專利名稱：形成磁隧道結(jié)結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及一種形成磁隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
一般來說，便攜式計(jì)算裝置及無線通信裝置的普遍采用增加了對(duì)高密度且低功率 的非易失性存儲(chǔ)器的需求。由于工藝技術(shù)已得到改進(jìn)，所以有可能制造基于磁隧道結(jié)(MTJ) 裝置的磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)。傳統(tǒng)的自旋轉(zhuǎn)矩隧道(STT)結(jié)裝置通常形成為扁平 堆疊結(jié)構(gòu)。所述裝置通常具有具單一磁域的二維磁隧道結(jié)(MTJ)單元。MTJ單元通常包括 底部電極、反鐵磁性層、固定層(即，由攜載具有由反鐵磁性(AF)層固定或釘扎的定向的磁 場的鐵磁性材料形成的參考層)、隧道勢壘層(即，隧穿氧化物層)、自由層(即，攜載具有 可變化定向的磁場的第二鐵磁性層)及頂部電極。MTJ單元用在自由層中誘發(fā)的磁場來表 示位值。自由層的磁場相對(duì)于固定層所攜載的固定磁場的方向的方向確定位值。通常，磁隧道結(jié)(MTJ)單元是通過沉積多個(gè)材料層、通過將圖案界定到所述層上 及通過根據(jù)所述圖案選擇性地移除所述層的部分而形成。常規(guī)的MTJ單元經(jīng)形成以維持長 度(a)與寬度(b)的大于1的縱橫比，以便維持磁性各向同性對(duì)準(zhǔn)。常規(guī)地，通過控制MTJ 圖案的精確度及通過執(zhí)行MTJ光及蝕刻工藝來維持MTJ單元的縱橫比。在特定例子中，硬 掩?？捎靡跃_地轉(zhuǎn)印且界定MTJ圖案。不幸的是，MTJ堆疊可包括基本上為金屬薄膜且具 有相對(duì)較低的蝕刻速率的磁性薄膜，因此硬掩?？赡苄枰鄬?duì)較厚。為了進(jìn)行高級(jí)圖案臨 界尺寸(CD)控制，高級(jí)圖案化薄膜(APF)層及底部抗反射涂敷(BARC)層包括于MTJ光及 蝕刻工藝中。然而，在這些額外層增加工藝復(fù)雜性(在額外沉積工藝方面及在額外的層光/ 蝕刻及清洗工藝方面)的同時(shí)，MTJ單元結(jié)構(gòu)可能經(jīng)歷侵蝕，此可導(dǎo)致非所要斜坡(slope)、 圓角化(corner rounding)及非所要的薄膜損失。此損傷可影響MTJ結(jié)構(gòu)的接觸電阻且甚 至可能暴露或損傷MTJ結(jié)。
發(fā)明內(nèi)容
在特定說明性實(shí)施例中，揭示一種形成磁隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法，其包括在襯 底中形成溝槽。所述方法進(jìn)一步包括在所述溝槽內(nèi)沉積磁隧道結(jié)(MTJ)薄膜。所述MTJ薄 膜包括底部電極、固定層、隧道勢壘層、自由層及頂部電極。所述方法還包括平坦化所述MTJ 結(jié)構(gòu)。在特定實(shí)例中，使用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝來平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)。在另一特定實(shí)施例中，揭示一種形成磁隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法，其包括在襯底 中界定溝槽及在所述溝槽內(nèi)沉積磁隧道結(jié)(MTJ)薄膜。所述方法還包括使用低分辨率光及 蝕刻工具移除不直接在所述溝槽上方的過量材料，且平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)及所述襯底。在又一特定實(shí)施例中，揭示一種形成磁隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法，其包括在襯底 中界定溝槽。所述襯底包括半導(dǎo)體材料且具有層間電介質(zhì)層及罩蓋薄膜層，其中所述溝槽 延伸穿過所述罩蓋薄膜層且進(jìn)入所述層間電介質(zhì)層中。所述方法進(jìn)一步包括在所述溝槽內(nèi) 沉積底部電極及在所述底部電極上沉積MTJ薄膜。所述MTJ薄膜包括第一鐵磁性層、隧道勢壘層及第二鐵磁性層。所述方法還包括在所述MTJ薄膜上沉積頂部電極且可包括對(duì)所述 MTJ結(jié)構(gòu)及所述襯底執(zhí)行反向溝槽光蝕刻工藝及化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝以產(chǎn)生大體上 平面的表面。由所揭示的形成磁隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的方法的實(shí)施例提供的一個(gè)特定優(yōu)點(diǎn)為可 通過使用溝槽界定所述MTJ結(jié)構(gòu)的尺寸而不光/蝕刻所述MTJ結(jié)構(gòu)來減少氧化、侵蝕及圓 角化。一般來說，溝槽形成于氧化物基底襯底中，其比MTJ金屬薄膜較容易光蝕刻。此外，精 確地光蝕刻氧化物基底襯底比精確地光蝕刻金屬層容易。替代地，可使用反向溝槽光蝕刻 工藝及化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝來移除過量材料，而不引入侵蝕、圓角化或可能影響MTJ 結(jié)構(gòu)的性能的其它問題。提供另一特定優(yōu)點(diǎn)，其在于用于形成MTJ結(jié)構(gòu)的工藝窗口得到改進(jìn)(S卩，擴(kuò)大)，且 MTJ工藝及所得MTJ結(jié)構(gòu)的整體可靠性也得到改進(jìn)。本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點(diǎn)及特征將在查看包括以下部分的整個(gè)申請案之后變得顯 而易見“
”、“具體實(shí)施方式
”及“權(quán)利要求書”。
圖1為磁隧道結(jié)(MTJ)單元的代表性實(shí)例的圖；圖2為電路裝置的框圖，所述電路裝置包括包括頂部電極、MTJ堆疊及底部電極的 磁隧道結(jié)(MTJ)單元的代表性實(shí)施例；圖3為電路裝置的特定說明性實(shí)施例的俯視圖，所述電路裝置包括具有大體上矩 形形狀的磁隧道結(jié)(MTJ)單元；圖4為沿著圖3中的線4-4截取的圖3的電路裝置的橫截面圖；圖5為電路裝置的第二特定說明性實(shí)施例的俯視圖，所述電路裝置包括具有大體 上橢圓形狀的磁隧道結(jié)(MTJ)單元；圖6為電路裝置的第三特定說明性實(shí)施例的俯視圖，所述電路裝置包括磁隧道結(jié) (MTJ)單元；圖7為沿著圖6中的線7-7截取的圖6的電路裝置的橫截面圖；圖8為包括襯底的存儲(chǔ)器裝置的特定說明性實(shí)施例的俯視圖，所述襯底具有適合 于存儲(chǔ)多個(gè)位的磁隧道結(jié)單元；圖9為沿著圖8中的線9-9截取的圖8的電路裝置的橫截面圖；圖10為沿著圖8中的線10-10截取的圖8的電路裝置的橫截面圖；圖11為包括襯底的存儲(chǔ)器裝置的另一特定說明性實(shí)施例的俯視圖，所述襯底具 有適合于存儲(chǔ)多個(gè)位的磁隧道結(jié)單元；圖12為沿著圖11中的線12-12截取的圖11的電路裝置的橫截面圖；圖13為沿著圖11中的線13-13截取的圖11的電路裝置的橫截面圖；圖14為在沉積罩蓋薄膜之后及在通孔光/蝕刻、光致抗蝕劑剝除、通孔填充及通 