TW462051B - Memory-cells arrangement and its production method - Google Patents

Description

6205 1 ΚΙ __Β7_ 五、發明說明（^ 本發明傜關於一種記憶胞配置（其具有磁阻式記憶元 件）及其製造方法。 在學術界中已知有一種結構可作為磁阻式元件，此種 結構具有至少二値鐵磁層及一個介於其間之非磁性層。 依據此種層結構之構造，則可在S Μ β元件，Τ Μ K元件和C Μ 元件之間作區別（請參閲S . M e 11 g e 1 , T e c h η ο 1 o g i e a n a 1 y s e Hagnetismus, Band 2, XMK-Technologien, Herausgeber V D 1 T e c h η o 1 o g i e z e n t r u i)i Physikalische Technologien, August. 1 9 9 7 } 〇 G Μ K元件之概念可用於一些層結構中，這些層結構具 有至少二橱鐵磁層及一値介於其間之非磁性之導電層且 顯示一種所謂 G M R (巨大磁胆，g i a n t ni a g n e t ο ϊ* e s i s t a n c e ) 效應。在G M R效應下，須了解的是：G H R元件之電阻是與 此二値鐵磁層中之磁化是平行或反向平行對準有關。此 種 GMR 效應相較於所謂 AMR (anisotropic magneto resistance) 效應 而言是 較大的 。對 AMR 效應 而言須 了解的 是：已磁化之導體中之電阻在平行於磁化方向中者是與 垂直於磁化方向中者不同的。AMR效應是與一種體積效 應有關，其産生於鐵磁性之各單層中。 TMR元件之概念在學術界中可用於穿透式（Tunne i ing) 磁阻層結構中，此種層結構具有二個鐵磁層以及一個配 置於其間之隔離用之非磁性層。此種隔離層因此須很薄 ，使其可在此二個鐵磁層之間造成一種隧道電流。此種 層結構同樣顯示一種磁阻效應，其是由流經此種介於二 -3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------竣 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4

經濟部智慧財彦局員工消費合作社印K 6205 1 A7 _B7_五、發明說明（2 ) 値鐵磁層之間的非磁性隔離層中之自旋極化式隧道電流 所産生。在此種情況下該T M R.元件之電阻亦與此二個鐵 磁層中之磁化是平行或反向平行對準有關。柑對之電阻 變化因此大約是6至4 0 %。 其它之磁阻效應，其由於其大小（相對之電阻變化在 室溫時是1 0 Ε1至4 0 Q % )而稱為C 〇 i ◦ s s a 1.磁阻效應（C MR效應） ,由於其較高之矯磁力（c 〇 e r c i v e f 〇 1‘ c e )而需要一種較 高之磁塲以便在磁化狀態之間進行切換。 已建議在一種記憶胞配置中使用G M R,元件作為記憶元 件，例如請參閲 β D . T a n g e t a 1 , I E D Μ 9 5，p a g e 9 9 7 至 993, J.H. Daughton, Thin Solid Films, B d. 2 1 6 (19 9 2) , page 162 to 168, Z. Vang et a 1 , Journal of Magnetism and Magnetic Materials, B d . 155 (U 9 S )，p a g e 1 6 1 t o i 6 3 。這些記億元件經由讀出線 而串聯，字元線刖垂直於讀出線而延伸，字元線相對於 讀出線和記憶元件而言都是隔離的。施加於宇元線上之 信號會藉由流經宇元線中之流而産生種磁場，此種磁場 在足夠大時可影響其下方之記億元件。須使用x/y-導 線以便寫入資訊，這些X / .y ~導線相交於此種待寫入之 記憶胞處。這些獲線被施加信號，信號可在相交點處造 成一種足夠大之磁場以便進行磁化變換。於是可使此二 傾鐵磁層中之一之磁化方向被變換。反之，此二個鐵磁 層中之另一層之磁化方向則保持不變。上述第二個鐵磁 層中之磁化方向保持不變是藉由相鄰之反（a nt i.)鐵磁層 -----------I 裝--------訂-------!綠 {請先閒讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公f )

