在平坦化电极上的磁性隧道结制造技术

制造一种直接接触的磁性隧道结MTJ，其具有较低电阻、改进的合格率和较简单的制造。所述较低电阻改进所述MTJ中的读取与写入过程两者。将所述MTJ层(126)沉积在底部电极(124)上且与底部金属(122)对准。可邻近所述底部金属而沉积蚀刻止挡层(302)，以防止围绕所述底部金属的绝缘体过度蚀刻。在沉积所述MTJ层之前平坦化所述底部电极以提供实质上扁平表面。另外，可在所述MTJ层之前将下层(202)沉积在所述底部电极上以促进MTJ的所要特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般来说涉及存储器装置。更具体来说，本专利技术涉及磁性随机存取存储器(MRAM)。
技术介绍
与常规随机存取存储器(RAM)芯片技术不同，在磁性RAM(MRAM)中，数据并不存储 为电荷，而是替代地通过存储元件的磁性极化而存储。存储元件由通过隧穿层所分开的两个铁磁层形成。所述两层中的一者具有设置成特定极性的至少一个钉扎磁性极化(或固定层)。更改另一磁性层(或自由层)的磁极性以使其表示“I”(即，针对固定层的反平行极性)或“O”(即，针对固定层的平行极性)。具有固定层、隧穿层和自由层的一个此装置为磁性隧道结(MTJ)。MTJ的电阻取决于自由层的磁极性(相较于固定层的磁极性)。由个别可寻址MTJ的阵列建置例如MRAM的存储器装置。常规地，MTJ经由底部电极接触底部金属。所述底部电极经由最小特征开口接触所述底部金属。MTJ放置在底部电极上远离与底部金属接触的位置，以降低MTJ中的表面粗糙度。因此，底部电极在宽度上比MTJ的大小延伸地大。结果，底部电极的增加的接触电阻产生高电阻。另外，底部电极的延伸宽度产生增加的面积开销和位单元大小。随着位单元大小减小,与底部金属接触的大小减小且降低制造可靠性。另外，随着位单元大小减小，由于种入和填充底部金属的挑战，电阻增加。增加的电阻导致常规MTJ的敏感度的损耗。因此，需要一种具有较小位单元大小和较低电阻率的MTJ。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，一种磁性隧道结(MTJ)包含底部金属。所述MTJ还包含在所述底部金属上的底部电极。所述MTJ进一步包含在所述底部电极上的材料堆叠。所述材料堆叠小于所述底部电极且与所述底部金属实质上对准。所述MTJ还包含在所述材料堆叠上的顶部电极。根据本专利技术的另一方面，一种用于制造磁性隧道结装置的方法包含将第二绝缘层沉积在底部金属周围和第一绝缘层上。所述方法还包含图案化所述第二绝缘层以暴露所述底部金属。所述方法进一步包含在图案化所述第二绝缘层之后将底部电极沉积在所述底部金属上以覆盖所述底部金属。所述方法还包含平坦化所述底部电极。所述方法进一步包含在平坦化所述底部电极之后将MTJ层沉积在所述底部电极上。根据本专利技术的又一方面，一种用于制造磁性隧道结装置的方法包含将第二绝缘层沉积在底部金属周围和第一绝缘层上。所述方法还包含图案化所述第二绝缘层以暴露所述底部金属。所述方法进一步包含在图案化所述第二绝缘层之后将底部电极沉积在所述底部金属上以覆盖所述底部金属。所述方法还包含平坦化所述底部电极。所述方法进一步包含在平坦化所述底部电极之后将MTJ层沉积在所述底部电极上。根据本专利技术的另一方面，一种磁性隧道结(MTJ)包含底部金属。所述MTJ还包含用于在所述底部金属上耦合的装置。所述MTJ进一步包含在所述耦合装置上的材料堆叠。所述材料堆叠经图案化为小于所述耦合装置的大小，且所述材料堆叠与所述底部金属实质上对准。所述MTJ还包含在所述材料堆叠上的顶部电极。上文已相当广泛地概述了本专利技术的特征和技术优点，以便可更好地理解以下的[具体实施方式]。将在下文中描述本专利技术的额外特征和优点。所属领域的技术人员应了解，本专利技术可容易用作修改或设计用于进行本专利技术的相同目的的其它结构的基础。所属领 域的技术人员还应认识到，此些等效构造不脱离如在附加权利要求书中所阐述的本专利技术的教示。