TW201917730A - 半導體結構以及相關操作和製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例揭露一種半導體結構。該半導體結構包含：一基板；一磁性層，其位於該基板上方；一磁性穿隧接面(MTJ)單元，其位於該磁性層上方；及一非磁性導電層，其位於該磁性層與該MTJ單元之間。本發明實施例亦揭露一種用於製造該半導體結構之相關方法。

Description

半導體結構以及相關操作和製造方法
本發明實施例係關於半導體結構以及相關操作和製造方法。
先前在實施利用磁阻現象達成兩種資訊狀態(即，單位元資訊)之電磁組件(例如磁性穿隧接面(MTJ))中取得之成果主要係針對使用一電流產生一磁場以操縱裝置及/或直接施加轉矩於磁域以操縱裝置。然而，所需電流通常相當大，尤其在其中MTJ用於MRAM組態之情況中。其實，在需要低電力操作之應用中，對一相當大電流之要求使依賴MTJ之裝置之實施無商業可行性。
根據本發明的一實施例，一種用於儲存一資料之半導體結構包括：一第一端子、一第二端子及一第三端子，其中該資料透過該第一端子及該第二端子寫入至該半導體結構中，且該資料透過該第二端子及該第三端子自該半導體結構讀出；一基板；一磁性層，其位於該基板上方，該磁性層之一第一端與該第一端子實體接觸，且該磁性層之與該第一端對置之一第二端與該第二端子實體接觸；一磁性穿隧接面(MTJ)單元，其位於該磁性層上方，其中該磁性層之該第一端及該第二端自該MTJ單元之側壁側向突出，且該MTJ單元位於該磁性層之該第一端與該第二端之間，且該MTJ單元包含一自由層、位於該自由層上方之一阻障層及位於該阻障層上方之一參考層；一非磁性導電層，其位於該磁性層與該MTJ單元之間；及一頂部電極，其位於該MTJ單元上方，該頂部電極與該第三端子實體接觸。 根據本發明的一實施例，一種寫入一磁性穿隧接面(MTJ)單元之方法包括：在該MTJ單元相鄰處提供一磁性層，該磁性層具有一第一磁化方向；在該MTJ單元與該磁性層之間提供一非磁性導電層；及將該磁性層之一磁化方向自該第一方向翻轉成與該第一方向相反之一第二方向。 根據本發明的一實施例，一種製造一半導體結構之方法包括：提供一半導體基板；將一磁性層沈積於該半導體基板上方；將一非磁性導電層沈積於該磁性層上方；將一自由層沈積於該非磁性導電層上方；將一阻障層沈積於該自由層上方；將一參考層沈積於該阻障層上方；將一頂部電極沈積於該參考層上方；圖案化該非磁性導電層、該自由層、該參考層及該頂部電極；及移除該磁性層之一部分。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同特徵的諸多不同實施例或實例。下文將描述組件及配置之具體實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且不意在限制。例如，在以下描述中，「使一第一構件形成於一第二構件上方或一第二構件上」可包含其中形成直接接觸之該第一構件及該第二構件的實施例，且亦可包含其中額外構件可形成於該第一構件與該第二構件之間使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸的實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複旨在簡化及清楚且其本身不指示所討論之各種實施例及/或組態之間的一關係。 此外，為了方便描述，可在本文中使用空間相對術語(諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及其類似者)來描述一元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中所繪示。