专利名称：热选择交叉点磁性随机存取内存胞元布局的制作方法
技术领域：
本发明系关于一种半导体装置的制造，更特别的是，关于一种磁性随机存取内存(MRAM)装置的制造。
背景技术：
半导体系被广泛地使用于之集成电路中，包含了例如收音机、电视机、移动电话、以及个人电脑装置等。半导体装置的类型之一为半导体储存装置，例如动态随机记忆体(DRAM)与快闪记忆体(FlashMemory)，其系利用电荷来储存资讯。
自旋电子学结合了半导体科技与磁学，是磁性装置中一项最新的发展；在自旋电子学中，是使用电子的自旋状态来表示“0”与“1”的存在，而不是使用电荷。一个这样的自旋电子装置即为一MRAM装置，其包含了位于在不同金属间彼此不同方向的导线，该等导线夹住一磁性堆叠而形成三明治结构；该等导线，例如字元线与位元线，彼此交错的位置称为之交错点。流经该等导线其中之一的电流于该导线周围产生了磁场，并将该磁极排列为一个沿着金属线、或是该导线之特定方向；流经其他导线的电流则同样产生一个能够将磁极部分转向之磁场。表示为“0”与“1”之数位资讯便可储存于磁矩排列中；而磁性元件的电阻便与其磁矩之排列有关，藉由侦测该元件的电阻状态，便能够自该元件读取所储存的状态。
一般而言，记忆胞元阵列便是藉由一个具有行与列的矩阵结构之导线与交错点的放置而建构。信息是被储存于软磁层或是磁性堆栈的自由层中；为了储存信息，便需要一磁场，该磁场系由流经该等导线的字符线电流和位线电流而提供；信息系藉由施加一电压至特定之欲读取胞元、并判断该胞元中表示逻辑状态“1”或“0”之电阻值来加以读取。
相较于如DRAM装置之传统的半导体记忆装置，MRAM装置所具有的优势为，MRAM装置是非易失的。举例而言，一个使用MRAM装置的个人电脑(PC)并不像使用DRAM装置的传统个人电脑一样需要一个很长的开机时间；而且，一MRAM装置并不需要被驱动而具有记忆该储存资料的能力。相较于现今的记忆体技术而言，MRAM装置具有能够淘汰开机过程、储存更多资料、更快速存取资料、以及使用更少电力之潜力。
在制造MRAM装置时，典型上，一记忆胞元包含一磁性堆栈，该磁性堆栈包括了复数金属，且于其间具有一介电薄层；举例而言，该磁性堆栈的总厚度为数十纳米(nanometers)。对交叉点MRAM结构而言，该磁性堆栈通常是位于两金属线级的交错处，举例而言，在分别位于不同方向且彼此间具有一角度之金属2(M2)与金属3(M3)的交错处；典型上，该磁性堆栈的顶部与底部则分别与M(n)与M(n+1)线层导线接触。
在一交叉点MRAM装置中，磁性穿隧接合(magnetic tunneljunction，MTJ)胞元系位于第一与第二导线的交叉点处，例如字符线与位线；当一写入电流流经该等字符线与位线时，该等字符线与位线将产生一磁场。该MTJ胞元包含了一由一或多磁性层所组成之硬磁层或参考层、代表穿隧阻障或穿隧接合之一绝缘层、以及一自由或软磁层；该绝缘层具有电阻性质，而该自由或软磁层亦由一或多磁性层所组成；当来自该字符线与该位线之磁场增加时，该记忆胞元则将藉由穿隧阻障的电阻改变而产生切换。在此一情形中，胞元系被选择于一交叉点数组中切换。
先前技术中之MRAM设计产生了一个问题，由于再写入该胞元时需要使用一磁场，因此不需要的切换之风险便可能会发生；举例而言，在邻近于目标记忆胞元之记忆胞元，有可能会因为胞元的磁性材料性质不一致而受影响。同样的，例如配置于与所选择胞元相同之字符线或位线上的记忆胞元亦将感受到部分的切换磁场而产生不必要之切换。举例而言，产生胞元不必要切换的其它原因还包含了磁场的扰动、或是磁场型态的改变；因此，便需要一写入余裕(write margin)来无误地切换该等胞元。
在MRAM技术中已提出一种胞元选择之替代概念，其系使用字符线上之一场生电流(field-producing current)与一热电流来降低所选择胞元之饱和磁场。在此一加热胞元选择方法中，仅有所加热之胞元能够被切换，其提升了写入余裕并降低不需要之胞元被写入的机会。针对此一热选择概念，已提出一种将一热电流自字符线至位线通入该穿隧接合之构想，其基本上系使用该穿隧接合为一热电阻；然而，使用为穿隧阻障之绝缘材料在典型上无法承受以此方式所流经之高电流，而将损坏穿隧接合，并进而破坏整个记忆胞元。
因此，在此一领域中需要一种MRAM装置之热选择磁性记忆胞元的可靠结构与方法，而不损坏该穿隧阻障。
发明内容