当结合附图进行考虑时，从以下描述将更好地理解被认为是本专利技术的特性的新颖特征(皆关于其组织和操作方法)以及其它目标和优点。然而，应明确地理解，诸图中的每一者仅出于说明和描述的目的而提供，且不希望作为本专利技术的限制的界定。附图说明为了更完整地理解本专利技术，现参考结合随附图式的以下描述。图1A-1H是说明制造根据一个实施例的直接接触的MTJ的横截面图。图2是说明根据一个实施例的具有下层的直接接触的MTJ装置的横截面图。图3是说明根据一个实施例的具有蚀刻止挡层的直接接触的MTJ装置的横截面图。图4是图示可有利地使用本专利技术的实施例的示范性无线通信系统的框图。图5是说明根据一个实施例的用于半导体组件的电路、布局和逻辑设计的设计工作站的电路图。具体实施例方式可将磁性隧道结(MTJ)装置制造成具有用于MTJ的底部电极的大接触开口以允许MTJ与底部金属直接接触。所述大接触开口允许较小位单元大小和较高合格率。较小位单元大小减少包含直接接触的MTJ装置的磁性随机存取存储器(MRAM)装置的总裸片面积。另夕卜，MTJ装置放置在与底部金属实质上对准的底部电极上。放置与底部金属实质上对准的MTJ装置降低接触电阻且增强MTJ装置的敏感度。制造直接接触的MTJ还简化了集成和制造过程以实现较高合格率。图1A-1H是说明制造根据一个实施例的直接接触的MTJ的横截面图。图IA说明在绝缘体沉积和图案化之后的部分完整的MTJ装置。绝缘体104沉积在绝缘体102上。绝缘体102围绕可具有可调整宽度的底部金属122。使用第一掩模图案化绝缘体104以产生开口 140，所述开口 140暴露底部金属122以用于与底部电极124接触。图IB说明根据一个实施例的在底部电极沉积之后的部分完整的MTJ装置。底部电极124沉积在绝缘体104、绝缘体102和底部金属122上，且可为(例如)钽、铜、钨、氮化钽或氮化钽/钽双层。根据一个实施例，如果选择钨或铜用于底部电极124，那么实现较高导电性和较低电阻率。另外，钨和铜比其它导电金属容易平坦化。底部电极124在图IA中经图案化的开口 140中接触底部金属122。在另一实施例中，接触侧壁和底部界面由扩散势垒·覆盖。底部电极124与底部金属122之间的大接触降低了接触电阻。较低电阻改进MTJ装置100的读取与写入过程两者。举例来说，在读取操作期间，敏感度为MTJ装置100的电阻改变除以MTJ装置100的总电阻。降低较大接触的MTJ装置100的总电阻增加电阻改变的相对贡献。另外，在写入操作期间，降低跨越底部金属122与底部电极124的接触的电压降，从而降低用于写入操作的供应电压量。在写入操作期间降低的供应电压增加MTJ装置100的可靠性且减少MTJ装置100的功率消耗。图IC说明根据一个实施例的在底部电极平坦化之后的部分完整的MTJ装置。使 用(例如)化学机械抛光来平坦化底部电极124以从绝缘体104实质上去除底部电极124。另外，底部电极124的平坦化在底部电极124上产生实质上扁平表面以用于MTJ层(尚未图示)。图ID说明在MTJ层沉积之后的部分完整的MTJ装置。MTJ层126可为(例如)铁磁层/隧道势垒层/铁磁层多层堆叠。根据一个实施例，MTJ层126为反铁磁体/合成反铁磁参考层/隧道势垒/自由层(例如，PtMn/CoFe/Ru/CoFeB/MgO/CoFeB) 0另外，可将罩盖层(capping layer)(未图示)放置在MTJ层126上。底部电极124的实质上扁平表面降低MTJ层126的表面粗糙度，且改进MTJ装置100的磁性和电性质。根据一个实施例，MTJ层126在从后段工艺(back-end-of-line，BE0L)设备转移之后沉积在专用MTJ工具中。图IE说明根据一个实施例的在顶部电极层沉积之后的部分完整的MTJ装置。使用第二掩模来图案化MTJ层126。经图案化MTJ层126的位置与底部金属122实质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：升·H·康，李霞，陈维川，李康浩，朱晓春，徐华南，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：