BRPI0919056B1

BRPI0919056B1 - Elemento magnético utilizando passivação de parede lateral protetora

Info

Publication number: BRPI0919056B1
Application number: BRPI0919056-2A
Authority: BR
Inventors: Seung H. Kang; Sei Seung Yoon
Original assignee: Qualcomm Incorporated
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2019-09-17
Also published as: TW201029238A; BRPI0919056A2; CN102160204B; US20100072566A1; JP5415543B2; CN102160204A; ES2397820T3; JP2012503885A; KR20110074559A; US8482966B2; EP2342767B1; EP2342767A1; TWI395356B; WO2010036581A1; KR101331511B1

Abstract

elemento magnético utlizando passivação de parede lateral protetora. trata-se de modalidades de exemplo da invenção dirigidas a elementos magnéticos que incluem uma camada de passivação para isolamento de outros elementos em um chip. dirige-se urna modalidade a um aparelho que compreende um elemento de junção de túnel magnética (mtj). o elemento de mtj compreende: urna primeira camada ferrornagnética, urna segunda camada ferrornagnética, urna camada de isolamento disposta entre as primeira e segunda camadas ferrornagnéticas, além de urna camada de passi v ação de mtj que forma paredes laterais protetoras dispostas adjacentes à primeira camada ferrornagnética, à segunda camada ferrornagnética, e à camada de isolamento.

Description

ELEMENTO MAGNÉTICO UTLIZANDO PASSIVAÇÃO DE PAREDE LATERAL

PROTETORA

CAMPO DA REVELAÇÃO	da invenção	referem-se a
As	modalidades
dispositivos	de elementos	magnéticos.	De forma mais
específica,	as modalidades	da invenção	se referem a

elementos magnéticos que incluem uma camada de passivação para isolamento de outros elementos em um chip.

FUNDAMENTOS

Empregam-se dispositivos magnetoeletrônicos, também chamados de dispositivos eletrônicos de spin ou de dispositivos spintrônicos, em numerosas tecnologias de informação que possibilitam o armazenamento e a recuperação de dados não voláteis, confiáveis, resistentes à radiação, e de alta densidade. Os exemplos de dispositivos magnetoeletrônicos incluem, mas não se limitam a eles, a memória de acesso aleatório magnética (MRAM), sensores magnéticos, além de cabeças de leitura/escrita para unidades de disco.

De forma característica, um dispositivo magnetoeletrônico, tal como um elemento de memória magnética, tem uma estrutura que inclui múltiplas camadas ferromagnéticas separadas por ao menos uma camada não magnética. Armazena-se a informação em um elemento de memória magnética como a direção de vetores de magnetização nas camadas magnéticas. Os vetores de magnetização em uma camada magnética, por exemplo, são fixados ou presos de forma magnética, enquanto a direção de magnetização da outra camada magnética está livre para mudar entre a mesma direção e direções opostas que se chamam estados paralelo e antiparalelo, respectivamente. Em resposta aos estados paralelo e antiparalelo, o elemento de memória magnética representa duas resistências diferentes. A resistência tem

2/18 um valor mínimo quando os vetores de magnetização das duas camadas magnéticas apontam substancialmente para a mesma direção, e tendo um valor máximo quando os vetores de magnetização das duas camadas magnéticas apontam substancialmente para direções opostas. Em consequência, a detecção de mudança na resistência permite a um dispositivo, tal como um dispositivo de MRAM, detectar a informação armazenada no elemento de memória magnética.

As Figuras IA e 1B ilustram um tipo de elemento de memória magnética conhecido como elemento de junção de túnel magnética nos estados paralelo e antiparalelo, respectivamente.

Como se mostra, pode-se formar um elemento de junção de túnel magnética (MTJ) 100 a partir de duas camadas magnéticas 110 e 130, cada uma das quais podendo reter um campo magnético, separadas por uma camada de isolamento (barreira de túnel) 120. Ajusta-se uma das duas camadas (por exemplo, camada fixa 110) para uma determinada polaridade. A outra polaridade de camada (por exemplo, camada 130)132 é livre para mudar a fim de coincidir com aquela de um campo externo passível de ser aplicado. Uma mudança na polaridade 132 da camada livre 130 mudará a resistência do elemento de MTJ 100. Por exemplo, quando as polaridades se alinham (Figura IA) , ocorre um estado de baixa resistência. Quando as polaridades não estão alinhadas (Figura 1B) , ocorre um estado de alta resistência. Simplificou-se a ilustração da MTJ 100, sendo que aqueles versados na técnica entenderão que cada camada ilustrada pode compreender uma ou mais camadas de materiais, como se conhece na técnica.

