專利名稱：磁性隧道結(mtj)存儲元件和具有mtj的自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(stt-mram)單元的制作方法
技術領域：
所揭示的實施例涉及自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)單元和其形成方法。更特定來說，示范性實施例是針對可用于STT-MRAM單元中的磁性隧道結(MTJ)存儲元件和其形成方法。
背景技術：
磁阻隨機存取存儲器(MRAM)為使用磁性元件的非易失性存儲器技術。舉例來說， 自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)使用當電子穿過薄膜(自旋過濾器)時變得自旋極化的電子。STT-MRAM還被稱為自旋轉移力矩RAM (STT-RAM)、自旋力矩轉移磁化切換RAM(Spin-RAM)和自旋動量轉移(SMT-RAM)。圖1說明常規STT-MRAM位單元100。所述STT-MRAM位單元100包括磁性隧道結 (MTJ)存儲元件105、晶體管110、位線120和字線130。如圖1中所說明，所述MTJ存儲元件是由(例如)由絕緣(穿隧勢壘)層分離的釘扎層和自由層形成，所述釘扎層和所述自由層中的每一者可保持磁場或極化。所述自由層的極化可顛倒以使得所述釘扎層與所述自由層的極性大體上對準或相反。穿過所述MTJ的電路徑的電阻將視所述釘扎層和自由層的極化的對準而變化。如已知的，此電阻變化可用于編程和讀取所述位單元100。所述 STT-MRAM位單元100還包括源極線140、讀出放大器150、讀取/寫入電路160和位線基準 170。所屬領域的技術人員將了解，所述存儲器單元100的操作和構造在此項技術中為已知的。舉例來說，關于此類存儲器單元的額外細節提供于M. Hosomi等人的“具有自旋轉移力矩磁阻磁化開關的新穎的非易失性存儲器自旋RAM(A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization SwitchinR Spin-RAM)，，(IEDM 會議的會議錄U005))中，其全部內容以引用的方式并入本文中。參看圖2 (a)到圖2 (c)，常規MTJ存儲元件一般通過以下步驟形成首先圖案化底部固定層；形成單鑲嵌結構；沉積穿隧勢壘/自由層/頂部電極堆疊；以及執行化學機械拋光(CMP)步驟。舉例來說，如圖3所示，常規MTJ存儲元件一般通過使用物理氣相沉積(PVD)在金屬堆疊(例如，互連件40)的頂部金屬層(例如，M3)上沉積MTJ和硬掩模層堆疊而形成。 所述MTJ和硬掩模層堆疊通常包括可(例如)由鉭形成的底部電極層50、釘扎層60、穿隧勢壘層90、自由層100和可(例如)由Ta/TaN或Ti/TiN形成的硬掩模或上部電極層110。在常規方法中，第一步驟通常包括沉積底部電極層50(例如，Ta)、釘扎層60、穿隧勢壘90、自由層100和硬掩模層(Ta/TaN、Ti/TN)。釘扎層60可包括一個或一個以上層或膜(例如，釘扎層堆疊)。接下來，使所述MTJ堆疊在真空中經受磁性退火工藝。接著使用光刻技術將圖案施加到所述MTJ堆疊。所述經圖案化的單元大小可大于最終大小。前述層中的每一者可包含一個或一個以上層或膜。接下來，蝕刻所述MTJ堆疊。蝕刻工藝包括修整光致抗蝕劑大小和圖案硬掩模，剝離光致抗蝕劑，蝕刻自由層100，和蝕刻釘扎層60以及底部電極層50。接下來，清潔所述 MTJ堆疊。所述清潔工藝通常與低k和MTJ清潔相容。接下來，沉積鈍化層以保護MTJ存儲元件和層間電介質70。可能需要組合堆疊與低沉積溫度以保護MTJ且促進MTJ與ILD之間的粘合。最終，使用較不具侵蝕性的化學機械拋光(CMP)來拋光MTJ與ILD以防止分層。如圖3所示，根據常規方法形成的常規STT-MRAM位單元包括襯底10、字線20和與 Vss (未圖示)的觸點30。底部電極層50形成于互連件40的頂部金屬層上。釘扎層60、穿隧勢壘層90、自由層100和頂部電極110形成于底部電極層50上。ILD層70形成于MTJ 單元上。
發明內容