4 62 Ο B Α7 Β7 五、發明說明（ 向 方 化 磁 持 保 可 其 鐵 4··!λ Η=ρ : 其 成或 逹料 來材 式它 方其 逑由 下藉 由 } I d Ϊ _—一 ,J ο 或 h s 3 G 戈 r 0 ( 而值 ^界 臨 換 B 之 層 者 層 磁 鐵 之 及 提 所 前 先 較 成 變 )rfn 度 厚 層 如 例 /1> 小 0 大大 它還 在 和 記 之 形 璟 -—一 種 1 議 fr£ 建 中 堆於導 種置條 1 配二 含個在 包 一 接 件及連 元以是 億件叠 記元堆 該層此 。磁且 關鐵 ， 有之件 應形元 效環層 R 値式 G 二電 與少導 是至性 其有磁 ， 具 非 件其之 元 ，間 億叠其 些為 這 。 〇 性 成磁 組 軟 料是 材則 其件 是元 處一 同另 不 ， 之性 件磁 元硬 層S 磁 一 鐵之 些中 這件 0 元 間層 之磁 線鐵 換 變 須 向 方。 化變 磁不 之持 中 保 件則 元向 層方 性化 ΪΑ 4vft- 軟之 則中 ，件 訊元 資層 入性 寫磁 了 硬 即術否目提法 ，技是答是方 言有置解的造 而具配及目製 題否胞題之其 問是億問明及 此置記種發置 。 就配種此本配成 胞此。 胞製 億：成 憶中 記是製。記域 之的中中之領 件要域件件之 元重領文元術 憶很之關億技 記亦術相記程 式外技在式製 胆另 磁則 有 ， 具義 -------------裝，— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財彦局員工消費合作杜印製 申 項 由 7 0 第 是圍 的 範 目 利 述專 上請 申

造 製 及 它 置其 配之 胞明 憶發 BP本 之 。 項 成 達 來 ‘Γ/·1^ m 一 一 第 第在 之置 中配 歹 S 陣分 。胞且 中晶著 項在置 各置配 餘配式 其些形 圍 •一 目 範含網 利包以 專置其 請配 : 申胞件 在憶元 逑記憶 敫種記 式此式 形 阻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f )

訂---------線 I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 6205 1 A7 _B7__五、發明說明（4 ) 導線和第二導線之間。設置許多第一導線和第二導線。 在周邊中設置至少一個第一金屬化平面及一個第二金屬 化平面，其經由接觸區而在電性上互相連接。這些金覇 化平面之間的接觸區在學術界中通常_為V U s或 V i a -連接區。這些接觸區是配置在第一金藺化平面和第二金 屬化平面之間。第一導線和第一金屬化平面配置在同一 平面中。第二導線和接觸區同樣配置在同一平面中。第 一導線和第一金屬化平面以及第二導線和接觸區是分別 由導電層藉由適當之結構化而製成。 由於第一導線是和第一金屬化平面配置茌同一平面中 且第二導線是和接觸區配置在同一平面中，則第一導線 和第二導線之間的垂直距離可以與第一金屬化平面和第 二金屬化平面之間的垂直距離無關之方式來調整。這樣 所具有之優點是：此種介於第一導線和第二導線之間的 距離可依據情況而在晶胞陣列中調整而不會對周邊中之 狀況有所影響。 就像先前技藝中所描述者一樣，資訊寫入至磁阻式記 億元件中之一是藉由施加一種磁場而逹成。此種磁場是 由電流感應而産生，電流則流經所屬之第一和第二導線 。由於磁場之大小是與所流過之電流之電流強度以及至 電流所流經之導線之距離有關，其中此種磁場是隨增高 之電流強度而增大，但隨著距離之增大而變小，則有利 的是使第一導線和第二導線配置在磁阻式記憶元件之鄰 近區域中。此外，有利的是使磁阻式記億元件連接在二 ------------ 策.---------訂·--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（210 X 297公S ) 462051 A7 B7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 磁估中大 之中直型 且列和不磁間需的與之步 。上 種評列最 面邊垂典 面陣是者由小所間可線化 度本 此行陣到 平周的離 平胞離間 _ 較術之線導構 厚基 對進胞達 化則間距 一.晶距之言之技面導二結 之且 外In}晶離 屬，之直 同在之面而需和平二第及 同繞 另«I在距 金因面垂 在則得平度所容化第和術 相圍 可之圔的 二原平種 置，而化強時電屬和線影 有所 而存力間 第之化此 設中整屬流訊性金線導微 具質 線儲而之 和上屬中 面面調金電資生於導一 ，。是電 導mf度線 面術金術 平平可二之入寄介一第驟作佳介 些KP厚導 平技二技 化一間第小寫關之第就步製較屬 這SSS之二 化程第 m 屬同之和較而有}時。積之面金 由對件第 屬製和# 金在線面就變中er同中沈置平間 經其元和 金於面351 置導平中改邊rd。邊之配化中 為 ¢11線 一由平= 第設二化列之周(0着周它胞属由 因阻記導 第及化在 與區第屬陣態在綴持在其憶金是 是電式一 低以屬，。是觸第金胞狀而量保作需記一區 這之阻第 降容金多nm線接和一晶化，數可製不化第觸 ，件磁之 。了電 一很00導與線第在磁的値仍同此簡和接 間元種#onl!l為性第大S5一是導於此之整一則共因可線和 之憶此重 4 ，生於須 Q 第線一介因件調大離構言樣導線 線記據相0^之寄介必35於導第中。元可約距結而這一導 導式依互20反的種離是由二在逢的式是大直些造。第二 條阻。使值 間此距上 第中周同阻距之垂 一製驟 第 ------------ 褒.1 I------訂.-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6205 1 ΚΙ __Β7五、發明說明（^ ) 是輿中間金屬介電質處於相同之高度。本發明之構造具 有平坦之表面，其就下一製程而言是有利的且隨箸結構 大小之變小而更重要。 依據本發明之其它形式而在晶胞陣列中設置第三導線 ，其配置於第二導線上方。