DE102005032979A1

DE102005032979A1 - Strukturieren eines magnetischen Tunnelübergang-Elements unter Verwendung von Nassätzen einer freien Schicht und unter Verwendung von Lift-Off-Techniken

Info

Publication number: DE102005032979A1
Application number: DE102005032979A
Authority: DE
Inventors: Gill Yong Lee; Eugene O'sullivan
Original assignee: Infineon Technologies AG; International Business Machines Corp
Current assignee: Qimonda AG; International Business Machines Corp
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2006-02-16
Also published as: US20060014305A1; US7368299B2

Abstract

Verfahren zum Strukturieren magnetischer Tunnelübergänge von magnetischen Speichereinrichtungen, wobei die zweite magnetische Schicht oder freie Schicht des Magnetstapels strukturiert werden kann unter Verwendung von Nassätz-Techniken. Eine Abdeckschicht wird gebildet auf der freien Schicht, nachdem die freie Schicht strukturiert wurde. Die Abdeckschicht wird gebildet unter Verwendung von Lift-off-Techniken. Zum Bilden der Abdeckschicht werden Resist-Schichten abgeschieden und strukturiert und Materialschichten werden auf den Resist-Schichten abgeschieden. Teile der Materialschichten, welche sich auf den Resist-Schichten befinden, werden entfernt, wenn der Resist gestrippt wird.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Halbleiter-Einrichtungen und insbesondere das Herstellen von magnetischen Speichereinrichtungen.

Eine aktuelle Entwicklung in Halbleiterspeicher-Einrichtungen liegt in der Spin-Elektronik, bei welcher Halbleitertechnologie und Magnetismus miteinander kombiniert sind. Der Spin von Elektronen wird anstelle der elektrischen Ladung verwendet, um die Existenz einer logischen "1" oder einer logischen "0" anzuzeigen. Eine solche Spinelektronik-Einrichtung ist eine magnetische Direktzugriffsspeicher-Einrichtung (Magnetic Random Access Memory-Einrichtung, MRAM-Einrichtung), welche elektrisch leitfähige Leitungen (Wortleitungen und Bitleitungen), die in unterschiedlichen Richtungen zueinander positioniert sind, enthält, beispielsweise senkrecht zueinander sowie in unterschiedlichen Metallschichten, wobei die leitfähigen Leitungen einen Magnetstapel oder einen magnetischen Tunnelübergang (Magnetic Tunnel Junction, MTJ) sandwichartig begrenzen. Ein durch eine der leitfähigen Leitungen fließender Strom erzeugt ein magnetisches Feld um die leitfähige Leitung herum und richtet die magnetische Polarität in eine bestimmte Richtung entlang des Drahts oder der leitfähigen Leitung aus. Ein durch die andere leitfähige Leitung fließender Strom induziert ein magnetisches Feld und kann die magnetische Polarität ebenfalls teilweise drehen. Digitale Information, repräsentiert als logische "0" oder logische "1", ist in der magnetischen Speicherzelle speicherbar und hängt ab von der, anders ausgedrückt wird repräsentiert durch die, Ausrichtung der magnetischen Momente. Der gespeicherte Zustand wird aus der magnetischen Speicherzelle gelesen, indem der elektrische Widerstands-Zustand der Komponente erfasst wird.

Ein Vorteil von MRAM-Einrichtungen verglichen mit herkömmlichen Halbleiterspeicher-Einrichtungen wie beispielsweise dynamischen Direktzugriffsspeicher-Einrichtungen (Dynamic Random Access Memory, DRAM), ist, dass MRAM-Einrichtungen nicht-flüchtig sind. Beispielsweise hätte ein Personal Computer (PC), welcher MRAM-Einrichtungen verwendet, keine lange "Hochfahr"-Zeit ("boot-up"-Zeit), wie sie üblich sind bei herkömmlichen Personal Computern, welche DRAM-Einrichtungen verwenden. Auch muss eine MRAM-Einrichtung nicht mittels Energie kontinuierlich mit neuen Ladungsträgern versorgt werden und hat die Fähigkeit, sich an die gespeicherten Daten "zu erinnern". Daher wird erwartet, dass MRAM-Speichereinrichtungen DRAM-Speichereinrichtungen und statische Direktzugriffsspeicher-Einrichtungen (Static Random Access Memory, SRAM) in elektronischen Applikationen, in denen eine Speichereinrichtung benötigt wird, ersetzen werden. Da MRAM-Einrichtungen verglichen mit herkömmlichen Speichereinrichtungen anders funktionieren, werfen sie neue Anforderungen hinsichtlich des Designs und ihrer Herstellung auf. Die magnetischen Materialschichten, welche in MRAM-Einrichtungen verwendet werden, benötigen andere Ätzchemikalien und Prozesse als herkömmliche Materialien, welche in herkömmlichen Halbleiterprozessen verwendet werden. Dies führt dazu, dass die magnetischen Materialschichten schwierig in MRAM-Herstellungsprozesse zu integrieren sind.

