[发明专利]磁性隧道结(MTJ)器件阵列

说明书

一种半导体器件(100)包括第一磁性隧道结(MTJ)器件(122)、第二MTJ器件(123)和顶电极(110)。第一MTJ器件包括阻挡层(140)。第二MTJ器件包括该阻挡层(140)。顶电极(110)耦合到第一MTJ器件和第二MTJ器件。

I.优先权要求

本申请要求共同拥有的于2015年1月29日提交的美国非临时专利申请No.14/609,169的优先权，该非临时专利申请的内容通过援引全部明确纳入于此。

II.领域

本公开一般涉及磁性隧道结(MTJ)器件阵列。

III.相关技术描述

磁性隧道结(MTJ)器件的阵列包括基于磁性薄膜堆叠的MTJ器件。为了形成这些器件，多个层被沉积到基板上，并且执行蚀刻工艺以将该MTJ薄膜的至少一部分图案化成相异的元件(即，横向隔离的结构)。最常见地，堆叠被图案化成被称为柱体的圆柱形形状。元件尺寸(诸如柱体直径和柱体到柱体节距)通常在亚500纳米(nm)范围中。因此，通常基于反应性离子蚀刻、离子束蚀刻或这两者的组合的用于获得柱体的图案化工艺面临若干挑战。图案化工艺可导致对一个或多个堆叠的外围(边缘)的破坏。例如，蚀刻工艺可破坏特定堆叠的介电阻挡物和/或可导致特定堆叠的两个磁性层之间的电短路，这可降低MTJ器件阵列中的可操作(例如，工作)MTJ器件的成品率。在一些实现中，对磁性材料的破坏可能是由于化学反应或者由于图案化期间的离子辐射。例如，短路可能会在所移除的薄膜材料被重新沉积在已经图案化的器件部件上时出现。

IV.概述

本公开描述了一种包括磁性隧道结(MTJ)(诸如MTJ器件阵列中所包括的MTJ器件)的半导体器件。该MTJ器件阵列可包括各自包括经图案化结构(例如，MTJ柱体)的两个或更多个MTJ器件。经图案化MTJ堆叠可包括自由层、阻挡层和钉扎层。MTJ器件阵列中所包括的每一MTJ器件可具有至少一个共用层，诸如阻挡层或钉扎层。附加地，MTJ器件阵列中所包括的每一MTJ器件可具有与该MTJ器件阵列中所包括的其它MTJ器件的自由层横向隔离的相应自由层。在一些实现中，MTJ器件阵列中所包括的每一MTJ器件可以耦合到共用电极(诸如顶电极)。

为了形成MTJ器件阵列，可执行多个蚀刻步骤。例如，可执行第一蚀刻以形成每一MTJ器件的自由层。可执行第二蚀刻以形成对于MTJ器件阵列中的每一MTJ共用的至少一个层(例如，阻挡层和/或钉扎层)。第一蚀刻可以异于第二蚀刻。通过执行分开的蚀刻以形成诸自由层以及该至少一个层(例如，阻挡层和/或钉扎层)，可减少或消除与执行单个蚀刻以形成诸个体MTJ堆叠(例如，诸横向隔离的MTJ堆叠)相关联的破坏(诸如阻挡层破坏和/或自由层和钉扎层之间的电短路)。

在一特定方面，一种半导体器件包括包含阻挡层的第一磁性隧道结(MTJ)器件。该半导体器件还包括包含阻挡层的第二MTJ器件。该半导体器件还包括耦合到第一MTJ器件和第二MTJ器件的顶电极。

在另一特定方面，一种方法包括执行第一蚀刻以及执行第二蚀刻。第一蚀刻形成第一MTJ器件的第一磁性层并形成第二MTJ器件的第二磁性层。第二蚀刻形成第一MTJ器件和第二MTJ器件的至少一个层。第一蚀刻异于第二蚀刻。

在另一特定方面中，一种存储指令的计算机可读存储设备，这些指令在由处理器执行时使该处理器执行操作，这些操作包括发起第一图案化步骤和发起第二图案化步骤。第一图案化步骤形成第一MTJ器件的第一磁性层并形成第二MTJ器件形成的第二磁性层。第二蚀刻步骤形成第一MTJ器件和第二MTJ的至少一个层。图案化步骤异于第二图案化步骤。

在另一特定方面，一种方法包括接收包括与半导体器件相对应的设计信息的数据文件。该方法还包括根据该设计信息制造该半导体器件。该半导体器件包括磁性隧道结(MTJ)器件阵列。该MTJ器件阵列包括耦合到共用顶电极的两个或更多个MTJ器件。该MTJ器件阵列包括对这两个或更多个MTJ器件中的每一者共用的阻挡层。