CN106104830B - 用于多步骤磁性隧道结(mtj)蚀刻的替代导电硬掩模 - Google Patents

Abstract

一种用于制造磁性隧道结(MTJ)装置的多步骤蚀刻技术包括在该MTJ装置的第一电极上形成第一导电硬掩模以供在第一蚀刻步骤期间蚀刻第一电极。该方法还包括在第一导电硬掩模上形成第二导电硬掩模以供在第二蚀刻步骤期间蚀刻该MTJ装置的磁性层。间隔体层被共形沉积在第一导电硬掩模的侧壁上。第二导电硬掩模被沉积在第一导电硬掩模上并与第一导电硬掩模的侧壁上的间隔体层对准。

Description

用于多步骤磁性隧道结(MTJ)蚀刻的替代导电硬掩模

技术领域

本公开一般涉及磁性隧道结(MTJ)器件。更具体地，本公开涉及制造高密度磁性随机存取存储器(MRAM)设备阵列。

背景

与常规的随机存取存储器(RAM)芯片技术不同，在磁性RAM(MRAM)中，通过存储元件的磁化来存储数据。存储元件的基本结构包括由薄的隧穿阻挡分隔开的金属铁磁层。通常，位于阻挡下方的铁磁层(例如，钉扎层)具有固定在特定方向上的磁化。隧穿阻挡以上的铁磁磁性层(例如，自由层)具有可被更改以表示或“1”或“0”的磁化方向。例如，在自由层磁化与固定层磁化反平行时可表示“1”。另外，在自由层磁化与固定层磁化平行时可表示“0”，反之亦然。具有固定层、隧穿层和自由层的一种此类器件是磁性隧道结(MTJ)。MTJ的电阻取决于自由层磁化和固定层磁化是彼此平行还是彼此反平行。存储器设备(诸如MRAM)是从可个体寻址的MTJ阵列构建的。

为了将数据写入常规MRAM，通过MTJ来施加超过临界切换电流的写电流。施加超过临界切换电流的写电流改变自由层的磁化方向。当写电流以第一方向流动时，MTJ可被置于或者保持在第一状态，其中其自由层磁化方向和固定层磁化方向在平行取向上对准。当写电流以与第一方向相反的第二方向流动时，MTJ可被置于或者保持在第二状态，其中其自由层磁化和固定层磁化呈反平行取向。

为了读取常规MRAM中的数据，读电流可经由用于将数据写入MTJ的相同电流路径来流经该MTJ。如果MTJ的自由层和固定层的磁化彼此平行地取向，则MTJ呈现平行电阻。该平行电阻不同于在自由层和固定层的磁化以反平行取向时MTJ将呈现的电阻(反平行)。在常规MRAM中，由MRAM的位单元中的MTJ的这两个不同电阻定义两种相异的状态。这两个不同的电阻表示由该MTJ存储逻辑“0”值还是逻辑“1”值。

MRAM是使用磁性元件的非易失性存储器技术。例如，自旋转移力矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)使用当穿过薄膜(自旋过滤器)时变为自旋极化的电子。STT-MRAM也被称为自旋转移力矩RAM(STT-RAM)、自旋力矩转移磁化切换RAM(Spin-RAM)、和自旋动量转移(SMT-RAM)。

磁性随机存取存储器的位单元可被布置成包括存储器元件(例如，MRAM情形中的MTJ)模式的一个或多个阵列。自旋转移力矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM)是具有非易失性优势的新兴非易失性存储器。具体地，STT-MARM以比片下动态随机存取存储器(DRAM)更高的速度操作。另外，STT-MRAM具有比嵌入式静态随机存取存储器(eSRAM)更小的芯片尺寸、无限读/写耐久性、以及低阵列漏泄电流。

概述

根据本公开的一方面的制造磁性隧道结(MTJ)装置的方法包括在该MTJ的第一导电硬掩模上、第一电极层上、以及磁性层上共形沉积第一间隔体层。第一间隔体层的第一部分被沉积在第一导电硬掩模的侧壁上且该间隔体层的第二部分被沉积在第一导电硬掩模的表面上。该方法还包括选择性地去除第一间隔体层的第二部分以在介电层内创建凹槽，该凹槽与第一间隔体层的第一部分对准。根据本公开的这一方面，该方法还包括用导电材料填充凹槽以在第一间隔体层的第一部分上和第一导电硬掩模上形成第二导电硬掩模。