孔化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝之后的電路襯底的橫截面圖；圖15為在層間電介質(zhì)層沉積、罩蓋薄膜沉積、溝槽光/蝕刻工藝、底部電極沉積、 磁隧道結(jié)(MTJ)薄膜沉積、頂部電極沉積及反向光/蝕刻處理之后的圖14的電路襯底的橫 截面圖16為在進(jìn)行反向光致抗蝕劑剝除及MTJ CMP處理以于罩蓋薄膜層處停止之后 的圖15的電路襯底的橫截面圖；圖17為在旋涂光致抗蝕劑之后及在進(jìn)行光蝕刻以移除MTJ堆疊的側(cè)壁從而提供 工藝開口之后的沿著圖16中的線17-17截取的圖16的電路襯底的橫截面圖；圖18為在用IDL材料及氧化物填充工藝開口及停止于罩蓋層處的CMP工藝之后 的圖17的電路襯底的橫截面圖；圖19為在沉積第一 IDL層、通孔處理及頂部跡線(wire trace)的金屬薄膜沉積 及圖案化之后沿著圖18中的線19-19截取的圖18的電路襯底的橫截面圖；圖20到圖21說明形成磁隧道結(jié)(MTJ)單元的方法的特定說明性實(shí)施例的流程 圖；圖22為形成MTJ單元的方法的第二特定說明性實(shí)施例的流程圖；圖23為形成MTJ單元的方法的第三特定說明性實(shí)施例的流程圖；圖24為形成MTJ單元的方法的第四特定說明性實(shí)施例的流程圖；及圖25為包括具有多個(gè)MTJ單元的存儲(chǔ)器裝置的代表性無線通信裝置的框圖。
具體實(shí)施例方式圖1為磁隧道結(jié)(MTJ)單元100的一部分的特定實(shí)施例的橫截面圖，所述單元可 根據(jù)相對(duì)于圖3到圖24描述的方法及實(shí)施例而形成。MTJ單元100包括MTJ堆疊102，其 具有自由層104、隧道勢壘層106、固定(釘扎)層108及反鐵磁性(AF)層126。MTJ堆疊 102耦合到位線110。此外，MTJ堆疊102經(jīng)由底部電極116及開關(guān)118耦合到源極線114。 字線112耦合到開關(guān)118的控制終端以選擇性地啟動(dòng)開關(guān)118以便允許寫入電流124從位 線110流到源極線114。在所展示的實(shí)施例中，固定層108包括具有固定定向的磁域122。 自由層104包括可經(jīng)由寫入電流124編程的磁域120。如所示，寫入電流124適合于將自由 層104處的磁域120的定向編程到零狀態(tài)(即，磁域120及122以相同方向定向)。為了將 1值寫入到MTJ單元100，將寫入電流124反向，從而使自由層104處的磁域120的定向翻 轉(zhuǎn)方向，以使得磁域120在與磁域122的方向相反的方向上延伸。圖2為MTJ單元200的另一特定實(shí)施例的橫截面圖，所述單元包括合成固定層結(jié) 構(gòu)且可根據(jù)相對(duì)于圖3到圖24描述的方法及實(shí)施例而形成。明確地說，MTJ單元200包括 MTJ堆疊202，其包括自由層204、隧道勢壘層206及固定層208。MTJ堆疊的自由層204經(jīng) 由緩沖層230耦合到頂部電極210。在此實(shí)例中，MTJ堆疊202的固定層208經(jīng)由反鐵磁性 層238耦合到底部電極216。另外，固定層208包括第一釘扎(固定)層236、緩沖層234 及第二釘扎(固定)層232。第一釘扎層236及第二釘扎層232具有在合成固定層結(jié)構(gòu)中 以相反方向定向的相應(yīng)磁域，從而增加MTJ堆疊202的總電阻且平衡雜散磁場。在特定實(shí) 施例中，此雜散場減小可平衡MTJ堆疊202的磁場。在其它實(shí)施例中，可包括額外層，例如 一個(gè)或一個(gè)以上種子層(seed layer)；緩沖層；雜散場平衡層；連接層；性能增強(qiáng)層，例如 合成固定層、合成自由(SyF)層或雙自旋過濾器(DSF)；或其任一組合。圖3為電路裝置300的特定說明性實(shí)施例的俯視圖，所述電路裝置包括具有大體 上矩形形狀的磁隧道結(jié)(MTJ)單元304。電路裝置300包括具有MTJ單元304的襯底302。 MTJ單元304包括底部電極306、MTJ堆疊308、中心電極310及通孔312。MTJ單元304具有第一側(cè)壁314、第二側(cè)壁316、第三側(cè)壁318及第四側(cè)壁320。第二側(cè)壁316包括用以表示 第一數(shù)據(jù)值的第二磁域322，且第四側(cè)壁320包括用以表示第二數(shù)據(jù)值的第四磁域324。底 部壁(未圖示)可包括用以表示另一數(shù)據(jù)值的底部磁域446 (參見圖4)。視特定實(shí)施方案 而定，第一側(cè)壁314及第三側(cè)壁318還可攜載磁域。MTJ單元304具有長度(a)及寬度(b)。長度(a)對(duì)應(yīng)于第二側(cè)壁316及第四側(cè) 壁320的長度。寬度(b)對(duì)應(yīng)于第一側(cè)壁314及第三側(cè)壁318的長度。在此特定實(shí)例中， MTJ單元304的長度(a)大于寬度(b)。圖4為沿圖3中的線4-4截取的圖3的電路裝置300的橫截面圖400。圖400包 括以橫截面展示的襯底302，其包括MTJ單元304、通孔312、頂部電極310、MTJ堆疊308及 底部電極306。襯底302包括第一層間電介質(zhì)層432、第一罩蓋層434、第二層間電介質(zhì)層 436、第二罩蓋層438、第三罩蓋層440及第三層間電介質(zhì)層442。溝槽形成于第二罩蓋層438及第二層間電介質(zhì)層436中以接納底部電極306、MTJ 堆疊308及頂部電極310。所述溝槽具有溝槽深度(d)，且MTJ堆疊308具有近似等于所述 溝槽深度(d)減去底部電極306的厚度的深度(c)。底部通孔444延伸穿過第一罩蓋層434 及第一層間電介質(zhì)層432且耦合到底部電極306。通孔312從襯底302的表面430延伸穿 過第三層間電介質(zhì)層442及第三罩蓋層440且耦合到頂部電極310。表面430可為大體上 平面的表面。圖5為電路裝置500的第二特定說明性實(shí)施例的俯視圖，所述電路裝置包括具有 大體上橢圓形狀的磁隧道結(jié)(MTJ)單元504。電路裝置500包括具有MTJ單元504的襯底 502。MTJ單元504包括底部電極506、MTJ堆疊508、頂部電極510及從一表面(例如，圖4 中所說明的表面430)延伸到頂部電極510的通孔512。MTJ單元504包括適合于分別攜載 獨(dú)立磁域522及524的第一側(cè)壁516及第二側(cè)壁518。獨(dú)立磁域522及524中的每一者的 相應(yīng)定向可表示相應(yīng)數(shù)據(jù)值。另外，MTJ單元504可包括適合于攜載另一獨(dú)立磁域的底部 壁(例如，圖4的底部域446)，所述磁域可表示另一數(shù)據(jù)值。MTJ單元504包括長度(a)及寬度(b)，其中長度(a)大于寬度(b)。在特定實(shí)施 例中，圖4的橫截面圖還可表示沿著圖5中的線4-4截取的橫截面。在此實(shí)例中，MTJ單元 504可形成于具有深度(d)的溝槽內(nèi)，以使得MTJ單元504具有深度(c)，如圖4中所說明。 在此特定實(shí)例中，可形成MTJ單元504以使得長度(a)大于寬度(b)，且寬度(b)比溝槽深 度(d)或MTJ單元深度(c)大得多。或者，可形成MTJ單元504以使得MTJ單元504具有 比MTJ單元深度(c)大的溝槽深度(d)，MTJ單元深度(c)又大于長度(a)，如圖6及圖7中 所說明。圖6為包括磁隧道結(jié)(MTJ)單元604的電路裝置600的第三特定說明性實(shí)施例的 俯視圖。電路裝置600包括具有MTJ單元604的襯底602。MTJ單元604包括底部電極606、 MTJ堆疊608、中心電極610及通孔612。MTJ單元604具有第一側(cè)壁614、第二側(cè)壁616、第 三側(cè)壁618及第四側(cè)壁620。