專利名稱：存儲(chǔ)單元構(gòu)件及生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有磁阻存儲(chǔ)部件的存儲(chǔ)單元構(gòu)件及其生產(chǎn)方法。
由于MRAM存儲(chǔ)部件的分層結(jié)構(gòu)，就可以對(duì)GMR存儲(chǔ)部件與TMR存儲(chǔ)部件之間的性能作出區(qū)別。GMR存儲(chǔ)部件至少有兩個(gè)鐵磁層以及設(shè)于它們之間的一個(gè)非磁的導(dǎo)電層，因此，GMR存儲(chǔ)部件以具有CMR效應(yīng)(GMR大磁阻)而著稱，其中，GMR存儲(chǔ)部件的電阻取決于這個(gè)鐵磁體層中的磁化是平行的還是非平行的。
TMR存儲(chǔ)部件(TMR隧道磁阻)至少有兩個(gè)鐵磁體層以及設(shè)于它們之間的一個(gè)絕緣的非磁性層。該絕緣層設(shè)計(jì)得非常之薄，因而在兩個(gè)鐵磁體層之間能生成隧道電流。這兩個(gè)鐵磁體層具有磁阻效應(yīng)，是由通過(guò)設(shè)于這兩個(gè)鐵磁體層之間的絕緣的非磁性層的自旋極化隧道電流生成的。TMR存儲(chǔ)元件的電阻取決于這兩個(gè)鐵磁體層的磁化是平行的還是非平行的。


圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的MRAM存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)單元陣列。該單元陣列有大量金屬的寫入/讀出線或曰字線與位線，這些字線與位線排列在各自的上方并相互垂直，在處于相互交跨并且導(dǎo)電連接的兩條寫入/讀出線之間的每個(gè)位之中有磁阻存儲(chǔ)元件。信號(hào)被送至字線或位線，由于電流在其中流過(guò)，給出足夠的場(chǎng)強(qiáng)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)使存儲(chǔ)部件感應(yīng)。與DRAM存儲(chǔ)器相比，這些MRAM存儲(chǔ)器的特色是各個(gè)存儲(chǔ)部件不要求選擇晶體管，卻可直接與字線及位線連接。MRAM存儲(chǔ)器(MRAM磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)是存儲(chǔ)密度或存儲(chǔ)器量非常高的永久可讀性的存儲(chǔ)器，這是通過(guò)使大量的單元陣列，即大量的存儲(chǔ)部件層片相互在各層的上面堆棧而實(shí)現(xiàn)的。
德國(guó)專利申請(qǐng)199 085 18.8描述了一個(gè)MRAM存儲(chǔ)單元構(gòu)件及其生產(chǎn)方法。
圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這種類型的存儲(chǔ)單元構(gòu)件的橫截面圖。該MRAM存儲(chǔ)器具有一個(gè)單元陣列和用于與存儲(chǔ)在于該單元陣列中的存儲(chǔ)部件連接的一個(gè)連接區(qū)或外圍區(qū)。存儲(chǔ)單元陣列中的磁阻存儲(chǔ)元件，例如TMR存儲(chǔ)元件，以網(wǎng)格的形式分布在一個(gè)平面內(nèi)并置入設(shè)置在第一連接線KL1與第二連接線KL2之間。第一連接線KL1布設(shè)在介質(zhì)層如用二氧化硅制成的層中。第二連接線KL2同樣布設(shè)在一個(gè)介質(zhì)層如用二氧化硅制成的層中。由于有一個(gè)氧化層，存儲(chǔ)元件相互間也是電絕緣的。這層氧化物直接與下面的連接線KL1連接。在圖2所繪的MRAM存儲(chǔ)器中，連接線實(shí)質(zhì)上是銅的。