根据本公开的一方面的MTJ装置包括第二电极层上的第一导电硬掩模。第二电极层在MTJ层的堆叠上且电耦合至该MTJ层的堆叠。MTJ装置包括第一导电硬掩模的侧壁、第二电极层的侧壁、以及MTJ层堆叠的表面上的第一间隔体。根据本公开的这一方面，MTJ装置还包括与第一间隔体的侧壁对准的第二导电硬掩模。第二导电硬掩模在第一导电硬掩模上并且在第一间隔体上。

根据本公开的另一方面的MTJ装备包括用于掩盖耦合至MTJ层的堆叠的第一电极层以及用于提供至第一电极层的导电路径的第一装置。第一掩盖装置邻接第一电极层。MTJ装备还包括用于保护第一装置的侧壁的装置。保护装置邻接第一装置的侧壁、第一电极层的侧壁、以及MTJ层的堆叠的表面。根据本公开的这一方面，MTJ装备还包括用于掩盖MTJ磁性层的堆叠以及用于电耦合至第一导电路径的第二装置。第二装置与第一装置的侧壁对准并邻接第一装置的表面。

这已较宽泛地勾勒出本公开的特征和技术优势以便下面的详细描述可以被更好地理解。本公开的附加特征和优点将在下文描述。本领域技术人员应该领会，本公开可容易地被用作修改或设计用于实施与本公开相同的目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到，这样的等效构造并不脱离所附权利要求中所阐述的本公开的教导。被认为是本公开的特性的新颖特征在其组织和操作方法两方面连同进一步的目的和优点在结合附图来考虑以下描述时将被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附图均仅用于解说和描述目的，且无意作为对本公开的限定的定义。

附图简述

为了更全面地理解本公开，现在结合附图参阅以下描述。

图1是连接至存取晶体管的磁性隧道结(MTJ)器件的示图。

图2是包括MTJ的常规磁性随机存取存储器(MRAM)单元的概念图。

图3是解说易受工艺有关损坏影响的MTJ堆叠的各部分的常规MTJ堆叠的示意横截面视图。

图4A-4B是解说用于保护MTJ堆叠免受工艺有关损坏的当前已知两步骤蚀刻技术的部分制造的MTJ结构的示意横截面视图。

图5A-5J是根据本公开的各方面的在制造期间的MTJ结构的示意横截面视图。

图6是解说根据本公开的各方面的构造MTJ结构的示例性方法的工艺流程图。

图7是示出其中可有利地采用本公开的配置的示例性无线通信系统的框图。

图8是解说根据一种配置的用于半导体组件的电路、布局、以及逻辑设计的设计工作站的框图。

详细描述

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文中所描述的概念的仅有的配置。本详细描述包括具体细节以便提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出众所周知的结构和组件以便避免淡化此类概念。如本文所述的，术语“和/或”的使用旨在代表“可兼性或”，而术语“或”的使用旨在代表“排他性或”。

存储器设备(诸如MRAM)是从可个体寻址的磁性隧道结(MTJ)阵列构建的。MTJ堆叠可包括自由层、固定层和自由层与固定层之间的隧道阻挡层，以及一个或多个铁磁层。MTJ堆叠易受在蚀刻工艺期间因蚀刻副产品的重新沉积而导致损坏的影响。例如，光致抗蚀剂的去除可包括诸如氧灰化之类的工艺。氧灰化可导致光致抗蚀剂去除工艺期间对硬掩模层(例如，电极层)的损坏。氧灰化还可导致对MTJ堆叠的自由层的侧壁的上部分的损坏。蚀刻工艺从蚀刻MJT堆叠300的硬掩模层推进到蚀刻该堆叠的固定层(例如，钉扎)。当蚀刻工艺进展通过MTJ堆叠时，可导致对自由层314的侧壁322的损坏。当蚀刻工艺进一步推进时，隧穿阻挡层的侧壁的上部分和下部分也可被损坏。

蚀刻工艺的非易失副产品还可沉淀为围绕存储器设备的MTJ的侧壁重新沉积的薄膜。重新沉积的薄膜可充当沿侧壁的漏泄路径，由此降低了MTJ的磁阻(MR)率。此种工艺有关损坏可导致显著降低的产率。现有技术不提供用于保护MTJ免受至少所有这些工艺有关损坏的有效解决方案。