第二側(cè)壁616包括適合于表示第一數(shù)據(jù)值的第二磁域622，且 第四側(cè)壁620包括適合于表示第二數(shù)據(jù)值的第四磁域624。如圖7中所描繪，底部壁770可 包括底部磁域772。視特定實(shí)施方案而定，第一側(cè)壁614及第三側(cè)壁618也可攜載磁域。MTJ單元604具有長度(a)及寬度(b)。長度(a)對(duì)應(yīng)于第二側(cè)壁616及第四側(cè) 壁620的長度。寬度(b)對(duì)應(yīng)于第一側(cè)壁614及第三側(cè)壁618的長度。在此特定實(shí)例中，MTJ單元604的長度(a)大于寬度(b)。圖7為沿圖6中的線7-7截取的圖6的電路裝置的橫截面圖。圖700包括以橫截 面展示的襯底602，其包括MTJ單元604、通孔612、頂部電極610、MTJ堆疊608及底部電極 606。襯底602包括第一層間電介質(zhì)層732、第一罩蓋層734、第二層間電介質(zhì)層736、第二罩 蓋層738、第三罩蓋層740及第三層間電介質(zhì)層742。溝槽形成于第二罩蓋層738及第二層間電介質(zhì)層736中以接納底部電極606、MTJ 堆疊608及頂部電極610。所述溝槽具有溝槽深度(d)，且MTJ堆疊608具有近似等于溝槽 深度(d)減去底部電極606的厚度的深度(c)。底部通孔744從底部表面790延伸穿過第 一罩蓋層734及第一層間電介質(zhì)層732且耦合到底部電極606。通孔612從襯底602的頂 部表面780延伸穿過第三層間電介質(zhì)層742及第三罩蓋層740且耦合到頂部電極610。頂 部表面780可為大體上平面的表面。在特定實(shí)施例中，溝槽深度(d)大于MTJ單元深度(c)，所述兩者均大于MTJ單元 604的長度(a)。在此特定實(shí)例中，磁域622及624垂直地定向(即，在側(cè)壁的深度(d)的 方向上，與水平地在側(cè)壁的長度(a)的方向上相反)。圖8為包括襯底802的存儲(chǔ)器裝置800的特定說明性實(shí)施例的俯視圖，襯底802 具有適合于存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)位的磁隧道結(jié)(MTJ)單元804。磁隧道結(jié)(MTJ)單元804包括底 部電極806、MTJ堆疊808及中心電極810。MTJ單元804具有長度(a)及寬度(b)，其中長 度(a)大于寬度(b)。襯底802包括耦合到中心電極810的頂部通孔836且包括耦合到底 部電極806的底部通孔832。襯底802還包括耦合到頂部通孔836的第一跡線834及耦合 到底部通孔832的第二跡線830。襯底802包括工藝開口 838。MTJ堆疊808包括攜載具有固定定向的固定磁域的固定(釘扎)磁性層、隧道勢壘 層及具有可經(jīng)由寫入電流而變化或編程的磁域的自由磁性層。MTJ堆疊808還可包括反鐵 磁性層以釘扎固定磁性層。在特定實(shí)施例中，MTJ堆疊808的固定磁性層可包括一個(gè)或一 個(gè)以上層。另外，MTJ堆疊808可包括其它層。MTJ單元804包括用以攜載第一磁域822的 第一側(cè)壁812、用以攜載第二磁域824的第二側(cè)壁814及用以攜載第三磁域826的第三側(cè)壁 816。MTJ單元804還包括用以攜載第四磁域972的底部壁970 (參見圖9)。第一磁域822、 第二磁域824、第三磁域826及第四磁域972是獨(dú)立的。在特定實(shí)施例中，第一磁域822、第 二磁域824、第三磁域826及第四磁域972經(jīng)配置以表示相應(yīng)數(shù)據(jù)值。一般來說，磁域822、 824、826及972的定向由所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)值來確定。舉例來說，“0”值用第一定向來表示，而 “1”值用第二定向來表示。圖9為沿著圖8中的線9-9截取的圖8的電路裝置800的橫截面圖900。圖900 包括襯底802，其具有第一層間電介質(zhì)層950、第二層間電介質(zhì)層952、第一罩蓋層954、第三 層間電介質(zhì)層956、第二罩蓋層958、第三罩蓋層960、第四層間電介質(zhì)層962及第五層間電 介質(zhì)層964。襯底802具有第一表面980及第二表面990。襯底802還包括包括MTJ堆疊 808的MTJ結(jié)構(gòu)804。底部電極806、MTJ堆疊808及頂部電極810安置于襯底802中的溝 槽內(nèi)。所述溝槽具有深度(d)。襯底802包括安置于第二表面990處的第二跡線830。第二跡線830耦合到從第 二跡線830延伸到底部電極806的一部分的底部通孔832。襯底802還包括安置于第一表 面980處的第一跡線834。第一跡線834耦合到從第一跡線834延伸到中心電極810的頂部通孔836。中心電極810耦合到MTJ堆疊808。襯底802還包括工藝開口 838，其可通過 選擇性地移除MTJ結(jié)構(gòu)804的一部分及將層間電介質(zhì)材料沉積在工藝開口 838內(nèi)、繼之以 氧化物CMP而形成。在特定實(shí)施例中，MTJ堆疊808包括攜載第二磁域824的第二側(cè)壁814。第二磁域 824適合于表示第二數(shù)據(jù)值。MTJ堆疊808還包括具有底部磁域972的底部壁970，底部磁 域972適合于表示第四數(shù)據(jù)值。在特定實(shí)例中，可通過將電壓施加到第一跡線834及通過 將第二跡線830處的電流與參考電流相比較而從MTJ堆疊808讀取數(shù)據(jù)值?；蛘?，可通過 將寫入電流施加到第一跡線834及第二跡線830中的一者而將數(shù)據(jù)值寫入到MTJ堆疊808。 在特定實(shí)施例中，圖8中所說明的MTJ堆疊808的長度(a)及寬度(b)大于溝槽深度(d)， 且第二側(cè)壁814所攜載的磁域824在大體上平行于襯底802的第一表面980的方向上及在 圖8中所說明的寬度(b)的方向上延伸。在此特定圖中，磁域824在與圖9的頁面視圖正 交的方向上延伸(如由箭頭頭部(“ · ”)所指示的從頁面向外，或如由箭頭尾部(“*”) 所指示的進(jìn)入頁面中)。圖10為沿著圖8中的線10-10截取的圖8的電路裝置800的橫截面圖1000。圖 1000包括襯底802，其具有第一層間電介質(zhì)層950、第二層間電介質(zhì)層952、第一罩蓋層954、 第三層間電介質(zhì)層956、第二罩蓋層958、第三罩蓋層960、第四層間電介質(zhì)層962及第五層 間電介質(zhì)層964。襯底802具有第一表面980及第二表面990。襯底802包括具有底部電 極806、MTJ堆疊808及中心電極810的MTJ結(jié)構(gòu)804。襯底802包括安置于第一表面980 處且在第一表面980處圖案化的第一跡線834。第一跡線834耦合到從第一跡線834延伸 到中心電極810的頂部通孔836。襯底802還包括位于第二表面990處的第二跡線830。第 二跡線830耦合到從第二跡線830延伸到底部電極806的一部分的底部通孔832。MTJ堆 疊808包括用以攜載第一磁域826的第一側(cè)壁816、用以攜載第三磁域822的第三側(cè)壁812 及用以攜載底部磁域972的底部壁970。在此特定圖中，磁域826、822及972在與圖10的 頁面視圖正交的方向上延伸(如由箭頭頭部(“ · ”)所指示的從頁面向外，或如由箭頭尾 部(“*”)所指示的進(jìn)入頁面中)。在特定實(shí)施例中，MTJ堆疊808適合于存儲(chǔ)達(dá)四個(gè)唯一數(shù)據(jù)值。