連接是由通過(guò)連接區(qū)中的連接孔的連接線實(shí)現(xiàn)的。連接孔通過(guò)金屬的通孔與連接線KL1及KL2連接。用金屬制成的通孔有一個(gè)用TaN/Ta制成的中間層或套筒，用作連接層和擴(kuò)展阻擋器。連接線KL1與KL2也有這種類型的TaN/Ta層或套筒。而且，連接線KL1在其下面上有一個(gè)氮化硅層，起到銅制連接線KL1對(duì)于其下面的氧化物層的擴(kuò)散阻擋層的作用。
但是，根據(jù)在圖2中繪出的現(xiàn)行技術(shù)的MRAM存儲(chǔ)器有多個(gè)缺陷。連接線KL1并未被擴(kuò)散層完全包裹或密封。銅制的連接線KL1處于與由其上的氧化物形成的金屬互化介質(zhì)的直接接觸中。因此，銅能夠擴(kuò)散到金屬互化介質(zhì)中。銅向金屬互化介質(zhì)或氧化層的擴(kuò)散使介質(zhì)層退化并使該介質(zhì)層的導(dǎo)電性上升。而且，銅原子橫向擴(kuò)散到存儲(chǔ)元件中并且存儲(chǔ)元件中的原子成分(如Fe，Co，Ni)從存儲(chǔ)元件中擴(kuò)散出來(lái)而進(jìn)入金屬互化介質(zhì)。這會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)器的漂移，并且在最嚴(yán)重的情況下使MRAM存儲(chǔ)器完全失效。
圖3示出了在圖2中給出的常規(guī)MRAM存儲(chǔ)器的單元陣列中的存儲(chǔ)元件的放大圖。如一個(gè)TMR存儲(chǔ)元件，該磁阻存儲(chǔ)元件包括由一個(gè)絕緣層相互隔開的至少兩個(gè)鐵磁體層(FM)。而且，存在一個(gè)鉭層，用于與兩根連接線KL1與KL2連接。該鉭層的鉭(Ta)在鐵磁體層(FM)與用銅制成的連接線KL之間形成擴(kuò)散阻擋層。
但是，對(duì)于該常規(guī)的存儲(chǔ)單元構(gòu)件而言，一個(gè)缺點(diǎn)是，存儲(chǔ)元件邊緣的鐵磁體層FM與銅制的第一連接線KL1相互之間僅由一個(gè)介質(zhì)氧化物層隔離。鐵磁體層含有Fe，Ni，Co，Mn，Gd，以及/或者Dy，并且通常其厚度為2nm至20nm。兩個(gè)與存儲(chǔ)元件連接的鉭層也比較薄，因此兩個(gè)鐵氧體層與連接線KL1及KL2之間的距離就比較短。金屬互化介質(zhì)由二氧化硅組成，不會(huì)對(duì)擴(kuò)散到鐵磁體層中的銅形成擴(kuò)散阻擋層，也不會(huì)對(duì)從鐵磁體層(FM)擴(kuò)散到金屬互化介質(zhì)以及連接線KL1與KL2的鐵，鎳，鈷，鉻，錳，釓或鏑形成擴(kuò)散阻擋層。因此，存儲(chǔ)元件會(huì)由于銅向其中擴(kuò)散而嚴(yán)重退化。銅的擴(kuò)散導(dǎo)致存儲(chǔ)元件的磁阻效應(yīng)以及開關(guān)性能的變化。在存儲(chǔ)器生產(chǎn)期間出現(xiàn)的250至450℃的加工溫度下，由二氧化硅制成并且其中埋置著存儲(chǔ)元件的金屬互化介質(zhì)既不會(huì)對(duì)銅也不會(huì)對(duì)存儲(chǔ)元件中存在的鐵磁性成分形成有效的擴(kuò)散阻擋層。
本發(fā)明提供了一種存儲(chǔ)單元構(gòu)件，具有至少一個(gè)磁阻元件層的存儲(chǔ)單元陣列，每個(gè)存儲(chǔ)元件層與第一連接線連接，第一連接線布設(shè)在第一介質(zhì)層中，并且每個(gè)存儲(chǔ)單元層均與第二連接線連接，第二連接線布設(shè)在第二介質(zhì)層中，在存儲(chǔ)單元構(gòu)件中，在第一連接線，第二介質(zhì)層與存儲(chǔ)元件間有一個(gè)擴(kuò)散阻擋層。
更可取的是，存儲(chǔ)元件是TMR存儲(chǔ)元件，每個(gè)元件有兩個(gè)鐵磁性層，并且在這兩個(gè)鐵磁性層之間有一個(gè)絕緣的非磁性層。
