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    • 专利摘要:
    Einexemplarisches Verfahren zum Herstellen einer Speicherstruktur,die Speicherzellenschichten mit unterschiedlicher Größe aufweist,weist ein Bilden zumindest zweier Schichten aus ferromagnetischen Materialien,ein Bilden zumindest einer Maskenschicht oberhalb der ferromagnetischenMaterialien, ein Strukturieren der zumindest einen Maskenschicht,ein Ätzender ferromagnetischen Materialien unter Verwendung der zumindesteinen Maskenschicht als einer ersten Ätzübertragungsmaske, ein lateralesReduzieren einer planaren Abmessung der zumindest einen Maskenschicht,um schmaler als die ferromagnetischen Materialien zu sein, und ein Ätzen einerSchicht der ferromagnetischen Materialien unter Verwendung der reduziertenzumindest einen Maskenschicht als einer zweiten Ätzübertragungsmaske, derart, dassdie gerade geätzteferromagnetische Schicht eine unterschiedliche laterale Größe als eineandere ferromagnetische Schicht der ferromagnetischen Materialienbekommt, auf.
    公开号:DE102004031139A1
    申请号:DE200410031139
    申请日:2004-06-28
    公开日:2005-06-02
    发明作者:Thomas C. Sunnyvale Anthony；Manish Mountain View Sharme
    申请人:Hewlett Packard Development Co LP；
    IPC主号:H01L27-105
    专利说明:
    [0001] EinSpeicherchip weist im allgemeinen eine Mehrzahl von Speicherzellenauf, die auf einem Siliziumwafer aufgebracht und über einArray von Spaltenleitungsanschlussleitungen (Bitleitungen) und Zeilenleitungsanschlussleitungen(Wortleitungen) adressierbar sind. Üblicherweise befindet sicheine Speicherzelle an dem Schnittpunkt einer Bitleitung und einerWortleitung. Die Speicherzellen werden durch spezialisierte Schaltungengesteuert, die Funktionen, wie z. B. ein Identifizieren von Zeilenund Spalten, von denen Daten gelesen und an die Daten geschriebenwerden, durchführen. Üblicherweise speichertjede Speicherzelle Daten in der Form einer „1" oder einer „0", was ein Bit an Daten darstellt.
    [0002] EinArray magnetischer Speicherzellen kann als ein magnetischer Direktzugriffsspeicheroder MRAM bezeichnet werden. Ein MRAM ist im allgemeinen ein nichtflüchtigerSpeicher (d. h. ein Festkörperchip,der Daten beibehält,wenn eine Leistung abgeschaltet wird). Zumindest ein Typ einer magnetischenSpeicherzelle umfasst eine Datenschicht und eine Referenzschicht,die voneinander durch zumindest eine Zwischenschicht getrennt sind.Die Datenschicht kann auch als eine Bitschicht, eine Speicherungsschichtoder eine Leseschicht bezeichnet werden. In einer magnetischen Speicherzellekann ein Bit an Daten (z. B. eine „1" oder „0") durch ein „Schreiben" in die Datenschicht über eineoder mehrere leitende Anschlussleitungen (z. B. eine Bitleitung undeine Wortleitung) gespeichert werden. Eine typische Datenschichtkann aus einem oder mehreren ferromagnetischen Materialien hergestelltsein. Die Schreiboperation wird üblicherweise über einen Schreibstromerreicht, der die Ausrichtung des magnetischen Moments in der Datenschichtin eine vorbestimmte Richtung setzt.
    [0003] Sobaldes geschrieben wurde, kann das gespeicherte Bit an Daten durch einBereitstellen eines Lesestroms durch eine oder mehrere leitendeAnschlussleitungen (z. B. eine Leseleitung) an die magnetische Speicherzellegelesen werden. Fürjede Speicherzelle sind die Ausrichtungen der magnetischen Momenteder Datenschicht und der Referenzschicht entweder parallel (in dergleichen Richtung) oder antiparallel (in unterschiedlichen Richtungen) zueinander.Der Grad an Parallelitätbeeinflusst den Widerstandswert der Zelle und dieser Widerstandswertkann durch ein Lesen (z. B. übereinen Leseverstärker)eines Ausgangsstroms oder einer Ausgangsspannung, der/die durchdie Speicherzelle ansprechend auf den Lesestrom erzeugt wird, bestimmt werden.
    [0004] Insbesondereweist der basierend auf dem Ausgangsstrom bestimmte Widerstandswert,wenn die magnetischen Momente parallel sind, einen ersten relativenWert auf (z. B. relativ niedrig). Wenn die magnetischen Momenteantiparallel sind, weist der bestimmte Widerstandswert einen zweitenrelativen Wert auf (z. B. relativ hoch). Die relativen Werte der beidenZustände(d. h. parallel und antiparallel) unterscheiden sich üblicherweiseausreichend, um als unterschiedlich erfasst zu werden. Eine „1" oder eine „0" kann den jeweiligenrelativen Widerstandswerten abhängigvon einer Entwurfsspezifizierung zugewiesen sein.
    [0005] DieZwischenschicht, die auch als eine Abstandsschicht bezeichnet werdenkann, kann ein isolierendes Material (z. B. Dielektrikum), ein nichtmagnetischesleitendes Material und/oder weitere bekannte Materialien aufweisenund ist üblicherweise ausreichenddick, um eine Austauschkopplung zwischen der Daten- und der Referenzschichtzu verhindern. Die verschiedenen leitenden Anschlussleitungen, diezur Adressierung der Speicherzellen verwendet werden (z. B.
    [0006] Bitleitungen,Wortleitungen und Leseleitungen) und zur Bereitstellung von Strömen zumDurchlaufen der Daten- und der Referenzschicht zum Lesen von Datenvon oder Schreiben von Daten in die Speicherzellen werden durcheine oder mehrere zusätzlicheSchichten, leitende Schichten genannt, bereitgestellt.
