СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ С МАГНИТНЫМ ТУННЕЛЬНЫМ ПЕРЕХОДОМ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2012 года по МПК H01L43/12 

I.ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее раскрытие в общем виде относится к способу формирования структуры с магнитным туннельным переходом (MTJ).

II. ОПИСАНИЕ СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ ОБЛАСТИ ТЕХНИКИ

В общем случае, широкое применение портативных компьютерных устройств и устройств беспроводной связи привело к повышенному спросу на постоянные запоминающие энергонезависимые устройства с высокой плотностью и малой мощностью. Поскольку технологии совершенствовались, стало возможным изготавливать магниторезистивную оперативную память (MRAM), основанную на устройствах с магнитным туннельным переходом (MTJ). Традиционные устройства спинового момента с туннельным переходом (STT) обычно изготавливаются как многослойные плоские структуры. Такие устройства обычно имеют двухмерные ячейки с магнитным туннельным переходом (MTJ) с единственным магнитным доменом. MTJ ячейка обычно включает в себя нижний электрод, антиферромагнитный слой, фиксированный слой (т.е. опорный слой, изготовленный из ферромагнитного материала, который переносит магнитное поле с фиксированной или закрепленной ориентацией с помощью антиферромагнитного (AF) слоя), туннельный барьерный слой (т.е. туннелирующий оксидный слой), свободный слой (т.е. второй ферромагнитный слой, который переносит магнитное поле, имеющее переменную ориентацию), и верхний электрод. MTJ ячейка представляет битовое значение с помощью магнитного поля, возбужденного в свободном слое. Направление магнитного поля свободного слоя относительно направления фиксированного магнитного поля, переносимого фиксированным слоем, определяет битовое значение.

Обычно, ячейка с магнитным туннельным переходом (MTJ) изготовляется путем нанесения нескольких слоев материала, наложением шаблона на слои и выборочным удалением частей слоев, в соответствии шаблоном. Традиционные MTJ ячейки изготовляются, чтобы поддерживать аспектное соотношение длины (а) к ширине (b), которое больше единицы, чтобы обеспечивать магнитную равнонаправленную ориентацию. Традиционно, соотношение сторон MTJ ячеек обеспечивается путем регулирования точности MTJ шаблона и путем выполнения MTJ фотопроцесса и процесса травления. В частном примере, жесткая фотомаска может быть использована для точного переноса и наложения MTJ шаблона. К сожалению, MTJ блок может включать в себя магнитные пленки, которые являются в основном металлическими пленками и которые имеют относительно низкую скорость травления, так что может быть необходимо, чтобы жесткая маска была относительно толстой. Для улучшения управления критическими размерами (CD) шаблона, в MTJ фотопроцесс и процесс травления включены улучшенная пленка (APF) с нанесенным рисунком и антиотражающее покрытие нижних (BARC) слоев. Однако в то время, как эти дополнительные слои повышают сложность процесса (как касательно процессов дополнительного нанесения, так и касательно процессов дополнительного фототравления слоев и процессов чистки), подложка MTJ ячейки может подвергнуться эрозии, что может привести к нежелательному наклону, скруглению углов и нежелательному смыву пленки. Такое повреждение может влиять на контактное сопротивление MTJ структуры и потенциально даже экспонировать или повреждать MTJ туннель.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В частном проиллюстрированном варианте осуществления, способ изготовления устройства с магнитным туннельным переходом (MTJ) раскрыт, что включает в себя изготовление канавки в подложке. Способ далее включает в себя нанесение пленок с магнитным туннельным переходом (MTJ) внутри канавки. MTJ пленки включают в себя нижний электрод, фиксированный слой, туннельный барьерный слой, свободный слой и верхний электрод. Способ также включает в себя выравнивание MTJ структуры. В частном примере, MTJ структура выравнивается с использованием процесса Химико-Механической Планаризации (СМР).

В другом частном варианте осуществления способ изготовления устройства с магнитным туннельным переходом (MTJ) раскрыт, что включает в себя образование канавки в подложке и нанесение пленок с магнитным туннельным переходом (MTJ) внутри канавки. Способ также включает в себя удаление лишнего материала, который напрямую не вытекает из канавки, с использованием фотоприбора с низким разрешением и инструмента для травления, и выравнивание MTJ структуры и подложки.

В еще одном частном варианте осуществления способ изготовления устройства с магнитным туннельным переходом (MTJ) раскрыт, что включает в себя образование канавки в подложке. Подложка включает в себя полупроводниковый материал, имеющий промежуточный диэлектрический слой и защитный пленочный слой, где канавка проходит сквозь защитный пленочный слой и в промежуточный диэлектрический слой. Способ далее включает в себя нанесение нижнего электрода внутри канавки и нанесение MTJ пленок на нижний электрод. MTJ пленки включают в себя первый ферромагнитный слой, туннельный барьерный слой и второй ферромагнитный слой. Способ также включает в себя нанесение верхнего электрода на MTJ пленках и может включать в себя выполнение процесса оборотного фототравления канавки и выполнения Химико-Механической Планаризации (СМР) на MTJ структуре и подложке для получения в значительной степени плоской поверхности.

Одно особое преимущество, обеспечиваемое вариантами осуществления раскрытых способов изготовления структуры с магнитным туннельным переходом (MTJ), заключается в том, что окисление, эрозия и угловое скругление могут быть уменьшены путем использования канавки, чтобы определить размеры MTJ структуры без фототравления MTJ структуры. В общем случае канавка формируется в оксидной базовой подложке, которая легче поддается фототравлению, чем MTJ металлические пленки. Далее оксидная базовая подложка легче поддается точному фототравлению, чем металлические слои. Вместо этого могут быть использованы процесс оборотного фототравления и процесс Химико-Механической Планаризации (СМР), чтобы удалить лишний материал без внесения эрозии, углового скругления или других недостатков, которые могут влиять на выполнение MTJ структуры.

Другим особым преимуществом является то, что окно процесса для изготовления MTJ структур улучшается, т.е. увеличивается, и суммарная надежность MTJ процесса и полученная MTJ структура также улучшаются.

Другие аспекты, преимущества и особенности настоящего раскрытия будут понятны после просмотра всей заявки, включающей в себя следующие разделы: краткое описание и чертежи, подробное описание и формула изобретения.

VI. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - это диаграмма настоящего примера ячейки с магнитным туннельным переходом (MTJ);

Фиг.2 - это блок-схема интегральной микросхемы, включающей в себя настоящий вариант осуществления ячейки с магнитным туннельным переходом (MTJ), включающей в себя верхний электрод, MTJ блок и нижний электрод;

Фиг.3 - это вид сверху частного иллюстративного варианта осуществления интегральной микросхемы, включающей в себя ячейку с магнитным туннельным переходом (MTJ), имеющей в значительной степени прямоугольную форму;

Фиг.4 - это поперечное сечение интегральной микросхемы Фиг.3, проведенное по линии 4-4 на Фиг.3;

Фиг.5 - это вид сверху второго частного иллюстративного варианта осуществления интегральной микросхемы, включающей в себя ячейку с магнитным туннельным переходом (MTJ), имеющей в значительной степени эллиптическую форму;

Фиг.6 - это вид сверху третьего частного иллюстративного варианта осуществления интегральной микросхемы, включающей в себя ячейку с магнитным туннельным переходом (MTJ);

Фиг.7 - это поперечное сечение интегральной микросхемы с Фиг.6, проведенное по линии 7-7 с Фиг.6;

Фиг.8 - это вид сверху частного иллюстративного варианта осуществления запоминающего устройства, включающего себя подложку с ячейкой с магнитным туннельным переходом, которая приспособлена для хранения множества битов;

Фиг.9 - это поперечное сечение интегральной микросхемы с Фиг.8, проведенное вдоль линии 9-9 на фиг.8;

Фиг.10 - это поперечное сечение интегральной микросхемы с Фиг.8, проведенное вдоль линии 10-10 на фиг.8;

Фиг.11 - это вид сверху другого частного иллюстративного варианта осуществления запоминающего устройства, включающего себя подложку с ячейкой с магнитным туннельным переходом, которая приспособлена для хранения множества битов;

Фиг.12 - это поперечное сечение интегральной микросхемы с Фиг.11, проведенное вдоль линии 12-12 на фиг.11;

