具有集成磁性膜增強電路元件的磁阻隨機存取存儲器(mram)的制作方法

專利名稱：具有集成磁性膜增強電路元件的磁阻隨機存取存儲器(mram)的制作方法
技術領域：
所揭示的實施例涉及集成電路。更確切地說，所述實施例涉及具有集成磁性膜增強電路元件的磁阻隨機存取存儲器(MRAM)以及其形成方法。
背景技術：
電感元件(還稱作電磁元件)是利用各種電磁性質且通常用于廣泛多種集成電路應用中的一組電路組件。舉例來說，變壓器用以經由共享磁場將電能從一個電路轉移到另一電路。變壓器是基于兩個原理第一，電流可產生磁場(電磁學)，以及第二，在電線線圈內的改變磁場會跨越線圈兩端感應電壓(電磁感應)。通過改變一次線圈中的電流,磁場的強度得以改變。由于二次線圈纏繞在同一磁場周圍，所以跨越二次線圈得以感應電壓。通 過添加負載到二次電路，可使電流在第二電路中流動，因此將能量從一個電路轉移到另一電路。圖I和2說明簡化變壓器設計和電路的示意圖。在操作中，通過一次線圈的電流產生磁場。一次線圈和二次線圈纏繞在非常高的磁導率的芯(例如鐵)周圍，此確保由一次電流產生的大部分磁場線在所述鐵內且通過二次線圈以及一次線圈。提高變壓器效率和減小大小對于電路設計和集成來說是重要的。用于提高效率和減小大小的一種技術是將磁性材料集成到金屬匝的任一端上，所述磁性材料例如是磁性膜(例如，鐵磁性膜，例如CoFeXoFeB'NiFe等)。磁性膜可增強磁通量密度B，這極大地增加了變壓器的磁導率和電動勢(EMF)。換句話說，對于變壓器的給定EMF，磁性膜的集成可減小變壓器的大小和/或改善變壓器效率。可通過利用標準CMOS后端工藝步驟來將此些變壓器和其它感應元件集成到邏輯/RF CMOS工藝中，所述標準CMOS后端工藝步驟例如是CMOS鑄造中的金屬沉積、電介質沉積和金屬圖案化。然而，磁性膜常規地需要更難以實施的先進處理技術。

發明內容
示范性實施例針對具有集成磁性膜增強電路元件的磁阻隨機存取存儲器(MRAM)。在一個實施例中，MRAM集成電路包含襯底、磁性隧道結區域、磁性電路元件和集成磁性材料。所述磁性隧道結區域安置在所述襯底上，且包含由隧道勢壘絕緣層分隔的第一磁性層和第二磁性層。所述磁性電路元件區域安置在襯底上，且包含多個互連的金屬部分。所述集成磁性材料鄰近所述多個互連的金屬部分而安置在所述襯底上。在另一實施例中，一種形成MRAM集成電路的方法包含沉積和圖案化第一磁性層、隧道勢壘絕緣層和第二磁性層以在襯底上形成磁性隧道結區域；沉積和圖案化多個互連的金屬部分以在襯底上形成磁性電路元件區域；以及鄰近多個互連的金屬部分在所述襯底上沉積和圖案化第一集成磁性材料。在另一實施例中，MRAM集成電路包含襯底、磁性隧道結區域、磁性電路元件和用于集中磁場的第一磁性裝置。所述磁性隧道結區域安置在所述襯底上，且包含由隧道勢壘絕緣層分隔的第一磁性層和第二磁性層。所述磁性電路元件區域安置在襯底上，且包含多個互連的金屬部分。第一磁性裝置鄰近多個互連的金屬部分而安置在所述襯底上。在另一實施例中，一種形成磁阻隨機存取存儲器集成電路的方法包含用于提供襯底的步驟；用于沉積和圖案化第一磁性層、隧道勢壘絕緣層和第二磁性層以在襯底上形成磁性隧道結區域的步驟；用于沉積和圖案化多個互連的金屬部分以在襯底上形成磁性電路元件區域的步驟；以及用于鄰近多個互連的金屬部分在所述襯底上沉積和圖案化第一集成磁性材料的步驟。


呈現附圖以幫助描述實施例，且提供附圖只是為了說明實施例而非對其加以限制。
