專利名稱：熱選擇交叉點磁性隨機存取內存胞元布局的制作方法
技術領域：
本發(fā)明系關于一種半導體裝置的制造，更特別的是，關于一種磁性隨機存取內存(MRAM)裝置的制造。
背景技術：
半導體系被廣泛地使用于之集成電路中，包含了例如收音機、電視機、移動電話、以及個人電腦裝置等。半導體裝置的類型之一為半導體儲存裝置，例如動態(tài)隨機記憶體(DRAM)與快閃記憶體(FlashMemory)，其系利用電荷來儲存資訊。
自旋電子學結合了半導體科技與磁學，是磁性裝置中一項最新的發(fā)展；在自旋電子學中，是使用電子的自旋狀態(tài)來表示“0”與“1”的存在，而不是使用電荷。一個這樣的自旋電子裝置即為一MRAM裝置，其包含了位于在不同金屬間彼此不同方向的導線，該等導線夾住一磁性堆疊而形成三明治結構；該等導線，例如字元線與位元線，彼此交錯的位置稱為之交錯點。流經該等導線其中之一的電流于該導線周圍產生了磁場，并將該磁極排列為一個沿著金屬線、或是該導線之特定方向；流經其他導線的電流則同樣產生一個能夠將磁極部分轉向之磁場。表示為“0”與“1”之數位資訊便可儲存于磁矩排列中；而磁性元件的電阻便與其磁矩之排列有關，藉由偵測該元件的電阻狀態(tài)，便能夠自該元件讀取所儲存的狀態(tài)。
一般而言，記憶胞元陣列便是藉由一個具有行與列的矩陣結構之導線與交錯點的放置而建構。信息是被儲存于軟磁層或是磁性堆棧的自由層中；為了儲存信息，便需要一磁場，該磁場系由流經該等導線的字符線電流和位線電流而提供；信息系藉由施加一電壓至特定之欲讀取胞元、并判斷該胞元中表示邏輯狀態(tài)“1”或“0”之電阻值來加以讀取。
相較于如DRAM裝置之傳統(tǒng)的半導體記憶裝置，MRAM裝置所具有的優(yōu)勢為，MRAM裝置是非易失的。舉例而言，一個使用MRAM裝置的個人電腦(PC)并不像使用DRAM裝置的傳統(tǒng)個人電腦一樣需要一個很長的開機時間；而且，一MRAM裝置并不需要被驅動而具有記憶該儲存資料的能力。相較于現今的記憶體技術而言，MRAM裝置具有能夠淘汰開機過程、儲存更多資料、更快速存取資料、以及使用更少電力之潛力。
在制造MRAM裝置時，典型上，一記憶胞元包含一磁性堆棧，該磁性堆棧包括了復數金屬，且于其間具有一介電薄層；舉例而言，該磁性堆棧的總厚度為數十納米(nanometers)。對交叉點MRAM結構而言，該磁性堆棧通常是位于兩金屬線級的交錯處，舉例而言，在分別位于不同方向且彼此間具有一角度之金屬2(M2)與金屬3(M3)的交錯處；典型上，該磁性堆棧的頂部與底部則分別與M(n)與M(n+1)線層導線接觸。
在一交叉點MRAM裝置中，磁性穿隧接合(magnetic tunneljunction，MTJ)胞元系位于第一與第二導線的交叉點處，例如字符線與位線；當一寫入電流流經該等字符線與位線時，該等字符線與位線將產生一磁場。該MTJ胞元包含了一由一或多磁性層所組成之硬磁層或參考層、代表穿隧阻障或穿隧接合之一絕緣層、以及一自由或軟磁層；該絕緣層具有電阻性質，而該自由或軟磁層亦由一或多磁性層所組成；當來自該字符線與該位線之磁場增加時，該記憶胞元則將藉由穿隧阻障的電阻改變而產生切換。在此一情形中，胞元系被選擇于一交叉點數組中切換。
先前技術中之MRAM設計產生了一個問題，由于再寫入該胞元時需要使用一磁場，因此不需要的切換之風險便可能會發(fā)生；舉例而言，在鄰近于目標記憶胞元之記憶胞元，有可能會因為胞元的磁性材料性質不一致而受影響。同樣的，例如配置于與所選擇胞元相同之字符線或位線上的記憶胞元亦將感受到部分的切換磁場而產生不必要之切換。舉例而言，產生胞元不必要切換的其它原因還包含了磁場的擾動、或是磁場型態(tài)的改變；因此，便需要一寫入余裕(write margin)來無誤地切換該等胞元。
在MRAM技術中已提出一種胞元選擇之替代概念，其系使用字符線上之一場生電流(field-producing current)與一熱電流來降低所選擇胞元之飽和磁場。在此一加熱胞元選擇方法中，僅有所加熱之胞元能夠被切換，其提升了寫入余裕并降低不需要之胞元被寫入的機會。針對此一熱選擇概念，已提出一種將一熱電流自字符線至位線通入該穿隧接合之構想，其基本上系使用該穿隧接合為一熱電阻；然而，使用為穿隧阻障之絕緣材料在典型上無法承受以此方式所流經之高電流，而將損壞穿隧接合，并進而破壞整個記憶胞元。
因此，在此一領域中需要一種MRAM裝置之熱選擇磁性記憶胞元的可靠結構與方法，而不損壞該穿隧阻障。

發(fā)明內容