第一數(shù)據(jù)值可用 第一磁域822來表示，第二數(shù)據(jù)值可用第二磁域824來表示，第三數(shù)據(jù)值可用第三磁域826 來表示，且第四數(shù)據(jù)值可用底部磁域972來表示。在另一特定實(shí)施例中，可包括第四側(cè)壁以 攜載可表示第五數(shù)據(jù)值的第四磁域。圖11為包括襯底1102的存儲(chǔ)器裝置1100的特定說明性實(shí)施例的俯視圖，襯底 1102具有在深溝槽中的適合于存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)據(jù)值(例如，多個(gè)位)的磁隧道結(jié)(MTJ)單元 1104。磁隧道結(jié)(MTJ)單元1104包括底部電極1106、MTJ堆疊1108及中心電極1110。MTJ 單元1104具有長度(a)及寬度(b)，其中長度(a)大于寬度(b)。襯底1102包括耦合到中 心電極1110的頂部通孔1136且包括耦合到底部電極1106的底部通孔1132。襯底1102還 包括耦合到底部通孔1132的第一跡線1134及耦合到頂部通孔1136的第二跡線1130。襯 底1102包括工藝開口 1138。MTJ堆疊1108包括可由反鐵磁性層釘扎且攜載具有固定定向的固定磁域的固定 (釘扎)磁性層、隧道勢壘層及具有可經(jīng)由寫入電流而變化或編程的磁域的自由磁性層。在 特定實(shí)施例中，MTJ堆疊1108的固定磁性層可包括一個(gè)或一個(gè)以上層。另外，MTJ堆疊1108
9可包括其它層。MTJ單元1104包括用以攜載第一磁域1122的第一側(cè)壁1112、用以攜載第 二磁域1124的第二側(cè)壁1114及用以攜載第三磁域1126的第三側(cè)壁1116。MTJ單元1104 還可包括用以攜載第四磁域1272的底部壁1270 (參見圖12)。第一磁域1122、第二磁域 1124、第三磁域1126及第四磁域1272是獨(dú)立的。在特定實(shí)施例中，第一磁域1122、第二磁 域1124、第三磁域1126及第四磁域1272經(jīng)配置以表示相應(yīng)數(shù)據(jù)值。一般來說，磁域1122、 1124、1126及1272的定向由所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)值來確定。舉例來說，“0”值用第一定向來表示， 而“1”值用第二定向來表示。圖12為沿著圖11中的線12-12截取的圖11的電路裝置1100的橫截面圖1200。 圖1200包括襯底1102，其具有第一層間電介質(zhì)層1250、第二層間電介質(zhì)層1252、第一罩蓋 層1254、第三層間電介質(zhì)層1256、第二罩蓋層1258、第三罩蓋層1260、第四層間電介質(zhì)層 1262及第五層間電介質(zhì)層1264。襯底1102具有第一表面1280及第二表面1290。襯底 1102還包括包括MTJ堆疊1108的MTJ結(jié)構(gòu)1104。底部電極1106、MTJ堆疊1108及頂部電 極1110安置于襯底1102中的溝槽內(nèi)。所述溝槽具有深度(d)。在此例子中，深度(d)大于 側(cè)壁1114的寬度(b)。襯底1102包括安置于第一表面1280處且在第一表面1280處圖案化的第二跡線 1130。第二跡線1130耦合到從第二跡線1130延伸到中心電極1110的頂部通孔1136。中 心電極1110耦合到MTJ堆疊1108。襯底1102還包括安置于第二表面1290處的第一跡線 1134。第一跡線1134耦合到從第一跡線1134延伸到底部電極1106的一部分的底部通孔 1132。襯底1102進(jìn)一步包括工藝開口 1138，其可通過選擇性地移除MTJ堆疊1108的一部 分及將層間電介質(zhì)材料沉積在工藝開口 1138內(nèi)、繼之以氧化物CMP工藝而形成。在特定實(shí)施例中，MTJ堆疊1108包括攜載第二磁域1124的第二側(cè)壁1114。第二磁 域1124適合于表示第二數(shù)據(jù)值。MTJ堆疊1108還包括具有底部磁域1272的底部壁1270， 底部磁域1272適合于表示第四數(shù)據(jù)值。在特定實(shí)例中，可通過將電壓施加到第二跡線1130 及通過將第一跡線1134處的電流與參考電流相比較而從MTJ堆疊1108讀取數(shù)據(jù)值?；蛘?， 可通過在第一跡線1134與第二跡線1130之間施加寫入電流而將數(shù)據(jù)值寫入到MTJ堆疊 1108。在特定實(shí)施例中，圖11中所說明的MTJ堆疊1108的長度(a)及寬度(b)小于溝槽 深度(d)，且由第二側(cè)壁1114攜載的磁域1124在大體上垂直于襯底1102的第一表面1280 的方向上且在深度(d)的方向上延伸。圖13為沿著圖11中的線13-13截取的圖11的電路裝置1100的橫截面圖1300。 圖1300包括襯底1102，其具有第一層間電介質(zhì)層1250、第二層間電介質(zhì)層1252、第一罩蓋 層1254、第三層間電介質(zhì)層1256、第二罩蓋層1258、第三罩蓋層1260、第四層間電介質(zhì)層 1262及第五層間電介質(zhì)層1264。襯底1102具有第一表面1280及第二表面1290。襯底1102 包括具有底部電極1106、MTJ堆疊1108及中心電極1110的MTJ結(jié)構(gòu)1104。襯底1102包 括安置于第二表面1290處且在第二表面1290處圖案化的第一跡線1134。第一跡線1134 耦合到從第一跡線1134延伸到底部電極1106的一部分的底部通孔1132。襯底1102還包 括位于第一表面1280處的第二跡線1130。第二跡線1130耦合到從第二跡線1130延伸到 中心電極1110的頂部通孔1136。MTJ堆疊1108包括用以攜載第一磁域1126的第一側(cè)壁1116、用以攜載第三磁域 1122的第三側(cè)壁1112及用以攜載底部磁域1272的底部壁1270。在此特定圖中，溝槽深度(d)大于MTJ堆疊1108的長度(a)及寬度(b)，且第一磁域1122及第三磁域1126在大體 上垂直于第一表面1280的方向上延伸。長度(a)大于MTJ堆疊1108的寬度(b)，且第四 磁域1172在大體與頁面視圖正交的方向上延伸(如由箭頭頭部(“ · ”)所指示從頁面向 外，或如由箭頭尾部(“*”)所指示進(jìn)入頁面中)。在特定實(shí)施例中，MTJ堆疊1108適合于存儲(chǔ)高達(dá)四個(gè)唯一數(shù)據(jù)值。第一數(shù)據(jù)值可 用第一磁域1122來表示，第二數(shù)據(jù)值可用第二磁域1124來表示，第三數(shù)據(jù)值可用第三磁域 1126來表示，且第四數(shù)據(jù)值可用底部磁域1272來表示。在另一特定實(shí)施例中，可包括第四 側(cè)壁以攜載可表示第五數(shù)據(jù)值的第四磁域。圖14為在沉積罩蓋薄膜之后及在通孔光蝕刻、光致抗蝕劑剝除、通孔填充及通孔 化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝之后的電路襯底1400的橫截面圖。電路襯底1400包括第一層 間電介質(zhì)層1401及跡線1403，安置于第一層間電介質(zhì)層1401的頂部上的第二層間電介質(zhì) 層1402及安置于層間電介質(zhì)層1402的頂部上的罩蓋薄膜層1404。在特定實(shí)施例中，通過 將光致抗蝕劑旋涂到罩蓋薄膜層1404上來涂覆光致抗蝕(photo-resistive)層。應(yīng)用光 蝕刻工藝以通過所述光致抗蝕層在罩蓋層1404及層間電介質(zhì)1402中界定圖案。在蝕刻之 后剝除所述光致抗蝕層以暴露穿過罩蓋薄膜層1404及層間電介質(zhì)層1402的開口或通孔 1406。