示范性實施例是針對自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)單元和其形成方法。更特定來說，實施例涉及STT-MRAM單元的磁性隧道結(MTJ)存儲元件和其形成方法。舉例來說，示范性實施例是針對一種存儲器裝置，其具有磁性隧道結(MTJ)存儲元件，所述MTJ存儲元件包含底部電極；釘扎層，其鄰近于所述底部電極；電介質層，其包封所述底部電極和所述釘扎層的一部分，其中所述電介質層包括界定鄰近于所述釘扎層的一部分的孔的側壁；穿隧勢壘，其鄰近于所述釘扎層；自由層，其鄰近于所述穿隧勢壘；以及頂部電極，其鄰近于所述自由層，其中所述底部電極和/或所述釘扎層在第一方向上的寬度大于所述釘扎層與所述穿隧勢壘之間的接觸區域在所述第一方向上的寬度。另一示范性實施例是針對一種形成存儲器裝置的方法，所述存儲器裝置具有磁性隧道結(MTJ)存儲元件，所述方法包含在襯底上形成底部電極；在所述底部電極上形成釘扎層；在所述底部電極和所述釘扎層上沉積電介質層；在所述電介質層中圖案化具有側壁的孔并將所述孔向下蝕刻到所述釘扎層；在所述孔的第一部分中沉積穿隧勢壘層以在所述釘扎層上產生穿隧勢壘；在所述孔的第二部分中沉積自由層以使得所述自由層位于所述穿隧勢壘上；以及在所述自由層上沉積頂部層。示范性實施例是針對一種存儲器裝置，其具有磁性隧道結(MTJ)存儲元件，所述 MTJ存儲元件包含用于電連接所述MTJ存儲元件的底部導電裝置；用于保持第一極化的第一磁性裝置，所述第一磁性裝置鄰近于所述底部導電裝置；用于包封所述底部導電裝置和所述第一磁性裝置的一部分的第一絕緣裝置，其中所述第一絕緣裝置包括界定鄰近于所述第一磁性裝置的一部分的孔的側壁；用于保持第二極化的第二磁性裝置，其中所述第二極化是可顛倒的；用于使在所述第一磁性裝置和所述第二磁性裝置之間流動的電流穿隧的第二絕緣裝置，所述第二絕緣裝置分離所述第一磁性裝置和所述第二磁性裝置；以及用于電連接所述MTJ存儲元件的頂部導電裝置，所述頂部導電裝置鄰近于所述第二磁性裝置，其中所述底部導電裝置和/或所述第一磁性裝置在第一方向上的寬度大于所述第一磁性裝置與所述第二絕緣裝置之間的接觸區域在所述第一方向上的寬度。另一示范性實施例包含一種形成存儲器裝置的方法，所述存儲器裝置具有磁性隧道結(MTJ)存儲元件，所述方法包含用于在襯底上形成底部電極的步驟；用于在所述底部電極上形成釘扎層的步驟；用于在所述底部電極和所述釘扎層上沉積電介質層的步驟；用于在所述電介質層中圖案化具有側壁的孔并將所述孔向下蝕刻到所述釘扎層的步驟；用于在所述孔的第一部分中沉積穿隧勢壘層以在所述釘扎層上產生穿隧勢壘的步驟；用于在所述孔的第二部分中沉積自由層以使得所述自由層位于所述穿隧勢壘上的步驟；以及用于在所述自由層上沉積頂部層的步驟。
呈現附圖以輔助描述實施例，且提供附圖僅用于說明所述實施例而非對其加以限制。圖1說明常規自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)單元陣列。圖2(a)為常規STT-MRAM單元的橫截面圖。圖2 (b)為根據圖2 (a)的常規STT-MRAM單元的一部分的放大圖。圖2(c)為根據圖2(a)的常規MTJ單元的放大圖。圖3為常規STT-MRAM位單元的示意性橫截面圖。圖4到圖7為在各種制造階段期間的STT-MRAM位單元的示意性橫截面圖。圖8為STT-MRAM位單元的示意性橫截面圖。圖9為展示形成STT-MRAM位單元的示范性方法的流程圖。圖10為STT-MRAM位單元的MTJ存儲元件的示意性橫截面圖。圖11為STT-MRAM位單元的MTJ存儲元件的示意性橫截面圖。圖12為STT-MRAM位單元的MTJ存儲元件的示意性橫截面圖。圖13為STT-MRAM位單元的MTJ存儲元件的示意性橫截面圖。
