使用單個掩模形成磁性隧道結的方法技術

本發明專利技術提供一種用于將磁性隧道結（ＭＴＪ）裝置集成到集成電路中的方法，其包括在半導體后段工藝（ＢＥＯＬ）工藝流程中提供具有第一層間電介質層（３６）及至少第一金屬互連件（３７）的襯底。在所述第一層間電介質層及所述第一金屬互連件上方，沉積磁性隧道結材料層（２、３２、１２、１１、６）。使用單掩模工藝由所述材料層界定耦合到所述第一金屬互連件的磁性隧道結堆疊。所述磁性隧道結堆疊被集成到所述集成電路中。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及集成電子電路，且確切地說，涉及自旋轉移力矩(STT)磁性隨機存 取存儲器(MRAM)及與標準集成電路進行集成的方法。
技術介紹
與常規隨機存取存儲器(RAM)芯片技術不同，在磁性RAM (MRAM)中，數據 不是存儲為電荷，而是通過存儲元件的磁性極化來存儲。所述元件由兩個磁性極化板形 成，所述兩個磁性極化板中的每一者可維持由薄絕緣層分隔的磁性極化場，其一起形成 磁性隧道結(MTJ)。兩個板中的一者是設置為特定極性的永久磁體(下文中為“固定 層”)；另一板(下文中為“自由層”)的極化將改變以匹配足夠強的外部場的極化。存 儲器裝置可由所述“單元”的柵格建置。讀取MRAM單元的極化狀態是通過測量單元的MTJ的電阻來實現。(常規上) 通過向將來自供電線的電流經由MTJ切換到接地的相關聯的晶體管供電而選擇特定單 元。歸因于隧穿磁阻效應，單元的電阻歸因于MTJ的兩個磁性層中的極化的相對定向而 改變。通過測量所得電流，可確定任何特定單元內部的電阻，且由此可確定自由可寫層 的極性。如果兩個層具有相同極化，則認為此意味著狀態“0”，且電阻為“低”的， 而如果兩個層具有相反的極化，則電阻將為較高的且此意味著狀態“1”。使用多種方案將數據寫入到單元。在常規MRAM中，外部磁場由接近所述單元 的導線中的電流提供，所述電流足夠強以對準自由層。自旋轉移力矩(STT)MRAM使用自旋對準(“極化”)的電子來直接扭轉自由層 的磁疇。經由此機制向單元進行寫入的電流小于用于常規MRAM的寫入電流。此外， 不需要外部磁場，從而使得相鄰單元大致不受雜散場影響。此寫入電流隨著存儲器單元 大小按比率縮小而進一步降低，這一點隨著半導體技術持續向較高裝置間距密度縮放而 成為關鍵益處。存儲器系統成本的一個重要決定因素是芯片上組件的密度。每一 “單元”的較 小組件及較少組件意味著可將較多“單元”封裝于單個芯片上，這又意味著較多芯片可 由單個半導體晶片同時產生且以較低成本及改善的良率進行制造。另外，制造工藝流程影響成本，其中較多掩模工藝促成增加的總制造成本。當 常規MRAM的制造需要僅專用于制造磁性隧道結(MTJ)結構的許多掩模工藝時，成本進 一步增加。因為加工成本是實施集成電路裝置中特征的集成的重要考慮因素，所以在設 計及工藝流程中消除掩模及相關聯工藝的任何改善均是有利的。單掩模工藝中的差異可節省顯著成本。因此，需要用于將MRAM制造集成于半導體制造工藝流程中的改善的方 法。此外，放寬臨界尺寸特征的對準的任何設計均將為合意的。
技術實現思路
將磁性隨機存取存儲器(MRAM)磁性隧道結(MTJ)的制造工藝及結構集成到標 準后段工藝(BEOL)集成電路制造中的方法包括單個光掩模。在一方面中，一種方法將磁性隧道結(MTJ)裝置集成到集成電路中。所述方法 包括在半導體后段工藝(BEOL)工藝流程中提供具有第一層間電介質層及至少第一金屬 互連件的襯底。所述方法還包括在第一層間電介質層及第一金屬互連件上方沉積多個磁 性隧道結材料層。所述方法進一步包括使用單掩模工藝由所述材料層界定耦合到第一金 屬互連件的磁性隧道結堆疊。所述磁性隧道結堆疊集成到集成電路中。在另一方面中，磁性隧道結裝置在包括至少磁性隨機存取存儲器(MRAM)的集 成電路(IC)中。所述裝置包括具有第一金屬互連件的襯底；以及與第一金屬互連件連通 的磁性隧道結堆疊。磁性隧道結堆疊是使用單掩模工藝而界定。所述裝置還包括與磁性 隧道結堆疊連通的第二金屬互連件。磁性隧道裝置集成到IC中。在又一方面中，用于磁性隨機存取存儲器(MRAM)的磁性隧道結(MTJ)結構包 括用于與至少一個控制裝置連通的第一互連裝置；及用于耦合到第一互連裝置的第一電 極裝置。所述裝置還包括用于存儲數據的MTJ裝置，及用于耦合到MTJ裝置的第二電 極裝置。