本發(fā)明之較佳具體實施例藉由提供一MRAM布局與記憶胞元熱選擇而產生了技術上的優(yōu)勢，其中該記憶胞元自由層系作用為一熱阻器。在該等記憶胞元中央部分具有間隙之字符線系用來導通一熱電流至一列記憶胞元，使得所加熱之記憶胞元列能夠進行熱選擇。在各記憶胞元上可配置一帽蓋層，其中該熱電流中之一部份系用于流經該帽蓋層以提供所選擇胞元列之硬軸場電流。
在一具體實施例中，揭露了一種電阻半導體記憶裝置，其具有復數第一導線，其系位于一第一方向；復數磁性記憶胞元，其系配置于該等第一導線上；該電阻半導體記憶裝置包含復數第二導線，其系配置于該磁性記憶胞元上之一第二方向上，該第二方向系與該第一方向不同，其中各該等第二導線是不連續(xù)的。
在另一具體實施例中，揭露了一種用以制造一電阻半導體記憶裝置的方法；該方法包含了提供一工作部件；配置復數第一導線于該工作部件上；并形成復數磁性記憶胞元于該第一導線上。形成該磁性記憶胞元則包含了形成一第一磁性層于該第一導線上、形成一穿隧阻障于該第一磁性層上、配置一第二磁性層第一材料于該穿隧阻障上并沉積一第二磁性層第二材料于該第二磁性層第一材料上，該第二磁性層第二材料具有之居里溫度較該第二磁性層第一材料為低，以及形成復數第二導線于該磁性記憶胞元上，其中該第二導線系為非連續(xù)且具有間隙于該磁性記憶胞元之中央部分。
在另一具體實施例中，揭露了一種磁性隨機存取記憶裝置之寫入方法，包含了提供一MRAM裝置，其包含一磁性記憶胞元數組，該磁性記憶胞元數組系配置于復數第一導線上，該記憶胞元包含一軟磁層，該軟磁層具有一第一磁性材料與配置于該第一磁性材料上之一第二磁性材料，該第二磁性材料之居里溫度較該第一磁性材料之居里溫度為低，該MRAM裝置包含配置于該磁性記憶胞元上之復數非連續(xù)第二導線；以及提供一熱電流流經該等第二導線其中之一的至少一部份，流經該等磁性記憶胞元其中至少一之第二磁性材料，其中該熱電流增加了該第二磁性材料的溫度。
本發(fā)明之具體實施例所具有的優(yōu)勢包括其增加了電阻記憶裝置的寫入余裕；在本發(fā)明之具體實施例中，由于使用軟磁層或自由層為電阻加熱組件，因此能夠熱選擇一記憶胞元列，而不需要額外的寫入層或材料層，使用于該列記憶胞元之熱電流系由與該軟磁層相鄰配置的字符線之該等第二導線所提供。在該記憶胞元上可配置一帽蓋層，一部份電流可藉其導通而提供為該等磁性記憶胞元硬軸場之寫入電流；根據本發(fā)明之具體實施例，可降低字符線與位線所需要的寫入電流。
圖式簡單說明本發(fā)明系藉由下列例子之說明并參考伴隨的較佳具體實施例之圖示而清楚被了解，其中第1圖系描述了根據本發(fā)明一較佳具體實施例之一MRAM裝置透視圖，該MRAM裝置具有排列于一數組之磁性記憶胞元，其于各該記憶胞元上配置有非連續(xù)之第二導線；第2圖系描述了根據本發(fā)明具體實施例之磁性存儲元件與非傳導性第二導線之剖面圖；第3圖至第5圖系描述了根據本發(fā)明具體實施例之MRAM裝置在不同制造階段中之剖面圖；第6圖與第7圖描述了根據本發(fā)明另一具體實施例之MRAM裝置在不同制造階段中之剖面圖；第8圖描述了包含有一帽蓋層與硬罩層之本發(fā)明的一具體實施例；以及第9圖為第8圖所示之磁性記憶胞元的俯視圖。
在不同的圖式中對應的組件符號與標號系表示對應的組件部分，除非另行說明。該等圖式系為清楚描述較佳具體實施例之構想而繪制，并不限于代表組件實際尺寸。
較佳具體實施例說明本發(fā)明之部分具體說明實例及其優(yōu)勢系敘述如下。
第1圖系為根據本發(fā)明之一較佳具體實施例的MRAM裝置40之剖面圖。舉例而言，在分別位于一第一與第二方向之復數第一與第二導線12、22中間，系夾有包含了磁性堆棧之復數磁性記憶胞元14；該等第一與第二導線12/22最好是包含一導電性材料，例如鋁或銅。一第一中間層級介電質(ILD)層(圖中未示)系沉積于一工作部件(圖中未示)上；典型上，一金屬化層系利用一紋刻制程而形成于該中間層級介電層中，以形成該等第一導線12。包含有例如TaN或是TiN之一阻障層系形成于該ILD層上，且一種子層系形成于該阻障層上(圖中未示)。包含有磁性堆棧之磁性記憶胞元14系形成一數組于該等第一導線12之上。
請同樣參閱第2圖，該等磁性記憶胞元14最好是包含有一第一磁性層16，其包含一或多層例如像是PtMn、CoFe、Ru與NiFe之材料。該第一磁性層16可包含一配置于該第一導線12上之種子層(圖中未示)；該種子層可包含如TaN，以避免該等第一導線12在該磁性記憶胞元14的蝕刻過程中被腐蝕。