Фиг.13 - это поперечное сечение интегральной микросхемы с Фиг.11, проведенное вдоль линии 13-13 на фиг.11;

Фиг.14 - это поперечное сечение подложки микросхемы после нанесения защитного пленочного слоя и после процессов фототравления, удаления фоторезиста, наполнения и Химико-Механической Планаризации (СМР);

Фиг.15 - это поперечное сечение подложки микросхемы с Фиг.14 после нанесения промежуточного диэлектрического слоя, нанесения верхней пленки, процесса фототравления, нанесения нижнего электрода, нанесения пленок с магнитным туннельным переходом (MTJ), нанесения верхнего электрода и обработки оборотным фототравлением;

Фиг.16 - это поперечное сечение подложки микросхемы с Фиг.15, после обратного удаления фоторезиста и MTJ СМР обработки, чтобы остановиться на защитном пленочном слое;

Фиг.17 - это поперечное сечение подложки микросхемы с Фиг.16, проведенное вдоль линии 17-17 на фиг.16 после нанесения фоторезиста центрифугированием и после фототравления, чтобы удалить боковую стенку MTJ блока, обеспечивая окно обработки;

Фиг.18 - это поперечное сечение подложки микросхемы с Фиг.17 после заполнения окна обработки IDL материалом и оксидом и остановки СМР процесса на защитном слое;

Фиг.19 - это поперечное сечение подложки микросхемы с Фиг.18, проведенное вдоль линии 19-19 на фиг.18 после нанесения первого IDL слоя, обработки переходного окна и нанесения металлической пленки и нанесения рисунка верхней проводящей дорожки;

Фиг.20-21 иллюстрирует блок-схему частного иллюстративного варианта осуществления способа изготовления ячейки с магнитным туннельным переходом (MTJ);

Фиг.22 - это блок-схема второго частного иллюстративного варианта осуществления способа изготовления MTJ ячейки;

Фиг.23 - это блок-схема третьего частного иллюстративного варианта осуществления способа изготовления ячейки MTJ;

Фиг.24 - это блок-схема четвертого частного иллюстративного варианта осуществления способа изготовления ячейки MTJ; и

Фиг.25 - это блок-схема настоящего устройства беспроводной связи, включающей в себя запоминающее устройство с несколькими MTJ ячейками.

V. ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Фиг.1 - это поперечное сечение частного варианта осуществления части ячейки 100 с магнитным туннельным переходом (MTJ), которая может быть изготовлена в соответствии со способами и вариантами осуществления изобретения, описанными в соответствии с Фиг.3-24. MTJ ячейка 100 включает в себя MTJ блок 102, имеющий свободный слой 104, туннельный барьерный слой 106, фиксированный (закрепленный) слой 108 и антиферромагнитный слой (AF) слой 126. MTJ блок 102 соединен с битовой линией 110. Далее MTJ блок 102 соединяется с линией источника 114 через нижний электрод 116 и переключатель 118. Словесная линия 112 соединена с управляющим терминалом переключателя 118 для выборочного активирования переключателя 118, чтобы позволить току 124 записи течь от битовой линии 110 к линии 114 источника. В варианте осуществления изобретения показано, что фиксированный слой 118 включает в себя магнитный домен 122, который имеет фиксированную ориентацию. Свободный слой 104 включает в себя магнитный домен 120, который программируется посредством тока 124 записи. Как показано, ток 124 записи приспособлен, чтобы программировать ориентацию магнитного домена 120 на свободном слое 104 в нулевое состояние (т.е. магнитные домены 120 и 122 ориентированы в одном и том же направлении). Чтобы записать одно значение для MTJ ячейки 100, ток 124 записи переключается в противоположном направлении, заставляя ориентацию магнитного домена 120 на свободном слое 104 переворачивать направления, так что магнитный домен 120 вытягивается в направлении, противоположном направлению магнитного домена 122.

Фиг.2 - это поперечное сечение другого частного варианта осуществления MTJ ячейки 200, которая включает в себя структуру синтетических фиксированных слоев и которая может быть изготовлена в соответствии со способами и вариантами осуществления, описанными в соответствии с Фиг.3-24. В частности, MTJ ячейка 200 включает в себя MTJ блок 202, включающий в себя свободный слой 204, туннельный барьерный слой 206 и фиксированный слой 208. Свободный слой 204 MTJ блока соединен с верхним электродом 210 через буферный слой 230. В этом примере фиксированный слой 208 MTJ блока 202 соединен с верхним электродом 216 через антиферромагнитный слой 238. Дополнительно фиксированный слой 208 включает в себя первый закрепленный (фиксированный) слой 236, буферный слой 234 и второй закрепленный (фиксированный) слой 232. Первый и второй закрепленные слои 236 и 232 имеют соответствующие магнитные домены, которые ориентированы в противоположных направлениях в структуре синтетических фиксированных слоев, таким образом, повышая полное сопротивление и уравновешивая поле магнитного рассеяния MTJ блока 202. В частном варианте осуществления, такое уменьшение поля рассеяния может уравновешивать магнитное поле MTJ блока 202. В других вариантах осуществления изобретения, могут быть включены дополнительные слои, такие как один или несколько затравочных слоев; буферные слои; слои балансировки поля рассеивания; проводящие слои; слои расширенного выполнения, такие как синтетические фиксированные слои, синтетические свободные (SyF) слои или двойной спиновый фильтр (DSF); или любая их комбинация.

Фиг.3 - это вид сверху частного иллюстративного варианта осуществления интегральной микросхемы 300, включающей в себя ячейку 304 с магнитным туннельным переходом (MTJ), имеющую в значительной степени прямоугольную форму. Интегральная схема 300 включает в себя подложку 302, которая имеет MTJ ячейку 304. MTJ ячейка 304 включает в себя нижний электрод 306, MTJ блок 308, центральный электрод 310 и переходное отверстие 312. MTJ ячейка 304 имеет первую стенку 314, вторую стенку 316, третью стенку 318 и четвертую стенку 320. Вторая боковая стенка 316 включает в себя второй магнитный домен 322, чтобы представлять первое значение данных, и четвертая боковая стенка 320 включает в себя четвертый магнитный домен 324, чтобы представлять второе значение данных. Нижняя стенка (не показана) может включать в себя нижний магнитный домен 446 (см. Фиг 4), чтобы представлять другое значение данных. Первая и третья боковые стенки 314 и 318 могут также нести магнитные домены в зависимости от конкретного выполнения.

MTJ ячейка 304 имеет длину (а) и ширину (b). Длина (а) соответствует длине второй и четвертой боковых стенок 316 и 320. Ширина (b) соответствует длине первой и третьей боковых стенок 314 и 318. В этом конкретном примере, длина (а) MTJ ячейки 304 больше, чем ширина (b).

Фиг.4 - это поперечное сечение 400 интегральной микросхемы 300 с Фиг.3, проведенное по линии 4-4 на Фиг.3. Вид 400 включает в себя подложку 302, показанную в разрезе, включающую в себя MTJ ячейку 304, переходное отверстие 312, верхний электрод 310, MTJ блок 308 и нижний электрод 306. Подложка 302 включает в себя первый промежуточный диэлектрический слой 432, первый защитный слой 434, второй промежуточный слой диэлектрический 436, второй защитный слой 438, третий защитный слой 440 и третий промежуточный диэлектрический слой 442.

Канавка сформирована во втором защитном слое 438 и втором промежуточном диэлектрическом слое 436, чтобы вмещать нижний электрод 306, MTJ блок 308 и верхний электрод 310. Канавка имеет глубину (d) канавки и MTJ блок 308 имеет глубину (с), которая приблизительно равна глубине (d) канавки минус толщина нижнего электрода 306. Нижнее переходное отверстие 444 проходит через первый защитный слой 434 и первый промежуточный диэлектрический слой 432 и соединяется с нижним электродом 306. Переходное отверстие 312 проходит от поверхности 430 подложки 302 через третий промежуточный диэлектрический слой 442 и третий защитный слой 440 и соединяется с верхним электродом 310. Поверхность 430 может быть в значительной степени плоской поверхностью.

