半导体存储器元件及其制法制造技术

本发明专利技术提供一种半导体存储器元件及其制法，包括：一第一铁磁性层磁性固定且位于一基板的一第一区域中；一第二铁磁性层近似于第一铁磁性层，以及一阻挡层介于第一铁磁性层与第二铁磁性层的第一部分之间。第二铁磁性层包括一第一部分为磁性自由且位于第一区域中；一第二部分磁性固定于一第一方向且位于基板的一第二区域中，其中第二区域从一第一侧边与第一区域接触；以及一第三部分磁性固定于一第二方向且位于基板的一第三区域中，其中第三区域从一第二侧边与第一区域接触。本发明专利技术可降低写入电流而不会劣化(degrading)磁阻(magnetoresistance，MR)及/或热稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体元件，特别是涉及一种半导体存储器元件及其制法。
技术介绍
在半导体集成电路元件中，自旋力矩转移磁性随机存取存储器(spin torque transfer magnetic random access memory, STT-MRAM) : 一 1页§ 胃^；7^，"SJlS用+代嵌入式存储器件。随着密度的不断提升，半导体集成电路技术也在持续进步，以实现具有更小特征尺寸的电路布局。然而，写入电流(writing current)过大将限制晶体管的尺寸，并且会导致元件单元的尺寸过大。因此对于此技术的持续发展而言，降低写入电流 (writing current)是一具有挑战性的问题。一些既有的方法能够降低写入电流，但是同时也会降低穿隧磁阻(tunnel magnetoresistance, TMR)及自旋力矩转移磁性随机存取存储器(STT-MRAM)元件的热稳定性。因此，业界亟需一种更佳的自旋力矩转移磁性随机存取存储器(STT-MRAM)结构及其制造方法，以避免产生上述所讨论的缺点。
技术实现思路
为克服现有技术的缺陷，本专利技术提供一种半导体存储器元件(semiconductor memory device)，包括一第一铁磁性层磁性固定且位于一基板的一第一区域中；一第二铁磁性层近似于该第一铁磁性层，其中该第二铁磁性层包括一第一部分为磁性自由且位于该第一区域中；一第二部分磁性固定于一第一方向且位于该基板的一第二区域中，其中该第二区域从一第一侧边与该第一区域接触；以及一第三部分磁性固定于一第二方向且位于该基板的一第三区域中，其中该第三区域从一第二侧边与该第一区域接触；以及一阻挡层介于该第一铁磁性层与该第二铁磁性层的该第一部分之间。本专利技术还包括提供一种半导体存储器元件的制法，包括以下步骤形成一反铁磁性层于一基板上；形成一铁磁性层于该反铁磁性层上，其中该铁磁性层包括一第一、第二及第三部分；以及该第二部分设置于一该第一及第三部分之间；实施一第一次离子照射至该铁磁性层的其中一部分；以及实施一第二次离子照射至该铁磁性层的另一部分。本专利技术也包括一种半导体存储器元件，包括一反铁磁性层形成于一半导体基板上且设置于该半导体基板的一第一区域中；一磁性固定的铁磁性层相邻于该反铁磁性层， 且受到该反铁磁性层所固定，并且设置于该第一区域中；一磁性自由的铁磁性层近似于该磁性固定的铁磁性层，并且设置于该第一区域中；一介电阻挡层介于该磁性固定的铁磁性层与该磁性自由的铁磁性层之间，以产生穿隧效应(tunneling effect)；以及一延伸的铁磁性层从该磁性自由的铁磁性层开始延伸，且受到一额外的反铁磁性特征所固定，并且设置于该半导体基板的一第二区域中，其中该第二区域与该第一区域接触。本专利技术可降低写入电流而不会劣化(degrading)磁阻(magnetoresistance，MR) 及/或热稳定性。为让本专利技术的上述及其他目的、特征、及优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下t附图说明图1为一剖面图，用以说明本专利技术一实施例的半导体存储器元件。图加-图2d为一系列剖面图，用以说明本专利技术一实施例的经过修饰的自由层 (modified free layer)。