將導(dǎo)電材料或通孔填充材料1408沉積到開口 1406中，且執(zhí)行通孔CMP工藝以平坦 化電路襯底1400。圖15為在層間電介質(zhì)層沉積、罩蓋薄膜沉積、溝槽光蝕刻工藝、溝槽光致抗蝕劑 剝除、底部電極沉積、磁隧道結(jié)(MTJ)薄膜沉積、頂部電極沉積及反向光蝕刻處理之后的圖 14的電路襯底1400的橫截面圖1500。電路襯底1400包括第一層間電介質(zhì)層1401及跡線 1403，第二層間電介質(zhì)層1402、罩蓋薄膜層1404及通孔填充材料1408。第三層間電介質(zhì)層 1510沉積到罩蓋薄膜層1404上。第二罩蓋薄膜層1512沉積到第三層間電介質(zhì)層1510上。 舉例來說，通過執(zhí)行溝槽光蝕刻及清洗工藝，在罩蓋薄膜層1512及第三層間電介質(zhì)層1510 內(nèi)界定溝槽1514。磁隧道結(jié)(MTJ)單元1516沉積在溝槽1514內(nèi)。MTJ單元1516包括耦 合到底部通孔填充材料1408的底部電極1518、耦合到底部電極1518的MTJ堆疊1520及耦 合到MTJ堆疊1520的頂部電極1522。在頂部電極1522上圖案化光致抗蝕劑層1524。將 反向光蝕刻工藝應(yīng)用于光致抗蝕劑層1524、頂部電極1522、MTJ堆疊1520及底部電極1518 以移除不在溝槽1514內(nèi)的過量材料。在此特定實(shí)例中，溝槽1514經(jīng)界定以具有溝槽深度(d)。底部電極1518的厚度界 定相對(duì)MTJ單元深度(C)。在特定實(shí)例中，MTJ單元深度(d)近似等于溝槽深度(d)減去底 部電極1518的厚度。一般來說，通過在溝槽1514內(nèi)制造MTJ單元1516，溝槽1514的尺寸界定MTJ單 元1516的尺寸。此外，由于溝槽1514界定MTJ單元1516的尺寸，所以可在不對(duì)MTJ單元 1516執(zhí)行關(guān)鍵且昂貴的光蝕刻工藝的情況下而形成MTJ單元1516，從而減少關(guān)于MTJ單元 1516的氧化、圓角化及其它侵蝕有關(guān)問題。圖16為在進(jìn)行反向光致抗蝕劑剝除及MTJ CMP處理以停止于罩蓋薄膜層處之后 的圖15的電路襯底1400的橫截面圖1600。電路襯底1400包括第一層間電介質(zhì)層1401、 跡線1403、第二層間電介質(zhì)層1402及第一罩蓋層1404。圖1600包括第二層間電介質(zhì)層 1510、第二罩蓋層1512及MTJ結(jié)構(gòu)1516。MTJ結(jié)構(gòu)1516具有MTJ單元深度(d)且形成于具有溝槽深度(d)的溝槽1514中。MTJ結(jié)構(gòu)1516包括耦合到通孔填充材料1408的底部電 極1518、MTJ堆疊1520及頂部電極1522。應(yīng)用光致抗蝕劑剝除工藝，且應(yīng)用MTJ化學(xué)機(jī)械 平坦化(CMP)工藝以移除MTJ結(jié)構(gòu)1516的部分以產(chǎn)生大體上平面的表面1630。在第二罩 蓋薄膜層1512處停止CMP工藝。圖17為在旋涂且圖案化光致抗蝕劑及執(zhí)行MTJ側(cè)壁蝕刻之后的沿著圖16中的線 17-17截取的圖16的電路襯底1400的橫截面圖1700。電路襯底1400包括第一層間電介質(zhì) 層1401、跡線1403、第二層間電介質(zhì)層1402、第一罩蓋薄膜層1404及通孔填充材料1408。 第三層間電介質(zhì)層1510及第二罩蓋層1512沉積于第二罩蓋層1404上。溝槽1514界定于 第二罩蓋層1512及第二層間電介質(zhì)層1510中。底部電極1518、MTJ堆疊1520及頂部電極 1522形成于溝槽1514內(nèi)。應(yīng)用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝以產(chǎn)生大體上平面的表面1630。 旋涂光致抗蝕劑層且使用光蝕刻工藝界定工藝圖案開口 1752。光蝕刻工藝從MTJ單元1516 移除側(cè)壁，從而形成大體上u形的MTJ單元1516 (從俯視圖看)。圖18為在將層間電介質(zhì)材料沉積在工藝開口 1752內(nèi)之后、在執(zhí)行化學(xué)機(jī)械平坦 化(CMP)工藝之后及在沉積第三罩蓋層1744之后的圖17中所說明的電路襯底1400的橫 截面圖1800。電路襯底1400包括第一層間電介質(zhì)層1401、跡線1403、第二層間電介質(zhì)層 1402、第一罩蓋薄膜層1404及通孔填充材料1408。第三層間電介質(zhì)層1510及第二罩蓋層 1512沉積于第一罩蓋薄膜層1404上。溝槽1514界定于第二罩蓋層1512及第二層間電介 質(zhì)層1510中。底部電極1518、MTJ堆疊1520及頂部電極1522形成于溝槽1514內(nèi)。應(yīng)用 化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝以恢復(fù)大體上平面的表面1630。使用光蝕刻工藝界定工藝開口 1752。光蝕刻工藝從MTJ單元1516移除側(cè)壁，從而形成大體上u形的MTJ單元1516 (從俯 視圖看)。工藝開口 1752是用層間電介質(zhì)材料1848來填充，執(zhí)行CMP工藝以恢復(fù)大體上平 面的表面1630，且在大體上平面的表面1630上沉積第三罩蓋層1744。圖19為可耦合到其它電路的電路襯底1400的橫截面圖1900。電路襯底1400包 括第一層間電介質(zhì)層1401、跡線1403、第二層間電介質(zhì)層1402、第一罩蓋薄膜層1404及通 孔填充材料1408。第三層間電介質(zhì)層1510及第二罩蓋層1512沉積于第一罩蓋薄膜層1404 上。溝槽1514界定于第二罩蓋層1512及第二層間電介質(zhì)層1510中。底部電極1518、MTJ 堆疊1520及頂部電極1522形成于溝槽1514內(nèi)。應(yīng)用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝以恢復(fù) 大體上平面的表面1630。沉積第三罩蓋層1744及第四層間電介質(zhì)層1746。應(yīng)用光蝕刻工 藝以界定穿過第四層間電介質(zhì)層1746及第三罩蓋層1744的通孔1960。用導(dǎo)電材料填充 通孔1960且應(yīng)用通孔化學(xué)機(jī)械平坦化工藝。在第四層間電介質(zhì)層1746上沉積且圖案化金 屬跡線1962，且沉積第五層間電介質(zhì)層1948。如果使用鑲嵌工藝，則可將通孔及金屬線組 合到第五層間電介質(zhì)層1948及第四層間電介質(zhì)層1746中的溝槽圖案化、鍍銅及銅CMP中。 在特定實(shí)施例中，可執(zhí)行另一化學(xué)機(jī)械平坦化工藝以平坦化電路裝置。在此階段，跡線1403 及跡線1962可耦合到其它電路，且MTJ單元1516可用以存儲(chǔ)一個(gè)或一個(gè)以上數(shù)據(jù)值。圖20為形成磁隧道結(jié)(MTJ)單元的方法的特定說明性實(shí)施例的流程圖。在2002 處，將罩蓋薄膜沉積到襯底的層間電介質(zhì)層上。前進(jìn)到2004，使用光蝕刻工藝、光致抗蝕劑 剝除工藝及清洗工藝界定通孔。繼續(xù)到2006，用導(dǎo)電材料填充通孔或開口，且對(duì)所述襯底執(zhí) 行通孔化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝以移除過量的導(dǎo)電材料。移動(dòng)到2008，沉積層間電介質(zhì) 層(IDL)及罩蓋薄膜層。繼續(xù)到2010，通過光蝕刻、剝除光致抗蝕劑及清洗界定溝槽。
