BRPI0908753B1

BRPI0908753B1 - Método para formar uma estrutura de junção de túnel magnético

Info

Publication number: BRPI0908753B1
Application number: BRPI0908753-2A
Authority: BR
Inventors: Xia Li
Original assignee: Qualcomm Incorporated
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2019-05-07
Also published as: EP2410588B1; KR101575852B1; JP2011514676A; BRPI0908753A2; CA2716630C; KR20130043237A; US7579197B1; RU2459317C2; CA2896421C; TW201004006A; US20090227045A1; EP2410588A3; JP5450460B2; CA2991389A1; WO2009111197A1; KR20100126784A; EP2410588A2; EP2263271A1; CN101960630B; EP2804230A1

Abstract

método para formar uma estrutura de junção de túnel magnético em uma modalidade ilustrativa específica, é descrito um método para formar um dispositivo de junção de túnel magnético (mtj) que inclui formar um canal (1514) em um substrato (1400). o método compreende também depositar uma estrutura de junção de túnel magnético (mtj) (1516) no interior do canal. a estrutura mtj inclui um eletrodo inferior ou de fundo (1518), uma camada fixa, uma camada de barreira de túnel, uma camada livre e um eletrodo superior ou de topo ( 1522) . o método inclui também planarizar a estrutura mtj. como um exemplo específico, a estrutura mtj é tornada plana pelo uso de um processo de planarização quimio-mecânico (cmp) .

Description

MÉTODO PARA FORMAR UMA ESTRUTURA DE JUNÇÃO DE TÚNEL

MAGNÉTICO

Campo da Invenção

A presente invenção está de um modo geral relacionada a um método para formação de uma estrutura de junção de túnel magnético (MTJ).

Descrição da Técnica Anterior

A adoção generalizada de dispositivos de computação portáteis e de dispositivos de comunicação sem fio aumentou a demanda por memórias não voláteis de alta densidade e baixa demanda de energia. A medida que se aperfeiçoaram as tecnologias de processo, tornou-se possivel a produção de memórias de acesso aleatório magneto-resistivas (MRAM) com base em dispositivos de junção de túnel magnético (MTJ). Os dispositivos tradicionais de junção de túnel de torque de rotação (STT) são tipicamente formados como estruturas de pilhas planas. Tais dispositivos possuem tipicamente células bidimensionais de junção de túnel magnético (MTJ) com um único domínio magnético. Uma célula de MTJ inclui tipicamente um eletrodo inferior ou de fundo, uma camada anti-ferromagnética, ou simplesmente anti-magnética, uma camada fixa (isto é, uma camada de referência formada a partir de um material ferro magnético que porta ou possui um campo magnético possuindo uma orientação fixa ou amarrada por uma camada ferro anti-magnética - AF) , uma camada de barreira de túnel (isto é, uma camada de óxido de tunelização ou tunelamento), uma camada livre (isto é, uma segunda camada ferromagnética que possui um campo magnético possuindo uma orientação mutável) e um eletrodo de topo ou superior. A célula de MTJ representa um valor de bit por um campo magnético induzido na camada livre. Uma direção do campo magnético da camada livre em relação a uma direção de um campo magnético fixo portado pela camada fixa determina o valor do bit.

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Tipicamente, a célula de junção de túnel magnético (MTJ) é formada por deposição de múltiplas camadas de material, por definição de uma configuração, desenho, ou padrão sobre as camadas, e por remoção seletiva das camadas de acordo com o padrão / configuração. As células de MTJ convencionais são formadas de modo a manter uma razão de aspecto do comprimento (a) para a largura (b) que seja maior do que um, de modo a manter um alinhamento magnético isotrópico. Convencionalmente, a razão de aspecto das células de MTJ é mantida através do controle da precisão do desenho / configuração de MTJ e efetuando-se um processo de foto gravação do MTJ. Como um exemplo específico, uma máscara rígida pode ser usada para transferir e definir a configuração do MTJ exatamente. Infelizmente, a pilha de MTJ pode incluir filmes magnéticos que são basicamente filmes metálicos e que possuem uma velocidade de gravação relativamente lenta, de forma que a máscara rígida pode necessitar ser relativamente espessa.

Para controle antecipado das dimensões críticas (CD) da configuração, são incluídas camadas de revestimento antireflexivo de fundo / inferior (BARC) e de filme de configuração avançada (APF) no processo de foto gravação em MTJ. No entanto, além de tais camadas adicionais aumentarem a complexidade de processamento (tanto em termos de processos de deposição adicionais como em termos de processos adicionais de foto gravação de camadas limpeza), a estrutura da célula de

MTJ pode sofrer erosão, a qual pode resultar em uma inclinação indesejada, arredondamento de quinas e cantos e perda indesejável de filme. Tais danos podem prejudicar uma resistência de contato da estrutura MTJ e potencialmente expor ou danificar a junção MTJ.

Resumo da Invenção

Em uma modalidade ilustrativa específica é descrito um método para formar um dispositivo de junção de

3/33 túnel magnético (MTJ) compreendendo formar um canal em um substrato; depositar filmes ou uma estrutura de junção de túnel magnético (MTJ) no interior do canal, a estrutura MTJ incluindo um eletrodo inferior, uma camada fixa, uma camada de barreira de túnel, uma camada livre e um eletrodo superior; e tornar plana ou planarizar a estrutura MTJ. Como um exemplo especifico, a estrutura MTJ é planarizada usando-se um processo de planarização quimico-mecânico (CMP) .

Em outra modalidade especifica é descrito um método para formar um dispositivo de junção de túnel magnético (MTJ) compreendendo definir um canal em um substrato; depositar filmes ou uma estrutura de junção de túnel magnético (MTJ) no interior do canal; remover o excesso de material que não está diretamente sobre o canal usando um processo de foto gravação de baixa resolução; e planarizar a estrutura MTJ e o substrato.

Em outra modalidade especifica é descrito um método para formar um dispositivo de junção de túnel magnético compreendendo definir um canal em um substrato, o substrato compreendendo um material semicondutor possuindo uma camada dielétrica entre camadas e uma camada de filme de cobertura ou terminação, em que o canal se estende através da camada de filme de cobertura e para o interior da camada dielétrica entre camadas; depositar um eletrodo inferior no interior do canal; depositar filmes ou uma estrutura MTJ sobre o eletrodo inferior, a estrutura MTJ incluindo uma primeira camada ferromagnética, uma camada de barreira de túnel e uma segunda camada ferromagnética; depositar um eletrodo superior sobre a estrutura MTJ; e podendo incluir o efetuar um processo inverso de foto gravação do canal e um processo de planarização quimicomecânico sobre a estrutura MTJ e o substrato para produzir uma superfície substancialmente plana.

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Uma vantagem especifica provida por modalidades dos métodos aqui descritos para formação de uma estrutura de junção de túnel magnético (MTJ) é a de que a oxidação, erosão e arredondamento de cantos podem ser reduzidos pelo uso de um canal para definir as dimensões da estrutura MTJ sem foto gravação da estrutura MTJ. De um modo geral, o canal é formado em um substrato base de óxido, o qual é de mais fácil foto gravação do que os filmes metálicos de MTJ. Além disso, é mais fácil foto gravar com precisão o substrato base de óxido do que as camadas metálicas. Em lugar disto pode ser usado um processo inverso de foto gravação de canal e um processo de planarização quimicomecânico (CMP) para remover excesso de material, sem causar erosão, arredondamento de cantos, ou outros problemas que podem prejudicar o desempenho da estrutura MTJ.

Outra vantagem específica é provida pelo fato de que é melhorada a abertura ou janela de processamento para a formação de estruturas de MTJ, isto é, a abertura é ampliada, sendo também melhoradas a confiabilidade geral do processo de MTJ e a resultante estrutura MTJ.

Outras modalidades, aspectos, vantagens e características da presente invenção ficarão claras através do presente documento, que inclui as seções Breve Descrição dos Desenhos, Descrição Detalhada e Reivindicações, que se seguem.

Breve Descrição das Figuras

A Figura 1 é um diagrama de um exemplo representativo de uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) .

A Figura 2 é um diagrama de blocos de um dispositivo de circuito incluindo uma modalidade exemplar de uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) incluindo um eletrodo superior, uma pilha de MTJ e um eletrodo inferior.