該等磁性記憶胞元14亦包含了一介電層18，包括像是Al2O3，其系沉積于該第一磁性層16之上，該介電層18在此亦表示為一穿隧層、穿隧阻障、或是T-阻障。該等磁性記憶胞元14亦包含了一第二磁性層20，其系配置于該介電層18上，該第二磁性層20在此亦為一軟磁層或自由層。根據本發(fā)明之一具體實施例，該第二磁性層20最好包含兩層或更多層24與26，在此將詳細描述；該第一磁性層16、介電層18與第二磁性層20系被圖形化以形成磁性記憶胞元或組件14，該等磁性記憶胞元14本質上可包含矩形或其它形狀，舉例而言，如圓形、方形、或橢圓形等。
根據本發(fā)明之具體實施例，非連續(xù)之第二導線22系配置于該等磁性記憶胞元14之上，該等非連續(xù)之第二導線22可為一金屬化層的一部份，且最好是圖形化為不同方向，例如本質上與該等第一導線12垂直之方向；該等非連續(xù)之第二導線22可利用一紋刻制程而形成，其中一介電層(圖中未示)系沉積于該等磁性存儲元件14與第二導線22之上，或是該等第二導線可如例子所示，以一非紋刻制程而形成。
第一與第二導線12、22系適于作用為該記憶數組10的位線與字符線；該磁性記憶胞元14的膜層順序可以相反，例如該硬磁層16可配置于該絕緣層18之頂部而該軟磁層20可配置于該絕緣層18之底部；同樣的，該等位線12與字符線22可配置于該磁性記憶胞元14之上方或是下方。然而，較佳的是，該等非連續(xù)之導線22系電耦合至該等記憶胞元14之軟磁層20，其將于此處詳細說明。
根據本發(fā)明之具體實施例，該等第二導線22最好是非連續(xù)的，如第1圖所示；特別是，該等第二導線22最好包含一間隙44于各磁性記憶胞元14之中心部分，如第2圖之剖面圖所示。各第二導線22最好是圖形化為復數細節(jié)段，以連接鄰近之磁性記憶胞元14。一熱電流源28系耦合于任何第二導線22之間，如第1圖所示。一寫入電流之電流源(圖中未示)系耦合于任何第一導線12之間。
請參閱第2圖，該等磁性記憶胞元14包含一第一磁性層16，其系配置于該地等第一導線12之上(見第1圖)；一穿隧阻障18系配置于該第一磁性層16之上，兒一第二磁性層20則配置于該穿隧阻障18之上。根據本發(fā)明之實施例，該第二磁性層包含一第一材料24與一配置于該第一材料24上之第二材料26；該第二材料26的居里溫度最好比第一材料24的居里溫度低，舉例而言，該第二材料26可具有一從室溫至400℃之居里溫度，而該第一材料24之居里溫度則高于420℃。該第二磁性層20一包含一第三材料，其系配置于該第一與該第二材料24/26之間；其將參考第8圖來進一步說明。
較佳的是，該第一材料24包含了一具有厚度“y”之磁性材料，而該第二材料26系包含一具有厚度“x”之磁性材料，其中x＞y；較佳的是，x至少比y大五倍，且更佳的是，x比y大十倍。
較佳的是，該磁性記憶胞元14具有一形狀異向性，使得該磁性組件14的易磁化軸(例如容易切換或寫入)系與位線12垂直，且與字符線方向平行。為得到一合理的形狀異向型，其使用之方向比例最好是3或是更高，使得該胞元14在該字符線或第二導線22方向上系為長型。
根據本發(fā)明之具體實施例，最小的打印維度F系為該胞元14之寬度(其中該寬度系為延該胞元14之最短邊)，而該胞元14具有之方向比例為3或更高，即該胞元14之長度為3F或大于3F。由于具有一等于或大于3之方向比例，便得以將一間隙44圖形化為本質上在該胞元14中間之字符線(其中間隙44最好是在該MTJ胞元上方)，如第2圖所示。較佳的是，該間隙44本質上系為最小特征尺寸F的寬度；同樣的，較佳的是，該等第二導線22系于各邊上均與其下方之磁性存儲元件14以該最小特征尺寸F之寬度重疊。
根據本發(fā)明之具體實施例，于該等第二導線22中形成一間隙44系中斷了位于該磁性記憶胞元14上之該等字符線22，并強迫該字符線22電流28從自由層20之一端流經該自由層20而至其另一端(如第2圖左側，沿著該胞元14長度的三分之一處)，其中鄰近之字符線22細節(jié)段或區(qū)段則再次獲得該電流28(例如第2圖右側)。
較佳的是，該穿隧阻障18具有一足夠高的電阻，使得在本質上沒有泄漏電流流經該穿隧阻障18；因此，根據本發(fā)明之具體實施例，由于該等第二導線或字符線22具有非連續(xù)之新穎形狀，因而該字符線電流28系適于作為該自由層20之熱電流28a(例如該等磁性記憶胞元14之第二材料26)。