图3为一流程图，用以说明本专利技术一实施例的形成经过修饰的自由层(modified free layer)的方法。图4-图6为一系列剖面图，用以说明本专利技术一实施例的形成经过修饰的自由层 (modified free layer)的工艺阶段。图7为一流程图，用以说明本专利技术一实施例的形成经过修饰的自由层(modified free layer)的方法。图8-图10为一系列剖面图，用以说明本专利技术一实施例的形成经过修饰的自由层 (modified free layer)的工艺阶段。图11为一剖面图，用以说明本专利技术一实施例的半导体集成电路。主要附图标记说明100 半导体存储器元件100 磁性穿隧结(magnetic tunnel junction，MTJ)102 第一电极(或底部电极)104 经过修饰的自由层(modified free layer)104a 自由层第一部分104b 自由层第二部分104c 自由层第三部分106 阻挡层108 —ISI^js (pinned layer fixed layer)110 针扎层112 第二电极114 第一区域116 第二区域118 第三区域120 铁磁性(ferromagnetic, FM)层120a 铁磁性层第一部分120b 铁磁性层第二部分120c 铁磁性层第三部分L 铁磁性层第一尺寸H 铁磁性层第二尺寸Ll 铁磁性层第一部分长度L2 铁磁性层第二部分长度L3 铁磁性层第三部分长度W 铁磁性层第三尺寸122 反铁磁性(anti-ferromagnetic, AFM)层12 反铁磁性层第一部分122b 反铁磁性层第二部分122c 反铁磁性层第三部分150 形成经过修饰的自由层104的方法152 在一磁场下形成一反铁磁性(AFM)层154 形成一铁磁性(FM)层156 退火以使铁磁性与反铁磁性层磁性耦合158 形成一盖层于铁磁性层上160 对铁磁性层的第一部分实施一第一次离子照射(first ion irradiation)162 在一磁场下对铁磁性层的第二部分实施一第二次离子照射(second ion irradiation)164 移除盖层172 盖层174 第一次离子照射176 经过图案化的光致抗蚀剂层178 第二次离子照射180 经过图案化的光致抗蚀剂层182 磁化器(magnetic mechanism)N N 极S S 极200 形成经过修饰的自由层104的方法202 在一磁场下形成一反铁磁性(AFM)层204 形成一铁磁性(FM)层206 形成一盖层于铁磁性层上208 在一第一磁场下对铁磁性层的第二部分实施一第一次离子照射(first ion irradiation)210 在一第二磁场下对铁磁性层的第三部分实施一第二次离子照射(second ion irradiation)212 移除盖层216 第一次离子照射218 经过图案化的光致抗蚀剂层220 磁化器(magnetic mechanism)230 集成电路232 硅基板234 金属氧化硅(metal-oxide-silicon，M0S)晶体管236 源极与漏极区域238 栅极介电材料240 -H 极电极242 -、第一导电结构特征244 -、第二导电结构特征246 -、第三导电结构特征248 -、介电材料具体实施例方式图1为一剖面图，显示依据本专利技术公开的一实施例所构成的半导体存储器元件 100。请参照图1，此图一并描述半导体存储器元件100及其制造方法。半导体存储器元件100为一自旋力矩转移磁性随机存取存储器(STT-MRAM)的一部分。在一实施例中，半导体存储器元件100包括一由许多材料层所形成的堆叠体，其功能在于作为一磁性穿隧结 (magnetic tunnel junction, MTJ)，并且根据本专利技术所公开的不同实施例而有不同的配置方式。半导体存储器元件100形成于一半导体基板上，例如硅基板或其他合适的半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖志煌，黄胜煌，黄国峰，刘明德，林春荣，高雅真，陈文正，
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：