热选择交叉点磁性随机存取内存胞元布局制造技术

本发明专利技术乃与一电阻记忆装置（４０）与其制造方法有关。该电阻记忆装置（４０）所包含的磁性记忆胞元（１４）具有一第二磁性层（２０），其至少包含一第一与第二材料（２４／２６）；该第二材料（２６）的居里温度低于该第一材料（２４）的居里温度。复数个非连续第二导线（２２）乃配置于该磁性记忆胞元（１４）之上。一电流（２８）可通过于该第二导线（２２）而使该第二材料（２６）的温度至一高于该第二材料（２６）居里温度的温度，以使该第二材料（２６）丧失其铁磁性质，并提升了对内存数组（４０）的写入选择性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术系关于一种半导体装置的制造，更特别的是，关于一种磁性随机存取内存(MRAM)装置的制造。
技术介绍
半导体系被广泛地使用于之集成电路中，包含了例如收音机、电视机、移动电话、以及个人电脑装置等。半导体装置的类型之一为半导体储存装置，例如动态随机记忆体(DRAM)与快闪记忆体(FlashMemory)，其系利用电荷来储存资讯。自旋电子学结合了半导体科技与磁学，是磁性装置中一项最新的发展；在自旋电子学中，是使用电子的自旋状态来表示“0”与“1”的存在，而不是使用电荷。一个这样的自旋电子装置即为一MRAM装置，其包含了位于在不同金属间彼此不同方向的导线，该等导线夹住一磁性堆叠而形成三明治结构；该等导线，例如字元线与位元线，彼此交错的位置称为之交错点。流经该等导线其中之一的电流于该导线周围产生了磁场，并将该磁极排列为一个沿着金属线、或是该导线之特定方向；流经其他导线的电流则同样产生一个能够将磁极部分转向之磁场。表示为“0”与“1”之数位资讯便可储存于磁矩排列中；而磁性元件的电阻便与其磁矩之排列有关，藉由侦测该元件的电阻状态，便能够自该元件读取所储存的状态。一般而言，记忆胞元阵列便是藉由一个具有行与列的矩阵结构之导线与交错点的放置而建构。信息是被储存于软磁层或是磁性堆栈的自由层中；为了储存信息，便需要一磁场，该磁场系由流经该等导线的字符线电流和位线电流而提供；信息系藉由施加一电压至特定之欲读取胞元、并判断该胞元中表示逻辑状态“1”或“0”之电阻值来加以读取。相较于如DRAM装置之传统的半导体记忆装置，MRAM装置所具有的优势为，MRAM装置是非易失的。举例而言，一个使用MRAM装置的个人电脑(PC)并不像使用DRAM装置的传统个人电脑一样需要一个很长的开机时间；而且，一MRAM装置并不需要被驱动而具有记忆该储存资料的能力。相较于现今的记忆体技术而言，MRAM装置具有能够淘汰开机过程、储存更多资料、更快速存取资料、以及使用更少电力之潜力。在制造MRAM装置时，典型上，一记忆胞元包含一磁性堆栈，该磁性堆栈包括了复数金属，且于其间具有一介电薄层；举例而言，该磁性堆栈的总厚度为数十纳米(nanometers)。对交叉点MRAM结构而言，该磁性堆栈通常是位于两金属线级的交错处，举例而言，在分别位于不同方向且彼此间具有一角度之金属2(M2)与金属3(M3)的交错处；典型上，该磁性堆栈的顶部与底部则分别与M(n)与M(n+1)线层导线接触。在一交叉点MRAM装置中，磁性穿隧接合(magnetic tunneljunction，MTJ)胞元系位于第一与第二导线的交叉点处，例如字符线与位线；当一写入电流流经该等字符线与位线时，该等字符线与位线将产生一磁场。该MTJ胞元包含了一由一或多磁性层所组成之硬磁层或参考层、代表穿隧阻障或穿隧接合之一绝缘层、以及一自由或软磁层；该绝缘层具有电阻性质，而该自由或软磁层亦由一或多磁性层所组成；当来自该字符线与该位线之磁场增加时，该记忆胞元则将藉由穿隧阻障的电阻改变而产生切换。