[发明专利]磁阻式随机存取存储器及其制作方法

说明书

本发明公开一种磁阻式随机存取存储器及其制作方法，其中该磁阻式随机存取存储器包含一导电插塞位于基底内，其中该导电插塞的上缘一侧具有向外延伸的凸出部位，该上缘的另一侧具有向内凹入的凹陷部位；以及一存储单元，其包含一下电极与该导电插塞电连接、一磁隧穿接面位于该下电极上、以及一上电极位于该磁隧穿接面上，其中该存储单元的底面与该导电插塞的顶面完全重叠。

技术领域

本发明涉及一种磁阻式(magnetoresistive)随机存取存储器，更特定言之，其涉及一种能提供较大对位余裕度(alignment window)的磁阻式随机存取存储器及其制作方法。

背景技术

磁性(或磁阻式)随机存取存储器(magnetoresistive random access memory,MRAM)是一种非易失性存储器，其有潜力取代现今的动态随机存取存储器(DRAM)来作为电脑装置中的标准存储器。特别是使用MRAM作为非易失性存储器最终将可实现电脑系统随开即用的(instant on)的功能，故能节省传统电脑在开机时将开机设定数据从硬盘传输到易失性DRAM的所需时间。

磁性存储元件，也称为隧穿磁阻(tunneling magnetoresistive,TMR)元件，其通常会含有被非磁性层(势垒层)所分隔的铁磁层并排列成磁隧穿接面(magnetic tunneljunction,MTJ)态样。数字数据会以铁磁层的磁化向量方向的形式储存在磁性存储元件中。更具体来说，磁性存储元件中其中一层铁磁层的磁矩是受到磁性扎固(pinned)的，称之参考层(reference layer)，而另一层铁磁层的磁矩是可以在参考层磁化固定的同向与反向之间自由地变换的，称之自由层(free layer)，其方向可通过字符线或位线施加外部磁场来改变。上述自由层的磁矩方位也就是我们所知道的平行态与反平行态，其中平行态指的是自由层与参考层会具有同样的磁对位，反平行态指的是该两者具有相反的磁对位。

在一般的磁性随机存取存储器中，磁性存储器单元会通过下方的导电插塞来与下层金属层(如一字符线)电连接。制作工艺中非磁性层与铁磁层的材料会先叠层在各导电插塞上，之后再通过光刻蚀刻制作工艺将该材料叠层图案化成多个存储单元，其每一存储单元都对应并电连接到下方的一个导电插塞。然而，随着半导体元件的尺寸越来越微缩，光刻制作工艺中的对位余裕度(alignment window)也越来越小。在这样的情况下，所形成的存储单元很容易偏移其预定位置而没有完全与下方的导电插塞电连接，如此会造成存储单元的接触电阻上升以及隧穿磁阻下降，使得元件的效能不佳。

发明内容

有鉴于上述磁性存储器制作工艺中会发生的对位余裕度(alignment window)不足的问题，本发明特此提出了一种改良的磁性存储器结构及其制作方法，其通过增加导电插塞与磁隧穿接面材料层的接触面积的方式来增加其制作工艺中对位的余裕度，进而避免后续所形成的存储单元与导电插塞接触不良的问题。

本发明的其一目的在于提出一种磁阻式随机存取存储器，其包含一基底、一导电插塞位于该基底内，其中该导电插塞的上缘的一侧具有向外延伸的凸出部位且该上缘的另一侧具有向内凹入的凹陷部位、以及一存储单元，其包含一下电极与该导电插塞电连接、一磁隧穿接面位于该下电极上、以及一上电极位于该磁隧穿接面上，其中该存储单元的底面与该导电插塞的顶面完全重叠。

本发明的另一目的在于提出一种制作磁阻式随机存取存储器的方法，其步骤包含提供一基底、在该基底中形成导电插塞，其中该导电插塞的上缘具有向外侧延伸的凸出部位、在该基底以及该导电插塞上依序形成下电极材料层、磁隧穿接面材料层、以及上电极材料层、以及进行一各向异性蚀刻制作工艺图案化该下电极材料层、该磁隧穿接面材料层以及该上电极材料层，形成位于该导电插塞上的磁性存储单元，其中该各向异性蚀刻制作工艺会过蚀刻该导电插塞与该基底，在该磁性存储单元两侧的该基底上形成凹陷区域。

本发明的这类目的与其他目的在阅者读过下文以多种图示与绘图来描述的优选实施例细节说明后必然可变得更为明了显见。

附图说明