Ao contrário das tecnologias de RAM convencionais que armazenam dados como cargas elétricas ou fluxos de corrente, a MRAM emprega elementos magnéticos, como a MTJ

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100, para armazenar informações de forma magnética. A MRAM tem várias características desejáveis que a tornam candidata a uma memória universal, tais como alta velocidade, alta densidade (isto é, tamanho de célula de bits pequeno), baixo consumo de energia, e nenhuma degradação ao longo do tempo. Contudo, a MRAM tem problemas de escalabilidade. De forma específica, à medida que as células de bits se tornam menores, os campos magnéticos usados para comutar o estado de memória aumentam. Em consequência, a densidade de corrente e o consumo de energia aumentam para proporcionar os campos magnéticos mais altos, limitando desse modo a escalabilidade da MRAM.

Diferente da MRAM convencional, a Memória de Acesso Aleatório Magnetoresistiva de Torque de Transferência de Spin (STT-MRAM) emprega elétrons que se tornam spin-polarizados quando os elétrons passam através de uma película fina (filtro de spin). A STT-MRAM também é conhecida como RAM de Torque de Transferência de Spin (STTRAM) , RAM de Comutação de Magnetização de Transferência de Torque de Spin (Spin-RAM), e Transferência de Momento de Spin (SMT-RAM). Durante a operação de escrita, os elétrons spin-polarizados exercem um torque sobre a camada livre pode mudar a polaridade da camada livre. A operação que de leitura é similar à MRAM convencional, pelo fato de se empregar uma corrente para detectar a resistência/estado lógico do elemento de armazenamento de

MTJ, conforme tratado anteriormente. Como se ilustra na

Figura

2A, uma célula de bits de STT-MRAM 200 inclui a MTJ

205, o transistor 210, a linha de bits

220 e a linha de palavras

230. Comuta-se o transistor 210 para ligado para ambas as operações de leitura e escrita a fim de permitir à corrente fluir através da MTJ 205, de modo que o estado lógico pode ser lido ou gravado.

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Com referência à Figura 2B, ilustra-se um diagrama mais detalhado de uma célula de STT-MRAM 201 com a finalidade de discussão adicional das operações de leitura/escrita. Em adição aos elementos anteriormente tratados, como a MTJ 205, o transistor 210, a linha de bits 220 e a linha de palavras 230, ilustram-se uma linha de fonte 240, um amplificador de senso 250, o conjunto de circuitos de leitura/escrita 260 e a referência de linha de bits 270. Conforme acima tratado, a operação de gravar em uma STT-RAM é elétrica. O conjunto de circuitos de leitura/escrita 260 gera uma voltagem de gravar entre a linha de bits 220 e a linha de fonte 240. Dependendo da polaridade de voltagem entre a linha de bits 220 e a linha de fonte 240, pode-se mudar a polaridade da camada livre da MTJ 205 e, de forma correspondente, pode-se gravar o estado lógico na célula 201. Da mesma forma, durante uma operação de leitura gera-se uma corrente de leitura, que flui entre a linha de bits 220 e a linha de fonte 240 através da MTJ 205. Ao se permitir à corrente fluir através do transistor 210, pode-se determinar a resistência (estado lógico) da MTJ 205 com base no diferencial de voltagem entre a linha de bits 220 e a linha de fonte 240, sendo comparada a uma referência 270 e, em seguida, amplificada pelo amplificador de senso 250. Aqueles versados na técnica devem entender que a operação e a estrutura da célula de memória 201 são conhecidas na técnica. Proporcionam-se detalhes adicionais, por exemplo, em M. Hosomi e outros, A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching: Spin-RAM, atas da conferência do IEDM (2005), incorporada em sua totalidade a este documento a titulo de referência.

O desafio principal de encaixar a STT-MRAM dentro de dispositivos lógicos de CMOS sub-100 nm consiste em

5/18 integrar a pilha de MTJ (por exemplo, de forma coletiva as camadas 110, 120, e 130) a interconexões comuns de Retaguarda-da-Linha (BEOL), tais como contatos, isoladores, níveis metálicos, locais de ligação para conexões chip para pacote, etc., sem impactar de modo substancial o rendimento e a confiabilidade. O problema é que a MTJ pode se danificar durante o processamento de BEOL, ou que ions móveis e outros contaminadores relacionados à MTJ possam degradar dielétricos intraniveis de BEOL (ILDs). A integração é particularmente desafiadora ao se dispor a MTJ com interconexões de passo fino (por exemplo, obter células de memória menores) junto com os ILDS comuns aos dispositivos de CMOS sub-100 nm. A MTJ necessita não apenas formar e satisfazer características específicas através de todas as etapas de fabricação, mas também funcionar de forma confiável. Além disso, a incorporação de vários materiais empregados na MTJ necessitam não afetar de forma adversa as interconexões de BEOL. Quer dizer, deve-se permitir relativamente poucos, ou nenhum, ions móveis ou contaminadores dentro dos ILDs de BEOL.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