Ausführungsformen der Erfindung erreichen technische Vorteile, indem ein neues Verfahren und eine neue Struktur für ein MRAM bereitgestellt werden, wobei die zweite magnetische Schicht, welche auch als freie Schicht bezeichnet wird, eines magnetischen Tunnelübergangs-Elements (Magnetic Tunnel Junction, MTJ) strukturiert werden kann unter Verwendung eines Nassätz-Prozesses, womit das Bilden von Metallstrukturen an den Seitenwänden verschiedener Materialschichten des MTJs vermieden wird. Eine Abdeckschicht (Cap-Schicht) wird über der freien Schicht gebildet, nachdem die freie Schicht strukturiert wurde. Lift-Off-Techniken werden verwendet zum Bilden der Abdeckschicht. In einer Ausführungsform wird ein Resist über der freien Schicht und dem Tunnel-Isolator abgeschieden. Der Resist wird strukturiert, so dass zumindest ein Teil der freien Schicht freigelegt wird. Das Abdeckschicht-Material wird über dem Resist abgeschieden und der Resist wird entfernt, womit ferner überschüssige Teile des Abdeckschicht-Materials entfernt werden, wobei die Abdeckschicht über zumindest einem Teil der freien Schicht verbleibt. In einer anderen Ausführungsform, bei der ein Resist über der freien Schicht gebildet wird, wird eine Hartmaske über dem Resist und dem Tunnel-Isolator abgeschieden, und der Resist wird entfernt, wobei ferner die Hartmaske oberhalb der freien Schicht entfernt wird. Das Abdeckschicht-Material wird über der Hartmaske und der freigelegten freien Schicht abgeschieden, und die Hartmaske wird strukturiert, wobei die sich über der freien Schicht befindliche Hartmaske verbleibt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung auf ein Bereitstellen eines Substrats, ein Abscheiden einer ersten magnetischen Schicht über dem Substrat, ein Abscheiden eines Tunnel-Isolators über der ersten magnetischen Schicht und ein Abscheiden einer zweiten magnetischen Schicht über dem Tunnel-Isolator. Die zweite magnetische Schicht, der Tunnel-Isolator und die erste magnetische Schicht bilden einen Magnetstapel. Die zweite magnetische Schicht, der Tunnel-Isolator und die erste magnetische Schicht werden strukturiert, wobei die zweite magnetische Schicht eine erste Struktur aufweist und der Tunnel-Isolator und die erste magnetische Schicht eine zweite Struktur aufweisen. Die zweite Struktur ist größer als die erste Struktur und die zweite magnetische Schicht weist eine obere Oberfläche auf. Nach dem Strukturieren der zweiten magnetischen Schicht wird eine Abdeckschicht über zumindest einem erheblichen Teil der oberen Oberfläche des zweiten magnetischen Materials gebildet.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen einer MRAM-Einrichtung auf ein Bilden einer Mehrzahl von ersten leitfähigen Leitungen auf einem Substrat, wobei die ersten leitfähigen Leitungen in einer ersten Richtung positioniert sind sowie ein Bilden einer Mehrzahl von MTJs auf den ersten leitfähigen Leitungen, wobei jeder MTJ auf einer leitfähigen Leitung der ersten leitfähigen Leitungen angeordnet ist. Jeder MTJ weist eine erste magnetische Schicht, einen auf der ersten magnetischen Schicht angeordneten Tunnel-Isolator sowie eine zweite magnetische Schicht auf, welche auf dem Tunnel-Isolator angeordnet ist. Die zweite magnetische Schicht weist eine erste Struktur auf und der Tunnel-Isolator und die erste magnetische Schicht weisen eine zweite Struktur auf, wobei die zweite Struktur größer ist als die erste Struktur und wobei die zweite magnetische Schicht eine obere Oberfläche aufweist. Das Verfahren weist ferner ein Aufbringen eines Resists auf zumindest einem Teil der zweiten magnetischen Schicht und des Tunnel-Isolators auf, ein Strukturieren des Resists, so dass zumindest ein Teil der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht freigelegt wird, sowie ein Abscheiden von Abdeckschicht-Material auf dem Resist und dem freigelegten zumindest einen Teil der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht. Der Resist wird entfernt, wobei das Entfernen des Resists aufweist ein Entfernen von überschüssigem Abdeckschicht-Material, welches auf dem Resist angeordnet ist, wobei eine Abdeckschicht über dem zumindest einen Teil der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht jedes MTJ verbleibt. Eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Leitungen werden auf der Abdeckschicht des MTJs gebildet, wobei die zweiten leitfähigen Leitungen in einer zweiten Richtung angeordnet sind, wobei die zweite Richtung unterschiedlich ist von der ersten Richtung und wobei jede zweite leitfähige Leitung an der Abdeckschicht an einem MTJ anliegt.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Verfahren zum Herstellen einer MRAM-Einrichtung auf ein Ausbilden einer Mehrzahl von ersten leitfähigen Leitungen auf einem Substrat, wobei die ersten leitfähigen Leitungen in einer ersten Richtung angeordnet sind, sowie ein Ausbilden einer Mehrzahl von MTJs auf den ersten leitfähigen Leitungen, wobei jeder MTJ auf einer leitfähigen Leitung der ersten leitfähigen Leitungen angeordnet ist. Jeder MTJ weist eine erste magnetische Schicht, einen Tunnel-Isolator, welcher auf der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist, sowie eine zweite magnetische Schicht, welche auf dem Tunnel-Isolator angeordnet ist, auf. Die zweite magnetische Schicht weist eine erste Struktur auf und der Tunnel-Isolator und die erste magnetische Schicht weisen eine zweite Struktur auf, wobei die zweite Struktur größer ist als die erste Struktur. Die zweite magnetische Schicht weist eine obere Oberfläche auf. Das Verfahren weist auf ein Bilden eines ersten Resists auf zumindest der zweiten magnetischen Schicht und dem Tunnel-Isolator, ein Abscheiden einer Hartmaske auf dem ersten Resist und dem Tunnel-Isolator und ein Entfernen des ersten Resists, wobei das Entfernen des ersten Resists ein Entfernen der auf dem ersten Resist sich befindenden Hartmaske aufweist. Ein Abdeckschicht-Material wird auf der Hartmaske und der zweiten magnetischen Schicht abgeschieden und ein zweiter Resist wird auf dem Abdeckschicht-Material abgeschieden und der zweite Resist wird strukturiert, wobei der sich auf dem zweiten magnetischen Material befindende zweite Resist verbleibt. Der zweite Resist wird entfernt, wobei das Entfernen des zweiten Resists ein Entfernen des Abdeckschicht-Materials, welches sich auf dem Tunnel-Isolator befindet, aufweist, wobei eine Abdeckschicht, welche sich auf der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht eines jeden MTJ befindet, verbleibt. Eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Leitungen werden auf der Abdeckschicht des MTJs gebildet, wobei die zweiten leitfähigen Leitungen in einer zweiten Richtung angeordnet werden, wobei die zweite Richtung unterschiedlich ist zu der ersten Richtung, wobei jede zweite leitfähige Leitung oberhalb eines MTJs an der Abdeckschicht anliegt und diese beispielsweise elektrisch kontaktiert.

Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist eine magnetische Speichereinrichtung ein Substrat auf, eine erste magnetische Schicht, welche auf dem Substrat angeordnet ist, einen Tunnel-Isolator, welcher auf der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist sowie eine zweite magnetische Schicht, welche auf dem Tunnel-Isolator angeordnet ist. Die erste magnetische Schicht, der Tunnel-Isolator und die zweite magnetische Schicht weisen zumindest einen MTJ auf. Die zweite magnetische Schicht weist eine erste Struktur auf und der Tunnel-Isolator und die erste magnetische Schicht weisen eine zweite Struktur auf, wobei die zweite Struktur größer ist als die erste Struktur. Eine Abdeckschicht ist über zumindest der zweiten magnetischen Schicht angeordnet. Die Abdeckschicht weist eine dritte Struktur auf, wobei die dritte Struktur entweder größer oder kleiner ist als die erste Struktur und wobei die dritte Struktur kleiner ist als die zweite Struktur.

Vorteile bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sind unter anderem das Bereitstellen von Verfahren zum Strukturieren von MTJs von MRAM-Einrichtungen, wobei ein Nassätz-Prozess verwendet werden kann zum Strukturieren der oberen magnetischen Materialschicht. Eine Abdeckschicht wird dann auf der strukturierten oberen magnetischen Materialschicht gebildet unter Verwendung einer Lift-Off-Technik, wobei beim Entfernen des Resists das Material, welches sich auf dem Resist befindet, ebenfalls entfernt wird. Da ein Nassätz-Prozess verwendet wird zum Strukturieren der oberen magnetischen Materialschicht des MTJ, wird ein laterales Ätzen der oberen magnetischen Materialschicht reduziert oder eliminiert. MRAM-Einrichtungen mit verbesserter Leistungsfähigkeit und erhöhter Ausbeute werden durch die Ausführungsformen der Erfindung erzielt.

Im vorangegangenen wurden die Merkmale und technischen Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung eher allgemein beschrieben, damit die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung besser verstanden werden kann. Zusätzliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend beschrieben, welche den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung bilden. Es ist anzumerken, dass die Fachleute erkennen werden, dass das Konzept und die spezifischen Ausführungsformen, welche offenbart sind, als Basis zur Modifikation oder zum Entwerfen anderer Strukturen oder Prozesse dienen, welche den gleichen Zwecken der Erfindung dienen. Es ist ferner zu bemerken, dass die Fachleute erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht das Wesen und den Bereich der Erfindung verlassen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

Es zeigen

1 bis 3 Querschnittsansichten einer MRAM-Einrichtung zu verschiedenen Herstellungs-Zeitpunkten, wobei ein weniger bevorzugtes Herstellungsverfahren verwendet wird, wobei metallische Strukturen an den Seitenwänden des Magnetstapels und der Abdeckschicht gebildet werden, wobei die Metallstrukturen Kurzschlüsse zu leitfähigen Leitungen in nachfolgend gebildeten Metallisierungsschichten verursachen;

4 bis 9 Querschnittsansichten einer MRAM-Einrichtung, welche gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hergestellt werden zu unterschiedlichen Herstellungs-Zeitpunkten, wobei eine freie Schicht eines MTJ unter Verwendung eines Nassätz-Prozesses strukturiert wird;

10 bis 13 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zu unterschiedlichen Herstellungs-Zeitpunkten, wobei eine Photoresist-Lift-Off-Technik verwendet wird zum Bilden einer Abdeckschicht auf einem MTJ nach einem Strukturieren der freien Schicht des Magnetstapels; und

14 bis 18 Querschnittsansichten einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Hartmasken/Photoresist-Lift-Off-Technik verwendet wird zum Bilden einer Abdeckschicht auf einem MTJ nach dem Strukturieren der freien Schicht.