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進(jìn)行到2012，沉積底部電極。繼續(xù)到2014，沉積包括磁性薄膜及隧道勢壘層的多 個(gè)磁隧道結(jié)(MTJ)薄膜層，以形成磁隧道結(jié)(MTJ)堆疊。繼續(xù)到2016，在所述MTJ堆疊上沉 積頂部電極以形成MTJ單元。前進(jìn)到2018，執(zhí)行反向溝槽光蝕刻工藝以移除不直接在所述 溝槽上方的過量材料。在2020處，剝除光致抗蝕劑，且執(zhí)行MTJ化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工 藝以移除過量材料，在所述罩蓋薄膜層處停止。進(jìn)行到2022，對(duì)所述MTJ堆疊進(jìn)行光蝕刻以 移除所述MTJ堆疊的一個(gè)側(cè)壁。在特定實(shí)施例中，所述MTJ堆疊的光蝕刻界定工藝窗口或 開口。所述方法前進(jìn)到2024。轉(zhuǎn)到圖21，在2024處，方法前進(jìn)到2126，且剝除光致抗蝕劑，沉積層間電介質(zhì)層， 執(zhí)行氧化物化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝，且沉積罩蓋薄膜層。移動(dòng)到2128，對(duì)MTJ堆疊執(zhí)行 磁退火工藝以在水平X及Y方向上(針對(duì)淺溝槽)或在水平X方向及垂直Z方向上(針對(duì) 深溝槽)將固定磁性層退火。進(jìn)行到2130，沉積層間電介質(zhì)層及罩蓋薄膜層。繼續(xù)到2132， 光蝕刻且填充通孔，且執(zhí)行通孔化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝。前進(jìn)到2134，通過沉積金屬 層及光蝕刻所述層以形成跡線或通過形成溝槽、光蝕刻、電鍍及執(zhí)行化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP) 工藝來界定金屬線。如果使用鑲嵌工藝，則可將2132處的通孔處理及2134處的金屬線處 理組合為溝槽光/蝕刻界定、光致抗蝕劑剝除、鍍銅及銅CMP工藝。所述方法終止于2136。圖22為形成磁隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的方法的第二特定實(shí)施例的流程圖。所述方法 通常包括在襯底中形成溝槽、在所述溝槽內(nèi)沉積MTJ結(jié)構(gòu)及在不對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行光蝕 刻工藝的情況下平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)。在2202處，將罩蓋薄膜沉積到襯底的層間電介質(zhì)層 上。前進(jìn)到2204，使用光蝕刻工藝、光致抗蝕劑剝除工藝及清洗工藝在罩蓋薄膜及層間電介 質(zhì)層上界定通孔。繼續(xù)到2206，在通孔內(nèi)沉積導(dǎo)電材料，且執(zhí)行化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工 藝以平坦化所述襯底。移動(dòng)到2208，可沉積ILD薄膜層及罩蓋薄膜層。繼續(xù)到2210，在所 述襯底中界定溝槽。所述溝槽具有在不對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行光蝕刻工藝的情況下確定所述 MTJ結(jié)構(gòu)的尺寸。進(jìn)行到2212，在于所述襯底中形成溝槽之后，在所述溝槽內(nèi)沉積磁隧道結(jié)(MTJ) 結(jié)構(gòu)。所述MTJ結(jié)構(gòu)包括底部電極、固定層、隧道勢壘層、自由層及頂部電極。所述MTJ結(jié) 構(gòu)還可包括在所述底部電極與所述固定層之間的反鐵磁性層。還可涂覆額外層，例如，種子 層、緩沖層、間隔層或其它層。前進(jìn)到2214，可應(yīng)用反向溝槽光蝕刻工藝以移除不直接在所述溝槽上方的材料。 移動(dòng)到2216，在不對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行光蝕刻工藝的情況下平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)。舉例來 說，不對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行關(guān)鍵/昂貴的光蝕刻工藝。平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)可包括執(zhí)行CMP 工藝以移除過量材料。可從所述襯底消除所沉積的材料以界定大體上平面的表面。繼續(xù)到2218，可執(zhí)行磁退火工藝以界定由固定層攜載的磁場的定向。所述磁退火 工藝可為三維(3D)退火工藝?？山?jīng)由磁退火工藝將所有MTJ層退火，從而在允許可經(jīng)由寫 入電流修改自由層的同時(shí)釘扎所述固定層。所述方法終止于2220。圖23為形成磁隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的方法的第三特定實(shí)施例的流程圖。在2302處， 在襯底中界定溝槽。所述襯底可包括層間電介質(zhì)層及罩蓋薄膜層。繼續(xù)到2304到2314，在 所述溝槽內(nèi)沉積MTJ結(jié)構(gòu)。沉積所述MTJ結(jié)構(gòu)可包括在2304處，在所述溝槽內(nèi)沉積底部 電極；在2306處，在所述底部電極上沉積反鐵磁性層；在2308處，在所述反鐵磁性層上沉 積第一磁性層；在2310處，沉積金屬氧化物材料以形成隧道勢壘，例如MgO或AlO ；在2312處，在所述隧道勢壘上沉積第二磁性層；及在2314處，在所述第二磁性層上沉積頂部電極。進(jìn)行到2316，使用低分辨率光蝕刻工藝移除不直接在所述溝槽上方的過量材料。 前進(jìn)到2318，平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)及所述襯底。平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)及所述襯底可包括執(zhí) 行化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝以從所述MTJ結(jié)構(gòu)移除過量材料且在罩蓋薄膜層處停止。可 對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行CMP工藝而不執(zhí)行光蝕刻工藝。舉例來說，可不對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行 關(guān)鍵/昂貴的光蝕刻。繼續(xù)到2320，對(duì)選定層執(zhí)行磁退火工藝以固定磁場的定向，所述選定層包括固定 層。所述磁退火工藝可為三維(3D)退火工藝。可經(jīng)由磁退火工藝將多個(gè)MTJ層退火，從而 在允許可經(jīng)由寫入電流修改自由層的同時(shí)釘扎所述固定層。移動(dòng)到2322，形成到所述MTJ 結(jié)構(gòu)的至少兩個(gè)電連接。所述方法終止于2324。圖24為形成磁隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的方法的第四特定實(shí)施例的流程圖。