圖I是常規變壓器的透視示意圖。圖2是常規變壓器電路的示意圖。圖3說明給定磁阻隨機存取存儲器(MRAM)陣列的磁性隧道結(MTJ)存儲元件。圖4說明包含帶有共享磁性層的實例MRAM陣列區域、電感器區域和變壓器區域的集成電路。圖5說明包含帶有共享磁性層以及第二集成磁性層的實例MRAM陣列區域、電感器區域和變壓器區域的集成電路。圖6說明包含帶有共享下部磁性層的實例MRAM陣列區域、電感器區域和變壓器區域的集成電路。圖7說明包含帶有共享下部磁性層以及第二上部磁性層的實例MRAM陣列區域、電感器區域和變壓器區域的集成電路。圖8說明包含帶有單獨下部集成磁性層的實例MRAM陣列區域、電感器區域和變壓器區域的集成電路。圖9說明包含帶有單獨上部集成磁性層的實例MRAM陣列區域、電感器區域和變壓器區域的集成電路。圖10說明包含帶有上部和下部集成磁性層兩者的實例MRAM陣列區域、電感器區域和變壓器區域的集成電路。圖11是包含實例MRAM陣列區域電感器區域和變壓器區域的集成電路的俯視圖。圖12是包含實例MRAM陣列區域、電感器區域和變壓器區域的集成電路的俯視圖，其中每一集成磁性膜形成為以條形圖案布置的一系列磁條。圖13是包含實例MRAM陣列區域、電感器區域和變壓器區域的集成電路的俯視圖，其中每一集成磁性膜形成為以方格圖案布置的一系列磁條。圖14是包含實例MRAM陣列區域、電感器區域和變壓器區域的集成電路的俯視圖，其中每一集成磁性膜形成為以部分交錯、方格圖案布置的一系列磁條。圖15是包含實例MRAM陣列區域、電感器區域和變壓器區域的集成電路的俯視圖，其中每一集成磁性膜形成為以完全交錯、方格圖案布置的一系列磁條。圖16說明形成具有集成磁性膜增強電路元件的MRAM裝置的示范性方法。
具體實施例方式在以下描述和針對此些實施例的相關附圖中揭示所述實施例的方面。可在未偏離本發明的范疇的情況下設計替代實施例。另外，實施例中所使用和應用的眾所周知的元件將不再詳細描述或將省略，以免混淆相關細節。本文使用詞“示范性”來意指“用作實例、例子或說明”。不必將本文中描述為“示范性”的任何實施例解釋為比其它實施例優選或有利。同樣，術語“實施例”并不要求所有實施例包含所論述的特征、優點或操作模式。本文所使用的術語僅為了描述特定實施例的目的，且并不希望限制本發明。在本文中使用時，單數形式“一”和“所述”既定也包括復數形式，除非上下文另外清楚地指示。應進一步理解，術語“包括”和/或“包含”在本文中使用時指定所陳述的特征、整數、塊、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個或一個以上其它特征、整數、塊、步驟、操作、元件、組件和/或其群組的存在或添加。如背景中所論述，磁性膜(例如,鐵磁性膜,例如CoFe、CoFeB, NiFe等)可有利地 與例如電感器、變壓器等的磁性電路元件集成。舉例來說，由于變壓器的EMF與磁通量密度B、匝數N和橫截面a成正比，且磁通量密度B與磁導率成正比，所以磁導率可通過鄰近變壓器金屬部分實施磁性材料(例如磁性膜)來集中磁場而增加。變壓器的EMF也可增加相同或類似的量。因此，對于變壓器的給定EMF，例如實施例所提供的集成磁性膜可減小變壓器的大小和/或增加變壓器效率。然而，磁性膜常規地需要比更一般CMOS處理組件更難以實施的先進處理技術。所揭示實施例認識到磁性膜可在用使得能夠共享聯合制造工藝(例如，磁性材料沉積、磁性退火、磁性膜圖案化等)的方式與其它磁性裝置(例如，磁阻隨機存取存儲器(MRAM))集成的情況下更有效地形成。MRAM是利用磁性隧道結(MTJ)的一種類型的非易失性計算機存儲器，所述磁性隧道結(MTJ)包括兩個鐵磁性膜或板，由薄的絕緣層分隔以形成磁性存儲元件。將認識到，磁性材料可以是任何合適材料、材料的組合、或展現磁性性質的合金，例如包含CoFe、CoFeB、NiFe等的鐵磁材料或鐵磁薄膜。通過與磁性膜集成技術共享MRAM制造工藝，所揭示實施例能夠更有效地提供集成磁場增強電路元件。圖3說明由兩個磁性層310和330形成的給定MRAM陣列的MTJ存儲元件300，每一磁性層可保持磁矩且由絕緣(隧道勢壘)層320分隔。將兩層中的一者(例如，由抗鐵磁(AFM)層(未圖示)釘扎的固定層310)設定為特定極性。另一層(例如，自由層330)的極性332經由施加外部磁場或通過穿過MTJ平面的垂直電流的自旋扭矩轉移而自由改變。自由層330的磁矩極性332的改變將改變MTJ存儲元件300的電阻。每一磁性板可保持磁矩，且通過測量當電流通過所述結時兩板之間的電阻來完成存儲元件的讀取。