[发明专利]磁性随机存取存储器及其形成方法

说明书

技术领域

[0001]本发明一般涉及计算机存储器技术，并且更具体地，涉及磁性随机存取存储器(MRAM)。

技术背景

[0002]磁性随机存取存储器(MRAM)基于磁性隧道结(MTJ)。MTJ包括两个磁性膜：固定层(PL)和自由层(FL)。PL的磁化方向被定住或被固定，而在“写入”操作中FL的磁化可编程为相对于PL的磁化平行(逻辑“0”状态)或反平行(逻辑“1”状态)。(例如由氧化铝形成的)薄隧道结夹在PL和FL之间，并且MRAM的电阻取决于FL磁化相对于PL的磁化的方向。通过比较隧道结的电阻与标准单元的电阻，在“读取”操作中读出MRAM的状态。

[0003]图1A-1C是图解说明形成MTJ堆叠的各种传统技术的截面图。为了在读取操作期间测量MTJ的电阻，需要两个接触件(MTJ的顶部和底部各一个)。顶部接触件通常利用一种或两种标准技术来形成。图1A例如图解说明了利用厚(例如，大约1000埃)的导电硬掩模104a来构图的MTJ堆叠100a。使位线102a下沉以与硬掩模104a的顶部接触，从而使得与隧道结106a电接触。尽管该技术相对简单并且成本较低，但是高的硬掩模104a是基于离子束蚀刻(IBE)的隧道结构图的遮蔽源。

[0004]另一方面，图1B图解说明了利用薄(例如，大约400-600埃)的硬掩模104b来构图的MTJ堆叠100b。在这种情况下，位线102b终止于硬掩模104b的顶部上方，并且为了电接触，将通孔(VJ)108b降至隧道结106b。尽管薄的硬掩模104b最小化了(例如，来自倾斜的IBE或者来自垂直IBE的任何发散束的)遮蔽，但是该技术会经受与任何铁磁性衬里(liner)方案的潜在的不兼容，如下更为详细地论述。

[0005]图1C图解说明了MTJ堆叠100c，其中为了最大化每单位电流产生的磁场，位线102c在三个侧面(除去面向隧道结106c的侧面的全部侧面)上被顶部铁磁性衬里(TFML)110c覆盖。TFML的构造形成了特殊的挑战，这是因为其要么需要从镶嵌(damascene)沟槽的底部提取磁性材料，要么需要光滑的沟槽底部。

[0006]所以，本领域需要在磁性随机存取存储器阵列中进行位线和接触通孔集成的方法和设备。

发明内容

[0007]在一个实施例中，本发明是一种在磁性随机存取存储器阵列中进行位线和接触通孔集成的方法和设备。根据本发明的磁性随机存取存储器的一个实施例包括磁性隧道结和顶部导线，该顶部导线在至少三个侧面上围绕磁性隧道结。

附图说明

[0008]通过结合附图来考虑下列详细的描述可容易地理解本发明的示教。

[0009]图1A-1C的截面图图解说明了形成MTJ堆叠的各种传统技术；

[0010]图2的截面视图图解说明了根据本发明的其中集成了位线和隧道结的磁性隧道结堆叠的一个实施例；

[0011]图3A-3M的截面视图图解说明了根据本发明的制造磁性隧道结堆叠的方法的一个实施例；

[0012]图4是磁性隧道结堆叠的截面图，其中顶部铁磁性衬里的侧壁阻止了外围逻辑布线和位线之间的直接接触；

[0013]图5A是磁性隧道结堆叠的截面图，其中在外围逻辑布线和位线之下的金属层使得外围逻辑布线和位线之间能够电连接；以及

[0014]图5B是磁性隧道结堆叠的等距视图，其中在外围逻辑布线和位线之上的金属层使得外围逻辑布线和位线之间能够电连接。

[0015]为了便于理解，在可能的情况下，使用了相同的附图标记来指明各附图共有的相同单元。

[0016]然而应该注意，附图只图解说明了本发明的示例性实施例，所以不认为是对其范围的限制，对于本发明来讲，可允许其它等效的实施例。

具体实施方式

[0017]本发明是一种在磁性随机存取存储器阵列中进行位线和接触通孔集成的方法和设备。为了最大化在磁性隧道结(MTJ)的顶部导线(例如，位线或字线)之间的磁耦合，本发明的实施例使导线足够深地下沉以从顶部开始吞没(engulf)隧道结。导线的底部靠近自由层或者与自由层对准，并且短通孔结(VJ)和薄的硬掩模被包含在厚的导线内。这种结构实现了提高的磁耦合而不用增加外围逻辑电容。

[0018]图2的截面视图图解说明了根据本发明的位线和隧道结(TJ)被集成的磁性隧道结(MTJ)堆叠200的一个实施例。