[发明专利]半导体结构以及相关操作和制造方法

说明书

本发明实施例揭露一种半导体结构以及相关操作和制造方法。所述半导体结构包含：衬底；磁性层，其位于所述衬底上方；磁性穿隧结MTJ单元，其位于所述磁性层上方；和非磁性导电层，其位于所述磁性层与所述MTJ单元之间。本发明实施例还揭露一种用于制造所述半导体结构的相关方法。

技术领域

本发明实施例涉及半导体结构以及相关操作和制造方法。

背景技术

先前在实施利用磁阻现象达成两种信息状态(即，单位信息)的电磁组件(例如磁性穿隧结(MTJ))中取得的成果主要是针对使用电流产生磁场以操纵装置和/或直接施加转矩于磁域以操纵装置。然而，所需电流通常相当大，尤其在其中MTJ用于MRAM配置的情况中。其实，在需要低电力操作的应用中，对相当大电流的要求使依赖MTJ的装置的实施无商业可行性。

发明内容

根据本发明的一实施例，一种用于存储数据的半导体结构包括：第一端子、第二端子和第三端子，其中所述数据通过所述第一端子和所述第二端子写入到所述半导体结构中，且所述数据通过所述第二端子和所述第三端子从所述半导体结构读出；衬底；磁性层，其位于所述衬底上方，所述磁性层的第一端与所述第一端子物理接触，且所述磁性层的与所述第一端对置的第二端与所述第二端子物理接触；磁性穿隧结(MTJ)单元，其位于所述磁性层上方，其中所述磁性层的所述第一端和所述第二端从所述MTJ单元的侧壁侧向突出，且所述MTJ单元位于所述磁性层的所述第一端与所述第二端之间，且所述MTJ单元包含自由层、位于所述自由层上方的阻障层和位于所述阻障层上方的参考层；非磁性导电层，其位于所述磁性层与所述MTJ单元之间；和顶部电极，其位于所述MTJ单元上方，所述顶部电极与所述第三端子物理接触。

根据本发明的一实施例，一种写入磁性穿隧结(MTJ)单元的方法包括：在所述MTJ单元相邻处提供磁性层，所述磁性层具有第一磁化方向；在所述MTJ单元与所述磁性层之间提供非磁性导电层；和将所述磁性层的磁化方向从所述第一方向翻转成与所述第一方向相反的第二方向。

根据本发明的一实施例，一种制造半导体结构的方法包括：提供半导体衬底；将磁性层沉积于所述半导体衬底上方；将非磁性导电层沉积于所述磁性层上方；将自由层沉积于所述非磁性导电层上方；将阻障层沉积于所述自由层上方；将参考层沉积于所述阻障层上方；将顶部电极沉积于所述参考层上方；图案化所述非磁性导电层、所述自由层、所述参考层和所述顶部电极；和去除所述磁性层的一部分。

附图说明

从结合附图阅读的以下详细描述最佳理解本揭露实施例的方面。应注意，根据工业上的标准惯例，各种构件未按比例绘制。实际上，为使讨论清楚，可任意增大或减小各种构件的尺寸。

图1是绘示根据本揭露的各种实施例的半导体结构的横截面图；

图2是绘示根据本揭露的各种实施例的半导体结构的俯视图；

图3是绘示根据本揭露的各种实施例的半导体结构的俯视图；

图4到7描绘根据本揭露的各种实施例的通过使用布洛赫(Bloch)壁的相对于自由层的切换操作；和

图8到12是根据本揭露的各种实施例的各种阶段中所制造的半导体装置的横截面图。

具体实施方式

以下揭露实施例提供用于实施本揭露的不同特征的众多不同实施例或实例。下文将描述组件和布置的具体实例以简化本揭露实施例。当然，这些仅为实例且不意在限制。例如，在以下描述中，“使第一构件形成于第二构件上方或第二构件上”可包含其中形成直接接触的所述第一构件和所述第二构件的实施例，且还可包含其中额外构件可形成于所述第一构件与所述第二构件之间使得所述第一构件和所述第二构件可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各种实例中重复元件符号和/或字母。此重复旨在简化和清楚且其本身不指示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。