[发明专利]集成电路的制造方法有效

专利信息
申请号: 200810093276.3 申请日: 2008-05-19
公开(公告)号: CN101515566A 公开(公告)日: 2009-08-26
发明(设计)人: 王泳弘;王郁仁;庄育灶;蔡嘉雄 申请(专利权)人: 台湾积体电路制造股份有限公司
主分类号: H01L21/82 分类号: H01L21/82;H01L27/22;G11C11/16;G11C11/15
代理公司: 北京律诚同业知识产权代理有限公司 代理人: 陈 红
地址: 台湾省新竹市新*** 国省代码: 中国台湾;71
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摘要:
搜索关键词: 集成电路 制造 方法
【说明书】:

技术领域

发明有关于半导体存储元件,且特别是有关于磁阻随机存取内存(Magnetoresistive Random Access Memory;MRAM)元件及其制造方法。

背景技术

半导体使用在电子应用性商品的集成电路中,这些电子应用性商品例如包括无线电、电视、行动电话与个人计算元件。一种类型的半导体元件为半导体存储元件,例如动态随机存取内存(DRAM)或闪存(Flash Memory),该二种内存均利用电荷来存储信息。

半导体存储元件的更新近的发展包括自旋电子元件(Spin Electronics),其结合半导体科技、磁性材料与元件。电子的自旋用来表示“1”或“0”的状态,其中电子的自旋是透过他们的磁矩而非电子的电荷。一种这样的自旋电子元件为磁阻随机存取内存元件100,有时称为磁性随机存取内存,如图1所示,其中该磁阻随机存取内存元件100包括定位为不同方向的导线(字线WL与位线BL),例如在不同金属层中互相垂直。这些导线将磁性堆叠或磁性隧道结(MTJ)102夹在中间,其中磁性堆叠或磁性隧道结102作为磁性存储单元(magnetic memory cell)。图1示出了现有交叉点磁阻随机存取内存元件100阵列的部分透视图。磁阻随机存取内存元件100包括半导体晶片,且该半导体晶片至少包括一衬底(未示出)。该衬底具有第一绝缘层(也未示出)沉积在其上、以及多个第一导线或字线WL形成在第一绝缘层中,例如在第一线路层中。

在交叉点磁阻随机存取内存元件100中,每个存储单元或磁性隧道结102设置在一字线WL上或与该字线WL邻接。每个存储单元或磁性隧道结102包括三层:第一磁性层ML1、隧道层(或隧道阻挡层)TL、与第二磁性层ML2。第一磁性层ML1位于字线WL上并邻接该字线WL。第一磁性层ML1通常称为硬磁层或固定层,因为第一磁性层ML1的磁方位是固定的。隧道层(或隧道阻挡层)TL形成在第一磁性层ML1上,其中隧道层(或隧道阻挡层)TL至少包括薄介电层。第二磁性层ML2形成在隧道层TL上。第二磁性层ML2通常称为软磁层或自由层,因为第二磁性层ML2的磁方位可沿着一或二方向进行切换。第一磁性层ML1与第二磁性层ML2可包括一或多层材料层。

每个磁性隧道结102邻接位于第二磁性层ML2上或与第二磁性层ML2邻接的第二导线或位线BL,也如图1所示,其中位线BL设置的方向不同于字线WL的方向,例如位线BL可垂直于字线WL。数个磁性隧道结102所构成的磁阻随机存取内存元件100阵列包括多个字线WL、多个位线BL以及多个磁性隧道结102,其中这些字线WL互相平行且其走向为第一方向,这些位线BL互相平行且其走向为第二方向,第二方向不同于第一方向,而磁性隧道结102设置在每个字线WL与位线BL之间。位线BL显示在磁阻随机存取内存元件100阵列的顶端,而字线WL显示在磁阻随机存取内存元件100阵列的底部时,替代性地,字线WL可设置在磁阻随机存取内存元件100阵列的顶端,而位线BL可设置在磁阻随机存取内存元件100阵列的底部。

磁性隧道结102的阻值取决于第二磁性层ML2的磁矩相对于第一磁性层ML1的磁矩的方位。磁性隧道结102单元的阻值取决于力矩的相对方位。举例而言,若第一磁性层ML1与第二磁性层ML2的方位为同一方向,如图2B所示,磁性隧道结102单元的阻值Rc低。若第一磁性层ML1与第二磁性层ML2的方位为之方向相反,如图2C所示,磁性隧道结102单元的阻值Rc高。利用磁性隧道结单元的这两种状态来存储数字信息(逻辑“1”或“0”、高或低电阻、或反之亦然)。

第一磁性层ML1的定位通常在制造过程中就完成。磁性隧道结102单元的信息存储在第二磁性层ML2中。如图2A所示,电流IWL与IBL分别通过字线WL与位线BL而提供磁场,需要该磁场来将信息存储在第二磁性层ML2中。位线BL与字线WL电流的叠置磁场具有切换第二磁性层ML2的磁矩与改变磁性隧道结102单元的存储状态的能力。

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