Фиг.5 - это вид сверху второго частного иллюстративного варианта осуществления интегральной микросхемы 500, включающей в себя ячейку 504 с магнитным туннельным переходом (MTJ), имеющую в значительной степени эллиптическую форму. Интегральная микросхема 500 включает в себя подложку 502, имеющую MTJ ячейку 504. MTJ ячейка 504 включает в себя нижний электрод 506, MTJ блок 508, верхний электрод 510 и переходное отверстие 512, которое проходит от поверхности (такой как поверхность 430, показанная на Фиг.4) к верхнему электроду 510. MTJ ячейка 504 включает в себя первую стенку 516 и вторую стенку 518, которые приспособлены для переноса независимых магнитных доменов 522 и 524 соответственно. Соответствующая ориентация каждого из независимых магнитных доменов 522 и 524 может представлять соответствующее значение данных. Дополнительно, MTJ ячейка 504 может включать в себя нижнюю стенку, приспособленную для переноса другого независимого магнитного домена, такого как нижний домен 446 с Фиг.4., который может представлять другое значение данных.

MTJ ячейка 504 включает в себя длину (а) и ширину (b), где длина (а) больше, чем ширина (b). В частном варианте осуществления поперечное сечение с Фиг.4 может также представлять разрез, проведенный по линии 4-4 с Фиг.5. В этом примере MTJ ячейка 504 может быть изготовлена с канавкой, имеющей глубину (d), так что MTJ ячейка 504 имеет глубину (с), как показано на Фиг.4. В этом частном примере MTJ ячейка 504 может быть изготовлена так, что длина (а) больше, чем ширина (b), а ширина (b) намного больше, чем глубина (d) канавки или глубина (с) MTJ ячейки. Альтернативно, MTJ ячейка 504 может быть изготовлена так, что MTJ ячейка 504 имеет глубину (d) канавки, которая больше, чем глубина (с) MTJ ячейки, которая в свою очередь больше, чем длина (а), как показано на Фиг.6 и 7.

Фиг.6 - это вид сверху третьего частного иллюстративного варианта осуществления интегральной микросхемы 600, включающей в себя ячейку 604 с магнитным туннельным переходом (MTJ). Интегральная микросхема 600 включает в себя подложку 602, которая имеет MTJ ячейку 604. MTJ ячейка 604 включает в себя нижний электрод 606, MTJ блок 608, центральный электрод 610 и переходное отверстие 612. MTJ ячейка 604 имеет первую боковую стенку 614, вторую боковую стенку 616, третью боковую стенку 618 и четвертую боковую стенку 620. Вторая боковая стенка 616 включает в себя второй магнитный домен 622, приспособленный, чтобы представлять первое значение данных, а четвертая боковая стенка 620 включает в себя четвертый магнитный домен 624, приспособленный, чтобы представлять второе значение данных. Нижняя стенка 770 может включать в себя нижний магнитный домен 772, как описано на Фиг.7. Первая и третья боковые стенки 614 и 618 могут также переносить магнитные домены в зависимости от конкретного выполнения.

MTJ ячейка 604 имеет длину (а) и ширину (b). Длина (а) соответствует длине второй и четвертой боковых стенок 616 и 620. Ширина (b) соответствует длине первой и второй боковых стенок 614 и 618. В этом конкретном примере длина (а) MTJ ячейки 604 больше, чем ширина(b).

Фиг.7 - это поперечный разрез интегральной микросхемы с Фиг.6, проведенный по линии 7-7 на Фиг.6. Вид 700 включает в себя подложку 602, показанную в разрезе, включающую в себя MTJ ячейку 604, переходное отверстие 612, верхний электрод 610, MTJ блок 608 и нижний электрод 606. Подложка 602 включает в себя первый промежуточный диэлектрический слой 732, первый защитный слой 734, второй промежуточный диэлектрический слой 736, второй защитный слой 738, третий защитный слой 740 и третий промежуточный диэлектрический слой 742.

Канавка сформирована во втором защитном слое 738 и втором промежуточном диэлектрическом слое 736, чтобы вместить нижний электрод 606, MTJ блок 608 и верхний электрод 610. Канавка имеет глубину (d) канавки, а MTJ блок 608 имеет глубину (с), которая приблизительно равна глубине (d) канавки минус толщина нижнего электрода 606. Нижнее переходное отверстие 744 проходит от нижней поверхности 790 через первый защитный слой 734 и первый промежуточный диэлектрический слой 732 и соединяется с нижним электродом 606. Переходное отверстие 612 проходит от верхней поверхности 780 подложки 602 через третий промежуточный диэлектрический слой 742 и третий защитный слой 740 и соединяется с верхним электродом 610. Верхняя поверхность 780 может быть в значительной степени плоской поверхностью.

В частном варианте осуществления глубина (d) канавки больше, чем глубина (с) MTJ ячейки, причем обе больше, чем длина (а) MTJ ячейки 604. В этом частном примере магнитные домены 622 и 624 ориентированы вертикально (т.е. в направлении глубины (d) боковых стенок, как противоположному горизонтальному направлению длины (а) боковых стенок).

Фиг.8 - это вид сверху частного иллюстративного варианта осуществления запоминающего устройства 800, включающего в себя подложку 802 с ячейкой 804 с магнитным туннельным переходом (MTJ), которое приспособлено для хранения множества битов данных. Ячейки 804 с магнитным туннельным переходом (MTJ) включает в себя нижний электрод 806, MTJ блок 808 и центральный электрод 810.

MTJ ячейка 804 имеет длину (а) и ширину (b), где длина (а) больше, чем ширина (b). Подложка 802 включает в себя верхнее переходное отверстие 836, которое соединяется с центральным электродом 810 и включает в себя нижнее переходное отверстие 832, которое соединяется с нижним электродом 806. Подложка 802 также включает в себя первую проводящую дорожку 834, которая соединяется с верхним переходным отверстием 836 и второй проводящей дорожкой 830, которая соединяется с нижним переходным отверстием 832. Подложка 802 включает в себя окно 838 обработки.

MTJ ячейка 808 включает в себя фиксированный (закрепленный) магнитный слой, который переносит фиксированный магнитный домен, имеющий фиксированную ориентацию, туннельный барьерный слой и свободный магнитный слой, имеющий магнитный домен, который может быть изменен или запрограммирован посредством тока записи. MTJ блок 808 может также включать в себя антиферромагнитный слой, чтобы закреплять фиксированный магнитный слой. В частном варианте осуществления фиксированный магнитный слой MTJ блока 808 может включать в себя один или более слоев. Дополнительно MTJ блок 808 может включать в себя другие слои. MTJ ячейка 804 включает в себя первую боковую стенку 812, чтобы переносить первый магнитный домен 822, вторую боковую стенку 814, чтобы переносить второй магнитный домен 824 и третью боковую стенку 816, чтобы переносить третий магнитный домен 826. MTJ ячейка 804 также включает в себя нижнюю стенку 970, чтобы переносить четвертый магнитный домен 972 (см. Фиг.9). Первый, второй, третий и четвертый магнитные домены 822, 824, 826 и 972 являются независимыми. В частном варианте осуществления первый, второй, третий и четвертый магнитные домены 822, 824, 826 и 972 сконфигурированы, чтобы представлять соответствующие значения данных. В общем случае, ориентации магнитных доменов 822, 824, 826 и 972 определены с помощью запомненного значения данных. Например, значение «0» представлено первой ориентацией, в то время как значение «1» представлено второй ориентацией.

Фиг.9 - это поперечное сечение 900 интегральной микросхемы 800 с фиг.8, выполненное вдоль линии 9-9 на Фиг.8. Разрез 900 включает в себя подложку 802, имеющую первый промежуточный диэлектрический слой 950, второй промежуточный диэлектрический слой 952, первый защитный слой 954, третий промежуточный диэлектрический слой 956, второй защитный слой 958, третий защитный слой 960, четвертый промежуточный диэлектрический слой 962 и пятый промежуточный диэлектрический слой 964. Подложка 802 имеет первую поверхность 980 и вторую поверхность 990. Подложка 802 также включает в себя MTJ структуру 804, включающую в себя блок 808. Нижний электрод 806, MTJ блок 808 и верхний электрод 810 расположены внутри канавки в подложке 802. Канавка имеет глубину (d).