As modalidades de exemplo da invenção são dirigidas a elementos magnéticos gue incluem uma camada de passivação para isolamento de outros elementos em um chip.

Dirige-se uma modalidade a um aparelho que compreende um elemento de junção de túnel magnética (MTJ). O elemento de MTJ compreende: uma primeira camada ferromagnética, uma segunda camada ferromagnética, uma camada de isolamento disposta entre a primeira e a segunda camadas ferromagnéticas, além de uma camada de passivação de MTJ gue forma paredes laterais protetoras dispostas adjacentes à primeira camada ferromagnética, à segunda camada ferromagnética, e à camada de isolamento.

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Dirige-se outra modalidade a um método para formar uma junção de túnel magnética (MTJ) que inclui um elemento de MTJ. O método compreende: formar uma primeira camada ferromagnética, formar uma segunda camada ferromagnética, formar uma camada de isolamento disposta entre as primeira e segundas camadas ferromagnéticas, além de formar uma camada de passivação de MTJ de paredes laterais protetoras dispostas adjacentes à primeira camada ferromagnética, à segunda camada ferromagnética, e à camada de isolamento.

Dirige-se outra modalidade a um aparelho que compreende um elemento de junção de túnel magnética (MTJ). O elemento de MTJ compreende: uma primeira camada ferromagnética, uma segunda camada ferromagnética, uma camada de isolamento disposta entre as primeira e segunda camadas ferromagnéticas, além de meios de passivação de MTJ dispostos adjacentes à primeira camada ferromagnética, à segunda camada ferromagnética, e à camada de isolamento para ao menos parcialmente isolar elétrica e magneticamente o elemento de MTJ de interferência.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Apresentam-se os desenhos anexados com a finalidade de ajudar na descrição das modalidades da invenção, sendo proporcionados somente para ilustração das modalidades, mas não para a sua limitação.

As Figuras IA e IB ilustram um tipo de elemento de memória magnética conhecido como uma junção de túnel magnética nos estados paralelo e antiparalelo, respectivamente.

Aa Figuras 2A e 2B ilustram células de Memória de Acesso Aleatório Magnetoresistiva de Torque de Transferência de Spin (STT-MRAM).

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A Figura 3 ilustra um elemento de MTJ que inclui uma camada de passivação.

A Figura 4 ilustra uma vista da camada em corte transversal de uma parte de um dispositivo de MTJ que inclui uma camada de passivação.

A Figura 5 ilustra um elemento de MTJ que inclui uma camada de passivação e uma película de blindagem auxiliar.

A Figura 6 ilustra uma vista da camada em corte transversal de uma parte de um dispositivo de MTJ que inclui uma camada de passivação e uma película de blindagem auxiliar.

A Figura 7 ilustra uma vista da camada em corte transversal de uma parte de um dispositivo de MTJ que inclui uma camada de passivação e uma película de blindagem auxiliar parcial.

A Figura 8 ilustra uma vista da camada em corte transversal de uma parte de um dispositivo de MTJ que inclui um eletrodo de topo moldado por uma máscara de MTJ.

A Figura 9 ilustra um método para fabricar um dispositivo de MTJ.

A Figura 10 ilustra um circuito de STT-MRAM que inclui um elemento de MTJ.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Revelam-se aspectos de modalidades da invenção na descrição que se segue e nos desenhos relacionados dirigidos a modalidades especificas da invenção. Pode-se desenvolver modalidades alternativas sem se apartar do âmbito da invenção. Em adição, os elementos da invenção de conhecimento geral não serão descritos em detalhe ou serão omitidos de modo a não confundir os detalhes relevantes de modalidades da invenção.

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Emprega-se neste documento a expressão de exemplo significando servir como um exemplo, caso, ou ilustração. Qualquer modalidade descrita neste documento como de exemplo necessariamente não se deve considerar como preferencial ou vantajosa em relação às demais modalidades. Da mesma forma, a expressão modalidades da invenção não exige que todas as modalidades da invenção incluam a vantagem do recurso tratado ou o modo de operação.

