Estructura de unión túnel magnética.

Una célula MTJ que comprende:

una zanja en un sustrato (602);

una estructura MTJ dentro de la zanja, teniendo la zanja dimensiones que determinan la forma de estructura MTJ, incluyendo la estructura MTJ:

un electrodo inferior (606) depositado dentro de la zanja para cubrir una superficie inferior y una superficie lateral de la zanja;

una pila MTJ depositada sobre el electrodo inferior dentro de la zanja, comprendiendo la pila MTJ una capa fija, una barrera de túnel, y una capa libre; y

un electrodo central (610) dentro de la zanja acoplada a la pila MTJ;

caracterizada porque:

la pila MTJ dentro de la zanja forma al menos dos paredes laterales verticales opuestas (616, 620) y una pared inferior (770), definiendo cada una de las paredes laterales verticales (616, 620) y la pared inferior (770) un dominio magnético independiente (622,624, 772),

además caracterizada porque una anchura (a, b) de cada cara lateral exterior de la pila MTJ (616, 620) es menor que una profundidad (c) de la pila MTJ de manera que los dominios magnéticos (622, 624) de las paredes laterales verticales (616, 620) están orientadas en una dirección vertical.

Estructura de unión túnel magnética

I. Campo

La presente divulgación se refiere, en general, a un dispositivo MTJ y a un procedimiento de formación de una estructura de unión túnel magnética (MTJ).

II. Descripción de técnica relacionada

En general, la adopción generalizada de dispositivos informáticos portátiles y dispositivos de comunicación inalámbrica ha aumentado la demanda de memoria no volátil de alta densidad y de bajo consumo. A medida que han mejorado las tecnologías de procesamiento, ha sido posible fabricar memorias de acceso aleatorio magnetorresistivas (MRAM) basadas en dispositivos de unión túnel magnética (MTJ). Los dispositivos tradicionales de unión túnel de espín par túnel (STT) se forman típicamente como estructuras de pilas planas. Tales dispositivos tiene típicamente células de unión túnel magnética (MTJ) bidimensionales con un único dominio magnético. Una célula MTJ incluye típicamente un electrodo inferior, una capa antiferromagnética, una capa fija (es decir, una capa de referencia formada a partir de un material ferromagnético que porta un campo magnético que tiene una orientación fija o anclada por una capa antiferromagnética (AF)), una capa barrera de túnel (es decir, una capa óxido de túnel), una capa libre (es decir, una segunda capa ferromagnética que porta un campo magnético que tiene una orientación cambiable), y un electrodo superior. La célula MTJ representa un valor de bit por un campo magnético inducido en la capa libre. Una dirección del campo magnético de la capa libre relativa a una dirección de un campo magnético fijo portado por la capa fija determina el valor de bit.

Típicamente, la célula de unión túnel magnética (MTJ) se forma depositando múltiples capas de material, definiendo un patrón sobre las capas, y retirando selectivamente porciones de las capas según el patrón. Las células MTJ convencionales se forman para mantener una relación de aspecto de longitud (a) respecto de la anchura (b) que es superior a uno para mantener una alineación magnética ¡sotrópica. Convencionalmente, la relación de aspecto de las células MTJ se mantiene controlando una precisión del patrón de MTJ y llevando a cabo un proceso de fotograbado MTJ. En un caso particular, se puede usar una máscara dura para transferir y definir el patrón MTJ con precisión. Desafortunadamente, la pila MTJ puede incluir películas magnéticas que son básicamente películas metálicas y que tienen una velocidad de grabado relativamente baja, por lo tanto la máscara dura puede necesitar ser relativamente gruesa. Para el control de dimensión crítica de patrón avanzado (CD), la película de patrón avanzado (APF) y el revestimiento anti-reflexión inferior (BARC) se incluyen capas en el proceso de foto-grabado MTJ. Sin embargo, mientras estas capas adicionales aumentan la complejidad del proceso (tanto en términos de procesos de deposición adicionales como en términos de procesos adicionales de foto-grabado y limpieza de capas), la estructura de célula MTJ puede experimentar erosión, lo cual puede dar como resultado una pendiente no deseada, un redondeado de esquinas, y una pérdida de película no deseada. Tales daños pueden tener un impacto sobre una Resistencia de contacto de la estructura MTJ y potencialmente incluso exponen o dañan la unión MTJ.

El documento US 2002/0153547 divulga un dispositivo semiconductor de memoria que incluye un primer elemento magnetorresistivo. El primer elemento magnetorresistivo incluye e primera capa magnética y una primera capa no magnética que se forma en una dirección perpendicular a un sustrato semiconductor.

El documento US 2006/081952 A divulga una célula MTJ que comprende una zanja, un electrodo inferior depositado dentro de la zanja para cubrir una superficie inferior y una superficie lateral de la zanja, una pila MTJ de capa fija, una capa barrera de túnel, y una capa libre depositadas sobre el electrodo Inferior y un electrodo superior dentro de la zanja y acoplado a la pila MTJ. La célula es capaz de almacenar un solo bit en función de las orientaciones magnéticas relativas de las capas libres y ancladas.

III. Sumario

Según un aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo según la reivindicación 1.

En un ejemplo ilustrativo particular, se divulga un procedimiento para formar un dispositivo de unión túnel magnética (MTJ) que incluye formar una zanja en un sustrato. El procedimiento incluye además, depositar películas de unión túnel magnética (MTJ) dentro de la zanja. Las películas MTJ incluyen un electrodo inferior, una capa fija, una capa barrera de túnel, una capa libre, y un electrodo superior. El procedimiento también incluye aplanar la estructura MTJ. En un ejemplo particular, la estructura MTJ se aplana usando un proceso de planarización químico-mecánica (CMP).

