[发明专利]嵌入了MRAM的集成电路中的3D电感器和变压器器件

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电子器件。更具体而言，本发明涉及包括形成在单个基板上的磁性随机存取存储器(“MRAM”)结构和电感器/变压器结构的集成电路。

背景技术

MRAM是一种非易失性存储器技术，它采用磁性极化来存储数据，这和老式的RAM技术是不同的，老式的RAM技术采用电子电荷来存储数据。MRAM的一个主要优点在于，它是在没有施加系统功率的情况下保存所存储数据的，因此，它是非易失性存储器。通常，MRAM包括形成在半导体基板上的多个磁性单元，其中每个单元表示一个数据位。通过改变单元内部的磁性元件的磁化方向，从而将位写入到该单元，并且通过测量该单元的电阻来读取位(低电阻通常表示“0”位，而高电阻通常表示“1”位)。

MRAM器件通常包括利用编程线、导电位线和导电数字线(digitline)编程的单元阵列。实际的MRAM器件是利用公知的半导体加工技术来制作的。例如，由不同金属层形成位线和数字线，其中这些金属层被一个或多个绝缘层和/或其它金属层分隔开。传统的制作过程可以在专用基板上容易地制作各不相同的MRAM器件。

许多现代应用的小型化使得希望减小电子器件的物理尺寸，将多个部件或器件集成到单个芯片中，并且/或者改进电路设计效率。希望获得一种基于半导体的器件，它包括在单个基板上集成有电感元件的MRAM结构，其中该MRAM结构和该电感元件利用相同的加工技术来制作。此外，希望获得微型制作的电感元件，例如变压器或电感器，其采用磁性覆层技术以增强性能和效率。而且，通过下面的详细描述和所附权利要求，结合附图和上述技术领域和背景技术部分，将可以更加清楚地理解本发明的其它可取的特征和特性。

附图说明

通过参照具体实施方式部分和权利要求部分，结合附图，将能够更加完全地理解本发明，在附图中，相同的附图标记始终表示相似的元件。

图1是简化的MRAM结构的示意性透视图；

图2是根据本发明的示例性实施例构造的MRAM单元的示意性透视图；

图3是根据本发明的示例性实施例构造的集成电路器件的不同层和元件的简化图；

图4是根据本发明的示例性实施例由对应于MRAM编程线的金属层制作的电感器的顶视图；

图5是根据本发明的示例性实施例由对应于MRAM编程线的金属层制作的双层电感器的截面视图；以及

图6是根据本发明的示例性实施例由对应于MRAM编程线的金属层制作的变压器的顶面透视图。

具体实施方式

下面的具体实施方式部分从本质上讲仅仅是阐述性描述，而不用于限制本发明或本申请以及本发明的应用。而且，本发明不受在前述技术领域、背景技术、发明内容或下面的具体实施方式部分中任何具体或隐含理论的限制。

为了简洁起见，这里不详细描述涉及MRAM设计、MRAM操作、半导体器件制作以及集成电路器件的其它方面的传统技术和特征。而且，在此包含的多幅附图中所示的电路/部件布局和结构仅用于表示本发明的示例性实施例。应当注意，在实际实施例中可以采用许多可替换的或者其它的电路/部件布局。

图1是简化的MRAM结构100的示意性透视图，它利用合适的半导体制作过程形成在基板上(图1未示出)。虽然MRAM结构100仅包括九个单元，但是实际的MRAM器件将通常包括数百万个单元。通常，MRAM结构100包括：利用一个金属层形成的至少一个数字线104、利用另一个金属层形成的至少一个位线106、以及形成在这两个金属层之间的磁性隧道结(“MTJ”)芯。该MTJ芯包括形成用于MRAM结构100的存储单元阵列的单元102。

图2是根据本发明的示例性实施例构造的MRAM单元200的示意性透视图。MRAM结构100中的每个单元可以如图2所示构造。MRAM单元200总体上包括上部铁磁层202、下部铁磁层204以及两个铁磁层之间的绝缘层206。在该示例中，上部铁磁层202是自由磁性层，因为它的磁化方向可以切换，从而改变单元200的位状态。然而，下部铁磁层204是固定磁性层，因为它的磁化方向不会变化。当上部铁磁层202的磁化平行于下部铁磁层204的磁化时，跨单元200的电阻比较低。当上部铁磁层202的磁化反平行于下部铁磁层204的磁化时，跨单元200的电阻比较高。给定单元200中的数据(“0”或“1”)通过测量跨该单元200的电阻来读取。用于读写数据到MRAM单元200的技术是本领域技术人员公知的，因此，在此不再赘述。