在本發(fā)明的存儲(chǔ)單元構(gòu)件的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，存儲(chǔ)元件是GMR存儲(chǔ)元件，每個(gè)元件有兩個(gè)鐵磁性物質(zhì)層，并且在這兩個(gè)鐵磁性層之間布設(shè)一個(gè)導(dǎo)電的，非磁性層。
更可取的是，每個(gè)存儲(chǔ)元件均穿過(guò)連接擴(kuò)散阻擋層與連接線連接。
更可取的是連接擴(kuò)散阻擋層用鉭制成。
更可取的是，設(shè)于第一連接線與第二介質(zhì)層之間的擴(kuò)散阻擋層還阻止存儲(chǔ)元件層與第一連接線之間的相互擴(kuò)散。
在根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)單元構(gòu)件的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)于基片上的第一連接線通過(guò)第二擴(kuò)散阻擋層的第三介質(zhì)層隔開。
在根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)構(gòu)件的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，擴(kuò)散阻擋層由氮化硅制成。
最為可取的是，連接線實(shí)際上是銅的。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，介質(zhì)層由二氧化硅制成。
本發(fā)明還提供了用于生產(chǎn)存儲(chǔ)單元構(gòu)件的方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體基片的存儲(chǔ)單元陣列中的第一介質(zhì)層中進(jìn)行第一連接線的淀積與成圖，在存儲(chǔ)單元陣列中進(jìn)行磁阻存儲(chǔ)元件的淀積與成圖，在存儲(chǔ)單元陣列中進(jìn)行擴(kuò)散阻擋層的淀積與成圖，在存儲(chǔ)單元陣列的第二介質(zhì)層中進(jìn)行第二連接線的淀積與成圖。
最好是硅基片的半導(dǎo)體基片1含有CMOS型或雙極型(FEOL)集成電路，如果合適，還有一、兩個(gè)連線平面。為了與置于半導(dǎo)體基片1中的電路連接，在二氧化硅層4中形成一個(gè)帶有套桶層3的通孔或通路孔2，二氧化硅層4復(fù)蓋著半導(dǎo)體基片1。第一氮化硅層5的作用就像在金屬互化介質(zhì)6的活性離子腐蝕(RIE)期間在其上的腐蝕終止層并用作擴(kuò)散阻擋層。金屬互化介質(zhì)6由二氧化硅制成。所提供的另一個(gè)氮化硅層7用于連續(xù)波紋腐蝕(sub-sequent Damascene etch)的腐蝕終止。氮化硅層7被連接區(qū)中的抗蝕掩模8復(fù)蓋，并且是在光刻工序之后進(jìn)行的，在存儲(chǔ)單元陣列中氮化硅層7與二氧化硅層6通過(guò)活性離子腐蝕RIE腐蝕掉，氮化硅層5用作腐蝕終止層。對(duì)于下面的氮化硅層5，腐蝕是各向異性地，有選擇地進(jìn)行的。
接著，用PVD(物理蒸發(fā)淀積)工藝淀積由Ta/TaN制成的套筒層9。首先淀積一個(gè)TaN層，然后是Ta層，以形成一個(gè)Ta/TaN雙層。圖4c示出了最后形成的工藝狀態(tài)。