在第二導線和第三導線之間 配置第二磁阻式記憶元件，其中又分別配置此第二磁阻 式記億元件之第二導線和第三導線。第三導線在周邊中 是與第二金屬化平面配置在同一平面中。在本發明之此 種構造中在晶胞陣列中可使記憶元件逹成一種較高之封 裝密度，這是因為這些記憶元件互相重疊地配置在二個 平面中。每個記億元件之面積需求因此下降大約2倍。 就晶胞陣列之簡化之控制而言有利的是使第一磁阻式記 憶元件和第二磁阻式記億元件由相同之材料所構成而具 有相同之待性。但若應用領域不同時，則第一磁阻式記 憶元件和第二磁阻式記憶元件之恃性亦可不同。 此外，此種記億胞配置亦可具有其它平面，這些平面 具有磁阻式元件和配置於其上之導線，因此可使磁阻式 記億元件達成一種三維空間之配置而具有較高之封裝密 度。奇數號碼之平面在構造上類似於第一導線，第一磁 阻式元件和第二導線；偶數號碼之平面在構造上類似於 第二導線，第二磁阻式元件和第三導線。 就此種配置之平坦性而言，有利之方式是使第三導線 和第二金靥化平面具有相同之厚度。 為了製成此種記億胞配置，則第三導線和第二金屬化 -8 - ---1丨丨1|丨1丨丨^·-------訂--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CN;S)A.彳規格（2】0 X 297公f ) 462051 A7 B7 五、發明說明（ 經濟部智慧財J局員工消費合作社印製 利些，此形。構料化 第鐵效，外有電應Νίϋη幾 。有這面。將料結材由 和二HR件此較之效_ ，Π2其 成則由平面即填之緣藉 層第 h 元。屬需EFeraint? 形，，化平後行層絶， 性和1Ξ億化是所CM素2η/ 而置層屬化稍進電以如 磁層 ί 記變言時有 元於¾. 化配電金屬些渠導後例 非磁^式阻而換具 些介度 構胞導一金一 溝由隨 < .鐵GH阻電耗轉種 這度強 結憶成第二生此藉構化 層一有磁之消場一 有厚性 和記製和第産對法結坦 磁第具之大率磁是 含且磁 積之來線和中及方性平 鐵在可應更功高以 是種就 沈性法導線其以刻電和 一置件效有之較可 佳一層 之坦方一導ί }蝕導積。第配元 R 者小受亦 較少磁 層平化第三層渠和些沈化有層億Tl·應較承件 層至鐵 電高構成第離溝術這由構具性記有效就能元 磁中二 導較結形或隔之影，藉結件磁式具β阻置億 鐵以第a 同有之來，些式微構料被元非阻種GM電配記 二·.和的 共具用化 Ε 一形用結材而憶該磁此有大種式 第Gd層同 由種化構觸積構使性線}記中種用具較此咀 和，.磁不 籍此坦結接沈結可電絶法式其此使較之若磁 層Mri鐵是 是成平由和合性是導此光阻，。是其件，種 磁，一 言 佳製由藉線適電式成，拋磁層間佳為元又此。鐵cr第而 較了藉層導別導方形繞械種磁之較因 R 。則件 一 ，。小 面為是電二待之 一 而圍機此鐵層。是以的 > 元第CO間大 平 的導第時成 DR 化來學 二磁應這，利流之 ，之何 ------------i· I — I I I I I t --------- ί請先闉讀背面之注意事瓚再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) 4 62 05 1 經濟部智慧財彦局員工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明說明（8 ) 在T M R元件中該非磁性層含有這些材料A I 2 0 3 ， N i 〇 ,H f 0 2 , T j G ' 2 , N b 0， S i 0 2中至少一種且厚度介於]η ηι 和4 η ni之間。在G M R元件中此種非磁性層含有這些元素C u ,A u , A g及/或A 1中之至少一種且厚度是介於2. n w和5 n m 之間。 磁阻式記億元件在與導線平面平行方向中具有任意之 橫切面。此種橫切面待別可以是矩形，圏形，卵肜，多 角形或環形的。 為了在製造及/或操作記憶胞配置時防止此種介於磁 阻式記億元件和相鄰導線之間的擴散作闬，則有利之方 式是在磁阻式記憶元件和相鄰導線之問設置一種擴散位 障。若在晶胞陣列中之導線含有C ϋ，A g或A u，則此種效 應特別重要。 這些導線亦可另外含有鶬或金屬矽化物。 本發明之顯示在圖示中之實旅例以下將作詳述。圖式 簡單說明如下： 第1圖偽在晶胞陣列和周邊之間的介面上之記憶胞配 置之俯視圖。 第2圖傜在第1圖中此記億胞配置之經由Π - ΠΙ所表 示之切面圔。 第3圖傺在晶胞陣列和周邊之介面上之記億胞配置之 ©面圖，其在二個上下重疊配置之平面中具有磁阻式記 億元件。 第4至1 0圖偽記憶胞配置之製造步驟。 n n I 1 1— -"--OJ* I n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 中國國家標準（CNS)A4規格（210、297公釐） 462051 A7 經濟部智慧財彦局員工消費合作社印製 _B7_五、發明說明（9) 第1 1圖偽記億胞配置之透視圖〇 記億胞配置具有晶胞陣列2 1和周邊Γ ](第1圖和第2 _ ) 。晶胞陣列η和周邊p 1之區域在第2圔中是由垂直之直 線所隔開。在晶胞陣列Ζ 1中配置第一導線1 1和第二導線 1 2。