描述了根据本公开的一方面的实现两步骤MTJ蚀刻工艺的方法。在本公开的这一方面中，在第二蚀刻步骤期间保护间隔体。

图1解说了存储器单元100，其包括耦合至存取晶体管104的磁性隧道结(MTJ)102。MTJ 102的自由层110耦合至位线112。存取晶体管104耦合在MTJ 102的固定层106与固定电势节点122之间。隧道阻挡层114耦合在固定层106与自由层110之间。存取晶体管104包括耦合至字线118的栅极116。

可以使用合成反铁磁材料来形成固定层106和自由层110。例如，固定层106可包括多个材料层，其包括钴铁硼(CoFeB)层、钌(Ru)层和钴铁(CoFe)层。另外，自由层110可以是反铁磁材料(诸如CoFeB)，并且隧道阻挡层114可以是氧化镁(MgO)。

图2解说了常规的STT-MRAM位单元200。STT-MRAM位单元200包括磁性隧道结(MTJ)存储元件205、晶体管201、位线202和字线203。MTJ存储元件例如由被非磁性薄绝缘层(隧穿阻挡)分隔开的至少两个铁磁层(钉扎层和自由层)形成，该至少两个铁磁层中的每一者可保持磁场或极化。来自两个铁磁层的电子因施加于铁磁层的偏置电压下的隧道效应而可穿透隧穿阻挡。自由层的磁性极化可被反转从而钉扎层和自由层的极性或基本对准或相反。通过MTJ的电路径的电阻取决于钉扎层和自由层的极化的对准而变化。电阻中的这一变化可被用于编程和读取位单元200。STT-MRAM位单元200还包括源线204、感测放大器208、读/写电路系统206和位线参考207。

如图3中所示，常规的MTJ存储元件一般形成在电极302(例如，底部电极)上，诸如半导体基板(例如，硅基板)。一个或多个晶种层(未示出)可形成在电极302上。一般，反铁磁(AFM)层304首先形成在电极302上，且随后第一铁磁层形成在AFM层304上。第一铁磁层以固定磁化“钉扎”以形成钉扎层。钉扎层可包括一个或多个层，诸如第一钉扎层306(例如，底部钉扎层)、耦合层308(通常由非磁性金属形成，诸如钌(Ru))、以及第二钉扎层310(例如，顶部钉扎层)。包括绝缘体(例如，金属氧化物)的隧穿阻挡层312形成在第二钉扎层310上。第二铁磁层的自由层314直接形成在隧穿阻挡层312上。硬掩模层316(例如，钽顶部电极)形成在自由层314上。

在这一工艺中，MJT堆叠300经受真空中的磁性退火工艺。随后使用光刻技术将图案施加于MTJ堆叠。光致抗蚀剂(图3中未示出)形成在硬掩模层316上。经图案化的单元大小可能比最终大小更大。上述层中的每一者可包括一个或多个层或薄膜。

接着，使用蚀刻工艺(诸如反应性离子蚀刻)来蚀刻MTJ堆叠300。该蚀刻工艺包括修整光致抗蚀剂的大小，图案化硬掩模层316，去除光致抗蚀剂，蚀刻自由层314，蚀刻隧穿阻挡层312，蚀刻第一钉扎层306、耦合层308和第二钉扎层310，以及蚀刻AFM层304。接着，沉积钝化层以保护MTJ存储元件和层间电介质(ILD)绝缘体层318。可连同低沉积温度一起指定组合堆叠以保护MTJ并促进MTJ与ILD之间的粘合。最后，执行平坦化和金属化。

MTJ堆叠300易受在蚀刻工艺期间因蚀刻副产品的重新沉积而导致的损坏的影响。例如，光致抗蚀剂的去除可包括诸如氧灰化之类的工艺。氧灰化可导致光致抗蚀剂去除工艺期间对硬掩模层316的损坏。氧灰化还可导致对自由层314的侧壁的上部分320的损坏。如上所述，蚀刻工艺从蚀刻MJT堆叠300顶部的硬掩模层316向蚀刻该堆叠底部的钉扎层推进。当蚀刻工艺进展到向下更深入MTJ堆叠时，可导致对自由层314的侧壁322的损坏。当蚀刻工艺进一步对该堆叠向下推进时，隧穿阻挡层312的侧壁的上部分324和下部分326也可被损坏。