在2402處， 在襯底中界定溝槽，所述襯底包括半導(dǎo)體材料，所述襯底具有層間電介質(zhì)層及罩蓋薄膜層， 其中所述溝槽延伸穿過所述罩蓋薄膜層且進(jìn)入到所述層間電介質(zhì)層中。所述溝槽可界定所 述MTJ結(jié)構(gòu)的形狀。所述溝槽可具有大體上的橢圓形狀、大體上的矩形形狀或替代形狀。繼 續(xù)到2404，在所述溝槽內(nèi)沉積底部電極。移動(dòng)到2406，在所述底部電極上沉積MTJ結(jié)構(gòu)，所 述MTJ結(jié)構(gòu)包括第一鐵磁性層、隧道勢壘層及第二鐵磁性層。所述MTJ結(jié)構(gòu)還可包括其它 層，例如在所述底部電極與所述第一鐵磁性層之間的反鐵磁性層。進(jìn)行到2408，在所述MTJ 結(jié)構(gòu)上沉積頂部電極。繼續(xù)到2410，對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)及所述襯底執(zhí)行反向溝槽光蝕刻工藝及平坦化工藝 以產(chǎn)生大體上平面的表面。執(zhí)行平坦化工藝可包括對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)及所述襯底執(zhí)行化學(xué)機(jī) 械平坦化(CMP)工藝。因此可不對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行光蝕刻工藝而形成所述MTJ結(jié)構(gòu)，所 述光蝕刻工藝可為關(guān)鍵或昂貴的。所述方法終止于2412。圖25為包括具有多個(gè)MTJ單元的存儲(chǔ)器裝置的代表性無線通信裝置2500的框 圖。通信裝置2500包括MTJ單元的存儲(chǔ)器陣列2532及包括MTJ單元的陣列的磁阻式隨機(jī) 存取存儲(chǔ)器(MRAM) 2566，所述兩者耦合到處理器，例如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 2510。通信裝 置2500還包括MTJ單元的高速緩沖存儲(chǔ)器裝置2564，其耦合到DSP 2510。MTJ單元的高速 緩沖存儲(chǔ)器裝置2564、MTJ單元的存儲(chǔ)器陣列2532及包括多個(gè)MTJ單元的MRAM裝置2566 可包括根據(jù)工藝形成的MTJ單元，如相對(duì)于圖3到圖24所描述。圖25還展示顯示器控制器2526，其耦合到數(shù)字信號(hào)處理器2510及顯示器2528。 編碼器/解碼器(編解碼器(CODEC)) 2534還可耦合到數(shù)字信號(hào)處理器2510。揚(yáng)聲器2536 及麥克風(fēng)2538可耦合到CODEC 2534。圖25還指示，無線控制器2540可耦合到數(shù)字信號(hào)處理器2510及無線天線2542。 在特定實(shí)施例中，輸入裝置2530及電源2544耦合到芯片上系統(tǒng)2522。此外，在特定實(shí)施 例中，如圖25中所說明，顯示器2528、輸入裝置2530、揚(yáng)聲器2536、麥克風(fēng)2538、無線天線 2542及電源2544在芯片上系統(tǒng)2522外部。然而，每一者可耦合到芯片上系統(tǒng)2522的一組 件，例如接口或控制器。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步了解，結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例所描述的各種說 明性邏輯塊、配置、模塊、電路及算法步驟可實(shí)施為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的組合。為 清楚地說明硬件與軟件的此互換性，已在上文中就功能性對(duì)各種說明性組件、塊、配置、模
14塊、電路及步驟加以大體描述。所述功能性實(shí)施為硬件還是軟件取決于特定應(yīng)用及強(qiáng)加于 整個(gè)系統(tǒng)上的設(shè)計(jì)約束。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可針對(duì)每一特定應(yīng)用以不同方式實(shí)施所描述 的功能性，但所述實(shí)施方案決策不應(yīng)被解釋為導(dǎo)致脫離本發(fā)明的范圍。提供所揭示實(shí)施例的先前描述以使任何所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造或使用所 揭示的實(shí)施例。對(duì)所述實(shí)施例的各種修改對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將為顯而易見的，且 本文中所界定的一般原理可在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下適用于其它實(shí)施例。因 此，不希望將本發(fā)明限于本文中所展示的實(shí)施例，而是應(yīng)賦予其與如由所附權(quán)利要求書所 界定的原理及新穎特征相一致的最廣范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步了解，結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例所描述的各種說 明性邏輯塊、配置、模塊、電路及算法步驟可實(shí)施為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的組合。為 清楚地說明硬件與軟件的此互換性，已在上文中就功能性對(duì)各種說明性組件、塊、配置、模 塊、電路及步驟加以大體描述。所述功能性實(shí)施為硬件還是軟件取決于特定應(yīng)用及強(qiáng)加于 整個(gè)系統(tǒng)上的設(shè)計(jì)約束。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可針對(duì)每一特定應(yīng)用以不同方式實(shí)施所描述 的功能性，但所述實(shí)施方案決策不應(yīng)被解釋為導(dǎo)致脫離本發(fā)明的范圍。結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例所描述的方法或算法的步驟可以硬件、由處理器執(zhí)行 的軟件模塊或兩者的組合直接體現(xiàn)。軟件模塊可駐留于RAM存儲(chǔ)器、快閃存儲(chǔ)器、ROM存儲(chǔ) 器、PROM存儲(chǔ)器、EPROM存儲(chǔ)器、EEPROM存儲(chǔ)器、寄存器、硬盤、可裝卸盤、CD-ROM或此項(xiàng)技 術(shù)中已知的任何其它形式的存儲(chǔ)媒體中。示范性存儲(chǔ)媒體經(jīng)耦合到處理器，以使得處理器 可從存儲(chǔ)媒體讀取信息及將信息寫入到存儲(chǔ)媒體。在替代方案中，存儲(chǔ)媒體可與處理器成 一體。處理器及存儲(chǔ)媒體可駐留于ASIC中。ASIC可駐留于計(jì)算裝置或用戶終端中。在替 代方案中，處理器及存儲(chǔ)媒體可作為離散組件而駐留于計(jì)算裝置或用戶終端中。提供所揭示實(shí)施例的先前描述以使任何所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造或使用所 揭示的實(shí)施例。對(duì)所述實(shí)施例的各種修改對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將為顯而易見的，且 本文中所界定的一般原理可在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下適用于其它實(shí)施例。因 此，不希望將本發(fā)明限于本文中所展示的實(shí)施例，而是應(yīng)賦予其與如由所附權(quán)利要求書所 界定的原理及新穎特征相一致的最廣范圍。