第一導線1 1配置在半導體基板1 D表面上，半導體基 板1 (]具有單晶矽且在周邊Ρ 1之區域中及/或在晶胞陣列 下方含有一些紐件，這些紐件就晶胞陣列之控制而言是 需要的。 第一導線1 1和第二導線1 2互相交叉。在第一導線】1 (為清楚之故，在第1画和第2圖中只顯示第一導線Η ) 之一與第二導線1 2之一之相交區域中分別配置一種磁阻 式元件1 3。 在周邊Ρ 1中配置第一金屬化平面1 4和第二金屬化平面 1 5。第二金屬化平面1 5配置於第一金屬化平面1彳上方且 經由接觸區1 6而與第一金屬化平面1 4電性相連接（為了 清楚之故 > 在第2圔中只顯不一値接觸區1 6 )。在周邊 Ρ 1中S外配置一些連接線1 7，其在晶胞陣列ζ 1中是與第 二導線1 2相連接。 第一金屬化平面ί 4是與第一導線1 1配置在同一平面中 β第一金屬化平面14因此亦配置在半導體基板10之表面 上。第一導線1丨_和第一金屬化平面1 4埋入於第一隔離結 構18中.它們與第一隔離結搆18形成-_·種；坦之表面。 第二導線12,接觸區16和連接線17配置在第-··導線]1， 第一金屬化平面1 4和第一隔離結構1 8上方之平面中。磁 -1 1 - --------1---^ ---.1----訂--------1^. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) 462051 Δ7 經濟部智慧財彦局員工消費合作社印製 B7_五、發明說明（I 阻式記憶元件1 3，第二導線1 2 ,接觸區1 6和連接線1 7是 由第二隔離結構1S所圍繞，第二導線]_ 2，接觸區16和連 接線1 7是與第二隔離結構1 9形成一種平坦之表面。 在上述這些區域上方配置第二金屬化平面15,其是由 第三隔離結構1 1 G所圍繞，它們形成一個平坦之表面。 第一導線1 1及第二導線1 2都可經由第二金屬化平面1 5 而被接觸。一方面是第一導線1 1與第一金屬化平面].4 (其經由接觸區1 6而與第二金屬化平面1 5相連接）相連接 ,另一方面是第二導線1 2經由建接線1 7而與第二金屬化 平面相連接。第二金屬化平面1 5之接觸作用是藉由鈍化 層1 1 2 (由S i 0 2或S i Q 2 , S i 3 β 4所構成）中之接觸孔 】1 1來達成。第一隔離結構1 8 ,第二隔離結構1 9和第三 隔離結構1 1 〇是由一種適合作為中間金屬介電質之材料 ,待別是S i (] 2 ，S i 3 Ν 4 ，有機介電質或透氣之無機介 電質，所構成。第一導線1 1和第二導線1 2之間的垂直距 離等於磁阻式記憶元件1 3之厚度且其大小是2 G至3 D n is之 間。第一金屬化平面1 4和第二金屬化平面1 5之間的距離 即為接觸區1 ii之高度且其大小是3 5 ϋ至4 D G a si。 在半導體基板2 Q (其含有單晶矽）之表面上在晶胞陣列 2 2中配置第一導線2 1且在周邊P 2中配置第一金屬化平面 2 2 (請參閲第3圖，其中晶胞陣列Z 2和周邊Γ 2是藉由垂 直之直線而互相隔開）。第一導線？1是與第一金屬化平 面2 2相連接。第一導線2 1和第一金屬化平面2 2是由第一 隔離結構2 3所圍嬈，它們具有一値平坦之表面。 -1 2 - ------------^i-^------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公f ) 4 62 05 1 A7 經濟部智慧財彦局員工消費合作社印製 B7_ 11 五、發明說明（） 在第一導線2 1之表面上配置第一磁阻式記憶元件2 4 , 其上方配置第二導線2 5。第二導線2 5是與第一導線2 1相 交&在周邊P 2中茌輿第二導線2 5相同之平面中在晶胞陣 列Z 2中配置第一接觸區；i 6和連接線2 7。連接線2 7在晶胞 陣列Z 2中是與第二導線2 5相連接(在第3圖中所示之顯 示平面外部）。第二導線2 5，第一接觸區2 6和連接線2 7 是由導電層（由A 1， C u , W ,矽化鎢所構成）之結構化所 形成且由第二隔離結構2 8所圍縛，它們都在同一高度中3 在晶胞陣列Z 2中，在第二導線2 5之表面上配置第二磁 陆式記億元件2 ：?,其就幾何形式和材料成份而言是與第 一磁阻式記憶元件2 4相同。在第二磁阻式記億元件2 9上 方在晶胞陣列Z 2中配置第三導線2 1 0 ,其是與第二磁阻 式記億元件2 9相連接&在周邊P 2中在第三導線2 1 G之平 面中配置第二金屬化平面2 U。第二金屬化平面2 ] 1是與 第一接觸區2 S和連接線2 7都相連接。第三導線2 1 Q和第 二金屬化平而2. 1 1是藉由導電層（由A 1 5 C u，W或矽化物 所構成）之結構化而在一種共同之製造步驟中形成。 第三導線2丨_ fl ，第二磁阻式記億元件2 9和第二金屬化 平面2 1 1是由第三隔離結構2 1 2所圍繞，第三導線2 ] ϋ和 第二金屬化乎面2 1 1是與2 1 2形成一種平坦之表面。 在第二金颶化平面2丨1上方配置第二接觸區213，其是 與第二金屬化平面2 1 1相連接。苐二接觸區2 ] 3是由第四 隔離結構2 1 4所圍繞，它們形成一種平坦之表面。