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A Figura 3 é uma vista de topo de uma modalidade exemplar especifica de um dispositivo de circuito incluindo uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) possuindo formato substancialmente retangular.

A Figura 4 é uma vista em corte do dispositivo de circuito da Figura 3 tomada ao longo da linha 4-4.

A Figura 5 é uma vista de topo de uma segunda modalidade exemplar especifica de um dispositivo de circuito incluindo uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) possuindo um formato substancialmente eliptico.

A Figura 6 é uma vista de topo de uma terceira modalidade exemplar especifica de um dispositivo de circuito incluindo uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) .

A Figura 7 é uma vista em corte do dispositivo de circuito da Figura 6 tomada ao longo da linha 7-7.

A Figura 8 é uma vista de topo de uma modalidade exemplar especifica de um dispositivo de memória incluindo um substrato possuindo uma célula de junção de túnel magnético que está adaptada para armazenar múltiplos bits.

A Figura 9 é um diagrama em corte do dispositivo de circuito da Figura 8 tomada ao longo da linha 9-9.

A Figura 10 é um diagrama em corte do dispositivo de circuito da Figura 8 tomada ao longo da linha 10-10.

A Figura 11 é uma vista de topo de outra modalidade exemplar especifica de um dispositivo de memória, incluindo um substrato possuindo uma célula de junção de túnel magnético que está adaptado para armazenar múltiplos bits.

A Figura 12 é um diagrama em corte do dispositivo de circuito da Figura 11 tomada ao longo da linha 12-12.

A Figura 13 é um diagrama em corte do dispositivo de circuito da Figura 11 tomada ao longo da linha 13-13.

A Figura 14 é uma vista em corte do substrato de circuito após a deposição de uma camada de filme de

6/33 cobertura e após a fita foto-resistente de foto gravação, através de processos de preenchimento e planarização quimico-mecânico (CMP).

A Figura 15 é uma vista em corte do substrato de circuito da Figura 14 após a deposição da camada dielétrica entre camadas, a deposição do filme de cobertura, o processo de foto gravação de canal, o depósito do eletrodo inferior, o depósito dos filmes de junção de túnel magnético (MTJ), o depósito do eletrodo superior e o processamento inverso de foto gravação.

A Figura 16 é uma vista em corte do substrato de circuito da Figura 15 após a foto gravação inversa de fita e o processamento MTJ CMP para parar na camada de filme de cobertura.

A Figura 17 é uma vista em corte do substrato de circuito da Figura 16 tomada ao longo da linha 17-17 após

deposição	por rotação	do	foto-resistente	e	após a foto
gravação	para remoção	de	uma parede lateral	da pilha	de
MTJ, provendo uma abertura	de processo.
	A Figura 18	é uma vista em corte	do	substrato	de
circuito	da Figura 17	após	o preenchimento	da	abertura	de
processo	com material	de	IDL e óxido e	uma parada	do

processo de CMP na camada de cobertura.

A Figura 19 é uma vista em corte do substrato de circuito da Figura 18 tomada ao longo da linha 19-19 na Figura 18 após deposição de uma primeira camada de IDL, através de processamento, e deposição do filme de metal e configuração de um traço condutor superior.

As Figuras 20 e 21 ilustram um fluxograma de uma modalidade exemplar especifica de um método para formação de uma célula de junção de túnel magnético (MTJ).

A Figura 22 é um fluxograma de uma segunda modalidade exemplar especifica de um método para formação de uma célula de MTJ.

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A Figura 23 é um fluxograma de uma terceira modalidade exemplar específica de um método para formação de uma célula de MTJ.

A Figura 24 é um fluxograma de uma quarta modalidade exemplar especifica de um método para formação de uma célula de MTJ; e

A Figura 2 5 é um diagrama de blocos de um dispositivo de comunicação wireless exemplar incluindo um dispositivo de memória possuindo uma pluralidade de células de MTJ.

Descrição Detalhada da Invenção

A Figura 1 é uma vista em corte de uma modalidade exemplar de uma parte de uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) 100, que pode ser formada de acordo com os métodos e modalidades descritos com referência às Figuras 3 a 24. A célula de MTJ 100 inclui uma pilha de MTJ 102 possuindo uma camada livre 104, uma camada de barreira de túnel 106, uma camada fixa (presa) 108 e uma camada antiferromagnética (AF) ou anti-magnética 126. a pilha de MTJ 102 está acoplada a uma linha de bits 110. Além disso, a pilha de MTJ 102 está acoplada a uma linha fonte 114 através de um eletrodo inferior 116 e um comutador 118 para ativar seletivamente o comutador 118 de modo a permitir que uma corrente de gravação 124 flua / passe da linha de bits 110 para a linha de fonte 114. Na modalidade apresentada, a camada fixa 108 inclui um domínio magnético 122 que possui uma orientação fixa. A camada livre 104 inclui um domínio magnético 120, o qual pode ser programado por meio da corrente de gravação 124. Tal como mostrado, a corrente de gravação 124 está adaptada para programar a orientação do domínio magnético 120 na camada livre 104 para um estado de zero (isto é, os domínios magnéticos 120 e 122 ficam orientados na mesma direção). Para gravar um valor de um na célula de MTJ 100, a corrente de gravação 124 é invertida, levando a orientação do domínio magnético 120 na camada

8/33 livre 104 a inverter a direção, de tal forma que o domínio magnético 120 se estenda em uma direção oposta àquela do domínio magnético 122.

A Figura 2 é uma vista em corte de outra modalidade exemplar específica de uma célula de MTJ 200, que inclui uma estrutura de camadas fixas sintéticas e que pode ser formada de acordo com os métodos e modalidades descritos com referência às Figuras 3 a 24. Em particular, a célula de MTJ 200 inclui uma pilha de MTJ 202 incluindo a camada livre 204, a camada de barreira de túnel 206 e a camada fixa 208. A camada livre 204 da pilha de MTJ está acoplada ao eletrodo superior 210 através de uma camada de buffer 230. Neste exemplo, a camada fixa 208 da pilha de MTJ 202 está acoplada ao eletrodo inferior 216 através de uma camada anti-magnética 238. Adicionalmente, a camada fixa 208 inclui uma primeira camada fixada 236, uma camada de buffer 234 e uma segunda camada fixada 232. As primeira e segunda camadas fixadas 236 e 232 possuem respectivos domínios magnéticos que estão orientados em direções opostas em uma estrutura de camada fixa sintética, desse modo elevando a resistência geral e equilibrando o campo magnético parasita da pilha de MTJ 202. Em uma modalidade específica, tal redução do campo parasita pode equilibrar um campo magnético da pilha de MTJ 202. Em outras modalidades, podem ser incluídas camadas adicionais, tais como uma ou mais camadas de semente, camadas de buffer, camadas de equilíbrio do campo parasita, camadas de conexão, camadas para melhorar o desempenho, tais como camadas fixas sintéticas, camadas livres sintéticas (SyF), ou um filtro de rotação duplo (DSF), ou quaisquer combinações de tais.

A Figura 3 é uma vista de topo de uma modalidade exemplar específica de um dispositivo de circuito 300 incluindo uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) 304 possuindo formato substancialmente retangular. O

9/33 dispositivo de circuito 300 inclui um substrato 302 que possui a célula de MTJ 304. A célula de MTJ 304 inclui um eletrodo inferior 306, uma pilha de MTJ 308, um eletrodo central 310 e uma via ou traço 312. A célula de MTJ 304 possui uma primeira parede lateral 314, uma segunda parede lateral 316. Uma terceira parede lateral 318 e uma quarta parede lateral 320. A segunda parede lateral 316 inclui um segundo domínio magnético 322 para representar um primeiro valor de dados e a quarta parede lateral 320 inclui um quarto domínio magnético 324 para representar um segundo valor de dados. Uma parede inferior (não é mostrada) pode incluir um domínio magnético inferior 446 (ver Figura 4) para representar outro valor de dados. As primeira e terceira paredes laterais 314 e 318 podem também portar domínios magnéticos, dependendo da implementação específica.