磁性板彼此平行定位且由隧道勢壘材料分隔，所述隧道勢壘材料可為氧化鎂、氧化鋁等。圖4說明包含帶有共享磁性層的實例MRAM陣列區域402、電感器區域404和變壓器區域406的集成電路400。如上文參看圖3更詳細論述，MRAM陣列區域402可包含由第一磁性層412和第二磁性層414形成的一個或一個以上MTJ 410。第一磁性層412和第二磁性層414由隧道勢壘絕緣層416分隔。MTJ 410通過通孔互連件420和底部金屬(未圖示)而耦合或連接到頂部金屬418。電感器區域404和變壓器區域406由通過通孔互連件462而彼此耦合或連接的金屬460的沉積物或部分而形成。如圖所示，MTJ 410分層可經擴展(例如，經由合適掩模圖案)以覆蓋一個或一個以上磁性電路元件(例如電感器區域404和變壓器區域406)，從而為每一者提供集成磁性膜450。在圖4的設計中，磁性膜450包含對應于MTJ 410的第一磁性層412的第一磁性層452、對應于MTJ 410的第二磁性層414的第二磁性層454、以及對應于MTJ 410的隧道勢壘絕緣層416的絕緣層456。罩蓋膜絕緣層458也可形成為磁性膜450的部分以提供與其它層的額外隔離。將了解，在其它設計中，可能需要將集成磁性膜450限制為單個磁性層，例如磁性層452。這也可通過合適圖案化掩模來實現。如上文所論述，集成磁性膜450增加對應磁性電路元件的磁導率，其可允許減小其相應大小和/或提高其相應效率。因此，圖4的設計允許磁性膜沉積工藝在MTJ 410與集成磁性膜450之間共享。另夕卜，用以設置各種磁性材料的磁矩的一個或一個以上磁性退火工藝也可在MTJ 410與集成磁性膜450之間共享。磁性膜450因此可在與單獨形成MTJ 410相同或相當數目的處理步 驟中形成。工藝效率因此通過降低制造復雜性(例如，處理步驟的數目、材料類型、工藝步驟與材料的共享等)而得到改善。在一些設計中，MRAM處理可用以提供MTJ平面以外的其它磁性膜。圖5說明包含帶有共享磁性層以及第二集成磁性層的實例MRAM陣列區域502、電感器區域504和變壓器區域506的集成電路500。類似于圖4的設計，MRAM陣列區域502可包含由第一磁性層512和第二磁性層514形成的一個或一個以上MTJ 510。第一磁性層512和第二磁性層514由隧道勢壘絕緣層516分隔。MTJ 510通過通孔互連件520和底部金屬(未圖示)而耦合或連接到頂部金屬518。電感器區域504和變壓器區域506由通過通孔互連件(未圖示)而彼此耦合或連接的金屬560的沉積物或部分而形成。集成磁性膜550經由與MTJ 510的共享磁性膜處理而提供，且包含對應于MTJ 510的第一磁性層512的第一磁性層552、對應于MTJ 510的第二磁性層514的第二磁性層554、以及對應于MTJ510的隧道勢壘絕緣層516的絕緣層556。罩蓋膜絕緣層558也可形成為磁性膜550的部分以提供與其它層的額外隔離。然而，圖5的設計另外包含第二磁性膜570，其形成在電感器區域504和變壓器區域506的下方。如圖所示，第二磁性膜570可包含類似于罩蓋膜絕緣層558的罩蓋膜絕緣層。雖然“上部”磁性膜550由于其較近接近性而對于對應磁性電路元件的磁導率大體具有更顯著的影響，但額外“下部”磁性膜570對對應磁性電路元件的磁導率提供超出上部磁性膜550單獨所提供的進一步改善。與圖4的設計相比，圖5的設計還允許磁性膜沉積和退火工藝在MTJ 510與集成磁性膜550之間共享，而且利用預配置的MRAM處理能力來沉積和形成輔助磁性層，即磁性膜570。同樣，通過共享制造工藝，可降低制造復雜性，例如處理步驟的數目、成本、材料類型等。在一些設計中，磁性電路元件形成在MTJ元件上方，且下層電平集成磁性膜可形成為與MTJ共平面。圖6說明包含帶有共享下部磁性層的實例MRAM陣列區域602、電感器區域604和變壓器區域606的集成電路600。類似于圖4的設計，MRAM陣列區域602可包含由第一磁性層612和第二磁性層614形成的一個或一個以上MTJ 610。