根据权利要求4所述的MRAM器件，其中，所述介电体部分地向下延伸至所述第二介电层中并且在到达所述第二介电层的底面前停止延伸。6.根据权利要求4所述的MRAM器件，其中，所述介电体与所述下部电极侧向相邻。7.根据权利要求1所述的MRAM器件，其中，所述第一通孔结构包括不同于所述金属跳线结构的导电材料。8.根据权利要求1所述的MRAM器件，其中，所述第一通孔结构为TiN。9.一种磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件，包括：第一MRAM单元，包括：第一下部导电电极；第一磁隧道结(MTJ)，布置在所述第一下部导电电极上方，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄学理，陈俊尧，廖均恒，王宏烵，
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：