具體實施例方式在針對特定實施例的以下描述以及相關圖式中揭示本發明的示范性方面。可在不偏離本發明的范圍的情況下設計出替代實施例。此外，將不詳細描述或將省略實施例的眾所周知的元件以便不混淆所述實施例的相關細節。詞“示范性”在本文中用以指“充當一實例、例子或說明”。沒有必要將本文中描述為“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均包括所論述的特征、優點或操作模式。本文中所使用的術語僅用于描述特定實施例的目的，且無意限制實施例。如本文中所使用，單數形式“一”和“所述”意欲還包括復數形式，除非上下文另有清楚指示。應進一步理解，術語“包含”和/或“包括”在本文中使用時指定所陳述的特征、 整體、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、整體、步驟、 操作、元件、組件和/或其群組的存在或添加。所揭示的實施例認識到，在常規方法下，可能難以控制MTJ的底部電極上的蝕刻終止。而且，蝕刻后不全面清潔可能在MTJ側壁上留下聚合物殘余物，其中的一些可能為導電的且可產生泄漏路徑，進而減小磁阻(MR)比。此外，在MTJ側壁附近的勢壘氧化物層可能受工藝流程(即，灰化和清潔工藝)影響，進而在MTJ側壁附近產生較厚的穿隧勢壘。較厚的穿隧勢壘的影響對于按比例縮小的特征來說將是顯著的。示范性實施例有益地允許減小在生產工藝中使用的掩模的數目。舉例來說，可使用兩個光掩模來代替三個掩模。而且，根據所述實施例，對于例如釘扎層與穿隧勢壘之間和自由層與穿隧勢壘之間的界面等關鍵尺寸來說，不需要重金屬蝕刻工藝。此外，可減小或消除側壁聚合物縱梁(stringer)誘發的泄漏通路(leakage pass)。此外，根據所述實施例，MTJ的穿隧勢壘未暴露于灰化和清潔工藝。此外，所述實施例與常規方法相比可提供較大的底部固定層，此可最小化底部固定層對頂部自由層的雜散場影響。參看圖4到圖11，現將描述形成自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)單元的方法的示范性實施例和STT-MRAM單元的實施例。圖4展示根據示范性實施例形成的部分STT-MRAM位單元的示意性橫截面圖。所述STT-MRAM位單元具有襯底10、字線20、與Vss (未圖示)的觸點30和互連件40，互連件 40包括(例如)通過通孔互連件VI、V2和V3彼此串聯連接的金屬層Ml、M2和M3 (例如， Cu或W)。電介質(例如，氧化物層)填充在互連件40的各層周圍。(例如)使用化學機械拋光(CMP)技術對所述互連件40的頂部金屬層M3進行拋光。所屬領域的技術人員將認識到，可對金屬層或通孔的任何層級進行拋光以用于在其上形成所述MTJ存儲元件。如圖5所示，所述示范性實施例包括通過(例如)在互連件40的經拋光頂部金屬層M3上沉積底部電極層150(例如，Ta)和釘扎層160來形成MTJ底部電極。所述釘扎層 160包括層堆疊(即，多個層)。接下來，使底部電極層150和釘扎層160在真空中經受磁性退火工藝。接著使用光刻技術將圖案施加到所述MTJ電極。接下來，將底部電極層150 和釘扎層160向下蝕刻到氧化物層，且接著進行清潔以形成個別底部電極，如圖5所示。底部電極層150和釘扎層160經說明為與所述互連件40偏移。然而，可提供其它布置。舉例來說，底部電極層150和釘扎層160可與互連件40對準。底部電極層150、釘扎層160和互連件40的大小也不限于所說明的布置。舉例來說，底部電極層150和釘扎層160的大小可大于、小于或等于互連件40的大小。根據一示范性實施例，未應用光刻和蝕刻技術來形成所述MTJ存儲元件的任何關鍵尺寸。即，穿隧勢壘190(例如，見圖7)與釘扎層160(例如，見圖5)和自由層200(例如， 見圖7)的界面未暴露于任何蝕刻或清潔，借此避免常規方法的前述問題中的一些。接下來，如圖6所示，層間電介質(ILD) 70沉積于底部電極層150和釘扎層160上， 且孔180經圖案化并被蝕刻到所述ILD 70中向下一直到所述釘扎層160。參看圖10，底部電極層150和釘扎層160的尺寸Xl可大于釘扎層160與穿隧勢壘190之間的接觸區域的尺寸X2，此允許在將孔180圖案化并蝕刻到ILD 70中時的較大容限。ILD 70可與填充在互連件40周圍的電介質相同或不同。圖7說明在ILD 70和孔180上形成穿隧勢壘190、自由層200和頂部電極210。特定來說，如圖7所示，穿隧勢壘190形成于ILD 70和孔180上，以使得穿隧勢壘190的一部分安置在孔180的側壁上且垂直于所述底部電極(例如，底部電極層150和釘扎層160)。 自由層200接著形成于穿隧勢壘190上，以使得自由層200的一部分也垂直于底部電極層 150和釘扎層160。頂部電極210形成于安置于孔180中的自由層200的至少一部分上，借此至少填充孔180的剩余部分。如圖7所示，頂部電極210可形成于整個自由層200上。接下來，示范性方法(例如)通過拋光(例如，化學機械拋光(CMP))來移除安置于孔180上方的穿隧勢壘190、自由層200和頂部電極210的若干部分。如圖8所示，形成具有MTJ存儲元件的STT MRAM位單元。