Korrespondierende Bezugszeichen und Symbole in den unterschiedlichen Figuren beziehen sich üblicherweise auf entsprechende Teile, wenn dies nicht anders beschrieben ist. Die Figuren dienen dazu, die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen anschaulich zu erläutern und sind nicht notwendigerweise maßstabgetreu.
Das Herstellen und Verwenden der bevorzugten Ausführungsformen werden nachfolgend im Detail diskutiert. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte bereitstellt, welche in einer großen Vielzahl bestimmter Kontexte verwirklicht werden können. Die spezifischen Ausführungsformen, welche nachfolgend diskutiert werden, sind lediglich illustrativ zu verstehen und beschreiben spezifische Wege zum Durchführen und Verwenden der Erfindung und schränken den Bereich der Erfindung nicht ein.
Die Erfindung wird mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich im Kontext von Feldeffekttransistor(FET)-MRAM-Einrichtungen. In FET-MRAM-Einrichtungen ist jede magnetische Speicherzelle neben einem Feldeffekttransistor angeordnet, welcher zum Zugreifen auf die magnetische Speicherzelle verwendet wird, beispielsweise zum Lesen aus der magnetischen Speicherzelle (oder MTJ) oder zum Speichern in die magnetische Speicherzelle (oder MTJ). Ausführungsformen der Erfindung können jedoch ebenfalls angewendet werden auf beispielsweise Kreuzungspunkt-MRAM-Einrichtungen (Crosspoint MRAM-Einrichtungen), auf andere magnetische Speichereinrichtungen und andere Halbleitereinrichtungen, welche magnetische Materialschichten haben.
In jeder der Figuren ist nur ein MTJ gezeigt. Jedoch kann eine Mehrzahl von MTJs gleichzeitig unter Verwendung der hier beschriebenen Herstellungsprozesse gleichzeitig gebildet werden. Beispielsweise kann ein Array von MTJs unter Verwendung der Ausführungsformen der Erfindung strukturiert werden.
1 bis 3 zeigen Querschnittsansichten einer MRAM-Einrichtung 100 zu unterschiedlichen Stufen der Herstellung unter Verwendung eines weniger bevorzugten Verfahrens. Eine erste isolierende Schicht 104 wird auf einem Substrat 102 gebildet und erste leitfähige Leitungen 106/108 werden innerhalb der ersten isolierenden Schicht 104 in einer M1 Metallisierungsschicht oder in einer Metallisierungsschicht einer anderen Ebene gebildet. Das Substrat 102 kann Komponentenbereiche aufweisen oder verschiedene Schaltkreiselemente, welche darin ausgebildet sind (nicht gezeigt). Die ersten leitfähigen Leitungen 106/108 enthalten einen leitfähigen Liner 106, der auf der strukturierten ersten isolierenden Schicht 104 gebildet ist und ein leitfähiges Material 108 und kann beispielsweise in einem Damaszener-Prozess gebildet werden. Eine optionale zweite isolierende Schicht 110 kann auf der ersten isolierenden Schicht 104 (beispielsweise in einem FET-MRAM-Array; die zweite isolierende Schicht 110 wird üblicherweise nicht verwendet beispielsweise in einem Kreuzungspunkt-MRAM-Array) gebildet werden.
Ein Magnetstapel 118, aus welchem MTJs 123 gebildet werden (siehe 2 und 3) wird auf der zweiten isolierenden Schicht 110 abgeschieden. Der Magnetstapel 118 weist eine erste magnetische Schicht 112 auf, welche auf der zweiten isolierenden Schicht 110 abgeschieden ist, sowie einen Tunnel-Isolator, der auf der ersten magnetischen Schicht 112 abgeschieden ist. Eine zweite magnetische Schicht 116 ist auf dem Tunnel-Isolator 114 abgeschieden. Die erste magnetische Schicht 112 und die zweite magnetische Schicht 116 weisen jeweils üblicherweise beispielsweise eine oder mehrere Schichten aus magnetischen Materialien und/oder metallischen Materialien auf. Die erste magnetische Schicht 112 kann eine Keimschicht aus Tantal (Ta) und/oder Tantalnitrid (TaN) aufweisen (beispielsweise 50 Angström von TaN und ungefähr 50 Angström von Ta), eine antiferromagnetische Schicht wie beispielsweise PtMn, welche eine Dicke von ungefähr 175 Angström aufweist und welche auf der Keimschicht angeordnet ist, sowie eine oder mehrere magnetische Materialschichten, welche aufweisen CoFe, NiFe, CoFeB, Ru, andere Materialien oder Kombinationen aus diesen Materialien (beispielsweise eine erste Schicht aus CoFe mit einer Dicke von ungefähr 18 Angström, eine dünne Schicht aus Ru mit einer Dicke von etwa 9 Angström und eine zweite Schicht CoFe mit einer Dicke von ungefähr 18 Angström), welche beispielsweise auf der antiferromagnetischen Schicht angeordnet sind, obwohl alternativ die erste magnetische Schicht 112 andere Materialien und Dicken aufweisen kann. Die erste magnetische Schicht wird auch als festgelegte Schicht bezeichnet, da ihre magnetische Polarität festgelegt ist. Die zweite magnetische Schicht 116 kann eine Dicke von ungefähr 50 Angström oder weniger aufweisen sowie eine oder mehrere magnetische Materialschichten, aufweisend CoFe, NiFe, CoFeB, andere magnetische Materialschichten oder Kombinationen derselben, obwohl alternativ die zweite magnetische Schicht 116 andere Materialien aufweisen kann. Die zweite magnetische Schicht 116 wird auch als freie Schicht bezeichnet, da ihre magnetische Polarität sich verändert, wenn die magnetische Speicherzelle beschrieben wird. Der Tunnel-Isolator 114 kann eine Dicke von ungefähr 10 bis 20 Angström aufweisen und kann einen Isolator wie beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃), obwohl alternativ andere isolierende Materialien für den Tunnel-Isolator 114 verwendet werden können.
Eine Abdeckschicht 120 wird auf der zweiten magnetischen Schicht 116 des Magnetstapels 118 abgeschieden. Die Abdeckschicht 120 weist üblicherweise beispielsweise Tantalnitrid (TaN) auf. Die Abdeckschicht 120 und die Magnetstapel-Schichten 118 werden strukturiert unter Verwendung üblicher Lithographie-Techniken und eines Trockenätz-Prozesses, beispielsweise, indem ein Photoresist 122 auf der Abdeckschicht 120 abgeschieden wird, und indem der Photoresist 122 als Maske verwendet wird, während die Abdeckschicht und die Magnetstapel-Schicht 118 geätzt werden. Die Abdeckschicht 120 kann beispielsweise als Hartmaske verwendet werden zum Strukturieren zumindest eines Teils des Magnetstapels 118. Die erste magnetische Schicht 116 kann beispielsweise mit einer unterschiedlichen Struktur strukturiert werden als die zweite magnetische Schicht 112, indem ein zusätzlicher Lithographieschritt verwendet wird (in den Figuren nicht gezeigt). Die Abdeckschicht 120 ist leitfähig und stellt thermische und magnetische Stabilität für den MTJ 123 bereit. Die Abdeckschicht 120 verbleibt üblicherweise in der fertig hergestellten MRAM-Einrichtung 100.
