磁性随机存储阵列及半导体器件制造技术

本发明专利技术提供一种磁性随机存储阵列及半导体器件，在占用相同衬底面积前提下，通过多个沿第三方向延伸的有源区以及多条沿第二方向延伸的字线的布局方式，能够有效利用衬底面积空间，实现更小的存储单元的特征尺寸和更高的存储密度，芯片成本更低。进一步地，可以实现单元面积为4F2(F为特征尺寸)的密堆积存储阵列，提高存储密度和器件集成度。提高存储密度和器件集成度。提高存储密度和器件集成度。

【技术实现步骤摘要】
磁性随机存储阵列及半导体器件


[0001]本专利技术涉及存储器
，特别涉及一种磁性随机存储阵列及半导体器件。

技术介绍

[0002]磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)是一种新的内存和存储技术，可以像SRAM/DRAM一样快速随机读写，还可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据。每个MRAM的存储单元由一个磁性隧道结和一个MOS管组成，也可以由两个磁性隧道结和两个MOS管组成。每一个存储单元需要连接三根线：MOS管的栅极连接到芯片的字线，负责接通或切断这个单元；MOS管的一极(源极或漏极)连在源极线上，MOS管的另一极(漏极或源极)和磁性隧道结的一极相连，磁性隧道结的另一极连在位线上。
[0003]随着MRAM技术不断进步，如何将MRAM存储单元进一步做小，以提高MRAM的密度，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种磁性随机存储阵列及半导体器件，可以具有减少的存储器单元面积和增加的存储器密度。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种磁性随机存储阵列，包括：
[0006]半导体衬底，所述半导体衬底中设置有呈条状且沿第一方向和第二方向排列的多个有源区，每个所述有源区沿第三方向延伸，所述第二方向和所述第一方向垂直，所述第三方向与所述第一方向和第二方向均相交；
[0007]多条字线，沿第一方向排布在所述半导体衬底上，且每条所述字线沿第二方向延伸并跨设在多个所述有源区上，每条所述字线将相应的所述有源区分为源极区和漏极区；
[0008]多条源线，每条源线通过第一金属层形成并连接相应的所述源极区；
[0009]多个磁性隧道结，每个所述磁性隧道结底部通过相应的第二金属层连接相应的所述漏极区，顶部连接第三金属层，所述第三金属层用于形成相应的位线。
[0010]可选地，每个所述有源区和设置在所述有源区上方的所述字线形成相应的MOS管，所述有源区处形成的相应的MOS管和所述漏极区上方相应的所述磁性隧道结组成一个存储单元。
[0011]可选地，每个所述存储单元最少仅具有一个MOS管。
[0012]可选地，除所述磁性随机存储阵列的阵列边界上所述存储单元以外的每个存储单元的MOS管的源极区和漏极区与周围相邻的存储单元共享，每个所述存储单元的面积为4F2，其中，F是特征尺寸。
[0013]可选地，各个所述漏极区通过位于所述漏极区上方的漏极接触插塞连接所述磁性隧道结底部的所述第二金属层，各个所述源极区通过位于所述源极区上方的源极接触插塞连接所述源线；所述漏极接触插塞和所述源极接触插塞按照行和列排列成插塞阵列。
[0014]可选地，所述插塞阵列的行方向为所述第一方向，所述插塞阵列的列方向为所述
第二方向，两行所述漏极接触插塞之间夹设一行所述源极接触插塞。
[0015]可选地，所述位线和所述源线平行设置，或者，所述位线和所述源线异面相交设置。
[0016]可选地，所述位线与所述字线异面垂直相交，或者，所述位线与所述字线异面相交且不垂直。
[0017]可选地，所述第一方向和所述第三方向的夹角包括但不仅限于45度。
[0018]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种半导体器件，包括本专利技术所述的磁性随机存储阵列。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的磁性随机存储阵列及具有该磁性随机存储阵列的半导体器件，具有以下有益效果：
[0020]1、在占用相同衬底面积前提下，通过多个沿第一方向延伸的有源区以及多条沿第二方向延伸的字线的布局方式，能够有效利用衬底面积空间，实现更小的存储单元的特征尺寸和更高的存储密度，芯片成本更低。
[0021]2、可以实现单元面积为4F2(F为特征尺寸)的密堆积存储阵列，提高存储密度和器件集成度。