本发明之较佳具体实施例藉由提供一MRAM布局与记忆胞元热选择而产生了技术上的优势，其中该记忆胞元自由层系作用为一热阻器。在该等记忆胞元中央部分具有间隙之字符线系用来导通一热电流至一列记忆胞元，使得所加热之记忆胞元列能够进行热选择。在各记忆胞元上可配置一帽盖层，其中该热电流中之一部份系用于流经该帽盖层以提供所选择胞元列之硬轴场电流。
在一具体实施例中，揭露了一种电阻半导体记忆装置，其具有复数第一导线，其系位于一第一方向；复数磁性记忆胞元，其系配置于该等第一导线上；该电阻半导体记忆装置包含复数第二导线，其系配置于该磁性记忆胞元上之一第二方向上，该第二方向系与该第一方向不同，其中各该等第二导线是不连续的。
在另一具体实施例中，揭露了一种用以制造一电阻半导体记忆装置的方法；该方法包含了提供一工作部件；配置复数第一导线于该工作部件上；并形成复数磁性记忆胞元于该第一导线上。形成该磁性记忆胞元则包含了形成一第一磁性层于该第一导线上、形成一穿隧阻障于该第一磁性层上、配置一第二磁性层第一材料于该穿隧阻障上并沉积一第二磁性层第二材料于该第二磁性层第一材料上，该第二磁性层第二材料具有之居里温度较该第二磁性层第一材料为低，以及形成复数第二导线于该磁性记忆胞元上，其中该第二导线系为非连续且具有间隙于该磁性记忆胞元之中央部分。
在另一具体实施例中，揭露了一种磁性随机存取记忆装置之写入方法，包含了提供一MRAM装置，其包含一磁性记忆胞元数组，该磁性记忆胞元数组系配置于复数第一导线上，该记忆胞元包含一软磁层，该软磁层具有一第一磁性材料与配置于该第一磁性材料上之一第二磁性材料，该第二磁性材料之居里温度较该第一磁性材料之居里温度为低，该MRAM装置包含配置于该磁性记忆胞元上之复数非连续第二导线；以及提供一热电流流经该等第二导线其中之一的至少一部份，流经该等磁性记忆胞元其中至少一之第二磁性材料，其中该热电流增加了该第二磁性材料的温度。
本发明之具体实施例所具有的优势包括其增加了电阻记忆装置的写入余裕；在本发明之具体实施例中，由于使用软磁层或自由层为电阻加热组件，因此能够热选择一记忆胞元列，而不需要额外的写入层或材料层，使用于该列记忆胞元之热电流系由与该软磁层相邻配置的字符线之该等第二导线所提供。在该记忆胞元上可配置一帽盖层，一部份电流可藉其导通而提供为该等磁性记忆胞元硬轴场之写入电流；根据本发明之具体实施例，可降低字符线与位线所需要的写入电流。
图式简单说明本发明系藉由下列例子之说明并参考伴随的较佳具体实施例之图示而清楚被了解，其中第1图系描述了根据本发明一较佳具体实施例之一MRAM装置透视图，该MRAM装置具有排列于一数组之磁性记忆胞元，其于各该记忆胞元上配置有非连续之第二导线；第2图系描述了根据本发明具体实施例之磁性存储元件与非传导性第二导线之剖面图；第3图至第5图系描述了根据本发明具体实施例之MRAM装置在不同制造阶段中之剖面图；第6图与第7图描述了根据本发明另一具体实施例之MRAM装置在不同制造阶段中之剖面图；第8图描述了包含有一帽盖层与硬罩层之本发明的一具体实施例；以及第9图为第8图所示之磁性记忆胞元的俯视图。
在不同的图式中对应的组件符号与标号系表示对应的组件部分，除非另行说明。该等图式系为清楚描述较佳具体实施例之构想而绘制，并不限于代表组件实际尺寸。
较佳具体实施例说明本发明之部分具体说明实例及其优势系叙述如下。
第1图系为根据本发明之一较佳具体实施例的MRAM装置40之剖面图。举例而言，在分别位于一第一与第二方向之复数第一与第二导线12、22中间，系夹有包含了磁性堆栈之复数磁性记忆胞元14；该等第一与第二导线12/22最好是包含一导电性材料，例如铝或铜。一第一中间层级介电质(ILD)层(图中未示)系沉积于一工作部件(图中未示)上；典型上，一金属化层系利用一纹刻制程而形成于该中间层级介电层中，以形成该等第一导线12。包含有例如TaN或是TiN之一阻障层系形成于该ILD层上，且一种子层系形成于该阻障层上(图中未示)。包含有磁性堆栈之磁性记忆胞元14系形成一数组于该等第一导线12之上。
请同样参阅第2图，该等磁性记忆胞元14最好是包含有一第一磁性层16，其包含一或多层例如像是PtMn、CoFe、Ru与NiFe之材料。该第一磁性层16可包含一配置于该第一导线12上之种子层(图中未示)；该种子层可包含如TaN，以避免该等第一导线12在该磁性记忆胞元14的蚀刻过程中被腐蚀。