為了在該等字符線22中制造間隙44于各胞元14上，在蝕刻制程中最好使用一蝕刻中止層32、亦即此處之一帽蓋層32來保護該自由層20，如第3圖至第5圖所示(該自由層20為示于第3圖至第5圖中，因自由層20為該磁性記憶胞元14著一部份，見第2圖)。較佳的是，因為該蝕刻終止層32系配置于該胞元14與該字符線22之間，該蝕刻中止層32具有傳導性，使得該胞元14與該字符線22之間電性接觸，因此，并非所有的字符線22電流28(第2圖中)都流經該自由層20，一小量的電流28b流經該自由層20之電流系分流至該蝕刻中止層32；此一分流電流28b有助于使該磁性記憶胞元14產生一小的硬軸磁場，其系用以寫入該胞元14。
因此，根據本發(fā)明之具體實施例，該字符線電流28可作為熱電流28a以及用以產生硬軸磁場之寫入電流28b；為了達成此一構想，該自由層20包含之材料最好能夠在室溫至400℃的范圍中，隨溫度變化而強烈改變其磁性性質；舉例而言，請參閱第2圖，該自由層20第二材料26最好包含一具有低居里溫度TC之鐵磁性材料，如由鐵磁性元素與非鐵磁性元素所形成之合金，例如由鈷(Co)或鎳(Ni)與鉻(Cr)、錳(Mn)、釩(V)或其組合所形成之合金；藉由鐵磁性元素與非鐵磁性元素組合來降低居里溫度的方式，亦降低了其飽和磁化。
因為當以一單一層使用時，相較于參考層16，這樣的合金傾向于在不同取向上顯示低穿隧電阻變化，因而根據本發(fā)明之具體實施例，該自由層20最好是為一包含了一第一層24與第二層26之雙重膜層。該第一層24最好為一薄層，例如為一8厚之高居里溫度材料，例如具有高于420℃之居里溫度，該第一層24系配置于該穿隧阻障18之上并與其接觸；舉例而言，該第一材料可為例如透磁合金、Co、或CoFe，該第二層26最好包含一相對較厚的鐵磁性合金層，例如50~100之低居里溫度層，例如其具有一在約室溫至400℃范圍內之居里溫度TC。
藉由送入一電流脈沖28通過該字符線22，所有在該字符線22上的胞元14都被加熱至接近或高于具有較低居里溫度之第二層材料26之居里溫度。將該第二材料26加熱至接近或高于第二材料居里溫度使得該第二材料26將喪失其鐵磁性質；由于低居里溫度TC之第二材料層26的磁化量已減少或消失，只有非常薄的高TC第一材料層24的磁化量需要藉由位線12(見第3圖)與小部份字符線20分流電流所產生之磁場而被切換。
該高TC第二層26能夠僅可能的制作為軟磁性，而無須承受產生軟磁錯誤之風險，這是因為該低TC層26阻礙了在該位線12上的所有半選擇胞元被熱活化切換。由于在字符線22上的所有胞元14都被加熱，而字符線22的電阻由于其高自由層電阻而顯得相對為高，舉例而言，每一穿隧接合14均將近30歐姆(ohm)，該字符線最好是只與字符串長度一樣長(例如16或32胞元14)。
根據本發(fā)明之具體實施例，在一個例子中，一100nm寬之胞元14系具有一8nm厚之自由層20，一字符線22電流脈沖28為每10ns將近為1mA，舉例而言，其增加了自由層20的溫度幾達200℃；若一第二材料26之居里溫度為接近或低于200℃時，則這將提供熱寫入選擇性一個有效電流。對于短電流脈沖而言，盡管該字符線22需要一個短冷卻周期，但仍可忽略其熱散失。
根據本發(fā)明之具體實施例，一流經該字符線22之電流28同樣會流經該第二磁性材料26而作為一熱電流28a，以及流經該帽蓋層32而作為寫入電流28b，如第2圖所示。該第二磁性材料26具有一電阻R1，使得該第二材料26得以被加熱；將該第二磁磁性材料26加熱至高于其居里溫度導致該第二磁性材料26喪失其鐵磁性質。藉由適當調整蝕刻中止層32的特定電阻，可僅將10％至20％之字符線22電流28經由約10nm厚之蝕刻中止層32而分流至該自由層20；由于高TC材料層24可制作為分常軟磁性，因此僅有約2至3mA之電流成為有效之位電流，而不是在習知技術中此一小胞元14典型上所需要之10至15mA。較佳的是，該等胞元14在其它位于同一位線12上胞元14發(fā)生寫入之前，就會被冷卻下來。
透過本發(fā)明之具體實施例，由于在位線上的半選擇胞元僅察覺到其切換場之20％，因而能夠減少整體所需要之字符線22與位線12之寫入電流，而增加了其寫入余裕。
以下將說明兩個用以制造具有間隙之字符線的實例。
