[发明专利]磁性存储器、其存储单元及其存储单元的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性存储器、其存储单元及其存储单元的制造方法，且特别是有关于一种热协助自旋传输的磁性存储器、其存储单元及其存储单元的制造方法。

背景技术

随着消费性电子产品的普及，以及系统产品的广泛应用，市场上对于存储器的要求日趋严苛，不论是对于存储器的耗电量、成本、读写速度或是重复擦写次数，均有愈来愈高的要求。因此，近年来有愈来愈多追求不同市场区隔的新式存储器技术陆续推出，希望能突破目前存储器的各项限制，成为新一代存储器的主流技术。

在许多新式存储器技术中，由许多不同的铁磁材料层、反铁磁材料层及导体材料层所组成的磁性存储器，利用独特的磁阻特性来进行数据的非破坏性写入。其具有接近静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)的高速读写能力，以及闪存不挥发(non-volatile)的特性，并且在单位存储面积上也和动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)的比例相近，更由于其具有几乎不受限制的重复读写次数，使得磁性存储器成为非挥发性存储器领域中的明日之星。

于磁性存储器中，藉由通以电子流来进行自旋传输(spin-transfer)写入的磁性存储器，在写入数据时需要通以密度高达10⁶～10⁷A/cm²的电流，方能改变存储单元的磁阻大小，不仅增加了存储器的耗电量，更凸显了关于电迁移(electron migration)的问题，影响了存储器运作的效率及品质。因此，如何有效降低自旋传输写入的磁性存储器写入数据时的电子流密度，实为目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明提供一种磁性存储器、其存储单元及其存储单元的制造方法，其利用形成一间隙于包围磁性堆叠结构的介电材料与此磁性堆叠结构的侧壁间的方式，避免当存储单元于写入模式时，磁性堆叠结构所产生的热量快速自介电材料散失的现象，可维持磁性堆叠结构的温度。其具有可降低磁性存储器的耗电量、可增加磁性存储器的稳定性以及兼容于传统工艺的优点。

根据本发明的一方面，提出一种磁性存储器的存储单元，包括一底接触层、一位线、一磁性堆叠结构以及一介电材料。位线设置于底接触层的上方。磁性堆叠结构设置于该底接触层及该位线之间。介电材料至少充填于底接触层及位线之间，介电材料包围磁性堆叠结构，且与磁性堆叠结构间具有一间隙。

根据本发明的另一方面，提出一种磁性存储器的存储单元的制造方法。首先，形成一磁性堆叠结构于一底接触层上。其次，形成一衬垫层于底接触层上，衬垫层包覆磁性堆叠结构的侧壁。再者，沉积一第一介电材料于底接触层上，第一介电材料覆盖磁性堆叠结构的顶面及衬垫层。而后，平坦化第一介电材料、衬垫层及磁性堆叠结构的顶面。再来，移除衬垫层，以于磁性堆叠结构及第一介电材料之间形成一间隙。然后，形成一位线于第一介电材料、间隙及磁性堆叠结构上。

根据本发明的再一方面，提出一种磁性存储器，包括一硅基板、一栅极堆叠、一存储单元、以及一介电材料。硅基板具有一漏极区及一源极区。栅极堆叠设置于硅基板上，且位于漏极区及源极区之间。存储单元包括底接触层、磁性堆叠结构及一位线，底接触层电连接于漏极区，磁性堆叠结构设置于底接触层上，位线设置于磁性堆叠结构上。介电材料设置于硅基板上，并覆盖栅极堆叠及存储单元，且与磁性堆叠结构的侧壁间具有一间隙。当存储单元处于一写入模式时，磁性堆叠结构产生一热量，间隙用以减缓热量散失的速率。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选的实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示依照本发明优选实施例的磁性存储器；

图2A绘示依照本发明优选实施例的磁性堆叠结构形成于底接触层上的示意图；

图2B绘示一第二介电材料沉积于图2A的底接触层上的示意图；

图2C绘示图2B的第二介电材料经过蚀刻后的示意图；

图2D绘示第一介电材料沉积于图2C的底接触层上的示意图；

图2E绘示平坦化图2D的第一介电材料、衬垫层及磁性堆叠结构的顶面后的示意图；

图2F绘示移除图2E的衬垫层后的示意图；

图2G绘示位线形成于图2F的第一介电材料、间隙及磁性堆叠结构上的示意图；

图3A绘示电子流由位线进入存储单元时第三磁化方向的示意图；以及

图3B绘示电子流由底接触层进入存储单元时第三磁化方向的示意图。

附图标记说明