[发明专利]集成有磁性隧道结的半导体结构及其制造方法

说明书

本发明的实施例提供了一种半导体结构，包括：衬底；具有位于衬底上方的栅极和至少部分地位于衬底中的掺杂区域的晶体管区域；在晶体管区域上方的第一金属层；以及位于晶体管区域和第一金属层之间的磁性隧道结(MTJ)。本发明提供了一种用于制造半导体结构的方法，包括：在衬底上方形成晶体管区域，晶体管区域包括栅极和掺杂区域；在晶体管区域上方形成磁性隧道结(MTJ)，磁性隧道结电连接至晶体管区域；在MTJ上方形成第一金属层，第一金属层电连接至MTJ和晶体管区域。本发明的实施例还提供了一种制造半导体结构的方法。

技术领域

本发明涉及集成有磁性隧道结的半导体结构以及制造集成有磁性隧道结的半导体结构的方法。

背景技术

随着便携式计算器件和无线通信器件使用的增长，存储器件可能需要更高的密度、更低的功耗和/或非易失性。磁性存储器件可以能够满足上述的技术要求。

用于磁性存储器件的示例性数据存储机制是磁性隧道结(MTJ)的隧道磁阻(TMR)效应。例如，具有MTJ的磁性存储器件已经发展起来，使得MTJ可以具有数百至数千百分比的TMR比率。

通过磁性隧道结(MTJ)形成磁阻式随机存取存储器(MRAM)单元，该单元结构是两个铁磁层被薄绝缘层分隔的结构。当电势差施加至两个铁磁层时，电流通过量子力学隧穿效应流过绝缘阻挡层。MTJ的电阻取决于两个铁磁层中的磁性元件的相对方向。在磁化方向平行(aligned in parallel)时电阻最低而在磁化方向反平行时电阻最高。相对方向的一种可以用于代表“1”而另一种用于代表“0”。通常，多层中的一层(针扎层)的磁化方向保持固定，而另一层(自由层)的磁化方向在写入操作(write operation)中设定。MRAM单元的状态可以通过测量磁性隧道结的电阻来查询。对于提供可靠数据存储的MRAM单元的阵列，对于阵列中的每个单元都必须实现两个可能状态之间的足够大的电阻差。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种半导体结构，包括：衬底；晶体管区域，包括位于所述衬底上方的栅极以及至少部分位于所述衬底中的掺杂区域；第一金属互连件，位于所述晶体管区域的上方；以及磁性隧道结(MTJ)，位于所述晶体管区域和所述第一金属互连件之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体结构，包括：衬底；晶体管区域，包括位于所述衬底上方的栅极和至少部分位于所述衬底中的掺杂区域；以及第一金属互连件，位于所述晶体管区域的上方；其中，在所述衬底上方的第一区域包括位于所述晶体管区域与所述第一金属互连件之间的第一磁性隧道结(MTJ)；以及在所述衬底上方的第二区域不与所述第一区域重叠，所述第二区域包括位于所述晶体管区域与所述第一金属互连件之间的第二MTJ。

根据本发明的又一方面，提供了一种制造半导体结构的方法，包括：在衬底上方形成晶体管区域，所述晶体管区域包括栅极和掺杂区域；在所述晶体管区域上方形成磁性隧道结(MTJ)，所述磁性隧道结(MTJ)电连接至所述晶体管区域；以及在所述MTJ上方形成第一金属互连件，所述第一金属互连件电连接至所述MTJ和所述晶体管区域。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本发明的各个实施例。应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以被任意增加或减少。

图1示出了根据本发明的一些实施例的集成有MTJ的半导体结构的读窗(readwindow)的示意图。

图2是根据本发明的一些实施例的集成有MTJ的半导体结构的截面图。

图3是根据本发明的一些实施例的集成有MTJ的半导体结构的截面图。

图4是根据本发明的一些实施例的集成有MTJ的半导体结构的一层的顶视图。