Conforme tratado nos Fundamentos, a integração dos elementos de junção de túnel magnética (MTJ) com as interconexões de Back-End-Of-The-Line (BEOL) tem degradado de forma convencional os elementos de MTJ durante o processamento de BEOL, assim como permitido a ions móveis e outros contaminadores impactar desfavoravelmente as próprias interconexões. Em consequência, modalidades da invenção proporcionam uma pilha de MTJ com paredes laterais que são encapsuladas por uma fina camada de passivação protetora. Esta camada, uma película de isolamento de forma elétrica e magnética, pode ser fabricada empregando um esquema de CMOS comum que se segue ao entalhe da MTJ. Podese formar a camada suficientemente fina de modo a não impactar a disposição de célula, porém ainda adequadamente compacta para funcionar como uma camada protetora não apenas durante a fabricação, mas também durante o funcionamento do dispositivo na área de atuação.

A Figura 3 ilustra um elemento de MTJ que inclui uma camada de passivação de acordo com uma modalidade da invenção.

Conforme se mostra, forma-se a MTJ 300 a partir de duas camadas magnéticas 310 e 330, cada uma delas capaz de reter um campo magnético, separadas por uma camada isolante (barreira de túnel) 320. A MTJ 300 inclui ainda

9/18 uma camada de passivação de MTJ 340. A camada de passivação de MTJ 340 forma paredes laterais adjacentes às outras camadas de MTJ 310, 320, e 330 (chamadas de forma coletiva como a pilha de MTJ). Embora se empregue neste documento o termo adjacente para descrever a orientação da camada de passivação de MTJ 340 em relação à pilha de MTJ, aquele versada na técnica entenderá que a camada de passivação de MTJ 340 não necessita estar em contato físico direto com a pilha de MTJ quando outras camadas (não mostradas) podem de fato intervir fisicamente. O aspecto importante de sua orientação relativa é simplesmente que a camada de passivação de MTJ 340 seja colocada entre a pilha de MTJ e quaisquer interconexões, formando uma barreira contra íons móveis e outros contaminadores tanto durante o processamento de BEOL como o subsequente funcionamento do dispositivo. Em consequência, o termo adjacente como empregado neste documento significa transportar apenas a orientação relativa da camada de passivação de MTJ 340 à pilha de MTJ, não se destinando a dar a entender contato físico direto.

A camada de passivação de MTJ 340 é uma película empregada para insolar a pilha de MTJ de forma tanto elétrica como magnética das várias interconexões. Por exemplo, a camada de passivação de MTJ 340 pode ser formada como paredes laterais dielétricas adjacentes à pilha de MTJ das camadas 310, 320, e 330. Pode-se fabricar a camada de passivação de MTJ 34 0 empregando um esquema de CMOS comum que se segue ao entalhe de MTJ. Pode-se formar a camada de passivação de MTJ 340 por um ou por múltiplos materiais de conhecimento geral empregados na fabricação de CMOS. Por exemplo, a camada de passivação de MTJ 340 pode ser uma camada dielétrica, além de poder ser formada de dióxido de silício, carboneto de silício, nitreto de silício, etc.

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Pode-se formar a camada de passivação de MTJ 340 suficientemente fina de modo a não impactar a disposição da célula, porém ainda adequadamente espessa para funcionar como uma camada protetora. Por exemplo, a espessura pode se situar na faixa em torno de 5 nm a em torno de 100 nm. A espessura com a qual se forma a camada de passivação de MTJ 340 é de aplicação especifica e depende da extensão dos recursos da tecnologia de CMOS empregada.

A Figura 4 ilustra uma vista da camada em corte transversal de uma parte do dispositivo de MTJ que inclui uma camada de passivação de acordo com uma modalidade da invenção.

Como se mostra, o dispositivo inclui um elemento de MTJ 440. A MTJ 440 pode ser formada como uma pilha de camadas de acordo com qualquer das descrições acima, tal como a MTJ 100, 300, etc. Dois níveis metálicos 410 e 420, dispostos em um dielétrico intraníveis (ILD) 430, formam a conexão elétrica em ambos os lados da MTJ 440. Um eletrodo de base 412 e um eletrodo de topo 422 formam os contatos elétricos entre a MTJ 440 e os dois níveis metálicos 410 e 420, respectivamente. Para o isolamento intracamadas, podese formar uma camada de passivação global 480 entre os dois níveis metálicos 410 e 420. Deve-se compreender que a camada de passivação global 480 é um recurso opcional que pode proporcionar isolamento intracamadas de acordo com uma ou mais modalidades, mas pode ser omitida de acordo com outras modalidades, quando desejado. A camada de passivação global 480 pode ser feita de um carboneto, nitreto, ou composto de óxido, ou algo semelhante. Em adição, pode-se empregar uma camada dielétrica 450 (por exemplo, SiC) como uma barreira de isolamento entre a camada metálica 410 e uma via intraníveis (não mostrada) que conecta de forma localizada os dois níveis metálicos 410 e 420.

