[發明專利]自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器裝置及其制造方法

在審

• 申請號: 202010417000.7
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN112103387A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: A.J.安農齊亞塔;B.B.多里斯;E.J.奧蘇里范
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王蕊瑞

提供了一種自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT?MRAM)裝置。STT?MRAM裝置包括基板，電介質層和磁性隧道結(MTJ)堆疊體。基板包括導體和著陸墊。MTJ堆疊體包括參考層元件、自由層組件和阻擋層元件。參考層元件襯有再沉積的金屬，且設置在電介質層內的著陸墊上。自由層組件包括自由層元件、設置在自由層元件上的硬掩模層元件、襯在自由層和硬掩模層元件的側壁上的再沉積的金屬、以及襯在再沉積的金屬上的介電材料。阻擋層元件插設在參考層元件和自由層組件之間并且具有與參考層元件和自由層組件相同的寬度。

技術領域

本發明總體上涉及半導體裝置的制造方法及其得到的結構。更具體地，本發明涉及使用平坦化的膜減少磁性隧道結(MTJ)中的短路的結構和方法。

背景技術

電荷載流子(諸如電子)具有已知為自旋的性質，該性質是載流子固有的少量角動量。雖然電流通常是非極化的，但是自旋極化的電流是具有任一自旋的更多電子的電流。自旋轉移矩是可以使用自旋極化的電流修改MTJ中磁性層取向的效果。更具體地說，通過使電流流過MTJ的厚磁性層(通常稱為“固定層”)，可以產生自旋極化的電流。如果將該自旋極化的電流引導到MTJ的第二個更薄的磁性層(“自由層”)中，則角動量可以傳遞到該層，從而改變其取向。該效應可以用于激發振蕩，或者甚至翻轉磁體的取向。

在特定情況下，自旋轉移矩可以用于翻轉磁性隨機存取存儲器(MRAM)中的有源元件，從而形成自旋轉移矩磁性隨機存取存儲器(STT-RAM或STT-MRAM)，這是具有接近零的泄漏功耗的非易失性存儲器。

發明內容

本發明的實施例針對自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)裝置。STT-MRAM裝置的非限制性示例包括基板、電介質層和磁性隧道結(MTJ)堆疊體。基板包括導體和著陸墊。MTJ堆疊體包括參考層元件、自由層組件和阻擋層元件。參考層元件襯有再沉積的金屬，且設置在電介質層內的著陸墊上。自由層組件包括自由層元件，設置在自由層元件上的硬掩模層元件，襯在自由層和硬掩模層元件的側壁上的再沉積的金屬以及襯在再沉積的金屬上的介電材料。阻擋層元件插設在參考層元件和自由層組件之間并且具有與參考層元件和自由層組件相同的寬度。

本發明的實施例針對一種自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)裝置的制造方法。該方法的非限制性示例包括：將包括參考層、阻擋層、自由層和硬掩模層的初始堆疊體蝕刻到在自由層的最下表面處或下方的蝕刻停止層以形成由自由層和硬掩模層的剩余部分的二級堆疊體。該方法的非限制性示例還包括：將介電材料沉積到蝕刻停止層和襯在二級堆疊體上的再沉積的金屬上；以及蝕刻介電材料以及阻擋層和參考層以形成三級堆疊體，其由二級堆疊體、再沉積的金屬、以及介電材料以及阻擋層和參考層的剩余部分構成。此外，該方法的非限制性示例包括使電介質層與三級堆疊體中參考層的剩余部分的最上表面共平面，以及成角度地蝕刻電介質層上方的襯在三級堆疊體上的再沉積的金屬和三級堆疊體中介電材料的剩余部分。

本發明的實施例針對一種自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)裝置的制造方法。該方法的非限制性示例包括：初始蝕刻磁性隧道結(MTJ)堆疊體；在MTJ堆疊體的阻擋層材料處停止初始蝕刻以部分圖案化MTJ；在MTJ的側壁上形成電介質間隔體；蝕刻到底部接觸件以繼續用電介質間隔體對MTJ進行圖案化；在MTJ的參考層材料周圍形成電介質膜；以及進行成角度的蝕刻以從阻擋層材料中修整和清除再沉積的金屬。

通過本發明的技術實現了附加的技術特征和優點。本文中詳細描述了本發明的實施例和方面，并且將其視為所要求保護的主題的一部分。為了更好地理解，請參考詳細說明和附圖。

附圖說明

在說明書的總結部分處，在權利要求書中特別指出并明確要求保護本文所描述的專有權的細節。通過下面結合附圖的詳細描述，本發明的實施例的上述和其他特征和優點將變得更加明顯，其中：

圖1是圖示根據本發明的實施例的STT-MRAM裝置的制造方法的流程圖；