    [0007] Dieoben beschriebenen Schichten und ihre jeweiligen Charakteristikasind typisch fürmagnetische Speicherzellen, die auf Tunneleffektmagnetowiderstands-(TMR-)Effekten,die in der Technik bekannt sind, basieren. Weitere Kombinationenvon Schichten und Charakteristika können ebenso verwendet werden,um magnetische Speicherzellen herzustellten, die auf TMR-Effektenbasieren. Siehe z. B. U.S.-Patent Nr. 6,404,674, übertragenan Anthony u. a., das hierin in seiner Gesamtheit zu allen Zwecken durchBezugnahme aufgenommen ist.
    [0008] WeitereKonfigurationen magnetischer Speicherzellen basieren auf weiterenbekannten physischen Effekten (z. B. Effekt eines Riesen-Magnetowiderstands(GMR), eines anisotropen Magnetowiderstands (AMR), eines Kolossal-Magnetowiderstands (CMR)und/oder weiteren physischen Effekten).
    [0009] Indieser gesamten Anmeldung werden verschiedene exemplarische AusführungsbeispieleBezug nehmend auf die TMR-Speicherzellen, wie sie oben erst beschriebenwurden, beschrieben. Fachleute auf diesem Gebiet werden ohne weitereserkennen, dass die exemplarischen Ausführungsbeispiele gemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung auch mit anderen Typen magnetischer Speicherzellenimplementiert werden können,die in der Technik bekannt sind (z. B. weiteren Typen von TMR-Speicherzellen,GMR-Speicherzellen, AMR-Speicherzellen, CMR-Speicherzellen, usw.).
    [0010] Allgemeinausgedrücktumfassen erwünschteCharakteristika fürjede Konfiguration einer Speichervorrichtung eine erhöhte Geschwindigkeit,einen reduzierten Leistungsverbrauch und/oder geringere Kosten.Ein einfacherer Herstellungsprozess und/oder eine kleinere Chipgröße können geringere Kostenerzielen. Mit immer kleiner werdenden magnetischen Speicherzellenjedoch könnenmagnetische Randfelder, die an den Kanten der Referenzschicht erzeugtwerden, nahegelegene Datenschichten während Lese-/Schreiboperationeninakzeptabel beeinflussen. Die magnetischen Randfelder können dieUmschaltcharakteristika der Speicherzelle beeinflussen. Üblicherweiseweist die Datenschicht einen inhärentenWiderstandswert auf (d. h. basierend auf dem Material und der Dickeder Datenschicht), der überwundenwird, wenn versucht wird, die magnetische Ausrichtung der Datenschichtzu verändern(z. B. währendeiner Schreiboperation). Der inhärente Widerstandswertoder die Koerzivitätkann durch weitere Magnetfelder, die nahe der Datenschicht vorhandensind, wie z. B. die magnetischen Randfelder, die von den Kantender Referenzschicht ausgehen, beeinflusst werden. Als ein Ergebniswerden in der Datenschicht gespeicherte Daten unter Umständen verfälscht. EineArt und Weise zur Reduzierung magnetischer Randfelder besteht darin,eine Referenzschicht mit unterschiedlicher Größe relativ zu der Datenschichtaufzuweisen. Die Referenzschicht kann z. B. größer oder kleiner (d. h. ineiner oder beiden der horizontalen und vertikalen Abmessung) relativzu der Datenschicht sein. Die Herstellung von Referenz- und Datenschichtmit unterschiedlicher Größe kann jedocheine höhereKomplexitätund erhöhteKosten (d. h. zusätzlicheStrukturierungsschritte) in den Herstellungsprozess einführen.
    [0011] Sobesteht ein Markt fürein vereinfachtes Verfahren zum Herstellen von Speicherzellen, die eineDaten- und eine Referenzschicht mit unterschiedlicher Größe aufweisen.
    [0012] Esist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstelleneiner Speicherstruktur, ein nichtflüchtiges Speicherarray odereine magnetische Speicherstruktur mit verbesserten Charakteristikazu schaffen.
    [0013] DieseAufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 20, ein nichtflüchtigesSpeicherarray gemäß Anspruch19 oder eine magnetische Speicherstruktur gemäß Anspruch 22 gelöst.
    [0014] Einexemplarisches Verfahren zum Herstellen einer Speicherstruktur,die Speicherzellschichten mit unterschiedlicher Größe aufweist,weist ein Bilden zumindest zweier Schichten aus ferromagnetischenMaterialien, ein Bilden zumindest einer Maskenschicht über denferromagnetischen Materialien, ein Strukturieren der zumindest einenMaskenschicht, ein Ätzender ferromagnetischen Materialien unter Verwendung der zumindesteinen Maskenschicht als einer ersten Ätzübertragungsmaske, ein lateralesReduzieren einer planaren Abmessung der zumindest einen Maskenschicht,um schmaler als die ferromagnetischen Materialien zu sein, und ein Ätzen einerSchicht der ferromagnetischen Materialien unter Verwendung der reduziertenzumindest einen Maskenschicht als einer zweiten Ätzübertragungsmaske, derart, dassdie gerade geätzteferromagnetische Schicht eine unterschiedliche laterale Größe als eineandere ferromagnetische Schicht der ferromagnetischen Materialienbekommt, auf.
    [0015] WeitereAusführungsbeispieleund Implementierungen sind ebenso unten beschrieben.
