封盖的磁性存储器制造技术

实施例包括一种装置，该装置包括：位于第一电极与第二电极之间的磁性隧道结(MTJ)，磁性隧道结(MTJ)包括固定层与自由层之间的电介质层；直接接触第一电极的侧壁的电介质膜；以及经由所述电介质膜耦合到所述侧壁的金属层；其中(a)竖直轴与第一电极和第二电极以及MTJ相交，但不与金属层相交，(b)第一水平轴与金属层、电介质膜以及第一电极相交；并且(c)位于第一水平轴与MTJ之间的第二水平轴与电介质膜和第一电极相交，但不与封盖层相交。本文描述了其它实施例。

The magnetic memory of the seal

An embodiment includes a device, the device comprises a magnetic tunnel is located between the first electrode and the second electrode junction (MTJ), magnetic tunnel junction (MTJ) includes a dielectric layer between the fixed layer and the free layer; a dielectric film side wall in direct contact with the first electrode; and through the dielectric membrane coupled to the metal layer of the side wall; the vertical axis (a) and the first and second electrodes and MTJ intersection, but does not intersect with the metal layer (b), the first horizontal axis intersects with the metal layer and the dielectric film and the first electrode; and (c) located between the first level and the second level of MTJ axis the shaft and the dielectric film and the first electrode intersect, but does not intersect with the capping layer. This article describes other implementations.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】封盖的磁性存储器
本专利技术的实施例属于半导体器件领域，并且具体而言，属于磁性存储器领域。
技术介绍
如美国专利申请公布2015/0091110中所描述的，集成电路中特征的缩放是日益增长的半导体工业背后的驱动力。缩放到越来越小的特征实现了功能单元在半导体芯片的有限基板面上增大的密度。例如，收缩晶体管尺寸允许在芯片上并入增大数量的存储器器件，从而制造出具有增大容量的产品。然而，对于不断增大的容量的驱动并非没有问题。优化每一个器件的性能的必要性变得越来越重要。自旋力矩器件的操作基于自旋转移矩(STT)的现象。如果电流通过被称为固定磁性层的磁化层，则来自磁化层的电流输出将被自旋极化。随着每个电子的通过，其自旋(角动量)将被转移到被称为自由磁性层的下一个磁性层中的磁化，并且将导致其磁化的小变化。这实际上是一个由转矩引起的磁化进动。由于电子的反射，转矩也被施加在相关联的固定磁性层的磁化上。最后，如果电流超过某一临界值(这是由磁性材料及其环境引起的衰减的函数)，则自由磁性层的磁化将通过电流脉冲来切换，通常在约1-10纳秒中。固定磁性层的磁化可以保持不变，因为相关联的电流由于几何形状或由于相邻的(多个)反铁磁性层而在其阈值以下。自旋转移矩可以用于倒装磁性随机存取存储器中的有源元件。自旋转移矩存储器(STTM)具有比使用磁场来翻转有源元件的常规磁性随机存取存储器(MRAM)更低的功耗和更好的可缩放性的优点。附图说明根据所附权利要求、一个或多个示例性实施例的以下具体实施方式以及对应的附图，本专利技术的实施例的特征和优点将变得显而易见。在认为适当的情况下，图中已经重复了附图标记以指示对应或相似的元件。图1包括常规的MTJ叠置体；图2A-B包括本专利技术的实施例中的MTJ叠置体；图3a包括没有封盖层的蚀刻MTJ叠置体的图像，并且图3b包括具有封盖层的蚀刻MTJ叠置体的图像；图4包括本专利技术的实施例中的方法；图5包括包含存储器单元的系统，在存储器单元内包括本专利技术的实施例；以及图6包括本专利技术实施例的图像。具体实施方式现在将参考附图，其中相似的结构可以提供有相似后缀的附图标记。为了更清楚地示出各种实施例的结构，本文包括的附图是半导体/电路结构的示意图。