A célula de MTJ 304 possui um comprimento (a) e uma largura (b) . O comprimento (a) corresponde ao comprimento das segunda e quarta paredes laterais 316 e 320. A largura (b) corresponde ao comprimento das primeira e terceira paredes laterais 314 e 318. Neste exemplo específico, o comprimento (a) da célula de MTJ 304 é maior que a largura (b).

A Figura 4 é uma vista em corte 400 do dispositivo de circuito 300 da Figura 3 tomada ao longo da linha 4-4. A vista 400 inclui o substrato 302, apresentado em corte incluindo a célula de MTJ 304, a via 312, o eletrodo superior 310, a pilha de MTJ 308 e o eletrodo inferior 306. 0 substrato 302 inclui uma primeira camada dielétrica entre camadas 432, uma primeira camada de cobertura (cap) 434, uma segunda camada dielétrica entre camadas 436, uma segunda camada de cobertura 438, uma terceira camada de cobertura 440 e uma terceira camada dielétrica entre camadas 442.

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Um canal é formado na segunda camada de cobertura 438 e na segunda camada dielétrica entre camadas 436 para receber o eletrodo inferior 306, a pilha de MTJ 308 e o eletrodo superior 310. 0 canal possui uma profundidade de canal (d) e a pilha de MTJ 308 possui uma profundidade (c) que é aproximadamente igual à profundidade de canal (d) menos uma espessura do eletrodo inferior 306. Uma via inferior 444 se estende através da primeira camada de cobertura 434 e da primeira camada dielétrica entre camadas 432 e está acoplada ao eletrodo inferior 306. A via 312 se estende de uma superfície 430 do substrato 302, através da terceira camada dielétrica entre camadas 442 e da terceira camada de cobertura 440 e está acoplada ao eletrodo superior 310. A superfície 430 pode ser uma superfície substancialmente plana.

A Figura 5 é uma vista de topo de uma segunda modalidade exemplar específica de um dispositivo de circuito 5001uindo uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) 504 possuindo um formato substancialmente elíptico. 0 dispositivo de circuito 500 inclui um substrato 502 possuindo a célula de MTJ 504. A célula de MTJ 504 inclui um eletrodo inferior 506, uma pilha de MTJ 508, um eletrodo superior 510 e uma via 512 que se estende de uma superfície (tal como a superfície 430 ilustrada na Figura 4) até o eletrodo superior 510. A célula de MTJ 504 possui uma primeira parede lateral 516 e uma segunda parede lateral 518, que estão adaptadas para portar domínios magnéticos independentes 522 e 524, respectivamente. A respectiva orientação de cada um dos domínios magnéticos independentes 522 e 5214 pode representar um respectivo valor de dados. Além disso, a célula de MTJ 504 pode incluir uma parede inferior adaptada para portar outro domínio magnético independente, tal como o domínio inferior 446 da Figura 4, o qual pode representar outro valor de dados.

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Ά célula de MTJ 504 inclui um comprimento (a) e uma largura (b) , em que o comprimento (a) é maior que a largura (b). Em uma modalidade especifica, a vista em corte da Figura 4 pode também representar um corte tomado ao longo das linhas 4-4 na Figura 5. Neste exemplo, a célula de MTJ 504 pode ser formada no interior de um canal possuindo uma profundidade (d) , de tal forma que a célula de MTJ 504 possua uma profundidade (c) tal como ilustrado na Figura 4. Neste exemplo especifico, a célula de MTJ 504 pode ser conformada de tal modo que o comprimento (a) seja maior que a largura (b) e a largura (b) muito maior que a profundidade do canal (d) ou que a profundidade da célula de MTJ (c). Alternativamente, a célula de MTJ 504 pode ser formada de modo a que a célula de MTJ 504 possua uma profundidade do canal (d) que seja maior que a profundidade da célula de MTJ (c) , a qual, por sua vez, é maior que o comprimento (a), tal como ilustrado nas Figuras 6 e 7.

A Figura 6 é uma vista de topo de uma terceira modalidade exemplar específica de um dispositivo de circuito 600 incluindo uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) 604. o dispositivo de circuito 600 inclui um substrato 602 que possui a célula de MTJ 604. A célula de MTJ 604 inclui um eletrodo inferior 606, uma pilha de MTJ 608, um eletrodo central 610 e uma via 612. A célula de MTJ 604 possui uma primeira parede lateral 614, uma segunda parede lateral 616, uma terceira parede lateral 618 e uma quarta parede lateral 620. A segunda parede lateral 616 inclui um segundo domínio magnético 622 adaptado para representar um primeiro valor de dados, e a quarta parede lateral 620 inclui um quarto domínio magnético 624 adaptado para representar um segundo valor de dados. Uma parede inferior 770 pode incluir um domínio magnético inferior 772, tal como apresentado na Figura 7. as primeira e terceira paredes laterais 614 e 618 podem também portar

12/33 domínios magnéticos, dependendo da implementação específica.

A célula de MTJ 604 possui um comprimento (a) e uma largura (b) . O comprimento (a) corresponde ao comprimento das segunda e quarta paredes laterais 616 e 620. A largura (b) corresponde ao comprimento das primeira e terceira paredes laterais 614 e 618. Neste exemplo específico, o comprimento (a) da célula de MTJ 604 é maior que a largura (b).

A Figura 7 é uma vista em corte do dispositivo de circuito da Figura 6 tomada ao longo da linha 7-7. A vista 700 inclui o substrato 602 mostrado em corte, incluindo a célula de MTJ 604, a via 612, o eletrodo superior 610, a pilha de MTJ 608 e o eletrodo inferior 606. O substrato 602 inclui uma primeira camada dielétrica entre camadas 732, uma primeira camada de cobertura 734, uma segunda camada dielétrica entre camadas 736, uma segunda camada de cobertura 738, uma terceira camada de cobertura 740 e uma terceira camada dielétrica entre camadas 742.

Um canal é formada na segunda camada de cobertura 738 e na segunda camada dielétrica entre camadas 736 para receber o eletrodo inferior 606, a pilha de MTJ 608 e o eletrodo superior 610. O canal possui uma profundidade de canal (d) e a pilha de MTJ 608 possui uma profundidade (c) que é aproximadamente igual à profundidade do canal (d) menos uma espessura do eletrodo inferior 606. Uma via inferior 744 se estende a partir de uma superfície inferior 790, através da primeira camada de cobertura 734 e da primeira camada dielétrica entre camadas 732 e está acoplada ao eletrodo inferior 606. A via 612 se estende a partir de uma superfície superior 780 do substrato 602, através da terceira camada dielétrica entre camadas 742 e da terceira camada de cobertura 740 e está acoplada ao eletrodo superior 610. A superfície superior 780 pode ser uma superfície substancialmente plana.

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Em uma modalidade exemplar, a profundidade do canal (d) é maior que a profundidade da célula de MTJ (c) , sendo ambas maiores que o comprimento (a) da célula de MTJ

604. Neste exemplo específico, os domínios magnéticos 622 e

624 estão orientados verticalmente (isto é, na direção da profundidade (d) das paredes laterais, em lugar de horizontalmente na direção do comprimento (a) das paredes laterais).

A Figura 8 é uma vista de topo de uma modalidade exemplar especifica de um dispositivo de memória 800 que inclui um substrato 802 possuindo uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) 804 que está adaptada para armazenar múltiplos bits de dados. A célula de junção de túnel magnético (MTJ)

804 inclui um eletrodo inferior 806, uma pilha de MTJ 808 e um eletrodo central 810. A célula de MTJ

804 possui um comprimento (a) e uma largura (b) , em que o comprimento (a) é maior que a largura (b) . O substrato 802 inclui uma via superior 836 que está acoplada ao eletrodo central 810 e inclui uma via inferior 832 que está acoplada ao eletrodo inferior 806. O substrato 802 inclui também um primeiro traço condutor 834 que está acoplado à via superior 836 e um segundo traço condutor 830 que está acoplado à via inferior 832. O substrato 802 inclui uma abertura de processo 838.