第一磁性層612和第二磁性層614由隧道勢壘絕緣層616分隔。MTJ 610通過通孔互連件620和底部金屬(未圖示)而耦合或連接到頂部金屬618。電感器區域604和變壓器區域606由通過通孔互連件662而彼此耦合或連接的金屬660的沉積物或部分形成。集成磁性膜650經由與MTJ610的共享磁性膜處理而提供，且包含對應于MTJ 610的第一磁性層612的第一磁性層652、對應于MTJ 610的第二磁性層614的第二磁性層654、以及對應于MTJ 610的隧道勢壘絕緣層616的絕緣層656。罩蓋膜絕緣層658也可形成為磁性膜650的部分以提供與其它層的額外隔離。然而，在圖6的設計中，集成磁性膜650形成為下伏于電感器區域604和變壓器區域606下的下部層。類似于圖4的設計，圖6的設計允許磁性膜沉積工藝在MTJ 610與集成磁性膜650之間共享。另外，用以設置各種磁性材料的磁矩的一個或一個以上磁性退火工藝也可在MTJ 610與集成磁性膜650之間共享。磁性膜650因此可在與單獨形成MTJ 610相同或相當數目的處理步驟中形成。工藝效率因此通過降低制造復雜性(例如，處理步驟的數目、成本、材料類型等)而得到改善。在一些設計中，與MTJ共平面的下部層集成磁性膜可與上部層集成磁性膜組合。圖7說明包含帶有共享下部磁性層以及第二上部磁性層的實例MRAM陣列區域 702、電感器區域704和變壓器區域706的集成電路700。圖7的設計類似于圖5的設計，不同之處在于共享磁性層與非共享磁性層的位置交換。因此，類似于圖5的設計，MRAM陣列區域702可包含由第一磁性層712和第二磁性層714形成的一個或一個以上MTJ710。第一磁性層712和第二磁性層714由隧道勢壘絕緣層716分隔。MTJ 710通過通孔互連件720和底部金屬(未圖示)而耦合或連接到頂部金屬718。電感器區域704和變壓器區域706由通過通孔互連件(未圖示)而彼此耦合或連接的金屬760的沉積物或部分形成。集成磁性膜750經由與MTJ 710的共享磁性膜處理而提供，且包含對應于MTJ 710的第一磁性層712的第一磁性層752、對應于MTJ 710的第二磁性層714的第二磁性層754、以及對應于MTJ 710的隧道勢壘絕緣層716的絕緣層756。罩蓋膜絕緣層758也可形成為磁性膜750的部分以提供與其它層的額外隔離。另外，第二磁性膜770提供在電感器區域704和變壓器區域706的上方。如圖所示，第二磁性膜770可包含類似于罩蓋膜絕緣層758的罩蓋膜絕緣層。此外，當一起提供時，上部磁性膜770和下部磁性膜750為對應磁性電路元件提供超出任一膜單獨所提供的增強磁導率改善。類似于圖5的設計，圖7的設計允許磁性膜沉積和退火工藝在MTJ 710與集成磁性膜750之間共享，而且利用預配置的MRAM處理能力來沉積和形成輔助層，即磁性膜770。同樣，通過組合制造工藝，可降低制造復雜性，例如處理步驟的數目、成本、材料類型等。在一些設計中，預配置的MRAM處理能力可用以制造用于一個或一個以上磁性元件的各種集成磁性膜且沒有隨附的MTJ平面膜。圖8說明包含帶有單獨下部集成磁性層的實例MRAM陣列區域802、電感器區域804和變壓器區域806的集成電路800。類似于先前設計，MRAM陣列區域802可包含由第一磁性層812和第二磁性層814形成的一個或一個以上MTJ 810。第一磁性層812和第二磁性層814由隧道勢壘絕緣層816分隔。MTJ 810通過通孔互連件820和底部金屬(未圖示)而耦合或連接到頂部金屬818。電感器區域804和變壓器區域806由通過通孔互連件(未圖示)而彼此耦合或連接的金屬860的沉積物或部分形成。下部層集成磁性膜880提供在電感器區域804和變壓器區域806的下方。如圖所示，集成磁性膜880可包含罩蓋膜絕緣層。下部磁性膜880為對應磁性電路元件提供磁導率改善。圖8的設計利用預配置的MRAM處理能力以沉積和形成輔助磁性層，即磁性膜880。