MRAM器件及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种磁阻随机存取存储器(MRAM)器件及其制造方法。该MRAM器件包括磁固定层、用作自由层的复合GMR结构、将固定和GMR层分离的非磁阻挡层。该阻挡层用以减少自由层和GMR结构的磁连接，以及提供用于保持器件中的二进制数据(0或1)的电阻状态(高或低)。GMR结构提供物理电极连接，以实现设置/清除内存的功能，其与物理电极连接实现存储器件的读取功能分开。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及存储器领域，更具体地，涉及MRAM器件及其制作方法。
技术介绍
MRAM(磁阻随机存取存储器)是一种非易失性的计算机内存，能够存储一些比特的数字信息(二进制的O或I)。在传统的RAM元件中，数字数据被存储为电荷，而MRAM则通过磁存储元件中的电阻状态(高电阻或低电阻)将数字数据存储为比特态(O或1)，该状态无需恒定的电功率保持自己的状态。例如，磁性存储器件的实例可以包括固定(稳定)磁层、自由(可变)磁层、以及在固定(pinned)磁层和自由磁层之间插入的非磁导电阻挡层。固定层和自由层的磁场相对的排列方式决定了在固定磁层和自由磁层之间插入的阻挡层的电阻状态(高电阻或低电阻)。通过将自由层的磁状态改变为与固定磁层相匹配、或相对抗，来控制MRAM器件的电阻状态的改变。将自由层的磁定向与固定层的磁定向相匹配，在阻挡层中创建低电阻状态，则存储的记忆比特信息等于二进制值，例如，I。在磁自由层和磁固定层之间的相反的磁定向(自由层的磁定向与固定层的磁定向相反)在阻挡层中创造了高电阻态，贝1J存储的记忆比特信息等于二进制值，例如，O。MRAM器件通常是通过在半导体器件中的两个电极之间放置固定层、阻挡层、以及自由层形成的。MRAM器件可以具有设置和信息检索的操作，如读取、写入-1 (设定值=I)、和写入-0(明确设定值=O)。写入操作，也称为编程操作，将电脉冲应用于电极，从而造成电流在器件的固定层和自由层之间流动。根据电流流动的方向，自由层的磁定向会改变，从而与固定层的磁定向相匹配或相对抗。通过测量MRAM器件的固定层和自由层之间的电阻，整个电极完成读取操作。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种磁阻随机存取存储器(MRAM)，包括:固定磁层；阻挡层，与固定磁层相邻；以及巨磁阻(GMR)结构，与阻挡层相邻，GMR结构包括第一磁层、第二磁层、和在第一磁层和第二磁层之间插入的导电层,第一磁层俯视时具有与第二磁层不同的尺寸。该MRAM进一步包括:第一电极，电连接到固定磁层；第二电极，电连接到GMR结构的第一磁层；以及第三电极，电连接到GMR结构的第二磁层。其中，第一电极和第二电极在俯视时沿第一磁层的纵轴设置。其中，第一磁层比第二磁层更靠近阻挡层，第二磁层比第一磁层更厚。其中，第二磁层的形状具有长度比宽度是大约I到大约3.5的纵横比。其中，固定磁层、阻挡层、以及第一磁层在俯视时具有相同的长度和宽度，导电层和第二磁层在俯视 时具有相同的长度和宽度。其中，固定磁层和阻挡层在俯视时具有相同的长度和宽度，第一磁层、导电层和第二磁层在俯视时具有相同的长度和宽度。其中，MRAM处于低电阻状态，以及GMR结构的磁定向与固定层的磁定向平行。其中，MRAM处于高电阻状态，以及GMR结构的磁定向与固定层的磁定向反向平行。其中，MRAM能够读取在第二磁层和固定层之间的电阻状态。本专利技术还提供了一种磁阻随机存取存储器(MRAM)，包括:固定层；阻挡层，与固定层相邻；巨磁阻(GMR)结构，与阻挡层相邻，GMR结构包括第一磁层、第二磁层、和在第一磁层和第二磁层之间插入的导电层；第一写入电极，连接到第一磁层；以及第二写入电极，连接到第二磁层。其中，在俯视时，第一磁层的形状具有长度比宽度是大约I到大约3.5的纵横比。其中，在俯视时，第一磁层的长度大于第二磁层的长度。其中,在俯视时，第一磁层的长度大于固定层的长度。其中，固定层是多层结构。此外，还提供了一种磁阻随机存取存储器(MRAM)，包括:固定层；阻挡层，与固定层相邻；第一磁层，与阻挡层相邻；导电层，与第一磁层相邻；第二磁层，与导电层相邻；第一电极，直接连接到第一磁层·；以及第二电极，直接连接到第二磁层。