[發明專利]形成內存設備結構的方法及內存設備結構

在審

• 申請號: 201910430187.1
• 申請日: 2016-10-21
• 公開（公告）號: CN110265545A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 瑞夫·理查;蔣育德;拉恩·亞恩
• 申請（專利權）人: 格羅方德半導體公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L43/08;H01L27/22
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

本發明提供一種形成內存設備結構的方法及內存設備結構，該內存設備結構包括：一晶圓基板；一磁性隧道結(MTJ)，其由一第一磁性層、一第二磁性層及一非磁性薄層形成，該第一磁性層、該第二磁性層及該非磁性薄層沿著垂直于該晶圓基板的一上表面的一第一方向堆棧，該MTJ形成于該上表面上面，該非磁性層插在該第一磁性層與該第二磁性層之間；電性耦合至該第一磁性層的一第一接觸；以及電性耦合至該第二磁性層的一第二接觸。

本申請是申請號為201610920471.3，申請日為2016年10月21日，發明名稱為“形成內存設備結構的方法及內存設備結構”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明內容大體有關于形成內存設備結構的方法及內存設備結構，且更特別的是，有關于以例如超越40納米的先進技術尺度形成包括磁性隨機存取內存技術的內存設備結構。

背景技術

目前，半導體及磁性儲存技術為最常用數據儲存技術中的一些。半導體內存使用基于半導體的電路組件，例如晶體管或電容器，來儲存信息，而常見半導體內存芯片可能包含數百萬個此類電路組件。半導體內存存在揮發性及非揮發性兩種形式。在現代計算機中，主要儲存器(primary storage)幾乎只由動態揮發性半導體內存或動態隨機存取內存(DRAM)組成。在本世紀初以來，一種習稱閃存的非揮發性半導體內存已穩定地得到作為用于家庭計算機的脫機儲存器的份額。非揮發性半導體內存也使用于在各種先進電子設備及專用計算機中的輔助儲存器。

在磁性內存中，信息的儲存是利用磁性層、膜或表面的不同磁化模式。與DRAM相反，磁性儲存器為非揮發性，并且磁性儲存器的較早實作利用可能含有一或更多記錄傳感器(recording transducer)用于存取存入鍍磁表面的信息的一或更多讀寫頭，在此讀寫頭只覆蓋該表面的一部分，使得該頭或媒體或兩者相對移動，以便存取數據。

可視為聯合DRAM與磁性內存技術的概念為所謂的磁電阻隨機存取內存(MRAM)。MRAM類型的內存單元(memory cell)在設計上類似DRAM類型的內存單元，但是不同點在于MRAM使用磁性儲存組件來儲存信息，而不是如同DRAM單元以電容器上的電荷來儲存信息。因此，不像DRAM會隨著時間而失去電荷，MRAM為非揮發性內存設備，它不必如同DRAM技術以讀取每個單一內存單元以及重寫每個單一內存單元的內容的方式來刷新(refresh)內存芯片的內存單元。

這對于未來發展是重要的沖擊。例如，在考慮下一代的內存設備時，亦即，超越40納米的技術節點，例如，超越28納米，DRAM單元的縮放要求更頻繁地刷新個別內存單元，導致DRAM內存結構的耗電量更大。相比之下，MRAM單元永遠不必刷新，而是在電源關掉時保存它的內存，因為不需要不斷的功率汲取(power draw)用于儲存MRAM內存設備的數據。

也值得比較MRAM與另一常見內存系統，快閃RAM。如同MRAM，快閃在除去電源時不會失去它的記憶，這使得它在小型設備的“硬盤更換”很常見，例如數字音頻播放器或數字相機。關于讀取，快閃及MRAM有極類似的電力需求，然而，關于寫入/重寫，快閃的重寫使用隨著時間蓄積于電荷幫浦(charge pump)的大脈沖電壓(約10V)，這很耗能又耗時。此外，電流脈沖使快閃單元物理衰變，這意謂閃存在必須更換之前只能寫入有限的次數。相比之下，MRAM的寫入只需要比讀取稍微多一點的電力，并且電壓沒有變化，可排除電荷幫浦的需要。這導致操作更快，耗電量更低，以及相比于閃存，MRAM有無限長的“壽命”。