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Forma-se a camada de passivação de MTJ 460 adjacente à MTJ 440 para proporcionar isolamento a partir do ILD 430, conforme descrito acima em maior detalhe. Embora não ilustrado de modo explícito na vista em corte transversal da Figura 4, deve-se entender que a camada de passivação de MTJ 4 60 pode ser formada em uma parede lateral de película contínua que envolve a MTJ 440 a fim de proteger todos os lados da MTJ 440. Uma vez que a MTJ 440 pode não necessariamente ocupar todo o espaço colocado entre os eletrodos de topo e de base 412 e 420, pode-se preencher o espaço interposto com uma película de isolamento 470, tal com carboneto, nitreto, ou composto de óxido, ou algo semelhante.

De acordo com modalidades adicionais, pode-se formar uma película de blindagem auxiliar feita de um material de permeabilidade relativamente alta (por exemplo, permaloi) adjacente às paredes laterais de passivação para proporcionar blindagem magnética adicional além de mais isolamento dos elementos de MTJ. Pode-se usar a película de blindagem adicional para reduzir o estresse termomecânico sobre a MTJ, mas introduz um material adicional se já não pertencer à pilha de MTJ.

A Figura 5 ilustra um elemento de MTJ que inclui uma camada de passivação e uma película de blindagem auxiliar de acordo com uma modalidade da invenção.

Como se mostra, o elemento de MTJ 500 inclui uma pilha de MTJ de camadas 310 a 330 e uma camada de passivação 340, formadas de acordo com o projeto da Figura 3. Em adição, forma-se uma película de blindagem auxiliar 550 adjacente à camada de passivação 340. Conforme acima tratado, a película de blindagem auxiliar 550 proporciona blindagem magnética auxiliar adicional da MTJ 500 acima da proporcionada pela camada de passivação 340 sozinha.

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Similar à camada de passivação de MTJ 340, podese formar a película de blindagem auxiliar 550 suficientemente fina de modo a não impactar a disposição de célula, porém ainda adequadamente espessa para funcionar como uma camada de blindagem. A espessura com a qual se forma a película de blindagem auxiliar 550 é de aplicação específica e depende da extensão dos recursos da tecnologia de CMOS empregada. De modo geral, uma película de blindagem auxiliar 550 mais espessa proporciona melhor blindagem, porém a espessura pode ser limitada pelo tamanho dos eletrodos de topo e de base.

A Figura 6 ilustra uma vista da camada em corte transversal de uma parte de um dispositivo de MTJ que inclui uma camada de passivação e uma película de blindagem auxiliar de acordo com uma modalidade da invenção.

Como se mostra, o dispositivo da Figura 6 inclui um elemento de MTJ 440, dois níveis metálicos 410 e 420, um eletrodo de base 412, um eletrodo de topo 422, uma camada dielétrica 450, uma camada de passivação de MTJ 460, e uma camada de passivação glopal 480, dispostos em um ILD 430, formados de acordo com o projeto da Figura 4. Contudo, no lugar do filme de isolamento 470, o projeto da Figura 6 inclui uma película de blindagem auxiliar 670 formada no espaço entre os eletrodos de topo e de base 412 e 420.

O emprego de uma permeabilidade relativamente alta para a película de blindagem auxiliar pode ser desejável quando dispositivos modificam para menores pitches entre elementos de MTJ, o que leva à interferência mútua aumentada. Contudo, o emprego de películas de blindagem auxiliar exige mais materiais e, potencialmente, uma maior quantidade de processos de fabricação. Assim, os projetos das Figuras 3 e 4 quando comparados com os das Figuras 5 e 6 representam um equilíbrio entre desempenho e

13/18 custo, permitindo ao projetista encontrar uma faixa variável de requisitos específicos várias modalidades da invenção.

de aplicação ao empregar abordagem blindagem adj acente preenche base com permite proj etos

Além disso, em algumas modalidades, usa-se uma híbrida auxiliar à camada na qual se parcial de forma uma película de uma espessura desejada de passivação espaço restante entre os uma película de ao projetista o das Figuras de blindagem auxiliar sobre isolamento.

de MTJ, sendo que se eletrodos de topo e de Esta abordagem híbrida ajuste fino dos equilíbrios dos 3 a 6 formando-se a película de uma faixa de espessuras desejadas.

