[發明專利]半導體結構及用于制造半導體結構的方法

有效

• 申請號: 201811324752.8
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109755270B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 亞歷山大·克爾尼斯基;黃勝煌;莊學理;蔡俊佑;王宏烵
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L27/22
• 分類號: H01L27/22
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 蔣林清

本揭露提供一種半導體結構及用于制造半導體結構的方法。所述方法包含：形成第N金屬層；在所述第N金屬層上方形成多個磁性隧道結MTJ，所述多個MTJ具有混合間距及混合大小的至少一者；在所述多個MTJ的各者上方形成向上凹入的頂部電極通路；及在所述多個MTJ上方形成第N+M金屬層。

技術領域

本揭露實施例涉及半導體結構及用于制造半導體結構的方法。

背景技術

半導體是用于電子應用的集成電路中，包含無線電、電視機、移動電話及個人計算裝置。一種類型的熟知半導體裝置是半導體存儲裝置，諸如動態隨機存取存儲器(DRAM)或快閃存儲器，這兩者使用電荷來存儲信息。

半導體存儲器裝置的較近期發展涉及自旋電子器件，其組合半導體技術與磁性材料及裝置。使用電子的自旋極化而非電子的電荷來指示“1”或“0”的狀態。一個此類自旋電子裝置是自旋扭矩轉移(STT)磁性隧道結(MTJ)裝置。

MTJ裝置包含自由層、隧道層及釘扎層。可通過施加電流通過隧道層而反轉自由層的磁化方向，此引起自由層內的經注入極化電子對自由層的磁化施加所謂的自旋扭矩。釘扎層具有固定磁化方向。當電流在自自由層到釘扎層的方向上流動時，電子在相反方向上(即，自釘扎層到自由層)流動。電子在通過釘扎層之后經極化到釘扎層的相同磁化方向，流動通過隧道層且接著到自由層中并累積在自由層中。最終，自由層的磁化平行于釘扎層的磁化，且MTJ裝置將處于低電阻狀態。將由電流引起的電子注入稱為主要注入。

當施加自釘扎層流動到自由層的電流時，電子在自自由層到釘扎層的方向上流動。具有與釘扎層的磁化方向相同的極化的電子能夠流動通過隧道層且到釘扎層中。相反地，具有與釘扎層的磁化不同的極化的電子將由釘扎層反射(阻擋)且將累積在自由層中。最終，自由層的磁化變得反平行于釘扎層的磁化，且MTJ裝置將處于高電阻狀態。將由電流引起的各自電子注入稱為次要注入。

發明內容

本揭露的一實施例涉及一種半導體結構，其包括：存儲器區，其包括：第N金屬層；多個磁性隧道結(MTJ)，其在所述第N金屬層上方，所述多個MTJ具有混合間距及混合大小的至少一者；頂部電極通路，其在所述多個MTJ的各者上方向上凹入；及第N+M金屬層，其在所述多個MTJ上方，其中N是大于或等于1的整數，且M是大于或等于1的整數。

本揭露的一實施例涉及一種用于制造半導體結構的方法，所述方法包括：形成第N金屬層；在所述第N金屬層上方形成多個磁性隧道結(MTJ)，所述多個MTJ具有混合間距及混合大小的至少一者；在所述多個MTJ的各者上方形成向上凹入的頂部電極通路；及在所述多個MTJ上方形成第N+M金屬層，其中N是大于或等于1的整數，且M是大于或等于1的整數。

本揭露的一實施例涉及一種用于制造半導體結構的方法，所述方法包括：在存儲器區及外圍區中形成第N金屬層；在所述存儲器區中的所述第N金屬層上方形成多個磁性隧道結(MTJ)，所述多個MTJ具有混合間距及混合大小的至少一者；在所述存儲器區中的所述多個MTJ的各者上方形成向上凹入的頂部電極通路；及在所述存儲器區及所述外圍區中形成第N+M金屬層，其中N是大于或等于1的整數，且M是大于或等于1的整數。

附圖說明

當結合附圖閱讀時從以下詳細描述最佳理解本揭露的方面。應注意，根據業界中的標準實踐，各種構件未按比例繪制。事實上，為了清楚論述起見，可任意增大或減小各種構件的尺寸。

圖1是具有混合大小MTJ陣列的半導體結構的剖面。

圖2是根據本揭露的一些實施例的半導體結構的剖面。

圖3是根據本揭露的一些實施例的展示平坦化蝕刻停止圖案相對于底層MTJ的交錯布置的半導體結構的俯視圖。

圖4到圖14是根據本揭露的一些實施例的在各個階段制造的半導體結構的剖面。

具體實施方式