Подложка 802 включает в себя вторую проводящую дорожку 830, расположенную на второй поверхности 990. Вторая проводящая дорожка 830 соединяется с нижним переходным отверстием 832, которое проходит от второй проводящей дорожки 830 до части нижнего электрода 806. Подложка 802 также включает в себя первую проводящую дорожку 834, расположенную на первой поверхности 980. Первая проводящая дорожка 834 соединяется с верхним переходным отверстием 836, которое проходит от первой проводящей дорожки 834 до центрального электрода 810. Центральный электрод 810 соединяется с MTJ блоком 808. Подложка 802 также включает в себя окно 838 обработки, которое может быть сформировано выборочным удалением части MTJ структуры 804 и нанесением промежуточного диэлектрического материала внутри окна 838 обработки, за которым следует оксид СМР.

В частном варианте осуществления MTJ блок 808 включает в себя вторую боковую стенку 814, которая переносит второй магнитный домен 824. Второй магнитный домен 824 приспособлен для представления второго значения данных. MTJ блок 808 также включает в себя нижнюю стенку 970, имеющую нижний магнитный домен 972, который приспособлен представлять четвертое значение данных. В частном примере значение данных может быть считано с MTJ блока 808 путем приложения напряжения к первой проводящей дорожке 834 и путем сравнения тока на второй проводящей дорожке 830 с заданным значением тока. Альтернативно значение данных может быть записано на MTJ блоке 808 путем приложения тока записи к одной - первой или второй проводящей дорожке 834 и 830. В частном варианте осуществления длина (а) и ширина (b) MTJ блока 808, показанного на фиг.8, больше, чем глубина (d) канавки, а магнитный домен 824, переносимый второй боковой стенкой 814, проходит в направлении, которое в значительной степени параллельно первой поверхности 980 подложки 802 и в направлении ширины (b), показанной на Фиг.8. На этом частном виде магнитный домен 824 проходит в направлении по нормали к плоскости страницы на Фиг.9 (выходя из страницы, как указано острием стрелки (“·”) или в станицу, как указано хвостиком стрелки (“*”)).

Фиг.10 - это поперечное сечение 1000 интегральной микросхемы 800 с Фиг.8, проведенное вдоль линии 10-10 на Фиг.8. Разрез 1000 включает в себя подложку 802, имеющую первый промежуточный диэлектрический слой 950, второй промежуточный диэлектрический слой 952, первый защитный слой 954, третий промежуточный диэлектрический слой 956, второй защитный слой 958, третий защитный слой 960, четвертый промежуточный диэлектрический слой 962 и пятый промежуточный диэлектрический слой 964. Подложка 802 имеет первую поверхность 980 и вторую поверхность 990. Подложка 802 включает в себя MTJ структуру 804, имеющую нижний электрод 806, MTJ блок 808 и центральный электрод 810. Подложка 802 включает в себя первую проводящую дорожку 834, нанесенную и нарисованную на первой поверхности 980. Первая проводящая дорожка 834 соединяется с верхним переходным отверстием 836, которое проходит от первой проводящей дорожки 834 к центральному электроду 810. Подложка 802 также включает в себя вторую проводящую дорожку 830 на второй поверхности 990. Вторая проводящая дорожка 830 соединяется с нижним переходным отверстием 832, которое проходит от второй проводящей дорожки 830 к части нижнего электрода 806. MTJ блок 808 включает в себя первую боковую стенку 816, чтобы переносить первый магнитный домен 826, третью боковую стенку 812, чтобы переносить третий магнитный домен 822, и нижнюю стенку 970, чтобы переносить нижний магнитный домен 972. На этом частном виде магнитные домены 826, 822 и 972 проходят в направлении по нормали к плоскости страницы на Фиг.10 (выходя из страницы, как указано острием стрелки (“·”) или в станицу, как указано хвостиком стрелки (“*”)).

В частном варианте осуществления MTJ блок 808 приспособлен, чтобы запоминать до четырех уникальных значений данных. Первое значение данных может быть представлено первым магнитным доменом 822, второе значение данных может быть представлено вторым магнитным доменом 824, третье значение данных может быть представлено третьим магнитным доменом 826 и четвертое значение данных может быть представлено нижним магнитным доменом 972. В другом частном варианте осуществления изобретения четвертая боковая стенка может быть включена, чтобы переносить четвертый магнитный домен, который может представлять пятое значение данных.

Фиг.11 - это вид сверху частного иллюстративного варианта осуществления запоминающего устройства 1100, включающего в себя подложку 1102 с ячейкой 1104 с магнитным туннельным переходом (MTJ) в глубокой канавке, которое приспособлено для хранения множества значений данных, таких как множество битов. Ячейка 10004 с магнитным туннельным переходом (MTJ) включает в себя нижний электрод 1106, MTJ блок 1108 и центральный электрод 1110. MTJ ячейка 1104 имеет длину (а) и ширину (b), где длина (а) больше, чем ширина (b). Подложка 1102 включает в себя верхнее переходное отверстие 1136, которое соединяется с центральным электродом 110 и включает в себя нижнее переходное отверстие 1132, которое соединяется с нижним электродом 1106. Подложка 1102 также включает в себя первую проводящую дорожку 1134, которая соединяется с нижним переходным отверстием 1132, и вторую проводящую дорожку 1130, которая соединяется с верхним переходным отверстием 1136. Подложка 1102 включает в себя окно 1138 обработки.

MTJ блок 1108 включает в себя фиксированный (закрепленный) магнитный слой, который может быть закреплен антиферромагнитным слоем и который переносит фиксированный магнитный домен, имеющий фиксированную ориентацию, туннельный барьерный слой и свободный магнитный слой с магнитным доменом, который может быть изменен или запрограммирован посредством тока записи. В частном варианте осуществления фиксированный магнитный слой MTJ блока 1108 может включать в себя один или более слоев. Дополнительно MTJ блок 1108 может включать в себя другие слои. MTJ ячейка 1104 включает в себя первую боковую стенку 1112, чтобы переносить магнитный домен 1122, вторую боковую стенку 1114, чтобы переносить второй магнитный домен 1124, и третью боковую стенку 1116, чтобы переносить третий магнитный домен 1126. MTJ ячейка 1104 может также включать в себя нижнюю стенку 1270, чтобы переносить четвертый магнитный домен 1272 (см. Фиг.12). Первый, второй, третий и четвертый магнитные домены 1122, 1124, 1126 и 1272 являются независимыми. В частном варианте осуществления первый, второй, третий и четвертый магнитные домены 1122, 1124, 1126 и 1272 сконфигурированы, чтобы представлять соответствующие значения данных. В общем случае ориентации магнитных доменов 1122, 1124, 1126 и 1272 определяются запомненным значением данных. Например, значение «0» представлено первой ориентацией, в то время как значение «1» представлено второй ориентацией.

Фиг.12 - это поперечное сечение 1200 интегральной микросхемы 1100 с фиг.11, проведенное по линии 12-12 на Фиг.11. Разрез 1200 включает в себя подложку 1102, имеющую первый промежуточный диэлектрический слой 1250, второй промежуточный диэлектрический слой 1252, первый защитный слой 1254, третий промежуточный диэлектрический слой 1256, второй защитный слой 1258, третий защитный слой 1260, четвертый промежуточный диэлектрический слой 1262 и пятый промежуточный диэлектрический слой 1264. Подложка 1102 имеет первую поверхность 1280 и вторую поверхность 1290. Подложка 1102 также включает в себя MTJ структуру 1104, включающую в себя MTJ блок 1108. Нижний электрод 1106, MTJ блок 1108 и верхний электрод 1110 расположены внутри канавки в подложке 1102. Канавка имеет глубину (d). В этом примере глубина (d) больше, чем ширина (b) боковой стенки 1114.

Подложка 1102 включает в себя вторую проводящую дорожку 1130, нанесенную и нарисованную на первой поверхности 1280. Вторая проводящая дорожка 1130 соединяется с верхним переходным отверстием 1136, которое проходит от второй проводящей дорожки 1130 к центральному электроду 1110. Центральный электрод 1110 соединяется с MTJ блоком 1108. Подложка 1102 также включает в себя первую проводящую дорожку 1134, нанесенную на вторую поверхность 1290. Первая проводящая дорожка 1134 соединяется с нижним переходным отверстием 1132, которое проходит от первой проводящей дорожки 1134 до части нижнего электрода 1106. Подложка 1102 далее включает в себя окно 1138 обработки, которое может быть сформировано выборочным удалением части MTJ блока 1108 и нанесением промежуточного диэлектрического материала внутри окна 1138 обработки, затем следует процесс нанесения оксида СМР.