A pilha de MTJ 808 inclui uma camada magnética fixa (presa) que porta um domínio magnético fixo possuindo uma orientação fixa, uma camada de barreira de túnel e uma camada magnética livre possuindo um domínio magnético que pode ser modificado ou programado por meio de uma corrente de gravação. A pilha de MTJ 8 08 pode também incluir uma camada anti-magnética para fixar a camada magnética fixa. Em uma modalidade exemplar, a camada magnética fixa da pilha de MTJ 808 pode incluir uma ou mais camadas. Adicionalmente, a pilha de MTJ 808 pode incluir outras camadas. A célula de MTJ 804 inclui uma primeira parede

t t

lateral 812 para portar um primeiro domínio magnético 822, uma segunda parede lateral 814 para portar um segundo domínio magnético 824 e uma terceira parede lateral 816 para portar um terceiro domínio magnético 826. Ά célula de MTJ 804 inclui também uma parede inferior 970 para portar o quarto domínio magnético 972 (ver Figura 9) . Os primeiro, segundo, terceiro e quarto domínios magnéticos 822, 824, 826 e 972, são independentes. Em uma modalidade exemplar, os primeiro, segundo, terceiro e quarto domínios magnéticos 822, 824, 826 e 972, estão configurados para representar respectivos valores de dados. De um modo geral, as orientações dos primeiro, segundo, terceiro e quarto domínios magnéticos 822, 824, 826 e 972, são determinadas pelo valor de dados armazenado. Como exemplo, um valor de 0 é representado por uma primeira orientação, enquanto que um valor de 1 é representado por uma segunda orientação.

A Figura 9 é um diagrama em corte 900 do dispositivo de circuito 800 da Figura 8 tomada ao longo da linha 9-9. O diagrama 900 inclui o substrato 802 possuindo uma primeira camada dielétrica entre camadas 950, uma segunda camada dielétrica entre camadas 952, uma primeira camada de cobertura 954, uma terceira camada dielétrica entre camadas 956, uma segunda camada de cobertura 958, uma terceira camada de cobertura 960, uma quarta camada dielétrica entre camadas 962 e uma quinta camada dielétrica entre camadas 964. O substrato 802 possui uma primeira superfície 980 e uma segunda superfície 990. O substrato 802 possui uma primeira superfície 980 e uma segunda superfície 990. 0 substrato 802 inclui também a estrutura MTJ 804 compreendendo a pilha de MTJ 808. 0 eletrodo inferior 806, a pilha de MTJ 808 e o eletrodo superior 810 se encontram dispostos no interior de um canal no substrato 802. 0 canal possui uma profundidade (d).

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O substrato 802 inclui o segundo traço condutor 830 disposto na segunda superfície 990. O segundo traço condutor 830 está acoplado à via inferior 832, a qual se estende do segundo traço condutor 830 até uma parte do eletrodo inferior 806. O substrato 802 inclui também o primeiro traço condutor 834 disposto na primeira superfície 980. O primeiro traço condutor 834 está acoplado à via superior 836, a qual se estende do primeiro traço condutor 834 até o eletrodo central 810. O eletrodo central 810 está acoplado à pilha de MTJ 808. 0 substrato 802 inclui também a abertura de processo 838, a qual pode ser formada por remoção seletiva de uma parte da estrutura MTJ 804 e deposição de um material dielétrico entre camadas no interior da abertura de processamento 838, seguida por uma CMP com óxido.

Em uma modalidade exemplar, a pilha de MTJ 808 inclui a segunda parede lateral 814, que porta o segundo domínio magnético 824. O segundo domínio magnético 824 está adaptado para representar um segundo valor de dados. A pilha de MTJ 808 compreende também uma parede inferior 970 possuindo um domínio magnético inferior 972, que está adaptado para representar um quarto valor de dados. Como um exemplo específico, um valor de dados pode ser lido a partir da pilha de MTJ 808 por aplicação de uma voltagem ao primeiro traço condutor 834 e por comparação de uma corrente no segundo traço condutor 830 com uma corrente de referência. Alternativamente, um valor de dados pode ser gravado na pilha de MTJ 808 pela aplicação de uma corrente de gravação a um dentre os primeiro ou segundo traços condutores 834 ou 830. Em uma modalidade exemplar, o comprimento (a) e a largura (b) da pilha de MTJ 808 ilustrados na Figura 8 são maiores do que a profundidade do canal (d) , e o domínio magnético 824 portado pela segunda parede lateral 814 se estende na direção da largura (b) ilustrada na Figura 8. Nesta vista específica, o domínio

16/33 magnético 824 se estende em uma direção que é normal à página na vista da Figura 9 (para fora da página, tal como indicado por uma ponta de seta (·) , ou para dentro da página, tal como indicado pela cauda da seta (*)).

A Figura 10 é um diagrama em corte 1000 do dispositivo de circuito 800 da Figura 8 tomada ao longo da linha 10-10. O diagrama 1000 inclui o substrato 802 possuindo uma primeira camada dielétrica entre camadas 950, uma segunda camada dielétrica entre camadas 952, uma primeira camada de cobertura 954, uma terceira camada dielétrica entre camadas 956, uma segunda camada de cobertura 958, uma terceira camada de cobertura 960, uma quarta camada dielétrica entre camadas 962 e uma quinta camada dielétrica entre camadas 964. O substrato 802 possui uma primeira superfície 980 e uma segunda superfície 990. O substrato 802 inclui a estrutura MTJ 804 possuindo o eletrodo inferior 806, a pilha de MTJ 808 e o eletrodo central 810. O substrato 802 inclui o primeiro traço condutor 834 disposto e configurado na primeira superfície 980. O primeiro traço condutor 834 está acoplado à via superior 836, a qual se estende do primeiro traço condutor 834 até o eletrodo central 810. O substrato 802 inclui também o segundo traço condutor 830 na segunda superfície 990. 0 segundo traço de fio 830 está acoplado à via inferior 832, a qual se estende do segundo traço condutor 830 até uma parte do eletrodo inferior 806. A pilha de MTJ 808 inclui a primeira parede lateral 816 para portar o primeiro domínio magnético 826, a terceira parede lateral 812 para portar o terceiro domínio magnético 822, e a parede inferior 970 para portar o domínio magnético inferior 972. Nesta vista específica, os domínios magnéticos 826, 822 e 972 se estendem em uma direção que é normal à página na vista da Figura 10 (para fora da página, tal como indicado por uma ponta de seta (·) , ou para

17/33 dentro da página, tal como indicado pela cauda da seta (*)) .

Em uma modalidade exemplar, a pilha de MTJ 808 está adaptada para armazenar até quatro valores de dados exclusivos. Um primeiro valor de dados pode ser representado pelo primeiro dominio magnético 822, um segundo valor de dados pode ser representado pelo segundo dominio magnético 824, um terceiro valor de dados pode ser representado pelo terceiro dominio magnético 826 e um quarto valor de dados pode ser representado pelo dominio magnético inferior 972. Em outra modalidade exemplar, uma quarta parede lateral pode ser incluída para portar um quarto domínio magnético, que pode representar um quinto valor de dados.

A Figura 11 é uma vista de topo de outra modalidade exemplar específica de um dispositivo de memória 1100, incluindo um substrato 1102 possuindo uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) 1104 em um canal profundo, que está adaptado para armazenar múltiplos valores de dados, tais como múltiplos bits. A célula de junção de túnel magnético (MTJ) 1104 inclui um eletrodo inferior 1106, uma pilha de MTJ 1108 e um eletrodo central 1110. A célula de MTJ 1104 possui um comprimento (a) e uma largura (b), em que o comprimento (a) é maior do que a largura (b). 0 substrato 1102 inclui uma via superior 1136 que está acoplada ao eletrodo central 1110, e inclui uma via inferior 1132 que está acoplada ao eletrodo inferior 1106. O substrato 1102 compreende também um primeiro traço condutor 1134 que está acoplado à via inferior 1132, e um segundo traço condutor 1130 que está acoplado à via superior 1136. O substrato 1102 inclui uma abertura de processo 1138.