该等磁性记忆胞元14亦包含了一介电层18，包括像是Al2O3，其系沉积于该第一磁性层16之上，该介电层18在此亦表示为一穿隧层、穿隧阻障、或是T-阻障。该等磁性记忆胞元14亦包含了一第二磁性层20，其系配置于该介电层18上，该第二磁性层20在此亦为一软磁层或自由层。根据本发明之一具体实施例，该第二磁性层20最好包含两层或更多层24与26，在此将详细描述；该第一磁性层16、介电层18与第二磁性层20系被图形化以形成磁性记忆胞元或组件14，该等磁性记忆胞元14本质上可包含矩形或其它形状，举例而言，如圆形、方形、或椭圆形等。
根据本发明之具体实施例，非连续之第二导线22系配置于该等磁性记忆胞元14之上，该等非连续之第二导线22可为一金属化层的一部份，且最好是图形化为不同方向，例如本质上与该等第一导线12垂直之方向；该等非连续之第二导线22可利用一纹刻制程而形成，其中一介电层(图中未示)系沉积于该等磁性存储元件14与第二导线22之上，或是该等第二导线可如例子所示，以一非纹刻制程而形成。
第一与第二导线12、22系适于作用为该记忆数组10的位线与字符线；该磁性记忆胞元14的膜层顺序可以相反，例如该硬磁层16可配置于该绝缘层18之顶部而该软磁层20可配置于该绝缘层18之底部；同样的，该等位线12与字符线22可配置于该磁性记忆胞元14之上方或是下方。然而，较佳的是，该等非连续之导线22系电耦合至该等记忆胞元14之软磁层20，其将于此处详细说明。
根据本发明之具体实施例，该等第二导线22最好是非连续的，如第1图所示；特别是，该等第二导线22最好包含一间隙44于各磁性记忆胞元14之中心部分，如第2图之剖面图所示。各第二导线22最好是图形化为复数细节段，以连接邻近之磁性记忆胞元14。一热电流源28系耦合于任何第二导线22之间，如第1图所示。一写入电流之电流源(图中未示)系耦合于任何第一导线12之间。
请参阅第2图，该等磁性记忆胞元14包含一第一磁性层16，其系配置于该地等第一导线12之上(见第1图)；一穿隧阻障18系配置于该第一磁性层16之上，儿一第二磁性层20则配置于该穿隧阻障18之上。根据本发明之实施例，该第二磁性层包含一第一材料24与一配置于该第一材料24上之第二材料26；该第二材料26的居里温度最好比第一材料24的居里温度低，举例而言，该第二材料26可具有一从室温至400℃之居里温度，而该第一材料24之居里温度则高于420℃。该第二磁性层20一包含一第三材料，其系配置于该第一与该第二材料24/26之间；其将参考第8图来进一步说明。
较佳的是，该第一材料24包含了一具有厚度“y”之磁性材料，而该第二材料26系包含一具有厚度“x”之磁性材料，其中x＞y；较佳的是，x至少比y大五倍，且更佳的是，x比y大十倍。
较佳的是，该磁性记忆胞元14具有一形状异向性，使得该磁性组件14的易磁化轴(例如容易切换或写入)系与位线12垂直，且与字符线方向平行。为得到一合理的形状异向型，其使用之方向比例最好是3或是更高，使得该胞元14在该字符线或第二导线22方向上系为长型。
根据本发明之具体实施例，最小的打印维度F系为该胞元14之宽度(其中该宽度系为延该胞元14之最短边)，而该胞元14具有之方向比例为3或更高，即该胞元14之长度为3F或大于3F。由于具有一等于或大于3之方向比例，便得以将一间隙44图形化为本质上在该胞元14中间之字符线(其中间隙44最好是在该MTJ胞元上方)，如第2图所示。较佳的是，该间隙44本质上系为最小特征尺寸F的宽度；同样的，较佳的是，该等第二导线22系于各边上均与其下方之磁性存储元件14以该最小特征尺寸F之宽度重叠。
根据本发明之具体实施例，于该等第二导线22中形成一间隙44系中断了位于该磁性记忆胞元14上之该等字符线22，并强迫该字符线22电流28从自由层20之一端流经该自由层20而至其另一端(如第2图左侧，沿着该胞元14长度的三分之一处)，其中邻近之字符线22细节段或区段则再次获得该电流28(例如第2图右侧)。
较佳的是，该穿隧阻障18具有一足够高的电阻，使得在本质上没有泄漏电流流经该穿隧阻障18；因此，根据本发明之具体实施例，由于该等第二导线或字符线22具有非连续之新颖形状，因而该字符线电流28系适于作为该自由层20之热电流28a(例如该等磁性记忆胞元14之第二材料26)。
