[發明專利]磁阻式隨機存取存儲器及其制作方法

有效

• 申請號: 201810076594.2
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN110085737B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 林宏展;王裕平;陳宏岳
• 申請（專利權）人: 聯華電子股份有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12;H01L27/22
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

本發明公開一種磁阻式隨機存取存儲器及其制作方法，其中該磁阻式隨機存取存儲器包含一導電插塞位于基底內，其中該導電插塞的上緣一側具有向外延伸的凸出部位，該上緣的另一側具有向內凹入的凹陷部位；以及一存儲單元，其包含一下電極與該導電插塞電連接、一磁隧穿接面位于該下電極上、以及一上電極位于該磁隧穿接面上，其中該存儲單元的底面與該導電插塞的頂面完全重疊。

技術領域

本發明涉及一種磁阻式(magnetoresistive)隨機存取存儲器，更特定言之，其涉及一種能提供較大對位余裕度(alignment window)的磁阻式隨機存取存儲器及其制作方法。

背景技術

磁性(或磁阻式)隨機存取存儲器(magnetoresistive random access memory,MRAM)是一種非易失性存儲器，其有潛力取代現今的動態隨機存取存儲器(DRAM)來作為電腦裝置中的標準存儲器。特別是使用MRAM作為非易失性存儲器最終將可實現電腦系統隨開即用的(instant on)的功能，故能節省傳統電腦在開機時將開機設定數據從硬盤傳輸到易失性DRAM的所需時間。

磁性存儲元件，也稱為隧穿磁阻(tunneling magnetoresistive,TMR)元件，其通常會含有被非磁性層(勢壘層)所分隔的鐵磁層并排列成磁隧穿接面(magnetic tunneljunction,MTJ)態樣。數字數據會以鐵磁層的磁化向量方向的形式儲存在磁性存儲元件中。更具體來說，磁性存儲元件中其中一層鐵磁層的磁矩是受到磁性扎固(pinned)的，稱之參考層(reference layer)，而另一層鐵磁層的磁矩是可以在參考層磁化固定的同向與反向之間自由地變換的，稱之自由層(free layer)，其方向可通過字符線或位線施加外部磁場來改變。上述自由層的磁矩方位也就是我們所知道的平行態與反平行態，其中平行態指的是自由層與參考層會具有同樣的磁對位，反平行態指的是該兩者具有相反的磁對位。

在一般的磁性隨機存取存儲器中，磁性存儲器單元會通過下方的導電插塞來與下層金屬層(如一字符線)電連接。制作工藝中非磁性層與鐵磁層的材料會先疊層在各導電插塞上，之后再通過光刻蝕刻制作工藝將該材料疊層圖案化成多個存儲單元，其每一存儲單元都對應并電連接到下方的一個導電插塞。然而，隨著半導體元件的尺寸越來越微縮，光刻制作工藝中的對位余裕度(alignment window)也越來越小。在這樣的情況下，所形成的存儲單元很容易偏移其預定位置而沒有完全與下方的導電插塞電連接，如此會造成存儲單元的接觸電阻上升以及隧穿磁阻下降，使得元件的效能不佳。

發明內容

有鑒于上述磁性存儲器制作工藝中會發生的對位余裕度(alignment window)不足的問題，本發明特此提出了一種改良的磁性存儲器結構及其制作方法，其通過增加導電插塞與磁隧穿接面材料層的接觸面積的方式來增加其制作工藝中對位的余裕度，進而避免后續所形成的存儲單元與導電插塞接觸不良的問題。

本發明的其一目的在于提出一種磁阻式隨機存取存儲器，其包含一基底、一導電插塞位于該基底內，其中該導電插塞的上緣的一側具有向外延伸的凸出部位且該上緣的另一側具有向內凹入的凹陷部位、以及一存儲單元，其包含一下電極與該導電插塞電連接、一磁隧穿接面位于該下電極上、以及一上電極位于該磁隧穿接面上，其中該存儲單元的底面與該導電插塞的頂面完全重疊。

本發明的另一目的在于提出一種制作磁阻式隨機存取存儲器的方法，其步驟包含提供一基底、在該基底中形成導電插塞，其中該導電插塞的上緣具有向外側延伸的凸出部位、在該基底以及該導電插塞上依序形成下電極材料層、磁隧穿接面材料層、以及上電極材料層、以及進行一各向異性蝕刻制作工藝圖案化該下電極材料層、該磁隧穿接面材料層以及該上電極材料層，形成位于該導電插塞上的磁性存儲單元，其中該各向異性蝕刻制作工藝會過蝕刻該導電插塞與該基底，在該磁性存儲單元兩側的該基底上形成凹陷區域。

本發明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文以多種圖示與繪圖來描述的優選實施例細節說明后必然可變得更為明了顯見。

附圖說明