[发明专利]磁阻式随机存储器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及集成电路，并且更具体地涉及磁阻式随机存储器(MRAM)。

背景技术

磁阻式随机存储器(MRAM)将数据存储在磁性存储元件(例如，磁隧道结(MTJ))中。通过测量MRAM单元的电阻来完成MRAM的读取，MRAM单元根据处在MRAM单元中的MTJ的磁场极性来改变。通过使用电流(阈值/临界电流)，对MTJ中的磁场极性进行存储来将数据写入到MRAM单元中。阈值电流影响MRAM的功耗。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一个方面，提供了磁阻式随机存储器(MRAM)单元，包括：磁隧道结(MTJ)；顶部电极，设置在所述MTJ上方；底部电极，设置在所述MTJ下方；以及感应线，设置在所述MTJ的一侧，其中，所述感应线配置为在所述MTJ处感生出垂直磁场。

在该MRAM单元中，所述感应线形成在与所述顶部电极相同的层中，或者所述感应线形成在与所述底部电极相同的层中；或者所述感应线形成在与所述MTJ相同的层中；或者所述MTJ具有卵形或椭圆形的形状；或者所述MRAM单元是自旋传递扭矩(STT)MRAM单元。

在该MRAM单元中，所述MTJ包括自由层、固定层以及设置在所述自由层和所述固定层之间的绝缘体，所述固定层具有固定的磁极性，而所述自由层具有可变的磁极性。

在该MRAM单元中，所述自由层包括CoFeB或NiFe；或者所述固定层包括CoFe或CoFeB；或者该绝缘体包括MgO或Al₂O₃。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造磁阻式随机存储器(MRAM)单元的方法，包括：在衬底上方形成底部电极；在所述底部电极上方形成磁隧道结(MTJ)；在所述MTJ上方形成顶部电极；以及形成在所述MTJ一侧设置的感应线，其中，所述感应线配置为在所述MTJ处感生出垂直磁场。

在该方法中，所述感应线形成在与所述顶部电极相同的层中；或者所述感应线形成在与所述底部电极相同的层中；或者所述感应线形成在与所述MTJ相同的层中。

在该方法中，形成所述MTJ包括：在所述底部电极上方形成具有固定磁极性的固定层；在所述固定层上方形成绝缘体；以及在所述绝缘体上方形成具有可变磁极性的自由层。

在该方法中，所述自由层包CoFeB或NiFe；或者所述固定层包括CoFe或CoFeB；或者该绝缘体包括MgO或Al₂O₃。

根据本发明的又一方面，提供了一种磁阻式随机存储器(MRAM)单元，包括：磁隧道结(MTJ)，包括自由层、固定层以及设置在所述自由层和所述固定层之间的绝缘体，其中，所述固定层具有固定的磁极性，而所述自由层具有可变的磁极性；顶部电极，设置在所述MTJ上方；底部电极，设置在所述MTJ下方；以及感应线，设置在所述MTJ一侧，其中，所述感应线被配置为在所述MTJ处感生出垂直磁场，并且所述MTJ具有卵形或椭圆形的形状。

在该MRAM单元中，所述MTJ处在通孔上方。

附图说明

现将结合附图所进行的描述作为参考，其中：

图1是根据一些实施例的示例性MRAM单元的透视图；

图2A至图2I是根据一些实施例在各个制造阶段中图1的示例性MRAM单元的截面图；

图3是根据一些实施例的示例性MRAM单元结构的截面图；

图4是根据一些实施例的另一个示例性MRAM单元结构的截面图；

图5是根据一些实施例的图1中的示例性MRAM单元的2×2阵列的俯视图；

图6是根据一些实施例制造图1中的示例性MRAM单元的方法的流程图。

具体实施方式

下面，详细讨论本发明各实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使用本发明的具体方式，而不用于限制本发明的范围。

图1是根据实施例的示例性MRAM单元的透视图。MRAM单元100具有MTJ 102、顶部电极104、底部电极106以及(磁场)感应线108。MTJ 102包括自由层、绝缘体(隔离件或隧道势垒(tunnel barrier))112以及固定层114。感应线处在MTJ 102的一侧。