[发明专利]磁阻随机存取存储单元

说明书

本发明公开一种磁阻随机存取存储单元，其包含：一基底，其上具有一介电层；一导孔，设于该介电层中；一柱状堆叠，设于该导孔上，该柱状堆叠包含一底电极、一磁隧穿结层，设于该底电极上，以及一顶电极，设于该磁隧穿结层上；以及一间隙壁层，设于该柱状堆叠的侧壁上，其中该顶电极凸出于该间隙壁的一顶面。

技术领域

本发明涉及半导体元件技术领域，特别是涉及一种自旋转移力矩式磁阻随机存取存储单元(STT-MRAM cell)结构。

背景技术

如本领域中已知，自旋转移力矩式磁阻随机存取存储器(spin-transfer torquemagneto-resistance random access memory，STT-MRAM)是最近在存储器技术领域中十分受到关注的非挥发性存储器，其具有优于传统磁阻随机存取存储器的若干优点，例如，包括更高的耐用性、更低的功耗和更快的操作速度。

在两个铁磁层(ferromagnetic layer)间具有薄绝缘层的磁隧穿结(magnetotunnel junction，MTJ)中，隧穿阻值(tunnel resistance TMR)会根据两个铁磁层的相对磁化方向而变化。磁阻随机存取存储器具有利用隧穿磁阻(tunnel magnetoresistance，TMR)效应的磁隧穿结结构的半导体元件，能以矩阵排列成存储器单元。

发明内容

本发明提供了一种改良的自旋转移力矩式磁阻随机存取存储单元(STT-MRAMcell)结构。

本发明一方面提供一种磁阻随机存取存储单元，包含：一基底，其上具有一介电层；一导孔，设于该介电层中；一柱状堆叠，设于该导孔上，该柱状堆叠包含一底电极、一磁隧穿结层，设于该底电极上，以及一顶电极，设于该磁隧穿结层上；以及一间隙壁层，设于该柱状堆叠的侧壁上，其中该顶电极凸出于该间隙壁的一顶面。

根据本发明一实施例，所述顶电极包含钌金属层以及钽金属层，设于该钌金属层上。所述顶电极在该间隙壁层的该顶面上方具有一顶点朝上的圆锥体外型。

根据本发明另一实施例，所述顶电极包含钌金属层以及氮化钛金属层，设于该钌金属层上。所述顶电极包含一上凸的曲形顶面轮廓。

为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合所附的附图，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明一实施例所绘示的一种磁阻随机存取存储单元的剖面示意图；

图2为本发明另一实施例所绘示的一种磁阻随机存取存储单元的剖面示意图；

图3为本发明又另一实施例所绘示的一种磁阻随机存取存储单元的剖面示意图；

图4为本发明又另一实施例所绘示的一种磁阻随机存取存储单元的剖面示意图。

主要元件符号说明

1、1a、2、2a 磁阻随机存取存储单元

10 基底

30 柱状堆叠

30a 侧壁

40 柱状堆叠

40a 侧壁

50 双镶嵌金属内连线结构

100 介电层堆叠

110 介电层

111 下层金属内连线结构

112 停止层

120 介电层

120a 外表面