[发明专利]半导体结构和其形成方法

说明书

本揭露涉及一种半导体结构和其形成方法。本揭露提供一种半导体结构，其包括一第N金属层，在一晶体管区上方，其中N是一自然数；以及一底部电极，在所述第N金属层上方。所述底部电极包含一底部部分，具有一第一宽度并且位于一底部电极通路BEVA中，所述第一宽度在所述BEVA的一顶部表面测量；以及一上方部分，具有一第二宽度并且位于所述底部部分上方。所述半导体结构也包括一磁性穿隧结MTJ层，具有一第三宽度并且位于所述上方部分上方；一顶部电极，在所述MTJ层上方；以及一第(N+1)金属层，在所述顶部电极上方。所述第二宽度大于所述第一宽度。

技术领域

本揭露涉及一种半导体结构和其形成方法。

背景技术

半导体用于电子应用包括收音机、电视机、手机、和个人运算装置的集成电路中。一种众所周知的半导体装置是半导体存储装置，如动态随机存取存储器(dynamic randomaccess memory，DRAM)、或快闪存储器，这二者都使用电荷来存储数据。

在半导体存储器装置中，一更近期的发展涉及自旋电子学，其组合半导体技术与磁性材料和装置。使用电子的自旋极化而非电子的电荷来表示“1”或“0”的状态。一个这样的自旋电子装置是自旋力矩转移(spin torque transfer，STT)磁性穿隧结(magnetictunneling junction，MTJ)装置。

MTJ装置包括自由层、穿隧层、以及钉扎层(pinned layer)。自由层的磁化方向可通过下列反转：施加电流通过穿隧层，其造成自由层内所注入的经极化电子在自由层的磁化上使出所谓的自旋力矩。钉扎层具有固定的磁化方向。当电流以从自由层往钉扎层的方向流动时，电子以反方向流动，即从钉扎层往自由层。在穿过钉扎层之后，电子极化成相同于钉扎层的极化方向；流动通过穿隧层；以及接着进入到并累积在自由层中。最终，自由层的磁化平行于钉扎层所具者，并且MTJ装置将是在低电阻状态。这由电流所造成的电子注入被称为主要注入。

当施加从钉扎层往自由层流动的电流时，电子以从自由层往钉扎层的方向流动。具有相同于钉扎层磁化方向的极化的电子能够流动通过穿隧层并进入到钉扎层中。相反地，具有与钉扎层的磁化不同的极化的电子将被钉扎层反射(阻挡)并且将累积在自由层中。最终，自由层的磁化变成反平行于钉扎层所具者，并且MTJ装置将是在高电阻状态。这由电流所造成的相应电子注入被称为次要注入。

发明内容

本揭露的一些实施例提供一种半导体结构，其包括一第N金属层，在一晶体管区上方，其中N是一自然数；以及一底部电极，在所述第N金属层上方。所述底部电极包含一底部部分，具有一第一宽度并且位于一底部电极通路(bottom electrode via，BEVA)中，所述第一宽度沿所述BEVA的一顶部表面测量；以及一上方部分，具有一第二宽度并且位于所述底部部分上方。所述半导体结构也包括一磁性穿隧结(MTJ)层，具有一第三宽度并且位于所述上方部分上方；一顶部电极，在所述MTJ层上方；以及一第(N+1)金属层，在所述顶部电极上方。所述第一宽度大于所述第三宽度。

本揭露的一些实施例提供一种半导体结构，其包括一第N金属层；一底部电极，在所述第N金属层上方；一磁性穿隧结(MTJ)层，在所述底部电极上方；以及一间隔件，其侧向环绕所述MTJ层。所述底部电极包含一顶部表面，所述顶部表面具有一第一宽度大于所述MTJ层的一底部表面的一第二宽度。

本揭露的一些实施例提供一种用于制造一半导体结构的方法。所述方法包括(1)形成一第N金属层，(2)形成一MTJ结构在所述第N金属层上方，(3)形成一间隔件在所述MTJ结构上方，环绕所述MTJ结构的一侧壁，以及(4)形成一第(N+1)金属在所述第N金属上面。

附图说明

本揭露的方面将在与随附图式一同阅读下列详细说明下被最优选地理解。请注意，根据业界标准作法，各种特征未依比例绘制。事实上，为了使讨论内容清楚，各种特征的尺寸可刻意放大或缩小。