其上 配置第三金屬化平面2U,其是由第五隔離結構216所圍 -1 3 - ------------ 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A〗規格mo X 297公i ) 62 05 1 A7 _B7_ 12 五、發明說明（） 繞，它們形成一種平坦之表面。在鈍化層217(其配置在 第五隔離結構216和第三金屬化平面215上方）中設置一 些接觸孔218 ，經由接觸孔218可接觸第三金臑化平面 2 1 5 〇 在第4至10圖中（依據這些圖以下將在三層式之製程 中詳逑記億胞配置之製程）晶胞陣列Z和周邊P是以虛 線之垂直線來標示。 在由矽所構成之半導體基板40之表面上施加厚度50至 lOOnm 之第一 Si02 層 41，厚度 30 至 50nm 之第一Si3fU 層42以及厚度400至8t)0nm之第三Si02層43(第4圖）。 藉助於光阻遮罩（未顯示）和非等向性之鈾刻而使第二 Si02層43結構化，使第一 Si3 N4層42之表面之一部 份裸露出來。 因此在第二Si02 層43之側面産生第一溝渠44。第一 溝渠44在與基板4D之表面相平行之方向中所具有之横切 面決定了随後即將製成之第一導線和第一金屬化平面之 形式β 藉由沈積厚度大約是50niB之第一 Tali/Ta-層45以及某 種厚度之第一銅層46，使填入第一溝渠44中且隨後進行 化學機械式抛光直至第二Si02 層4 3之表面為止，則可 形成第一金颶化平面及形成此種埋入於溝渠44中之第一 導線（第5画）β 然後在整面上施加一種由Ta, Ti，W ，Κο或Nb所構成 之厚度是10至30 nm之第一位障層47，一種層序列48以及 一種厚度1Q至3 0nra之由Ta，Ti, ，Mo或Nb所構成之第 二位障層49。層序列48含有：第一鐵磁層（其含有Co或 "1 4 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - I I I----訂·！----竣 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 462051 __________B7 ___ 五、發明說明（13)

Fe, Hi, 〇r, Mn， Gd， Dy>; —種由 Al2 〇3 ， NiO， Hf〇2 ，Ti02，NbO，Si〇2，Cu，Au，AS 或 Al 所構成之非磁 性層；第二鐵磁層（其含有f«iFe, Co或Fe，等等）。層堆 疊48之厚度大約是1〇至2Qnm且適合用來製造磁阻式記憶 元件。 在使用一種微影術結構化光組遮罩（未顯示）作為触刻 遮罩之情況下，苐一位障層47，層序列4 8和第二位障層 49藉由非等向性之蝕刻選擇性地對銅和3102利用—種 含有C1及/或F之蝕刻氣體而被結構化。於是可由層序 列48而産生磁阻式記億元件，其配置成網目形式（第6 圖）。 然後藉由CVD方法而沈積第三si〇 2層41 1且藉由化學 機械式整平方法壤擇性地對第二位障雇49而被整平。第 三Si〇2層411在細面上完全圍繞磁阻式記億元件。 施加一種靥厚度30至50η*之第二Si3 N4層412且藉助 於光阻遮罩（未顯示）和非等向性之蝕刻利用含有F之独 刻氣體混合物（例如，CF4/〇2SFe/He而被結構化’使 第三Si〇2層411之表面裸露在周邊p之區域中。第一 Sis tU層412因此只保留在晶胞陣列2之匾域中旦覆蓋 第二位障層49和第三Si02層411(第7圈）。 層411上沈稱一種厚度400至SOOniB之第四Si〇2層413 。在第四Si02層413之表面上藉助於微影術之步駿而産 生一些光阻遮罩414 ,其在晶胞陣列z之區域中界定了 一些第二導線旦在第二周邊P之區域中是與此配置相接 觸。於是第四Si〇2層413之表面裸露在隨後第二導線或 -1 5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公麓） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i^----I---訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 462051 經濟部智慧財彦局員工消費合作社印製 A7 B7_ 14 五、發明說明（） 接觸區將被形成之一些區域中。藉由非等向性之蝕刻選 擇性地對s i 3 N 4以含有[:或F之蝕刻氣體（例如，C H F s / C F 4或C 4 F 8 / C 0 }在使用光阻遮罩4 i 4作為蝕刻遮罩 之情況下對周邊P中之第四S i (] 2層4 1 3和第三S i 0 2層 進行結構化。於是形成第二溝渠415。第二溝渠415隨後 藉由沈積一種厚度大約5 0 η ϋΐ之第二T a / T a -層4 1 6以及 厚度大約3 G D至1 0㈣ms之第二銅層4 1 7而被请滿（第8圖） 。所沈積之第二銅層之最小厚度是依據C u沈積過程之共 形性（c ο n f 〇 r m )和待填入之溝渠之線寬來決定。 藉由化學機械式抛光法而對第二銅層4 1 7和第二T a N / T a …層4 1 6進行結構化。於是可在晶胞陣列中形成第二導 線4 1 8以及在周邊P中形成一些接觸區4 i 9和連接線4 2 0 (其是與第二導線4】S相連接）（請参閲第9圖）。 在整面上沈積一種厚度3 [(至5 Q it m之第三S i 3 N 4層4 2 1 ，其上施加一種厚度4G0至80Gnm之第五SiQ2層422。