Celda de memoria y procedimiento de formación de una unión de túnel magnético (MTJ) de una celda de memoria.

Una memoria que comprende:

un sustrato (301) en un primer plano;

una primera conexión metálica (320) que se extiende en un segundo plano, siendo el segundo planosustancialmente perpendicular al primer plano;

una primera unión (365) de túnel magnético MTJ que tiene una primera capa (362), una segunda capa(363) y una tercera capa (364), estando acoplada la primera capa (362) con la primera conexión metálica(320) de tal modo que la primera capa (362) de la MTJ (365) esté orientada a lo largo del segundo plano,estando también orientadas las capas segunda (363) y tercera (364) a lo largo del segundo plano; y

caracterizada por

un primer agujero metalizado (370, 375) de interconexión que se extiende en el segundo plano desplazadocon respecto a la primera conexión metálica (320) y acoplado con la tercera capa (364) de la primera MTJ(365) y configurado para dirigir el flujo de corriente en una dirección orientada a lo largo del primer plano,entre la primera conexión (320) y el agujero (370, 375) de interconexión a través de las capas primera(362), segunda (363) y tercera (364) de la primera MTJ (365).

Celda de memoria y procedimiento de formación de una unión de túnel magnético (MTJ) de una celda de memoria Campo de la divulgación La presente divulgación versa en general acerca de una celda de memoria y, más específicamente, acerca de una pila de unión de túnel magnético de una celda de memoria.

Antecedentes La memoria de acceso aleatorio (RAM) es un componente omnipresente de las arquitecturas digitales modernas. La RAM puede consistir en dispositivos dedicados o puede estar integrada o incorporada dentro de dispositivos que usan la RAM, como microprocesadores, microcontroladores, circuitos integrados para aplicaciones específicas (ASIC) , dispositivos de integración de sistema en un chip (SoC) y otros dispositivos similares, como será apreciado por los expertos en la técnica. La RAM puede ser volátil o no volátil. La RAM volátil pierde su información almacenada cada vez que se quita la alimentación eléctrica. La RAM no volátil puede mantener su contenido de memoria aunque se quite la alimentación eléctrica de la memoria.

A diferencia de las tecnologías de RAM convencional que almacenan los datos como cargas eléctricas o flujos de corriente, la memoria magnetorresistiva de acceso aleatorio (MRAM) usa elementos magnéticos integrados con un semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) . En general, los atributos de la tecnología de MRAM incluyen la no volatilidad y una tolerancia ilimitada de lectura y escritura. La MRAM proporciona el potencial de una memoria de estado sólido de alta velocidad, baja tensión operativa y alta densidad. Las aplicaciones de la MRAM pueden incluir celdas de memoria para la automoción, la telefonía móvil, tarjetas inteligentes, aplicaciones militares protegidas contra las radiaciones, el almacenamiento en bases de datos, dispositivos de identificación por radiofrecuencia (RFID) y elementos de MRAM en una matriz de puertas programables in situ (FPGA) . Estas aplicaciones potenciales de MRAM pueden incluir aplicaciones de memoria tanto dedicadas como embebidas. En general, la arquitectura de bits se basa en un transistor activo de tamaño mínimo que sirve como dispositivo de aislamiento en conjunción con un elemento o pila de unión de túnel magnético (MTJ) para definir el bit de la MRAM.

Tal como se ha expuesto en lo que antecede, la MRAM tiene varias características deseables que la hacen candidata para una memoria universal, como alta velocidad, densidad elevada (es decir, tamaño pequeño de la celda de bit) , bajo consumo de energía y ninguna degradación con el tiempo. Sin embargo, la MRAM tiene problemas de escalabilidad. Específicamente, a medida que las celdas de bits se hacen menores, los campos magnéticos usados para conmutar el estado de la memoria aumentan. En consecuencia, la densidad de la corriente y el consumo de energía aumentan para proporcionar los mayores campos magnéticos, limitando así la escalabilidad de la MRAM.

La tecnología de escritura por transferencia de torsión de espín (STT) es una tecnología en la que pueden escribirse datos alineando la dirección del espín de los electrones que flotan en un elemento de magnetorresistencia de efecto túnel (TMR) . En general, la escritura de datos se lleva a cabo usando una corriente polarizada en espín con los electrones que tienen la misma dirección de espín. La RAM de transferencia de torsión de espín generalmente tiene la ventaja de requerir menor potencia y puede proporcionar mejor escalabilidad que la MRAM convencional. A diferencia de la MRAM convencional, la memoria magnetorresistiva de transferencia de torsión de espín de acceso aleatorio (STT-MRAM) usa electrones que se polarizan en su espín a medida que los electrones pasan a través de una película delgada (filtro de espín) . La STT-MRAM también es denominada RAM de transferencia de torsión de espín (STT-RAM) , RAM de conmutación de la magnetización por transferencia de torsión de espín (Spin-RAM) y transferencia del momento del espín (SMT-RAM) .