蚀刻工艺的非易失副产品可沉淀为围绕MTJ器件侧壁的重新沉积的薄膜。重新沉积的薄膜可充当沿侧壁的漏泄路径，由此降低了MTJ的磁阻(MR)率。此种工艺有关损坏可导致显著降低的产率。现有技术不提供用于保护MTJ免受上述至少所有工艺有关损坏的有效解决方案。

一种用于减少重新沉积的薄膜的不利影响的技术是以浅角进行离子束蚀刻，其具有以不同离子入射角的多个步骤。该浅角步骤清除侧壁重新沉积。不幸的是，随着MTJ的高度空间比增加连同当前高密度的MTJ阵列中的MTJ密度，使用此种定向蚀刻技术变得日益困难。

用于减少重新沉积的薄膜的不利影响的第二种技术是单步骤蚀刻，其依赖于蚀刻优化以降低侧壁重新沉积。该蚀刻优化对于MTJ材料、大小和间距是敏感的。最后蚀刻轮廓一般是锥形的以降低侧壁重新沉积。锥形的蚀刻轮廓可导致高密度MTJ阵列中MTJ密度降低。

用于减少重新沉积的薄膜的不利影响和等离子体损坏的不利影响的第三种技术是两步骤蚀刻，其中第一步骤仅向下蚀刻至隧道阻挡。MTJ的侧壁随后被封装在电介质材料中。通过或第二光刻级或间隔体掩模工艺，在第一蚀刻步骤之后形成与MTJ交叠的蚀刻掩模。这一蚀刻掩模随后被用于蚀刻其余的MTJ堆叠材料。这一技术物理上将重新沉积的材料和该蚀刻的第二部分的等离子体与有源磁性层和隧道阻挡区域分开。

参照图4A和4B描述了目前已知的用于蚀刻MTJ的两步骤技术的示例，其尝试减少重新沉积的薄膜和等离子体损坏的不利影响。图4A解说了第一蚀刻步骤之后的MTJ结构400的各层。MTJ结构400包括基板402、底部电极层404、磁性层406、顶部电极408、间隔体410和导电硬掩模412。在这一示例中，第一蚀刻步骤在MTJ的磁性层406上停止并形成围绕MTJ的顶部电极408和导电硬掩模412的侧部的间隔体410。

第二蚀刻步骤在基板402上停止并限定MTJ的磁性层406和底部电极层404的横向尺寸。不幸的是，用于在高密度MTJ阵列中执行第二蚀刻步骤的光刻蚀刻技术是难以实现的。并且，使用用于第二蚀刻步骤的光刻蚀刻技术可对制造工艺增加额外的掩模级和相关联的成本。

半导体工业中已经执行了使用SiNx(氮化硅)或SiOx(氧化硅)作为间隔体材料的间隔体限定的蚀刻工艺。不幸的是，SiNx和SiOx并不强有力地抵抗用于蚀刻MTJ的磁性层406和底部电极层404的蚀刻剂和工艺。因此，如图4B中所示，由SiNx或SiOx制成的间隔体410在间隔体限定的第二蚀刻步骤期间被显著消融。间隔体410的消融导致锥形蚀刻轮廓并允许重新沉积的薄膜414与MTJ的底部电极层404、磁性层406和/或导电硬掩模412紧邻。因此，重新沉积的薄膜414仍然可促成这些层之间的分路(shunting)并不利地影响MTJ的电阻特性。

图5A-5J中描述了根据本公开的一方面的实现多步骤MTJ蚀刻工艺的方法，其中在第二蚀刻步骤期间保护间隔体。图5A解说了根据本公开的一方面的在第一蚀刻步骤和沉积间隔体薄膜之后的MTJ结构500的各层。MJT结构500包括基板502、沉积在MTJ的基板502上的第一电极层504。MTJ结构500还包括沉积在第一电极层504上的磁性层506、沉积在磁性层506上的第二电极层508、沉积在第二电极层508上的第一导电硬掩模512层和沉积在第一导电硬掩模512上的第一间隔体层510。