为了在该等字符线22中制造间隙44于各胞元14上，在蚀刻制程中最好使用一蚀刻中止层32、亦即此处之一帽盖层32来保护该自由层20，如第3图至第5图所示(该自由层20为示于第3图至第5图中，因自由层20为该磁性记忆胞元14着一部份，见第2图)。较佳的是，因为该蚀刻终止层32系配置于该胞元14与该字符线22之间，该蚀刻中止层32具有传导性，使得该胞元14与该字符线22之间电性接触，因此，并非所有的字符线22电流28(第2图中)都流经该自由层20，一小量的电流28b流经该自由层20之电流系分流至该蚀刻中止层32；此一分流电流28b有助于使该磁性记忆胞元14产生一小的硬轴磁场，其系用以写入该胞元14。
因此，根据本发明之具体实施例，该字符线电流28可作为热电流28a以及用以产生硬轴磁场之写入电流28b；为了达成此一构想，该自由层20包含之材料最好能够在室温至400℃的范围中，随温度变化而强烈改变其磁性性质；举例而言，请参阅第2图，该自由层20第二材料26最好包含一具有低居里温度TC之铁磁性材料，如由铁磁性元素与非铁磁性元素所形成之合金，例如由钴(Co)或镍(Ni)与铬(Cr)、锰(Mn)、钒(V)或其组合所形成之合金；藉由铁磁性元素与非铁磁性元素组合来降低居里温度的方式，亦降低了其饱和磁化。
因为当以一单一层使用时，相较于参考层16，这样的合金倾向于在不同取向上显示低穿隧电阻变化，因而根据本发明之具体实施例，该自由层20最好是为一包含了一第一层24与第二层26之双重膜层。该第一层24最好为一薄层，例如为一8厚之高居里温度材料，例如具有高于420℃之居里温度，该第一层24系配置于该穿隧阻障18之上并与其接触；举例而言，该第一材料可为例如透磁合金、Co、或CoFe，该第二层26最好包含一相对较厚的铁磁性合金层，例如50~100之低居里温度层，例如其具有一在约室温至400℃范围内之居里温度TC。
藉由送入一电流脉冲28通过该字符线22，所有在该字符线22上的胞元14都被加热至接近或高于具有较低居里温度之第二层材料26之居里温度。将该第二材料26加热至接近或高于第二材料居里温度使得该第二材料26将丧失其铁磁性质；由于低居里温度TC之第二材料层26的磁化量已减少或消失，只有非常薄的高TC第一材料层24的磁化量需要藉由位线12(见第3图)与小部份字符线20分流电流所产生之磁场而被切换。
该高TC第二层26能够仅可能的制作为软磁性，而无须承受产生软磁错误之风险，这是因为该低TC层26阻碍了在该位线12上的所有半选择胞元被热活化切换。由于在字符线22上的所有胞元14都被加热，而字符线22的电阻由于其高自由层电阻而显得相对为高，举例而言，每一穿隧接合14均将近30欧姆(ohm)，该字符线最好是只与字符串长度一样长(例如16或32胞元14)。
根据本发明之具体实施例，在一个例子中，一100nm宽之胞元14系具有一8nm厚之自由层20，一字符线22电流脉冲28为每10ns将近为1mA，举例而言，其增加了自由层20的温度几达200℃；若一第二材料26之居里温度为接近或低于200℃时，则这将提供热写入选择性一个有效电流。对于短电流脉冲而言，尽管该字符线22需要一个短冷却周期，但仍可忽略其热散失。
根据本发明之具体实施例，一流经该字符线22之电流28同样会流经该第二磁性材料26而作为一热电流28a，以及流经该帽盖层32而作为写入电流28b，如第2图所示。该第二磁性材料26具有一电阻R1，使得该第二材料26得以被加热；将该第二磁磁性材料26加热至高于其居里温度导致该第二磁性材料26丧失其铁磁性质。藉由适当调整蚀刻中止层32的特定电阻，可仅将10％至20％之字符线22电流28经由约10nm厚之蚀刻中止层32而分流至该自由层20；由于高TC材料层24可制作为分常软磁性，因此仅有约2至3mA之电流成为有效之位电流，而不是在习知技术中此一小胞元14典型上所需要之10至15mA。较佳的是，该等胞元14在其它位于同一位线12上胞元14发生写入之前，就会被冷却下来。
透过本发明之具体实施例，由于在位线上的半选择胞元仅察觉到其切换场之20％，因而能够减少整体所需要之字符线22与位线12之写入电流，而增加了其写入余裕。
以下将说明两个用以制造具有间隙之字符线的实例。
