磁阻式随机存取存储器及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种磁阻式随机存取存储器及其制作方法，其中该磁阻式随机存取存储器包含一导电插塞位于基底内，其中该导电插塞的上缘一侧具有向外延伸的凸出部位，该上缘的另一侧具有向内凹入的凹陷部位；以及一存储单元，其包含一下电极与该导电插塞电连接、一磁隧穿接面位于该下电极上、以及一上电极位于该磁隧穿接面上，其中该存储单元的底面与该导电插塞的顶面完全重叠。

Magnetoresistive Random Access Memory and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
磁阻式随机存取存储器及其制作方法
本专利技术涉及一种磁阻式(magnetoresistive)随机存取存储器，更特定言之，其涉及一种能提供较大对位余裕度(alignmentwindow)的磁阻式随机存取存储器及其制作方法。
技术介绍
磁性(或磁阻式)随机存取存储器(magnetoresistiverandomaccessmemory,MRAM)是一种非易失性存储器，其有潜力取代现今的动态随机存取存储器(DRAM)来作为电脑装置中的标准存储器。特别是使用MRAM作为非易失性存储器最终将可实现电脑系统随开即用的(instanton)的功能，故能节省传统电脑在开机时将开机设定数据从硬盘传输到易失性DRAM的所需时间。磁性存储元件，也称为隧穿磁阻(tunnelingmagnetoresistive,TMR)元件，其通常会含有被非磁性层(势垒层)所分隔的铁磁层并排列成磁隧穿接面(magnetictunneljunction,MTJ)态样。数字数据会以铁磁层的磁化向量方向的形式储存在磁性存储元件中。更具体来说，磁性存储元件中其中一层铁磁层的磁矩是受到磁性扎固(pinned)的，称之参考层(referencelayer)，而另一层铁磁层的磁矩是可以在参考层磁化固定的同向与反向之间自由地变换的，称之自由层(freelayer)，其方向可通过字符线或位线施加外部磁场来改变。上述自由层的磁矩方位也就是我们所知道的平行态与反平行态，其中平行态指的是自由层与参考层会具有同样的磁对位，反平行态指的是该两者具有相反的磁对位。在一般的磁性随机存取存储器中，磁性存储器单元会通过下方的导电插塞来与下层金属层(如一字符线)电连接。制作工艺中非磁性层与铁磁层的材料会先叠层在各导电插塞上，之后再通过光刻蚀刻制作工艺将该材料叠层图案化成多个存储单元，其每一存储单元都对应并电连接到下方的一个导电插塞。然而，随着半导体元件的尺寸越来越微缩，光刻制作工艺中的对位余裕度(alignmentwindow)也越来越小。在这样的情况下，所形成的存储单元很容易偏移其预定位置而没有完全与下方的导电插塞电连接，如此会造成存储单元的接触电阻上升以及隧穿磁阻下降，使得元件的效能不佳。
技术实现思路
有鉴于上述磁性存储器制作工艺中会发生的对位余裕度(alignmentwindow)不足的问题，本专利技术特此提出了一种改良的磁性存储器结构及其制作方法，其通过增加导电插塞与磁隧穿接面材料层的接触面积的方式来增加其制作工艺中对位的余裕度，进而避免后续所形成的存储单元与导电插塞接触不良的问题。本专利技术的其一目的在于提出一种磁阻式随机存取存储器，其包含一基底、一导电插塞位于该基底内，其中该导电插塞的上缘的一侧具有向外延伸的凸出部位且该上缘的另一侧具有向内凹入的凹陷部位、以及一存储单元，其包含一下电极与该导电插塞电连接、一磁隧穿接面位于该下电极上、以及一上电极位于该磁隧穿接面上，其中该存储单元的底面与该导电插塞的顶面完全重叠。本专利技术的另一目的在于提出一种制作磁阻式随机存取存储器的方法，其步骤包含提供一基底、在该基底中形成导电插塞，其中该导电插塞的上缘具有向外侧延伸的凸出部位、在该基底以及该导电插塞上依序形成下电极材料层、磁隧穿接面材料层、以及上电极材料层、以及进行一各向异性蚀刻制作工艺图案化该下电极材料层、该磁隧穿接面材料层以及该上电极材料层，形成位于该导电插塞上的磁性存储单元，其中该各向异性蚀刻制作工艺会过蚀刻该导电插塞与该基底，在该磁性存储单元两侧的该基底上形成凹陷区域。本专利技术的这类目的与其他目的在阅者读过下文以多种图示与绘图来描述的优选实施例细节说明后必然可变得更为明了显见。附图说明本说明书含有附图并于文中构成了本说明书的一部分，使阅者对本专利技术实施例有进一步的了解。该些图示描绘了本专利技术一些实施例并连同本文描述一起说明了其原理。在该些图示中：图1～图5为本专利技术优选实施例一磁性存储元件的制作工艺流程的示意图。需注意本说明书中的所有图示都为图例性质，为了清楚与方便图示说明之故，图示中的各部件在尺寸与比例上可能会被夸大或缩小地呈现，一般而言，图中相同的参考符号会用来标示修改后或不同实施例中对应或类似的元件特征。