除圖中所描繪之定向之外，空間相對術語亦意欲涵蓋裝置在使用或操作中之不同定向。設備可依其他方式定向(旋轉90度或呈其他定向)，且亦可據此解譯本文中所使用之空間相對描述詞。 雖然闡述本揭露之廣泛範疇的數值範圍及參數係近似值，但應儘可能精確地報告特定實例中所闡述之數值。然而，任何數值固有地含有由各自測試量測中所發現之標準差必然所致之特定誤差。此外，如本文中所使用，術語「約」一般意指在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，如一般技術者所考量，術語「約」意指在平均值之一可接受標準誤差內。除在操作或工作實例中之外，或除非另外清楚地說明，否則所有數值範圍、數量、值及百分比(諸如本文中所揭露之材料數量、持續時間、溫度、操作條件、數量比及其類似者之數值範圍、數量、值及百分比)應被理解為在所有例項中由術語「約」修飾。據此，除非有相反指示，否則本揭露及附隨申請專利範圍中所闡述之數值參數係可根據期望變動之近似值。至少，應至少鑑於所報告之有效數位數且藉由應用一般捨入技術來解釋各數值參數。在本文中，範圍可表示為自一端點至另一端點或在兩個端點之間。除非另有說明，否則本文中所揭露之所有範圍包含端點。 圖1係繪示根據本揭露之各種實施例之一半導體結構100的一橫截面圖。半導體結構100包含形成於一半導體基板101上方之一磁阻隨機存取記憶體(MRAM)裝置117。在本實施例中，半導體基板101係由矽組成之一p型半導體基板(P型基板)或一n型半導體基板(N型基板)。替代地，半導體基板101包含：另一元素半導體，諸如鍺；一化合物半導體，其包含碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦及/或銻化銦；一合金半導體，其包含SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP及/或GaInAsP；或其等之組合。在諸多例項中，半導體基板101係一絕緣體上半導體(SOI)。在其他替代例中，半導體基板101可包含一摻雜磊晶層、一梯度半導體層及/或覆於一不同類型之另一半導體層上方之一半導體層，諸如矽鍺層上之矽層。在諸多例項中，半導體基板101可包含摻雜區域，諸如一p型井、一n型井或其等之組合。 半導體基板101進一步包含至少部分位於半導體基板101中之重摻雜區域，諸如一源極103及一汲極105。一閘極102定位於半導體基板101之一頂面上方且位於源極103與汲極105之間以共同形成一電晶體結構121。圖1展示在半導體基板101中具有一摻雜區域之平面電晶體。然而，本揭露不限於此。任何非平面電晶體(諸如一FinFET結構)可具有凸起摻雜區域。接觸插塞107可形成於鄰接至半導體基板101之頂面的層間介電質(ILD) 111中，且可電耦合至電晶體結構121。半導體基板101上方之ILD 111可由各種介電材料形成且可為(例如)氧化物(例如氧化鍺)、氮氧化物(例如氮氧化鎵磷)、二氧化矽(SiO2 )、含氮氧化物(例如含氮SiO2 )、摻氮氧化物(例如植入N2 之SiO2 )、氮氧化矽(Six Oy Nz )及其類似者。 在諸多例項中，淺溝渠隔離(STI)結構109經設置以界定且電隔離相鄰電晶體。STI結構109形成於半導體基板101中。可藉由以下操作來形成STI 109：在基板101中蝕刻或依其他方式形成一凹槽，且隨後使用二氧化矽及/或另一介電材料填充該凹槽，可接著進行一化學機械拋光(CMP)或其他平坦化步驟。 在諸多例項中，MRAM裝置117嵌入於一後段製程(BEOL)操作中所製備之金屬化層中，而電晶體結構121製備於一前段製程操作中。