[發明專利]自旋力矩轉移磁性隧道結架構和集成

無效

• 申請號: 200980113890.4
• 申請日: 2009-04-20
• 公開（公告）號: CN102017208A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 升·H·康;李霞;顧時群;李康浩;朱曉春
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L27/22;H01L43/12
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 宋獻濤

相關申請案的交叉參考

本申請案主張由Seung?H.Kang等人在2008年4月21日申請的標題為“STT?MRAM磁性隧道結架構和集成(STT?MRAM?MAGNETIC?TUNNEL?JUNCTIONARCHITECTURE?AND?INTEGRATION)”的第61/046,520號美國臨時專利申請案的權益。

技術領域

本發明涉及集成電子電路，且具體來說，涉及磁性隨機存取存儲器(MRAM)和與標準集成電路集成的方法。

背景技術

與常規隨機存取存儲器(RAM)芯片技術不同，在磁性RAM(MRAM)中，數據不存儲為電荷，而是改為通過存儲元件的磁性極化而存儲。所述元件由兩個磁性極化板形成，所述兩個磁性極化板中的每一者可維持由薄絕緣層分隔的磁性極化場，其一起形成磁性隧道結(MTJ)。兩個板中的一者是設定為特定極性的永久磁體(下文中為“固定層”)；另一板(下文中為“自由磁化層”或“自由層”)的極化將改變以匹配足夠強的外部場的極化。可從這些“單元”的柵格建置存儲器裝置。

通過測量單元的MTJ的電阻來實現讀取MRAM單元的極化狀態。通過向將來自供電線的電流經由MTJ切換到接地的相關聯晶體管供電而以常規方式選擇特定單元。歸因于隧道磁阻效應，單元的電阻歸因于MTJ的兩個磁性層中的極化的相對定向而改變。通過測量所得電流，可確定任何特定單元內部的電阻，且從此可確定自由可寫層的極性。如果兩個層具有相同極化，則認為此意味狀態“0”，且電阻是“低”的，而如果兩個層具有相反的極化，則電阻將為較高的且此意味狀態“1”。

使用多種技術將數據寫入到單元。在常規MRAM中，外部磁場由接近于所述單元的導線中的電流提供，其足夠強以對準自由層。自旋轉移力矩(STT)MRAM使用自旋對準(“極化”)電子來直接扭轉自由層的磁疇。具體來說，此種經極化電子通過施加足夠的力矩以重新對準(例如，反轉)自由層的磁化而流入到自由層中。

存儲器系統成本的一個重要決定因素是組件的密度。每一單元的較小組件和較少組件使得較多單元能夠封裝于單一芯片上，其又意味著更多芯片可從單一半導體晶片同時產生且以較低成本和改進的良率進行制造。然而，將集成電路縮放到較高裝置間距密度在制造此類裝置的多個層時增大對掩模對齊的關鍵尺寸的需求。

另外，制造工藝流程影響成本。制造MRAM的常規過程是復雜的，從而需要許多掩模僅專用于制造磁性隧道結(MTJ)結構。因此，需要用于MRAM制造的改進方法，尤其在制造過程可在放寬的掩模對齊要求的情況下集成到常規半導體BEOL(后段工藝)工藝流程中時。

發明內容

揭示一種磁性隨機存取存儲器(MRAM)裝置和一種將MRAM裝置的制造過程集成到標準后段工藝(BEOL)集成電路制造中的方法。

在一方面中，一種用于磁性隨機存取存儲器(MRAM)裝置的磁性隧道結(MTJ)裝置包括具有第一金屬互連的襯底；以及形成于襯底上的第一電介質鈍化阻擋層。第一電介質鈍化阻擋層具有用第一掩模圖案形成以暴露第一金屬互連的第一接觸通路。所述裝置還包括形成于第一電介質鈍化阻擋層和第一接觸通路上的第一電極層、形成于第一電極層上的固定磁化層、形成于固定磁化層上的隧道阻擋層，和形成于隧道阻擋層上的自由磁化層。第一電極層與第一金屬互連連通。所述裝置還包括形成于自由磁化層上的第二電極層。至少所述第二電極層和所述自由磁化層具有基于第二掩模圖案的形狀且定位于第一接觸通路上方。所述裝置進一步包括形成于固定磁化層上和隧道阻擋層、自由磁化層和第二電極層周圍的第二電介質鈍化阻擋層。所述第二電介質鈍化阻擋層僅部分地覆蓋第二電極層。第二電介質鈍化阻擋層和固定磁化層的至少一第一部分具有基于第三掩模圖案的形狀。