在另一道加工工序中，用PVD來(lái)淀積銅。由于只有分立的，小于1的低高寬比的波紋(Damascene)溝道被用于本發(fā)明的MRAM存儲(chǔ)單元構(gòu)件，因此一次PVD處理就足以填充這些溝道。高寬比表示一條溝道的高度與寬度之比。在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，用到了電鍍。接著，對(duì)形成用于與存儲(chǔ)元件連接的第一連接線的淀積銅10進(jìn)行精整，以便增大物理密度。在實(shí)施連續(xù)的化學(xué)機(jī)械工藝步驟CMP之前，為消除對(duì)銅的削弱作用，即消除細(xì)小空洞的聚集，這是必要的，否則，就會(huì)對(duì)拋光的銅表面的質(zhì)量以及TMR存儲(chǔ)元件的質(zhì)量有不利的影響。在連續(xù)的化學(xué)機(jī)械拋光工序(CMP化學(xué)機(jī)械拋光)中，氮化硅層7上敷設(shè)的過(guò)量的銅及套筒層被去除。圖4d示出了最后的結(jié)果狀態(tài)。用于去掉銅與含有Ta/TaN的套筒材料的多階段的化工機(jī)械拋光工序CMP由氮化硅層7來(lái)終止。銅層10的經(jīng)過(guò)拋光的銅表面的粗糙度最好不要超過(guò)4至8埃(Angstrom)。
在下一工序中，存儲(chǔ)器構(gòu)件層，如鉭制的連接擴(kuò)散阻擋層，是在整個(gè)表面上淀積的。圖4e示出了加工結(jié)果狀況。淀積應(yīng)在各獨(dú)自的淀積操作之間沒(méi)有換氣的真空系統(tǒng)中進(jìn)行，即PVD或IBB，在圖4e中，所用的五個(gè)存儲(chǔ)器層片用參照符11a至11e表示。
然后，利用PECVD工藝在分為5層的存儲(chǔ)元件層11a至11e上淀積二氧化硅層12，以便生成一個(gè)硬模，用于后續(xù)的存儲(chǔ)元件成圖。該硬模的厚度近于其下面的5層的存儲(chǔ)元件層厚度的二至三倍。利用耐蝕掩模13對(duì)該二氧化硅制成的硬模12進(jìn)行腐蝕。有了硬模12，就能夠在TMR存儲(chǔ)元件上形成更陡的側(cè)面，以便后續(xù)的隔離層腐蝕，就能夠用氮化硅完全填充TMR間隙，就能夠完全地用擴(kuò)展阻擋層密封存儲(chǔ)元件，并在銅的內(nèi)部連接被暴露之前利用O2等離子體去除耐蝕層，即避免銅的內(nèi)部連接的氧化。在硬模12的腐蝕進(jìn)行之后，耐蝕層13被分解或消除。最后，進(jìn)行RIE腐蝕，以便有選擇地對(duì)該硬模進(jìn)行多層的存儲(chǔ)元件成圖。圖4g示出了最后的加工狀況。
最后，通過(guò)PE-CVD進(jìn)行氮化硅的淀積，其厚度足以完全填充存儲(chǔ)元件11a至11e之間的空隙。圖4h示出了所淀積的氮化硅14。
在另一道工序中，根據(jù)二氧化硅與銅，對(duì)淀積的氮化硅非均勻地并有選擇地進(jìn)行腐蝕，以便形成隔離層15。在根據(jù)第一工藝變型制作的存儲(chǔ)單元構(gòu)件中，隔離層15接著建立擴(kuò)散阻擋層。接近50nm厚的另一氮化硅層16被淀積在圖4i中所示的結(jié)果結(jié)構(gòu)上，作為對(duì)波紋腐蝕的腐蝕終止層。氮化硅層16被另一二氧化硅層17復(fù)蓋，層17要進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。圖4j示出了結(jié)果結(jié)構(gòu)。
接下來(lái)進(jìn)行非均勻腐蝕，這一腐蝕是根據(jù)氮化硅而有選擇的，是利用等離子腐蝕而對(duì)二氧化硅層17進(jìn)行的。要用到光刻膠掩模。光刻膠掩模18事后要被消除或剝?nèi)ァ?br> 在另一工序中，二氧化硅與銅通過(guò)溫和的低能工藝對(duì)氮化硅層16有選擇地進(jìn)行腐蝕，以便把回濺到二氧化硅腐蝕側(cè)面上的銅降至最少。圖41示出結(jié)果加工狀況。
