具有集成磁性膜增强电路元件的磁阻随机存取存储器(MRAM)制造技术

一种磁阻随机存取存储器MRAM集成电路包含衬底、磁性隧道结区域、磁性电路元件和集成磁性材料。所述磁性隧道结区域安置在所述衬底上，且包含由隧道势垒绝缘层分隔的第一磁性层和第二磁性层。磁性电路元件区域安置在所述衬底上，且包含多个互连的金属部分。所述集成磁性材料邻近所述多个互连的金属部分而安置在所述衬底上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
所揭示的实施例涉及集成电路。更确切地说，所述实施例涉及具有集成磁性膜增强电路元件的磁阻随机存取存储器(MRAM)以及其形成方法。
技术介绍
电感元件(还称作电磁元件)是利用各种电磁性质且通常用于广泛多种集成电路应用中的一组电路组件。举例来说，变压器用以经由共享磁场将电能从一个电路转移到另一电路。变压器是基于两个原理第一，电流可产生磁场(电磁学)，以及第二，在电线线圈内的改变磁场会跨越线圈两端感应电压(电磁感应)。通过改变一次线圈中的电流,磁场的强度得以改变。由于二次线圈缠绕在同一磁场周围，所以跨越二次线圈得以感应电压。通 过添加负载到二次电路，可使电流在第二电路中流动，因此将能量从一个电路转移到另一电路。图I和2说明简化变压器设计和电路的示意图。在操作中，通过一次线圈的电流产生磁场。一次线圈和二次线圈缠绕在非常高的磁导率的芯(例如铁)周围，此确保由一次电流产生的大部分磁场线在所述铁内且通过二次线圈以及一次线圈。提高变压器效率和减小大小对于电路设计和集成来说是重要的。用于提高效率和减小大小的一种技术是将磁性材料集成到金属匝的任一端上，所述磁性材料例如是磁性膜(例如，铁磁性膜，例如CoFeXoFeB'NiFe等)。磁性膜可增强磁通量密度B，这极大地增加了变压器的磁导率和电动势(EMF)。换句话说，对于变压器的给定EMF，磁性膜的集成可减小变压器的大小和/或改善变压器效率。可通过利用标准CMOS后端工艺步骤来将此些变压器和其它感应元件集成到逻辑/RF CMOS工艺中，所述标准CMOS后端工艺步骤例如是CMOS铸造中的金属沉积、电介质沉积和金属图案化。然而，磁性膜常规地需要更难以实施的先进处理技术。
技术实现思路
示范性实施例针对具有集成磁性膜增强电路元件的磁阻随机存取存储器(MRAM)。在一个实施例中，MRAM集成电路包含衬底、磁性隧道结区域、磁性电路元件和集成磁性材料。所述磁性隧道结区域安置在所述衬底上，且包含由隧道势垒绝缘层分隔的第一磁性层和第二磁性层。所述磁性电路元件区域安置在衬底上，且包含多个互连的金属部分。所述集成磁性材料邻近所述多个互连的金属部分而安置在所述衬底上。在另一实施例中，一种形成MRAM集成电路的方法包含沉积和图案化第一磁性层、隧道势垒绝缘层和第二磁性层以在衬底上形成磁性隧道结区域；沉积和图案化多个互连的金属部分以在衬底上形成磁性电路元件区域；以及邻近多个互连的金属部分在所述衬底上沉积和图案化第一集成磁性材料。在另一实施例中，MRAM集成电路包含衬底、磁性隧道结区域、磁性电路元件和用于集中磁场的第一磁性装置。所述磁性隧道结区域安置在所述衬底上，且包含由隧道势垒绝缘层分隔的第一磁性层和第二磁性层。所述磁性电路元件区域安置在衬底上，且包含多个互连的金属部分。第一磁性装置邻近多个互连的金属部分而安置在所述衬底上。在另一实施例中，一种形成磁阻随机存取存储器集成电路的方法包含用于提供衬底的步骤；用于沉积和图案化第一磁性层、隧道势垒绝缘层和第二磁性层以在衬底上形成磁性隧道结区域的步骤；用于沉积和图案化多个互连的金属部分以在衬底上形成磁性电路元件区域的步骤；以及用于邻近多个互连的金属部分在所述衬底上沉积和图案化第一集成磁性材料的步骤。附图说明呈现附图以帮助描述实施例，且提供附图只是为了说明实施例而非对其加以限制。 图I是常规变压器的透视示意图。图2是常规变压器电路的示意图。图3说明给定磁阻随机存取存储器(MRAM)阵列的磁性隧道结(MTJ)存储元件。图4说明包含带有共享磁性层的实例MRAM阵列区域、电感器区域和变压器区域的集成电路。