Con referencia a la Fig. 1, se ilustra un diagrama de una celda 101 de STT-MRAM. La celda 101 de STT-MRAM incluye, por ejemplo, una MTJ 105, un transistor 110, una línea 120 de bits, una línea 130 de palabras, una línea fuente 140, un amplificador 150 de sentido, circuitería 160 de lectura/escritura y la referencia 170 de la línea de bits. Los expertos en la técnica apreciarán que la operación y la construcción de la celda 101 de memoria son conocidas en la técnica. Se proporcionan detalles adicionales, por ejemplo, en M. Hosomi, et al., A Novel Nonvolatile Memor y with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching: Spin-RAM, proceedings of IEDM conference (2005) , que se incorpora al presente documento por referencia en su totalidad.

Las Figuras 2A, 2B y 2C son ilustraciones en corte transversal de la celda STT MRAM convencional. El procedimiento de formación de una celda STT MRAM tiene varias deficiencias. Inicialmente, se necesitan tres máscaras adicionales para formar el patrón del electrodo inferior, las uniones de túnel y el electrodo superior. Además, resulta difícil controlar los topes de ataque químico en el electrodo inferior de la celda STT MRAM convencional. El electrodo inferior, generalmente delgado, contribuye así a la resistencia de la línea y puede limitar el flujo de corriente a través de la celda. Dado que la MTJ 130 está compuesta de múltiples capas de películas muy delgadas (del orden de 50-100 nm) , resulta difícil lograr un procedimiento eficiente de ataque químico. Así, resulta necesario terminar el ataque químico en una superficie de contacto exacta. En consecuencia, en un procedimiento convencional, se requieren instrumentos litográficos de alta resolución para formar patrones hasta por debajo de 100 nm en películas metálicas delgadas sumamente reflectantes.

Además, después de la creación de patrones con las películas para formar la MTJ (que, en el ejemplo, tiene un área superficial de aproximadamente 50 × 100 nm) , generalmente hay una adhesión deficiente entre las celdas de la 5 MRAM y ciertos materiales de pasivación. Por ejemplo, tras la formación del patrón de la MTJ, es necesario depositar otro aislante encima y pasivar la capa aislante. Si no se trata debidamente la superficie, se hace difícil controlar la superficie de contacto entre la MTJ y el electrodo; así se causa una adhesión deficiente entre las capas de la película metálica delgada de la MTJ y el dieléctrico (aislante) . Así, la superficie de contacto es un punto débil, ya que la capa de pasivación se pierde en el tratamiento posterior. Además, con las tecnologías litográficas convencionales, diferentes películas requieren decapados químicos y patrones diferentes. Por ejemplo, puede haber un conjunto de condiciones de decapado químico y formación de patrones para eliminar una capa, mientras que es preciso usar un decapado químico y un tratamiento completamente diferentes para eliminar una capa diferente de la MTJ que haya de formarse como parte de la celda de memoria.

Puede encontrarse un ejemplo en la solicitud de patente US 2003/0107057.

Resumen Las realizaciones ejemplares de la invención se dirigen a una celda de memoria y un procedimiento para formar una unión de túnel magnético de una celda de memoria.

Breve descripción de los dibujos Los dibujos adjuntos son presentados para contribuir a la descripción de realizaciones de la invención y son 20 proporcionados exclusivamente para la ilustración de las realizaciones y no para la limitación de la misma.

La Fig. 1 es un diagrama de bloques de una celda convencional de memoria magnetorresistiva de transferencia de torsión de espín de acceso aleatorio (STT-MRAM) .

Las Figuras 2A, 2B y 2C son ilustraciones en corte transversal de una celda STT MRAM convencional.

La Fig. 3A ilustra una vista en corte transversal de una unión de túnel magnético (MTJ) y elementos de una celda de 25 bit.

La Fig. 3B ilustra una vista más detallada de la MTJ acoplada con la conexión metálica.

La Fig. 4 ilustra un esquema de una celda de bit que muestra la relación con los elementos de la Fig. 3A.

La Fig. 5 ilustra una vista en corte transversal de una celda de memoria fabricada parcialmente.

La Fig. 6 ilustra una vista en corte transversal de una celda de memoria fabricada parcialmente.

La Fig. 7 ilustra una vista en corte transversal de una celda de memoria fabricada parcialmente.

La Fig. 8 ilustra una vista en corte transversal de una celda de memoria fabricada parcialmente.

La Fig. 9 ilustra una vista en corte transversal de una celda de memoria fabricada parcialmente.

La Fig. 10 ilustra una vista en corte transversal de una celda de memoria fabricada.... [Seguir leyendo]

1. Una memoria que comprende:

un sustrato (301) en un primer plano; una primera conexión metálica (320) que se extiende en un segundo plano, siendo el segundo plano sustancialmente perpendicular al primer plano; una primera unión (365) de túnel magnético MTJ que tiene una primera capa (362) , una segunda capa

(363) y una tercera capa (364) , estando acoplada la primera capa (362) con la primera conexión metálica (320) de tal modo que la primera capa (362) de la MTJ (365) esté orientada a lo largo del segundo plano, estando también orientadas las capas segunda (363) y tercera (364) a lo largo del segundo plano; y

caracterizada por

un primer agujero metalizado (370, 375) de interconexión que se extiende en el segundo plano desplazado con respecto a la primera conexión metálica (320) y acoplado con la tercera capa (364) de la primera MTJ

(365) y configurado para dirigir el flujo de corriente en una dirección orientada a lo largo del primer plano, entre la primera conexión (320) y el agujero (370, 375) de interconexión a través de las capas primera (362) , segunda (363) y tercera (364) de la primera MTJ (365) .