在另一腐蝕工序中，敷設(shè)在存儲(chǔ)元件上的二氧化硅層12被腐蝕掉，最為可取的是以不均勻的方式進(jìn)行腐蝕。這一內(nèi)腐蝕是一種自對(duì)準(zhǔn)腐蝕，即只在存儲(chǔ)元件11所處的位置進(jìn)行腐蝕。內(nèi)腐蝕導(dǎo)致相對(duì)于存儲(chǔ)元件11的自對(duì)準(zhǔn)連接表面的形成。圖4m示出了結(jié)果工藝狀況。所獲的波紋(Damaecene)結(jié)構(gòu)根據(jù)PVD工藝Ta/TaN套筒層19以及足夠厚的銅層20來(lái)填充。然后對(duì)淀積銅進(jìn)行精整以便增大物理密度。圖4n示出了該結(jié)果結(jié)構(gòu)。
最后，淀積的銅與淀積套筒層通過(guò)兩個(gè)階段的化學(xué)機(jī)械拋光工序(CMP)被局部地去除，獲得如圖4o中所示的結(jié)構(gòu)。
圖4p示出了通過(guò)第一工藝變型所生產(chǎn)的存儲(chǔ)單元陣列中的存儲(chǔ)元件11的詳圖。存儲(chǔ)部件11包括兩個(gè)鐵磁體層11b，11d，由敷設(shè)在它們之間的一個(gè)絕緣的、非磁性層11c隔開。在由銅組成的第一連接線10與由銅組成的第二連接線20之間有用鉭制成的連接擴(kuò)散阻擋層11a，11f，并且布設(shè)在套筒層19，和TMR存儲(chǔ)部件中。具有連接擴(kuò)散阻擋層11a，11f的TMR存儲(chǔ)部件11完全被由氮化硅制成的擴(kuò)散阻擋層15包裹。而且，擴(kuò)展阻擋層15把由銅制成的連接線10與由二氧化硅制成的金屬互化介質(zhì)17隔開。擴(kuò)展阻擋層抑止銅向金屬互化介質(zhì)17的擴(kuò)散。而且，擴(kuò)散阻擋層15抑止存儲(chǔ)部件11的鐵磁性層11b，11c與第一連接線10之間的相互擴(kuò)散。因此，由于擴(kuò)散引起的金屬互化介質(zhì)17的衰退與存儲(chǔ)部件11的衰退均被擴(kuò)散阻擋層15防止。
圖4p示出了存儲(chǔ)部件的最簡(jiǎn)單的層片結(jié)構(gòu)。用于優(yōu)化與穩(wěn)定磁性的其他輔助層未示出。
圖4o中所示的存儲(chǔ)單元構(gòu)件僅為一個(gè)單層的結(jié)構(gòu)。然而，對(duì)于多層的存儲(chǔ)部件11而言，利用接下來(lái)的工序把一個(gè)層片置于另一層片的上面是可行的，因此在MRAM存儲(chǔ)器中可以實(shí)現(xiàn)高存儲(chǔ)容量。對(duì)于這種類型的多層的存儲(chǔ)單元陣列，可以借助于波紋多層連接來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。
正如從圖4n中所能見到的，第一連接線10被擴(kuò)散阻擋層5，9，15完全密封。由氮化硅制成的擴(kuò)散阻擋層5與由TaNiTa制成的阻擋層9防止了銅向它們下面的二氧化硅介質(zhì)層4的擴(kuò)散。擴(kuò)散阻擋層15防止銅向存儲(chǔ)部件11的擴(kuò)散以及向上面的介質(zhì)層17的擴(kuò)散，即向存儲(chǔ)單元陣列的該區(qū)中的金屬互化介質(zhì)的擴(kuò)散。電氣接觸是由穿過(guò)貫通接觸器的第一連接線10作出的。第二連接線20是通過(guò)包裹貫通接觸器(未示出)的貫通連接線經(jīng)由金屬連線而實(shí)現(xiàn)電氣連接的。
圖5a至g示出用于生產(chǎn)本發(fā)明的存儲(chǔ)單元構(gòu)件的另一工藝變型。一開始的工序是象在圖4中所示的第一生產(chǎn)變型中所展示的那樣進(jìn)行的。圖5a至e與第一工藝變型的圖4a至e對(duì)應(yīng)。
正如在圖5f中所示，在第二工藝變型中，存儲(chǔ)部件層11a-11e在被采用之后通過(guò)利用光刻膠掩模21進(jìn)行腐蝕的方式進(jìn)行成圖。然后掩模21以剝離的方式被消除。圖5g示出了得到的工藝狀況。