    [0016] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend aufdie beiliegenden Zeichnungen nähererläutert.Es zeigen:
    [0017] 1 eineexemplarische Magnetspeicherstrukturkonfiguration des Stands derTechnik;
    [0018] 2A bis 2G einexemplarisches Verfahren zum Herstellen der exemplarischen magnetischenSpeicherstruktur aus 1;
    [0019] 3 eineexemplarische verbesserte Magnetspeicherstrukturkonfiguration; und
    [0020] 4A bis 4E einexemplarisches Verfahren zum Herstellen der verbesserten magnetischenSpeicherstruktur aus 3.
    [0021] Exemplarischeverbesserte Fertigungsprozesse zum Herstellen verbesserter magnetischer Speicherstrukturensind hierin beschrieben.
    [0022] AbschnittII beschreibt eine exemplarische magnetische Speicherstruktur desStands der Technik.
    [0023] AbschnittIII beschreibt ein exemplarisches Verfahren eines selbstausgerichtetenDurchgangslochs zum Herstellen der magnetischen Speicherstrukturaus Abschnitt II.
    [0024] AbschnittIV beschreibt eine exemplarische verbesserte magnetische Speicherstruktur.
    [0025] AbschnittV beschreibt ein exemplarisches verbessertes Verfahren eines selbstausgerichteten Durchgangslochszum Herstellen der exemplarischen verbesserten magnetischen Speicherstruktur.
    [0026] 1 stellteinen Aufriss einer exemplarischen magnetischen Speicherstruktur 100 des Standsder Technik dar. Allgemein kann eine Speicherstruktur als eine obenfestgelegte (wobei die Referenzschicht auf der Datenschicht ist)oder unten festgelegte (wobei die Referenzschicht unter der Datenschichtist) hergestellt sein. Zur Erleichterung einer Erläuterungist nur die oben festgelegte Konfiguration in 1 gezeigtund nur auf diese wird bei der Beschreibung verschiedener exemplarischerAusführungsbeispielehierin Bezug genommen. Diese Konfiguration jedoch ist lediglichdarstellend. So wird ein Fachmann auf diesem Gebiet ohne weitereserkennen, dass weitere Konfigurationen (z. B. unten festgelegt,usw.) ebenso unter Verwendung der hierin offenbarten exemplarischenVerfahren gemäß einer bestimmtenEntwurfsanforderung implementiert werden können.
    [0027] DieSpeicherstruktur 100 umfasst einen ersten Leiter 110,eine Datenschicht 120, eine Abstandsschicht 130,eine Referenzschicht 140 und einen zweiten Leiter 150.Zur Erleichterung einer Erläuterungkann die Kombination der Datenschicht 120, der Abstandsschicht 130 undder Referenzschicht 140 auch als eine Speicherzelle 160 bezeichnetwerden. Natürlichkann die Speicherzelle 160 auch unten festgelegt (nichtgezeigt) sein, wobei sich in diesem Fall die Referenzschicht 140 unterder Datenschicht 120 befindet. Bei der in 1 dargestelltenexemplarischen Konfiguration sind der erste Leiter 110 undder zweite Leiter 150 orthogonal zueinander und werden kollektivfür sowohlLese- als auch Schreiboperationen verwendet.
    [0028] EinFachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass die Speicherstrukturkonfiguration,wie in 1 dargestellt, lediglich darstellend ist. Weitere Konfigurationen,wie z. B. Konfigurationen, die einen oder mehrere zusätzlicheLeiter aufweisen (z. B. separate Leiter für Leseoperationen), und/oderKonfigurationen, die zusätzlicheSchichten aufweisen, sind in der Technik ebenso bekannt. Eine weitere Magnetspeicherstrukturkonfigurationz. B. kann auch eine Keimschicht, eine antiferromagnetische (AFM-) Schicht,eine Schutzabdeckschicht und/oder weitere Schichten umfassen. DieKeimschicht verbessert allgemein eine Kristallausrichtung innerhalbder AFM-Schicht. Exemplarische Materialien für eine Keimschicht umfassenTa, Ru, NiFe, Cu oder Kombinationen dieser Materialien. Die AFM-Schichtverbessert allgemein eine magnetische Stabilität in der Referenzschicht 140.Exemplarische Materialien für eineAFM-Schicht umfassen IrMn, FeMn, NiMn, PtMn und/oder weitere bekannteMaterialien. Die Schutzabdeckschicht schützt die Datenschicht 120 vorder Umgebung (z. B. durch ein Reduzieren einer Oxidation der Datenschicht 120)und kann unter Verwendung jedes in der Technik bekannten geeignetenMaterials, wie z. B. Ta, TaN, Cr, Al oder Ti, hergestellt sein.Zur Erleichterung einer Erläuterungsind diese zusätzlichenSchichten in den Figuren nicht gezeigt; magnetische Speicherstrukturen,die eine oder mehrere dieser zusätzlichenSchichten aufweisen, könnenjedoch mit verschiedenen hierin zu beschreibenden Ausführungsbeispielengemäß einerbestimmten Entwurfsauswahl implementiert werden.
    [0029] Dererste und der zweite Leiter 110, 150 können ausCu, Al, AlCu, Ta, W, Au, Ag, Legierungen eines oder mehrerer derobigen und/oder einem oder mehreren weiteren leitenden Materialienund Legierungen hergestellt sein. Die Leiter können durch eine Aufbringungs-oder weitere in der Technik bekannte Techniken (z. B. Zerstäuben, Verdampfung,Elektroplattieren, usw.) hergestellt sein.
    [0030] DieDatenschicht 120 kann eines oder mehrere ferromagnetischeMaterialien aufweisen. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispielumfassen ferromagnetische Materialien, die für die Datenschicht 120 geeignetsind, ohne EinschränkungNiFe, NiFeCo, CoFe, weitere magnetische Legierungen aus NiFe undCo, amorphe ferromagnetische Legierungen und weitere Materialien.
