[发明专利]半导体器件及其形成方法

说明书

一种形成半导体器件的方法，包括：在半导体衬底上方沉积第一介电层；在第一介电层上方沉积第一电极层；蚀刻第一电极层，以形成第一电极，和与第一电极横向地分隔开的第二电极；在第一电极和第二电极上沉积自旋轨道转矩(SOT)材料；在SOT材料上沉积磁隧道结(MTJ)层；在MTJ层上沉积第二电极层；蚀刻SOT材料，以形成从第一电极至第二电极延伸的SOT层；蚀刻MTJ层，以在SOT层上形成MTJ堆叠件；以及蚀刻第二电极层，以在MTJ堆叠件上形成顶部电极。本申请的实施例另一方面提供一种半导体器件。

技术领域

本申请涉及半导体领域，具体地，涉及半导体MRAM器件和及其形成方法。

背景技术

半导体存储器在用于电子应用的集成电路中使用，该电子应用例如包括手机和个人计算设备。一种类型的半导体存储器件是磁阻随机存取存储器(MRAM)，其涉及将半导体技术与磁性材料和器件相结合的自旋电子学。电子通过其磁矩而非该电子的电荷的自旋用于存储位值。

传统的MRAM单元是自旋传递转矩(STT)MRAM单元。通常的STT-MRAM单元可以包括磁隧道结(MTJ)堆叠件，其包括钉扎层、位于钉扎层上方的被钉扎层、位于被钉扎层上方的隧道层、以及位于隧道层上方的自由层。在MRAM单元的形成过程中，首先要沉积多个覆盖层。然后通过光刻和蚀刻工艺图案化覆盖层，以形成MTJ堆叠件。

由于编程电流必须流过隧道层这个事实，使得STT-MRAM单元遭遇可靠性问题，因此劣化或者损坏隧道层。因此，开发了自旋轨道转矩(SOT)MRAM。在SOT-MRAM单元的编程中，编程电流不流过隧道层，因此SOT-MRAM的可靠性比STT-MRAM高。

发明内容

本申请的实施例提供了一种半导体器件，包括：第一晶体管和第二晶体管，位于衬底上，其中，第一晶体管包括第一栅极结构、第一漏极区、和第一源极区，并且其中，第二晶体管包括第二栅极结构、第二漏极区、和第二源极区；第一底部电极和第二底部电极，位于第一晶体管和第二晶体管上方，其中，第一底部电极电连接至第一漏极区，第二底部电极电连接至第二漏极区；自旋轨道转矩(SOT)层，位于第一底部电极和第二底部电极上方，其中，SOT层电连接至第一底部电极和第二底部电极；磁隧道结(MTJ)堆叠件，位于SOT层上方，并且电连接至SOT层；以及顶部电极，位于MTJ堆叠件上方，并且电连接至MTJ堆叠件。

本申请的实施例提供了一种半导体器件，包括：衬底；多个磁阻随机存取存储器(MRAM)单元，位于衬底上，其中，多个MRAM单元的每个MRAM单元包括：第一导电部件和第二导电部件，位于介电层内；自旋轨道转矩(SOT)层，在第一导电部件和第二导电部件上方延伸，其中，SOT层电连接至第一导电部件和第二导电部件；磁隧道结(MTJ)堆叠件，位于SOT层上方，并且电连接至SOT层；以及顶部电极，位于MTJ堆叠件上方，并且电连接至MTJ堆叠件；以及第三导电部件，在多个MRAM单元的第一MRAM单元和多个MRAM单元的第二MRAM单元上方延伸，其中，第三导电部件电连接至第一MRAM单元的顶部电极和第二MRAM单元的顶部电极。

本申请的实施例提供了一种形成半导体器件的方法，包括：在半导体衬底上方沉积第一介电层；在第一介电层上方沉积第一电极层；蚀刻第一电极层，以形成第一电极，和与第一电极横向地分隔开的第二电极；在第一电极和第二电极上沉积自旋轨道转矩(SOT)材料；在SOT材料上沉积多层磁隧道结(MTJ)层；在多层MTJ层上沉积第二电极层；蚀刻SOT材料，以形成从第一电极至第二电极延伸的SOT层；蚀刻多层MTJ层，以在SOT层上形成MTJ堆叠件；以及蚀刻第二电极层，以在MTJ堆叠件上形成顶部电极。

本申请的实施例提供了半导体MRAM器件和方法。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。