A Figura 7 ilustra uma vista da camada em corte transversal de uma parte de um dispositivo de MTJ que inclui uma camada de passivação e uma película de blindagem auxiliar parcial de acordo com uma modalidade da invenção.

Como se mostra, o dispositivo da Figura 7 inclui um elemento de MTJ 440, dois níveis metálicos 410 e 420, um eletrodo de topo 422, uma camada dielétrica 450, uma camada de passivação de MTJ 460, e uma camada de passivação global 480, dispostas em um ILD 430, formadas de acordo com os projetos da Figura 4 e/ou Figura 6. Contudo, em lugar da camada de blindagem auxiliar completa 670 da Figura 6 e da camada de isolamento completa 470 da Figura 4, o projeto da Figura 7 inclui uma camada de blindagem auxiliar parcial 772 formada sobre a camada de passivação de MTJ 460, além de uma camada de isolamento parcial 774 formada sobre a camada de blindagem auxiliar parcial 772.

Com referência aos eletrodps de contato acima descritos, os projetos das Figuras 4, 6, e 7 incluem um eletrodo de topo 422 e um eletrodo de base 412 formados com igual comprimento. Contudo, de acordo com algumas modalidades, pode-se moldar o eletrodo de topo 422

14/18 empregando a própria máscara de MTJ 440, sem a necessidade de uma etapa de processamento adicional. Isto simplifica a formação do dispositivo e reduz a complexidade do processo.

A Figura 8 ilustra uma vista da camada em corte transversal de uma parte de um dispositivo de MTJ que inclui um eletrodo de topo moldado por uma máscara de MTJ de acordo com uma modalidade da invenção.

Como se mostra, o dispositivo da Figura 8 inclui um elemento de MTJ 440, dois níveis metálicos 410 e 420, um eletrodo de base 412, uma camada dielétrica 450, uma camada de passivação de MTJ 460, e uma camada de passivação global 480, dispostas em um ILD 430, formadas de acordo com os projetos das Figuras 4, 6 e/ou 7. A Figura 8 ainda ilustra uma região de interposição 870, que pode ser executada de acordo com qualquer dos projetos das Figuras precedentes 4, 6, ou 7. Contudo, ao contrário dos projetos precedentes, a Figura 8 ilustra um eletrodo de topo 822 moldado pela máscara empregada para o elemento de MTJ 440. Em consequência, o eletrodo de topo 822 estende-se somente sobre a largura do elemento de MTJ 440. Em adição, forma-se também a camada de passivação de MTJ 460 sobre os lados do eletrodo de topo 822.

A Figura 9 ilustra um método de fabricação de um dispositivo de MTJ de acordo com uma modalidade da invenção.

Tomando como referência as Figuras de 3 a 8, forma-se uma primeira camada ferromagnética 310/330 sobre um substrato ou outra camada, por exemplo, o eletrodo de base 412 (bloco 910). Forma-se uma camada de isolamento de MTJ 320 sobre a primeira camada ferromagnética 310/330 (bloco 920) .

Forma-se uma segunda camada ferromagnética

330/310 sobre a camada de isolamento de MTJ 320 (bloco

930). A primeira camada ferromagnética 310/330, a camada de

15/18 isolamento de MTJ 320, e a segunda camada ferromagnética 330/310 (coletivamente, pilha de MTJ 310/320/330) formam o elemento de MTJ 440. Forma-se uma camada de passivação de MTJ 340/360 adjacente à pilha de MTJ 310/320/330 (bloco 940). Forma-se uma camada de blindagem auxiliar 670/772 e/ou uma camada de isolamento 470/774 adjacente(s) à camada de passivação de MTJ 340/360 (bloco 950). Forma-se um eletrodo de topo 422/822 sobre a pilha de MTJ 310/320/330, a camada de passivação de MTJ 340/460, a camada de blindagem auxiliar 670/772, e/ou a camada de isolamento 470/774 (bloco 960) . Pode-se formar, quando desejada, uma camada de passivação global 480 entre a camada metálica 410 e uma via intraniveis (não mostrada) que conecta de forma local os dois níveis metálicos 410 e 420 (bloco 970). Mais uma vez, cada camada pode ser formada sobre uma ou múltiplas camadas feitas de um ou mais materiais, sendo que uma camada supracitada a ser formada sobre outra camada não precisa necessariamente ser formada em contato direto com essa camada. Pode-se fazer a formação de cada camada de acordo com técnicas de processamento de CMOS de conhecimento geral.