因此，制造的集成电路结构的实际外观，例如在显微照片中，可能看起来不同，同时仍然包含所示实施例的所要求保护的结构。此外，附图可以仅示出对于理解所示实施例有用的结构。为了保持附图的清楚，可以不包括本领域已知的附加结构。例如，不一定显示半导体器件的每个层。“实施例”、“各种实施例”等指示如此描述的(多个)实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是并不是每个实施例都必须包括特定特征、结构或特性。一些实施例可以具有针对其它实施例描述的特征中的一些或全部或者不具有所述特征。“第一”、“第二”，“第三”等描述了共同的对象，并指示类似对象的不同实例被引用。这样的形容词并非旨在暗示如此描述的对象必须在时间、空间、排序上或者以任何其它方式处于给定的顺序中。“连接”可以指示元件彼此直接物理或电接触，并且“耦合”可以指示元件彼此协作或相互作用，但它们可以是或可以不是直接物理或电接触。如上所述，与常规MRAM相比，STTM具有低功耗和良好的可缩放性。然而，当积极地进行缩放时，STTM可能会遇到稳定性差的问题。稳定性是基于STTM的器件和由其制造的存储器阵列的缩放所面临的最重要的问题之一。随着缩放继续，对适应缩放的单元尺寸的更小存储器元件的需要驱使行业沿着垂直STTM的方向发展，其对于小存储器元件尺寸具有较高的稳定性。常见的垂直STTM通过材料层叠置体实现，该材料层叠置体包括底部电极、固定磁性层、电介质层(例如，MgO)、自由磁性层(例如CoFeB)、封盖层(例如Ta)和顶部电极。材料层叠置体的磁隧道结(MTJ)部分包括固定磁性层、电介质层和自由磁性层。垂直STTM使用垂直MTJ(pMTJ)作为存储器元件。这种材料叠置体是用于制造STTM的基本材料叠置体，并且可以以更大的复杂性制造。例如，也可以在底部电极与固定磁性层之间包括反铁磁性层。另外，电极本身可以包括具有不同性质的多层材料。材料叠置体在其最基本的形式上可以是面内系统，其中磁性层的自旋与层本身处于同一平面。关于pMTJ，更具体地，通过层或界面设计，可以制造材料叠置体以提供垂直自旋系统。在示例中，自由磁性层(例如由CoFeB组成的自由磁性层)从用于面内STTM器件的常规厚度减薄。减薄的程度可以足以使得从与电介质层中的氧相互作用(例如与氧化镁(MgO)层相互作用)的自由磁性层中的铁/钴(Fe/Co)获得的垂直分量相对于自由CoFeB层的面内分量占主导地位。该示例提供了基于与自由层的一个界面(即，CoFeB-MgO界面)耦合的单层系统的垂直系统。借助来自MgO层的氧的CoFeB层中的表面铁/钴原子(Fe/Co)的氧化程度提供了自由层具有垂直主导的自旋状态的强度(稳定性)。固定磁性层的厚度也以与自由磁性层的厚度相同的方式确定磁化方向。其它因素也可以确定磁化方向。例如，诸如表面各向异性(取决于相邻层或铁磁层的多层组成)和/或结晶各向异性(取决于应力和晶格结构修改，例如FCC、BCC或L10型的晶体，其中，L10是呈现垂直磁化的晶族类型)之类的因素也可以确定磁化方向。当pMTJ被积极地缩放时，它不仅具有稳定性的问题，而且还面临由于蚀刻引起的问题。更具体地，在器件的制造期间，可以采用各种蚀刻处理步骤。这种蚀刻处理可能涉及非挥发性的源材料，并且可能产生非挥发性副产物。可能源自电极材料的非挥发性副产物在蚀刻处理期间可能再沉积在隧道结上，并且可能导致电极之间的电气短路。为了防止由于电气短路的器件故障，可以使用非导电材料的间隔体来将器件的顶部电极和底部电极分隔开。图1包括MTJ叠置体100，MTJ叠置体100包括底部电极102、MTJ107和顶部电极104，所有这些都在衬底101上。MTJ107可以包括固定层106与自由层103之间的电介质隧穿阻挡部105。MTJ107的子层并非总是在本文中示出，因为例如固定层的子层(例如，钴(Co)和铂(Pt)的交替层)的精确数量对于理解所讨论的实施例的创新性并不总是至关重要的。MTJ叠置体100由较大的衬底101层、用于底部电极102的金属层、用于MTJ107的自由层和固定层及电介质层以及用于顶部电极104的另一金属层形成。为了形成实际的MTJ叠置体100，可以蚀刻顶部电极104，然后蚀刻以形成MTJ107，并最后蚀刻以形成底部电极102。然而，尽管蚀刻底部电极102，底部电极副产物可以沿着部分102'中的叠置体侧壁沉积。考虑到副产物来自金属电极蚀刻，副产物可以包括导电元件(例如金属)，其随后通过部分102'在电极102、104之间产生电气短路。短路可能导致MTJ107的故障。蚀刻MTJ/pMTJ叠置体的问题不限于底部电极沿顶部电极的一部分的再沉积。另一个问题涉及当蚀刻MTJ叠置体时，顶部电极或硬掩模材料具有较差的选择性，因此在蚀刻底部电极时被消耗或损坏。换句话说，当初始蚀刻顶部电极并且顶部电极图案化是蚀刻的目标时，顶部电极被蚀刻一次。然而，在蚀刻MTJ之后，底部电极的蚀刻可能没有足够的选择性来保持顶部电极免受损坏。