Ein Problem bei dem weniger bevorzugten Magnetstapel-Strukturierungsverfahren, welches in 1 gezeigt ist, ist darin zu sehen, dass die Abdeckschicht 120 üblicherweise ein Material aufweist, das mittels eines Trockenätz-Prozesses ätzbar ist und nicht mittels eines Nassätz-Prozesses. Die magnetischen Schichten 112 und 116 und der Tunnel-Isolator 114 weisen Materialien auf, welche mittels eines Nassätz-Prozesses ätzbar sind. Es ist wünschenswert, einen Nassätz-Prozess zu verwenden, um die magnetischen Schichten 112 und 116 sowie den Tunnel-Isolator 114 zu ätzen, da Trockenätz-Prozesse häufig zu Re-Depositionen (Wiederanlagerungen) von Material an den vertikalen Seitenwänden führen, wie in 2 gezeigt. Beispielsweise kann ein Trockenätzen einen Sputter-Ätzprozess aufweisen, bei welchem ein physikalisches Bombardieren einer Materialoberfläche stattfindet zur Materialentfernung. Während eines Sputter-Prozesses werden oftmals Teile von dem Material entfernt während gleichzeitig andere Teile des Materials abgeschieden werden, wobei als Nettoergebnis eine Materialentfernung das Ziel ist. Insbesondere ist ein reaktives Ionenätzen (Reactive Ion Etching, RIE) eine Art eines Ätzverfahrens, welches zum Ätzen der magnetischen Schichten 112 und 116 und des Tunnel-Isolators 114 eingesetzt werden kann. Die RIE-Prozesse für PtMn und Ta haben eine große Sputter-Komponente, die Materialien sind schwierig zu ätzen und sie haben in dem RIE-Prozess die Tendenz zur Re-Deposition an Seitenwänden vertikaler Strukturen. Da einige der geätzten Materialien leitfähig sind, können sich leitfähige Strukturen 124 an Seitenwänden des MTJ 123 bilden, was in Kurzschlüssen zu höheren Metallisierungsschichten als Ergebnis des Trockenätz-Prozesses führen kann.
Wie in 3 gezeigt, wird nach dem Strukturieren des MTJ 123 eine dritte isolierende Schicht 126 zwischen den MTJs 123 gebildet und zweite leitfähige Leitungen 128/130 werden in einer Metallisierungsschicht (M2) auf dem MTJ 123 gebildet. Die zweiten leitfähigen Leitungen 128/130 können in einem Damaszener-Prozess in einer vierten isolierenden Schicht 132 gebildet werden und die zweiten leitfähigen Leitungen 128/130 können einen Liner 128 sowie ein leitfähiges Material 130, welches auf dem Liner 128 angeordnet ist, enthalten. Die vierte isolierende Schicht 132 und die dritte isolierende Schicht können beispielsweise eine einzelne isolierende Schicht aufweisen. Wenn die leitfähigen Strukturen 124 an Seitenwänden des MTJ gebildet werden, können zwischen den leitfähigen Leitungen 128/130 und dem MTJ 123 Kurzschlüsse 134 auftreten, welche die Einrichtung 100 außer Funktion setzen. Die Kurzschlüsse werden an den mit Bezugzeichen 134 gekennzeichneten Bereich gebildet, bei dem die Metallstrukturen 124 an den leitfähigen Liner 128 der zweiten leitfähigen Leitungen 128/130 anliegen. Dies ist problematisch, da die Kurzschlüsse in den Kurzschlussbereichen 134 zu einem Versagen der Einrichtung führen und zu einer reduzierten Ausbeute.
Nassätz-Prozesse sind zum Strukturieren von MRAM magnetischen Schichten wünschenswert, da sie zu einer minimalen oder sogar zu keiner Re-Deposition von leitfähigem Material an den Seitenwänden der (vertikalen) Strukturen führen. Nassätz-Prozesse resultieren ferner in minimalem lateralen Ätzen in dem Fall von MRAM-Einrichtungen aufgrund der geringen Dicke der magnetischen Schichten relativ zu ihren X-Y-Dimensionen, womit eine verbesserte Kontrolle des Strukturierungsprozesses bereitgestellt wird. Nassätz-Prozesse zum Strukturieren magnetischer Schichten und zum Strukturieren von Passivierungsschichten auf den magnetischen Schichten sind in US Patent Nr. 6,426,012 mit dem Titel "Wet Chemical Etch Process for Patterning MRAM Magnetic Layers" erteilt am 30. Juli 2002 an O'Sullivan, et at, beschrieben, welches hiermit durch Bezugnahme in die Patentanmeldung in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
Ausführungsformen der Erfindung stellen Verfahren zum Bilden von MTJs und Abdeckschichten auf den MTJs bereit, wobei die freie Schicht oder obere magnetische Schicht eines Magnetstapels mittels Nassätz-Prozessen strukturiert wird. Die Abdeckschicht wird abgeschieden, nachdem die freie Schichte des Magnetstapels strukturiert wurde. Vorteilhafterweise wird ein Nassätz-Prozess nicht benötigt zum Strukturieren der Abdeckschicht. Die Abdeckschicht wird auf der strukturierten freien Schicht gebildet unter Verwendung von Lift-off-Techniken, wie sie im Folgenden näher erläutert werden.
Die 4 bis 9 zeigen Querschnittsansichten einer MRAM Einrichtung, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird, zu unterschiedlichen Herstell-Zeitpunkten, wobei eine freie Schicht eines MTJs strukturiert wird unter Verwendung eines Nassätz-Prozesses. Es ist anzumerken, dass für die verschiedenen Elemente in den 4 bis 13, welche schon mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben wurden, gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
Um Wiederholungen zu vermeiden, kann es sein, dass ein schon beschriebenes und mit einem Bezugszeichen versehenes und in dem Diagramm gezeigtes Element nicht noch einmal im Detail beschrieben wird. Es werden gleiche Materialien und ähnliche Bezugszeichen x02, x04, x06, x06 etc.... vorzugsweise für die Materialschichten verwendet, wie sie mit Bezug auf die 1 bis 3 schon beschrieben wurden, wobei mit x = 1 Bezug genommen wird auf die Elemente in den 1 bis 3 und mit x = 2 Bezug genommen wird auf die Elemente in den Figuren 4 bis 13. Beispielsweise werden die bevorzugten und alternativen Materialien und Dimensionen, welche für die erste magnetische Schicht 112 in der Beschreibung der Figuren 1 bis 3 erläutert wurden ebenso vorzugsweise verwendet für die erste magnetische Schicht 212 in den 4 bis 13.
Bezug nehmend zunächst auf 4 wird ein Substrat 202 bereitgestellt. Das Substrat 202 kann ein Halbleitersubstrat aufweisen, welches Silizium oder andere Halbleitermaterialien, welche beispielsweise von einer isolierenden Schicht bedeckt werden, aufweisen kann. Das Substrat 202 kann ferner andere aktive Komponenten oder Schaltkreise aufweisen, welche in den Figuren nicht dargestellt sind und welche in einem Front End of Line-Prozess (FEOL) gebildet wurden. Das Substrat 202 kann beispielsweise auf einkristallinem Silizium aufgebrachtes Siliziumoxid aufweisen. Das Substrat 202 kann andere leitfähige Schichten oder andere Halbleiterelemente, beispielsweise Transistoren, Dioden, etc. aufweisen. An Stelle von Silizium können Verbundhalbleiter, beispielsweise Gallium-Arsenid (GaAs), Indium-Phosphid (InP), Silizium/Germanium (Si/Ge) oder Silizium-Carbid (SiC) verwendet werden. Beispielsweise kann das Substrat Komponentenbereiche oder verschiedene Schaltkreiselemente aufweisen, welche in dem Substrat gebildet sind.
