[發明專利]集成芯片及其形成方法

在審

• 申請號: 202110161788.4
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN113054095A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 馬禮修
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12;H01L27/22
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

一種集成芯片具有存儲器單元，所述存儲單元包括磁隧道結(MTJ)器件和訪問選擇器裝置。MTJ器件包括自由層和固定層。訪問選擇器裝置包括通過一個或者多個非金屬層間隔開的第一金屬結構和第二金屬結構。第一金屬結構包括極化磁性層。極化的磁性層產生延伸穿過自由層的磁場，傾斜其磁場，從而大大減少了用于MTJ器件的開關時間。訪問選擇器裝置可以是雙極選擇器。極化磁性層可以結合至雙極選擇器的電極中。訪問選擇器裝置和MTJ器件都可以由材料層的堆疊件形成。所得的存儲器單元可以是緊湊的，并且具有良好的寫入速度。本發明的實施例還涉及形成集成芯片的方法。

技術領域

本發明的實施例涉及集成芯片及其形成方法。

背景技術

許多電子器件包含有配置成用于存儲數據的電子存儲器。電子存儲器可以是易失性的或者非易失性的。易失性電子存儲器使用電源來維護數據，而非易失性存儲器能夠在沒有電源的情況下存儲數據。磁阻隨機存取存儲器(MRAM)是一種非易失性存儲器，其長期以來引起人們的關注。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種集成芯片，包括：磁隧道結(MTJ)器件，具有第一電極和第二電極；以及訪問選擇器裝置，用于磁隧道結器件，包括通過一個或者多個非金屬層間隔開的第一金屬結構和第二金屬結構；其中，第一金屬結構和第二金屬結構中的一者連接至第二電極，并且第一金屬結構包括極化鐵磁層。

根據本發明的另一個方面，提供了一種集成芯片，包括：磁隧道結(MTJ)器件，設置在襯底上方的介電結構內，磁隧道結器件包括設置在第一磁隧道結電極和磁隧道結第二電極之間的磁隧道結；以及雙極選擇器(BS)，包括設置在第一雙極選擇器電極和第二雙極選擇器電極之間的中間結構；其中，第二雙極選擇器電極連接至第一磁隧道結電極或者與第一磁隧道結電極一體；中間結構是絕緣體和/或半導體的一層或者多層；并且第一雙極選擇器電極和第二雙極選擇器電極中的一者包括極化磁性層。

根據本發明的又一個方面，提供了一種形成集成芯片的方法，包括：在半導體襯底上方形成磁隧道結(MTJ)器件，磁隧道結器件具有設置在第一電極和第二電極之間的磁隧道結；以及形成用于磁隧道結器件的雙極選擇器；其中，雙極選擇器包括具有固定極化的鐵磁材料層；并且雙極選擇器連接至第二電極。

附圖說明

當結合附圖進行閱讀時，從以下詳細描述可最佳理解本發明的各個方面。應該指出，根據工業中的標準實踐，各個部件未按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1示出了根據本發明的一些實施例的具有存儲器單元的存儲器電路的示意圖，存儲器單元包括磁隧道結(MTJ)器件，和具有配置為實質上減少用于MTJ器件的切換時間的極化磁性層的訪問選擇器裝置；

圖2A示出了在切換期間MTJ器件的自由層的磁場方向矢量的跡線；

圖2B示出了在切換期間MTJ器件的自由層的磁場方向矢量的另一跡線，與圖2A相比，其示出了初始傾斜角如何減少切換操作中的進動周期數；

圖3A至圖3D示出了根據本發明的具有存儲器單元的集成電路的一些實施例的截面圖，存儲器單元包括MTJ器件，和具有配置為實質上減少用于MTJ器件的切換時間的極化磁性層的訪問選擇器裝置；

圖4示出了包括具有多個存儲器單元、每個存儲器單元包括具有雙極選擇器的訪問選擇器裝置的存儲器陣列的存儲器電路的框圖；

圖5示出了具有存儲器單元的集成芯片的一些實施例的截面圖，存儲器單元包括磁隧道結(MTJ)器件，和具有配置為實質上減少用于MTJ器件的切換時間的極化磁性層的訪問選擇器裝置；

圖6-圖14示出了形成具有存儲器單元的集成芯片的方法的一些實施例，存儲器單元包括磁隧道結(MTJ)器件，和具有配置為實質上減少用于MTJ器件的切換時間的極化磁性層的訪問選擇器裝置；