第1例第3图至第5图描述了根据本发明一具体实施例中，在不同阶段的制造过程中之MRAM装置40的剖面图。第3图描述一半导体晶圆具有一工作部件10，举例而言，该工作部件10可包含一半导体基板，其系含有以一绝缘层所覆盖之硅、或其它半导体材料。该工作部件10亦可包含其它主动组件或电路，其系形成于前端线路(FEOL，the front end of theline)之上(图中未示)。举例而言，该工作部件10可包含于单晶硅(single-crystalsilicon)上之硅氧化物(silicon oxide)；该工作部件10可包含其它的传导层或其它的半导体组件，例如晶体管、二极管等。化合物半导体例如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、或是碳化硅(SiC)、或硅锗半导体(Si/Ge)，都可以用来取代硅。
一第一绝缘层30系沉积于该工作部件10之上，该第一绝缘层30最好是包含一内层级介电(ILD)层，例如晶圆第一内层级介电质；该第一绝缘层30最好是包含二氧化硅(SiO2)，且亦可包含其它的介电质材料，例如低介电常数材料。
该第一绝缘层30系被图形化、蚀刻、并以一传导性材料填充以形成第一导线12，例如使用一纹刻制程；该图形化与填充制程可包含一单一纹刻或双重纹刻制程，并在例如第一导线12填充时(图中未示)，便同时填充信道(图中未示)。该第一绝缘层30可被光显影图形化并活性离子蚀刻(RIE)以形成沟槽(trench)，该第一导线12将形成于其中。举例而言，该等沟槽可为0.2μm宽、以及0.4至0.6μm深。
根据所使用的传导性材料，导线20可包含一非必须之衬里(图中未示)；传导性材料接着沉积于晶圆10上，且于沟槽内。第一导线12可包含最小间距线(例如具有最小特征尺寸)或较大的间距线。该晶圆10系以一例如化学-机械光(CMP)制程而磨平，以去除在该第一绝缘层30顶部表面多余的传导性材料12。
该第一导线12最好是包含一含有金属之传导性材料，例如铜，或是包含其它传导性材料如铝(Al)、氮化钛(TiN)、钛(Ti)、钨(W)、及其组合、或是其它的传导性材料，举例而言，其系以物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)而沉积。举例而言，第一导线12可为一M1或M2金属化层的一部份。
该等磁性记忆胞元14之各种材料层系以前述方式沉积；一帽盖层或蚀刻中止层32系沉积于该磁性记忆胞元14材料上。该帽盖层32最好是包含约10nm之例如氮化钨(WN)、氮化钛(TiN)或TaN等材料，如相关之美国专利申请案10/124,950“MRAM制程中穿隧接合帽盖层、穿隧接合硬罩幕及穿隧接合堆栈种子层之材料组合”所说明的，其系于2002年4月18日由Leuschner等人申请，该案系并为此处之参考案。
一硬罩幕材料34系配置于该帽盖层32上，该硬罩幕层34在此处亦代表一穿隧接合(TJ)硬罩幕，该硬罩幕材料34与帽盖层32最好是包含不同的材料，而该硬罩幕材料34可包含例如氮化钨(WN)、氮化钛(TiN)、TaN、含氢之非晶碳(例如具有0-40％氢含量之非晶碳)、或是二氧化硅(SiO2)。
一穿隧接合隔离层36系被沉积，其包含例如Si3N4，该晶圆系被磨平，且隔离层36的剩余部分将被移除，举例而言，利用一化学-机械光(CMP)制程。
如第4图所示，在此一实例中，剩余的TJ硬罩幕34系使用例如氧或氟化学物质，其系中止于蚀刻中止层32(例如若蚀刻中止层32包含氮化钛，则其为氟化学物质之阻质)。一绝缘层38系被沉积，其可包含一内层级介电质(ILD)，如硅氧化物。利用一纹刻制程可将该绝缘层38图形化并以蚀刻为字符线22之图形，接着便形成字符线22。举例而言，该绝缘层38之蚀刻制程可包含一氟化学物质，其适合中止于该蚀刻中止或帽盖层32。一衬里(图中未示)与一如铜之传导性材料系以一典型之纹刻制程而沉积，以填充于该等沟槽，如第5图所示。
第2例第3图、第6图与第7图描述了本发明一具体实施例之一第二实例流程；在此一具体实施例中，第二导线122系藉图形化一沉积之传导性材料而形成，而非藉由一纹刻制程，而且该硬罩幕134中之部分系未被移除。
如第3图所示，在该穿隧接合隔离层36沉积及磨平之后，举例而言，该包含一导体(如铝)之第二导线122传导性材料系被沉积且图形化，如第6图中所示。例如该传导性材料蚀刻制程可包含一氯化学物质，其适合中止于该TJ隔离材料136以及于该硬罩幕134上之间隙144。在此一实例中，该硬罩幕134最好是包含例如钨(W)或氮化钨(WN)。
举例而言，该硬罩幕134的一部份可利用一氟化学物质而被蚀刻于间隙144，其中该蚀刻制程系适合中止于该蚀刻中止层或帽盖层132上，如第7图所示。在此一具体实施例中，较佳的是，该帽盖层132包含了例如氮化钛(TiN)；接着，一包含有一内层级介电质之绝缘层138系如所示般沉积并以例如CMP抛光。