同樣，通過共享制造工藝，可降低制造復雜性，例如處理步驟的數目、材料類型等。圖9說明包含帶有單獨上部集成磁性層的實例MRAM陣列區域902、電感器區域904和變壓器區域906的集成電路900。類似于先前設計，MRAM陣列區域902可包含由第一磁性層912和第二磁性層914形成的一個或一個以上MTJ 910。第一磁性層912和第二磁性層914由隧道勢壘絕緣層916分隔。MTJ 910通過通孔互連件920和底部金屬(未圖示)而耦合或連接到頂部金屬918。電感器區域904和變壓器區域906由通過通孔互連件(未圖示)而彼此耦合或連接的金屬960的沉積物或部分形成。上部層集成磁性膜990提供在電感器區域904和變壓器區域906的上方。如圖所示，集成磁性膜990可包含罩蓋膜絕緣層。上部磁性膜990為對應磁性電路元件提供磁導率改善。圖9的設計利用預配置的MRAM處理能力以沉積和形成輔助磁性層，即磁性膜990。同樣，通過共享制造工藝，可降低制造復雜性，例如處理步驟的數目、材料類型等。
圖10說明包含帶有上部和下部集成磁性層兩者的實例MRAM陣列區域1002、電感器區域1004和變壓器區域1006的集成電路1000。類似于先前設計，MRAM陣列區域1002可包含由第一磁性層1012和第二磁性層1014形成的一個或一個以上MTJ 1010。第一磁性層1012和第二磁性層1014由隧道勢壘絕緣層1016分隔。MTJ 1010通過通孔互連件1020和底部金屬(未圖示)而耦合或連接到頂部金屬1018。電感器區域1004和變壓器區域1006由通過通孔互連件(未圖示)而彼此耦合或連接的金屬1060的沉積物或部分形成。上部層集成磁性膜1090提供在電感器區域1004和變壓器區域1006的上方，且下部層集成磁性膜1080提供在電感器區域1004和變壓器區域1006的下方。如圖所示，每一集成磁性膜1080、1090可包含罩蓋膜絕緣層。當一起提供時，上部磁性膜1090和下部磁性膜1080對對應磁性電路元件提供超出任一膜單獨所提供的增強磁導率改善。圖10的設計利用預配置的MRAM處理能力以沉積和形成多個輔助磁性層，即磁性膜1080、1090。此外，通過共享制造工藝，可降低制造復雜性，例如處理步驟的數目、材料類型等。圖11是包含實例MRAM陣列區域1102、電感器區域1104和變壓器區域1106的集成電路1100的俯視圖。如圖所示，集成磁性膜層可形成為分別覆蓋和/或下伏電感器區域1104和變壓器區域1106的單個板1140、1160。然而，在一些設計中，需要將每一磁性層或每一磁性膜形成為以預界定圖案布置的一系列磁條。磁條可為形狀各向異性的以增加固有磁矩。此外，相對小的磁條可通過減小電路環路的大小而減小渦電流損耗。圖12是包含實例MRAM陣列區域1202、電感器區域1204和變壓器區域1206的集成電路1200的俯視圖,其中每一集成磁性膜1240、1260形成為以條形圖案布置的一系列磁條。在圖12的設計中，圖11的單板分裂為覆蓋和/或下伏電感器區域1204和變壓器區域1206的多個各向異性的條。將了解，展示圖12中的特定數目的條僅用于說明目的且不應理解為限制。磁性材料條可增加電感和互感，以及減小渦電流損耗，從而導致增強的各向同性磁通量。舉例來說，當結合變壓器使用時，可提高變壓器效率且可減少磁性膜的能量損耗。效果的量值部分取決于每一條的對應縱橫比(例如，長度除以寬度L/W)，以及導致電路環路減小的條的大小和條之間的距離。