Deve-se compreender que o fluxograma da Figura 9 destina-se a ilustrar as formações de várias camadas de acordo com várias modalidades, porém não se destina a transmitir uma sequência específica de etapas de formação quando diferentes modalidades podem exigir a formação de camadas diferentes em sequências diferentes. Por exemplo, ao se moldar o eletrodo de topo 822 pela máscara empregada para o elemento de MTJ 440, como na Figura 8, a sequência do processo é tal que o eletrodo de topo 822 é formado antes da camada de passivação de MTJ 460. Contudo, quando o eletrodo de topo 422 é formado independentemente da máscara usada para o elemento de MTJ 440, como nas Figuras 4, 6, e

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7, a sequência do processo é tal que o eletrodo de topo 422 é formado após a camada de passivação de MTJ 460.

A Figura 10 ilustra um circuito de STT-MRAM que inclui um elemento de MTJ de acordo com uma modalidade da invenção.

circuito inclui uma célula de bits 1001 que engloba uma MTJ 1005 e um transistor de linha de palavras 1010 acoplado entre a linha de bits (BL) 1020 e a linha de fonte (SL) 1040. O transistor de linha de palavras 1010 recebe uma voltagem de leitura de linha de palavras (WL_rd) a partir da linha de palavras (não mostrada). Acopla-se um elemento de isolamento de leitura 1050 à linha de bits 1020 para isolar o amplificador de senso 1070 durante uma operação de escrita. Pode-se usar o elemento 1050 (por exemplo, multiplexador de leitura) para selecionar uma das linhas de bits durante a operação de leitura, assim como para proporcionar o isolamento do amplificador de senso. Como será compreendido por aqueles versados na técnica, o elemento de isolamento de leitura 1050 pode ser qualquer dispositivo ou combinação de dispositivos que possa acoplar o amplificador de senso 1070 à linha de bits 1020 durante operações de leitura e que possa isolar amplificador de senso 1070 durante operações de escrita.

Por exemplo, elemento de isolamento 1050 pode ser uma porta de transmissão acoplada em série com uma entrada do amplificador de senso

1070.

Contudo, aqueles versados na técnica compreenderão que é possível empregar outros dispositivos e/ou combinações de dispositivos, tais como multiplexadores e assemelhados.

Além disso, aqueles versados na técnica compreenderão que configuração de circuito ilustrada neste documento meramente para facilitar a descrição de aspectos de modalidades da

17/18 invenção, não se destinando a limitar as modalidades aos elementos e/ou às disposições ilustradas.

Voltando à Figura 10, o elemento de isolamento 1050 pode receber um sinal de permitir leitura (rd_en) para coordenar com a operação de leitura. Acopla-se um amplificador de senso 1070 à linha de bits 1020 e a uma referência 1060. Pode-se usar o amplificador de senso 1070 para determinar o estado da célula de bits 1001 amplificando-se o diferencial de voltagem entre a linha de bits 1020 e a referência 1060 na entrada do amplificador de senso 1070 durante a operação de leitura. Durante a operação de leitura, o transistor 1010 está conduzindo e uma corrente de leitura flui através da MTJ 1005. O elemento de isolamento de leitura 1050 estará conduzindo e será gerada uma voltagem proporcional à resistência da MTJ

1005, sendo detectada no amplificador de senso 1070.

Conforme acima tratado, a resistência variará com base no estado lógico da MTJ

1005. Em consequência, os dados armazenados na célula de bits 1001 podem ser lidos. Acoplase um controlador de escrita 1080 e elementos de isolamento de escrita 1082 e 1084 entre a linha de bits 1020 e a linha de fonte 1040 a fim de permitir a seleção de uma linha de bits e dados de escrita para a célula de bits 1001.

Pode-se executar a MTJ 1005 empregando as técnicas descritas neste documento para proteger contra a degradação durante o processamento de BEOL e isolar o resto do circuito 1000 de ions móveis e outros contaminadores da MTJ. Por exemplo, pode-se executar a MTJ 1005 como se mostra em qualquer das Figuras de 3 a 8 e/ou fabricá-la como ilustrado na Figura 9.