第8图显示了本发明另一具体实施例之一剖面图，其中该MRAM装置240包含了一软磁层220，该软磁层220具有一邻近于该穿隧接合或绝缘层218之第一材料224、一邻近于该第一材料224之第三材料242，以及一邻近于该第三材料242之第二材料226。该帽盖层232系如所示般形成于该第二层226上，而该硬罩幕234之部分则剩余在该第二导线222细节段下方，该等细节段系产生至磁性记忆胞元214之接触。
该第三材料242最好是包含一磁性材料，如Ru；举例而言，该第三材料242系作用为该第一磁性材料224与该第二磁性材料226之间的一耦合材料；为了反平行耦合，该第三材料242最好是相对为薄，例如9至10；为了平行耦合，该第三材料242可以较厚，例如是12至15。
第8图同样描述了一电流228，其系流经该字符线222，并接着流经该第二磁性材料226而作为热电流228a，且流经该帽盖层232而作为写入电流228b。
第9图显示了第8图之磁性记忆胞元214之俯视图；该记忆胞元214最好是具有一所示之椭圆形，其具有一长轴“u”与一短轴“v”。举例而言，根据本发明之一具体实施例，较佳的是，该长轴“u”长度系至少大于该短轴“v”之三倍。区域246表示第二导线228重叠且产生与该磁性记忆胞元214连接之区域。
本发明之另一具体实施例包含了一电阻半导体记忆装置的制造方法，其包含了提供一工作部件；配置复数第一导线于该工作部件上；形成复数磁性记忆胞元于该第一导线上，其中形成该磁性记忆胞元包含了形成一第一磁性层于该第一导线上、形成一穿隧阻障于该第一磁性层上、配置一第二磁性层第一材料于该穿隧阻障上并沉积一第二磁性层第二材料于该第二磁性层第一材料上，该第二磁性层第二材料具有之居里温度较该第二磁性层第一材料为低，以及形成复数第二导线于该磁性记忆胞元上，其中该第二导线系为非连续且具有间隙于该磁性记忆胞元之中央部分。
在一具体实施例中，该等磁性记忆胞元具有一长度，其中形成复数第二导线包含将各第二导线之一非连续部分耦合至一磁性记忆胞元于该磁性记忆胞元长度之近三分之一处；沉积一第二磁性层第二材料层包含沉积一较该第二磁性层第一材料厚度为厚之材料；更特别的是，沉积一第二磁性层第二材料包含沉积一至少厚度为该第二磁性层第一材料厚度之五倍的材料。该方法可包含沉积一第三材料于该第二磁性层第一材料与该第二磁性层第二材料之间，其中该第三材料系为非磁性。该方法更包含沉积一帽盖层于第二磁性层第二材料上，以及沉积一硬罩层于该帽盖层上；此外，该方法更包含图形化该硬罩材料以形成一硬罩幕，以及使用该图形化之硬罩幕以图形化该帽盖层、第二磁性层、以及穿隧阻障层，以形成复数穿隧接合。
本发明之另一具体实施例包含了一种磁性随机存取记忆装置之写入方法，其包含了提供一MRAM装置，该MRAM装置包含一磁性记忆胞元数组，该磁性记忆胞元数组系配置于复数第一导线上，该记忆胞元包含一软磁层，该软磁层具有一第一磁性材料与配置于该第一磁性材料上之一第二磁性材料，该第二磁性材料之居里温度较该第一磁性材料之居里温度为低，该MRAM装置包含配置于该磁性记忆胞元上之复数非连续第二导线。该方法包含了提供一热电流流经该等第二导线其中之一的至少一部份，流经该等磁性记忆胞元其中至少一之第二磁性材料，其中该热电流增加了该第二磁性材料的温度。举例而言，提供一热电流系包含了提供一电压至该第二导线；提供一热电流流经该第二磁性材料系最好是增加了该第二磁性材料温度至一高于该第二磁性材料居里温度之温度。
本发明之具体实施例所达成之技术优势系藉由利用一热电流28a/128a/228a而沿着一字符线22/122/222提供一增加之写入余裕至一磁性记忆胞元14/114/214，以加热该记忆胞元14/114/214之软磁层第二层26/126/226。利用软磁层或自由层20/120/220作为一电阻加热组件，一记忆胞元列14/114/214可被热选择，根据本发明之具体实施例，则无须额外的配线或材料层。该加热电流28a/128a/228a系用于该字符线列22/122/222，用于该等第二导线22/122/222，举例而言，配置于该该软磁层邻近之字符线；一帽盖层32/132/232可配置于该等记忆胞元14/114/214上，且藉其使得电流28/128b/228b之部分电流28b/128b/228b能够流通，以提供磁性记忆胞元写入电流。根据本发明之具体实施例，字符线与位线所需要之写入电流28b/128b/228b能因此而减少。