圖13是包含實例MRAM陣列區域1302、電感器區域1304和變壓器區域1306的集成電路1300的俯視圖，其中每一集成磁性膜1340、1360形成為以方格圖案布置的一系列磁條。在圖13的設計中，圖12的每一磁條分為兩半，使得磁條的方格圖案覆蓋和/或下伏電感器區域1304和變壓器區域1306。同樣，將了解，展示特定數目的條和劃分僅用于說明目的且不應理解為限制。與圖12的條形圖案相比，圖13的方格圖案由于具有甚至更小電路環路的較小條而提供甚至更小渦電流損耗的優點。圖14是包含實例MRAM陣列區域1402、電感器區域1404和變壓器區域1406的集成電路1400的俯視圖，其中每一集成磁性膜1440、1460形成為以部分交錯、方格圖案布置的一系列磁條。在圖14的設計中，圖13的方格圖案在多列之間偏移，使得磁條的部分交錯、方格圖案覆蓋和/或下伏電感器區域1404和變壓器區域1406。同樣，將了解，展示特定數目的條、劃分和交錯的列僅用于說明目的且不應理解為限制。與圖13的方格圖案相比，圖14的部分交錯、方格圖案可通過重新分配磁場而進一步減少渦電流損耗，且因此渦電流環路可改變且減少。
圖15是包含實例MRAM陣列區域1502、電感器區域1504和變壓器區域1506的集成電路1500的俯視圖，其中每一集成磁性膜1540、1560形成為以全部交錯、方格圖案布置的一系列磁條。在圖15的設計中，圖14的部分交錯、方格圖案在多行之間進一步偏移，使得磁條的全部交錯、方格圖案覆蓋和/或下伏電感器區域1404和變壓器區域1406。同樣，將了解，展示特定數目的條、劃分和交錯的列/行僅用于說明目的且不應理解為限制。與圖14的部分交錯、方格圖案相比，圖15的全部交錯、方格圖案可進一步重新分配磁性層且減少渦電流環路。雖然已分開描述圖11-15的設計，但將了解，也可采用使用其中所呈現的技術中的兩者或兩者以上的組合的混合設計。參看圖1-15，現將描述形成具有集成磁性膜增強電路元件的MRAM裝置的示范性方法。圖16說明形成具有集成磁性膜增強電路元件的MRAM裝置的示范性方法。具體來說，圖16說明一種形成圖7中說明的集成電路的方法，因為圖7的設計包含共享下部磁性層以及第二上部磁性層，所以已選擇所述方法用于說明目的。然而，將了解圖16中呈現的技術可容易地適用于其它設計。參看圖7和16，層間電介質(ILD)或金屬層間電介質(MD)可經沉積以提供用于所說明電路元件的隔離平臺(框1602)。底部罩蓋膜可沉積在ILD或MD上作為添加金屬擴散勢壘(框1604)。第一磁性材料層、隧道勢壘層和第二磁性材料層可經沉積以形成MTJ710的第一磁性層712、第二磁性層714和隧道勢壘層716，以及集成磁性膜750的對應第一磁性層752、第二磁性層754和隧道勢壘層756 (框1606)。隨后，可應用磁性退火以設置磁性材料的所要磁矩(例如，MTJ 710的自由、第一層712的所要磁矩)(框1608)。接著，磁性膜經圖案化以形成MTJ 710和電感器或變壓器磁性膜750 (框1610)。接著沉積罩蓋和氧化物膜，且執行CMP工藝(框1612)。接著執行通孔溝槽感光和蝕刻工藝(框1614)，接著是金屬溝槽圖案化工藝(框1616)。接著，執行金屬沉積或電鍍和CMP工藝以形成通孔互連件720和金屬718、760 (框1618)。一旦形成MTJ 710且完成互連，即沉積罩蓋膜(框1620)。在圖7的設計后，第三磁性材料層可經沉積和圖案化以形成上部集成磁性膜770(框1622)。如果需要，那么可應用后續、任選磁性退火(框1624)。接著，可沉積ILD或IMD膜，且可執行CMP工藝(框1626)。接著，圖案化通孔/金屬溝槽，沉積金屬，且可執行CMP工藝(框1628)。最后，沉積蓋罩膜(框1630)。將了解，本文提供的集成電路可包含在以下各項中移動電話、便攜式計算機、手持型個人通信系統(PCS)單元、便攜式數據單元(例如個人數據助理(PDA))、具有GPS功能的裝置、導航裝置、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、固定位置數據單元(例如儀表讀取設備)、或存儲或檢索數據或計算機指令的任何其它裝置、或其任何組合。因此，本發明的實施例可合適地用于包含有效集成電路(其包含存儲器和芯片上電路以用于測試和特征化)的任何裝置中。以上所揭示的裝置和方法通常經設計且經配置到存儲在計算機可讀存儲媒體上的⑶SII和GERBER計算機文件中。這些文件又被提供到基于這些文件來制造裝置的制造處置器。