图5说明包含带有共享磁性层以及第二集成磁性层的实例MRAM阵列区域、电感器区域和变压器区域的集成电路。图6说明包含带有共享下部磁性层的实例MRAM阵列区域、电感器区域和变压器区域的集成电路。图7说明包含带有共享下部磁性层以及第二上部磁性层的实例MRAM阵列区域、电感器区域和变压器区域的集成电路。图8说明包含带有单独下部集成磁性层的实例MRAM阵列区域、电感器区域和变压器区域的集成电路。图9说明包含带有单独上部集成磁性层的实例MRAM阵列区域、电感器区域和变压器区域的集成电路。图10说明包含带有上部和下部集成磁性层两者的实例MRAM阵列区域、电感器区域和变压器区域的集成电路。图11是包含实例MRAM阵列区域电感器区域和变压器区域的集成电路的俯视图。图12是包含实例MRAM阵列区域、电感器区域和变压器区域的集成电路的俯视图，其中每一集成磁性膜形成为以条形图案布置的一系列磁条。图13是包含实例MRAM阵列区域、电感器区域和变压器区域的集成电路的俯视图，其中每一集成磁性膜形成为以方格图案布置的一系列磁条。图14是包含实例MRAM阵列区域、电感器区域和变压器区域的集成电路的俯视图，其中每一集成磁性膜形成为以部分交错、方格图案布置的一系列磁条。图15是包含实例MRAM阵列区域、电感器区域和变压器区域的集成电路的俯视图，其中每一集成磁性膜形成为以完全交错、方格图案布置的一系列磁条。图16说明形成具有集成磁性膜增强电路元件的MRAM装置的示范性方法。具体实施例方式在以下描述和针对此些实施例的相关附图中揭示所述实施例的方面。可在未偏离本专利技术的范畴的情况下设计替代实施例。另外，实施例中所使用和应用的众所周知的元件将不再详细描述或将省略，以免混淆相关细节。本文使用词“示范性”来意指“用作实例、例子或说明”。不必将本文中描述为“示范性”的任何实施例解释为比其它实施例优选或有利。同样，术语“实施例”并不要求所有实施例包含所论述的特征、优点或操作模式。本文所使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，且并不希望限制本专利技术。在本文中使用时，单数形式“一”和“所述”既定也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”在本文中使用时指定所陈述的特征、整数、块、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整数、块、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。如背景中所论述，磁性膜(例如,铁磁性膜,例如CoFe、CoFeB, NiFe等)可有利地 与例如电感器、变压器等的磁性电路元件集成。举例来说，由于变压器的EMF与磁通量密度B、匝数N和横截面a成正比，且磁通量密度B与磁导率成正比，所以磁导率可通过邻近变压器金属部分实施磁性材料(例如磁性膜)来集中磁场而增加。变压器的EMF也可增加相同或类似的量。因此，对于变压器的给定EMF，例如实施例所提供的集成磁性膜可减小变压器的大小和/或增加变压器效率。然而，磁性膜常规地需要比更一般CMOS处理组件更难以实施的先进处理技术。所揭示实施例认识到磁性膜可在用使得能够共享联合制造工艺(例如，磁性材料沉积、磁性退火、磁性膜图案化等)的方式与其它磁性装置(例如，磁阻随机存取存储器(MRAM))集成的情况下更有效地形成。MRAM是利用磁性隧道结(MTJ)的一种类型的非易失性计算机存储器，所述磁性隧道结(MTJ)包括两个铁磁性膜或板，由薄的绝缘层分隔以形成磁性存储元件。将认识到，磁性材料可以是任何合适材料、材料的组合、或展现磁性性质的合金，例如包含CoFe、CoFeB、NiFe等的铁磁材料或铁磁薄膜。通过与磁性膜集成本文档来自技高网...

【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：李霞，升·H·康，朱晓春，李康浩，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：
国别省市：