[0022]3、可以使得源线和位线均与字线垂直且源线和位线的投影不重叠，由此增大相邻两条位线或两条源线之间的距离，降低源线、位线以及漏极接触插塞和源极接触插塞的制作难度，继而可以降低相邻存储单元之间的干扰，提高器件性能。
附图说明
[0023]图1是本专利技术具体实施例的磁性随机存储阵列的版图结构示意图(省略了位线BL和源线SL等结构)；
[0024]图2是本专利技术具体实施例的磁性随机存储阵列的源线和位线的一种布局示意图；
[0025]图3是沿图2所示的磁性随机存储阵列中的XX
’
线的一种剖面结构示意图(省略了层间介质层等结构，且源线和位线平行且在纵向上不发生重叠)；
[0026]图4是沿图2所示的磁性随机存储阵列中的XX
’
线的另一种剖面结构示意图(省略了层间介质层等结构，且源线和位线在纵向上有重叠，且可以是异面相交的)；
[0027]图5是本专利技术具体实施例的磁性随机存储阵列的源线和位线的另一种布局示意图。
具体实施方式
[0028]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的技术方案作进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。本文中“和/或”的含义是二选一或二者兼具。
[0029]请参考图1至图3，本专利技术一实施例提供一种磁性随机存储阵列，包括半导体衬底100、若干条字线WL、若干条源线SL、若干个磁性隧道结106以及若干条位线BL。
[0030]其中，半导体衬底100可以是硅衬底、锗衬底、硅-锗衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底、绝缘体上锗(GOI)衬底等。半导体衬底100中可以被注入有杂质，以形成有源区101，杂质可
以包括例如磷、砷等的n型杂质，或者例如硼、镓等的p型杂质。相邻有源区101之间的间隔为场区(未图示)，场区可以通过浅沟槽隔离(STI)工艺或局部场氧化隔离(LOCOS)工艺形成。
[0031]本实施例中，半导体衬底100中形成有多个有源区101，所有的有源区101均呈条状，可以沿相互垂直的第一方向和第二方向排列，且有源区101的长度沿第三方向延伸，第三方向与第一方向和第二方向均相交，第三方向和第一方向之间的夹角包括但不限于45度，即也可以为45度，也可以不为45度。所有的有源区101排列为阵列，其中每条有源区101可以在第三方向上连续延伸至相应的半导体衬底100的整个第三方向长度，也可以在某些区域断开，由此形成在第一方向上和第二方向上对齐的多个有源区101块。
[0032]若干条字线WL沿第一方向排布且形成在所述半导体衬底100上，且每条所述字线WL沿第二方向延伸并跨设在多个所述有源区101上，所述第二方向与所述第一方向相垂直。每条所述字线WL将相应的所述有源区101分为源极区101a和漏极区101b。每个所述有源区101和设置在所述有源区101上方的相应的所述字线WL形成相应的MOS管，即字线WL作为MOS管的栅极，字线WL本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性随机存储阵列，其特征在于，包括：半导体衬底，所述半导体衬底中设置有呈条状且沿第一方向和第二方向排列的多个有源区，每个所述有源区沿第三方向延伸，所述第二方向和所述第一方向垂直，所述第三方向与所述第一方向和第二方向均相交；多条字线，沿第一方向排布在所述半导体衬底上，且每条所述字线沿第二方向延伸并跨设在多个所述有源区上，每条所述字线将相应的所述有源区分为源极区和漏极区；多条源线，每条所述源线通过第一金属层形成并连接相应的所述源极区；多个磁性隧道结，每个所述磁性隧道结底部通过相应的第二金属层连接相应的所述漏极区，顶部连接第三金属层，所述第三金属层用于形成相应的位线。2.如权利要求1所述的磁性随机存储阵列，其特征在于，每个所述有源区和设置在所述有源区上方的所述字线形成相应的MOS管，所述有源区处形成的相应的MOS管和所述漏极区上方相应的所述磁性隧道结组成一个存储单元。3.如权利要求2所述的磁性随机存储阵列，其特征在于，每个所述存储单元最少仅具有一个MOS管。4.如权利要求3所述的磁性随机存储阵列，其特征在于，除所述磁性随机存储阵列的阵列边界上所述存储单元以外的每个存储单元的M...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴巍，徐征，
申请(专利权)人：徐征，
类型：发明
国别省市：