В частном варианте осуществления MTJ блок 1108 включает в себя вторую боковую стенку 1114, которая переносит второй магнитный домен 1124. Второй магнитный домен 1124 приспособлен представлять второе значение данных. MTJ блок 1108 также включает в себя нижнюю стенку 1270, имеющую нижний магнитный домен 1272, который приспособлен для представления четвертого значения данных. В частном примере, значение данных может быть считано с MTJ блока 1108 путем приложения напряжения ко второй проводящей дорожке 1130 и путем сравнения тока на первой проводящей дорожке 1134 с заданным значением тока. Альтернативно значение данных может быть записано на MTJ блоке 1108 путем приложения тока записи между первой и второй проводящими дорожками 1134 и 1130. В частном варианте осуществления длина (а) и ширина (b) MTJ блока 1108, показанного на Фиг.11, меньше, чем глубина (d) канавки, а магнитный домен 1124, переносимый второй боковой стенкой 1114, проходит в направлении, которое главным образом перпендикулярно первой поверхности 1280 подложки 1102 и в направлении глубины (d).

Фиг.13 - это поперечное сечение 1300 интегральной микросхемы 1100 с фиг.11, проведенное вдоль линии 13-13 на Фиг.11. Разрез 1300 включает в себя подложку 1102, имеющую первый промежуточный диэлектрический слой 1250, второй промежуточный диэлектрический слой 1252, первый защитный слой 1254, третий промежуточный диэлектрический слой 1256, второй защитный слой 1258, третий защитный слой 1260, четвертый промежуточный диэлектрический слой 1262 и пятый промежуточный диэлектрический слой 1264. Подложка 1102 имеет первую поверхность 1280 и вторую поверхность 1290. Подложка 1102 включает в себя MTJ структуру 1104, имеющую нижний электрод 1106, MTJ блок 1108 и центральный электрод 1110. Подложка 1102 включает в себя первую проводящую дорожку 1134, нанесенную и нарисованную на второй поверхности 1290. Первая проводящая дорожка 1134 соединяется с нижним переходным отверстием 1132, которое проходит от первой проводящей дорожки 1134 до части нижнего электрода 1106. Подложка 1102 также включает в себя вторую проводящую дорожку 1130 на первой поверхности 1280. Вторая проводящая дорожка 1130 соединяется с верхним переходным отверстием 1136, которое проходит от второй проводящей дорожки 1130 к центральному электроду 1110.

MTJ блок 1108 включает в себя первую боковую стенку 1116, чтобы переносить первый магнитный домен 1126, третью боковую стенку 1112, боковую стенку, чтобы переносить третий магнитный домен 1122, и нижнюю стенку 1270, чтобы переносить нижний магнитный домен 1272. На этом частном виде глубина (d) канавки больше, чем длина (а) и ширина (b) MTJ блока 1108, а первый и третий магнитные домены 1122 и 1126 проходят в направлении, которое в значительной степени перпендикулярно первой поверхности 1280. Длина (а) больше, чем ширина (b) MTJ блока 1108, а четвертый магнитный домен 1172 проходит в направлении, которое в значительной степени представляет собой нормаль к плоскости страницы (выходя из страницы, как указано острием стрелки (“·”) или в станицу, как указано хвостиком стрелки (“*”)).

В частном варианте осуществления MTJ блок 1108 приспособлен, чтобы запоминать до четырех уникальных значений данных. Первое значение данных может быть представлено первым магнитным доменом 1122, второе значение данных может быть представлено вторым магнитным доменом 1124, третье значение данных может быть представлено третьим магнитным доменом 1126 и четвертое значение данных может быть представлено нижним магнитным доменом 1272. В другом частном варианте осуществления, четвертая боковая стенка может быть добавлена для переноса четвертого магнитного домена, который может представлять пятое значение данных.

Фиг.14 - это поперечное сечение интегральной микросхемы 1400 после нанесения защитного пленочного слоя и после процессов фототравления, удаления фоторезиста, заполнения и Химико-Механической Планаризации (СМР). Подложка 1400 микросхемы включает в себя первый промежуточный диэлектрический слой 1401 и проводящую дорожку 1403, второй промежуточный диэлектрический слой 1402, нанесенные сверху первого промежуточного диэлектрического слоя 1401, и защитный пленочный слой 1404, нанесенный сверху промежуточного диэлектрического слоя 1402. В частном варианте осуществления фоторезистивный слой был нанесен на защитный пленочный слой 1404 путем центрифугирования фоторезиста. Процесс фототравления был применен для образования шаблона в пленочном защитном слое 1404 и промежуточном диэлектрике 1402 фоторезистивным слоем. Фоторезистивный слой был удален после травления, чтобы экспонировать окно или переходное отверстие 1406 через защитный пленочный слой 1404 и промежуточный диэлектрический слой 1402. Проводящий материал или материал заполнения переходного окна 1408 был нанесен в окне 1406, а процесс СМР переходного окна был выполнен для выравнивания подложки 1400 микросхемы.

Фиг.15 - это поперечное сечение 1500 подложки 1400 микросхемы с фиг.14 после нанесения промежуточного диэлектрического слоя, нанесения защитной пленки, процесса фототравления канавки, удаления фоторезиста канавки, нанесения нижнего электрода, нанесения пленок с магнитным туннельным барьером (MTJ), нанесения верхнего электрода и обратной обработки фототравления. Подложка 1400 микросхемы включает в себя первый промежуточный диэлектрический слой 1401, и проводящую дорожку 1403, второй промежуточный диэлектрический слой 1402, защитный пленочный слой 1404 и материал 1408 наполнения переходного отверстия. Третий промежуточный диэлектрический слой 1510 наносится на защитный пленочный слой 1404. Второй защитный пленочный слой 1512 наносится на третий промежуточный диэлектрический слой 1510. Канавка 1514 образовывается внутри защитного пленочного слоя 1512 и третьего промежуточного диэлектрического слоя 1510, например, путем выполнения фототравления канавки и процесса чистки. Ячейка 1516 с магнитным туннельным барьером (MTJ) наносится внутри канавки 1514. MTJ ячейка 1516 включает в себя нижний электрод 1518, который соединяется с материалом 1408 наполнения нижнего переходного отверстия, MTJ блок 1520, соединенный с нижним электродом 1518, и верхний электрод 1522, соединенный с MTJ блоком 1520. Фоторезистивный слой 1524 нанесен по шаблону на верхний электрод 1522. Обратный процесс фототравления применяется к фоторезистивному слою 1524, верхнему электроду 1524, MTJ блоку 1520 и нижнему электроду 1518, чтобы удалить лишний материал, который находится не внутри канавки 1514.

В этом частном примере канавка 1514 очерчивается, чтобы иметь глубину (d) канавки. Толщина нижнего электрода 1518 определена относительно глубины (с) MTJ ячейки. В частном примере глубина (с) MTJ ячейки приблизительно равна глубине (d) канавки минус толщина нижнего электрода 1518.

В общем случае изготовлением MTJ ячейки 1516 внутри канавки 1514, размеры канавки 1514 определяют размеры MTJ ячейки 1516. Далее, поскольку канавка 1514 определяет размеры MTJ ячейки 1516, MTJ ячейка 1516 может быть изготовлена без выполнения рискованного и дорогого процесса фототравления на MTJ ячейке 1516, таким образом, уменьшая окисление, угловое скругление и другие моменты, касающиеся эрозии в отношении MTJ ячейки 1516.

Фиг.16 - это поперечное сечение 1600 подложки 1400 микросхемы с Фиг.15 после обратного удаления фоторезиста и СМР обработки MTJ, чтобы остановиться на защитном пленочном слое. Подложка 1400 микросхемы включает в себя первый промежуточный диэлектрический слой 1401, проводящую дорожку 1403, второй промежуточный диэлектрический слой 1402 и первый защитный слой 1404. Вид 1600 включает в себя второй промежуточный диэлектрический слой 1510, второй защитный слой 1512 и MTJ структуру 1516. MTJ структура 1516 имеет глубину (d) MTJ ячейки и сформирована внутри канавки 1514, имеющей глубину (d) канавки. MTJ структура 1516 включает в себя нижний электрод 1518, который соединяется с материалом 1408 наполнения переходного отверстия, MTJ блоком 1520 и верхним электродом 1522. Процесс удаления фоторезиста применяется и процесс Химико-Механической Планаризации (СМР) MTJ применяется для удаления частей MTJ структуры 1516, чтобы получить в значительной степени плоскую поверхность 1630. СМР процесс останавливается на втором защитном пленочном слое 1512.