MRAM裝置117可嵌入於電晶體結構121上方之金屬化層之任何位置中，例如，位於平行於半導體基板101之一表面而水平分佈之相鄰金屬層之間。在整個描述中，術語「金屬層」係指相同層中之金屬線之集合。例如，所嵌入之MRAM裝置117可定位於第4金屬層與第5金屬層之間。本文中所設置之金屬層之數目不具限制性。一般而言，一般技術者應瞭解，MRAM定位於一第N金屬層與一第(N+1)金屬層之間，其中N係大於或等於1之一整數。由於第N金屬層可不是電晶體結構121上方之第一金屬層，所以由圖1中之點表示省略金屬化結構之一部分。 參考圖1，MRAM裝置117包含一第一端子118、一第二端子120及一第三端子122。對於諸多例項而言，第一端子118經組態為一寫入端子且耦合至磁性層104之一第一端(例如左端)；第二端子120經組態為一讀取/寫入端子且耦合至磁性層104之與第一側對置之一第二端(例如右端)；且第三端子122經組態為一讀取端子且耦合至頂部電極114。第一端子118及第二端子120可為安置於第N金屬層中之金屬線。第三端子122可為安置於第(N+1)金屬層中之一金屬線。在一些實施例中，第一端子118及第二端子120之組態可互換。例如，第一端子118可為一讀取/寫入端子且第二端子120可為一寫入端子。在諸多例項中，金屬線118、120及122可由W形成，且更佳由銅(Cu)(其包含AlCu)(統稱為Cu)形成。金屬層M1 至MN 形成於金屬間介電質(IMD) 113中，IMD 113可包含一低介電常數(k值)材料或一超低介電常數(ELK)材料。一般而言，一低k介電材料具有小於約3.5之一介電常數，且一ELK介電材料具有小於約2.8之一介電常數。ELK材料包含(例如)摻碳二氧化矽及多孔二氧化矽。 MRAM裝置117包含一頂部電極114、一磁性穿隧接面(MTJ)單元115、一間隔層106及一磁性層104。頂部電極114電耦合至MTJ單元115以輸送信號/偏壓。在諸多例項中，頂部電極114可包含Ta、Ta/TaN、Ta/TiN、TiN、TaN、TaN/TiN或其類似者。頂部電極114可具有約50 nm至約90 nm之一厚度。根據先前所提供之實例，頂部電極透過第(N+1)金屬線122進一步連接至第(N+1)金屬層。另一方面，磁性層104透過第N金屬線118及120耦合至第N金屬層。磁性層104可包含鐵磁材料，其可由例如Fe、Co、Ni、NiFe、CoFeB、FeB、CoFe、FePt、FePd、CoPt、CoPd、CoNi、TbFeCo、CrNi或其類似者之金屬或金屬合金組成。 在一些實施例中，MTJ單元115之側壁可由一保護或阻障層119保護。在諸多例項中，保護或阻障層119可圍繞MTJ裝置117之邊緣及側邊形成。例如，保護或阻障層119亦可囊封間隔層106及磁性層104。在諸多例項中，保護或阻障層119進一步覆蓋頂部電極114及/或磁性層104之一頂面。保護或阻障層119可包含氮化矽(SiN)、SiO2 、Al2 O3 或其類似者。在諸多例項中，保護或阻障層119可具有約15 nm至約35 nm之一厚度。一介電層116進一步安置於IMD 113上方且包圍保護或阻障層119。在諸多例項中，介電層116包含SiO2 、TEOS/SRO、SiC及其類似者。 間隔層106形成於MTJ單元115與磁性層104之間以避免MTJ單元115直接鄰接磁性層104。特定言之，間隔層106之一上側直接鄰接MTJ單元115且間隔層106之一下側直接鄰接磁性層104。間隔層106由包含諸如Ag、Au、Cu、Ta、W、Mn、Pt、Pd、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Ru或其類似者之金屬之非磁性導電材料組成。顯而易見，間隔層106之一厚度應不大於非磁性導電材料之一自旋擴散長度。