    [0031] Beieinem exemplarischen Ausführungsbeispielist die Abstandsschicht 130 eine Tunnelbarriereschicht(z. B. wenn die Speicherzelle 100 eine TMR-Speicherzelleist). Bei diesem Ausführungsbeispielkann die Abstandsschicht 130 aus SiO2,SiNx, MgO, Al2O3, AlNx, TaOx und/oder weiteren isolierenden Materialienhergestellt sein.
    [0032] Beieinem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Abstandsschicht 130 einenichtmagnetische leitende Schicht (z. B. wenn die Speicherzelle 100 eineGMR-Speicherzelle ist). Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Abstandsschicht 130 ausCu, Au, Ag und/oder weiteren nichtmagnetischen leitenden Materialienhergestellt sein.
    [0033] DieReferenzschicht 140 kann eine einzelne Schicht eines Materialsoder mehrere Schichten von Materialien aufweisen. Die Referenzschicht 140 kann z.B. eines oder mehrere ferromagnetische Materialien aufweisen. Beieinem exemplarischen Ausführungsbeispielumfassen ferromagnetische Materialien, die für die Referenzschicht 140 geeignetsind, NiFe, NiFeCo, CoFe, weitere magnetische Legierungen aus NiFeund Co, amorphe ferromagnetische Legierungen und weitere Materialien.
    [0034] Imallgemeinen sind die physischen Konfigurationen magnetischer Speicherstrukturenim Stand der Technik, wie z. B. in 1 gezeigt,sehr komplex und erfordern so komplexe Herstellungsschritte. KleineAbmessungen und mehrere Schichten der herkömmlichen magnetischen Speicherstrukturenerfordern präziseund zahlreiche Maskierungsschritte mit einem zugeordneten Risiko,dass einige Speicherzellen eventuell kurzgeschlossen werden. DieHerstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter 150 undder Referenzschicht 140 z. B. ist üblicherweise eine Herausforderung,da ein Austritt des leitenden Materials auf die Datenschicht 120 einen Kurzschlussbewirken und die eine oder die mehreren betroffenen magnetischenSpeicherzellen nutzlos machen kann. Ein exemplarisches Verfahrenzum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter 150 undder Referenzschicht 140 ist in der Technik als Verfahreneines „selbstausgerichteten Durchgangslochs" bekannt. Ein exemplarischesVerfahren eines selbstausgerichteten Durchgangslochs ist unten imAbschnitt III beschrieben.
    [0035] Die 2A–2G stellenein exemplarisches Verfahren eines selbstausgerichteten Durchgangslochszum Herstellen der exemplarischen Speicherstruktur aus 1 dar.
    [0036] In 2A istein erster Leiter 110 auf einem Substrat 200 gebildet.Der erste Leiter 110 ist gemäß in der Technik bekanntenVerfahren gebildet. Der erste Leiter 110 kann z. B. unterVerwendung von Elektroplattieren, Zerstäuben oder einem weiteren geeignetenAufbringungsprozess gebildet und dann durch ein Planarisierungsverfahren,wie z. B. eine chemisch-mechanische Planarisierung (CMP), planarisiertwerden.
    [0037] In 2B sindeine Datenschicht 120, eine Abstandsschicht 130 undeine Referenzschicht 140 auf dem ersten Leiter 110 gebildet.Diese Schichten könnendurch eine Aufbringungs- und/oderweitere in der Technik bekannte Techniken gebildet sein (z. B. über Zerstäubung, Verdampfung,chemische Aufdampfung, Atomarschichtaufbringung (ALD) und/oder weiterebekannte Techniken).
    [0038] In 2C sindeine erste Maskenschicht 210 und eine zweite Maskenschicht 220 gebildet.Bei einer typischen Implementierung eines Verfahrens eines selbstausgerichtetenDurchgangslochs sind die erste und die zweite Maskenschicht 210 und 220 aus Photoresistmaterialienhergestellt, die unterschiedliche organische Zusammensetzungen relativzueinander aufweisen. Diese Schichten können durch Aufschleuder- und Brennprozesseund/oder weitere in der Technik bekannte Prozesse gebildet sein.
    [0039] In 2D istdie zweite Maskenschicht 220 durch eine erste Maske unterVerwendung von in der Technik bekannten Strukturierungsverfahrenstrukturiert (z. B. Belichtung, dann Entwicklung in Lösungsmittel).Als nächsteswerden Abschnitte der ersten Maskenschicht 210 (einschließlich einigerAbschnitte unter der strukturierten zweiten Maskenschicht 220) entfernt,bis kleine Unterschnitte unterhalb der zweiten Maskenschicht 220 erscheinen.Bei einer exemplarischen Implementierung kann dies durch ein Verwendeneines chemischen Nassätzensmit einem Lösungsmittel,das selektiv fürdie erste Maskenschicht 210 relativ zu der zweiten Maskenschicht 220 ist,erzielt werden. Wenn man die Rate kennt, mit der sich ein bestimmtesPhotoresist in einem Lösungsmittel löst, kannman eine ausreichende Zeit zuteilen, um genau die richtige Mengeder ersten Maskenschicht 210 zu lösen, um die in 2D gezeigteStruktur zu erhalten. Alternativ können Trockenätzverfahren,wie z. B. reaktives Ionenätzen,verwendet werden, um die erste Maskenschicht 210 zu entfernenund die Struktur in 2D zu erzeugen. Als nächstes werden diestrukturierte erste und zweite Maskenschicht 210, 220 verwendet,um die Referenzschicht 140, die Abstandsschicht 130 unddie Datenschicht 120 zur Erzeugung der Speicherzelle 160 unterVerwendung von in der Technik bekannten Ätztechniken zu ätzen.
