[发明专利]具有包括磁性隧道结的顶部电极及底部电极的装置的制造与集成

说明书

技术领域

本发明大体来说涉及制造电子装置。更具体来说，本发明涉及磁性随机存取存储器中的磁性隧道结的制造工艺。

背景技术

与常规随机存取存储器(RAM)芯片技术不同，在磁性RAM(MRAM)中，数据并不存储为电荷，而是替代地通过存储元件的磁性极化而存储。存储元件由绝缘层所分开的两个铁磁性层形成。所述两个层中的一者具有由反铁磁性层(AFM)设定成特定极性的至少一个钉扎磁性极化(或固定层)。更改另一磁性层(或自由层)的磁极性以使其表示“1”(即，反平行极性)或“0”(即，平行极性)。具有固定层、绝缘层及自由层的一种此装置为磁性隧道结(MTJ)。MTJ的电阻取决于与固定层的磁极性相比的自由层的磁极性。从可个别寻址MTJ的阵列建置例如MRAM的存储器装置。

图4A为说明在低电阻状态下的自旋力矩转移(STT)磁性隧道结的框图。磁性隧道结(MTJ)400包括用隧道势垒404及自由层406堆栈的固定层402。固定层402的磁性极化由反铁磁性层(AFM)(未图示)钉扎于一个方向上。自由层406的磁性极化在平行状态与反平行状态之间自由改变。MTJ400的电阻部分地取决于自由层406的磁性极化。举例来说，当自由层406与固定层402的磁性极化实质上对准时，MTJ400具有低电阻。在图4B中检验自由层406的另一稳定状态。

图4B为说明在高电阻状态下的自旋力矩转移(STT)磁性隧道结的框图。举例来说，自由层406的磁性极化与固定层402的磁性极化在实质上相反的方向上。在此状况下，MTJ400具有高电阻。

MRAM为非易失性存储器装置，其中数据存储为自由层的磁极性。MRAM的读取及写入速度比NAND闪存快。随着单元大小收缩及密度增加，常规制造工艺的良率及工艺裕度减小，从而导致每裸片成本的增加或导致有关MRAM的潜在可靠性问题。MRAM故障的一个原因为在相邻导体之间的电短接。

可在同一制造工艺期间蚀刻MRAM位单元中的底部电极及顶部电极以节省成本。在蚀刻顶部电极及底部电极以形成个别单元之后，沉积电介质以使其填充单元之间的空间。随着单元被间隔较接近在一起以达到较高密度，单元之间的开口的纵横比(开口的深度除以开口的宽度)增加。例如化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)的电介质沉积技术不能够完全填充导致电介质层中的空隙的大纵横比空间。如果用导电材料填充，则空隙可能稍后在处理中导致无意的导体电短接。

现参看图3更详细地描述短接。图3为磁性隧道结的阵列的自上而下视图。磁性隧道结334的阵列300包括顶部导体320(例如，制造为沟槽)。可通过将顶部导体320经由顶部电极332耦合到所要个别MTJ 334而接入个别MTJ 334。如上文所论述，在制造期间，可在顶部电极332与顶部导体320之间的电介质层中形成空隙。在顶部导体材料的沉积期间，导电材料可填充空隙，从而导致在顶部导体320之间的短路340。短路340可导致阵列300的故障。因此，制造良率减小。

常规地，可通过增加耦合于顶部电极332与顶部导体320之间的顶部通孔(未图示)的高度来减少短路340的数目。制造顶部通孔使其高于空隙的高度以防止所述空隙与顶部导体320重叠，从而防止发生短路。每一代技术来部分地界定通孔的高度。因为技术对于每一新代按70％缩放，所以在每新一代显著减小通孔的高度。工艺良率可随着短接问题在新代增加而遭受损失。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种电子装置制造工艺包括沉积第一电极层。所述工艺还包括在第一电极层上制造磁性装置。所述工艺进一步包括在制造磁性装置之后图案化第一电极层。所述工艺还包括在图案化第一电极层之后将第一电介质层沉积于磁性装置及第一电极层上。所述工艺进一步包括在沉积第一电介质层之后沉积第二电极层。所述工艺还包括在沉积第二电极层之后图案化第二电极层。

根据本发明的另一方面，一种电子装置包括衬底。所述电子装置还包括嵌入于衬底中的第一接触件。所述电子装置进一步包括在衬底上且耦合到第一接触件的经图案化的第一电极。所述电子装置还包括在经图案化的第一电极上的经图案化的电子装置。所述电子装置进一步包括在经图案化的电子装置上的经图案化的第二电极。所述电子装置还包括接触经图案化的第二电极的沟槽。

根据本发明的又一方面，一种电子装置包括衬底，及用于磁性存储状态的装置。每一磁性存储装置耦合于第一电极与第二电极之间。所述电子装置进一步包括电介质，所述电介质实质上填充在第一电极、第二电极与邻近磁性存储装置之间的空间。所述电子装置还包括用于将磁性存储装置的表面耦合到第二电极的装置。