Фиг.17 - это поперечное сечение 1700 подложки 1400 микросхемы с Фиг.16, проведенное вдоль линии 17-17 после того, как фоторезист нанесен и сформирован рисунок, и травление боковой стенка MTJ выполнено. Подложка 1400 микросхемы включает в себя первый промежуточный диэлектрический слой 1401, проводящую дорожку 1403, второй промежуточный диэлектрический слой 1402, первый защитный пленочный слой 1404 и материал 1408 наполнения переходного отверстия. Третий промежуточный диэлектрический слой 1510 и второй защитный слой 1512 нанесены на второй защитный слой 1404. Канавка 1514 образована во втором защитном слое 1512 и втором промежуточном диэлектрическом слое 1510. Нижний электрод 1518, MTJ блок 1520 и верхний электрод 1522 сформированы внутри канавки 1514. Процесс Химико-Механической Планаризации (СМР) применяется для получения в значительной степени плоской поверхности 1630. Фоторезистивный слой наносится, и окно 1752 обработки шаблона очерчивается с использованием процесса фототравления. Процесс фототравления удаляет боковую стенку из MTJ ячейки 1516, что приводит к получению MTJ ячейки 1516 в значительной степени u-образной формы (вид сверху).

Фиг.18 - это поперечное сечение 1800 подложки 1400 микросхемы, показанной на Фиг.17 после нанесения промежуточного диэлектрического материала в окно 1752 обработки, после выполнения процесса химико-механической планаризации (СМР) и после нанесения третьего защищающего слоя 1744. Подложка 1400 микросхемы включает в себя первый промежуточный диэлектрический слой 1401, проводящую дорожку 1403, второй промежуточный диэлектрический слой 1402, первый защитный пленочный слой 1404 и материал 1408 наполнения переходного отверстия. Третий промежуточный диэлектрический слой 1510 и второй защитный слой 1512 наносятся на первый защитный пленочный слой 1404. Канавка 1514 образуется во втором защитном слое 1512 и втором промежуточном диэлектрическом слое 1510. Нижний электрод 1518, MTJ блок 1520 и верхний электрод 1522 сформированы внутри канавки 1514. Процесс Химико-Механической Планаризации (СМР) применяется, чтобы восстановить в значительной степени плоскую поверхность 1630. Окно 1752 обработки образуется с помощью процесса фототравления. Процесс фототравления удаляет боковую стенку MTJ ячейки 1516, что приводит к получению MTJ ячейки 1516 в значительной степени u-образной формы (на виде сверху). Окно 1752 обработки заполняется промежуточным диэлектрическим материалом 1848, СМР процесс выполняется, чтобы восстановить в значительной степени плоскую поверхность 1630, и третий защитный слой 1744 наносится на, в значительной степени, плоскую поверхность 1630.

Фиг.19 - это поперечное сечение 1900 подложки 1400 микросхемы, которая может быть соединена с другой микросхемой. Подложка 1400 микросхемы включает в себя первый промежуточный диэлектрический слой 1401, проводящую дорожку 1403, второй промежуточный диэлектрический слой 1402, первый защитный пленочный слой 1404 и материал 1408 наполнения переходного отверстия. Третий промежуточный диэлектрический слой 1510 и второй защитный слой 1512 наносятся на первый защитный пленочный слой 1404. Канавка 1514 образована во втором защитном слое 1512 и втором промежуточном защитном слое 1510. Нижний электрод 1518, MTJ блок 1520, верхний электрод 1522 формируются внутри канавки 1514. Процесс Химико-Механической Планаризации (СМР) применяется, чтобы восстановить в значительной степени плоскую поверхность 1630. Третий защитный слой 1744 и четвертый промежуточный диэлектрический слой 1746 наносятся. Процесс фототравления применяется, чтобы образовать переходное отверстие 1960 через четвертый промежуточный диэлектрический слой 1746 и третий защитный слой 1744. Переходное отверстие 1960 заполняется проводящим материалом и применяется процесс химико-механической планаризации переходного отверстия. Металлическая проводящая дорожка 1962 наносится и рисуется с помощью шаблона на четвертом промежуточном диэлектрическом слое 1746 и наносится пятый промежуточный диэлектрический слой 1948. Если применяется Дамасский процесс, то переходное отверстие и металлический провод могут быть объединены при нанесении шаблона канавки, нанесении медного покрытия и покрытия медью СМР на пятом промежуточном диэлектрическом слое 1948 и четвертом промежуточном диэлектрическом слое 1746. В частном варианте осуществления может быть выполнен другой процесс химико-механической планаризации, чтобы выровнять микросхему. На этом этапе, проводящая дорожка 1403 и проводящая дорожка 1962 могут быть соединены с другой микросхемой, а MTJ ячейка 1516 может быть использована, чтобы запоминать одно или более значений данных.

Фиг.20 - это блок-схема частного иллюстративного варианта осуществления способа изготовления ячейки с магнитным туннельным переходом (MTJ). На 2002 защитная пленка наносится на промежуточный диэлектрический слой подложки. Продвигаемся до 2004, где переходное отверстие образовано с использованием процесса фототравления, процесса удаления фоторезиста и процесса чистки. Продолжаем на 2006, где переходное отверстие или окно заполняется проводящим материалом и процесс Химико-Механической Планаризации (СМР) переходного отверстия выполняется на подложке, чтобы удалить лишний проводящий материал. Передвинемся на 2008, где наносятся промежуточный диэлектрический слой (IDL) и защитный пленочный слой. Продолжаем на 2010, где канавка образуется фототравлением, удалением фоторезиста и чисткой.

Продолжаем на 2012, где наносится нижний электрод. Продолжаем на 2014, где наносится множество пленочных слоев с магнитным туннельным переходом (MTJ), включающих в себя магнитные пленочные и туннельные барьерные слои, чтобы сформировать блок с магнитным туннельным переходом (MTJ). Продолжаем на 2016, где верхний электрод наносится на MTJ блок, чтобы сформировать MTJ ячейку. Передвигаемся на 2018, где выполняется обратный процесс фототравления канавки, чтобы удалить лишний материал, который непосредственно не вытекает из канавки. На 2020 фоторезист удаляется и выполняется процесс Химико-Механической Планаризации (СМР) MTJ для удаления лишнего материала, останавливающийся на защитном пленочном слое. Продолжаем на 2022, где MTJ блок подвергается фототравлению, чтобы удалить одну боковую стенку MTJ блока. В частном варианте осуществления фототравление MTJ блока образовывает окно обработки или отверстие. Способ продолжается на 2024.

Возвращаясь к Фиг.21 на 2024, способ продолжается на 2126 и фоторезист удаляется, промежуточный диэлектрический слой наносится, процесс оксидной Химико-Механической Планаризации (СМР) выполняется, и наносится защитный пленочный слой. Передвинемся на 2128, где процесс магнитного отжига выполняется на MTJ блоке, чтобы отжечь фиксированный магнитный слой в горизонтальном Х и Y направлении (для мелкой канавки) или в горизонтальном Х-направлении и вертикальном Z-направлении (для глубокой канавки). Переходим на 2130, где наносятся промежуточный диэлектрический слой и защитный пленочный слой. Продолжим на 2132, переходное отверстие подвергается фототравлению и заполняется, и процесс Химико-Механической Планаризации (СМР) переходного отверстия выполняется. Переходим на 2134, металлический провод получается нанесением металлического слоя и фототравлением слоя, чтобы сформировать проводящую дорожку, или формированием канавки, фототравлением, нанесением покрытия и выполнением процесса Химико-Механической Планаризации (СМР). Если используется дамасский процесс, то обработка переходного отверстия на 2132 и обработка металлического провода на 2134 могут быть объединены как процесс образования канавки с помощью фототравления, удаления фоторезиста, нанесения медного покрытия и медной Химико-Механической Планаризации (СМР). Способ заканчивается на 2136.