第1例第3圖至第5圖描述了根據本發(fā)明一具體實施例中，在不同階段的制造過程中之MRAM裝置40的剖面圖。第3圖描述一半導體晶圓具有一工作部件10，舉例而言，該工作部件10可包含一半導體基板，其系含有以一絕緣層所覆蓋之硅、或其它半導體材料。該工作部件10亦可包含其它主動組件或電路，其系形成于前端線路(FEOL，the front end of theline)之上(圖中未示)。舉例而言，該工作部件10可包含于單晶硅(single-crystalsilicon)上之硅氧化物(silicon oxide)；該工作部件10可包含其它的傳導層或其它的半導體組件，例如晶體管、二極管等?；衔锇雽w例如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、或是碳化硅(SiC)、或硅鍺半導體(Si/Ge)，都可以用來取代硅。
一第一絕緣層30系沉積于該工作部件10之上，該第一絕緣層30最好是包含一內層級介電(ILD)層，例如晶圓第一內層級介電質；該第一絕緣層30最好是包含二氧化硅(SiO2)，且亦可包含其它的介電質材料，例如低介電常數材料。
該第一絕緣層30系被圖形化、蝕刻、并以一傳導性材料填充以形成第一導線12，例如使用一紋刻制程；該圖形化與填充制程可包含一單一紋刻或雙重紋刻制程，并在例如第一導線12填充時(圖中未示)，便同時填充信道(圖中未示)。該第一絕緣層30可被光顯影圖形化并活性離子蝕刻(RIE)以形成溝槽(trench)，該第一導線12將形成于其中。舉例而言，該等溝槽可為0.2μm寬、以及0.4至0.6μm深。
根據所使用的傳導性材料，導線20可包含一非必須之襯里(圖中未示)；傳導性材料接著沉積于晶圓10上，且于溝槽內。第一導線12可包含最小間距線(例如具有最小特征尺寸)或較大的間距線。該晶圓10系以一例如化學-機械光(CMP)制程而磨平，以去除在該第一絕緣層30頂部表面多余的傳導性材料12。
該第一導線12最好是包含一含有金屬之傳導性材料，例如銅，或是包含其它傳導性材料如鋁(Al)、氮化鈦(TiN)、鈦(Ti)、鎢(W)、及其組合、或是其它的傳導性材料，舉例而言，其系以物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)而沉積。舉例而言，第一導線12可為一M1或M2金屬化層的一部份。
該等磁性記憶胞元14之各種材料層系以前述方式沉積；一帽蓋層或蝕刻中止層32系沉積于該磁性記憶胞元14材料上。該帽蓋層32最好是包含約10nm之例如氮化鎢(WN)、氮化鈦(TiN)或TaN等材料，如相關之美國專利申請案10/124,950“MRAM制程中穿隧接合帽蓋層、穿隧接合硬罩幕及穿隧接合堆棧種子層之材料組合”所說明的，其系于2002年4月18日由Leuschner等人申請，該案系并為此處之參考案。
一硬罩幕材料34系配置于該帽蓋層32上，該硬罩幕層34在此處亦代表一穿隧接合(TJ)硬罩幕，該硬罩幕材料34與帽蓋層32最好是包含不同的材料，而該硬罩幕材料34可包含例如氮化鎢(WN)、氮化鈦(TiN)、TaN、含氫之非晶碳(例如具有0-40％氫含量之非晶碳)、或是二氧化硅(SiO2)。
一穿隧接合隔離層36系被沉積，其包含例如Si3N4，該晶圓系被磨平，且隔離層36的剩余部分將被移除，舉例而言，利用一化學-機械光(CMP)制程。
如第4圖所示，在此一實例中，剩余的TJ硬罩幕34系使用例如氧或氟化學物質，其系中止于蝕刻中止層32(例如若蝕刻中止層32包含氮化鈦，則其為氟化學物質之阻質)。一絕緣層38系被沉積，其可包含一內層級介電質(ILD)，如硅氧化物。利用一紋刻制程可將該絕緣層38圖形化并以蝕刻為字符線22之圖形，接著便形成字符線22。舉例而言，該絕緣層38之蝕刻制程可包含一氟化學物質，其適合中止于該蝕刻中止或帽蓋層32。一襯里(圖中未示)與一如銅之傳導性材料系以一典型之紋刻制程而沉積，以填充于該等溝槽，如第5圖所示。
第2例第3圖、第6圖與第7圖描述了本發(fā)明一具體實施例之一第二實例流程；在此一具體實施例中，第二導線122系藉圖形化一沉積之傳導性材料而形成，而非藉由一紋刻制程，而且該硬罩幕134中之部分系未被移除。
如第3圖所示，在該穿隧接合隔離層36沉積及磨平之后，舉例而言，該包含一導體(如鋁)之第二導線122傳導性材料系被沉積且圖形化，如第6圖中所示。例如該傳導性材料蝕刻制程可包含一氯化學物質，其適合中止于該TJ隔離材料136以及于該硬罩幕134上之間隙144。在此一實例中，該硬罩幕134最好是包含例如鎢(W)或氮化鎢(WN)。
舉例而言，該硬罩幕134的一部份可利用一氟化學物質而被蝕刻于間隙144，其中該蝕刻制程系適合中止于該蝕刻中止層或帽蓋層132上，如第7圖所示。在此一具體實施例中，較佳的是，該帽蓋層132包含了例如氮化鈦(TiN)；接著，一包含有一內層級介電質之絕緣層138系如所示般沉積并以例如CMP拋光。