在此一情形中，胞元系被选择于一交叉点数组中切换。先前技术中之MRAM设计产生了一个问题，由于再写入该胞元时需要使用一磁场，因此不需要的切换之风险便可能会发生；举例而言，在邻近于目标记忆胞元之记忆胞元，有可能会因为胞元的磁性材料性质不一致而受影响。同样的，例如配置于与所选择胞元相同之字符线或位线上的记忆胞元亦将感受到部分的切换磁场而产生不必要之切换。举例而言，产生胞元不必要切换的其它原因还包含了磁场的扰动、或是磁场型态的改变；因此，便需要一写入余裕(write margin)来无误地切换该等胞元。在MRAM技术中已提出一种胞元选择之替代概念，其系使用字符线上之一场生电流(field-producing current)与一热电流来降低所选择胞元之饱和磁场。在此一加热胞元选择方法中，仅有所加热之胞元能够被切换，其提升了写入余裕并降低不需要之胞元被写入的机会。针对此一热选择概念，已提出一种将一热电流自字符线至位线通入该穿隧接合之构想，其基本上系使用该穿隧接合为一热电阻；然而，使用为穿隧阻障之绝缘材料在典型上无法承受以此方式所流经之高电流，而将损坏穿隧接合，并进而破坏整个记忆胞元。因此，在此一领域中需要一种MRAM装置之热选择磁性记忆胞元的可靠结构与方法，而不损坏该穿隧阻障。
技术实现思路
本专利技术之较佳具体实施例藉由提供一MRAM布局与记忆胞元热选择而产生了技术上的优势，其中该记忆胞元自由层系作用为一热阻器。在该等记忆胞元中央部分具有间隙之字符线系用来导通一热电流至一列记忆胞元，使得所加热之记忆胞元列能够进行热选择。在各记忆胞元上可配置一帽盖层，其中该热电流中之一部份系用于流经该帽盖层以提供所选择胞元列之硬轴场电流。在一具体实施例中，揭露了一种电阻半导体记忆装置，其具有复数第一导线，其系位于一第一方向；复数磁性记忆胞元，其系配置于该等第一导线上；该电阻半导体记忆装置包含复数第二导线，其系配置于该磁性记忆胞元上之一第二方向上，该第二方向系与该第一方向不同，其中各该等第二导线是不连续的。在另一具体实施例中，揭露了一种用以制造一电阻半导体记忆装置的方法；该方法包含了提供一工作部件；配置复数第一导线于该工作部件上；并形成复数磁性记忆胞元于该第一导线上。形成该磁性记忆胞元则包含了形成一第一磁性层于该第一导线上、形成一穿隧阻障于该第一磁性层上、配置一第二磁性层第一材料于该穿隧阻障上并沉积一第二磁性层第二材料于该第二磁性层第一材料上，该第二磁性层第二材料具有之居里温度较该第二磁性层第一材料为低，以及形成复数第二导线于该磁性记忆胞元上，其中该第二导线系为非连续且具有间隙于该磁性记忆胞元之中央部分。在另一具体实施例中，揭露了一种磁性随机存取记忆装置之写入方法，包含了提供一MRAM装置，其包含一磁性记忆胞元数组，该磁性记忆胞元数组系配置于复数第一导线上，该记忆胞元包含一软磁层，该软磁层具有一第一磁性材料与配置于该第一磁性材料上之一第二磁性材料，该第二磁性材料之居里温度较该第一磁性材料之居里温度为低，该MRAM装置包含配置于该磁性记忆胞元上之复数非连续第二导线；以及提供一热电流流经该等第二导线其中之一的至少一部份，流经该等磁性记忆胞元其中至少一之第二磁性材料，其中该热电流增加了该第二磁性材料的温度。本专利技术之具体实施例所具有的优势包括其增加了电阻记忆装置的写入余裕；在本专利技术之具体实施例中，由于使用软磁层或自由层为电阻加热组件，因此能够热选择一记忆胞元列，而不需要额外的写入层或材料层，使用于该列记忆胞元之热电流系由与该软磁层相邻配置的字符线之该等第二导线所提供。在该记忆胞元上可配置一帽盖层，一部份电流可藉其导通而提供为该等磁性记忆胞元硬轴场之写入电流；根据本专利技术之具体实施例，可降低字符线与位线所需要的写入电流。