    [0040] In 2E isteine Schicht aus dielektrischem Material 230 unter Verwendungeiner Aufbringungs- oder weiterer in der Technik bekannter Technikengebildet. Aufgrund der Unterschnitte unterhalb der zweiten Maskenschicht 220 werdeneinige Abschnitte der Seitenwändeder ersten Maskenschicht 210 nicht mit dem dielektrischenMaterial 230 bedeckt.
    [0041] In 2F werdendie erste und die zweite Maskenschicht 210, 220 unterVerwendung von in der Technik bekannten Ätztechniken (Trocken- oder Nassätzen) entfernt.Natürlichwird auch das dielektrische Material 230 auf der zweitenMaskenschicht 220 entfernt, wenn die erste und die zweiteMaskenschicht 210, 210 entfernt werden. An diesemPunkt wird ein Durchgangsloch 240, das im wesentlichen durchdielektrisches Material 230 umgeben ist, auf der Speicherzelle 160 gebildetund ein zweiter Leiter kann ohne Bedenken wegen Kurzschlüssen gebildet werden,die unter Umständendurch einen Austritt des leitenden Materials auf eine weitere Schichtder Speicherzelle 160, z. B. die Datenschicht 120,erzeugt werden.
    [0042] In 2G istder zweite Leiter 150 durch in der Technik bekannte Aufbringungs-und Strukturierungstechniken gebildet.
    [0043] Dieoben dargestellten Fertigungsschritte sind lediglich beispielhaft.Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass weitere Herstellungsschrittegemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung verwendet werden können. Dieverschiedenen Schichten z. B., wie in den 2A–2G dargestellt,könnengemäß weiteren Fertigungssequenzengebildet sein (z. B. kann die Referenzschicht 140 zuerstin einer unten festgelegten Speicherstruktur gebildet sein), eineoder mehrere Schichten könnengleichzeitig gebildet werden, eine oder mehrere Schichten aus unterschiedlichen Materialienkönnenkombiniert werden, um eine einzelne Schicht (z. B. eine Datenschicht)zu bilden, usw.
    [0044] Fernerist die oben dargestellte TMR-Speicherzelle lediglich beispielhaft.Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass weitere Typenvon Speicherzellen (z. B. GMR-Speicherzellen,usw.) gemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung aufgebaut sein können. DieAbstandsschicht 130 kann z. B. eine nichtmagnetische leitendeSchicht zum Aufbauen einer GMR-Speicherzelle sein.
    [0045] 3 stellteine exemplarische verbesserte magnetische Speicherstruktur 300 dar.Die exemplarische Speicherstruktur 300 umfasst einen ersten Leiter 310,eine Datenschicht 320, eine Abstandsschicht 330,eine Referenzschicht 340 und einen zweiten Leiter 350.Zur Erleichterung einer Erläuterungkann die Kombination der Datenschicht 320, der Abstandsschicht 330 undder Referenzschicht 340 auch als eine Speicherzelle 360 bezeichnetwerden. Natürlichkann die Speicherzelle 360 auch unten festgelegt (nichtgezeigt) sein, wobei in diesem Fall die Referenzschicht 340 unterhalbder Datenschicht 320 ist. Ein Unterschied zwischen dermagnetischen Speicherstruktur aus 1 und dermagnetischen Speicherstruktur 300 aus 3 bestehtdarin, dass die Referenzschicht 340 eine unterschiedlicheGröße (in diesemFall eine kleinere Größe) alsdie Datenschicht 320 aufweist.
    [0046] Abhängig vonder bestimmten Implementierung könnendie magnetischen Speicherstrukturen, die die oben beschriebenenexemplarischen Konfigurationen aufweisen, einen oder mehrere Vorteilezeigen. Wenn z. B. die Referenzschicht 340 und die Datenschicht 320 unterschiedlicheGrößen relativzueinander aufweisen, kann dies eine Reduzierung von schädigendenWirkungen magnetischer Randfelder, die von der Referenzschicht 340 ausgehen,die andernfalls nahegelegene Datenschichten in dem Speicherarraybeeinflussen könnten,unterstützen.
    [0047] Beider exemplarischen in 3 dargestellten Konfigurationsind der erste Leiter 310 und der zweite Leiter 350 orthogonalzueinander und werden kollektiv für sowohl Schreib- als auchLeseoperationen verwendet.
    [0048] Fachleuteauf diesem Gebiet werden erkennen, dass die Speicherstrukturkonfiguration,wie in 3 dargestellt, le diglich darstellend ist. Weitere Konfigurationen,wie z. B. eine kleinere Datenschicht relativ zu der Referenzschicht,eine unterschiedlich geformte Daten- und/oder Referenzschicht, eineunten festgelegte Konfiguration, usw., könnten ebenso implementiertsein. Ferner könnenKonfigurationen, die einen oder mehrere zusätzliche Leiter aufweisen (z.B. separate Leiter fürLeseoperationen), und/oder Konfigurationen, die zusätzlicheSchichten aufweisen, ebenso gemäß spezifischenEntwurfsauswahlen implementiert werden.
    [0049] Die 4A–4E stellenein exemplarisches verbessertes Verfahren eines selbstausgerichtetenDurchgangslochs zum Fertigen der exemplarischen Speicherstrukturaus 3 dar.
    [0050] Derin den 4A–4E beschriebene Prozessbeginnt nach dem Verfahrensschritt, der oben in 2D gezeigtist, bei dem der erste Leiter 310, die Speicherzelle 360 (mitder Datenschicht 320, der Abstandsschicht 330,der Referenzschicht 340), eine erste Maskenschicht 410 undeine zweite Maskenschicht 420 bereits gemäß in derTechnik bekannten Techniken gebildet und strukturiert wurden.