A pilha de MTJ 1108 inclui uma camada magnética fixa (presa) que pode ser fixada por uma camada antimagnética e que porta um domínio magnético fixo possuindo

18/33 uma orientação fixa, uma camada de barreira de túnel e uma camada magnética livre possuindo um domínio magnético que pode ser modificado ou programado por meio de uma corrente de gravação. Em uma modalidade exemplar, a camada magnética fixa da pilha de MTJ 1108 pode incluir uma ou mais camadas. Adicionalmente, a pilha de MTJ 1108 pode incluir outras camadas. A célula de MTJ 1104 inclui uma primeira parede lateral 1112 para portar um primeiro domínio magnético 1122, uma segunda parede lateral 1114 para portar um segundo domínio magnético 1124, e uma terceira parede lateral 1116 para portar um terceiro domínio magnético 1126. A célula de MTJ 1104 pode também incluir uma parede inferior 1270 para portar um quarto domínio magnético 1272 (ver Figura 12) . Os primeiro, segundo, terceiro e quarto domínios magnéticos 1122, 1124, 1126 e 1272, são independentes. Em uma modalidade exemplar, os primeiro, segundo, terceiro e quarto domínios magnéticos 1122, 1124, 1126 e 1272,são configurados para representar respectivos valores de dados. De um modo geral, as orientações dos primeiro, segundo, terceiro e quarto domínios magnéticos 1122, 1124, 1126 e 1272, são determinadas pelos valores de dados armazenados. Como exemplo, um valor de 0 é representado por uma primeira orientação, enquanto um valor de 1 é representado por uma segunda orientação.

A Figura 12 é um diagrama em corte 1200 do dispositivo de circuito 1100 da Figura 11 tomada ao longo da linha 12-12. O diagrama 1200 inclui o substrato 1102 possuindo uma primeira camada dielétrica entre camadas 1250, uma segunda camada dielétrica entre camadas 1252, uma primeira camada de cobertura / terminação 1254, uma terceira camada dielétrica entre camadas 1256, uma segunda camada de cobertura 1258, uma terceira camada de cobertura 1260, uma quarta camada dielétrica entre camadas 1262 e uma quinta camada dielétrica entre camadas 1264. o substrato 1102 possui uma primeira superfície 1280 e uma segunda

19/33 superfície 1290. O substrato 1102 inclui também a estrutura MTJ 1104, incluindo a pilha de MTJ 1108. O eletrodo 1106, a pilha de MTJ 1108 e o eletrodo superior 1110 estão dispostos no interior de um canal no substrato 1102. O canal possui uma profundidade (d) . Neste caso, a profundidade (d) é maior que a largura (b) da parede lateral 1114.

O substrato 1102 inclui o segundo traço condutor 1130 disposto e configurado na primeira superfície 1280. O segundo traço condutor 1130 está acoplado à via superior 1136, que se estende do segundo traço condutor 1130 até o eletrodo central 1110. O eletrodo central 1110 está acoplado à pilha de MTJ 1108. O substrato 1102 também inclui o primeiro traço condutor 1134 disposto na segunda superfície 1290. O primeiro traço condutor 1134 está acoplado à via inferior 1132, a qual se estende do primeiro traço condutor 1134 até uma parte do eletrodo inferior 1106. O substrato 1102 compreende também a abertura de processo 1138, a qual pode ser formada por remoção seletiva de uma parte da pilha de MTJ 1108 e por deposição de um material dielétrico entre camadas no interior da abertura de processamento 1138, seguida por um processo de CMP com óxido.

Em uma modalidade exemplar, a pilha de MTJ 1108 inclui a segunda parede lateral 1114 que porta o segundo domínio magnético 1124. 0 segundo domínio magnético 1124 está adaptado para representar um segundo valor de dados. A pilha de MTJ 1108 inclui também uma parede inferior 1270 possuindo um domínio magnético inferior 1272 que está adaptado para representar um quarto valor de dados. Como um exemplo específico, um valor de dados pode ser lido ou recuperado a partir da pilha de MTJ 1108 através da aplicação de uma voltagem ao segundo traço condutor 1130 e comparação de uma corrente no primeiro traço condutor 1134 com uma corrente de referência. Alternativamente, um valor

20/33 de dados pode ser gravado na pilha de MTJ 1108 através da aplicação de uma corrente de gravação entre os primeiro e segundo traços condutores 1134 e 1130. Em uma modalidade exemplar, o comprimento (a) e a largura (b) da pilha de MTJ 1108 ilustrada na Figura 11 são menores que a profundidade do canal (d) e o domínio magnético 1124 portado pela segunda parede lateral 1114 se estende em uma direção que é substancialmente perpendicular à primeira superfície 1280 do substrato 1102 e na direção da profundidade (d).

A Figura 13 é um diagrama em corte 1300 do dispositivo de circuito 1100 da Figura 11 tomada ao longo da linha 13-13. O diagrama 1300 inclui o substrato 1102, possuindo uma primeira camada dielétrica entre camadas 1250, uma segunda camada dielétrica entre camadas 1252, uma primeira camada de cobertura 1254, uma terceira camada dielétrica entre camadas 1256, uma segunda camada de cobertura 1258, uma terceira camada de cobertura 1260, uma quarta camada dielétrica entre camadas 1262 e uma quinta camada dielétrica entre camadas 1264. O substrato 1102 possui uma primeira superfície 1280 e uma segunda superfície 1290. 0 substrato 1102 inclui a estrutura MTJ 1104 possuindo o eletrodo inferior 1106, a pilha de MTJ 1108 e o eletrodo central 1110. 0 substrato 1102 inclui o primeiro traço condutor 1134 disposto e configurado na segunda superfície 1290. O primeiro traço condutor 1134 está acoplado à via inferior 1132, a qual se estende do primeiro traço condutor 1134 até uma parte do eletrodo inferior 1106. O substrato 1102 compreende também o segundo traço condutor 1130 na primeira superfície 1280. O segundo traço condutor 1130 está acoplado à via superior 1136, a qual se estende do segundo traço condutor 1130 até o eletrodo central 1110.

A pilha de MTJ 1108 inclui a primeira parede lateral 1116 para portar o primeiro domínio magnético 1126, a terceira parede lateral 1112 para portar o terceiro

21/33 domínio magnético 1122 e a parede inferior 1270 para portar o domínio magnético inferior 1272. Nesta vista específica, a profundidade do canal (d) é maior que o comprimento (a) e a largura (b) da pilha de MTJ 1108, e os primeiro e terceiro domínios magnéticos 1122 e 1126 se estendem em uma direção que é substancialmente perpendicular à primeira superfície 1280. O comprimento (a) é maior que a largura (b) da pilha de MTJ 1108, e o quarto domínio magnético 1172 se estende em uma direção que é substancialmente normal à página (para fora da página, tal como por uma ponta de seta (·), ou para dentro da página, tal como indicado pela cauda da seta (*)).

Em uma modalidade exemplar, a pilha de MTJ 1108 está adaptada para armazenar até quatro valores de dados exclusivos. Um primeiro valor de dados pode ser representado pelo primeiro domínio magnético 1122, um segundo valor de dados pode ser representado pelo segundo domínio magnético 1124, um terceiro valor de dados pode ser representado pelo terceiro domínio magnético 1126 e um quarto valor de dados pode ser representado pelo domínio magnético inferior 1272. Em outra modalidade específica, uma quarta parede lateral pode ser incluída para portar um quarto domínio magnético, o qual pode representar um quinto valor de dados.

A Figura 14 é uma vista em corte do substrato de circuito 1400 após a deposição de uma camada de filme de cobertura e após os processos de foto gravação da via, fita foto-resistente, preenchimento da via e planarização quimico-mecânico (CMP) da via. O substrato de circuito 1400 inclui uma primeira camada dielétrica entre camadas 1401 e um traço condutor 1403, uma segunda camada dielétrica entre camadas 1402 disposta sobre a primeira camada dielétrica entre camadas 1401 e uma camada de filme de cobertura 1404 disposta sobre a camada dielétrica entre camadas 1402. Em uma modalidade exemplar, uma camada foto-resistente foi

22/33 aplicada por foto-resistência por rotação sobre a camada de cobertura 1404. Um processo de foto gravação foi aplicado para definir um desenho ou configuração na camada de cobertura 1404 e na camada dielétrica entre camadas 1402 pela camada foto-resistente. A camada foto-resistente foi extraída após a gravação para expor uma abertura ou via 1406 através da camada de filme de cobertura 1404 e a camada dielétrica entre camadas 1402. Um material condutor ou material de preenchimento de via 1408 foi depositado na abertura 1406, e um processo de CMP foi efetuado para planarizar o substrato de circuito 1400.