Фиг.22 - это блок-схема второго частного варианта осуществления способа изготовления структуры (MTJ) с магнитным туннельным переходом. Способ в основном включает в себя формирование канавки в подложке, нанесение MTJ структуры внутри канавки и выравнивание MTJ структуры без выполнения процесса фототравления на MTJ структуре. На 2202 защитная пленка наносится на промежуточный диэлектрический слой подложки. Переходим на 2204, переходное отверстие образовывается с использованием процесса фототравления, процесса удаления фоторезиста и процесса чистки на защитном пленочном и промежуточном диэлектрическом слоях. Продолжим на 2206, проводящий материал наносится внутри переходного отверстия и выполняется процесс Химико-Механической Планаризации (СМР), чтобы выровнять подложку. Передвинемся на 2208, где могут быть нанесены IDL пленочный слой и защитный пленочный слой. Продолжим на 2210, канавка образуется в подложке. Канавка имеет размеры, которые определяют MTJ структуру без выполнения процесса фототравления на MTJ структуре.

Продолжим на 2212, после формирования канавки в подложке, структура с магнитным туннельным переходом (MTJ) наносится внутри канавки. MTJ структура включает в себя нижний электрод, фиксированный слой, туннельный барьерный переход, свободный слой и верхний электрод. MTJ структура может также включать в себя антиферромагнитный слой между нижним электродом и фиксированным слоем. Дополнительные слои также могут быть применены, например, затравочный слой, буферный слой, разделительный слой или другие слои.

Перейдем на 2214, процесс обратного фототравления канавки может быть применен к удаляемому материалу, который непосредственно не вытекает из канавки. Передвинемся на 2216, где MTJ структура выравнивается без выполнения процесса фототравления на MTJ структуре. Например, процесс рискованного/дорогого фототравления не выполняется на MTJ структуре. Выравнивание MTJ структуры может включать в себя выполнение СМР процесса, чтобы удалить лишний материал. Нанесенный материал может быть удален из подложки, чтобы образовать в значительной степени плоскую поверхность.

Продолжаем на 2218, где процесс магнитного отжига может быть выполнен, чтобы образовать ориентацию магнитного поля, переносимого фиксированным слоем. Процесс магнитного отжига может быть процессом трехмерного (3D) отжига. Все MTJ слои могут быть подвергнуты отжигу посредством процесса магнитного отжига, закрепления фиксированного слоя, в то же время допуская, чтобы свободный слой модифицировался током записи. Способ заканчивается на 2220.

Фиг.23 - это блок-схема третьего частного варианта осуществления способа формирования структуры с магнитным туннельным переходом (MTJ). На 2302 канавка выполняется на подложке. Подложка может включать в себя промежуточный диэлектрический слой и защитный пленочный слой. Продолжим на 2304-2314, где MTJ структура наносится внутри канавки. Нанесение MTJ структуры может включать в себя: нанесение нижнего электрода внутри канавки, на 2304; нанесение антиферромагнитного слоя на нижний электрод, на 2306; нанесение первого магнитного слоя на антиферромагнитный слой на 2308; нанесение оксидного металлического материала, чтобы сформировать туннельный барьер, такого как, например, MgO или AlO на 2310; нанесение второго магнитного слоя на туннельный барьер на 2312; и нанесение верхнего электрода на второй магнитный слой на 2314.

Продолжим на 2316, лишний материал, который непосредственно не вытекает из канавки, удаляется, используя процесс фототравления с низким разрешением. Переходим на 2318, где MTJ структура и подложка выравниваются. Выравнивание MTJ структуры и подложки может включать в себя выполнение процесса Химико-Механической Планаризации (СМР), чтобы удалить лишний материал из MTJ структуры, и остановку на защитном пленочном слое. СМР процесс может быть выполнен без выполнения процесса фототравления на MTJ структуре. Например, рискованное/дорогое фототравление может не быть выполнено на MTJ структуры.

Продолжим на 2320, процесс магнитного отжига выполняется на выбранном слое, чтобы зафиксировать ориентацию магнитного поля, выбранный слой включает в себя фиксированный слой. Процесс магнитного отжига может быть процессом трехмерного отжига (3D). Множество MTJ слоев могут быть отожжены посредством процесса магнитного отжига, закрепляя фиксированный слой, в то же время позволяя свободному слою быть модифицированным током записи. Перейдем на 2322, формируются, по меньше мере, два электрических проводника для MTJ структуры. Способ заканчивается на 2324.

Фиг.24 - это блок-схема четвертого частного варианта осуществления способа формирования структуры с магнитным туннельным переходом (MTJ). На 2402 канавка образуется в подложке, подложка включает в себя полупроводниковый материал, имеющий промежуточный диэлектрический слой и защитный пленочный слой, где канавка проходит через защитный пленочный слой и в промежуточном защитном слое. Канавка может определять форму MTJ структуры. Канавка может иметь в значительной степени эллиптическую форму, в значительной степени прямоугольную форму, или альтернативную форму. Продолжим на 2404, где нижний электрод наносится внутри канавки. Перейдем на 2406, где MTJ структура наносится на нижний электрод, MTJ структура включает в себя первый ферромагнитный слой, туннельный барьерный слой, и второй ферромагнитный слой. MTJ структура может также включать в себя другие слои, такие как антиферромагнитный слой между нижним электродом и первым ферромагнитным слоем. Перейдем к 2408, где верхний электрод наносится на MTJ структуру.

Продолжим на 2410, где обратный процесс фототравления и процесс выравнивания выполняются на MTJ структуре и подложке, чтобы получить в значительной степени плоскую поверхность. Выполнение процесса выравнивания может включать в себя выполнение процесса Химико-Механической Планаризации (СМР) на MTJ структуре и подложке. MTJ структура может таким образом быть изготовлена без выполнения процесса фототравления на MTJ структуре, который может быть рискованным и дорогим. Способ прекращается на 2412.

Фиг.25 - это блок-схема представленного устройства 2500 беспроводной связи, включающего в себя запоминающее устройство с множеством MTJ ячеек. Устройство 2500 связи включает в себя запоминающую матрицу MTJ ячеек 2532 и магниторезистивную оперативную память (MRAM), включающую в себя матрицу MTJ ячеек 2566, которые соединяются с процессором, таким как цифровой сигнальный процессор (DSP) 2510. Устройство 2500 связи также включает в себя устройство кэш-памяти из MTJ ячеек 2564, которое соединяется с DSP 2510. Устройство кэш-памяти из MTJ ячеек 2564, запоминающая матрица из MTJ ячеек 2532 и устройство MRAM, включающее в себя множество MTJ ячеек 2566, могут включать в себя MTJ ячейки, изготовленные в соответствии процессом, как описано в отношении Фиг.3-24.

Фиг.25 также показывает котроллер 2526 дисплея, который соединяется с цифровым сигнальным процессором 2510 и с дисплеем 2528. Кодер/декодер (CODEC) 2534 может также быть соединен с цифровым сигнальным процессором 2510. Громкоговоритель 2536 и микрофон 2538 могут быть соединены с CODECом 2534.

Фиг.25 также указывает, что беспроводной контроллер 2540 может быть соединен с цифровым сигнальным процессором 2510 и с беспроводной антенной 2542. В частном варианте осуществления устройство 2530 ввода и источник питания 2544 соединены с системой 2522 на кристалле. Более того, в частном варианте осуществления, как показано на Фиг.25, дисплей 2528, устройство 2530 ввода, громкоговоритель 2536, микрофон 2538, беспроводная антенна 2542 и источник питания являются внешними для системы 2522 на кристалле. Однако каждый может быть соединен с компонентом системы 2522 на кристалле, таким как интерфейс или контроллер.

Специалист сможет далее оценить, что разные иллюстративные логические блоки, модули, схемы и этапы алгоритма, описанные в связи с вариантами осуществления, раскрытыми здесь, могут быть воплощены как электронное аппаратное обеспечение, компьютерное программное обеспечение или комбинация их обоих. Чтобы ясно проиллюстрировать эту взаимозаменяемость аппаратного и программного обеспечения, разные иллюстративные компоненты, блоки, конфигурации, модули, схемы и этапы были описаны выше в основном в терминах своей функциональности. Воплощена ли такая функциональность, как аппаратное или программное обеспечение, зависит от конкретного применения и конструкторских ограничений, наложенных на всю систему. Специалисты могут осуществить желательную функциональность разными путями для каждого конкретного применения, но такие решения выполнения не следует рассматривать как вызывающие отклонения от объема настоящего изобретения.