示范性實施例有益地允許減小在工藝中使用的光掩模的數目。舉例來說，可使用兩個光掩模來代替三個掩模。而且，根據所述實施例，對于關鍵尺寸來說，不需要重金屬蝕刻工藝。此外，可減小或消除側壁聚合物縱梁誘發的泄漏通路。此外，根據所述實施例，MTJ的穿隧勢壘未暴露于灰化和清潔工藝。此外，所述實施例與常規方法相比可提供較大的底部固定層，此可使底部固定層對頂部自由層的雜散場影響最小化。圖9為展示根據一實施例的形成STT-MRAM位單元的示范性方法的流程圖。所述方法包括在金屬層上沉積底部電極層和釘扎層(例如，910)，以及圖案化并蝕刻所述底部電極層和所述釘扎層以形成所述MTJ存儲元件的底部電極(例如，920)。接下來，所述方法包括在所述底部電極層和所述釘扎層上沉積電介質層(例如，930)，和在所述電介質層中圖案化一孔并將所述孔向下蝕刻到所述釘扎層(例如，940)。所述方法進一步包括在所述孔上沉積穿隧勢壘、自由層和頂部電極，其中所述穿隧勢壘和所述自由層中的一者的一部分沿著所述孔的側壁且垂直于所述底部電極層和所述釘扎層而安置(例如，950)。此外，所述方法包括移除安置于所述孔的開口上方的所述穿隧勢壘、所述自由層和所述頂部電極的若干部分(例如，960)。根據示范性方法，可提供經隔離的MTJ存儲元件。如上文所解釋，示范性實施例有益地允許減小在工藝中使用的光掩模的數目。舉例來說，可使用兩個光掩模來代替三個掩模。而且，根據所述示范性實施例，對于關鍵尺寸來說，不需要重金屬蝕刻工藝。此外，可減小或消除側壁聚合物縱梁誘發的泄漏通路。此外，根據所述實施例，MTJ的穿隧勢壘未暴露于灰化和清潔工藝。此外，所述實施例與常規方法相比可提供較大的底部固定層，此可最小化底部固定層對頂部自由層的雜散場影響。舉例來說，如圖10所示，磁性隧道結(MTJ)存儲元件的一實施例包括底部電極層 150和釘扎層160，釘扎層160鄰近于底部電極層150(例如，在底部電極層150上方或之上)。電介質層70包封底部電極層150和釘扎層160的一部分，其中電介質層70包括界定鄰近于釘扎層160的一部分(例如，在釘扎層160的一部分的上方或暴露釘扎層160的一部分)的孔180(例如，見圖6)的側壁。穿隧勢壘190鄰近于釘扎層160(例如，在釘扎層 160上方或之上)。自由層200鄰近于穿隧層190(例如，在穿隧層190上方或之上)。頂部電極210鄰近于自由層200 (例如，在自由層200上方或之上)。如圖10的實施例所示，底部電極層150和/或釘扎層160的尺寸Xl可大于釘扎層160與穿隧勢壘190之間的接觸區域的尺寸X2，此允許在將孔180圖案化并蝕刻到ILD70 中以用于收納穿隧勢壘190、自由層200和頂部電極210時的較大容限。而且，如圖10所示，穿隧勢壘190和自由層200中的一者的一部分沿著孔180的側壁且垂直于底部電極層 150和釘扎層160而安置。頂部電極210填充孔180的鄰近于自由層200 (例如，在自由層 200上方或之上)的一部分。所屬領域的技術人員將認識到，在其它實施例中，底部電極層150和/或釘扎層 160的尺寸可等于或小于穿隧勢壘190，如圖11示范性地展示。如圖11所示，穿隧勢壘190 和自由層200中的一者的一部分沿著孔180的側壁且垂直于底部電極層150和釘扎層160 而安置。頂部電極210填充孔180的鄰近于自由層200 (例如，在所述自由層200上方或之上)的一部分。相比而言，在常規MTJ存儲元件和其形成方法中，底部電極層50、釘扎層60、穿隧勢壘層90、自由層100和頂部電極110經受圖案化和蝕刻，此導致底部電極層50、釘扎層 60、穿隧勢壘層90、自由層100和頂部電極110中的每一者具有相同尺寸X0，如圖12所示。 