A Figura 15 é uma vista em corte 1500 do substrato de circuito 1400 da Figura 14 após a deposição da camada dielétrica entre camadas, a deposição do filme de cobertura, o processo de foto gravação de canal, da fita foto-resistente do canal, o depósito do eletrodo inferior, o depósito dos filmes de junção de túnel magnético (MTJ), o depósito do eletrodo superior e o processamento inverso de foto gravação. O substrato de circuito 1400 inclui a primeira camada dielétrica entre camadas 1401 e um traço condutor 1403, a segunda camada dielétrica entre camadas 1402, a camada de filme de cobertura 1404 e o material de preenchimento de via 1408. Uma terceira camada dielétrica entre camadas 1510 é depositada sobre a camada de filme de cobertura 1404. Uma segunda camada de filme de cobertura 1512 é depositada sobre a terceira camada dielétrica entre camadas 1510. Um canal 1514 é definida no interior da camada de filme de cobertura 1512 e da terceira camada dielétrica entre camadas 1510, por exemplo efetuando-se um processo de foto gravação e limpeza. Uma célula de junção de túnel magnético (MTJ) 1516 é depositada no interior do canal 1514. A célula 1516 inclui um eletrodo inferior 1518 que está acoplado ao material de preenchimento de via inferior 1408, uma pilha de MTJ 1520 acoplada ao eletrodo inferior 1518 e um eletrodo superior 1522 acoplado à pilha

23/33 de MTJ 1520. Uma camada foto-resistente é configurada sobre o eletrodo superior 1522. Um processo inverso de foto gravação é aplicado à camada foto-resistente 1524, ao eletrodo superior 1522, à pilha de MTJ 1520 e ao eletrodo inferior 1518 para remover o excesso de material gue não está no interior do canal 1514.

Neste exemplo específico, o canal 1514 é definido de modo a possuir uma profundidade de canal (d). A espessura do eletrodo inferior 1518 define uma profundidade relativa de célula de MTJ (c) . Em uma modalidade exemplar, a profundidade da célula de MTJ (c) é aproximadamente igual à profundidade do canal (d) menos a espessura do eletrodo inferior 1518.

De um modo geral, pela produção da célula de MTJ 1516 no interior do canal 1514, as dimensões do canal 1514 definem as dimensões da célula de MTJ 1516. Além disso, dado que o canal 1514 define as dimensões da célula de MTJ 1516, a célula de MTJ 1516 pode ser formada sem se efetuar um processo custoso e crítico de foto gravação sobre a célula de MTJ 1516, desse modo reduzindo a oxidação, arredondamento de cantos e outros problemas relacionados à erosão, com relação à célula de MTJ 1516.

A Figura 16 é uma vista em corte 1600 do substrato de circuito 1400 da Figura 15 após a foto gravação inversa de fita e o processamento MTJ CMP para parar na camada de filme de cobertura. O substrato de circuito 1400 inclui a primeira camada dielétrica entre camadas 1401, o traço condutor 1403, a segunda camada dielétrica entre camadas 1402 e a primeira camada de cobertura 1404. A vista 1600 inclui a segunda camada dielétrica entre camadas 1510, a segunda camada de cobertura 1512 e a estrutura MTJ 1516. A estrutura MTJ 1516 possui uma profundidade de célula de MTJ (d) e é formada no interior de um canal 1514 possuindo uma profundidade de canal (d). A estrutura MTJ 1516 inclui um eletrodo inferior

24/33

1518 que está acoplado a um material de preenchimento de via 1408, uma pilha de MTJ 1520 e um eletrodo superior 1522. É aplicado um processo de extração de foto resistência e um processo de planarização quimico-mecânico (CMP) de MTJ para remover partes da estrutura MTJ 1516 para produção de uma superfície substancialmente plana 1630. o processo de CMP é sustado na segunda camada de cobertura 1512.

A Figura 17 é uma vista em corte 1700 do substrato de circuito 1400 da Figura 16 tomada ao longo da linha 17-17 após deposição por rotação do foto-resistente e após a foto gravação para remoção de uma parede lateral da pilha de MTJ. O substrato de circuito 1400 inclui a primeira camada dielétrica entre camadas 1401, o traço condutor 1403, a segunda camada dielétrica entre camadas 1402, a primeira camada de filme de cobertura 1404 e um material de preenchimento de via 1408. A terceira camada dielétrica entre camadas 1510 e a segunda camada de cobertura 1512 são depositadas sobre a segunda camada dielétrica entre camadas 1510. O eletrodo inferior 1518, a pilha de MTJ 1520 e o eletrodo superior 1522 são formados no interior do canal 1514. É aplicado um processo de planarização quimico-mecânico (CMP) para produzir uma superfície substancialmente plana 1630. Uma camada fotoresistente é depositada por rotação e é definida uma abertura de configuração de processo 1752 usando-se um processo de foto gravação. O processo de foto gravação remove uma parede lateral da célula de MTJ 1516, resultando em uma célula de MTJ 1516 com formato substancialmente de U (de um ponto de vista de topo).

A Figura 18 é uma vista em corte 1800 do substrato de circuito 1400 da Figura 17 após o preenchimento da abertura de processo 1752 com material dielétrico entre camadas, após efetuar um processo de planarização quimico-mecânico (CMP) e após depositar uma

25/33 terceira camada de cobertura 1744. o substrato de circuito

1400 inclui a primeira camada dielétrica entre camadas 1401, o traço condutor 1403, a segunda camada dielétrica entre camadas 1402, a primeira camada de filme de cobertura

1404 e um material de preenchimento de via 1408. A terceira camada dielétrica entre camadas 1510 e a segunda camada de cobertura 1512 são depositadas sobre a primeira camada de filme de cobertura 1404. Um canal 1514 é definido na segunda camada de cobertura 1512 e na segunda camada dielétrica entre camadas 1510. O eletrodo inferior 1518, a pilha de MTJ 1520 e o eletrodo superior 1522 são formados no interior do canal 1514. Um processo de planarização quimico-mecânico (CMP) é aplicado para restaurar a superfície substancialmente plana 1630. Uma abertura de processo 1752 é definida usandO-se um processo de foto gravação. 0 processo de foto gravação remove uma parede lateral da célula de MTJ 1516, resultando em uma célula de MTJ 1516 substancialmente em forma de U (vista do topo). A abertura de processo 1752 é preenchida com um material dielétrico entre camadas 1848, é efetuado um processo de CMP para restaurar a superfície substancialmente plana 1630 e a terceira camada de cobertura 1744 é depositada sobre a superfície substancialmente plana 1630.

A Figura 19 é uma vista em corte 1900 do substrato de circuito 1400, que pode estar acoplado a outros circuitos. 0 substrato de circuito 1400 inclui a primeira camada dielétrica entre camadas 1401, o traço condutor 1403, a segunda camada dielétrica entre camadas 1402, a primeira camada de filme de cobertura 1404 e um material de preenchimento de via 1408. A terceira camada dielétrica entre camadas 1510 e a segunda camada de cobertura 1512 são depositadas filme de cobertura 1404. Um segunda camada de cobertura dielétrica entre camadas 1510.

sobre a primeira camada de canal 1514 é definida na 1512 e na segunda camada 0 eletrodo inferior 1518, a

26/33 pilha de MTJ 1520 e o eletrodo superior 1522 são formados no interior do canal 1514. Um processo de planarização quimico-mecânico (CMP) é aplicado para restaurar a superfície substancialmente plana 1630. Uma terceira camada de cobertura 1744 e uma quarta camada dielétrica entre camadas 1746 são depositadas. Um processo de foto gravação é aplicado para definir uma via 1960 através da quarta camada dielétrica entre camadas 1746 e da terceira camada de cobertura 1744. A via 1960 é preenchida com material condutor e é aplicado um processo de planarização quimicomecânico. Um traço condutor de metal 1962 é depositado e configurado sobre a quarta camada dielétrica entre camadas 1746 e é depositada uma quinta camada dielétrica entre camadas 1948. Caso seja usado um processo Damascene, a via e o condutor metálico podem ser combinados na configuração do canal, por eletro revestimento com cobre e por CMP com cobre na quinta camada dielétrica entre camadas 1948. Em uma modalidade exemplar, pode ser efetuado outro processo de planarização quimico-mecânico para planarizar o dispositivo de circuito. Neste estágio, o traço condutor 1403 e o traço condutor 1962 podem ser acoplados a outros circuitos e a célula de MTJ 1516 pode ser usada para armazenamento de um ou mais valores de dados.