所得產品是半導體晶片，其接著被切割成半導體裸片且封裝成半導 體芯片。所述芯片接著用于上文所描述的裝置中。所屬領域的技術人員將了解，所揭示實施例不限于所說明的示范性結構或方法，且用于執行本文描述的功能性的任何裝置包含在所述實施例中。雖然上述揭示內容展示了說明性實施例，但應注意可在不偏離如所附權利要求書所界定的本發明的范圍的情況下在本文中進行各種改變及修改。無需以任何特定次序來執行根據本文中所描述的實施例的方法權利要求項的功能、步驟和/或動作。此外，雖然可以單數形式來描述或主張所揭示實施例的元件，但除非明確規定限于單數形式，否則涵蓋復數形式。
權利要求
1.一種磁阻隨機存取存儲器集成電路，所述集成電路包括 襯底； 磁性隧道結區域，其安置在所述襯底上，所述磁性隧道結區域包括由隧道勢壘絕緣層分隔的第一磁性層和第二磁性層； 磁性電路元件區域，其安置在所述襯底上，所述磁性電路元件區域包括多個互連的金屬部分 '及 第一集成磁性材料，其鄰近所述多個互連的金屬部分而安置在所述襯底上。
2.根據權利要求I所述的集成電路，其中所述第一集成磁性材料安置在所述襯底上與所述磁性隧道結的所述第一和第二磁性層中的至少一者相同的平面中。
3.根據權利要求I所述的集成電路，其中所述第一集成磁性材料安置在所述襯底上與所述磁性隧道結的所述第一和第二磁性層不同的平面中。
4.根據權利要求I所述的集成電路，其中所述第一集成磁性材料為磁性膜，包括第一磁性層，其對應于所述磁性隧道結的所述第一磁性層且與所述第一磁性層共面；第二磁性層，其對應于所述磁性隧道結的所述第二磁性層且與所述第二磁性層共面；以及絕緣層，其對應于所述磁性隧道結的所述隧道勢壘絕緣層且與所述隧道勢壘絕緣層共面。
5.根據權利要求4所述的集成電路，其中所述磁性膜進一步包括安置在所述磁性膜的所述第二磁性層上的罩蓋絕緣層。
6.根據權利要求I所述的集成電路，其進一步包括第二集成磁性材料，所述第二集成磁性材料鄰近所述多個互連的金屬部分而安置在所述襯底上且與所述第一集成磁性材料隔離。
7.根據權利要求I所述的集成電路，其中所述第一集成磁性材料由多個磁性材料條形成。
8.根據權利要求7所述的集成電路，其中所述磁性材料條以條形、方格、部分交錯或全部交錯的圖案布置。
9.根據權利要求I所述的集成電路，其中所述第一集成磁性材料和所述磁性隧道結的所述第一和第二磁性層中的至少一者具有來自共享磁性退火的共同磁矩。
10.根據權利要求I所述的集成電路，其中所述磁性電路元件為電感器或變壓器。
11.根據權利要求I所述的集成電路，其集成在至少一個半導體裸片中。
12.根據權利要求I所述的集成電路，其進一步包括選自由以下各項組成的群組的裝置機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、通信裝置、個人數字助理PDA、固定位置數據單元和計算機，所述集成電路集成到所述裝置中。
13.一種形成磁阻隨機存取存儲器集成電路的方法，所述方法包括 提供襯底； 沉積和圖案化第一磁性層、隧道勢壘絕緣層和第二磁性層以在所述襯底上形成磁性隧道結區域； 沉積和圖案化多個互連的金屬部分以在所述襯底上形成磁性電路元件區域；以及 鄰近所述多個互連的金屬部分而在所述襯底上沉積和圖案化第一集成磁性材料。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述第一集成磁性材料和所述磁性隧道結的所述第一和第二磁性層中的至少一者一起經沉積和圖案化在所述襯底上且在相同平面中。
15.根據權利要求13所述的方法，其中所述第一集成磁性材料和所述磁性隧道結的所述第一和第二磁性層分別經沉積和圖案化在所述襯底上且在不同平面中。
16.根據權利要求13所述的方法，其中沉積和圖案化所述第一集成磁性材料包括通過沉積和圖案化以下各項來形成磁性膜第一磁性層，其對應于所述磁性隧道結的所述第一磁性層且與所述第一磁性層共面；第二磁性層，其對應于所述磁性隧道結的所述第二磁性層且與所述第二磁性層共面；以及絕緣層，其對應于所述磁性隧道結的所述隧道勢壘絕緣層且與所述隧道勢壘絕緣層共面。