En otro ejemplo particular, se divulga un procedimiento para formar un dispositivo de unión túnel magnética (MTJ) que incluye definir una zanja en un sustrato y depositar películas de unión túnel magnética (MTJ) dentro de la zanja. El procedimiento también incluye retirar el exceso de material que no está directamente sobre la zanja usando una herramienta de foto-grabado de baja resolución y aplanar la estructura MTJ y el sustrato.

En otro ejemplo particular adicional, se divulga un procedimiento para formar un dispositivo de unión túnel magnética (MTJ) que incluye definir una zanja en un sustrato. El sustrato incluye un material semiconductor que tiene una capa dieléctrica intermedia y una capa de película de tapa, donde la zanja se extiende a través de la capa de película de tapa y dentro de la capa dieléctrica intermedia. El procedimiento incluye además, depositar un electrodo inferior dentro de la zanja y depositar películas MTJ sobre el electrodo inferior. Las películas MTJ incluyen una primera capa ferromagnética, una capa barrera de túnel, y una segunda capa ferromagnética. El procedimiento también incluye depositar un electrodo superior sobre las películas MTJ y pueden incluir la realización de un proceso inverso de fotograbado de zanja y un proceso de Planarización quimico-mecánica (CMP) sobre la estructura MTJ y el sustrato para producir una superficie sustancialmente plana.

Una ventaja particular provista por ejemplos de los procedimientos divulgados para formar una estructura de unión túnel magnética (MTJ) es la oxidación, la erosión y las dimensiones finas de la estructura MTJ sin foto-grabar la estructura MTJ. En general, la zanja se forma en un sustrato de base de óxido, que es más fácil de foto-grabar que las películas metálicas MTJ. Además, es más fácil foto-grabar con precisión le sustrato de base de óxido que las capas metálicas. En su lugar, se pueden usar un proceso inverso de foto-grabado de zanja y un proceso de Planarización quimico-mecánica (CMP) para retirar exceso de material, sin introducir erosión, redondeado de esquinas u otros problemas que pueden tener impacto sobre el rendimiento de la estructura MTJ.

Se proporciona otra ventaja particular porque se mejora una ventana de procesamiento para la formación de estructuras MTJ, es decir, se aumenta, y la fiabilidad global del proceso MTJ y se mejora también la estructura MTJ resultante.

Otros aspectos, ventajas, y características de la presente divulgación se harán más evidentes después de revisar toda la solicitud, incluyendo las siguientes secciones: Breve descripción de los dibujos, Descripción detallada, y las Reivindicaciones.

IV. Breve descripción de los dibujos

FIG. 1 es un diagrama de un ejemplo representativo de una célula de unión túnel magnética (MTJ);

FIG. 2 es un diagrama de bloques de un dispositivo de circuito que incluye un ejemplo representativo of una célula de unión túnel magnética (MTJ) que incluye un electrodo superior, una pila MTJ, y un electrodo inferior;

FIG. 3 es una vista superior de un ejemplo ilustrativo particular de un dispositivo de circuito que incluye una células de unión túnel magnética (MTJ) que tiene una forma sustancialmente rectangular;

FIG. 4 es una vista en sección transversal del dispositivo de circuito de FIG. 3 tomada a lo largo de la linea 4-4 en FIG. 3;

FIG. 5 es una vista superior de una primera realización ilustrativa particular de un dispositivo de circuito según la presente invención, que incluye una célula de unión túnel magnética (MTJ) que tiene una forma sustancialmente elíptica;

FIG. 6 es una vista superior de una segunda realización ilustrativa particular de un dispositivo de circuito según la presente invención, que incluye una célula de unión túnel magnética (MTJ);

FIG. 7 es una vista en sección transversal... [Seguir leyendo]

1. Una célula MTJ que comprende:

una zanja en un sustrato (602);

una estructura MTJ dentro de la zanja, teniendo la zanja dimensiones que determinan la forma de 5 estructura MTJ, incluyendo la estructura MTJ:

un electrodo inferior (606) depositado dentro de la zanja para cubrir una superficie inferior y una superficie lateral de la zanja;

una pila MTJ depositada sobre el electrodo inferior dentro de la zanja, comprendiendo la pila MTJ una capa fija, una barrera de túnel, y una capa libre; y 10 un electrodo central (610) dentro de la zanja acoplada a la pila MTJ;

caracterizada porque:

la pila MTJ dentro de la zanja forma al menos dos paredes laterales verticales opuestas (616, 620) y una pared inferior (770), definiendo cada una de las paredes laterales verticales (616, 620) y la pared inferior (770) un dominio magnético independiente (622,624, 772),

además caracterizada porque una anchura (a, b) de cada cara lateral exterior de la pila MTJ (616, 620)

es menor que una profundidad (c) de la pila MTJ de manera que los dominios magnéticos (622, 624) de las paredes laterales verticales (616, 620) están orientadas en una dirección vertical.

2. La célula MTJ de la reivindicación 1,

en la que las paredes laterales verticales (616, 620) y la pared inferior (770) están situadas alrededor de un 20 electrodo central vertical común (610).

3. La célula MTJ de las reivindicaciones 1 o 2, en la que la pared inferior (770) define un dominio magnético horizontal (772).

4. La célula MTJ de la reivindicación 1, en la que la estructura MTJ comprende una tercera pared lateral vertical, y en vista en planta, tiene forma de U.

5. La célula MTJ de la reivindicación 1, en la que la estructura MTJ comprende una cuarta pared lateral vertical, y en

vista en planta, es de forma rectangular.

6. La célula MTJ de la reivindicación 5, en la que la cuarta pared lateral vertical define un dominio magnético independiente orientado en una dirección vertical.