[发明专利]形成内存设备结构的方法及内存设备结构

说明书

本发明提供一种形成内存设备结构的方法及内存设备结构，该内存设备结构包括：一晶圆基板；一磁性隧道结(MTJ)，其由一第一磁性层、一第二磁性层及一非磁性薄层形成，该第一磁性层、该第二磁性层及该非磁性薄层沿着垂直于该晶圆基板的一上表面的一第一方向堆栈，该MTJ形成于该上表面上面，该非磁性层插在该第一磁性层与该第二磁性层之间；电性耦合至该第一磁性层的一第一接触；以及电性耦合至该第二磁性层的一第二接触。

本申请是申请号为201610920471.3，申请日为2016年10月21日，发明名称为“形成内存设备结构的方法及内存设备结构”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明内容大体有关于形成内存设备结构的方法及内存设备结构，且更特别的是，有关于以例如超越40纳米的先进技术尺度形成包括磁性随机存取内存技术的内存设备结构。

背景技术

目前，半导体及磁性储存技术为最常用数据储存技术中的一些。半导体内存使用基于半导体的电路组件，例如晶体管或电容器，来储存信息，而常见半导体内存芯片可能包含数百万个此类电路组件。半导体内存存在挥发性及非挥发性两种形式。在现代计算机中，主要储存器(primary storage)几乎只由动态挥发性半导体内存或动态随机存取内存(DRAM)组成。在本世纪初以来，一种习称闪存的非挥发性半导体内存已稳定地得到作为用于家庭计算机的脱机储存器的份额。非挥发性半导体内存也使用于在各种先进电子设备及专用计算机中的辅助储存器。

在磁性内存中，信息的储存是利用磁性层、膜或表面的不同磁化模式。与DRAM相反，磁性储存器为非挥发性，并且磁性储存器的较早实作利用可能含有一或更多记录传感器(recording transducer)用于存取存入镀磁表面的信息的一或更多读写头，在此读写头只覆盖该表面的一部分，使得该头或媒体或两者相对移动，以便存取数据。

可视为联合DRAM与磁性内存技术的概念为所谓的磁电阻随机存取内存(MRAM)。MRAM类型的内存单元(memory cell)在设计上类似DRAM类型的内存单元，但是不同点在于MRAM使用磁性储存组件来储存信息，而不是如同DRAM单元以电容器上的电荷来储存信息。因此，不像DRAM会随着时间而失去电荷，MRAM为非挥发性内存设备，它不必如同DRAM技术以读取每个单一内存单元以及重写每个单一内存单元的内容的方式来刷新(refresh)内存芯片的内存单元。

这对于未来发展是重要的冲击。例如，在考虑下一代的内存设备时，亦即，超越40纳米的技术节点，例如，超越28纳米，DRAM单元的缩放要求更频繁地刷新个别内存单元，导致DRAM内存结构的耗电量更大。相比之下，MRAM单元永远不必刷新，而是在电源关掉时保存它的内存，因为不需要不断的功率汲取(power draw)用于储存MRAM内存设备的数据。

也值得比较MRAM与另一常见内存系统，快闪RAM。如同MRAM，快闪在除去电源时不会失去它的记忆，这使得它在小型设备的“硬盘更换”很常见，例如数字音频播放器或数字相机。关于读取，快闪及MRAM有极类似的电力需求，然而，关于写入/重写，快闪的重写使用随着时间蓄积于电荷帮浦(charge pump)的大脉冲电压(约10V)，这很耗能又耗时。此外，电流脉冲使快闪单元物理衰变，这意谓闪存在必须更换之前只能写入有限的次数。相比之下，MRAM的写入只需要比读取稍微多一点的电力，并且电压没有变化，可排除电荷帮浦的需要。这导致操作更快，耗电量更低，以及相比于闪存，MRAM有无限长的“寿命”。