Предыдущее описание раскрытых вариантов осуществления предназначены для того, чтобы каждый специалист в данной области техники мог сделать или использовать раскрытые варианты осуществления. Разные модификации этих вариантов осуществления будут легко видны специалистам в данной области техники, а основные принципы, описанные здесь, могут быть применены к другим вариантам осуществления. Таким образом, настоящее раскрытие не предназначено для ограничения вариантов осуществления, показанного здесь, но должно представлять более широкий объем, по возможности, согласованный с принципами и новыми особенностями, как описано следующими пунктами формулы.

Специалист далее сможет оценить, что различные иллюстративные логические блоки, конфигурации, модули, схемы и этапы алгоритмов, описанные в связи с вариантами осуществления, описанными здесь, могут быть воплощены как электронное аппаратное обеспечение, компьютерное программное обеспечение или комбинация их обоих. Для ясного показа этой взаимозаменяемости аппаратного обеспечения и программного обеспечения, различные иллюстративные компоненты, блоки, конфигурации, модули, схемы и этапы были описаны выше главным образом в терминах их функциональности. Осуществлена ли такая функциональность как аппаратное обеспечение или программное обеспечение, зависит от частного применения и конструкторских ограничений, наложенных на всю систему. Специалисты могут осуществить желательную функциональность различными путями для каждого конкретного применения, но такие решения осуществления не следует рассматривать как вызывающие отклонение от объема настоящего раскрытия.

Этапы способы или алгоритм, описанные в связи с вариантами осуществления, раскрытые здесь, могут быть выполнены непосредственно в аппаратном обеспечении, в модуле программного обеспечения, выполняемом процессором, или в комбинации их двоих. Модуль программного обеспечения может находиться в RAM памяти, флэш-памяти, ROM памяти, PROM памяти, EPROM памяти, EEPROM памяти, регистрах, жестком диске, сменном диске, CD-ROM, или любой другой форме носителя памяти, известного в области техники. Экземпляр носителя памяти связан с процессором, так что процессор может считать информацию с и записать информацию на носитель памяти. В качестве альтернативы, носитель памяти может быть встроен в процессор. Процессор и носитель памяти могут находиться в ASIC. ASIC может находиться в компьютерном устройстве или в пользовательском терминале. Альтернативно процессор и носитель памяти могут размещаться как отдельные компоненты в компьютерном устройстве или пользовательском терминале.

Настоящее описание раскрытых вариантов осуществления предусмотрено, чтобы позволить любому специалисту в данной области техники изготовить или использовать раскрытые варианты осуществления. Различные модификации этих вариантов осуществления могут быть легко понятны этим специалистам в данной области техники и основные принципы, определенные здесь, могут быть применены к другим вариантам осуществления без отделения от сущности и объема раскрытия. Таким образом, настоящее раскрытие не предназначено для ограничения вариантов осуществления, показанных здесь, но должно быть согласовано с самым широким объемом, по возможности совпадающим с принципами и новыми признаками, как описано следующими пунктами формулы.

Изобретение может быть использовано при изготовлении постоянных запоминающих энергонезависимых устройств с высокой плотностью и малой мощностью. Способ изготовления устройства с магнитным туннельным переходом включает формирование канавки в подложке; нанесение структуры с магнитным туннельным переходом (MTJ) внутри канавки, причем MTJ структура включает в себя нижний электрод, фиксированный слой, туннельный барьерный слой, свободный слой и верхний электрод; и применение процесса оборотного фототравления для удаления материала, который непосредственно не выступает из канавки, выравнивание MTJ структуры без выполнения процесса фототравления на MTJ структуре. Также предложены еще два варианта данного способа. Изобретение обеспечивает упрощение процесса изготовления, а также исключение эрозии подложки, скругления углов и нежелательного смыва пленки. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 25 ил.

1. Способ изготовления устройства с магнитным туннельным переходом, при этом способ содержит:
формирование канавки в подложке;
нанесение структуры с магнитным туннельным переходом (MTJ) внутри канавки, причем MTJ структура включает в себя нижний электрод, фиксированный слой, туннельный барьерный слой, свободный слой и верхний электрод; и
применение процесса оборотного фототравления для удаления материала, который непосредственно не над канавкой; и
выравнивание MTJ структуры без выполнения процесса фототравления на MTJ структуре.

2. Способ по п.1, в котором выравнивание MTJ структуры содержит выполнение процесса Химико-Механической Планаризации (СМР) для удаления лишнего материала.

3. Способ по п.1, в котором выравнивание MTJ структуры содержит удаление нанесенного материала из подложки для формирования, по существу, плоской поверхности.

4. Способ по п.1, в котором MTJ структура изготовлена без использования процесса фототравления MTJ.

5. Способ по п.1, который дополнительно содержит выполнение процесса магнитного отжига для формирования ориентации магнитного поля, переносимого фиксированным слоем.

6. Способ по п.1, в котором формирование канавки содержит:
нанесение защитного пленочного слоя на промежуточный диэлектрический слой подложки;
выполнение процесса фото/травления/удаления фоторезиста на защитном пленочном и промежуточном диэлектрическом слое для образования переходного отверстия;
нанесение проводящего материала внутри переходного отверстия;
выполнение процесса Химико-Механической Планаризации (СМР) для выравнивания структуры;
нанесение защитного пленочного слоя; и
образование канавки в подложке, причем канавка имеет размеры, которые определяют MTJ структуру без выполнения процесса фототравления на MTJ структуре.

7. Способ изготовления устройства с магнитным туннельным переходом, причем способ содержит:
образование канавки в подложке;
нанесение структуры с магнитным туннельным переходом (MTJ) внутри канавки;
удаление лишнего материала, который непосредственно над канавкой, используя процесс фототравления с низким разрешением; и
выравнивание MTJ структуры и подложки.

8. Способ по п.7, в котором нанесение MTJ структуры содержит:
нанесение нижнего электрода внутри канавки;
нанесение антимагнитного слоя на нижний электрод внутри канавки;
нанесение первого магнитного слоя на антиферромагнитный слой;
нанесение оксидного металлического материала для формирования туннельного барьера;
нанесение второго магнитного слоя на туннельный барьер; и
нанесение верхнего электрода на второй магнитный слой.

9. Способ по п.7, который дополнительно содержит выполнение процесса магнитного отжига на выбранном слое для фиксации ориентации магнитного поля, причем выбранный слой содержит фиксированный слой.

10. Способ по п.7, который далее содержит формирование, по меньшей мере, двух электрических соединений с MTJ структурой.

11. Способ по п.7, в котором выравнивание MTJ структуры и подложки содержит выполнение процесса Химико-Механической Планаризации (СМР) без выполнения процесса фототравления на MTJ структуре.

12. Способ по п.7, в котором подложка содержит промежуточный диэлектрический слой и защитный пленочный слой.

13. Способ по п.12, в котором выравнивание MTJ структуры и подложки содержит выполнение процесса Химико-Механической Планаризации (СМР) для удаления лишнего материала из MTJ структуры и остановку на защитном пленочном слое.

14. Способ изготовления устройства с магнитным туннельным переходом, причем способ содержит:
образование канавки в подложке, при этом подложка содержит полупроводниковый материал, имеющий промежуточный диэлектрический слой и защитный пленочный слой, причем канавка проходит через защитный пленочный слой в промежуточный диэлектрический слой;
нанесение нижнего электрода внутри канавки;
нанесение MTJ структуры на нижний электрод, при этом MTJ структура включает в себя первый ферромагнитный слой, туннельный барьерный слой и второй ферромагнитный слой;
нанесение верхнего электрода на MTJ структуру; и
выполнение процесса оборотного фототравления канавки и процесса выравнивания MTJ структуры и подложки, чтобы получить в значительной степени плоскую поверхность.

15. Способ по п.14, в котором MTJ структура формируется без выполнения процесса фототравления на MTJ структуре.

16. Способ по п.14, в котором выполнение процесса выравнивания содержит выполнения процесса Химико-Механической Планаризации (СМР) на MTJ структуре и подложке.

17. Способ по п.14, в котором канавка определяет форму MTJ структуры.

18. Способ по п.17, в котором канавка имеет, по существу, эллиптическую форму.

19. Способ по п.17, в котором канавка имеет, по существу, прямоугольную форму.