接著，正如能在圖5h中見到的那樣，氮化硅層22和二氧化硅層23在圖5g中所示的結(jié)構(gòu)上淀積。
然后兩個(gè)淀積層22與23進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光工序，于是形成在圖5j中所示的結(jié)構(gòu)。
然后，存儲(chǔ)單元陣列被抗腐蝕掩模24復(fù)蓋，并且氮化硅層22通過(guò)在存儲(chǔ)器外圍區(qū)或連接區(qū)進(jìn)行的RIE腐蝕而被消除。所獲結(jié)果即為圖5k中所示的結(jié)構(gòu)。
光刻膠掩模被消除并且進(jìn)行清潔工序之后，首先，通過(guò)PECVD來(lái)淀積氮化硅層25和二氧化硅層26。利用化學(xué)機(jī)械拋光CMP對(duì)包裹的二氧化硅層26進(jìn)行平整，獲得圖5L中所示的結(jié)構(gòu)。
接著，將光刻膠掩模27施于二氧化硅層26之上進(jìn)行成圖。所獲即為圖5m中所示的結(jié)構(gòu)。
在另一工序中，根據(jù)氮化硅與鉭對(duì)二氧化硅層26有選擇地進(jìn)行腐蝕。圖5n示出了所獲的構(gòu)件。
最后，光刻膠掩模27被再次消除，并且氮化硅層25根據(jù)二氧化硅鉭與銅，在暴露區(qū)中通過(guò)RIE腐蝕法被有選擇地消除。結(jié)果，存儲(chǔ)單元陣列中的存儲(chǔ)部件11以及用于連接線10的連接端子得以暴露。圖5o中所示的結(jié)構(gòu)首先用套筒層28然后用銅層29通過(guò)PVD工藝加以復(fù)蓋。然后對(duì)銅層29另以精整。圖5p示出了所獲的結(jié)構(gòu)。
在另一工序中，利用終止于套筒層28的化學(xué)機(jī)械拋光工序CMP將過(guò)量的銅清除。最后，利用終止于二氧化硅層17的另一化學(xué)機(jī)械拋光工序CMP將套筒層28消除，獲得圖5q中所示的結(jié)構(gòu)。
正如在圖5q中所能見到的，第一連接線10通過(guò)由氮化硅組成的擴(kuò)散阻擋層22與由二氧化硅組成的金屬互化物介質(zhì)27隔離，因此，銅就不會(huì)向介質(zhì)27擴(kuò)散。而且，擴(kuò)散阻擋層22防止了各存儲(chǔ)部件層11與連接線10之間的相互擴(kuò)散。
圖6a至n示出了用于生產(chǎn)本發(fā)明的存儲(chǔ)單元構(gòu)件的第三工藝變型。一開始的各道工序與在圖4和5中所示的繪出的兩項(xiàng)工藝對(duì)應(yīng)。圖6a于f與已經(jīng)加以描述的這兩個(gè)工藝變型的圖4a至e與圖5a至e對(duì)應(yīng)。圖6g和h與已在圖5f和g中示出的第二工藝變型的工序?qū)?yīng)。
正如在圖6i中所能見到的，在用于生產(chǎn)本發(fā)明的存儲(chǔ)單元構(gòu)件的第三工藝變型中，在已成圖存儲(chǔ)部件11上淀積一個(gè)二氧化硅層，然后在不用光掩模的情況下利用不均勻腐蝕工序進(jìn)行深腐蝕，以形成包裹存儲(chǔ)部件11的空隙30。
氮化硅層31的淀積在另一工序中進(jìn)行，獲得如圖6j中所示的結(jié)構(gòu)。
接著，二氧化硅層32被淀積并經(jīng)歷化學(xué)機(jī)械拋光，獲得圖6L中繪出的結(jié)構(gòu)。
光掩模33被用于平滑的二氧化硅層32上，并且二氧化硅層32通過(guò)光掩模33被有選擇地腐蝕。接著光刻膠掩模33被消除。最后，在另一腐蝕工序中，根據(jù)二氧化硅和銅，有選擇地進(jìn)行氮化硅腐蝕，獲得圖6n中所示的結(jié)構(gòu)。