MTJ裝置耦合到第一電極裝置。第一及第二電極裝置基于第一掩模具有與MTJ 裝置相同的橫向尺寸。所述裝置進一步包括用于耦合到第二電極裝置及至少一個其它控 制裝置的第二互連裝置。前文已相當廣泛地概述了本專利技術的特征及技術優點以便可更好地理解以下對本 專利技術的實施例的詳細描述。下文中將描述形成本專利技術的技術方案的標的物的實施例的額 外特征及優點。所屬領域的技術人員應了解，所揭示的概念及特定實施例可容易被利用 為用于修改或設計用于實行本專利技術的相同目的的其它結構的基礎。所屬領域的技術人員 還應了解，此種等效構造不脫離如隨附技術方案中闡述的本專利技術的精神及范圍。將在結 合附圖考慮時通過以下描述更好地理解據信為本專利技術的特性的關于其組織及操作方法兩 者的新穎特征，連同其它目標及優點。然而，應明確理解，所述圖中的每一者僅出于說 明及描述目的而提供且不希望界定本專利技術的限制。附圖說明為了較全面地理解本專利技術，現參考結合附圖所作的以下描述。圖1展示可有利地使用本專利技術的實施例的示范性無線通信系統；圖2是說明根據本專利技術的實施例的用于半導體后段工藝(BEOL)工藝流程中 MRAM的電路、布局、邏輯設計及集成的設計工作站的框圖；圖3是展示以單掩模工藝界定的MTJ結構的實施例的橫截面圖；圖4是用于形成根據本專利技術的實施例的可在單鑲嵌半導體后段工藝(BEOL)工藝 流程中嵌入的MTJ結構的示意工藝流程；圖5是用于形成根據本專利技術的實施例的可在雙鑲嵌半導體后段工藝(BEOL)工藝6流程中嵌入的MTJ結構的示意工藝流程。圖6A及圖6B是根據本專利技術的另一實施例的分別展示襯底上的電介質阻擋物及 用于形成包括電介質阻擋物的MTJ結構的中間結構的橫截面圖。具體實施例方式磁性隧道結(MTJ)裝置及其形成方法包括單個光掩模的工藝。在一個實施例 中，MTJ及形成方法與MRAM有關。在另一實施例中，MTJ及形成方法可與自旋力矩 轉移(STT)MRAM有關。基于單掩模工藝的用于MRAM的磁性隧道結裝置的制造方法及結構可嵌入于后 段工藝(BEOL)工藝流程內，以便在標準半導體工藝中集成MRAM存儲器(包括(但不 限于)STT MRAM)。例如可用以界定用于與所揭示裝置互連的元件的額外其它掩模及工 藝可為BEOL工藝流程的一部分。圖1展示可有利地使用本專利技術的實施例的示范性無線通信系統100。出于說明 的目的，圖1展示三個遠程單元120、130及150以及兩個基站140。將認識到常規無 線通信系統可具有更多遠程單元及基站。遠程單元120、130及150包括MRAM及/或 STTMRAM存儲器裝置125A、125B及125C，其為如下文進一步論述的本專利技術的實施 例。圖1展示從基站140到遠程單元120、130及150的前向鏈路信號180及從遠程單元 120、130及150到基站140的反向鏈路信號190。在圖1中，展示遠程單元120為移動電話，展示遠程單元130為便攜型計算機， 且展示遠程單元150為無線本地環路系統中的固定位置遠程單元。舉例來說，遠程單 元可為移動電話、手持式個人通信系統(PCS)單元、例如個人數據助理的便攜型數據單 元、導航裝置(例如，具有GPS功能的裝置)、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂 單元、例如儀表讀取設備的固定位置數據單元，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。雖然圖1說明根據本專利技術的教示遠本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于將磁性隧道結（ＭＴＪ）裝置集成到集成電路中的方法，其包含：　　在半導體后段工藝（ＢＥＯＬ）工藝流程中提供具有第一層間電介質層及至少第一金屬互連件的襯底；　　在所述第一層間電介質層及所述第一金屬互連件上方沉積多個磁性隧道結材料層；以及使用單掩模工藝由所述多個材料層界定耦合到所述第一金屬互連件的磁性隧道結堆疊，所述磁性隧道結堆疊被集成到所述集成電路中。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：升H康，戴維班，李康浩，
申請(專利權)人：高通股份有限公司，
類型：發明
國別省市：US