在 使用微影術所産生之光阻遮罩作為蝕刻遮罩（未顯示）之 情況下藉由非等向性之蝕刻以含有C或F之氣體來産生 第三溝渠4 2 3，其中以第三T a fl / T a -層4 2 4和第三銅層4 2 5 .憤入。第三T a N / T a -層4 2 4所沈槙之厚度是5 0 η «I而第三 銅靥425之厚度是3 00至IflOOnm。 藉由化學機械式抛光法而使第三銅層4 2 5和第三’f a N / T a -層4 2 4被結構化。因此第五S i 0 2層4 2 2之表面裸露 於第三溝渠4 2 3外部。在第三溝渠4 2 3中形成第三金厲化 平面4 2 6 (第〗G圖）。在第五S i ϋ 2層.1 Z 2和第三金屬化平 -16- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公f ) 462051 A7 B7 五、發明說明（ 15 面 之 ΛΪ.fcs a 程 製 厚 種 tt 是 積，度 層 沈厚 雙Γ 上之且 面 3生 用 表：産 雙 t 及以 度 iIs} 層 η 之 由 是 層 及漿電 以電以 7 以其 2 /\ 4 其 3 丨 ''—' 2 層 4 8 4 2 層 是 度 厚 且 生 産 程 製 在 而 罩 遮 之 生 産 而 CV術 擬影 至 成 構 所 層 微 Λ:·'' ΠΗ S ί. kj. 8 助 2 rti0 孔 觸 接 些1 啓 開 中 7 2 4 層 金 三 第 達 到 可 其 記 造 製 式 方 體 積 以 之 成 逹 來 程 製 化 屬 金 式 6 層 2 . 4 三 面以 平種 化此 屬 之 化 構 結 7 4 層 障 位1 第 : 和 下48 p nu 女 歹 改序 修層 地 ， 利 4 有層 可障 亦位 置二 配第 胞在 億 如 例 ί 2 序10 程 1:3 Ε 三 RI第 之對 性來 向 } 等體 非氣 由刻 藉蝕 後之 層 F 記 或各 C 使 有 ， 含刻 f kK 種fet 1 回 用行 使進 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 裝

, 層 由 4 藉 Ν 中 3 * 1 向 S 橫二 在第 件後 元然 IIJ P 共 s I. /V. 層能 隔可 間儘 離式 隔方 相 m 互or 而nf· 積後 沈然 而 。 化平 構整 結被 行而 進驟 2 , 1 步 4 層ΜΡ C 4 Ν 之 3 暫 i 5 短 二由 第II 對且 必13 不4 層 ο 2 成 ο 而 S 積四 沈第 層 層 此 4 N 對 3 地 :丄 a 性 二擇 第選 對¾ 地以 性化 擇構 選結 樣 行 ! 進 程13 H 製 逑 2 上 ο 像sl 就四 層

-^1 I- ^pp n 一51、t I n >^i I 第 對 來 之 經濟部智慧財彦局員工消費合作杜印製 層 化 隔構 間結 第 IJ I 來 3 4 層 層 同 4 相 N 程 3 1 製 S 二之 述 上 與 是 驟 步 2 ο 各 S1它 1 一 其 第有 對 所 f Λ1 進 微 P 略邊 省周 可及 ，以 先中 首 Z HW : 歹. hn 1Bi 黑 陣 優胞 下 晶 以 ， 有二 具第 程 〇 製面 之平 改之 倐用 已化 之構 述結 上術 影 層 銅 4 N 使 3 可 S1時 由較 可相 ^—- ro 2 4 線層 導 - - a j mi 第Ν/ 之Ta 中 一 2 2 第 面和 平此 化因 0 ， 金蓋 .1 覆 第全 之办兀 本紙張尺度遶用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財J局員工消費合作社印製 462051 A7 _B7_

五、發明說明（I 及其它可移動之元素（例如，A g )由第一導線2 1至相郯 S i 0 2層（4 3 , 4 1 2 )之擴散作用減小，這些層之退化 (d e g r a d a t i ο !·ι)因此可減低。第三，在第二溝渠4 1 5之結 構化期間能可靠地防止記憶元件邊綠裸露出來，因此能 可靠地防止記憶元件在電性上之並聯。 在記憶胞配置之晶胞陣列中配置互相平行延伸之條形 之第一導線5 1和第二導線5 2。第二導線5 2同樣是條形的 且互相平行而延伸。第二導線5 2是與第一導線5 1相交^ 在第一導線5 1之一與第二導線5 2之一之間的相交區域中 配置磁阻式記憶元件5 3，其具有第一鐵磁層5 3 1 ，非磁 性層5 3 2以及第二鐵磁層5 3 3。磁胆式記億元件5 3之橫切 面是長方形的，縱向延伸之六角形或橢圓形。橫向尺寸 栩當於第一導線5 1和第二導線5 2之寬度。第一鐵磁層 5 3 1和第二鐡磁層5 3 3所具有之厚度分別是3至1 0 n m。非 磁性層532之厚度是1至3 nnu第一鐵磁層531含有銘 (C 〇 )。非磁性層5 3 2含有A 1 2 〇 3。第二鐵磁層5 3 3含有 Ni. F e。第一導線5 1和第二導線5 2分別含有C u (第1 ί圖）。 磁阻式記憶元件5 3之電阻是與第一鐵磁層5 3 i和第二 鐵磁層5 3 3之磁化方向有闢。當此二層磁化成互相平行 時，Μ電阻小於反向平行磁化時。 参考符號説明 1 〇.....