最后，通過(guò)濺射的方式用一個(gè)含Ta/TaN的套筒雙層將該結(jié)構(gòu)復(fù)蓋，接著用銅復(fù)蓋該套筒雙層，然后對(duì)銅進(jìn)行精整。最后，銅層35及其下面的套筒層34通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光加以清除，獲得圖6p中所示的結(jié)構(gòu)。
正如在圖6p中所能見到的，銅制的連接線10通過(guò)擴(kuò)散阻擋層7與其上面的金屬互化層32隔離，以防止銅向介質(zhì)層32擴(kuò)散。擴(kuò)散阻擋層5與套筒9還防止銅向介質(zhì)層4擴(kuò)散。
如圖5與6中所示，與前兩個(gè)工藝變型生產(chǎn)的存儲(chǔ)單元構(gòu)件相比，根據(jù)工藝變型3生產(chǎn)的的存儲(chǔ)單元構(gòu)件有缺點(diǎn)，氧化物隔離層30不能防止存儲(chǔ)部件與第一連接線10之間的相互擴(kuò)散。另一方面，如圖6中所示的第三工藝變型比工藝變型2有優(yōu)勢(shì)，這是一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝，不包括任何要求嚴(yán)格的CMP工序，在外圍區(qū)進(jìn)行氮化硅深腐蝕期間不要求用附加掩模來(lái)保護(hù)存儲(chǔ)部件的單元陣列(圖5k)。
結(jié)合圖4描述的第一工藝變型，除防止擴(kuò)散現(xiàn)象外，還體現(xiàn)出其他優(yōu)勢(shì)。平版印制掩模能夠確保在外圍區(qū)進(jìn)行貫通腐蝕以及在存儲(chǔ)單元陣列中為上部的布線進(jìn)行溝道腐蝕期間存儲(chǔ)部件11的側(cè)面不被復(fù)蓋，而該第一工藝變型不需要附加的平版印制掩模，也不會(huì)因后續(xù)的金屬淀積而短路。正相反，暴露存儲(chǔ)部件的腐蝕工藝是自對(duì)準(zhǔn)的。在二氧化硅溝道腐蝕的情況下，氮化硅的腐蝕終止層能夠避免不可再生的腐蝕深度以及生產(chǎn)中生成的互連電阻。而且，在二氧化硅溝道腐蝕期間，銅在通孔和溝道的二氧化硅側(cè)面上的再淀積得以避免，而且銅向金屬互化介質(zhì)以及存儲(chǔ)部件的擴(kuò)散也得以避免。
而且，因?yàn)槭褂煤琌2的標(biāo)準(zhǔn)等離子工藝，本發(fā)明的所有的工藝變型均能通過(guò)隨在溝道腐蝕之后的抗腐蝕脫膜方式來(lái)防止暴露的銅被氧化。這就使取消用于去除被腐蝕的銅表面的工序成為可能。
權(quán)利要求
1.一種存儲(chǔ)單元構(gòu)件，具有存儲(chǔ)單元陣列，該陣列至少有一個(gè)磁阻存儲(chǔ)部件層(11)，每個(gè)部件層均與第一連接線(10)連接，第一連接線(10)布設(shè)在第一介質(zhì)層(6)中，每個(gè)部件層均與第二連接線(20，29，35)連接，第二連接線(20，29，35)布設(shè)在第二介質(zhì)層(17，27，32)中，其特征在于，在第一連接線(10)與第二連接線(17，27，32)之間有一擴(kuò)散阻擋層(15，22，7，31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元構(gòu)件，其特征在于，存儲(chǔ)部件(11)是TMR存儲(chǔ)部件，每個(gè)存儲(chǔ)部件有兩個(gè)鐵磁體層(11b，11d)和布設(shè)于這兩個(gè)鐵磁體層(11b，11d)之間的絕緣的非磁性層(11c)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元構(gòu)件，其特征在于，存儲(chǔ)部件(11)是GMR存儲(chǔ)部件，每個(gè)存儲(chǔ)部件有兩個(gè)鐵磁體層(11b，11d)和布設(shè)于這兩個(gè)鐵磁體層(11b，11d)之間的導(dǎo)電的非磁性層(11c)。
