[發明專利]半導體裝置及其形成方法

在審

• 申請號: 202011102693.7
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN114373861A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 李國興;林俊賢;薛勝元
• 申請（專利權）人: 聯華電子股份有限公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L27/22;H01L43/08
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

本發明公開一種半導體裝置及其形成方法，半導體裝置包括基底、第一內連接層以及第二內連接層。第一內連接層設置在基底上，第一內連接層包括第一介電層環繞多個第一磁隧穿結結構。第二內連接層設置在第一內連接層上，第二內連接層包括第二介電層環繞多個第二磁隧穿結結構，第二磁隧穿結結構以及第一磁隧穿結結構相互交替地沿著一方向排列。半導體裝置可在制作工藝空間許可的前提下，獲得縮小化的位單元尺寸進而提高元件集成度。

技術領域

本發明涉及一種半導體裝置及其形成方法，特別是涉及一種磁阻式隨機存取存儲器(magnetoresistive randomaccess memory,MRAM)及其形成方法。

背景技術

磁阻(magnetoresistance,MR)效應是材料的電阻隨著外加磁場的變化而改變的效應，其物理量的定義，是在有無磁場下的電阻差除上原先電阻，用以代表電阻變化率。目前，磁阻效應已被成功地運用在硬盤生產上，具有重要的商業應用價值。此外，利用巨磁電阻物質在不同的磁化狀態下具有不同電阻值的特點，還可以制成磁性隨機存儲裝置(magnetic random access memory,MRAM)，其優點是在不通電的情況下可以繼續保留存儲的數據。

上述磁阻效應還被應用在磁場感測(magnetic field sensor)領域，例如，移動電話中搭配全球定位系統(global positioning system,GPS)的電子羅盤(electroniccompass)零組件，用來提供使用者移動方位等信息。目前，市場上已有各式的磁場感測技術，例如，各向異性磁阻(anisotropic magnetoresistance,AMR)感測元件、巨磁阻(GMR)感測元件、磁隧穿結(magnetic tunneling junction,MTJ)感測元件等等。然而，上述現有技術的缺點通常包括：較占芯片面積、制作工藝較昂貴、較耗電、靈敏度不足，以及易受溫度變化影響等等，而有必要進一步改進。

發明內容

本發明的一目的在于提供一種半導體裝置，其將錯位排列的磁隧穿結感測元件分別設置于不同的內連接層內，由此縮小該半導體裝置的位單元(bit cell)線高(cellheight)，提高該半導體裝置的元件集成度。

本發明的一目的在于提供一種半導體裝置的形成方法，通過一自對準合并(self-aligned merge)制作工藝同時定義設置在磁隧穿結感測元件下方的兩內連接線，由此，克服原始制作工藝的尺寸瓶頸。使得本發明的半導體裝置可在制作工藝空間許可的前提下，達到縮小的位單元線高并提升的元件集成度等優點。

為達上述目的，本發明的一優選實施例提供一種半導體裝置，包括一基底、一第一內連接層以及一第二內連接層。該第一內連接層設置在該基底上，該第一內連接層包括一第一介電層環繞多個第一磁隧穿結結構。該第二內連接層設置在該第一內連接層上，該第二內連接層包括一第二介電層環繞多個第二磁隧穿結結構，該些第二磁隧穿結結構以及該些第一磁隧穿結結構相互交替地沿著一方向排列。

為達上述目的，本發明的另一優選實施例提供一種半導體裝置的形成方法，包括以下步驟。首先，提供一基底，并且，在該基底上形成一第一內連接層，該第一內連接層包括一第一介電層環繞多個第一金屬內連線。接著，在該第一內連接層上形成一第二內連接層，該第二內連接層包括一第二介電層環繞多個第二金屬內連線以及多個第三金屬內連線。其中，該第二內連接層的形成還包括：在該第二介電層上形成多個第一掩模圖案，該些第一掩模圖案依照一第一間距進行排列、在該第一掩模圖案上形成一第二掩模圖案，該些第二掩模圖案依照一第二間距進行排列，該第二間距大于該第一間距、通過該第二掩模圖案以及該第一掩模圖案進行一蝕刻制作工藝，形成多個第一開口貫穿該第二介電層以及多個第二開口設置在該第二介電層內、以及在該些第一開口以及于該些第二開口內形成該些第二金屬內連線以及該些第三金屬內連線。然后，形成一第三內連接層包括一第三介電層環繞多個第一磁隧穿結結構。