    [0051] Zusätzlich können beieiner exemplarischen Implementierung entweder die erste und/oderdie zweite Maskenschicht 410, 420 eine Hartmaskenschichtsein. Eine Hartmaskenschicht ist relativ schwieriger wegzuätzen alsein organisches Photoresist. Exemplarische Hartmaskenmaterialienumfassen amorphes C, TaN, SiC, SiNx und SiOx. Bei einem weiterenexemplarischen Ausführungsbeispiel können entwederdie erste und/oder die zweite Maskenschicht 410, 420 abhängig von Entwurfsauswahleneine Metallschicht (z. B. Cr, Ta, usw.) sein.
    [0052] DieMaskenschichten 410, 420, wie in den Figuren dargestellt,sind lediglich darstellend. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wirderkennen, dass mehr oder weniger Maskenschichten gemäß einer Entwurfsauswahlimplementiert werden können.Eine einzelne Maskenschicht kann z. B. implementiert werden, wennunterschiedliche Abschnitte der Schicht unterschiedliche Ätzratenaufweisen (z. B. eine größere Ätzrate ander Basis der Schicht als oben auf der Schicht). Technologien zumBilden einer Maskenschicht, die unterschiedliche Ätzrateninnerhalb der Schicht aufweist, sind in der Technik bekannt undmüssenhierin nicht detailliert beschrieben werden. Eine Nach-Aufbringungsbehandlungeiner Photoresistschicht z. B. kann einen Abschnitt der Schicht mehroder weniger löslichals einen weiteren Abschnitt in der Schicht machen.
    [0053] Fernersind unterhalb der zweiten Maskenschicht 420 entwickelteUnterschnitte lediglich darstellend. Bei weiteren Implementierungengemäß einerEntwurfsauswahl erscheinen die Unterschnitte eventuell nicht.
    [0054] In 2D (d.h. am Ausgangspunkt von 4A) weistdie Speicherzelle die gleiche laterale Breite wie die zweite Maskenschichtauf, da letztere verwendet wurde, um die Abmessungen ersterer während des Ätzens zudefinieren.
    [0055] In 4A wirdein Reduzierungsschritt durchgeführt,um die planaren Abmessungen von sowohl der ersten Maskenschicht 410 alsauch der zweiten Maskenschicht 420 zu reduzieren. Im allgemeinenhängt diebestimmte Ätztechnik,die zur Reduzierung der planaren Abmessungen der Maskenschichten 410, 420 verwendetwird, von einer Entwurfsauswahl ab. Bei einer exemplarischen Implementierungkann ein reaktives Ionenätzenoder ein chemisches Nassätzenverwendet werden. Wenn ein reaktives Ionenätzen verwendet wird, kann einanisotropes Ätzenverwendet werden, um die Seitenwändeder ersten und der zweiten Maskenschicht 410, 420 unterschiedlichrelativ zu der vertikalen Dicke der Schichten zu ätzen. DieseTechnik kann einen Verlust der Maskenschichten 410, 420,die noch fürspätere Verarbeitungsschrittebenötigtwerden, verhindern.
    [0056] Einanisotropes reaktives Ionenätzenoder ein Nassätzenkann ebenso verwendet werden, solange die erwünschte Reduzierung der planarenAbmessungen erzielt werden kann, bevor die Maskenschichten zu dünn für spätere Verarbeitungsschritte werden.Da ein isotropes reaktives Ionenätzen(genauso wie ein Nassätzen)jedoch im allgemeinen in alle Richtungen ätzt, verlieren die Maskenschichten 410, 420 unterUmständenauch ihre scharfen Ecken an den Kanten. Abgerundete Ecken in denMaskenschichten beeinflussen nachfolgend die Form weiterer Schichten(z. B. Referenzschicht und/oder Datenschicht), die unter Verwendungder Maskenschichten 410, 420 als einer Maske geätzt werdensollen.
    [0057] AmEnde der in 4A gezeigten Verarbeitung wurdendie Maskenschichten 410 und 420 größenmäßig in zumindesteiner lateralen Abmessung reduziert und die Maskenschicht 420 istnun schmaler als die Speicherzelle 360. Die reduziertenMaskenschichten 410, 420 können verwendet werden, um eineoder mehrere Schichten in der Speicherzelle 360 zu ätzen, umz. B. die Referenzschicht 340 auf eine kleinere Größe relativzu der Datenschicht 320 zu ätzen. Die Reduzierungsmengehängt voneiner Entwurfsauswahl ab. Man könntez. B. die Reduzierung der Größe der Referenzschicht 340 berechnen, dienötig ist,um die magnetischen Randfelder um eine erwünschte Menge zu reduzieren,und dann die Maskenschichten entsprechend reduzieren.
    [0058] In 4B istein Abschnitt einer Schicht in der Speicherzelle 360, z.B. die Referenzschicht 340, unter Verwendung der reduziertenMaskenschichten 410 und 420 geätzt. So weist die Referenzschicht 340 eineunterschiedliche Größe (z. B.kleiner) als die Datenschicht 320 auf. Bei einer exemplarischenImplementierung wird eine stark direktionale physische Ätztechnik,wie z. B. ein Ionenstrahlätzen/fräsen, verwendet.Die reduzierte Referenzschicht 340 ist lediglich darstellend.Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, dass mehr als eineSchicht (z. B. Mehrschicht-Referenzschicht,Abstandsschicht, Keimschicht, AFM-Schicht, usw.) geätzt werden kann.Ferner kann bei weiteren Konfigurationen (z. B. unten festgelegt)die Datenschicht 320 (die eine oder mehrere Schichten vonMaterialien aufweisen kann) statt dessen auf eine kleinere Größe relativzu der Referenzschicht 340 geätzt werden.