As Figuras 20 e 21 ilustram um fluxograma de uma modalidade exemplar especifica de um método para formação de uma célula de junção de túnel magnético (MTJ). Em 2002, um filme de cobertura é depositado sobre uma camada dielétrica entre camadas de um substrato. Prosseguindo para 2004, é definida uma via usando-se um processo de foto gravação, um processo de fita foto-resistente e um processo de limpeza. Passando a 2006, a via ou abertura é preenchida com um material condutor e é efetuado um processo de planarização quimico-mecânico (CMP) sobre o substrato para remover o excesso de material condutor. Passando a 2008, são depositadas uma camada dielétrica entre camadas (IDL) e

27/33 uma camada de filme de cobertura. Prosseguindo para 2010, é definido um canal por foto gravação, extração de um material foto-resistente e limpeza.

Passando a 2012, é depositado um eletrodo inferior. Prosseguindo para 2014, são depositadas múltiplas camadas de filme de junção de túnel magnético (MTJ), incluindo camadas de filme magnético e barreira de túnel, para formar uma pilha de junção de túnel magnético (MTJ). Em 2016 é depositado um eletrodo superior sobre a pilha de MTJ para formar uma célula de MTJ. Passando a 2018, é efetuado um processo inverso de foto gravação de canal para remover o excesso de material que não está diretamente sobre o canal. Em 2020 o material foto-resistente é extraído e é efetuado um processo de planarização químicomecânico (CMP) de MTJ para remoção do material em excesso, parando na camada de filme de cobertura. Em 2022 a pilha de MTJ é foto gravada para remover uma parede lateral da pilha de MTJ. Em uma modalidade exemplar, a foto gravação da pilha de MTJ define uma janela ou abertura de processo. 0 método passa aa etapa 2024.

Fazendo agora referência à Figura 21, em 2024 o método passa a 2126 e é extraído um material fotoresistente, uma camada dielétrica entre camadas é depositada, é efetuado um processo de planarização químicomecânico (CMP) e é depositada uma camada de filme de cobertura. Passando a 2128, é efetuado um processo de recozimento (annealing) ou realinhamento magnético sobre a pilha de MTJ para realinhar a camada magnética fixa em uma direção horizontal X e Y (para um canal raso) , ou em uma direção horizontal X e uma direção vertical Y (para um canal profundo). Passando a 2130, são depositadas uma camada dielétrica entre camadas e uma camada de filme de cobertura. Em 2132 é foto gravada e preenchida uma via e é efetuado um processo de planarização químico-mecânico (CMP) da via. Passando a 2134, é definido um condutor metálico

28/33 por deposição de uma camada de metal e foto gravação da camada para formação do traço condutor, ou por formação de um canal, foto gravação, revestimento e por um processo de planarização quimico-mecânico (CMP). Caso seja usado um processo Damascene, o processamento da via em 2132 e o processamento do condutor de metal em 2134 podem ser combinados na definição por foto gravação do canal, aplicação da fita foto-resistente, revestimento com cobre e o processo CMP com cobre. 0 método termina em 2136.

A Figura 22 é um fluxograma de uma segunda modalidade exemplar específica de um método para formação de uma estrutura de junção de túnel magnético (MTJ). 0 método inclui de um modo geral a formação de um canal em um substrato, deposição de uma estrutura MTJ no interior do canal e planarização da estrutura MTJ sem efetuar um processo de foto gravação sobre a estrutura MTJ. Em 2202 é depositado um filme de cobertura sobre uma camada dielétrica entre camadas de um substrato. Passando a 2204, é definida uma via usando-se um processo de foto gravação, um processo de deposição de fita foto-resistente e um processo de limpeza sobre o filme de cobertura e camada dielétrica entre camadas. Em 2206 é depositado um material condutor no interior da via e é efetuado um processo de planarização quimico-mecânico (CMP) para planarizar o substrato. Em 2208 podem ser depositadas uma camada de filme de IDL e uma camada de filme de cobertura. Em 2210 é definido um canal no substrato. O canal possui dimensões que determinam a estrutura MTJ sem efetuar um processo de foto gravação sobre a estrutura MTJ.

Passando a 2212, após formar um canal no substrato, é depositada uma estrutura de junção de túnel magnético (MTJ) no interior do canal. A estrutura MTJ inclui um eletrodo inferior, uma camada fixa, uma camada de barreira de túnel, uma camada livre e um eletrodo superior. A estrutura MTJ pode também incluir uma camada anti29/33 magnética entre o eletrodo inferior e a camada fixa.

Camadas adicionais também podem ser aplicadas, por exemplo uma camada de semente, uma camada de buffer, uma camada de espaçamento, ou outras Em 2214 pode foto gravação de canal diretamente camadas.

ser aplicado um processo inverso de para remover o material que não está sobre o canal. Em 2216 a estrutura MTJ é planarizada a estrutura sem efetuar um processo de foto gravação sobre

Como exemplo, não é efetuado um processo custoso e crítico sobre a estrutura MTJ. A

MTJ.

de foto gravação planarização da

CMP para depositado superfície estrutura MTJ pode incluir um remoção de excesso de material.

processo de material definir pode ser eliminado do substrato para substancialmente plana.

Em 2218 pode ser efetuado um processo recozimento magnético para definir uma orientação de campo magnético portado pela camada fixa, recozimento magnético tridimensional (3D) .

pode ser

Todas as um processo camadas de uma de um

O processo de recozimento de recozidas fixando a possa ser

MTJ podem ser de recozimento magnético, camada fixa, porém permitindo que a camada livre modificada por meio de uma corrente de

O método termina em através do processo gravação.

2220.

é um fluxograma de uma específica de um método para terceira formação

Em 2302 é

A Figura modalidade exemplar de uma célula de junção de túnel magnético (MTJ).

definido um canal em um substrato. O substrato pode incluir uma camada dielétrica entre camadas e uma camada de filme de cobertura. Passando a 2304 - 2314, uma estrutura MTJ é depositada no interior do canal. A deposição da estrutura MTJ pode incluir a deposição de um eletrodo inferior no interior do canal em 2304, deposição de uma camada antimagnética sobre o eletrodo inferior em 2306, deposição de uma primeira camada magnética sobre a camada anti-magnética em 2308, deposição de um material de óxido de metal para

30/33 formar uma barreira de túnel, tal como, por exemplo, óxido de magnésio ou óxido de alumínio, em 2310, deposição de uma segunda camada magnética sobre a barreira de túnel em 2312 e deposição de um eletrodo superior sobre a segunda camada magnética em 2314.

Passando a 2316, o material em excesso que não esteja diretamente sobre o canal é removido usando-se um processo de foto gravação de baixa resolução. Em 2318 a estrutura MTJ e o substrato são planarizados. A planarização da estrutura MTJ e do substrato pode incluir um processo de planarização químico-mecânico (CMP) para remoção de excesso de material da estrutura MTJ, parando na camada de filme de cobertura. Um processo de CMP pode ser efetuado sem efetuar um processo de foto gravação sobre a estrutura MTJ. Como exemplo, não é efetuado um processo de foto gravação custoso e crítico sobre a estrutura MTJ.

Passando a 2320, é efetuado um processo de recozimento magnético sobre uma camada selecionada para fixar uma orientação de um campo magnético, a camada selecionada incluindo uma camada fixa. O processo de recozimento magnético pode ser um processo de recozimento tridimensional (3D). Múltiplas camadas de MTJ podem ser realinhadas através do processo de recozimento magnético, prendendo a camada fixa, permitindo porém que a camada livre possa ser modificada por meio de uma corrente de gravação. Passando a 2322, são formadas pelo menos duas conexões elétricas para a estrutura MTJ. O método termina em 2324.