本发明之具体实施例于此处系参考一交叉点MRAM装置之特定应用而描述，然而，本发明之具体实施例亦得以应用于其它的MRAM装置设计与其它的电阻半导体装置。
虽然本发明藉由上述之图标说明的具体实施例详加叙述，然这些叙述并不是要限定于这些有限的观念。任何以图标说明的具体实施例任意组合的不同修饰以及其它本发明的具体实施例对熟悉本技艺之人士而言，在经参照本叙述之后，将会是相当明显的。此外，制程步骤之顺序可以由原本熟悉本技艺之人士任意重新排列，然其仍然不脱离本发明之目的。因此可以预期所附加的权利要求可能会遭遇任何这样的修饰或实施例。此外，本发明的目的并不是用来限定说明书内所提及之制程的特定实施例、制程机器、制造方法、元件组成、装置方法或步骤等。因此下面的权利要求范围希望包含在这些目的在内的制程、机器、制造方法、元件组成、装置、方法以及步骤。
尽管本发明系根据图标说明的具体实施例来描述，其并不限定本发明的具体精神。对熟悉本技艺人士来说，本发明所图示说明之实施例以及本发明的其它实施例之不同组合以及修饰也许是显而易见的。此外，本发明的制程步骤的顺序，对熟悉本技艺人士，在不脱离本发明的目的与精神之内可能可以轻易地重新排列。因此，可以预期所附加的权利要求可能会遭遇任何这样的修饰或实施例。此外，本发明的目的并不是用来限定说明书内所提及之制程的特定实施例、制程机器、制造方法、元件组成、装置方法或步骤等。因此，下面的权利要求范围希望包含在这些目的在内的制程、机器、制造、元件组成、装置方法或步骤。
组件符号说明10记忆数组12第一导线14磁性记忆胞元16第一磁性层18介电层20第二磁性层(自由层、软磁层)22第二导线24第一材料26第二材料28电流源28a 热电流28b 写入电流30绝缘层32蚀刻中止层(帽盖层)34硬罩幕材料36穿隧接合隔离层38绝缘层40MRAM装置(磁性随机存取记忆装置)44间隙114 磁性记忆胞元120 第二磁性层(自由层、软磁层)122 第二导线126 第二材料128 电流源128a 热电流
128b 写入电流132 蚀刻中止层(帽盖层)134 硬罩幕材料136 穿隧接合隔离层138 绝缘层144 间隙214 磁性记忆胞元218 绝缘层220 第二磁性层(自由层、软磁层)222 第二导线224 第一材料226 第二材料228 电流源228a 热电流228b 写入电流232 蚀刻中止层(帽盖层)234 硬罩幕材料240 MRAM装置(磁性随机存取记忆装置)242 第三材料246 区域
权利要求
1.一电阻半导体记忆装置，包含复数第一导线，其位于一第一方向；复数磁性记忆胞元，其配置于该等第一导线上；以及复数第二导线，其配置于该磁性记忆胞元上的一第二方向上，该第二方向与该第一方向不同，其中各该等第二导线是不连续的。
2.如权利要求1之电阻半导体记忆装置，其中该等磁性记忆胞元包含一配置于该等第一导线上之第一磁性层、一配置于该第一磁性层上的穿隧阻障、以及一配置于该穿隧阻障上的第二磁性层；该第二磁性层包含了一第一材料与一配置于该第一材料上之第二材料，该第二材料具有的居里温度较该第一材料的居里温度为低，其中该等第二导线乃耦合至该磁性记忆胞元第二磁性层。
3.如权利要求1之电阻半导体记忆装置，其中该第二导线包含跨过各磁性记忆胞元的一中央部分的一间隙。
4.如权利要求1之电阻半导体记忆装置，其中各第二导线乃被图形化而与邻近的磁性记忆胞元相接触。
5.如权利要求4之电阻半导体记忆装置，其中该磁性记忆胞元具有一长度，其中各第二导线乃在近于一磁性记忆胞元长度之三分之一处耦合至一磁性记忆胞元。
6.如权利要求2之电阻半导体记忆装置，其中该第二材料较该第一材料为厚。
7.如权利要求6之电阻半导体记忆装置，其中该第二材料的厚度至少为该第一材料厚度的五倍。
8.如权利要求2之电阻半导体记忆装置，其中各第二导线包含复数细节段，各细节段的一第一端系耦合至一第一磁性记忆胞元的一边，各细节段的一第二端乃耦合至一相邻于该第一磁性记忆胞元的一第二磁性记忆胞元的一边。
9.如权利要求6之电阻半导体记忆装置，其中该第二材料包含铁磁性质，其中流经该等第二导线其中之一的一电流乃被适整以加热该第二材料至高于该第二材料的居里温度之一温度，以使该第二材料丧失其铁磁性质。