半導體基板 2 1 , Z 2 . Ζ.....晶胞陣列 Ρ 1，Ρ 2，Ρ.....周邊 -1 8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（210 X 297公f ) ------------ 畔衣---------訂-------- -線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 62 05 1 A7 B7 五、發明說明（ 17 件 元 憶 線線記 導導式 1 二阻 第第磁 面面 平平 化化 屬屬 金金區 一 二觸 第第接 構構 結結 $ 0 線隔隔 接一二 連第第 構 結 " 隔孔層 三 觸化 第接鈍 (請先閱讀背面之注音3事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 半第第第第第第連第第 件 元 面 億 平構記 板 化結式 基線靥離胆 體導金隔磁 導一 1 一一 件 元 億 構記 區 結式 線觸 離阻 導接線嗝磁 二 一接二 二 面 平 化 線匦 導金 三 二 第第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2j〇x297公复） --------訂·--------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 62 05 1 A7 _B7 五、發明說明（1S) ^丄6 r m 2 13. ....弟一接^區 2 14. ....第四隔離結 構 2 15. ....苐=金屬化 平面 2 16, ....第五隔離結 構 2 17. ....鈍化層 2 18. ——接觸孔 4 0.. ...半導體基板 4 1.. ..·第一 s i0 2 層 4 2.. ….第一S X a N 4 層 4 3… ...第一 S i 0 2 層 4 4.. ...第一溝渠 4 5.. …第一 TaN/Ta- 層 4 6.. ...第一銅層 4 7.. ...第一位障層 4 8.. ...層序列 4 9.. ...第一位障層 4 10. ....磁阻式記億 元件 4 11. ..,第=S i 0 2 層 4 12. …·第二 i; i N 4 層 4 13. ,...第四S i 0 2層 4 1 4 . ....光阴遮罩 4 15. ——第二溝渠 4 16. .…第一 TaN/Ta -層 -20- ----------- ^ -------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 297公S ) 462051 五、發明說明（

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 17.....第二網層 4 18. …第 二導線 4 19. …接 觸區 4 2 0 . .…連 接線 4 2 1, …‘第 三s i 3 N 4層 4 2 2. •…第 五S i 0 2靥 4 2 3 * ...-M 三溝渠 4 2 4. ^rhr· 三 TaN/Ta-層 4 2 5. •…第 三銅層 4 2 6 . ..‘ 第 三金屬化平面 4 2 7. •…層 4 2 8 . .... Si 〇 2層 4 2 9. •…S i 3 N 4層 4 3 0. 觸孔 5 1.. …第- -導線 5 2.. ...第一導線 5 3.. ...磁阻式記憶元件 53 1. M-A- ..…—張 一鐵磁層 5 3 2. ….非 磁性層 5 3 3,, ——m 二鐵磁層 -21- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A·!規格（2]0 X 297公t ) ------------^ * I ^------訂--------* <請先閒讀f面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 462051 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 億第 平平 度是 配 與 ， ta 在 化化 ， ， 厚且 別 。 且 置 些置 屬屬接中 之繞 分 中 ，繞 。配 這配 金金連面 同圍 其 面 度圍 度胞 ，別 二一性平 中相所 中 ，，平中厚所 厚億 件分 第第電一 。其有質。其 件間一其之質 之記 元旦 ，在性同中，具電中， 元之同，同電-同之 億中 面可部在面置上介度置 億 一在置相介中相項 記面 平而局置平配本屬高配 記之置配有屬度有一 式平 化區成配一胞基金一胞，式線配胞具金高具任 •阻一 屬觸形面同億面間同憶線阻導面億面間一面中 為磁第，金接間平在記平中在記導磁三平記平中同平項 徵一在間 T些之化置之化由成之三二第化之化由在化4 待第置之第這面屬配項靨是形項第第和屬項屬是成 Μ 至 其置配線置由平金區 1 金區質1 置置一金 3 金區形金 1 ，設式導設藉化一觸第一觸電第設配之二第一觸質二第 置中形二少，靥第接圍第接介圍中中線第圍第接電第圍 配列目第至區金和和範和和屬範列面導和範和和介和範 胞陣網和中觸二線線利線線金利陣平二線利線線屬線利 憶胞以線邊接第導導專導導間專胞二第導專導導金導專 記晶件導周和和一二請一二中請晶第在三請一二間三請 種在元一在面面第第申第第與申在在置第申第第中第申 一 - 一 I I 如- ! 