2. La memora de la reivindicación 1 en la que se forma un transistor (305) en el sustrato.

3. La memora de la reivindicación 2 en la que la primera conexión metálica está acoplada con el transistor.

4. La memora de la reivindicación 3 que, además, comprende:

una conexión (310) de línea fuente y una conexión (309) de línea de palabras, estando acoplada cada una con el transistor.

5. La memora de la reivindicación 4 en la que el primera agujero metalizado (370, 375) de interconexión incluye una conexión de línea de bits.

6. La memora de la reivindicación 1 en la que la primera capa (362) es una capa fijada, la segunda capa (363) es una capa barrera túnel y la tercera capa (364) es una capa libre.

7. La memora de la reivindicación 6 que, además, comprende:

un canal (340) formado en un aislante, estando formadas en el canal las capas fijadas, de barrera túnel y libre de la MTJ, en la que el canal tiene una porción de fondo paralela al primer plano y una porción inclinada con una pendiente con respecto al segundo plano, y en la que al menos la capa barrera túnel es más gruesa en la porción de fondo y la porción inclinada que una porción orientada a lo largo del segundo plano,

8. La memora de la reivindicación 1 que, además, comprende:

una segunda conexión metálica que se extiende en el segundo plano; y una segunda unión de túnel magnético (MTJ) que tiene una primera capa acoplada con la segunda conexión metálica, de modo que la primera capa de la segunda MTJ esté orientada a lo largo del segundo plano.

9. La memora de la reivindicación 8 en la que se comparte una línea fuente para cada par de las MTJ.

10. La memora de la reivindicación 9 que, además, comprende:

una primera línea de palabras para la primera MTJ; y una segunda línea de palabras para la segunda MTJ.

11. La memora de la reivindicación 10 en la que la primera línea de palabras está situada entre la primera conexión metálica y una conexión de línea fuente y en la que la segunda línea de palabras está situada entre la segunda conexión metálica y la conexión de línea fuente.

12. La memora de la reivindicación 8 en la que la primera MTJ está situada en una primera cara de la primera conexión metálica y en la que la segunda MTJ está situada en una cara de la segunda conexión metálica adyacente a la primera cara de la primera conexión metálica.

13. Un procedimiento de formación de una unión de túnel magnético (MTJ) en una celda de memoria, comprendiendo el procedimiento:

proporcionar un sustrato (301) en un primer plano; formar una primera conexión metálica (320) que se extiende en un segundo plano, siendo el segundo plano sustancialmente perpendicular al primer plano; formar mediante ataque químico un canal (340) en una capa de óxido para dejar al descubierto al menos una primera porción de la conexión metálica, estando orientada la primera porción de la conexión metálica a lo largo del segundo plano; y depositar una pluralidad de capas (360) de la MTJ en el canal de modo que la pluralidad de capas de la MTJ esté orientada a lo largo del segundo plano y de modo que una primera capa de la MTJ esté acoplada con la primera porción de la conexión metálica.

14. El procedimiento de la reivindicación 13 en el que el canal incluye al menos una primera superficie que está orientada a lo largo del segundo plano y una segunda superficie que tiene una inclinación (345) con respecto al segundo plano, y en el que se deposita la primera capa de la MTJ sobre la primera superficie y la segunda superficie del canal.

15. El procedimiento de la reivindicación 14 en el que el canal incluye una tercera superficie que está orientada paralela al primer plano, y en el que se deposita la primera capa de la MTJ sobre la tercera superficie del canal.

16. El procedimiento de la reivindicación 15 en el que una capa barrera túnel (363) de la MTJ es más delgada sobre la primera superficie que sobre las superficies segunda o tercera.

17. El procedimiento de la reivindicación 13 que, además, comprende:

llenar al menos el canal con una capa metálica; y en el que la capa metálica está acoplada con una segunda capa de la MTJ.

18. El procedimiento de la reivindicación 17 que, además, comprende:

formar una conexión (370) de línea de bits en la capa metálica, en el que la conexión de línea de bits acopla la capa metálica con una línea de bits.

19. El procedimiento de la reivindicación 17 que, además, comprende:

eliminar porciones de la capa metálica y la pluralidad de capas de la MTJ que están fuera del canal.

20. El procedimiento de la reivindicación 19 en el que la eliminación incluye:

atacar químicamente la capa metálica y la pluralidad de capas de la MTJ hasta la altura de la conexión metálica; o pulir la capa metálica y la pluralidad de capas de la MTJ hasta la altura de la conexión metálica.