[發(fā)明專利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造其的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710057592.4
• 申請(qǐng)日: 2017-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN107068856B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋福庭;閔仲強(qiáng);曾元泰;徐晨佑;劉世昌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L43/08
• 分類號(hào): H01L43/08;H01L43/12
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 路勇

本揭露涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造其的方法。具體的，本揭露的一些實(shí)施例揭露一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括第N金屬層；底部電極，其在所述第N金屬層上方；磁性穿遂結(jié)MTJ，其在所述底部電極上方；頂部電極，其在所述MTJ上方；以及第(N+M)金屬層，其在所述第N金屬層上方。N以及M為正整數(shù)。所述第(N+M)金屬層環(huán)繞所述頂部電極的側(cè)壁的一部分。還提供一種形成所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本揭露涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及一種制造其的方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體是用于電子應(yīng)用包括收音機(jī)、電視機(jī)、手機(jī)、及個(gè)人運(yùn)算裝置的集成電路中。一種眾所周知的半導(dǎo)體裝置是半導(dǎo)體存儲(chǔ)裝置，例如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dynamicrandom access memory，DRAM)、或閃存，這二者都使用電荷來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置中，更近期的發(fā)展涉及自旋電子學(xué)，其組合半導(dǎo)體技術(shù)與磁性材料及裝置。使用電子的自旋極化而非電子的電荷來表示“1”或“0”的狀態(tài)。一個(gè)此種自旋電子裝置為自旋力矩轉(zhuǎn)移(spin torque transfer，STT)磁性穿遂結(jié)(magnetictunneling junction，MTJ)裝置。

MTJ裝置包括自由層、穿隧層、以及釘扎層。自由層的磁化方向可經(jīng)由下列反轉(zhuǎn)：施加電流通過穿隧層，其造成自由層內(nèi)所注入的經(jīng)極化電子在自由層的磁化上使出所謂的自旋力矩。釘扎層具有固定的磁化方向。當(dāng)電流以從自由層往釘扎層的方向流動(dòng)時(shí)，電子以反方向流動(dòng)，即從釘扎層往自由層。在穿過釘扎層之后，電子極化成與釘扎層的極化方向相同；流動(dòng)通過穿隧層；以及接著進(jìn)入到并累積在自由層中。最終，自由層的磁化與釘扎層所具有的磁化平行，且MTJ裝置將處于低電阻狀態(tài)。此由電流所造成的電子注入被稱為主要注入。

當(dāng)施加從釘扎層往自由層流動(dòng)的電流時(shí)，電子以從自由層往釘扎層的方向流動(dòng)。具有與釘扎層磁化方向相同的極化的電子能夠流動(dòng)通過穿隧層并進(jìn)入到釘扎層中。相反地，具有與釘扎層的磁化不同的極化的電子將被釘扎層反射(阻擋)且將累積在自由層中。最終，自由層的磁化變成反平行于釘扎層所具有的磁化，且MTJ裝置將處于高電阻狀態(tài)。此由電流所造成的相應(yīng)電子注入被稱為次要注入。

發(fā)明內(nèi)容

優(yōu)先權(quán)請(qǐng)求以及交叉參考案

本申請(qǐng)案請(qǐng)求其對(duì)2016年1月29日申請(qǐng)的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)案第62/288,793號(hào)的優(yōu)先權(quán)。

根據(jù)本揭露的一些實(shí)施例，一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具備第N金屬層；底部電極，其在所述第N金屬層上方；磁性穿遂結(jié)(MTJ)，其在所述底部電極上方；頂部電極，其在所述MTJ 上方；以及第(N+M)金屬層，其在所述第N金屬層上方。N以及M為正整數(shù)。所述第(N+M) 金屬層環(huán)繞所述頂部電極的側(cè)壁的一部分。所述頂部電極包括凹槽區(qū)以及隔離區(qū)。所述凹槽區(qū)被所述第(N+M)金屬層環(huán)繞，而所述隔離區(qū)被定義成從所述MTJ的頂部表面到所述凹槽區(qū)的底部表面且被介電層環(huán)繞的區(qū)。所述凹槽區(qū)的厚度與所述隔離區(qū)的厚度的比值大于約0.5。

根據(jù)本揭露的一些實(shí)施例，一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具備邏輯區(qū)以及存儲(chǔ)器區(qū)。所述存儲(chǔ)器區(qū)包括第N金屬層；底部電極，其在所述第N金屬層上方；磁性穿遂結(jié)(MTJ)，其在所述底部電極上方；頂部電極，其在所述MTJ上方；以及第(N+1)金屬層，其在所述頂部電極上方。N為正整數(shù)。所述頂部電極的厚度大于約

根據(jù)本揭露的一些實(shí)施例，提供一種本文中所述的所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。

本揭露的一些實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第N金屬層；底部電極，其在所述第N金屬層上方；磁性穿遂結(jié)(MTJ)，其在所述底部電極上方；頂部電極，其在所述MTJ上方；以及第(N+M)金屬層，其在所述第N金屬層上方。N以及M 為正整數(shù)。所述第(N+M)金屬層環(huán)繞所述頂部電極的側(cè)壁的一部分。