如- I I 如 | , 一如 . . - . , (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） 4 6205 1 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 其中 -磁阻式記憶元件分別具有第一鐵磁層，非磁性層和 第二鐵磁層， -第一鐵磁層和第二鐵磁層含有F e， N i，C 〇，C r，Μ η ,G d及/或D y且其厚度分別在2 η ηι和2 fl η ηι之問， -非磁性層含有 A 1 2 〇 3 , N i 0，H f 0 2 ， T i 0 2 , N b 0， Si〇2 ， Cu， Au, Ag 或A1且其厚度是介於1 n m 和5 nm之間， 如申請專利範圍第1 項中任一項之記憶胞配置， 其中 ^ -晶胞陣列中之各導含有iU， C u， W或矽化物， -在第一導線和第一磁胆式記億元件之間，第一磁阻 式記億元件 式記億元件 導線之間分 種記憶胞配 在半導體基 構化而在晶 和第二導線之間，第二導線和第二磁阻 之間及/或第二磁阻式記億元件和第三 別設置一種擴散位障。 {請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工湞費合作社印製 置之製造方法，其中 板之主面上藉由第一導電層之沈積和結 胞陣列中産生第一導線且在周邊中産生 第一金屬化平面， -在晶胞陣列中産生各第一磁阻式記憶元件，其分別 與第一導線中之一相連接， 藉由第二導 成第二導線 在周邊中形 電層之沈積和結構化而在晶胞陣列中形 (其是與第一磁阻式記億元件相連接）且 成·—些接觸區（其是與第一金屬化平面 -2 .3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗〇x 297公釐） 裝—---訂---------線 462051 AS B8 C8 D8 六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第 於渠，層線 入隔 形第離 憶 成 溝化 離導 槙二 何 人隔 記 形 對 一坦 隔二 須第 幾 填三 式 中 式 第平 二第 中使 其 須第 阻 邊 ，形，則被 第於 渠， ， 中使 磁 周。 層何式，須 生應 溝化 渠，渠 > 二 在接 離幾形面層 産對 二坦 溝式溝化 第 而連中隔其何平電 須式 第平 三形三坦 中成 化相其 一 ，幾化導 ，後形 則被 第何第平 其形， 構區，第渠之屬一來之何 ，須 成幾則被 ，後接 結觸法生溝面金第出件幾 區層 形之 ，須 法之連 和接方産一平一此露元其 觸電 中面面層 方區相 積與之上.第化第，裸億，，接導，其平平電 之觸線 沈是項面生屬和層面記渠式和二來，化化導。項接導 之其 7 主産金線電表式溝形線第出層屬屬三來 7 和二 層，第之中 一導導之阻二何導此露離金金第出第線第 電面圍板層第 一 一層磁第幾二 ，裸隔二 二此露圍導輿 導平範基離和第第離一成之第層面三第第，裸範二是 ),三化利體隔線成入隔第形區成電表第於成層面利第其 接第屬專導一導形镇一生中觸形導之生應形電表專成， 連由金請半第 一了須第産其接了二層産對 了 導之謓形件 相籍二申在在第為中使在，和為第離須式為三層申在元 -如 ~ _ t - - 如， ------I I-- ill--—1 訂---------竣 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 462051 A8 BS CS D8 申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 導成屬 渠使 中觭 入隔 層線 渠， 二 形金 溝. 其接 填二 離導 溝化 第中一 一平 -和 須第 隔三 三坦 成其第 第整 層線 中使 三第 第平 形 ，和 則被 離導 渠， 第於 則被 中層線 ，須 隔二 溝化 生應 ，須 列。中離導 面層 二第 二坦 産對 面層 陣接夂、隔 一 平電 第於 第平 須式 平電 胞連 /一第 化導 生應 則被 後形，化導 。 晶相¾第於 屬一 *産對 ，須 之何式屬三來 在件τϊί'生應 金第來須式 區層 件幾形金第出 須元産對 一此出後形 觸電 元其何二此露 時式項上式 第，露之何 接導’億，幾第，裸 化阻 Θ 面形，和層裸件幾 和二來記渠之及層面 構磁 U 主何式線電面元其 線第出式溝面線電表 結二 ^ 之幾形導導表阻 >,導此露阻三平導導之 層第範板其何一 一之磁渠式二 ，裸磁第化三三層 電與fyl基，幾第第層一溝形第層面二成屬第第離 導是 W 體渠之成入離第二何成電表第形金成入隔 三其|«導溝面形填隔成第幾形導之成中二形镇三 第，ΦΙ半一平了 須一形生之了 二層彤其第 了須第 在線 U 在第化為中第在産區為第離在，及為中使 -------lull. ----i — 訂--------•竣 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗〇χ 297公釐）