[发明专利]半导体结构及其形成方法

说明书

本发明的实施例提供了一种半导体结构及其制造方法。该半导体结构包括存储区。存储区包括底部通孔、BV上的再生层、再生层上的底部电极、底部电极上的磁性隧道结层、以及MTJ层上的顶部电极。再生层的材料不同于BV的材料。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体领域，更具体地涉及半导体结构及其形成方法。

背景技术

在用于包括收音机、电视机、手机和个人计算器件的电子应用的集成电路中使用半导体。众所周知的半导体器件的一种类型是半导体存储器件，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、或闪速存储器，两者皆使用电荷存储信息。

半导体存储器件中最新的发展涉及结合半导体技术以及磁性材料和器件的自旋电子(spin electronic)。电子的自旋极化(spin polarization)，而不是电子的电荷，用于指示“1”或“0”的状态。一种这样的自旋电子器件是自旋扭矩转移(spin torque transfer,STT)磁性隧道结(MTJ)器件。

MTJ器件包括自由层、隧道层、和钉扎层。可以通过应用穿过隧道层的电流颠倒自由层的磁化方向，这造成自由层内的注入的极化的电子在自由层的磁化上施加所谓的自旋扭矩。钉扎层具有固定的磁化方向。当电流在从自由层至钉扎层的方向上流动时，电子在相反的方向上流动，即，从钉扎层至自由层。在通过钉扎层之后，电子被极化至钉扎层的同一磁化方向；流经隧道层；以及然后至自由层内且在自由层中积累。最终，自由层的磁化与钉扎层的磁化平行，且MTJ器件将处于低电阻状态。由电流造成的电子注入被称为主注入(major injection)。

当应用从钉扎层至自由层流动的电流时，电子在从自由层至钉扎层的方向上流动。具有与钉扎层的极化方向相同的极化的电子能够流经隧道层且至钉扎层中。相反地，具有与钉扎层的磁化不同的极化的电子将被钉扎层反射(阻挡)且将在自由层中累积。最后，自由层的磁化变成与钉扎层的磁化反平行(anti-parrallel)，且MTJ器件将处于高电阻状态。由电流造成的相应的电子注入被称为副注入(minor injection)。

发明内容

本发明的实施例提供了一种半导体结构，包括存储区，所述存储区包括：底部通孔(BV)；再生层，位于所述底部通孔上；底部电极，位于所述再生层上；磁性隧道结(MTJ)层，位于所述底部电极上；顶部电极，位于所述磁性隧道结层上，其中，所述再生层的材料不同于所述底部通孔的材料。

本发明的实施例还提供了一种磁性随机存取存储器(MRAM)结构，包括：底部通孔(BV)；底部电极，位于所述底部通孔上方；磁性隧道结(MTJ)层，位于所述底部电极上；顶部电极，位于所述磁性隧道结层上，其中，所述磁性隧道结层的粗糙度小于

本发明的实施例还提供了一种用于制造半导体结构的方法，所述方法包括：通过第一沉积形成底部通孔(BV)；在所述底部通孔的顶面上执行化学机械抛光(CMP)；通过第二沉积在所述底部通孔上形成再生层；以及在所述底部通孔上方形成磁性隧道结(MTJ)层，其中，所述再生层的厚度在从至的范围内。

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更好地理解本发明的实施例。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。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。

图1是根据本发明的一些实施例的半导体结构的截面图。

图2至图18是根据本发明的一些实施例的在各个阶段制造的CMOS-MEMS结构的截面图。

具体实施方式