17.根據權利要求16所述的方法，其中形成所述磁性膜進一步包括在所述磁性膜的所述第二磁性層上提供罩蓋絕緣層。
18.根據權利要求13所述的方法，進一步包括鄰近所述多個互連的金屬部分且與所述第一集成磁性材料隔離而在所述襯底上沉積和圖案化第二集成磁性材料。
19.根據權利要求13所述的方法，其中沉積和圖案化所述第一集成磁性材料包括形成多個磁性材料條。
20.根據權利要求19所述的方法，其中沉積和圖案化所述第一集成磁性材料進一步包括以條形、方格、部分交錯或全部交錯的圖案布置所述磁性材料條。
21.根據權利要求13所述的方法，其進一步包括將共享磁性退火應用于所述第一集成磁性材料和所述磁性隧道結的所述第一和第二磁性層中的至少一者來提供共同磁矩。
22.根據權利要求13所述的方法，其中所述磁性電路元件為電感器或變壓器。
23.一種磁阻隨機存取存儲器集成電路，所述集成電路包括 襯底； 磁性隧道結區域，其安置在所述襯底上，所述磁性隧道結區域包括由隧道勢壘絕緣層分隔的第一磁性層和第二磁性層； 磁性電路元件區域，其安置在所述襯底上，所述磁性電路元件區域包括多個互連的金屬部分 '及 第一磁性裝置，其用于集中磁場，所述第一磁性裝置鄰近所述多個互連的金屬部分而安置在所述襯底上。
24.根據權利要求23所述的集成電路，其中所述第一磁性裝置安置在所述襯底上與所述磁性隧道結的所述第一和第二磁性層中的至少一者相同的平面上。
25.根據權利要求23所述的集成電路，其進一步包括用于集中磁場的第二磁性裝置，所述第二磁性裝置鄰近所述多個互連的金屬部分而安置在所述襯底上且與所述第一磁性裝置隔離。
26.根據權利要求23所述的集成電路，其中所述第一裝置劃分為彼此隔離的多個條。
27.根據權利要求23所述的集成電路，其中所述第一磁性裝置和所述磁性隧道結的所述第一和第二磁性層中的至少一者具有來自共享磁性退火的共同磁矩。
28.一種形成磁阻隨機存取存儲器集成電路的方法，所述方法包括 用于提供襯底的步驟； 用于沉積和圖案化第一磁性層、隧道勢壘絕緣層和第二磁性層以在所述襯底上形成磁性隧道結區域的步驟； 用于沉積和圖案化多個互連的金屬部分以在所述襯底上形成磁性電路元件區域的步驟；以及 用于鄰近所述多個互連的金屬部分而在所述襯底上沉積和圖案化第一集成磁性材料的步驟。
29.根據權利要求28所述的方法，其中所述用于沉積和圖案化所述第一集成磁性材料的步驟包括通過沉積和圖案化以下各項來形成磁性膜的步驟第一磁性層，其對應于所述磁性隧道結的所述第一磁性層且與所述第一磁性層共面；第二磁性層，其對應于所述磁性隧道結的所述第二磁性層且與所述第二磁性層共面；以及絕緣層，其對應于所述磁性隧道結的所述隧道勢壘絕緣層且與所述隧道勢壘絕緣層共面。
30.根據權利要求28所述的方法，其進一步包括用于鄰近所述多個互連的金屬部分且與所述第一集成磁性材料隔離而在所述襯底上沉積和圖案化第二集成磁性材料的步驟。
31.根據權利要求28所述的方法，其中所述用于沉積和圖案化所述第一集成磁性材料的步驟包括用于形成多個磁性材料條的步驟。
32.根據權利要求28所述的方法，其進一步包括用于將共享磁性退火應用于所述第一集成磁性材料和所述磁性隧道結的所述第一和第二磁性層中的至少一者來提供共同磁矩的步驟。
全文摘要
一種磁阻隨機存取存儲器MRAM集成電路包含襯底、磁性隧道結區域、磁性電路元件和集成磁性材料。所述磁性隧道結區域安置在所述襯底上，且包含由隧道勢壘絕緣層分隔的第一磁性層和第二磁性層。磁性電路元件區域安置在所述襯底上，且包含多個互連的金屬部分。所述集成磁性材料鄰近所述多個互連的金屬部分而安置在所述襯底上。
文檔編號G11C11/16GK102822899SQ201180016092
公開日2012年12月12日 申請日期2011年3月25日 優先權日2010年3月26日
發明者李霞, 升·H·康, 朱曉春, 李康浩 申請人:高通股份有限公司