而且，在常規MTJ存儲元件中，在MTJ側壁附近的勢壘氧化物層可能受工藝流程(S卩，灰化和清潔工藝)影響，進而在MTJ側壁附近產生較厚的穿隧勢壘90，如圖13所示。較厚的穿隧勢壘90的影響對于按比例縮小的特征來說將為顯著的。根據示范性方法，可提供經隔離的MTJ存儲元件。如上文所解釋，示范性實施例有益地允許減小在工藝中使用的光掩模的數目。舉例來說，可使用兩個光掩模來代替三個掩模。而且，根據所述示范性實施例，對于關鍵尺寸來說，不需要重金屬蝕刻工藝。此外，可減小或消除側壁聚合物縱梁誘發的泄漏通路。此外，根據所述實施例，MTJ的穿隧勢壘未暴露于灰化和清潔工藝，借此減少或避免了在所述MTJ的側壁附近的穿隧勢壘的變厚。此外，所述實施例與常規方法相比可提供較大的底部固定層，此可使底部固定層對頂部自由層的雜散場影響最小化。應了解，包括本文中所描述的MTJ存儲元件的存儲器裝置可被包括于移動電話、 便攜式計算機、手持式個人通信系統(PCQ單元、例如個人數據助理(PDA)等便攜式數據單元、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、例如儀表讀取設備等固定位置數據單元、或存儲或檢索數據或計算機指令的任何其它裝置，或其任何組合內。因此，本發明的實施例可合適地被應用于包括有效集成電路(其包括具有如本文中所揭示的MTJ存儲元件的存儲器)的任何裝置中。前述所揭示的裝置和方法可經設計且可配置成存儲于計算機可讀媒體上的⑶SII 和GERBER計算機文件。這些文件又被提供給基于這些文件制造裝置的制造處置器。所得產品為半導體晶片，其接著被切割為半導體裸片且被封裝到半導體芯片中。所述芯片接著用于上述裝置中。因此，實施例可包括包含指令的機器可讀媒體或計算機可讀媒體，所述指令在由處理器執行時將所述處理器和任何其它協作元件轉變為用于執行如由所述指令實現的本文中所描述的功能性的機器。雖然前述揭示內容展示說明性實施例，但應注意，可在不偏離如所附權利要求書界定的本發明的范圍的情況下在本文中作出各種改變和修改。無需以任何特定次序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，雖然可能以單數描述或主張所述實施例的元件，但除非明確規定限于單數，否則還預期復數。
權利要求
1.一種具有磁性隧道結(MTJ)存儲元件的存儲器裝置，所述MTJ存儲元件包含 底部電極；釘扎層，其鄰近于所述底部電極；電介質層，其包封所述底部電極和所述釘扎層的一部分，其中所述電介質層包括界定鄰近于所述釘扎層的一部分的孔的側壁； 穿隧勢壘，其鄰近于所述釘扎層； 自由層，其鄰近于所述穿隧勢壘；以及頂部電極，其鄰近于所述自由層，其中所述底部電極和/或所述釘扎層在第一方向上的寬度大于所述釘扎層與所述穿隧勢壘之間的接觸區域在所述第一方向上的寬度。
2.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中所述穿隧勢壘和所述自由層中的一者的一部分沿著所述孔的側壁且垂直于所述底部電極和所述釘扎層而安置。
3.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中所述頂部電極填充所述孔在所述自由層上方的一部分。
4.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中所述穿隧勢壘具有帶第一和第二支腿的U 形橫截面，且其中所述第一支腿沿著所述孔的所述側壁延伸。
5.根據權利要求4所述的存儲器裝置，其中所述自由層具有U形橫截面且嵌套于所述 U形穿隧勢壘內。
6.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中所述存儲器裝置應用于其中集成有所述存儲器裝置的電子裝置中，所述電子裝置選自由以下各物組成的群組機頂盒、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。