Eine erste isolierende Schicht 204 wird auf dem Substrat 202 abgeschieden. Die erste isolierende Schicht 204 weist vorzugsweise Siliziumdioxid auf und kann alternativ Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante aufweisen (Low-k-Materialien) oder andere isolierende Materialien oder Kombinationen oder mehrere Schichten der genannten Materialien. Die erste isolierende Schicht 204 kann alternativ andere Materialien aufweisen.
Eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Leitungen 208 werden innerhalb der ersten isolierenden Schicht 204 gebildet. Die ersten leitfähigen Leitungen 208 können beispielsweise einen optionalen leitfähigen Liner (nicht dargestellt) und ein leitfähiges Material aufweisen, welches auf dem Liner, diesen füllend abgeschieden, angeordnet sein kann. Alternativ können die ersten leitfähigen Leitungen beispielsweise ein einzelnes Material oder zwei oder mehrere Materialien aufweisen. Das leitfähige Material kann Kupfer, Aluminium oder eine Kombination derselben aufweisen, obwohl alternativ das leitfähige Material andere leitfähige Materialien aufweisen kann. Die ersten leitfähigen Leitungen 208 können beispielsweise in einem Damaszener-Prozess gebildet werden. Alternativ können die ersten leitfähigen Leitungen 208 unter Verwendung eines subtraktiven Ätz-Prozesses gebildet werden. Die ersten leitfähigen Leitungen 208 wirken als Wortleitungen oder als Bitleitungen der MRAM-Einrichtung 200 und werden verwendet zum Zugreifen auf einen jeweiligen MTJ.
Eine zweite isolierende Schicht 210 wird auf der ersten isolierenden Schicht 204 und den leitfähigen Leitungen 208 abgeschieden. Die zweite isolierende Schicht 210 kann Siliziumnitrid oder andere Isolatoren wie beispielsweise Siliziumdioxid aufweisen. Die zweite isolierende Schicht 210 kann ein Inter-Ebenen-Dielektrikum (Inter-Level-Dielektrikum, ILD) aufweisen, in welchem Vias 240 gebildet werden können zum Kontaktieren der unterliegenden ersten leitfähigen Leitungen 208, wie in den 4 bis 13 gezeigt.
Eine erste magnetische Schicht 212 wird auf der zweiten, isolierenden Schicht 210 abgeschieden, wie in 4 gezeigt. Ein Tunnel-Isolator 214 wird auf der ersten magnetischen Schicht 212 abgeschieden. Zu diesem Zeitpunkt kann eine zweite magnetische Schicht 216 auf dem Tunnel-Isolator 214 abgeschieden werden (nicht gezeigt in 4, siehe 6).
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann die zweite magnetische Schicht 216 während des Strukturierens des Tunnel-Isolators 214 und der ersten magnetischen Schicht 212 auf dem Tunnel-Isolator 214 liegen.
Eine Hartmaske 242, welche optional weggelassen werden kann, wird auf dem Tunnel-Isolator 214 abgeschieden, wie in 4 gezeigt (oder, wenn diese vorhanden ist, auf die zweite magnetische Schicht 216). Die optionale Hartmaske kann ein Oxid, Spin-On-Glas oder Spin-On-Polymer aufweisen, obwohl alternativ die Hartmaske 242 andere Materialien aufweisen kann. Eine optionale Anti-Reflexions-Beschichtung (Anti Reflective Coating, ARC) 244 kann auf die optionale Hartmaske 242 abgeschieden werden, wie gezeigt. Eine Schicht aus Photoresist 246 wird auf die ARC-Schicht 244 abgeschieden (oder auf die optionale Hartmaske 242, wenn keine ARC-Schicht 244 verwendet wird, oder alternativ, auf den Tunnel-Isolator 214 oder die zweite magnetische Schicht 216, wenn keine ARC-Schicht 244 oder keine Hartmaske 242 verwendet wird). Der Photoresist 246 wird dann strukturiert mit der gewünschten Struktur des Tunnel-Isolators 214 und der ersten magnetischen Schicht 212. Die Struktur für den Tunnel-Isolator 214 und die erste magnetische Schicht 212 wird auch als "zweite Struktur" bezeichnet. Die Struktur für die zweite magnetische Schicht 216 (siehe 9) wird hierin auch als "erste Struktur" bezeichnet, welche im Folgenden näher erläutert wird.
Unter Verwendung des strukturierten Photoresists 246 als Maske werden, wie in 5 gezeigt, der Tunnel-Isolator 214 und die erste magnetische Schicht 212 (und die zweite magnetische Schicht 216, falls vorhanden (nicht gezeigt) und ebenfalls optional die ARC-Schicht 244 und die optionale Hartmaske 242, falls vorhanden) strukturiert. Das Strukturieren des Tunnel-Isolators 214 und der ersten magnetischen Schicht 212 kann ein reaktives Ionenätzen (RIE) aufweisen, obwohl alternativ andere Ätzprozesse verwendet werden können. Der Photoresist 246, die ARC-Schicht 244 und die Hartmaske 242 werden dann entfernt, wobei die in 5 gezeigte Struktur verbleibt, wobei der Tunnel-Isolator 214 und die erste magnetische Schicht 212 die zweite Struktur aufweisen. Wenn die zweite magnetische Schicht 216 auf den Tunnel-Isolator 214 abgeschieden wurde, bevor der Strukturierungsprozess durchgeführt wurde, würde die zweite magnetische Schicht 216 zu diesem Zeitpunkt ebenfalls die zweite Struktur aufweisen (in den Figuren nicht gezeigt).
Wie in 6 gezeigt wird, falls die zweite magnetische Schicht bisher noch nicht abgeschieden worden ist, nachfolgend die zweite magnetische Schicht 216 auf dem Tunnel-Isolator 214 abgeschieden. Die zweite magnetische Schicht 216 kann eine optionale dünne Oxidationsbarriere (nicht gezeigt), welche auf der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht 216 gebildet sein kann, aufweisen, wobei die Oxidationsbarriere ein Material wie beispielsweise Ru, aufweisen kann, obwohl andere Materialien alternativ verwendet werden können.
Eine optionale ARC-Schicht 248 kann dann auf der zweiten magnetischen Schicht 216 (und den freigelegten Bereichen der zweiten isolierenden Schicht 210, wenn die zweite magnetische Schicht 216 mit der zweiten Struktur strukturiert wurde) abgeschieden, wie in 7 gezeigt. Eine Schicht aus Photoresist 250 wird dann auf der ARC-Schicht 248 abgeschieden oder auf der zweiten magnetischen Schicht 216, wenn die ARC-Schicht 248 nicht verwendet wird. Der Photoresist 250 wird mit der zweiten magnetischen Schicht 216 strukturiert, wie in 7 gezeigt. Die erste Struktur ist in ihrer lateralen Erstreckung kleiner als die zweite Struktur.
Es ist anzumerken, dass für den Fall, dass keine Interaktion (beispielsweise chemische Interaktion) zwischen dem Photoresist 250 und dem Material der zweiten magnetischen Schicht 216 zu erwarten ist, die ARC-Schicht 248 nicht benötigt wird. Wenn jedoch eine ARC-Schicht 248 verwendet wird, wird vorzugsweise ein ARC-Material für die ARC-Schicht 248 verwendet, welches nass geätzt werden kann. Beispielsweise weist die ARC-Schicht 248, wenn verwendet, vorzugsweise ein dielektrisches ARC-Material auf wie beispielsweise SiON, welches selektiv zu der darunter liegenden zweiten Isolationsschicht 210 nass geätzt werden kann. Einige ARC-Materialien können nur trocken geätzt werden und diese werden vorzugsweise für die ARC-Schicht 248 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht verwendet.