主要元件符号说明100基底102下层金属层104盖层106介电层107接触孔108导电插塞108a凸出部位108b凹陷部位110磁性存储单元112下电极材料层(下电极)114磁隧穿接面116上电极材料层(上电极)120凹陷区域122衬层124介电层126上层金属层P1光刻蚀刻制作工艺具体实施方式在下文的本专利技术细节描述中，元件符号会标示在随附的图示中成为其中的一部分，并且以可实行该实施例的特例描述方式来表示。这类的实施例会说明足够的细节使该领域的一般技术人士得以具以实施。为了图例清楚之故，图示中可能有部分元件的厚度会加以夸大。阅者需了解到本专利技术中也可利用其他的实施例或是在不悖离所述实施例的前提下作出结构性、逻辑性、及电性上的改变。因此，下文的细节描述将不欲被视为是一种限定，反之，其中所包含的实施例将由随附的权利要求来加以界定。在说明优选实施例之前，通篇说明书中会使用特定的词汇来进行描述。例如文中所使用的「蚀刻」一词一般是用来描述图形化一材料的制作工艺，如此制作工艺完成后至少会有部分的该材料余留下来。需了解蚀刻硅材料的制作工艺都会牵涉到在硅材料上图形化一光致抗蚀剂层的步骤，并在之后移除未被光致抗蚀剂层保护的硅区域。如此，被光致抗蚀剂层保护的硅区域会在蚀刻制作工艺完成后保留下来。然而在其他例子中，蚀刻动作也可能指的是不使用光致抗蚀剂层的制作工艺，但其在蚀刻制作工艺完成后仍然会余留下来至少部分的目标材料层。由于在大部分的情况下光致抗蚀剂层在蚀刻制作工艺过后都会被移除，故除非有特别说明的必要，说明书的图示中都不会特别示出。现有磁阻式随机存取存储器(magnetoresistiverandomaccessmemory,MRAM)的存储位会经由导电插塞(vias)等互连结构来与垂直相邻的互连结构如金属线或金属块等耦接。然而，因为制作工艺限制所造成的导电插塞对位失准的问题会影响互连结构的电阻，其可能进一步造成相邻互连结构之间的短路。为了解决这样的问题，本专利技术提出了一种能提供较大对位余裕度(alignmentwindow)的磁阻式随机存取存储器及其制作方法，图1～图5即绘示出了根据本专利技术优选实施例一磁性存储元件的制作工艺流程。请参照图1，首先提供一基底100，如一内层介电层(interlayerdielectric,ILD)或是金属间介电层(inter-metaldielectric,IMD)，其材料可为低介电常数材料如未掺杂的硅酸盐玻璃或是氧化硅。基底100中形成有一下层金属层102，如一金属线，其材质可为铜或铝。在本专利技术实施例中，下层金属层102可以是来源线(sourceline)，其位于字符线之间并与其平行排列。下层金属层102也可以是对应各磁性存储单元(bitcell)的位线，其彼此平行延伸并在横向与字符线正交。在其他实施例中，下层金属层102也可能不是金属线，而是多晶硅栅极或金属栅极，视磁性存储单元所在的层级而定。基底100与下层金属层102上形成有一盖层104，或称为介电保护层，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁阻式随机存取存储器，其特征在于，包含：基底；导电插塞，位于该基底内，其中该导电插塞的上缘的一侧具有向外延伸的凸出部位，该上缘的另一侧具有向内凹入的凹陷部位；以及磁性存储单元，包含下电极与该导电插塞电连接、磁隧穿接面位于该下电极上、以及上电极位于该磁隧穿接面上，其中该磁性存储单元的底面与该导电插塞的顶面完全重叠。

【技术特征摘要】
1.一种磁阻式随机存取存储器，其特征在于，包含：基底；导电插塞，位于该基底内，其中该导电插塞的上缘的一侧具有向外延伸的凸出部位，该上缘的另一侧具有向内凹入的凹陷部位；以及磁性存储单元，包含下电极与该导电插塞电连接、磁隧穿接面位于该下电极上、以及上电极位于该磁隧穿接面上，其中该磁性存储单元的底面与该导电插塞的顶面完全重叠。2.如权利要求1所述的磁阻式随机存取存储器，还包含共形的衬层位于该基底与该磁性存储单元的表面上。3.如权利要求2所述的磁阻式随机存取存储器，还包含介电层，位于该衬层上。4.如权利要求1所述的磁阻式随机存取存储器，其中该磁性存储单元的该上电极与一上层金属层电连接。5.如权利要求1所述的磁阻式随机存取存储器，其中该导电插塞与一下层金属层电连接。6.如权利要求1所述的磁阻式随机存取存储器，其中该磁性存储单元的该上电极、该磁隧穿接面、以及该上电极彼此完全重叠。7.如权利要求1所述的磁阻式随机存取存储器，其中该存储单元两侧的该基底上具有凹陷区域，该凹陷区域的表面与该磁性存储单元的该凹陷部位的表面为一连续...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宏展，王裕平，陈宏岳，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71