7.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中所述存儲器裝置是自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)。
8.一種形成具有磁性隧道結(MTJ)存儲元件的存儲器裝置的方法，所述方法包含 在襯底上形成底部電極；在所述底部電極上形成釘扎層；在所述底部電極和所述釘扎層上沉積電介質層；在所述電介質層中圖案化具有側壁的孔并將所述孔向下蝕刻到所述釘扎層； 在所述孔的第一部分中沉積穿隧勢壘層以在所述釘扎層上產生穿隧勢壘； 在所述孔的第二部分中沉積自由層以使得所述自由層位于所述穿隧勢壘上；以及在所述自由層上沉積頂部層。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述底部電極和/或所述釘扎層在第一方向上的寬度大于所述釘扎層與所述穿隧勢壘之間的接觸區域在所述第一方向上的寬度。
10.根據權利要求8所述的方法，其中沿著所述孔的所述側壁且垂直于所述底部電極和所述釘扎層而形成所述穿隧勢壘和所述自由層中的一者的一部分。
11.根據權利要求8所述的方法，其中所述頂部電極在所述自由層上填充所述孔的剩余部分。
12.根據權利要求8所述的方法，其中所述穿隧勢壘具有帶第一和第二支腿的U形橫截面，且其中所述第一支腿沿著所述孔的所述側壁延伸。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述自由層具有U形橫截面且嵌套于所述U形穿隧勢壘內。
14.根據權利要求8所述的方法，其進一步包含在所述沉積所述電介質層之前清潔所述底部電極層和所述釘扎層。
15.根據權利要求14所述的方法，其進一步包含在所述清潔之前圖案化并蝕刻所述底部電極和所述釘扎層。
16.根據權利要求15所述的方法，其進一步包含在所述圖案化并蝕刻所述底部電極和所述釘扎層之前使所述底部電極和所述釘扎層在真空中經受磁性退火工藝。
17.根據權利要求8所述的方法，其中將所述穿隧勢壘、所述自由層和所述頂部電極沉積于所述電介質層和所述孔上。
18.根據權利要求8所述的方法，其包括移除安置于所述孔的開口上方的所述穿隧勢壘、所述自由層和所述頂部電極的若干部分。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述移除所述穿隧勢壘、所述自由層和所述頂部電極的所述若干部分包括對安置于所述孔的所述開口上方的所述穿隧勢壘、所述自由層和所述頂部電極的所述若干部分進行化學機械拋光。
20.根據權利要求8所述的方法，其中將所述存儲器裝置應用于其中集成有所述存儲器裝置的電子裝置中，所述電子裝置選自由以下各物組成的群組機頂盒、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。
21.根據權利要求8所述的方法，其中所述存儲器裝置是自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)。
22.—種具有磁性隧道結(MTJ)存儲元件的存儲器裝置，所述MTJ存儲元件包含用于電連接所述MTJ存儲元件的底部導電裝置；用于保持第一極化的第一磁性裝置，所述第一磁性裝置鄰近于所述底部導電裝置；用于包封所述底部導電裝置和所述第一磁性裝置的一部分的第一絕緣裝置，其中所述第一絕緣裝置包括界定鄰近于所述第一磁性裝置的一部分的孔的側壁；用于保持第二極化的第二磁性裝置，其中所述第二極化是可顛倒的；用于使在所述第一磁性裝置與所述第二磁性裝置之間流動的電流穿隧的第二絕緣裝置，所述第二絕緣裝置分離所述第一磁性裝置和所述第二磁性裝置；以及用于電連接所述MTJ存儲元件的頂部導電裝置，所述頂部導電裝置鄰近于所述第二磁性裝置，其中所述底部導電裝置和/或所述第一磁性裝置在第一方向上的寬度大于所述第一磁性裝置與所述第二絕緣裝置之間的接觸區域在所述第一方向上的寬度。
23.根據權利要求22所述的存儲器裝置，其中所述第二絕緣裝置和所述第二磁性裝置中的一者的一部分沿著所述孔的側壁且垂直于所述底部導電裝置和所述第一磁性裝置而安置。
24.根據權利要求22所述的存儲器裝置，其中所述頂部導電裝置填充所述孔在所述第二磁性裝置上方的一部分。
