动态随机存储器元件包制造技术

本发明专利技术是一种动态随机存储器元件包，包括基板、晶体管、及磁电容。基板为半导体材料构成，具有主体表面，而晶体管形成于主体表面上，磁电容则形成于晶体管上方的金属层上。磁电容包含：一第一磁层、一形成于第一磁层之上的介电层，以及形成于介电层之上的一第二磁层，其中介电层由一非导体材料所形成，而第一磁层与该第二磁层由一ＣｏＮｉＦｅ合金所形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种动态随机存储器元件包(DRAM cell)，且特别是关于一种将磁 电容形成于金属层的动态随机存储器元件包。
技术介绍
动态随机存储器元件包(DRAM cell)，一般而言每个位包括有一晶体管及一储存 电容，是电子系统里最重要的储存部件之一，特别是在计算机及通讯系统方面。动态随机存 储器元件包的输出电压与其储存电容的电容量是成比例的，因此，当电压量改变时，储存电 容必须有足够的电容量以使得动态随机存储器元件包能够稳定运作。再者，传统动态随机存储器元件包的构造上，电容是形成于晶硅层以求取得较高 的电容量，此外，电容通常是配置于晶体管旁，因此占了晶片上相当大且重要的空间来取得 所需电容量，使得动态随机存储器元件包的每个位所占体积大。然而，动态随机存储器的成本是决定于其元件包的密度，元件包的尺寸愈小愈好， 因为如此一来单片晶片可产出较大量的动态随机存储器元件包，使得产能增加，成本降低。市面已有一些动态随机存储器元件包因其构造有别于传统的而密度提高，例如沟 渠型电容是在半导体基板上形成一深沟渠而未增加半导体基板的表面区域的使用，因此沟 渠型电容可降低动态随机存储器元件包的尺寸，但是缺点为工艺困难且复杂。此外，虽然这些动态随机存储器元件包的密度提高，然而其需要周期性地进行存 储更新，因此需要额外的电路以读出及重新写入存储器的每个位，使得动态随机存储器的 电路更为复杂，这也表示存储器并不总是可为系统所用因其可能处于更新期间。而且，额外 的电路降低了存储器的密度，储存电容占了大空间使得动态随机存储器的尺寸偏大而竞争 力减低。从上述现象看来，提供一种动态随机存储器元件包来改善上述问题是有其实际需 求的。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是在提供一种动态随机存储器元件包(DRAM cell)，此动态随 机存储器元件包可提高动态随机存储器的密度，简化其工艺，并可降低其恢复率。根据本专利技术的上述目的，提出一种动态随机存储器元件包，此动态随机存储器元 件包包括基板、晶体管、以及磁电容。基板是由半导体材料所构成，具有一主体表面；晶体管 形成于主体表面；磁电容，形成于一金属层上。磁电容包括一第一磁层、形成于此第一磁层 上的介电层、以及形成于介电层上的第二磁层。其中介电层为由一非导体材料所形成，而第 一磁层与第二磁层由一 CoNiFe合金所形成。本专利技术的有益技术效果是是本专利技术将磁电容形成于晶体管的上方以减少磁电容 所占空间，可以提高动态随机存储器元件包的速度，并达到降低其漏电流及耗电量的功效。 因为速度快，此存储器元件包可取代静态随机存取存储器(SRAM)。此外，磁电容具有少量甚至零的漏电流量，动态随机存储器的恢复率可随着降低甚至为零，当恢复率为零时，即可移 除恢复电路，成为非易失性存储器，因此可用以取代其它型式的存储器。再者，磁电容可以 耐得住高度幅射量附图说明为让本专利技术的上述和其它目的、特征、优点能更明显易懂，以下将结合附图对本发 明的较佳实施例进行详细说明，其中图1是绘示依照本专利技术一较佳实施例的动态随机存储器元件包的侧视剖面示意 图。图IA是绘示一磁场防止电荷合从介电层脱离出来的一概略图标。图2是绘示依照本专利技术另一较佳实施例的动态随机存储器元件包的侧视剖面示 意图。具体实施例方式请参照图1，其绘示依照本专利技术一较佳实施例的一种动态随机存储器元件包的侧 视剖面示意图。此动态随机存储器元件包包括基板100、晶体管120、以及磁电容140。其中 此磁电容140可被称做磁电容随机存取存储器“McRAM”(MagneticCapcitor Random Access Memory)，然而于其后的段落仍以动态随机存储器予以描述。