第8圖顯示了本發(fā)明另一具體實施例之一剖面圖，其中該MRAM裝置240包含了一軟磁層220，該軟磁層220具有一鄰近于該穿隧接合或絕緣層218之第一材料224、一鄰近于該第一材料224之第三材料242，以及一鄰近于該第三材料242之第二材料226。該帽蓋層232系如所示般形成于該第二層226上，而該硬罩幕234之部分則剩余在該第二導線222細節(jié)段下方，該等細節(jié)段系產生至磁性記憶胞元214之接觸。
該第三材料242最好是包含一磁性材料，如Ru；舉例而言，該第三材料242系作用為該第一磁性材料224與該第二磁性材料226之間的一耦合材料；為了反平行耦合，該第三材料242最好是相對為薄，例如9至10；為了平行耦合，該第三材料242可以較厚，例如是12至15。
第8圖同樣描述了一電流228，其系流經該字符線222，并接著流經該第二磁性材料226而作為熱電流228a，且流經該帽蓋層232而作為寫入電流228b。
第9圖顯示了第8圖之磁性記憶胞元214之俯視圖；該記憶胞元214最好是具有一所示之橢圓形，其具有一長軸“u”與一短軸“v”。舉例而言，根據本發(fā)明之一具體實施例，較佳的是，該長軸“u”長度系至少大于該短軸“v”之三倍。區(qū)域246表示第二導線228重疊且產生與該磁性記憶胞元214連接之區(qū)域。
本發(fā)明之另一具體實施例包含了一電阻半導體記憶裝置的制造方法，其包含了提供一工作部件；配置復數第一導線于該工作部件上；形成復數磁性記憶胞元于該第一導線上，其中形成該磁性記憶胞元包含了形成一第一磁性層于該第一導線上、形成一穿隧阻障于該第一磁性層上、配置一第二磁性層第一材料于該穿隧阻障上并沉積一第二磁性層第二材料于該第二磁性層第一材料上，該第二磁性層第二材料具有之居里溫度較該第二磁性層第一材料為低，以及形成復數第二導線于該磁性記憶胞元上，其中該第二導線系為非連續(xù)且具有間隙于該磁性記憶胞元之中央部分。
在一具體實施例中，該等磁性記憶胞元具有一長度，其中形成復數第二導線包含將各第二導線之一非連續(xù)部分耦合至一磁性記憶胞元于該磁性記憶胞元長度之近三分之一處；沉積一第二磁性層第二材料層包含沉積一較該第二磁性層第一材料厚度為厚之材料；更特別的是，沉積一第二磁性層第二材料包含沉積一至少厚度為該第二磁性層第一材料厚度之五倍的材料。該方法可包含沉積一第三材料于該第二磁性層第一材料與該第二磁性層第二材料之間，其中該第三材料系為非磁性。該方法更包含沉積一帽蓋層于第二磁性層第二材料上，以及沉積一硬罩層于該帽蓋層上；此外，該方法更包含圖形化該硬罩材料以形成一硬罩幕，以及使用該圖形化之硬罩幕以圖形化該帽蓋層、第二磁性層、以及穿隧阻障層，以形成復數穿隧接合。
本發(fā)明之另一具體實施例包含了一種磁性隨機存取記憶裝置之寫入方法，其包含了提供一MRAM裝置，該MRAM裝置包含一磁性記憶胞元數組，該磁性記憶胞元數組系配置于復數第一導線上，該記憶胞元包含一軟磁層，該軟磁層具有一第一磁性材料與配置于該第一磁性材料上之一第二磁性材料，該第二磁性材料之居里溫度較該第一磁性材料之居里溫度為低，該MRAM裝置包含配置于該磁性記憶胞元上之復數非連續(xù)第二導線。該方法包含了提供一熱電流流經該等第二導線其中之一的至少一部份，流經該等磁性記憶胞元其中至少一之第二磁性材料，其中該熱電流增加了該第二磁性材料的溫度。舉例而言，提供一熱電流系包含了提供一電壓至該第二導線；提供一熱電流流經該第二磁性材料系最好是增加了該第二磁性材料溫度至一高于該第二磁性材料居里溫度之溫度。
本發(fā)明之具體實施例所達成之技術優(yōu)勢系藉由利用一熱電流28a/128a/228a而沿著一字符線22/122/222提供一增加之寫入余裕至一磁性記憶胞元14/114/214，以加熱該記憶胞元14/114/214之軟磁層第二層26/126/226。利用軟磁層或自由層20/120/220作為一電阻加熱組件，一記憶胞元列14/114/214可被熱選擇，根據本發(fā)明之具體實施例，則無須額外的配線或材料層。該加熱電流28a/128a/228a系用于該字符線列22/122/222，用于該等第二導線22/122/222，舉例而言，配置于該該軟磁層鄰近之字符線；一帽蓋層32/132/232可配置于該等記憶胞元14/114/214上，且藉其使得電流28/128b/228b之部分電流28b/128b/228b能夠流通，以提供磁性記憶胞元寫入電流。根據本發(fā)明之具體實施例，字符線與位線所需要之寫入電流28b/128b/228b能因此而減少。