Embora a revelação antecedente mostre modalidades ilustrativas da invenção, deve-se observar que é possível fazer várias mudanças e modificações neste documento sem se

18/18 apartarem do âmbito das modalidades da invenção conforme definido pelas reivindicações anexadas. Por exemplo, ainda que de modo geral as técnicas descritas neste documento tenham sido dirigidas para a fabricação de elementos magnéticos aos elementos de MTJ e dispositivos de STT-MRAM, aquele versado na técnica compreenderá que se pode empregar a camada de passivação junto com vários elementos magnetoelétricos em várias aplicações a fim de proporcionar isolamento de outros elementos em um chip. Além disso, é possível mudar sinais lógicos específicos que correspondem aos transistores/circuitos a se ativar quando apropriado, com a finalidade de obter a funcionalidade revelada ao se poder modificar os transistores/circuitos para dispositivos complementares (por exemplo, intercambrar dispositivos PMOS e NMOS). Da mesma forma, as funções, etapas, e/ou ações descritas neste documento não necessitam ser executas na ordem específica mostrada. Além disso, embora se possa descrever ou reivindicar elementos da invenção no singular, considere-se o plural a menos gue se declare de forma explicita a limitação ao singular.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho compreendendo um elemento (440) de junção de túnel magnética, MTJ, caracterizado por compreender:

uma primeira camada ferromagnética;

uma segunda camada ferromagnética; e uma primeira camada de isolamento disposta entre as primeira e segunda camadas ferromagnéticas; e uma camada de passivação (460) de MTJ que forma paredes laterais protetoras dispostas adjacentes à primeira camada ferromagnética, à segunda camada ferromagnética, e à primeira camada de isolamento;

uma segunda cama de isolamento (470) disposta adjacente à camada de passivação (460) de MTJ e envolvendo o elemento (440) de MTJ;

um dielétrico intraníveis, ILD, (430), que envolve o elemento (440) de MTJ e a segunda camada de isolamento (470); e uma camada de passivação global (480) disposta entre as segunda camada de isolamento (470) e o ILD (430).
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela camada de passivação de MTJ ser formada por um material dielétrico.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela camada de passivação de MTJ ser formada com uma dada espessura na faixa de cerca de 5 nm a cerca de 100 nm.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda:

uma camada de blindagem auxiliar (772) interposta entre e separando a camada de passivação (460) de MTJ e a segunda camada de isolamento (774) para blindar de forma magnética o elemento de MTJ.

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5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela camada de blindagem auxiliar (772) ser formada por um material de alta permeabilidade.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela segunda camada de isolamento ser formada por um carboneto, um nitreto, ou um composto de óxido.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por:

a camada de passivação global (480) ser disposta sobre a camada de blindagem auxiliar camada de isolamento (774).
8. Aparelho, de acordo com caracterizado por:

a camada passivação global camadas metálicas do aparelho.
9. Aparelho, de acordo com (772) e a segunda a reivindicação 1, ser disposta entre a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda:

um eletrodo de topo (822) padronizado sobre a mesma largura que o elemento de MTJ e envolvido em seus lados pela camada de passivação (460) de MTJ e a segunda camada de isolamento (470); e uma camada metálica (420) em uma superfície de topo do eletrodo de topo.
10. Método para formar uma junção de túnel magnética, MTJ, que inclui um elemento (440) de MTJ, caracterizado por compreender:

formar uma primeira camada ferromagnética;

formar uma segunda camada ferromagnética;

formar uma primeira camada de isolamento disposta entre as primeira e segunda camadas ferromagnéticas;

formar uma camada de passivação (460) de MTJ de paredes laterais protetoras dispostas adjacentes à primeira

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3/3 camada ferromagnética, à segunda camada ferromagnética, e à primeira camada de isolamento; e formar uma segunda cama de isolamento (470) disposta adjacente à camada de passivação (460) de MTJ e envolvendo o elemento (440) de MTJ;

formar um dielétrico intraníveis, ILD, (430), que envolve o elemento (440) de MTJ e a segunda camada de isolamento (470); e formar uma camada de passivação global (480) disposta entre as segunda camada de isolamento (470) e o ILD (430) .
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela camada de passivação de MTJ ser formada por um material dielétrico.
12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender ainda:

formar uma camada de blindagem auxiliar interposta entre e separando a camada de passivação de MTJ e a segunda camada de isolamento para blindar de forma magnética o elemento de MTJ.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela camada de blindagem auxiliar ser formada por um material de alta permeabilidade.
14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda:

formar uma camada de passivação global sobre a camada de blindagem auxiliar e a segunda camada de isolamento.
15. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender ainda:

formar uma camada de passivação global entre camadas metálicas do dispositivo de MTJ.

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