第一蚀刻步骤限定第二电极层508和第一导电硬掩模的横向尺寸。第一间隔体层510在第一蚀刻步骤之后被沉积。第一间隔体层510沉积在MTJ的第一导电硬掩模512上、第二电极层508上、和磁性层506上。在一种配置中，邻接第一导电硬掩模512的侧壁的第一间隔体层510的第一部分520比邻接第一导电硬掩模512的顶表面的第一间隔体层510的第二部分522更薄。这可通过在沉积第一间隔体层510期间降低共形水平来达成，例如，通过改变室压力或偏置功率。第一间隔体层510可以是SiNx。第一间隔体层510的第一部分520的厚度可大约为10-50纳米，而第一间隔体层510的第二部分522的厚度可大于50纳米。例如，第一间隔体层510的第二部分522的更大厚度可为后续平坦化工艺提供增加的工艺余量。

图5B示出了进一步解说根据本公开的一方面的在制造期间的MTJ结构500的示意横截面视图。在这一配置中，第一介电层514沉积到第一间隔体层510上。在这一示例中，在第一间隔体层510共形沉积在MTJ的第一导电硬掩模512上、第二电极层508上、和磁性层506上之后，第一介电层514沉积在第一间隔体层510上。

图5C示出了进一步解说根据本公开的一方面的在制造期间的MTJ结构500的示意横截面视图。在这一配置中，使用熟知方法(诸如，化学机械平坦化工艺)来平坦化第一介电层514。第一介电层514的平坦化在第一间隔体层510上停止并形成第一介电层514的表面，该表面实质上与第一间隔体层510的第二部分522的表面共面。

停止在氮化物层(诸如第一间隔体层510)上同时减少或甚至使氧化物废渣(dishing)最少化的平坦化工艺可包括使用选择性浆料、降低强度和/或更高的速度以改善平坦化性能。在Withers等人的“Wide margin CMP for STI(用于STI的宽余量CMP)”(固态技术，0038111X，98年7月，第41卷，第7期，其公开通过引用明确纳入于此)中描述了根据本公开的各方面的可被应用于平坦化第一介电层514以在第一间隔体层510处停止的步骤的用于改善平坦化性能的技术的示例。

在图5D中，第一间隔体层510的第二部分522被选择性地去除。可使用当前已知的工艺(诸如，举例而言，在熟知的栅极间隔体工艺中高度选择性地蚀刻SiNx)来执行这一步骤。Sunghoon Lee等人的JVacSciTEch B20(1)，第131-7页，2010中描述了高度选择性地蚀刻SiNx的示例。通过去除第一间隔体层510的第二部分522来在第一介电层514中形成凹槽516。凹槽516与第一间隔体层510的第一部分520的外垂直表面对准，并与第一导电硬掩模512和第二电极层508交叠。

在本公开的这一方面中，第一介电层514的材料被选择成具有如下性质：允许选择性地去除第一间隔体层510材料以在第一介电层514中形成凹槽516。在一个示例中，第一介电层514的材料是SiOx。

图5E进一步解说了根据本公开的一方面的在制造期间的MTJ结构500。在这一配置中，用第二导电硬掩模518来填充凹槽516。用第二导电硬掩模518来填充凹槽516可在去除第一间隔体层510的第二部分522之后执行。第二导电硬掩模可以是例如钽、铪、或铂。材料选择基于要使用的蚀刻化学物质。可处理材料从而其进一步抵抗蚀刻化学剂。常见的平坦化工艺(诸如化学机械抛光(CMP))去除凹槽516外部的多余材料从而结果所得的第二导电硬掩模518也与第一间隔体层510的第一部分520的外部范围对准。

在图5F中，在用第二导电硬掩模518填充凹槽516之后去除第一介电层514。例如，可通过等离子体蚀刻来去除第一介电层514。在这一配置中，去除第一介电层514使得第二导电硬掩模518与第一间隔体层510的第一部分520对准，并与第一导电硬掩模512和第二电极层508交叠。在这一阶段，第一间隔体层510的其余部分包括与第一导电硬掩模和第二电极层508的侧壁邻接的第一部分520。第一间隔体层510的其他部分包括邻接MTJ的磁性层506的第三部分524，其中磁性层506不与第二导电硬掩模518交叠。

在图5G中，在用各向异性蚀刻去除第一介电层514之后去除第一间隔体层510的第三部分524。在一个示例中，第一介电层是SiNx材料。可通过SiNx材料的等离子体蚀刻来去除第一间隔体层510的第三部分524。第二导电硬掩模518可防止第一间隔体层510的第二部分522在这一步骤期间被去除。

