[发明专利]磁阻式随机存取存储器元件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及非易失存储器技术领域，特别是涉及一种具备优选磁化效率(magnetization efficiency)的磁阻式随机存取存储器(MRAM)元件及其制作方法。

背景技术

如本领域一般技术人员所知，磁阻式随机存取存储器属于非易失性存储器，其速度约为动态随机存取存储器的六倍，具备高速数据传输、密度高、体积轻、低耗电及耐撞击等等优点，故特别适合应用于高阶的可携式电子产品，例如，智能型手机。

磁阻式随机存取存储器并非以传统的电荷来存储位数据，而是以磁性阻抗效果来进行数据的存储。结构上，磁阻式随机存取存储器包括数据层(datalayer)以及参考层(reference layer)，其中数据层是由磁性材料所构成，而在写入操作时，经由外加的磁场，数据层即可在相反的两种磁性状态中切换，由此存储位元资讯。参考层则通常是由已固定磁性状态的磁性材料所构成，而难以被外加磁场改变。

相比较于动态随机存取存储器，磁阻式随机存取存储器在布局上并不一定要利用晶体管来进行写入操作。目前，较先进的磁阻式随机存取存储器是采用所谓的旋转力矩转移(spin-torque-transfer，STT)技术，其能克服在工艺进入65纳米以下时所产生的问题。STT技术是利用自旋对准(spin-aligned)或极化的电子直接进行场域的扭转。更明确的说，若流入某层的电子要改变它们的自旋态，这将发展出力矩，并转移至附近层，如此降低写入存储单元的电流量，使它接近写入过程。

然而，已知的磁阻式随机存取存储器仍有诸多缺点需要进一步改进。例如，过去以物理气相沉积法进行参考层的填缝工艺在缝隙沟槽的深宽比大于2时将遭遇到问题。此外，当存储器密度增加，周遭存储单元的互相干扰也 越来越严重。因此，该领域仍需要改良的磁阻式随机存取存储器元件制造方法，以解决前述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改良的磁阻式随机存取存储器(MRAM)元件及其制作方法，以解决上述现有技术的不足与缺点。

根据本发明优选实施例，本发明提供一种磁阻式随机存取存储器元件，包含有：下部电极，设于第一绝缘层中；环状参考层，位于第二绝缘层的第一介层洞内，该第二绝缘层位于该第一绝缘层上，且该环状参考层位于该下部电极正上方；第一填缝材料层，填入该第一介层洞中；阻障层，覆盖该环状参考层，该第二绝缘层以及该第一填缝材料层；环状自由层，设于第三绝缘层的第二介层洞内，该第三绝缘层位于该第二绝缘层上，且该环状自由层位于该环状参考层正上方；以及上部电极，堆叠于该环状自由层上。

根据本发明另一优选实施例，本发明提供一种磁阻式随机存取存储器元件的制作方法，包含有：提供基底；在该基底上形成第一绝缘层；在该第一绝缘层内形成下部电极；在该第一绝缘层及该下部电极上形成第二绝缘层；在该第二绝缘层中形成第一介层洞；在该第一介层洞内形成环状参考层；在该第一介层洞内填入第一填缝材料层；在该第二绝缘层、该环状参考层及该第一填缝材料层上形成阻障层；在该阻障层上形成第三绝缘层；在该第三绝缘层中形成第二介层洞；在该第二介层洞内形成环状自由层；在该第二介层洞内填入第二填缝材料层；以及在该环状自由层上形成上部电极。

为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合附图，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1至图8，其为依据本发明优选实施例所绘示的磁阻式随机存取存储器元件的制作方法的剖面示意图；

图9至图13，其为依据本发明另一优选实施例所绘示的磁阻式随机存取存储器元件的制作方法的剖面示意图；

图14至图18，其为依据本发明又另一优选实施例所绘示的磁阻式随机 存取存储器元件的制作方法的示意图。

附图标记说明

10：半导体切换装置

10a：半导体切换装置

10b：半导体切换装置

12：端点

12a：端点

12b：端点

14：绝缘层

16：底部电极

16a：底部电极

16b：底部电极

18：绝缘层

18a：介层洞

20：磁性材料层

20a：间隙壁

20b：间隙壁

21：绝缘层

22：阻障层

24：绝缘层

24a：介层洞

26：磁性材料层

26a：间隙壁