在諸多例項中，間隔層106可具有約0.5 nm至約3 nm之一厚度。 MTJ單元115依多個材料堆疊之一形式沈積於間隔層106上方。如圖1中所展示，MTJ單元115包含一參考層112、一阻障層110及一自由層108。阻障層110由內插於參考層112與自由層108之間的一非磁性材料組成。在一些實施例中，阻障層110係一絕緣體，例如一穿隧阻障。在此等實施例中，阻障層110可包含具有(但不限於)約0.6 nm至2 nm之一厚度的一介電氧化物，諸如氧化鎂(MgO)。替代地，阻障層110可包含氧化鋁(AlO)、氮化鋁(AlN)、氮氧化鋁(AlON)、氧化鉭(TaO)、氧化釕(RuO)或其他適合非磁性材料。阻障層110可增強MTJ單元115之穿隧磁阻現象(TMR)及自旋轉移效率。 自由層108及參考層112可包含鐵磁材料，其可由例如Fe、Co、Ni、NiFe、CoFeB、FeB、CoFe、FePt、FePd、CoPt、CoPd、CoNi、TbFeCo、CrNi或其類似者之金屬或金屬合金組成。在一些實施例中，自由層108及/或參考層112可進一步包含多個層。例如，如圖1中所展示，參考層112可包含與一非磁性層1124交錯之鐵磁層1122及1126。在此等實施例中，鐵磁層1122及1126可經反鐵磁對準。因此，參考層112可為一合成反鐵磁體(SAF)。參考層112及自由層108之磁矩(即，磁化方向)可垂直於平面(即，「平面外」，例如，沿z軸，參考圖1)。 特定組件經描述為磁性的、鐵磁的或亞鐵磁的。如本文中所使用，本揭露中之術語「磁性的」可包含鐵磁、亞鐵磁或類似結構。因此，如本文中所使用，術語「磁性的」或「鐵磁的」包含(但不限於)鐵磁體及亞鐵磁體。此外，如本文中所使用，「平面外」對應於實質上垂直於MTJ裝置117之一或多個層之一方向。相反地，「平面內」係實質上位於MTJ裝置117之一或多個層之平面內或平行於該平面。 期望參考層112之磁矩在半導體結構100之操作期間實質上固定或釘紮於適當位置中。相比而言，自由層108之磁化方向自由旋轉且表示寫入至MTJ單元115中之一邏輯值。換言之，可透過控制磁性層104切換自由層108之磁矩，如下文將詳細描述。MTJ單元115之電阻將取決於自由層108及參考層112之磁矩之定向而改變。因此，可藉由判定MTJ單元115之電阻來讀取邏輯值。當自由層108及參考層112之磁化係平行的且磁矩具有相同極性時，MTJ單元115之電阻較低。通常，此指定一邏輯值「0」。當自由層108及參考層112之磁化係反平行的(即，磁矩具有相反極性)時，MTJ單元115之電阻較高。通常，此指定一邏輯值「1」。 自旋軌道轉移(SOT)(亦稱為自旋霍爾效應)係透過自旋軌道相互作用寫入至記憶體元件之一既有技術。展現自旋霍爾效應之材料通常包含重金屬或摻雜重金屬之材料。正常情況下，一重金屬層駐留於自由層相鄰處。重金屬層經組態以歸因於一電流沿實質上垂直於重金屬層與自由層之間的一方向之一方向通過重金屬層而對自由層施加一自旋軌道轉矩。然而，當參考層及自由層之磁化方向垂直於平面時，自旋軌道轉矩之效率不是特別理想。由於自旋軌道轉矩之效率與通過重金屬層之電流成比例，所以當寫入時間係最優先考量因數時，功耗會增加。 本揭露跳過既有SOT技術且提供藉助安置於MTJ單元115下方之磁性層104中之布洛赫壁來切換自由層108之磁矩的一替代技術。一壁係其中磁化沿不同方向之域之間的一邊界。在薄磁膜中存在至少兩種類型之壁：一種係布洛赫壁且另一種係倪耳(Neel)壁。布洛赫壁之一場會影響自由層108之磁化方向。另外，通過磁性層104之電流之一部分可由布洛赫壁之場自旋極化且因此通過自由層108。如同自旋轉矩轉移(STT)，電子可基於自由層108之磁矩之定向量來再極化。電子之再極化導致自由層108經歷與電子在其被再極化時之角動量之變化相關之一轉矩。