基板100是由半导体材料所构成，具有一主体表面102。晶体管120包括源极区 域124、漏极区域126、以及控制栅极122。源极区域124及漏极区域126形成于基板100的 主体表面102，控制栅极122位于源极区域124与漏极区域126之间，控制栅极122与基板 100之间以一薄控制介电层123相隔。控制栅极122可以由多晶硅所构成，而薄控制介电层 123可以由二氧化硅所构成。磁电容140包括第一磁层142、形成于第一磁层142上的介电层144、以及形成于 介电层144上的第二磁层146。其中介电层144为由一非导体材料所形成，在一实施例中， 此非导体材料为二氧化硅(SiO2)。而第一磁层142与第二磁层146由一磁性材料形成，在 一实施例中，第一磁层142与第二磁层146由一 CoNiFe合金所形成。第一磁层142与第二 磁层164间的距离大于100埃(Angstrom)。电容的储存量可由下式获得L =-r (1)其中C为磁电容140的电容值。ε ^为一常数值，约为8. 85e_12。ε k为第一磁层 142与第二磁层146间介电层的常数值。A为第一磁层142与第二磁层146的面积。R为第 一磁层142与第二磁层146间的距离。根据式(1)，当第一磁层142与第二磁层146间介电 层的常数值ε k增加，则磁电容140的电容值C亦将增加。一种巨磁电容效应(Giant Magnetic Capacitance effect，GMC)被用以增加此常 数值￡k。巨磁电容效应类似一种电荷陷阱，可以让电子更加密集，因此可增加在第一磁层 142和第二磁层146间的电子密度。第一磁层142和第二磁层146可提供磁场，此磁场可防 止电荷从介电层144脱离出来。4图IA描绘磁场防止电荷从介电层脱离出来的一概略图标。在一实施例中，当第一 磁层142的磁偶极142方向与第二磁层146的磁偶极147方向相反时，第一磁层142和第 二磁层146可产生一磁场148防止电荷从介电层144脱离出来。换言之，磁场148提供额 外的作用力让电子更加密集，因此增加在第一磁层142和第二磁层146间的电子密度。此 外，因为电子是被捕捉于此磁场中，因此几乎不会发生电容的泄漏电流以及自我放电效应。因此，根据此磁场，式(1)的电容的储存量调整成tC =仏 Ar (2)其中C为磁电容140的电容值。ε。为一常数值，约为8.85e_12。ε' k= ek Xf 磁场148所产生的巨磁电容效应，其中f为一调制因子，约为 106-1012。A为第一磁层142 与第二磁层146的面积。R为第一磁层142与第二磁层146间的距离。换言之，根据式(2)，当磁场148增加，则电容值C亦将增加。在一实施例中，第一 磁层142与第二磁层146均由多层薄膜沉积形成，每一层约为1纳米(nm)厚。因此，磁场 148可通过增加形成第一磁层142与第二磁层146的薄膜来增加。换言之，可通过在原本第 一磁层142与第二磁层146上形成额外的薄膜来增加磁场148。值得注意的是，箭头“一”仅是用以代表磁层的偶极方向，但箭头“一”不不限定磁 层仅可具有此偶极方向。下表比较磁电容与传统电容的电容值磁电容磁电容#2磁电容电容值1.2nF (在 IkHz)96uF (在 IkHz)巨磁电容效应的调制因 子(f)(Average)2. OxlO61. 6x10"传统电容电容值(亦即无 巨磁电容效应)0. 6fF(在 k = 3. 4)0. 6fF(在 k = 3.4)8.85xl0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一动态随机存储器元件包，包含：一基板，是由半导体材料所构成，具有一主体表面；一晶体管，形成于该主体表面；以及一磁电容，形成于一金属层，且该金属层位于该晶体管的上方，其中该磁电容包含：一第一磁层；一介电层，形成于该第一磁层之上；以及一第二磁层，形成于该介电层之上，其中该介电层由一非导体材料所形成，而该第一磁层与该第二磁层由一ＣｏＮｉＦｅ合金所形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赖锜，
申请(专利权)人：北极光股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]