[发明专利]半导体结构、电极结构及其形成方法

说明书

本发明实施例提供一种半导体结构、电极结构及其形成方法，该半导体结构包含：第N金属层；扩散势垒层，其位于所述第N金属层上方；第一底部电极材料沉积，其位于所述扩散势垒层上方；第二底部电极材料沉积，其位于所述第一底部电极材料沉积上方；磁性隧穿结MTJ层，其位于所述第二底部电极材料沉积上方；顶部电极，其位于所述MTJ层上方；及第(N+1)金属层，其位于所述顶部电极上方；其中所述扩散势垒层及所述第一底部电极材料沉积与电介质层横向地接触，所述第一底部电极材料沉积将所述扩散势垒层与所述第二底部电极材料沉积间隔开，且N为大于或等于1的整数。还揭露相关联电极结构及方法。

技术领域

本发明实施例提供一种半导体结构。

背景技术

半导体用于集成电路中以用于电子应用，包含无线电、电视、移动电话及个人计算装置。一种类型的众所周知的半导体装置是半导体存储装置，例如动态随机存取存储器(DRAM)或快闪存储器，所述DRAM及所述快闪存储器两者均使用电荷来存储信息。

半导体存储器装置的较新发展涉及将半导体技术与磁性材料及装置组合的自旋电子学。使用电子的自旋极化而非电子的电荷来指示状态“1”或“0”。一种此类自旋电子装置是自旋扭矩转移(STT)磁性隧穿结(MTJ)装置。

MTJ装置包含自由层、隧穿层及钉扎层。自由层的磁化方向可通过经由隧穿层施加电流而反向，此致使自由层内的所注入极化电子对自由层的磁化施加所谓的自旋扭矩。钉扎层具有固定磁化方向。当电流沿从自由层到钉扎层的方向流动时，电子沿反向方向流动(也就是说，从钉扎层到自由层)。在电子通过钉扎层、流动穿过隧穿层且接着流动到自由层中并在所述自由层中积累之后，所述电子极化为与钉扎层相同的磁化方向。最终，自由层的磁化平行于钉扎层的磁化，且MTJ装置将处于低电阻状态。由电流引起的电子注入称为主要注入。

当施加从钉扎层流动到自由层的电流时，电子沿从自由层到钉扎层的方向流动。具有与钉扎层的磁化方向相同的极化的电子能够流动穿过隧穿层且流动到钉扎层中。相反地，具有与钉扎层的磁化不同的极化的电子将由钉扎层反射(阻挡)且将在自由层中积累。最终，自由层的磁化反平行于钉扎层的磁化，且MTJ装置将处于高电阻状态。由电流引起的相应电子注入称为次要注入。

发明内容

本发明实施例提供一种半导体结构，其包括：第N金属层；扩散势垒层，其位于所述第N金属层上方；第一电极材料沉积，其位于所述扩散势垒层上方；第二电极材料沉积，其位于所述第一电极材料沉积上方；磁性隧穿结MTJ层，其位于所述第二电极材料沉积上方；顶部电极，其位于所述MTJ层上方；及第(N+1)金属层，其位于所述顶部电极上方；其中所述扩散势垒层及所述第一电极材料沉积与电介质层横向地接触，所述第一电极材料沉积将所述扩散势垒层与所述第二电极材料沉积间隔开，且N为大于或等于1的整数。

附图说明

依据与附图一起阅读的以下详细描述来最佳地理解本揭露的方面。应注意，根据工业中的标准实践，各种构件未按比例绘制。实际上，为论述清晰起见，可任意地增加或减小各种构件的尺寸。

图1到21是根据本揭露的一些实施例的在各种阶段处制作的半导体结构的剖面。

具体实施方式

以下揭露提供用于实施本揭露的不同构件的许多不同实施例或实例。下文描述组件及布置的特定实例以简化本揭露。当然，这些仅为实例且并非打算为限制性的。举例来说，在以下描述中第一构件在第二构件上方或所述第二构件上形成可包含其中第一构件与第二构件直接接触地形成的实施例且还可包含其中额外构件可形成于第一构件与第二构件之间使得第一构件与第二构件征可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各种实例中重复参考编号及/或字母。此重复是出于简单及清晰目的且并非本质上指示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。