因此，此轉矩亦促成自由層108之磁化方向之切換。移動域壁且藉此切換自由層108所需之電流比既有SOT技術所需之臨限電流小約40倍。因此，在不影響寫入時間之情況下獲得一改良電力方案。 在當前理解布洛赫壁、STT、SOT、自旋轉移現象、磁各向異性及其他物理現象之背景下描述本揭露。因此，一般技術者將易於認識到，方法及系統之行為之理論解釋係基於布洛赫壁、STT、SOT、自旋轉移現象、磁各向異性及其他物理現象之此當前理解所進行的。然而，本文中所描述之本揭露不依賴於一特定物理解釋。 圖2係繪示根據本揭露之各種實施例之半導體結構100的一俯視圖。特定言之，描繪磁性層104、MTJ單元115、半導體基板101、第N金屬線118及120及第(N+1)金屬線122之配置。為簡潔起見，可在圖2中省略圖1之其他元件或層。在諸多例項中，磁性層104實質上呈細長矩形形狀。可基於所要磁極化定向來選擇MTJ單元115之形狀。在例示性實施例中，期望磁各向異性具有「平面外」之一方向分量，因此當自俯視視角看時，可使MTJ單元115之形狀對稱，例如呈圓形。在此情況中，儘管可仍存在磁化保留於平面內之趨勢，但其在層之平面內不可能具有一較佳方向性，因此，只要層之平面內存在一各向異性趨勢，則雖然平面內不存在較佳磁化軸，但層可界定一易平面。 顯而易見，磁性層104中展示之域壁之類型與其尺寸高度相關。布洛赫壁較佳出現於具有約40 nm至約200 nm之一寬度及約10 nm至約40 nm之一厚度的膜中。鑑於上文，磁性層104之一寬度W可在自約40 nm至約200 nm之一範圍內；且磁性層104之一厚度可在自約10 nm至約40 nm之一範圍內。在諸多例項中，磁性層104可經組態以擁有約為寬度W之3倍至5倍的一長度L，使得此形狀各向異性將導致磁性層104沿磁性層104之一主要尺寸(在此例項中為長度L)之一磁化方向。在諸多例項中，MTJ單元115之直徑D可實質上為磁性層104之寬度W之0.6倍至0.9倍。在諸多例項中，圖2之磁性層104可由實質上光滑且不存在四角之其他輪廓替換。例如，圖3係繪示根據本揭露之各種實施例之半導體結構100的一俯視圖。圖3之磁性層104呈橢圓形，其由於無受四角阻礙而使注入電流更高效。 圖4至圖7描繪根據本揭露之各種實施例之藉由使用布洛赫壁之相對於自由層108之切換操作。在圖4中，MTJ單元115開始於其內儲存一第一類型邏輯值(例如邏輯值「0」)之一條件。在該情況中，自由層108及參考層112之磁化係平行的且磁矩具有相同極性。磁性層104具有一磁極化，其係在平面內且在繪圖中描繪為自一第一端子至與該第一端子對置之一第二端，例如(但不限於)自一右端子至一左端子。當需要藉由一第二類型邏輯值(例如邏輯值「1」)來重寫MTJ單元115時，需要做的一切係自由層108之磁化之一相反組態。為達成自由層108之切換，一電流自第二端子注入至第一端子，例如(但不限於)自左金屬線118直接通過磁性層104而注入至右金屬線120。 當電流自左金屬線118注入至右金屬線120時，自左至右之一磁極化逐漸形成且一布洛赫壁501出現於兩個相反磁矩之間的一界面處。在布洛赫壁501產生於磁性層104之一左側處之後，布洛赫壁501穿過磁性層104而移動至磁性層104之一右側。如自圖5可見，布洛赫壁501之區域中展示磁極化之一翻轉程序。布洛赫壁501之區域包含用於影響自由層108之磁極化的-z方向磁場分量，即，具有與自由層108相反之一方向的一磁場。如上文所提及，通過磁性層104之電流之一部分可由布洛赫壁501之磁場自旋極化且因此沿反平行於參考層112之一方向通過自由層108以將一轉矩施加至自由層108以促進自由層108之磁化方向之切換。在寫入程序結束時，磁性層104中之磁矩具有相同極性，即，+x方向，如圖6中所展示。 