Die strukturierte Schicht des Photoresists 250 wird dann als Maske verwendet, während die optionale ARC-Schicht 248 und die zweite magnetische Schicht 216 mit der ersten Struktur strukturiert werden, wie in 8 gezeigt. Der Ätzprozess für die zweite magnetische Schicht 216 weist vorzugsweise einen Nassätz-Prozess auf, welcher in der Hinsicht vorteilhaft ist, dass keine leitfähigen Strukturen an den Seitenwänden von vertikalen Strukturen gebildet werden, womit Kurzschlüsse vermieden werden. Ferner wird mittels des Nassätz-Prozesses auch die zweite magnetische Schicht 216 nicht lateral geätzt, beispielsweise parallel zu der Oberfläche des Wafers oder des Substrats 202.
Der Nassätz-Prozess kann eine wässrige Dicarboxylsäure-Ätzlösung enthalten, wobei der Ätzprozess und/oder die Ätzlösung derart eingerichtet sind/ist, dass der Ätzprozess auf dem Tunnel-Isolator Material 214 gestoppt wird, wie beschrieben in dem US-Patent 6,426,012 mit dem Titel " Wet Chemical Etch Process for Patterning MRAM Magnetic Layers", erteilt am 30. Juli 2002 an O'Sullivan et al., auf welche oben hingewiesen wurde, und welche durch Bezugnahme insbesondere hinsichtlich der beschriebenen Nassätz-Prozesse und der verwendeten Ätz-Chemikalien hierin aufgenommen ist. Insbesondere kann der Nassätz-Prozess Glutarsäure, Hexandisäure oder Suberinsäure aufweisen, obwohl alternativ andere Ätzchemikalien verwendet werden können. Der Nassätz-Prozess kann eine Ätzlösung aufweisen, welche beispielsweise von ungefähr 0,5 bis ungefähr m Gewichtsteile der Dicarboxylsäure pro hundert Gewichtsteile Wasser, wobei m begrenzt ist durch die Lösbarkeit der Säure. Das Nassätzen kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden für eine Zeitdauer von ungefähr 15 bis 1200 Sekunden. Vorzugsweise und vorteilhafterweise werden durch den Nassätz-Prozess der Tunnel-Isolator 214 oder die erste magnetische Schicht 212 nicht wesentlich angegriffen.
In einer Ausführungsform werden der Photoresist 250 und optional die ARC-Schicht 248 dann gestrippt oder entfernt, wobei die in 9 dargestellte Struktur verbleibt. Die zweite magnetische Schicht 216 weist zu diesem Zeitpunkt in dem Herstellungsprozess die erste Struktur auf. Die erste Struktur ist vorzugsweise kleiner als die zweite Struktur. Die erste Struktur weist die Struktur des MTJ auf. Beispielsweise wirken die zweite magnetische Schicht 216 und die Bereiche des Tunnel-Isolators 214 und der ersten magnetischen Schicht 212, welche sich unterhalb der zweiten magnetischen Schicht 216 befinden, als der MTJ. Bereiche der ersten magnetischen Schicht 212, welche sich nicht unterhalb der zweiten magnetischen Schicht 216 befinden, können einen Streifen aufweisen, der eingerichtet ist zum elektrischen Koppeln der festgelegten Schicht (oder untere magnetische Schicht 212) des MTJ zu einem Via 240 und zu der leitfähigen Leitung 208.
Nachdem die zweite magnetische Schicht 216 oder die freie Schicht des MTJ strukturiert wurden, werden die neuen Lift-off-Techniken gemäß den Ausführungsformen der Erfindung verwendet zum Bilden einer Abdeckschicht 262 und 362, wie in einer Querschnittsansicht in den 10 bis 13 bzw. den 14 bis 18 gezeigt ist.
Nun wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf die 10 bis 13 beschrieben, welche eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zu unterschiedlichen Stufen der Herstellung in einer Querschnittsansicht zeigen, wobei eine Photoresist-Lift-Off-Technik verwendet wird zum Bilden einer Abdeckschicht 262 auf einem MTJ nach dem Strukturieren der freien Schicht 216 des Magnetstapels. Zunächst wird eine Schicht aus Photoresist 252 auf der strukturierten zweiten magnetischen Schicht 216, dem freigelegten Bereich des Tunnel-Isolators 214 und den freigelegten Bereichen der zweiten isolierenden Schicht 210, wie in 10 gezeigt, abgeschieden. Der Resist 252 wird strukturiert mit der gewünschten Strukturierung für die Abdeckschicht 264. Die Struktur für die Abdeckschicht 264 (und den Resist 252, welche verwendet wird zum Bilden der Abdeckschicht 264) wird im Folgenden auch als "dritte Struktur" bezeichnet. In einer Ausführungsform weist die dritte Struktur des Resists 252 im Wesentlichen die gleiche Größe auf wie die erste Struktur der zweiten magnetischen Schicht 216 und somit sind die Kanten des Resists 252 ausgerichtet mit den Kanten der zweiten magnetischen Schicht 216, wie in 10 mit Bezugzeichen 216 dargestellt. Das Profil des Resists 252 an dem Boden des Grabens 254 kann eine im Wesentlichen vertikale Seitenwand aufweisen, wie gezeigt. Diese Ausführungsform ist in der Hinsicht vorteilhaft, dass die gleiche Lithographiemaske verwendet werden kann zum Strukturieren der zweiten magnetischen Schicht 216 und zum Strukturieren des Resists 252. Die dritte Struktur kann die Negativ-Form der ersten Struktur der zweiten magnetischen Schicht 116 aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann der Resist 252 mit einer dritten Struktur strukturiert werden, die ein wenig größer ist als die erste Struktur, die am linken Rand des Grabens 254 in dem Resist 252 dargestellt ist und mit Bezugszeichen 256 bezeichnet ist. Beispielsweise kann der Resist 252, welcher sich auf dem Tunnel-Isolator 214 neben der zweiten magnetischen Schicht 216 bis zu einem Abstand d₁ entfernt werden, wobei d₁ einen Überlappungs-Randbereich der Einrichtung aufweist. Beispielsweise kann d₁ ungefähr 50 nm betragen, obwohl alternativ d₁ andere Dimensionen aufweisen kann.
Vorteilhafterweise ist es nicht erforderlich, dass die Strukturierung des Resists 252 und der Abdeckschicht 264 exakt ist; jeder Ausrichtungsfehler (Misalignment) tritt für jeden MTJ in einem MRAM-Array auf und dies in gleicher Weise – somit wird jeder MTJ durch einen Ausrichtungsfehler in gleicher Weise beeinflusst. In dieser Ausführungsform überlappt die gebildete Abdeckschicht 262 die Seitenwände der zweiten magnetischen Schicht 216 und einen Teil des Tunnel-Isolators 214, welcher sich neben der zweiten magnetischen Schicht 216 befindet, wie, bezeichnet mit Bezugszeichen 264 in den 11, 12 und 13 dargestellt ist.