10.如权利要求2之电阻半导体记忆装置，其更包含一帽盖层，其配置于该等磁性记忆胞元上。
11.如权利要求10之电阻半导体记忆装置，其中该帽盖层包含TaN或TiN。
12.如权利要求10之电阻半导体记忆装置，其中该第二材料包含铁磁性质，其中流经该等第二导线其中之一的一电流乃被调整以便于流经该第二材料，并加热该第二材料至高于该第二材料的居里温度之一温度，而流经该第二导线之该电流乃再被调整以便流经该帽盖层，且具有一写入电流。
13.如权利要求10之电阻半导体记忆装置，其更包含一硬罩层，其配置于该帽盖层上。
14.如权利要求13之电阻半导体记忆装置，其中该硬罩层包括含有0-40％氢、二氧化硅、钨或氮化钨之非晶碳。
15.如权利要求1之电阻半导体记忆装置，其中该电阻半导体记忆装置包含一交叉点磁性随机存取记忆(MRAM)装置。
16.如权利要求2之电阻半导体记忆装置，其更包含一第三材料，其配置于该第一材料与该第二材料之间，其中该第三材料包含一非磁性材料。
17.一种电阻半导体记忆装置之制造方法，包含提供一工作部件；配置复数第一导线于该工作部件上；形成复数磁性记忆胞元于该第一导线上，其中形成该磁性记忆胞元包含了形成一第一磁性层于该第一导线上、形成一穿隧阻障于该第一磁性层上、沉积一第二磁性层第一材料于该穿隧阻障上并沉积一第二磁性层第二材料于该第二磁性层第一材料上，该第二磁性层第二材料具有的居里温度较该第二磁性层第一材料的居里温度为低，以及形成复数第二导线于该磁性记忆胞元上，其中该第二导线为非连续且具有跨过该磁性记忆胞元之中央部分的间隙。
18.如权利要求17之方法，其中该磁性记忆胞元具有一长度，其中形成复数第二导线乃包含将各第二导线之一非连续部分乃在一磁性记忆胞元长度之近三分之一处耦合至该磁性记忆胞元。
19.如权利要求17之方法，其中沉积一第二磁性层第二材料层包含沉积一较该第二磁性层第一材料厚度为厚之厚材料。
20.如权利要求19之方法，其中沉积一第二磁性层第二材料包含沉积一厚度至少为该第二磁性层第一材料厚度之五倍的材料。
21.如权利要求17之方法，其更包含在该第二磁性层第一材料与该第二磁性层第二材料之间配置一第三材料，其中该第三材料为非磁性的。
22.如权利要求17之方法，其更包含沉积一帽盖层于该第二磁性层第二材料上；以及沉积一硬罩材料于该帽盖层上。
23.如权利要求22之方法，其中该方法包含图形化该硬罩材料以形成一硬罩幕；以及使用该图形化的硬罩幕来图形化该帽盖层、第二磁性层、以及穿隧阻障层，以形成复数穿隧接合。
24.一种磁性随机存取记忆装置的写入方法，包含提供一MRAM装置，其包含一磁性记忆胞元数组，该磁性记忆胞元数组系配置于复数第一导线上，该记忆胞元包含一软层，该软层具有一第一磁性材料与配置于该第一磁性材料上的一第二磁性材料，该第二磁性材料的居里温度较该第一磁性材料的居里温度为低，该MRAM装置包含配置于该磁性记忆胞元上的复数个非连续第二导线；以及提供一热电流流经该等第二导线其中之一的至少一部份而流经该等磁性记忆胞元其中中至少一磁性记忆胞元的之第二磁性材料，其中该热电流增加了该第二磁性材料的温度。
25.如权利要求24之方法，其中提供一热电流包含施加一电压至该第二导线。
26.如权利要求24之方法，其中提供一热电流流经该第二磁性材料乃使该第二磁性材料温度增加至一高于该第二磁性材料居里温度的温度。
27.如权利要求24之方法，其中该MRAM装置更包含一帽盖层，其配置于该第二磁性材料上，其中提供一热电流包含了使一写入电流流经该帽盖层。
28.如权利要求24之方法，其更包含提供一热电流流经耦合至一单一第二导线的各记忆胞元的第二磁性材料。
全文摘要
本发明乃与一电阻记忆装置(40)与其制造方法有关。该电阻记忆装置(40)所包含的磁性记忆胞元(14)具有一第二磁性层(20)，其至少包含一第一与第二材料(24/26)；该第二材料(26)的居里温度低于该第一材料(24)的居里温度。复数个非连续第二导线(22)乃配置于该磁性记忆胞元(14)之上。一电流(28)可通过于该第二导线(22)而使该第二材料(26)的温度至一高于该第二材料(26)居里温度的温度，以使该第二材料(26)丧失其铁磁性质，并提升了对内存数组(40)的写入选择性。
文档编号H01L27/105GK1650369SQ03810023
公开日2005年8月3日 申请日期2003年4月1日 优先权日2002年5月3日
发明者R·勒斯奇纳 申请人:因芬尼昂技术股份公司