自由層108中之磁矩反平行於參考層112，此指示已儲存一邏輯值「1」。另一方面，當需要藉由一邏輯值「0」來重寫MTJ單元115時，一電流自右金屬線120直接通過磁性層104而注入至左金屬線118。 當電流自右金屬線120注入至左金屬線118時，自右至左之一磁極化逐漸形成且一布洛赫壁701出現於兩個相反磁矩之間的一界面處。在布洛赫壁701產生於磁性層104之一右側處之後，布洛赫壁701穿過磁性層104而移動至磁性層104之一左側。如自圖7可見，布洛赫壁701之區域中展示磁極化之一翻轉程序。布洛赫壁701之區域之磁化包含用於影響自由層108之磁極化的+z方向場分量，即，具有與自由層108相反之一方向的一場。如上文所提及，通過磁性層104之電流之一部分可由布洛赫壁701之場自旋極化且因此沿平行於參考層112之一方向通過自由層108以將一轉矩施加至自由層108以促進自由層108之磁化方向之切換。在寫入程序結束時，磁性層104中之磁矩具有相同極性，即，-x方向，如圖4中所展示。 圖8至圖12係根據本揭露之各種實施例之各種階段中所製造之一半導體裝置之橫截面圖。在圖8中，半導體基板101具有製備於一前段製程操作中且由ILD 111覆蓋之電晶體結構121。金屬化層在後段製程(BEOL)操作中製備於半導體基板101上方。與MTJ裝置117相關之層形成於第N金屬層與第(N+1)金屬層之間，其中N係大於或等於1之一整數。與MTJ裝置117相關之層自下而上依序包含磁性層104、間隔層106、自由層108、阻障層110、參考層112及頂部電極114，其等各藉由此項技術中已知之任何程序(諸如，藉由一原子層沈積(ALD)操作或一物理氣相沈積(PVD))來形成。 在圖9中，一遮罩層(圖中未展示)形成於頂部電極114上方以藉由一反應性離子蝕刻(RIE)將間隔層106、自由層108、阻障層110、參考層112及頂部電極114圖案化成一圓柱體結構。在諸多例項中，自一橫截面觀看，經圖案化層106、108、110、112及114可具有一細長矩形或梯形形狀。 在圖10中，保護或阻障層119可保形地形成於磁性層104及經圖案化層106、108、110、112及114上方。接著，如圖11中所展示，保護或阻障層119及磁性層104之一部分經圖案化以暴露下方IMD 113。在圖12中，一介電層116沈積於半導體基板101上方。在諸多例項中，介電層116之一厚度可經組態以大於MTJ裝置117之一高度。因此，介電層116之一頂面高於頂部電極114之一頂面。接著，介電層116及保護或阻障層119經圖案化以形成一溝渠901來暴露頂部電極114之頂面。 最後，一導電金屬透過(例如)一既有雙鑲嵌操作填充溝渠901，且使用一化學機械拋光(CMP)操作、一蝕刻操作或其等之組合來自表面移除導電金屬之過量部分，如圖1中所展示。 本揭露之一些實施例提供一種用於儲存一資料之半導體結構。該半導體結構包含：一第一端子、一第二端子及一第三端子，其中資料透過該第一端子及該第二端子寫入至該半導體結構中，且該資料透過該第二端子及該第三端子自該半導體結構讀出；一基板；一磁性層，其位於該基板上方，該磁性層之一第一端與該第一端子實體接觸，且該磁性層之與該第一端對置之一第二端與該第二端子實體接觸；一磁性穿隧接面(MTJ)單元，其位於該磁性層上方，其中該磁性層之該第一端及該第二端自該MTJ單元之側壁側向突出，且該MTJ單元位於該磁性層之該第一端與該第二端之間，且該MTJ單元包含一自由層、位於該自由層上方之一阻障層及位於該阻障層上方之一參考層；一非磁性導電層，其位於該磁性層與該MTJ單元之間；及一頂部電極，其位於該MTJ單元上方，該頂部電極與該第三端子實體接觸。 本揭露之一些實施例提供一種寫入一磁性穿隧接面(MTJ)單元之方法。