In einer Ausführungsform kann der Graben 254 in dem Resist 252 an dem Bodenbereich des Grabens 254 negativ abgeschrägt sein, womit ein größeres Prozessfenster erzielt wird, welches vorteilhaft ist für einen nachfolgenden physikalischen Gasabscheidungsprozess (Physical Vapor Deposition, PVD), welcher verwendet werden kann zum Abscheiden des Materials der Abdeckschicht 264, wie mit Bezugszeichen 258 in 10 gestrichelt dargestellt ist. Das Resistprofil 252 in dem Bodenbereich des Grabens 254 weist eine Seitenwand auf, welche leicht einwärts abgeschrägt ist in Richtung des Photoresists 252, wobei, wie gezeigt, mehr Resist auf dem Tunnel-Isolator 214 neben der strukturierten zweiten magnetischen Schicht 216 entfernt wird. Die gleiche Lithographiemaske, welche verwendet wird zum Strukturieren der zweiten magnetischen Schicht 216 kann in dieser Ausführungsform zum Strukturieren des Resists 252 verwendet werden. Ein Ätzprozess mit einer isotropen Komponenten kann verwendet werden zum Bilden der negativ abgeschrägten Graben-Seitenwände 254.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die dritte Struktur für den Resist 252 kleiner sein als die erste Struktur für die zweite magnetische Schicht 216, wie in 13 mit Bezugszeichen 268 gestrichelt dargestellt ist. In dieser Ausführungsform ist die dritte Struktur der Abdeckschicht 262 ein wenig kleiner als die erste Struktur der zweiten magnetischen Schicht 216. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die Ausbeute hinsichtlich der auftretenden MTJ-Kurzschlüsse verbessert werden kann. Beispielsweise kann der Resist 252 in dem Bereich, in dem der Resist 252 auf der zweiten magnetischen Schicht 216 von den Kanten der zweiten magnetischen Schicht bis zu einem Abstand d₂ entfernt werden, wobei d₂ einen Überlappungsbereich der Einrichtung aufweisen kann. Beispielsweise kann d₂ ungefähr 50 nm betragen obwohl alternativ d₂ andere Dimensionen aufweisen kann. Wiederum vorteilhafterweise ist es nicht erforderlich, dass das Strukturieren des Resists 252 und der Abdeckschicht 264 exakt ist; jeder Ausrichtungsfehler tritt bei jedem MTJ gleichmäßig für jeden MTJ in einem MRAM-Array auf, womit jeder MTJ in einem MRAM-Array gleichmäßig in gleicher Weise beeinflusst wird.
In jeder Ausführungsform ist die Abdeckschicht 262 über einen erheblichen Teil der zweiten magnetischen Schicht 216 gebildet. Beispielsweise kann die Abdeckschicht auf zumindest ungefähr 80% der zweiten magnetischen Schicht 216 gebildet werden. Noch bevorzugter wird die Abdeckschicht 262 auf zumindest ungefähr 90% der zweiten magnetischen Schicht 216 gemäß den Ausführungsformen der Erfindung gebildet.
Nachdem die Schicht des Resists 252 mit der dritten Struktur strukturiert worden ist, wird ein Abdeckschicht-Material 262 auf dem strukturierten Resist 252 und der freigelegten zweiten magnetischen Schicht 216 (und dem Tunnel-Isolator 214, wenn freigelegt), abgeschieden, wie in 11 dargestellt. Das Abdeckschicht-Material 262 bildet eine Schicht, welche vorzugsweise eine Schichtdicke von ungefähr 50 bis 1000 Angström eines leitfähigen Materials aufweist und besonders bevorzugt eine Dicke von ungefähr 500 Angström oder weniger. In einer Ausführungsform bildet das Abdeckschicht-Material 262 eine Schicht, welche eine Dicke von ungefähr 200 Angström oder weniger aufweist. Diese Dimensionen für die Schicht des Abdeckschicht-Materials 262 sind nur beispielhaft angegeben, obwohl die Schicht des Abdeckschicht-Materials 262 andere Dimensionen aufweisen kann.
Das Abdeckschicht-Material 262 weist bevorzugt ein leitfähiges Material auf, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der zweiten magnetischen Schicht 216 und einer nachfolgend gebildeten zweiten leitfähigen Leitung 230 hergestellt wird, wie in 13 gezeigt. Beispielsweise kann das Abdeckschicht-Material 262 vorzugsweise TaN, Ta, TiN, Ti oder Ru enthalten, oder eine Kombination dieser Materialien. Das Abdeckschicht-Material 262 kann mittels PVD, eines chemischen Gasabscheideverfahrens (Chemical Vapor Deposition, CVD) oder anderer geeigneter Abscheideverfahren abgeschieden werden. In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Abdeckschicht-Material 262 vorzugsweise TaN auf, welches mittels PVD abgeschieden wird.
Die Einrichtung 200 kann Gegenstand eines Sputter-Vorreinigungs-Prozesses sein, bevor das Abdeckschicht-Material 262 abgeschieden wird, um mögliche Materialien oder Oxide wie beispielsweise NiFeO zu entfernen, welche auf der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht 216 gebildet wurden.
Nachfolgend wird der Resist 252 unter Verwendung eines Strip-Prozesses entfernt, obwohl andere Prozesse eingesetzt werden können. Da die Abschnitte des Abdeckschicht-Materials 262 auf dem Resist 252 aufgebracht sind, werden diese Bereiche des Abdeckschicht-Materials 262 entfernt, wenn der Resist 252 entfernt wird, womit die in 12 gezeigte Struktur verbleibt. Das Entfernen von Material, welches auf einem Resist gebildet ist während eines Resist-Strip-Prozesses wird im Folgenden auch als "Lift-Off-Technik" bezeichnet. Somit wird gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung die Abdeckschicht 262 gebildet unter Verwendung einer Lift-Off-Technik.
Wiederum kann die dritte Struktur der Abdeckschicht 262 ein wenig größer sein als die erste Struktur der zweiten magnetischen Schicht 216, wie in 12 mit Bezugszeichen 264 dargestellt, oder sie kann ein wenig kleiner sein als die erste Struktur der zweiten magnetischen Schicht 216, wie in 13 mit Bezugszeichen 266 dargestellt. Alternativ kann die dritte Struktur der Abdeckschicht 262 im Wesentlichen gleich der ersten Struktur der zweiten magnetischen Schicht 216 sein. Vorzugsweise ist die dritte Struktur der Abdeckschicht 262 kleiner als die zweite Struktur des Tunnel-Isolators 214 und der ersten magnetischen Schicht 212, wie gezeigt.
Nun wird der Herstellungsprozess für die MRAM-Einrichtung fortgesetzt zum Fertigstellen der Einrichtung 200. Beispielsweise kann eine dritte isolierende Schicht 226 zwischen einander benachbarten MTJs angeordnet werden (welche die zweite magnetische Schicht 216, den Tunnel-Isolator 214 und die erste magnetische Schicht 212 aufweisen, welche unter der zweiten magnetischen Schicht 216 angeordnet sind). Die dritte isolierende Schicht 226 kann planarisiert werden unter Verwendung eines chemisch mechanischen Polierverfahrens (Chemical Mechanical Polishing Process, CMP). Eine vierte isolierende Schicht 232 kann auf den MTJs und der dritten isolierenden Schicht 126 angeordnet werden und zweite leitfähige Leitungen 230, welche gleiche Materialen aufweisen wie die, welche für die ersten leitfähigen Leitungen 208 beschrieben wurden, können in der vierten isolierenden Schicht 232 gebildet werden, wie in 13 gezeigt. Jede zweite leitfähige Leitung 230 wird vorzugsweise auf einem MTJ gebildet und liegt an diesem an, wie dargestellt. Zusätzliche isolierende Schichten werden abgeschieden und Kontakte werden hergestellt zu unterliegenden Elementen (nicht gezeigt).