在图5H中，在去除第一介电层514的第三部分524之后在第二蚀刻步骤期间蚀刻MTJ的磁性层506。这一步骤可例如通过反应性离子蚀刻或离子束蚀刻来执行。在这一蚀刻步骤期间MTJ的磁性层506由第二导电硬掩模掩盖从而磁性层506的横向尺寸基本上与第二导电硬掩模518的横向尺寸对准。因此，以由第二导电硬掩模518限定的图案来蚀刻MTJ的磁性层506。根据本公开的一方面，第二导电硬掩模518的顶表面可被修改以增强对第二蚀刻步骤的蚀刻抵抗力。

在图5I中，第二间隔体层526被共形沉积在第二导电硬掩模518、第一间隔体层510的第二部分522以及磁性层506和第一电极层504上。第二间隔体层526可在蚀刻MTJ的磁性层506之后被共形沉积。第二间隔体层526可以是例如SiNx材料。第二间隔体层526和第一间隔体层510的第二部分保护第二电极层508、磁性层506和第一电极层504免受重新沉积薄膜、氧化、工具污染等。

图5J示出了解说根据本公开的一方面的在制造之后的MTJ结构500的示意横截面视图。在这一配置中，在第二间隔体层被共形沉积后，第二介电层528被沉积到第二间隔体层上。第二介电层528可以是例如SiOx材料。可随后使用常规的化学机械平坦化工艺来平坦化第二介电层528。可在第二介电层528中形成导电互连530并将其耦合至第二导电硬掩模518以提供至第一导电硬掩模512和第二电极层508的导电路径。导电互连可以是例如常规形成的Cu互连。

图6是解说根据本公开的一方面的制造磁性隧道结(MTJ)装置的方法的过程流程图。应当注意，以下描述并不必然反映膜生长的实际顺序。方法600包括在框602在MTJ的第一导电硬掩模、顶部电极上、以及磁性层上共形沉积第一间隔体层。第一间隔体层的第一部分被沉积在第一导电硬掩模的侧壁上且该间隔体层的第二部分被沉积在第一导电硬掩模的顶表面上。在框604，该方法包括在第一间隔体层上沉积第一介电层。在框606，该方法包括向下平坦化第一介电层至第一间隔体层的第二部分。在框608，间隔体层的第二部分被选择性地去除以在第一介电层内形成凹槽。根据本公开的一方面，凹槽与第一间隔体层的第一部分对准。在框610，用导电材料填充凹槽以在第一间隔体层的第一部分上和第一导电硬掩模上形成第二导电硬掩模。

根据本公开的另一方面的MTJ装备包括用于掩盖耦合至MTJ层堆叠的顶部电极层以及用于提供至顶部电极层的导电路径的第一装置。用于掩盖顶部电极以及提供导电硬掩模的第一装置可包括例如以上关于图5A-5J描述的第一导电硬掩模512。根据本公开的这一方面，该装备还包括用于保护第一装置的侧壁的装置。该保护装置可包括例如在图5A-5J中描述的第一间隔体层510。根据本公开的这一方面，该装备还包括用于掩盖MTJ磁性层的堆叠以及用于电耦合至第一导电路径的第二装置。用于掩盖MTJ磁性层的堆叠以及用于电耦合至第一导电路径的第二装置可包括例如图5E-5J中的第二导电硬掩模518。

在另一配置中，前述装置可以是配置成执行由前述装置叙述的功能的任何材料或任何层。尽管已阐述了特定装置，但是本领域技术人员将可领会，并非所有所公开的装置都是实践所公开的配置所必需的。此外，某些众所周知的装置未被描述，以便保持专注于本公开。

图7是示出其中可有利地采用本公开的一方面的示例性无线通信系统700的框图。出于解说目的，图7示出了三个远程单元720、730和750以及两个基站740。将认识到，无线通信系统可具有远多于此的远程单元和基站。远程单元720、730和750包括IC设备725A、725C和725B，这些IC设备包括所公开的MTJ装置(装备)。将认识到，其他设备也可包括所公开的MTJ装置(装备)，诸如基站、交换设备、和网络装备。图7示出了从基站740到远程单元720、730和750的前向链路信号780，以及从远程单元720、730和750到基站740的反向链路信号790。