該方法包含：在該MTJ單元相鄰處提供一磁性層，該磁性層具有一第一磁化方向；在該MTJ單元與該磁性層之間提供一非磁性導電層；及將該磁性層之一磁化方向自該第一方向翻轉成與該第一方向相反之一第二方向。 本揭露之一些實施例提供一種製造一半導體結構之方法。該方法包含：提供一半導體基板；將一磁性層沈積於該半導體基板上方；將一非磁性導電層沈積於該磁性層上方；將一自由層沈積於該非磁性導電層上方；將一阻障層沈積於該自由層上方；將一參考層沈積於該阻障層上方；將一頂部電極沈積於該參考層上方；圖案化該非磁性導電層、該自由層、該參考層及該頂部電極；及移除該磁性層之一部分。 前文已概述若干實施例之特徵，使得熟習技術者可較佳理解本揭露之態樣。熟習技術者應瞭解，其可易於將本揭露用作用於設計或修改其他程序及結構的一基礎以實施相同目的及/或達成本文中所引入之實施例之相同優點。熟習技術者亦應認識到，此等等效構造不應背離本揭露之精神及範疇，且其可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下對本文作出各種改變、置換及變更。
100‧‧‧半導體結構
101‧‧‧半導體基板
102‧‧‧閘極
103‧‧‧源極
104‧‧‧磁性層
105‧‧‧汲極
106‧‧‧間隔層
107‧‧‧接觸插塞
108‧‧‧自由層
109‧‧‧淺溝渠隔離(STI)結構
110‧‧‧阻障層
111‧‧‧層間介電質(ILD)
112‧‧‧參考層
113‧‧‧金屬間介電質(IMD)
114‧‧‧頂部電極
115‧‧‧磁性穿隧接面(MTJ)單元
116‧‧‧介電層
117‧‧‧磁阻隨機存取記憶體(MRAM)裝置
118‧‧‧第一端子
119‧‧‧保護層/障壁層
120‧‧‧第二端子
121‧‧‧電晶體結構
122‧‧‧第三端子
501‧‧‧布洛赫(Bloch)壁
701‧‧‧布洛赫壁
901‧‧‧溝渠
1122‧‧‧鐵磁層
1124‧‧‧非磁性層
1126‧‧‧鐵磁層
D‧‧‧直徑
L‧‧‧長度
W‧‧‧厚度
自結合附圖閱讀之以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據工業上之標準慣例，各種構件未按比例繪製。實際上，為使討論清楚，可任意增大或減小各種構件之尺寸。 圖1係繪示根據本揭露之各種實施例之一半導體結構的一橫截面圖； 圖2係繪示根據本揭露之各種實施例之半導體結構的一俯視圖； 圖3係繪示根據本揭露之各種實施例之半導體結構的一俯視圖； 圖4至圖7描繪根據本揭露之各種實施例之藉由使用布洛赫(Bloch)壁之相對於自由層之切換操作；及 圖8至圖12係根據本揭露之各種實施例之各種階段中所製造之一半導體裝置之橫截面圖。

Claims (1)

  1. 一種用於儲存一資料之半導體結構，該半導體結構包括： 一第一端子、一第二端子及一第三端子，其中該資料透過該第一端子及該第二端子寫入至該半導體結構中，且該資料透過該第二端子及該第三端子自該半導體結構讀出； 一基板； 一磁性層，其位於該基板上方，該磁性層之一第一端與該第一端子實體接觸，且該磁性層之與該第一端對置之一第二端與該第二端子實體接觸； 一磁性穿隧接面(MTJ)單元，其位於該磁性層上方，其中該磁性層之該第一端及該第二端自該MTJ單元之側壁側向突出，且該MTJ單元位於該磁性層之該第一端與該第二端之間，且該MTJ單元包含： 一自由層； 一阻障層，其位於該自由層上方；及 一參考層，其位於該阻障層上方； 一非磁性導電層，其位於該磁性層與該MTJ單元之間；及 一頂部電極，其位於該MTJ單元上方，該頂部電極與該第三端子實體接觸。
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