[发明专利]自旋转移矩磁阻随机存取存储器装置及其制造方法

说明书

提供了一种自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT‑MRAM)装置。STT‑MRAM装置包括基板，电介质层和磁性隧道结(MTJ)堆叠体。基板包括导体和着陆垫。MTJ堆叠体包括参考层元件、自由层组件和阻挡层元件。参考层元件衬有再沉积的金属，且设置在电介质层内的着陆垫上。自由层组件包括自由层元件、设置在自由层元件上的硬掩模层元件、衬在自由层和硬掩模层元件的侧壁上的再沉积的金属、以及衬在再沉积的金属上的介电材料。阻挡层元件插设在参考层元件和自由层组件之间并且具有与参考层元件和自由层组件相同的宽度。

技术领域

本发明总体上涉及半导体装置的制造方法及其得到的结构。更具体地，本发明涉及使用平坦化的膜减少磁性隧道结(MTJ)中的短路的结构和方法。

背景技术

电荷载流子(诸如电子)具有已知为自旋的性质，该性质是载流子固有的少量角动量。虽然电流通常是非极化的，但是自旋极化的电流是具有任一自旋的更多电子的电流。自旋转移矩是可以使用自旋极化的电流修改MTJ中磁性层取向的效果。更具体地说，通过使电流流过MTJ的厚磁性层(通常称为“固定层”)，可以产生自旋极化的电流。如果将该自旋极化的电流引导到MTJ的第二个更薄的磁性层(“自由层”)中，则角动量可以传递到该层，从而改变其取向。该效应可以用于激发振荡，或者甚至翻转磁体的取向。

在特定情况下，自旋转移矩可以用于翻转磁性随机存取存储器(MRAM)中的有源元件，从而形成自旋转移矩磁性随机存取存储器(STT-RAM或STT-MRAM)，这是具有接近零的泄漏功耗的非易失性存储器。

发明内容

本发明的实施例针对自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)装置。STT-MRAM装置的非限制性示例包括基板、电介质层和磁性隧道结(MTJ)堆叠体。基板包括导体和着陆垫。MTJ堆叠体包括参考层元件、自由层组件和阻挡层元件。参考层元件衬有再沉积的金属，且设置在电介质层内的着陆垫上。自由层组件包括自由层元件，设置在自由层元件上的硬掩模层元件，衬在自由层和硬掩模层元件的侧壁上的再沉积的金属以及衬在再沉积的金属上的介电材料。阻挡层元件插设在参考层元件和自由层组件之间并且具有与参考层元件和自由层组件相同的宽度。

本发明的实施例针对一种自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)装置的制造方法。该方法的非限制性示例包括：将包括参考层、阻挡层、自由层和硬掩模层的初始堆叠体蚀刻到在自由层的最下表面处或下方的蚀刻停止层以形成由自由层和硬掩模层的剩余部分的二级堆叠体。该方法的非限制性示例还包括：将介电材料沉积到蚀刻停止层和衬在二级堆叠体上的再沉积的金属上；以及蚀刻介电材料以及阻挡层和参考层以形成三级堆叠体，其由二级堆叠体、再沉积的金属、以及介电材料以及阻挡层和参考层的剩余部分构成。此外，该方法的非限制性示例包括使电介质层与三级堆叠体中参考层的剩余部分的最上表面共平面，以及成角度地蚀刻电介质层上方的衬在三级堆叠体上的再沉积的金属和三级堆叠体中介电材料的剩余部分。

本发明的实施例针对一种自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)装置的制造方法。该方法的非限制性示例包括：初始蚀刻磁性隧道结(MTJ)堆叠体；在MTJ堆叠体的阻挡层材料处停止初始蚀刻以部分图案化MTJ；在MTJ的侧壁上形成电介质间隔体；蚀刻到底部接触件以继续用电介质间隔体对MTJ进行图案化；在MTJ的参考层材料周围形成电介质膜；以及进行成角度的蚀刻以从阻挡层材料中修整和清除再沉积的金属。

通过本发明的技术实现了附加的技术特征和优点。本文中详细描述了本发明的实施例和方面，并且将其视为所要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，请参考详细说明和附图。

附图说明

在说明书的总结部分处，在权利要求书中特别指出并明确要求保护本文所描述的专有权的细节。通过下面结合附图的详细描述，本发明的实施例的上述和其他特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是图示根据本发明的实施例的STT-MRAM装置的制造方法的流程图；