    [0059] In 4C isteine Schicht aus dielektrischem Material 430 unter Verwendungeiner Aufbringungs- oder weiteren in der Technik bekannten Techniken gebildet.Aufgrund der Unterschnitte unterhalb der zweiten reduzierten Maskenschicht 420 sindeinige Abschnitte der Seitenwändeder ersten reduzierten Maskenschicht 410 nicht mit demdielektrischen Material 430 bedeckt. Bei einigen Implementierungen sindunter Umständenkeine Unterschnitte vorhanden. Bei diesen Implementierungen kanndas dielektrische Material auch die Seitenwände der Maskenschicht 410 bedecken.
    [0060] In 4D sinddie erste und die zweite reduzierte Maskenschicht 410, 420 unterVerwendung von Ätztechniken(Trocken- oder Nassätzen),die in der Technik bekannt sind, entfernt. An diesem Punkt ist beidieser exemplarischen Implementierung ein Durchgangsloch 440,das im wesentlichen durch dielektrisches Material 430 umgebenist, auf der reduzierten Referenzschicht 340 gebildet undein zweiter Leiter kann ohne Bedenken wegen Kurzschlüssen gebildetwerden, die eventuell durch ein Austreten des leitenden Materialsauf die Datenschicht 320 erzeugt werden. Bei einer exemplarischenImplementierung, bei der keine Unterschnitte unterhalb der zweitenMaskenschicht 420 vorlagen, kann das Durchgangsloch 440 imwesentlichen die gleiche Größe wie dieSpeicherzelle 360 aufweisen. Bei dieser Implementierungmuss ein zweiter Leiter unter Umständen mit größerer Vorsicht wegen potentieller Kurzschlüsse gebildetwerden.
    [0061] In 4E istder zweite Leiter 350 durch in der Technik bekannte Aufbringungs-und Strukturierungstechniken gebildet.
    [0062] Dieoben dargestellten Fertigungsschritte sind lediglich beispielhaft.Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass weitere Herstellungsschrittegemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung verwendet werden können. Dieverschiedenen Schichten, wie in den 4A–4E dargestellt,könnengemäß weiterenFertigungssequenzen gebildet werden (z. B. kann die Referenzschicht 340 zuerstin einer unten festgelegten Speicherstruktur gebildet werden), eineoder mehrere Schichten könnengleichzeitig gebildet werden, eine oder mehrere Schichten aus unterschiedlichenMaterialien könnenkombiniert werden, um eine einzelne Schicht (z. B. eine Datenschicht)zu bilden, usw.
    [0063] Fernerist die oben dargestellte TMR-Speicherzelle lediglich beispielhaft.Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, dass weitere Typenvon Speicherzellen (z. B. GMR-Speicherzellen,usw.) gemäß den Anforderungeneiner bestimmten Implementierung aufgebaut sein können. DieAbstandsschicht 330 kann z. B. eine nichtmagnetische leitendeSchicht zum Aufbauen einer GMR-Speicherzelle sein.
    [0064] Dievorangegangenen Beispiele stellen bestimmte exemplarische Ausführungsbeispieledar, von denen weitere Ausführungsbeispiele,Variationen und Modifizierungen für Fachleute auf diesem Gebietersichtlich sein werden. Die Erfindungen sollen deshalb nicht aufdie bestimmten oben erläutertenAusführungsbeispieleeingeschränktsein, sondern sind vielmehr durch die Ansprüche definiert. Ferner können einigeder Ansprüchealphanumerische Identifizierer umfassen, um die Elemente zu unterscheidenund/oder Elemente in einer bestimmten Sequenz zu benennen. DerartigeIdentifizierer oder Sequenzen sind lediglich zur Bequemlichkeitbeim Lesen vorgesehen und sollten nicht notwendigerweise aufgefasstwerden, um eine bestimmte Reihenfolge von Schritten zu erfordernoder zu implizieren, oder auch eine bestimmte sequentielle Beziehung unterden Anspruchselementen.
    权利要求:
    Claims (22)
    [1] Verfahren zum Herstellen einer Speicherstruktur,die Speicherzellschichten mit unterschiedlicher Größe aufweist,mit folgenden Schritten: • Bildenzumindest zweier Schichten aus ferromagnetischen Materialien (320, 340); • Bildenzumindest einer Maskenschicht (410, 420) oberhalbder ferromagnetischen Materialien; • Strukturieren der zumindesteinen Maskenschicht; • Ätzen derferromagnetischen Materialien unter Verwendung der zumindest einenMaskenschicht als einer ersten Ätzübertragungsmaske; • lateralesReduzieren einer planaren Abmessung der zumindest einen Maskenschicht(410, 420), um schmaler als die ferromagnetischenMaterialien zu sein; und • Ätzen einerSchicht der ferromagnetischen Materialien (340) unter Verwendungder reduzierten zumindest einen Maskenschicht als einer zweiten Ätzübertragungsmaske,derart, dass die gerade geätzteferromagnetische Schicht (340) eine unterschiedliche lateraleGröße als eineandere ferromagnetische Schicht (320) der ferromagnetischenMaterialien bekommt.
    [2] Verfahren gemäß Anspruch1, bei dem die zumindest eine Maskenschicht ein Hartmaskenmaterial umfasst.
    [3] Verfahren gemäß Anspruch1, bei dem die zumindest eine Maskenschicht ein Metall umfasst.
    [4] Verfahren gemäß Anspruch1, bei dem die zumindest eine Maskenschicht ein Photoresistmaterial umfasst.
    [5] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 4, bei dem die zumindest eine Maskenschicht eine erste Maskenschicht(410) und eine zweite Maskenschicht (420) umfasst.
    [6] Verfahren gemäß Anspruch5, bei dem das Strukturieren der zumindest einen Maskenschicht ein Ätzen zumindestder ersten Maskenschicht (410), bis ein Unterschnitt unterhalbder zweiten Maskenschicht (420) erscheint, aufweist.