25.根據權利要求22所述的存儲器裝置，其中所述第二絕緣裝置具有帶第一和第二支腿的U形橫截面，且其中所述第一支腿沿著所述孔的所述側壁延伸。
26.根據權利要求25所述的存儲器裝置，其中所述第二磁性裝置具有U形橫截面且嵌套于所述U形第二絕緣裝置內。
27.根據權利要求22所述的存儲器裝置，其中所述存儲器裝置應用于其中集成有所述存儲器裝置的電子裝置中，所述電子裝置選自由以下各物組成的群組機頂盒、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。
28.根據權利要求22所述的存儲器裝置，其中所述存儲器裝置是自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)。
29.一種形成具有磁性隧道結(MTJ)存儲元件的存儲器裝置的方法，所述方法包含 用于在襯底上形成底部電極的步驟；用于在所述底部電極上形成釘扎層的步驟； 用于在所述底部電極和所述釘扎層上沉積電介質層的步驟；用于在所述電介質層中圖案化具有側壁的孔并將所述孔向下蝕刻到所述釘扎層的步驟；用于在所述孔的第一部分中沉積穿隧勢壘層以在所述釘扎層上產生穿隧勢壘的步驟；用于在所述孔的第二部分中沉積自由層以使得所述自由層位于所述穿隧勢壘上的步驟·’以及用于在所述自由層上沉積頂部層的步驟。
30.根據權利要求四所述的方法，其中所述底部電極和/或所述釘扎層在第一方向上的寬度大于所述釘扎層與所述穿隧勢壘之間的接觸區域在所述第一方向上的寬度。
31.根據權利要求四所述的方法，其中沿著所述孔的所述側壁且垂直于所述底部電極和所述釘扎層而形成所述穿隧勢壘和所述自由層中的一者的一部分。
32.根據權利要求四所述的方法，其中所述頂部電極填充所述孔在所述自由層上方的剩余部分。
33.根據權利要求四所述的方法，其中所述穿隧勢壘具有帶第一和第二支腿的U形橫截面，且其中所述第一支腿沿著所述孔的所述側壁延伸。
34.根據權利要求33所述的方法，其中所述自由層具有U形橫截面且嵌套于所述U形穿隧勢壘內。
35.根據權利要求四所述的方法，其進一步包含用于在所述沉積所述電介質層之前清潔所述底部電極層和所述釘扎層的步驟。
36.根據權利要求35所述的方法，其進一步包含用于在所述清潔之前圖案化并蝕刻所述底部電極和所述釘扎層的步驟。
37.根據權利要求36所述的方法，其進一步包含用于在所述圖案化并蝕刻所述底部電極和所述釘扎層之前使所述底部電極和所述釘扎層在真空中經受磁性退火工藝的步驟。
38.根據權利要求四所述的方法，其中將所述穿隧勢壘、所述自由層和所述頂部電極沉積于所述電介質層和所述孔上。
39.根據權利要求四所述的方法，其包括用于移除安置于所述孔的開口上方的所述穿隧勢壘、所述自由層和所述頂部電極的若干部分的步驟。
40.根據權利要求四所述的方法，其中將所述存儲器裝置應用于其中集成有所述存儲器裝置的電子裝置中，所述電子裝置選自由以下各物組成的群組機頂盒、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。
41.根據權利要求四所述的方法，其中所述存儲器裝置是自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)。
全文摘要
自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)位單元的磁性隧道結存儲元件包括底部電極層(150)；釘扎層(160)，其鄰近于所述底部電極層；電介質層(70)，其包封所述底部電極層和所述釘扎層的一部分，所述電介質層包括界定鄰近于所述釘扎層的一部分的孔的側壁；穿隧勢壘(190)，其鄰近于所述釘扎層；自由層(200)，其鄰近于所述穿隧勢壘；以及頂部電極(210)，其鄰近于所述自由層，其中所述底部電極層和/或釘扎勢壘在第一方向上的寬度大于所述釘扎層與所述穿隧勢壘之間的接觸區域在所述第一方向上的寬度。還揭示形成STT-MRAM位單元的方法。
文檔編號H01L27/22GK102292815SQ201080005027
公開日2011年12月21日 申請日期2010年2月2日 優先權日2009年2月2日
發明者升·H·康, 朱曉春, 顧時群 申請人:高通股份有限公司