结果，底部电极被蚀刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：第一电极，所述第一电极在衬底上；第二电极，所述第二电极在所述第一电极与所述衬底之间；垂直磁性隧道结(pMTJ)，所述垂直磁性隧道结在所述第一电极与所述第二电极之间，所述垂直磁性隧道结包括位于固定层与自由层之间的电介质层；保护膜，所述保护膜直接接触所述第一电极的侧壁；以及封盖层，所述封盖层在所述第一电极的侧壁上；其中，(a)竖直轴与所述第一电极和所述第二电极以及所述pMTJ相交，但不与所述封盖层相交，(b)正交于所述竖直轴的第一水平轴与所述封盖层、所述保护膜以及所述第一电极相交，但不与所述pMTJ相交；并且(c)位于所述第一水平轴与所述pMTJ之间的第二水平轴与所述保护膜和所述第一电极相交，但不与所述封盖层或所述pMTJ相交。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括：第一电极，所述第一电极在衬底上；第二电极，所述第二电极在所述第一电极与所述衬底之间；垂直磁性隧道结(pMTJ)，所述垂直磁性隧道结在所述第一电极与所述第二电极之间，所述垂直磁性隧道结包括位于固定层与自由层之间的电介质层；保护膜，所述保护膜直接接触所述第一电极的侧壁；以及封盖层，所述封盖层在所述第一电极的侧壁上；其中，(a)竖直轴与所述第一电极和所述第二电极以及所述pMTJ相交，但不与所述封盖层相交，(b)正交于所述竖直轴的第一水平轴与所述封盖层、所述保护膜以及所述第一电极相交，但不与所述pMTJ相交；并且(c)位于所述第一水平轴与所述pMTJ之间的第二水平轴与所述保护膜和所述第一电极相交，但不与所述封盖层或所述pMTJ相交。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一电极包括第一材料，并且所述第二电极包括第二材料；所述装置进一步包括位于所述第一电极的所述侧壁上的包括所述第二材料的沉积物，其中，第一保护膜的一部分在所述沉积物与所述第一电极的所述侧壁之间。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一电极的所述侧壁中的一个侧壁与所述第二电极的一个侧壁大体上共线。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一材料包括钽(Ta)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)中的至少一种，并且所述第二材料包括钌(Ru)和铜(Cu)中的至少一种。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述封盖层不包括所述第二材料。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述保护膜是不导电的。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述封盖层包括钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、钨(W)和氮化钽(TaN)中的至少一种。8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述保护膜包括电介质。9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述保护膜直接接触所述pMTJ。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述保护膜直接接触所述pMTJ的位于所述第一电极的一侧上的上表面部分和所述pMTJ的位于所述第一电极的另一侧上的另一上表面部分。11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述封盖层从所述第一电极的侧壁的顶部向下延伸并且向下延伸不超过所述第一电极的所述侧壁的一半；其中，所述封盖层不在所述第一电极的顶部上。12.根据权利要求1所述的装置，其中，顶部电极的上半部具有最小直径，并且底部电极的下半部具有不大于所述最小直径的200％的最大直径。13.一种系统，包括：处理器；存储器，所述存储器耦合到所述处理器，所述存储器包括根据权利要求1至12中的任一项所述的装置；以及通信模块，所述通信模块耦合到所述处理器，以用于与所述系统外部的计算节点进行通信。14.根据权利要求1所述的装置，包括移动计算节点，所述移动计算节点包括含有所述pMTJ的非易失性存储器。15.一种方法，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·兰伯恩，O·戈隆茨卡，C·J·维甘德，P·E·海尔，M·T·拉赫曼，R·J·卡斯特利亚诺，T·班萨尔，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US