[发明专利]半导体制程的方法

说明书

一种半导体制程的方法。本申请是关于自旋轨道转矩‑磁阻性随机存取记忆体(spin‑orbit torque magnetoresistive random‑access memory,SOT‑MRAM)结构和方法。SOT‑MRAM的SOT通道包含多重重金属层以及一个或多个介电除尘层，各介电除尘层夹置在二个相邻的重金属层之间。各介电除尘层包含介电材料的离散分子或介电材料的离散分子簇，上述介电材料散布在二个相邻重金属层之间的界面处或相邻于二个相邻重金属层之间的界面处。

技术领域

本揭露是关于半导体制程的方法，尤其是关于SOT-MRAM结构的制程方法。

背景技术

磁阻性随机存取记忆体(magnetoresistive random-access memory,MRAM)是有前途的非挥发性数据储存技术。MRAM储存元件(或位元)是为磁性隧道接合(magnetictunnel junction,MTJ)，其中介电层夹于磁性固定层(参考层)和磁性自由层(自由层)之间，其磁化方向可以改变。由于隧道磁电阻效应，因此介于参考层和自由层的电阻值会随着自动层中的磁化方向切换而变化。平行磁化(P状态)导致较低电阻，而反平行磁化(AP状态)导致较高电阻。电阻值的二个状态被认为是储存在MRAM元件中的二个逻辑状态“1”或“0”。

在自旋转移力矩MRAM(spin transfer torque-MRAM,STT-MRAM)元件中，写入电流通过整个MTJ(即，参考层)、介电层以及自由层，写入电流通过自旋转移力矩效应来设定自由层的磁化方向。也就是说，写入电流通过与MRAM的读取路径相同的路径。在自旋轨道转矩MRAM(SOT-MRAM)中，MTJ结构定位于具有巨大自旋轨道交互作用的重金属层之上。自由层与重金属层直接接触。在自旋轨道耦接效应下通过重金属层自旋转矩注入的面内电流(in-plane current)诱发自旋转矩，其通常包含Rashba效应或是自旋霍尔效应(自旋霍尔效应,spin Hall effect effect,SHE effect)。写入电流不会通过垂直的MTJ。相反地，写入电流通过重金属层。自由层中的磁化方向透过自旋轨道转矩效应来设定。具体而言，当在重金属层中的面内电流注入电流时，自旋轨道耦合将导致正交自旋电流，其产生自旋转矩并且在自由层中引起磁化反转。

发明内容

本揭露的一态样是提供一种半导体制程的方法，此方法包含以下步骤：形成一第一重金属层于一基板之上；沉积一介电材料于重金属之上，且控制沉积的介电材料的一平均厚度为小于介电材料的一分子的一直径；形成一第二重金属层于介电材料以及第一重金属层之上。

附图说明

当结合随附附图阅读时，自以下详细描述将很好地理解本揭露。应强调，根据工业中的标准实务，各特征并非按比例绘制。事实上，为了论述清晰的目的，可任意增加或减小特征的尺寸。应强调，附图仅说明此发明的典型实施方法，因此不被认为是范围限制，本发明可能同样适用于其他实施方法。

图1是依据本揭露示例性实施方式的示例性MRAM元件；

图2是依据本揭露示例性实施方式的相对于SOT金属层定位的示例性MTJ结构的俯视图；

图3是依据本揭露示例性实施方式的对于MRAM元件的示例性写入操作的示例性操作配置；

图4A至图4D是依据本揭露示例性实施方式的将MTJ从P状态切换至AP状态的示例性阶段；

图5A至图5D是依据本揭露示例性实施方式的将MTJ从AP状态切换至P状态的示例性阶段；

图6A至图6D是依据本揭露示例性实施方式的将MTJ切换至P状态和AP状态之间的各种时机控制配置；

图7是依据本揭露示例性实施方式的自由层的磁化方向的示例性进动过程；

图8是依据本揭露示例性实施方式的自由层的磁化方向的另一个示例性进动过程；