本發(fā)明之具體實施例于此處系參考一交叉點MRAM裝置之特定應用而描述，然而，本發(fā)明之具體實施例亦得以應用于其它的MRAM裝置設計與其它的電阻半導體裝置。
雖然本發(fā)明藉由上述之圖標說明的具體實施例詳加敘述，然這些敘述并不是要限定于這些有限的觀念。任何以圖標說明的具體實施例任意組合的不同修飾以及其它本發(fā)明的具體實施例對熟悉本技藝之人士而言，在經參照本敘述之后，將會是相當明顯的。此外，制程步驟之順序可以由原本熟悉本技藝之人士任意重新排列，然其仍然不脫離本發(fā)明之目的。因此可以預期所附加的權利要求可能會遭遇任何這樣的修飾或實施例。此外，本發(fā)明的目的并不是用來限定說明書內所提及之制程的特定實施例、制程機器、制造方法、元件組成、裝置方法或步驟等。因此下面的權利要求范圍希望包含在這些目的在內的制程、機器、制造方法、元件組成、裝置、方法以及步驟。
盡管本發(fā)明系根據圖標說明的具體實施例來描述，其并不限定本發(fā)明的具體精神。對熟悉本技藝人士來說，本發(fā)明所圖示說明之實施例以及本發(fā)明的其它實施例之不同組合以及修飾也許是顯而易見的。此外，本發(fā)明的制程步驟的順序，對熟悉本技藝人士，在不脫離本發(fā)明的目的與精神之內可能可以輕易地重新排列。因此，可以預期所附加的權利要求可能會遭遇任何這樣的修飾或實施例。此外，本發(fā)明的目的并不是用來限定說明書內所提及之制程的特定實施例、制程機器、制造方法、元件組成、裝置方法或步驟等。因此，下面的權利要求范圍希望包含在這些目的在內的制程、機器、制造、元件組成、裝置方法或步驟。
組件符號說明10記憶數組12第一導線14磁性記憶胞元16第一磁性層18介電層20第二磁性層(自由層、軟磁層)22第二導線24第一材料26第二材料28電流源28a 熱電流28b 寫入電流30絕緣層32蝕刻中止層(帽蓋層)34硬罩幕材料36穿隧接合隔離層38絕緣層40MRAM裝置(磁性隨機存取記憶裝置)44間隙114 磁性記憶胞元120 第二磁性層(自由層、軟磁層)122 第二導線126 第二材料128 電流源128a 熱電流
128b 寫入電流132 蝕刻中止層(帽蓋層)134 硬罩幕材料136 穿隧接合隔離層138 絕緣層144 間隙214 磁性記憶胞元218 絕緣層220 第二磁性層(自由層、軟磁層)222 第二導線224 第一材料226 第二材料228 電流源228a 熱電流228b 寫入電流232 蝕刻中止層(帽蓋層)234 硬罩幕材料240 MRAM裝置(磁性隨機存取記憶裝置)242 第三材料246 區(qū)域
權利要求
1.一電阻半導體記憶裝置，包含復數第一導線，其位于一第一方向；復數磁性記憶胞元，其配置于該等第一導線上；以及復數第二導線，其配置于該磁性記憶胞元上的一第二方向上，該第二方向與該第一方向不同，其中各該等第二導線是不連續(xù)的。
2.如權利要求1之電阻半導體記憶裝置，其中該等磁性記憶胞元包含一配置于該等第一導線上之第一磁性層、一配置于該第一磁性層上的穿隧阻障、以及一配置于該穿隧阻障上的第二磁性層；該第二磁性層包含了一第一材料與一配置于該第一材料上之第二材料，該第二材料具有的居里溫度較該第一材料的居里溫度為低，其中該等第二導線乃耦合至該磁性記憶胞元第二磁性層。
3.如權利要求1之電阻半導體記憶裝置，其中該第二導線包含跨過各磁性記憶胞元的一中央部分的一間隙。
4.如權利要求1之電阻半導體記憶裝置，其中各第二導線乃被圖形化而與鄰近的磁性記憶胞元相接觸。
5.如權利要求4之電阻半導體記憶裝置，其中該磁性記憶胞元具有一長度，其中各第二導線乃在近于一磁性記憶胞元長度之三分之一處耦合至一磁性記憶胞元。
6.如權利要求2之電阻半導體記憶裝置，其中該第二材料較該第一材料為厚。
7.如權利要求6之電阻半導體記憶裝置，其中該第二材料的厚度至少為該第一材料厚度的五倍。
8.如權利要求2之電阻半導體記憶裝置，其中各第二導線包含復數細節(jié)段，各細節(jié)段的一第一端系耦合至一第一磁性記憶胞元的一邊，各細節(jié)段的一第二端乃耦合至一相鄰于該第一磁性記憶胞元的一第二磁性記憶胞元的一邊。
9.如權利要求6之電阻半導體記憶裝置，其中該第二材料包含鐵磁性質，其中流經該等第二導線其中之一的一電流乃被適整以加熱該第二材料至高于該第二材料的居里溫度之一溫度，以使該第二材料喪失其鐵磁性質。