    [7] Verfahren gemäß Anspruch6, das ferner ein Ätzender zweiten Maskenschicht (420), um eine strukturiertezweite Maskenschicht zu bilden, vor dem Ätzen der ersten Maskenschichtaufweist.
    [8] Verfahren gemäß Anspruch6 oder 7, bei dem das Ätzender ersten Maskenschicht (410) ein Ätzen in einem chemischen Lösungsmittel,das bevorzugt die erste Maskenschicht relativ zu der zweiten Maskenschicht ätzt, umfasst.
    [9] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 8, bei dem das Ätzender ferromagnetischen Materialien ein Bilden einer Speicherzelle(360), die die zumindest zwei Schichten ferromagnetischerMaterialien aufweist, umfasst.
    [10] Verfahren gemäß Anspruch9, bei dem die Speicherzelle (360) eine Datenschicht (320),eine Abstandsschicht (330) und eine Referenzschicht (340)umfasst.
    [11] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 10, bei dem das laterale Reduzieren ein Durchführen einesreaktiven Ionenätzensumfasst.
    [12] Verfahren gemäß Anspruch11, bei dem das reaktive Ionenätzenein anisotropes Ätzenist.
    [13] Verfahren gemäß Anspruch11, bei dem das reaktive Ionenätzenein isotropes Ätzenist.
    [14] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 10, bei dem das laterale Reduzieren ein Durchführen eineschemischen Nassätzensumfasst.
    [15] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 14, bei dem das laterale Reduzieren folgenden Schritt aufweist: Durchführen eines Ätzens, umeine planare Abmessung der zumindest einen Maskenschicht zu reduzieren.
    [16] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 15, bei dem das Ätzeneiner Schicht der ferromagnetischen Materialien unter Verwendungder reduzierten zumindest einen Maskenschicht ein Wegätzen einesAbschnitts der ferromagnetischen Schicht, der nicht durch die reduziertezumindest eine Maskenschicht geschützt wird, aufweist.
    [17] Verfahren gemäß Anspruch16, bei dem das Wegätzeneines Abschnitts der ferromagnetischen Schicht ein stark direktionalesphysisches Ätzenumfasst.
    [18] Verfahren gemäß Anspruch17, bei dem das physische Ätzenein Ionenstrahlfräsenumfasst.
    [19] NichtflüchtigesSpeicherarray, das eine Mehrzahl magnetischer Speicherstrukturenaufweist, wobei jede der magnetischen Speicherstrukturen Speicherzellschichtenmit unterschiedlicher Größe aufweistund durch ein Verfahren hergestellt ist, das folgende Schritte aufweist: • Bildenzumindest zweier Schichten aus ferromagnetischen Materialien (320, 340); • Bildenzumindest einer Maskenschicht (410, 420) oberhalbder ferromagnetischen Materialien; • Strukturieren der zumindesteinen Maskenschicht; • Ätzen derferromagnetischen Materialien unter Verwendung der zumindest einenMaskenschicht als einer ersten Ätzübertragungsmaske; • lateralesReduzieren einer planaren Abmessung der zumindest einen Maskenschicht(410, 420), um schmaler als die ferromagnetischenMaterialien zu sein; und • Ätzen einerSchicht der ferromagnetischen Materialien (340) unter Verwendungder reduzierten zumindest einen Maskenschicht als einer zweiten Ätzübertragungsmaske,derart, dass die gerade geätzteferromagnetische Schicht (340) eine unterschiedliche lateraleGröße als eineweitere ferromagnetische Schicht (320) der ferromagnetischenMaterialien bekommt.
    [20] Verfahren zum Herstellen einer Speicherstruktur,die eine Daten- und eine Referenzschicht mit unterschiedlicher Größe aufweist,wodurch die Wahrscheinlichkeit reduziert wird, dass magnetische Randfeldervon einer der Schichten eine weitere der Schichten nachteilig beeinflussenkönnen,mit folgenden Schritten: • Bildeneiner Speicherzelle (360), die zumindest eine Datenschicht(320) und eine Referenzschicht (340) umfasst; • Bildeneiner Maske oberhalb der Speicherzelle; • Verwenden der Maske zum Ätzen derSpeicherzelle (360); • Ätzen der Maske, um in zumindesteiner lateralen Abmessung schmaler als die Speicherzelle zu sein; und • Verwendender verschmälertenMaske, um zumindest eine der Schichten zu ätzen, um in zumindest einerlateralen Abmessung schmaler als eine weitere der Schichten zu sein.
    [21] Verfahren gemäß Anspruch20, bei dem eine Menge eines Verschmälerns der Schicht von einer erwünschtenMenge einer Reduzierung magnetischer Randfelder abhängt.
    [22] Magnetische Speicherstruktur, die eine Daten- undeine Referenzschicht mit unterschiedlicher Größe aufweist, wodurch die Wahrscheinlichkeitreduziert wird, dass magnetische Randfelder von einer der Schichteneine weitere der Schichten nachteilig beeinflussen können, unddie durch ein Verfahren hergestellt ist, das folgende Schritte aufweist: • Bildeneiner Speicherzelle (360), die zumindest eine Datenschicht(320) und eine Referenzschicht (340) umfasst; • Bildeneiner Maske oberhalb der Speicherzelle; • Verwenden der Maske zum Ätzen derSpeicherzelle (360); • Ätzen der Maske, um in zumindesteiner lateralen Abmessung schmaler als die Speicherzelle zu sein; und • Verwendender verschmälertenMaske, um zumindest eine der Schichten zu ätzen, um in zumindest einerlateralen Abmessung schmaler als eine weitere der Schichten zu sein.
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-06-02| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-04-19| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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