4.根據(jù)前述的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)單元構(gòu)件，其特征在于，存儲(chǔ)部件(11)通過(guò)連接擴(kuò)散阻擋層(11a，11e)分別與連接線(10，20，29，35)連接。
5.根據(jù)前述的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)單元構(gòu)件，其特征在于，連接擴(kuò)散阻擋層(11a，11d)用鉭制成。
6.根據(jù)前述的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)單元構(gòu)件，其特征在于，擴(kuò)散阻擋層(5，22)阻止存儲(chǔ)部件(11)的鐵磁體(11b，11d)和第一連接線(10)之間的相互擴(kuò)散。
7.根據(jù)前述的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)單元構(gòu)件，其特征在于，第一連接線(10)借助于第二擴(kuò)散阻擋層(5)和套筒層(9)與設(shè)在半導(dǎo)體基片(1)上的第三介質(zhì)層(4)隔離。
8.根據(jù)前述的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)單元構(gòu)件，其特征在于，擴(kuò)散阻擋層(5，15，22，7，31)由氮化硅制成。
9.根據(jù)前述的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)單元構(gòu)件，其特征在于，介質(zhì)層由二氧化硅制成。
10.根據(jù)前述的權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)單元構(gòu)件，其特征在于，連接線(10，20，29，35)實(shí)際上包括銅。
11.一種用于生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)單元構(gòu)件的方法，包括下述工序(a)在半導(dǎo)體基片的存儲(chǔ)單元陣列的第一介質(zhì)層(6)中淀積并成圖第一連接線(10)；(b)在該存儲(chǔ)單元陣列中淀積并成圖磁阻存儲(chǔ)部件(11)；(c)在該存儲(chǔ)單元陣列中淀積并成圖擴(kuò)散阻擋層(15，22，7)；(d)通過(guò)對(duì)硬模(12)進(jìn)行深腐蝕來(lái)對(duì)半導(dǎo)體部件(11)進(jìn)行自定位連接，以此來(lái)確定存儲(chǔ)部件(11)的成圖；(e)在該存儲(chǔ)單元陣列的第二介質(zhì)層(17，27，32)中淀積并成圖第二連接線(20，29，35)。
全文摘要
本發(fā)明涉及存儲(chǔ)單元陣列的存儲(chǔ)單元構(gòu)件，該陣列至少有一個(gè)鐵磁體存儲(chǔ)部件層(11)，鐵磁體存儲(chǔ)部件層(11)分別與第一連接線(10)連接，第一連接線(10)布設(shè)于第一介質(zhì)層(6)中，并且(11)分別與第二連接線(20，29，35)連接，第二連接線(20，29，35)布于第二介質(zhì)層(17，27，32)中。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1451164SQ01815044
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2001年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月1日
發(fā)明者斯特凡·米塔納, 西格弗里德·施瓦茨爾, 安妮特·森格爾 申請(qǐng)人:印芬龍科技股份有限公司