10.如權利要求2之電阻半導體記憶裝置，其更包含一帽蓋層，其配置于該等磁性記憶胞元上。
11.如權利要求10之電阻半導體記憶裝置，其中該帽蓋層包含TaN或TiN。
12.如權利要求10之電阻半導體記憶裝置，其中該第二材料包含鐵磁性質，其中流經該等第二導線其中之一的一電流乃被調整以便于流經該第二材料，并加熱該第二材料至高于該第二材料的居里溫度之一溫度，而流經該第二導線之該電流乃再被調整以便流經該帽蓋層，且具有一寫入電流。
13.如權利要求10之電阻半導體記憶裝置，其更包含一硬罩層，其配置于該帽蓋層上。
14.如權利要求13之電阻半導體記憶裝置，其中該硬罩層包括含有0-40％氫、二氧化硅、鎢或氮化鎢之非晶碳。
15.如權利要求1之電阻半導體記憶裝置，其中該電阻半導體記憶裝置包含一交叉點磁性隨機存取記憶(MRAM)裝置。
16.如權利要求2之電阻半導體記憶裝置，其更包含一第三材料，其配置于該第一材料與該第二材料之間，其中該第三材料包含一非磁性材料。
17.一種電阻半導體記憶裝置之制造方法，包含提供一工作部件；配置復數第一導線于該工作部件上；形成復數磁性記憶胞元于該第一導線上，其中形成該磁性記憶胞元包含了形成一第一磁性層于該第一導線上、形成一穿隧阻障于該第一磁性層上、沉積一第二磁性層第一材料于該穿隧阻障上并沉積一第二磁性層第二材料于該第二磁性層第一材料上，該第二磁性層第二材料具有的居里溫度較該第二磁性層第一材料的居里溫度為低，以及形成復數第二導線于該磁性記憶胞元上，其中該第二導線為非連續(xù)且具有跨過該磁性記憶胞元之中央部分的間隙。
18.如權利要求17之方法，其中該磁性記憶胞元具有一長度，其中形成復數第二導線乃包含將各第二導線之一非連續(xù)部分乃在一磁性記憶胞元長度之近三分之一處耦合至該磁性記憶胞元。
19.如權利要求17之方法，其中沉積一第二磁性層第二材料層包含沉積一較該第二磁性層第一材料厚度為厚之厚材料。
20.如權利要求19之方法，其中沉積一第二磁性層第二材料包含沉積一厚度至少為該第二磁性層第一材料厚度之五倍的材料。
21.如權利要求17之方法，其更包含在該第二磁性層第一材料與該第二磁性層第二材料之間配置一第三材料，其中該第三材料為非磁性的。
22.如權利要求17之方法，其更包含沉積一帽蓋層于該第二磁性層第二材料上；以及沉積一硬罩材料于該帽蓋層上。
23.如權利要求22之方法，其中該方法包含圖形化該硬罩材料以形成一硬罩幕；以及使用該圖形化的硬罩幕來圖形化該帽蓋層、第二磁性層、以及穿隧阻障層，以形成復數穿隧接合。
24.一種磁性隨機存取記憶裝置的寫入方法，包含提供一MRAM裝置，其包含一磁性記憶胞元數組，該磁性記憶胞元數組系配置于復數第一導線上，該記憶胞元包含一軟層，該軟層具有一第一磁性材料與配置于該第一磁性材料上的一第二磁性材料，該第二磁性材料的居里溫度較該第一磁性材料的居里溫度為低，該MRAM裝置包含配置于該磁性記憶胞元上的復數個非連續(xù)第二導線；以及提供一熱電流流經該等第二導線其中之一的至少一部份而流經該等磁性記憶胞元其中中至少一磁性記憶胞元的之第二磁性材料，其中該熱電流增加了該第二磁性材料的溫度。
25.如權利要求24之方法，其中提供一熱電流包含施加一電壓至該第二導線。
26.如權利要求24之方法，其中提供一熱電流流經該第二磁性材料乃使該第二磁性材料溫度增加至一高于該第二磁性材料居里溫度的溫度。
27.如權利要求24之方法，其中該MRAM裝置更包含一帽蓋層，其配置于該第二磁性材料上，其中提供一熱電流包含了使一寫入電流流經該帽蓋層。
28.如權利要求24之方法，其更包含提供一熱電流流經耦合至一單一第二導線的各記憶胞元的第二磁性材料。
全文摘要
本發(fā)明乃與一電阻記憶裝置(40)與其制造方法有關。該電阻記憶裝置(40)所包含的磁性記憶胞元(14)具有一第二磁性層(20)，其至少包含一第一與第二材料(24/26)；該第二材料(26)的居里溫度低于該第一材料(24)的居里溫度。復數個非連續(xù)第二導線(22)乃配置于該磁性記憶胞元(14)之上。一電流(28)可通過于該第二導線(22)而使該第二材料(26)的溫度至一高于該第二材料(26)居里溫度的溫度，以使該第二材料(26)喪失其鐵磁性質，并提升了對內存數組(40)的寫入選擇性。
文檔編號H01L27/105GK1650369SQ03810023
公開日2005年8月3日 申請日期2003年4月1日 優(yōu)先權日2002年5月3日
發(fā)明者R·勒斯奇納 申請人:因芬尼昂技術股份公司