A Figura 24 é um fluxograma de uma quarta modalidade exemplar especifica de um método para formação de uma estrutura de junção de túnel magnético (MTJ). Em 2402 é definida um canal em um substrato, o substrato incluindo um material semicondutor possuindo uma camada dielétrica entre camadas e uma camada de filme de cobertura, em que o canal se estende através da camada de

31/33 filme de cobertura para o interior da camada dielétrica entre camadas. O canal pode definir um formato da estrutura MTJ. O canal pode possuir um formato substancialmente elíptico, um formato substancialmente retangular, ou um formato alternativo. Em 2404 um eletrodo inferior é depositado no interior do canal. Em 2406 uma estrutura MTJ é depositada sobre o eletrodo inferior, a estrutura MTJ incluindo uma primeira camada ferromagnética, uma camada de barreira de túnel e uma segunda camada ferromagnética. A estrutura MTJ pode também incluir outras camadas, tais como uma camada anti-magnética entre o eletrodo inferior e a primeira camada ferromagnética.

Em 2408 um eletrodo superior é depositado sobre a estrutura MTJ.

inverso

Passando a 2410, são efetuados um processo de foto gravação do canal e um processo de planarização produção de processo de planarização sobre a estrutura MTJ e o substrato para uma superfície substancialmente plana. O planarização pode incluir um processo de quimico-mecânico (CMP) sobre a estrutura MTJ e o substrato. A estrutura MTJ pode então ser formada sem um processo de foto gravação sobre a estrutura MTJ o qual pode ser custoso ou crítico. O método termina em 2412.

A Figura 25 é um diagrama de blocos de um dispositivo de comunicação wireless 2500 exemplar incluindo um dispositivo de memória possuindo uma pluralidade de células de MTJ. 0 dispositivo de comunicação 2500 inclui um conjunto ou arranjo de memória de células de MTJ 2532 e uma memória de acesso aleatório magneto-resistiva (MRAM) incluindo um arranjo de células de MTJ 2566, que estão acopladas a um processador, tal como um processador de sinais digitais (DSP) 2510. 0 dispositivo de comunicação

2500 compreende também um dispositivo de memória cache de células de MTJ 2564 que está acoplado ao DSP 2510. O dispositivo de memória cache de células de MTJ 2564, o arranjo de memória de células de MTJ 2532 e o dispositivo

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MRAM incluindo múltiplas células de MTJ 2566 podem incluir células de MTJ formadas de acordo com um processo tal como descrito com referência às Figuras 3 a 24.

A Figura 25 apresenta também um controlador de display 2526 que está acoplado ao processador de sinais digitais 2510 e a um display 2528. Um codificador / decodificador (CODEC) 2534 pode também estar acoplado ao processador de sinais digitais 2510. Um alto falante 2536 e um microfone 2538 podem estar acoplados ao CODEC 2534.

A Figura 25 indica também que um controlador wireless 2540 pode estar acoplado ao processador de sinais digitais 2510 e a uma antena wireless 2542. Em uma modalidade exemplar, um dispositivo de alimentação / entrada 2530 e um suprimento / fonte de energia 2544 estão acoplados ao sistema on-chip ou embarcado 2522. Além disso, em uma modalidade exemplar, tal como ilustrado na Figura 25, o display 2528, o dispositivo de alimentação 2530, o alto falante 2536, o microfone 2538, a antena wireless 2542 e a fonte de energia 2544 são externos ao sistema on-chip 2522. No entanto, cada um pode estar acoplado a um componente do sistema on-chip 2522, tal como uma interface ou um controlador.

Os técnicos na área notarão também que os vários exemplos de blocos lógicos, módulos, circuitos e etapas de algoritmos descritos descritas podem ser em conexão com as modalidades aqui implementados na forma de hardware eletrônico, software de computadores, ou combinações de tais. Para ilustrar claramente tal intercambialidade de hardware e software, vários exemplos de componentes, blocos, módulos, circuitos e etapas foram acima descritos de um modo geral em termos de sua funcionalidade. Se tal funcionalidade é implementada na forma de um hardware ou software depende da aplicação e restrições de projeto específicas impostas ao sistema como um todo. Os técnicos na área podem implementar a funcionalidade descrita de

33/33 diversas formas para cada aplicação específica, porém tais decisões de implementação não devem ser interpretadas como um afastamento do escopo da presente invenção.

Ά descrição acima das modalidades preferidas é provida para permitir que os técnicos na área efetivem ou façam uso da presente invenção. As diferentes modificações dessas modalidades ficarão prontamente claras para os técnicos na área e os princípios genéricos aqui definidos podem ser aplicados a outras modalidades sem o uso das 10 faculdades inventivas. Dessa forma, a presente invenção não deve ser limitada às modalidades aqui apresentadas, devendo receber o escopo mais amplo, consistente com os princípios e características novas tal como definidos pelas reivindicações que se seguem.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para formar um dispositivo de junção de túnel magnético, o método caracterizado por compreender:

formar (2210) um canal em um substrato;

depositar (2212) uma estrutura de junção de túnel magnético, MTJ, no interior do canal, a estrutura MTJ incluindo um eletrodo inferior, uma camada fixa, uma camada de barreira de túnel, uma camada livre e um eletrodo superior;

aplicar (2214) um processo inverso de foto gravação para remover material que não estiver diretamente sobre o canal; e planarizar (2216) a estrutura MTJ sem efetuar um processo de foto gravação sobre a estrutura MTJ após aplicar o processo inverso de foto gravação.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por planarizar (2216) a estrutura MTJ compreender efetuar um processo de planarização químicomecânico, CMP, para remover excesso de material.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela estrutura MTJ ser formada sem utilizar um processo de
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foto gravação em MTJ.

Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado efetuar (2218) um processo de orientação de
5.

por compreender também recozimento magnético um campo magnético portado pela camada fixa.

Método, de para definir uma acordo com a reivindicação 1, caracterizado por formar o canal compreender:

depositar (2202) uma camada de filme de cobertura sobre uma camada dielétrica entre camadas do substrato;

efetuar (2204) processo de foto/gravação/ extração foto-resistente sobre as camadas de filme de cobertura e dielétrica entre camadas para definir uma via;

depositar (2206) um material condutor no interior da via;

Petição 870190008752, de 28/01/2019, pág. 6/9

2/3 efetuar (2206) um processo de planarização químico-mecânico, CMP, para planarizar o substrato;

depositar (2208) uma camada de filme de cobertura; e definir (2212) o canal no substrato, o canal possuindo dimensões que determinam a estrutura MTJ sem efetuar um processo de foto gravação sobre a estrutura MTJ.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por:

aplicar (2214) um processo inverso de foto gravação para remover material que não estiver diretamente sobre o canal compreender remover (2316) excesso de material que não está diretamente sobre o canal usando um processo de foto gravação de baixa resolução; e em que o método compreende também:

planarizar (2318) o substrato.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela estrutura MTJ compreender:

uma camada anti-magnética sobre o eletrodo inferior no interior do canal;

a camada fixa sobre a camada anti-ferromagnética;

um material de óxido metálico formando a barreira de túnel;

a camada livre sobre a barreira de túnel; e
8.

o eletrodo superior sobre a camada livre. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender também efetuar (2320) um processo de recozimento magnético sobre uma camada selecionada para fixar uma orientação de um campo magnético, a camada selecionada compreendendo a camada fixa.

Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por planarizar (2318) a estrutura MTJ e o substrato compreender efetuar um processo de planarização

Petição 870190008752, de 28/01/2019, pág. 7/
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3/3 químico-mecânico, CMP, sem efetuar um processo de foto gravação sobre a estrutura MTJ.
10. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo substrato compreender uma camada dielétrica entre camadas e uma camada de filme de cobertura.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por planarizar (2318) a estrutura MTJ e o substrato compreende efetuar um processo de planarização químico-mecânico, CMP, para remover excesso de material da estrutura MTJ e parar na camada de filme de cobertura.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por:

o substrato compreender um material semicondutor possuindo uma camada dielétrica entre camadas e uma camada de filme de cobertura, em que o canal se estende através da camada de filme de cobertura e para o interior da camada dielétrica entre camadas; e em que o método compreende também:

efetuar (2410) um processo de planarização sobre o substrato, de modo que a estrutura MTJ e o substrato formem uma superfície substancialmente plana.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por efetuar (2410) o processo de planarização compreender efetuar um processo de planarização químicomecânico, CMP, sobre a estrutura MTJ e o substrato.
14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo canal possuir um formato substancialmente elíptico.