图式简单说明本专利技术系藉由下列例子之说明并参考伴随的较佳具体实施例之图示而清楚被了解，其中第1图系描述了根据本专利技术一较佳具体实施例之一MRAM装置透视图，该MRAM装置具有排列于一数组之磁性记忆胞元，其于各该记忆胞元上配置有非连续之第二导线；第2图系描述了根据本专利技术具体实施例之磁性存储元件与非传导性第二导线之剖面图；第3图至第5图系描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一电阻半导体记忆装置，包含：复数第一导线，其位于一第一方向；复数磁性记忆胞元，其配置于该等第一导线上；以及复数第二导线，其配置于该磁性记忆胞元上的一第二方向上，该第二方向与该第一方向不同，其中各该等第二导线是不连续的 。

【技术特征摘要】
US 2002-5-3 10/138,3961.一电阻半导体记忆装置，包含复数第一导线，其位于一第一方向；复数磁性记忆胞元，其配置于该等第一导线上；以及复数第二导线，其配置于该磁性记忆胞元上的一第二方向上，该第二方向与该第一方向不同，其中各该等第二导线是不连续的。2.如权利要求1之电阻半导体记忆装置，其中该等磁性记忆胞元包含一配置于该等第一导线上之第一磁性层、一配置于该第一磁性层上的穿隧阻障、以及一配置于该穿隧阻障上的第二磁性层；该第二磁性层包含了一第一材料与一配置于该第一材料上之第二材料，该第二材料具有的居里温度较该第一材料的居里温度为低，其中该等第二导线乃耦合至该磁性记忆胞元第二磁性层。3.如权利要求1之电阻半导体记忆装置，其中该第二导线包含跨过各磁性记忆胞元的一中央部分的一间隙。4.如权利要求1之电阻半导体记忆装置，其中各第二导线乃被图形化而与邻近的磁性记忆胞元相接触。5.如权利要求4之电阻半导体记忆装置，其中该磁性记忆胞元具有一长度，其中各第二导线乃在近于一磁性记忆胞元长度之三分之一处耦合至一磁性记忆胞元。6.如权利要求2之电阻半导体记忆装置，其中该第二材料较该第一材料为厚。7.如权利要求6之电阻半导体记忆装置，其中该第二材料的厚度至少为该第一材料厚度的五倍。8.如权利要求2之电阻半导体记忆装置，其中各第二导线包含复数细节段，各细节段的一第一端系耦合至一第一磁性记忆胞元的一边，各细节段的一第二端乃耦合至一相邻于该第一磁性记忆胞元的一第二磁性记忆胞元的一边。9.如权利要求6之电阻半导体记忆装置，其中该第二材料包含铁磁性质，其中流经该等第二导线其中之一的一电流乃被适整以加热该第二材料至高于该第二材料的居里温度之一温度，以使该第二材料丧失其铁磁性质。10.如权利要求2之电阻半导体记忆装置，其更包含一帽盖层，其配置于该等磁性记忆胞元上。11.如权利要求10之电阻半导体记忆装置，其中该帽盖层包含TaN或TiN。12.如权利要求10之电阻半导体记忆装置，其中该第二材料包含铁磁性质，其中流经该等第二导线其中之一的一电流乃被调整以便于流经该第二材料，并加热该第二材料至高于该第二材料的居里温度之一温度，而流经该第二导线之该电流乃再被调整以便流经该帽盖层，且具有一写入电流。13.如权利要求10之电阻半导体记忆装置，其更包含一硬罩层，其配置于该帽盖层上。14.如权利要求13之电阻半导体记忆装置，其中该硬罩层包括含有0-40％氢、二氧化硅、钨或氮化钨之非晶碳。15.如权利要求1之电阻半导体记忆装置，其中该电阻半导体记忆装置包含一交叉点磁性随机存取记忆(MRAM)装置。16.如权利要求2之电阻半导体记忆装置，其更包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：R勒斯奇纳，
申请(专利权)人：因芬尼昂技术股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]