其中，MRAM能够读取第二磁层和固定层之间的电阻状态。其中，固定层和阻挡层具有与第一磁层相同的长度和宽度。其中，第一磁层、导电层、以及第二磁层在俯视时具有大于固定层的宽度。该MRAM进一步包括,第三电极连接到固定层。附图说明为了更好地理解实施例及其优点，现将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中:图1-6B是根据本专利技术的一个实施例示出的形成相变存储器的方法；以及图7A-7B是根据另一个实施例示出的MRAM器件；以及图8A-8D是根据一个实施例示出的设置/清除内存状态(写入)和读取内存状态；以及图9是根据一个实施例示出的MRAM阵列。具体实施例方式下面，详细讨论本专利技术的实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出制造和使用本专利技术的具体方式，而不用于限制本公开的范围。图1-6B根据一个实施例示出了存储器件形成过程的各个中间阶段。首先参考图1，根据一个实施例，晶圆100的一部分具有介电层110，其包括第一电极124。应当指出的是，第一电极124可以电连接到在底层衬底(未显示)上形成的电子电路(未显示)，和/或电连接到外部连接件(未显示)。例如，在图1所示的实施例中，第一电极124可以电连接到晶体管的源区/漏区，通过接触(未显示)形成在底层衬底上。以这种方式，晶体管可以用于控制随后形成的存储器件的状态读取。在一个实施例中，电路可以进一步包括形成在衬底上的电子器件，该电子器件上覆盖有一个或多个介电层。在介电层之间可以形成金属层，以路由电子器件之间的电信号。在一个或多个介电层中也可以形成电子器件。一般地，层间电介质(ILD)和金属间介电层(IMD)以及相关的金属化层被用于互连底层衬底上形成的电子电路，并且提供外部电连接。介电层110可以由，例如，低K介电材料(如，磷硅酸玻璃(PSG)，硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、氟硅酸盐玻璃(FSG)、SiOxCy、旋涂玻璃、旋涂聚合物、硅碳材料、及其化合物、复合材料和组合等)以任何合适的方法(如，旋涂、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD))形成。应当指出的是，介电层110可以包括多个介电层。第一电极124可以通过任何合适的工艺形成在介电层110中，包括波形花纹(damascene)工艺。波形花纹工艺一般涉及将层(例如，介电层110)沉积到衬底的上方，并且在该层上形成掩膜(未显示)。掩膜的图案化可以使用，例如，光刻和蚀刻技术，其包括沉积光刻胶材料、掩膜生成、暴光、和显影，以露出即将被移除的部分介电层110。剩余的光刻胶材料用以在后续处理步骤中(如，蚀刻)保护底层材料。在一个实施例中，使用光刻胶材料创建图案化的掩膜，从而界定第一电极124。可以使用蚀刻工艺，例如，各向异性或各向同性蚀刻工艺(如，各向异性的干蚀刻工艺)，形成开口。在蚀刻工艺之后，可以将任何剩余的光刻胶材料移除，然后，可以使用导电材料填充开口，并且，多余的导电材料可以使用平坦化工艺移除，例如，使用化学机械抛光(CMP)工艺。也可以使用其他工艺，例如，电镀、蚀刻，双波形花纹等。第一电极124可以由任何合适的导电材料形成，例如，高导低阻金属、兀素金属、过渡金属等，包括金属或具有一个或多个Al、AlCu, Cu、T1、TiN、W等的金属合金。进一步地，第一电极124可以包括阻挡层/粘附层，以防止在第一电极124和周围的介电层之间的扩散，以及提供更好的附着力。例如，第一电极124可以通过物理气相沉积(PV本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻随机存取存储器(MRAM)，包括：固定磁层；阻挡层，与所述固定磁层相邻；以及巨磁阻(GMR)结构，与所述阻挡层相邻，所述GMR结构包括第一磁层、第二磁层、和在所述第一磁层和所述第二磁层之间插入的导电层，所述第一磁层俯视时具有与所述第二磁层不同的尺寸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：江典蔚，于淳，高雅真，
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：