在图7中，远程单元720被示为移动电话，远程单元730被示为便携式计算机，而远程单元750被示为无线本地环路系统中的固定位置远程单元。例如，这些远程单元可以是移动电话、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元(诸如个人数据助理)、启用GPS的设备、导航设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、固定位置数据单元(诸如仪表读数装置)、或者存储或取回数据或计算机指令的其他设备、或者其组合。尽管图7解说了根据本公开的教导的远程单元，但本公开并不限于所解说的这些示例性单元。本公开的诸方面可以合适地在包括MTJ装置(装备)的许多设备中使用。

图8是解说用于半导体组件(诸如以上公开的MTJ装置(装备))的电路、布局以及逻辑设计的设计工作站的框图。设计工作站800包括硬盘801，该硬盘801包含操作系统软件、支持文件、以及设计软件(诸如Cadence或OrCAD)。设计工作站800还包括促成对电路810或半导体组件812(诸如MTJ装置(装备))的设计的显示器802。提供存储介质804以用于有形地存储电路设计810或半导体组件812。电路设计810或半导体组件812可以文件格式(诸如GDSII或GERBER)存储在存储介质804上。存储介质804可以是CD-ROM、DVD、硬盘、闪存、或者其他合适的设备。此外，设计工作站800包括用于从存储介质804接受输入或者将输出写到存储介质804的驱动装置803。

存储介质804上记录的数据可包括指定逻辑电路配置、用于光刻掩模的图案数据、或者用于串写工具(诸如电子束光刻)的掩模图案数据。该数据可进一步包括与逻辑仿真相关联的逻辑验证数据，诸如时序图或网电路。在存储介质804上提供数据通过减少用于设计半导体晶片的工艺数目来促成电路设计810或半导体组件812的设计。

对于固件和/或软件实现，这些方法体系可以用执行本文所描述功能的模块(例如，规程、函数等等)来实现。有形地体现指令的机器可读介质可被用来实现本文所述的方法体系。例如，软件代码可被存储在存储器中并由处理器单元来执行。存储器可以在处理器单元内或在处理器单元外部实现。如本文所用的，术语“存储器”是指长期、短期、易失性、非易失性类型存储器、或其他存储器，而并不限于特定类型的存储器或存储器数目、或记忆存储在其上的介质的类型。

如果以固件和/或软件实现，则功能可作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上。示例包括编码有数据结构的计算机可读介质和编码有计算机程序的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机存取的可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质；如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘常常磁性地再现数据，而碟用激光光学地再现数据。上述的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。

除了存储在计算机可读介质上，指令和/或数据还可作为包括在通信装置中的传输介质上的信号来提供。例如，通信装置可包括具有指示指令和数据的信号的收发机。这些指令和数据被配置成使一个或多个处理器实现权利要求中叙述的功能。

本文中讨论的示例性方面有益地允许保护MTJ堆叠免受至少上述工艺有关损坏，由此在MTJ的制造中产生高产率。应领会，仅出于解说而非限定提供了MTJ堆叠的各个层。可添加附加层和/或可去除或组合各层并且各层可包括与所解说的不同的材料。

应领会，包括本文中描述的MTJ存储元件的存储器设备可包括在移动电话、便携式计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元(诸如个人数据助理(PDA))、启用GPS的设备、导航设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、位置固定的数据单元(诸如仪表读数装备)、或者存储或检索数据或计算机指令的任何其他设备，或者其任何组合中。相应地，本公开的各方面可合适地用在包括包含具有如本文中所公开的MTJ存储元件的有源集成电路系统的任何设备中。

此外，应领会，各种存储器设备可包括如本文中所公开的MTJ存储元件的阵列。另外，本文中公开的MTJ存储元件可用在各种其他应用(诸如，逻辑电路)中。相应地，尽管以上公开的各部分讨论了自立的MTJ存储元件，但将领会，各个方面可包括其中集成有MTJ存储元件的设备。

相应地，各方面可包括实施指令的机器可读介质或计算机可读介质，该指令在由处理器执行时将该处理器和任何其他协作元件变换成用于执行如有该指令提供的本文中描述的功能性的机器。

尽管前面的公开示出了解说性方面，但是应当注意，在其中可作出各种变更和修改而不会脱离如所附权利要求定义的本公开的范围。根据本文中所描述的诸方面的方法权利要求的功能、步骤和/或作不必按任何特定次序来执行。此外，尽管各方面的要素可能是以单数来描述或主张权利的，但是复数也是已料想了的，除非显式地声明了限定于单数。