權(quán)利要求
一種形成磁隧道結(jié)裝置的方法，所述方法包含在襯底中形成溝槽；在所述溝槽內(nèi)沉積磁隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)，所述MTJ結(jié)構(gòu)包括底部電極、固定層、隧道勢壘層、自由層及頂部電極；以及在不對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行光蝕刻工藝的情況下平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)包含執(zhí)行化學(xué)機(jī)械平坦化 (CMP)工藝以移除過量材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含應(yīng)用反向光蝕刻工藝以移除不直接在所 述溝槽上方的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)包含從所述襯底消除所沉積 的材料以界定大體上平面的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在不使用MTJ光蝕刻工藝的情況下形成所述MTJ結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含執(zhí)行磁退火工藝以界定由所述固定層攜 載的磁場的定向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成所述溝槽包含 將罩蓋薄膜層沉積到所述襯底的層間電介質(zhì)層上；對(duì)所述罩蓋薄膜層及層間電介質(zhì)層執(zhí)行光/蝕刻/光致抗蝕劑剝除工藝以界定通孔；在所述通孔內(nèi)沉積導(dǎo)電材料；執(zhí)行化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝以平坦化所述襯底；沉積罩蓋薄膜層；以及在所述襯底中界定所述溝槽，所述溝槽具有在不對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行光蝕刻工藝的情 況下確定所述MTJ結(jié)構(gòu)的尺寸。
8.一種形成磁隧道結(jié)裝置的方法，所述方法包含 在襯底中界定溝槽；在所述溝槽內(nèi)沉積磁隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)；使用低分辨率光蝕刻工藝移除不直接在所述溝槽上方的過量材料；以及 平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)及所述襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中沉積所述MTJ結(jié)構(gòu)包含 在所述溝槽內(nèi)沉積底部電極；在所述溝槽內(nèi)的底部電極上沉積反磁性層； 在所述反鐵磁性層上沉積第一磁性層； 沉積金屬氧化物材料以形成隧道勢壘； 在所述隧道勢壘上沉積第二磁性層；以及 在所述第二磁性層上沉積頂部電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)一步包含對(duì)選定層執(zhí)行磁退火工藝以固定磁場 的定向，所述選定層包含固定層。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)一步包含形成到所述MTJ結(jié)構(gòu)的至少兩個(gè)電連接。 2
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)及所述襯底包含在不對(duì)所述 MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行光蝕刻工藝的情況下執(zhí)行化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述襯底包含層間電介質(zhì)層及罩蓋薄膜層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)及所述襯底包含執(zhí)行化學(xué) 機(jī)械平坦化(CMP)工藝以從所述MTJ結(jié)構(gòu)移除過量材料并且在所述罩蓋薄膜層處停止。
15.一種形成磁隧道結(jié)裝置的方法，所述方法包含在襯底中界定溝槽，所述襯底包含半導(dǎo)體材料，所述襯底具有層間電介質(zhì)層及罩蓋薄膜層，其中所述溝槽延伸穿過所述罩蓋薄膜層且進(jìn)入到所述層間電介質(zhì)層中；在所述溝槽內(nèi)沉積底部電極；在所述底部電極上沉積MTJ結(jié)構(gòu)，所述MTJ結(jié)構(gòu)包括第一鐵磁性層、隧道勢壘層及第二 鐵磁性層；在所述MTJ結(jié)構(gòu)上沉積頂部電極；以及對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)及所述襯底執(zhí)行反向溝槽光蝕刻工藝及平坦化工藝以產(chǎn)生大體上平 面的表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在不對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)執(zhí)行光蝕刻工藝的情況下 形成所述MTJ結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中執(zhí)行所述平坦化工藝包含對(duì)所述MTJ結(jié)構(gòu)及所 述襯底執(zhí)行化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述溝槽界定所述MTJ結(jié)構(gòu)的形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述溝槽具有大體上橢圓形形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述溝槽具有大體上矩形形狀。
全文摘要
在特定說明性實(shí)施例中，揭示一種形成磁隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法，其包括在襯底(1400)中形成溝槽(1514)。所述方法進(jìn)一步包括在所述溝槽內(nèi)沉積磁隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)(1516)。所述MTJ結(jié)構(gòu)包括底部電極(1518)、固定層、隧道勢壘層、自由層及頂部電極(1522)。所述方法還包括平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)。在特定實(shí)例中，使用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)工藝平坦化所述MTJ結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L43/12GK101960630SQ200980107634
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者李霞 申請人:高通股份有限公司