尽管已详细描述了本公开及其优势，但是应当理解，可在本文中作出各种改变、替代和变更而不会脱离如由所附权利要求所定义的本公开的技术。例如，诸如“上方”、“下方”、“顶部”和“底部”之类的关系术语是关于基板或电子器件使用的。当然，如果该基板或电子器件被颠倒，则上方变成下方，顶部变成底部，反之亦然。另外，如果是侧面取向的，则术语“上方”、“下方”、“顶部”和“底部”可指代例如基板或电子器件的侧面。

本文使用词语“示例性”来意指“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何方面不必被解释为优于或胜过其他方面。类似地，术语“本公开的各方面”不要求本公开的所有方面都包括所讨论的特征、优点或操作模式。本文所用的术语是仅出于描述特定方面的目的，而不意在限制本公开的各方面。

如本文所使用的，单数形式的“一”、“某”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，术语“包括”、“具有”、“包含”和/或“含有”在本文中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素、和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其群组的存在或添加。

而且，本申请的范围并非旨在被限定于说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定配置。如本领域的普通技术人员将容易从本公开领会到的，根据本公开，可以利用现存或今后开发的与本文所描述的相应配置执行基本相同的功能或实现基本相同结果的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (13)

1.一种磁性隧道结MTJ装置，包括：

第二电极层上的第一导电硬掩模，所述第二电极层在MTJ层堆叠上并电耦合至所述MTJ层堆叠；

所述第一导电硬掩模的侧壁、所述第二电极层的侧壁以及所述MTJ层堆叠的表面上的第一间隔体；以及

与所述第一间隔体的侧壁对准的第二导电硬掩模，所述第二导电硬掩模在所述第一导电硬掩模和所述第一间隔体上，其中所述第二导电硬掩模被安排成与所述第一导电硬掩模和所述第二电极层交叠并且其中所述MTJ层堆叠的横向尺寸与所述第二导电硬掩模的横向尺寸对准。

2.如权利要求1所述的MTJ装置，其特征在于，所述第二导电硬掩模电耦合至所述第一导电硬掩模。

3.如权利要求1所述的MTJ装置，其特征在于，所述第二导电硬掩模是由钽、铪和铂构成的组中的材料。

4.如权利要求1所述的MTJ装置，其特征在于，所述第一间隔体的厚度在10纳米与50纳米之间。

5.如权利要求1所述的MTJ装置，其特征在于，所述第一间隔体上的第一介电层是SiNx材料。

6.如权利要求1所述的MTJ装置，其特征在于，进一步包括电耦合至所述MTJ层堆叠的第一电极层。

7.如权利要求6所述的MTJ装置，其特征在于，进一步包括所述第一电极层和所述第二导电硬掩模上的第二间隔体。

8.如权利要求7所述的MTJ装置，其特征在于，进一步包括所述MTJ层堆叠的侧壁上、所述第一间隔体的侧壁上以及所述第二导电硬掩模的侧壁上的所述第二间隔体。

9.如权利要求7所述的MTJ装置，其特征在于，进一步包括所述第二间隔体上的第二介电层。

10.如权利要求9所述的MTJ装置，其特征在于，进一步包括延伸通过所述第二间隔体和所述第二介电层并电耦合至所述第二导电硬掩模的导电互连。

11.如权利要求1所述的MTJ装置，其特征在于，所述MTJ装置被集成到移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元、和/或固定位置数据单元中。

12.一种磁性隧道结MTJ装备，包括：

用于掩盖耦合至MTJ层堆叠的第一电极层以及用于提供至所述第一电极层的导电路径的第一装置，所述第一装置邻接所述第一电极层；

用于保护所述第一装置的侧壁的装置，所述用于保护的装置邻接所述第一装置的所述侧壁、所述第一电极层的侧壁、以及所述MTJ层堆叠的表面；以及

用于掩盖MTJ层堆叠以及用于电耦合至所述导电路径的第二装置，所述第二装置与所述用于保护的装置的侧壁对准并邻接所述第一装置的表面，其中所述第二装置被安排成与所述第一装置和所述第一电极层交叠并且其中所述MTJ层堆叠的横向尺寸与所述第二装置的横向尺寸对准。

13.如权利要求12所述的MTJ装备，其特征在于，所述MTJ装备被集成到移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元、和/或固定位置数据单元中。