Die zweite isolierende Schicht 216, die dritte isolierende Schicht 226 und die vierte isolierende Schicht 233 können Siliziumdioxid, ein Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Low-k-Material) oder isolierende Materialien oder Kombinationen derselben oder eine Mehrzahl von Schichten aus diesen Materialien aufweisen, obwohl alternativ die zweite isolierende Schicht 210, die dritte isolierende Schicht 226 und die vierte isolierende Schicht 232 andere Materialen aufweisen kann/können. Die zweiten leitfähigen Leitungen 230 können beispielsweise Bitleitungen eines MRAM-Arrays aufweisen und die zweiten leitfähigen Leitungen könne Wortleitungen aufweisen. Alternativ kann das Umgekehrte vorgesehen sein, nämlich dass die zweiten leitfähigen Leitungen 230 Wortleitungen eines MRAM-Arrays aufweisen und die ersten leitfähigen Leitungen 208 Bitleitungen eines MRAM-Arrays. In einem Kreuzungspunkt-MRAM-Array werden die Wortleitungen 230 und die Bitleitungen 208 verwendet zum Zugreifen auf einen bestimmten MTJ. In einem Feldeffekttransistor-MRAM-Array wird ein unten liegender Feldeffekttransistor in dem Substrat gebildet (nicht dargestellt) und Bitleitungen 230 oder 208 und Wortleitungen 208 oder 230 können verwendet werden zum Auswählen einer bestimmten MRAM-Speicherzelle.
Da die Abdeckschicht 262 gebildet wird unter Verwendung einer Lift-Off-Technik und nicht als Hartmaske zum Strukturieren darunter liegender Materialschichten wie beispielsweise einer zweiten magnetischen Schicht 126, verwendet wird, kann die zweite magnetische Schicht 216 vorteilhafterweise gemäß den Ausführungsformen der Erfindung nass geätzt werden.
14 bis 18 zeigen Querschnittsansichten einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Hartmasken/Photoresist-Lift-Off-Technik verwendet wird zum Bilden einer Abdeckschicht auf einem MTJ nach dem Strukturieren der freien Schicht oder zweiten magnetischen Schicht. Wiederum werden gleiche Bezugszeichen verwendet für die verschiedenen Elemente in den 14 bis 18, wie sie mit Bezug auf die 1 bis 3 und 4 bis 13 beschrieben wurden und zum Vermeiden von Wiederholungen werden gegebenenfalls mit schon beschriebenen Bezugszeichen versehene Komponenten in den Figuren nicht notwendigerweise erneut im Detail beschrieben. Gleiche Materialen und Elemente, beispielsweise x02, x04, x06, x08, etc. werden vorzugsweise für die gezeigten Materialschichten verwendet, wie sie für die 1 bis 3 und 4 bis 13 beschrieben wurden, wobei mit x = 1 die Komponenten in den 1 bis 3 bezeichnet werden, mit x = 2 die Komponenten in den 4 bis 13 bezeichnet und mit x = 3 die Komponenten in den 14 bis 18 bezeichnet werden.
In dieser Ausführungsform wird eine Lift-Off-Technik verwendet zum Bilden einer Hartmaske 317 auf allen freigelegten Materialschichten 310 und 314 der MRAM-Einrichtung 300 und zum Entfernen der Hartmaske 370 von den Bereichen, in denen die Hartmaske 370 auf der zweiten magnetischen Schicht 316 angeordnet ist. Nach dem Strukturieren der zweiten magnetischen Schicht mit der ersten Struktur unter Verwendung eines Nassätz-Prozesses und unter Verwendung des Resists 250 und optional einer ARC-Schicht 248 als einer Maske, wie in 8 gezeigt, verbleiben der zum Strukturieren der zweiten magnetischen Schicht 316 verwendete Resist 315 und optional die ARC-Schicht 348 auf der zweiten magnetischen Schicht 316, wie in 14 gezeigt. Eine Hartmaske 370 wird auf dem Resist 350, der optionalen ARC-Schicht 348 und den freigelegten Bereichen des Tunnel-Isolators 314 und der zweiten isolierenden Schicht 310 abgeschieden, wie dargestellt. Die Hartmaske 370 weist vorzugsweise ein isolierendes Material wie beispielsweise SiN, SiC, SiO, SON, SiCN, Kombinationen dieser Materialen oder mehrere Schichten dieser Materialen auf, obwohl alternativ die Hartmaske 370 andere Materialen aufweisen kann. Die Hartmaske 370 weist vorzugsweise eine Schichtdicke von ungefähr 1000 Angström oder weniger auf, wobei alternativ die Hartmaske andere Dimensionen aufweisen kann.
Wenn die optionale ARC-Schicht 348 verwendet wird, weist die ARC-Schicht 348 vorzugsweise ein SION-dielektrisches Material auf und die Hartmaske 370 weist vorzugsweise SiC, SiCN oder Kombinationen dieser Materialen auf.
Nachdem die Hartmaske 370 auf dem Resist 350 und der optionalen ARC-Schicht 348 abgeschieden worden ist, werden der Resist 350 und die ARC-Schicht 348 gestrippt bzw. entfernt, wobei die Hartmaske 370, welche auf der oberen Oberfläche des Resists 350 angeordnet ist, ebenfalls entfernt wird, gemäß einer Lift-Off-Technik. Die verbleibende Struktur ist in 15 dargestellt, wobei die Hartmaske 370 auf dem Tunnel-Isolator 314 verbleibt und Teilen der zweiten Isolatorschicht 310 und wobei die zweite magnetische Schicht 316 freigelegt bleibt.
Ein Abdeckschicht-Material 362 wird dann auf der freigelegten zweiten isolierenden Schicht 310, dem Tunnel-Isolator 314 und Teilen der zweiten isolierenden Schicht 310, wie in 16 gezeigt, abgeschieden. Das Abdeckschicht-Material 362 kann eine Schichtdicke von ungefähr 1000 Angström oder weniger aufweisen, wobei das Abdeckschicht-Material 362 TaN, Ta, TiN, Ti, oder Ru oder Kombinationen dieser Materialen aufweisen kann.
Eine andere optionale ARC-Schicht 372 und eine andere, Schicht aus Photoresist 374 werden auf dem Abdeckschicht-Material 362, wie in 17 dargestellt, abgeschieden. Der Resist 374 und die ARC-Schicht 372 werden gemäß der dritten Struktur für die Abdeckschicht 362 strukturiert und der Resist 374 und die ARC-Schicht 372 werden als Maske verwendet, während das Abdeckschicht-Material 362 strukturiert wird, womit die in 18 dargestellte Struktur verbleibt. Das überschüssige Abdeckschicht-Material 376, welches auf den Randbereichen der Abdeckschicht 362 verbleibt, kann während eines CMP-Verfahrens, mit welchem die isolierende Schicht, welche zwischen den MTJs angeordnet ist, chemisch-mechanisch poliert wird, entfernt werden. Leitfähige Leitungen werden nachfolgend auf der Abdeckschicht 362 gebildet (nicht gezeigt; siehe 13).
In dieser Ausführungsform der Erfindung kann die dritte Struktur der Abdeckschicht 362 die gleiche Größe wie die erste Struktur der zweiten magnetischen Schicht 316 aufweisen. Dies ist in der Hinsicht vorteilhaft, dass die gleiche Maske verwendet werden kann zum Strukturieren des Resists 374 in 17 und des Resists 350 in 14. Alternativ kann die dritte Struktur der Abdeckschicht 362 ein wenig größer oder kleiner sein als die erste Struktur der zweiten magnetischen Schicht 316, wie mit Bezug auf 13 beschrieben wurde und dort dargestellt ist. Vorteile der Ausführungsformen der Erfindung enthalten das Bereitstellen von Verfahren zum Bilden eines MTJ oder einer magnetischen Speicherzelle, wobei leitfähige Strukturen an den Seitenwänden verschiedener Materialschichten des MTJ nicht gebildet werden. Verfahren zum Strukturieren von MTJs von MRAM-Einrichtungen sind hierin beschrieben, wobei ein Nassätz-Prozess verwendet werden kann zum Strukturieren der oberen magnetischen Materialschicht. Eine Abdeckschicht wird dann gebildet auf der strukturierten oberen magnetischen Materialschicht unter Verwendung einer Lift-Off-Technik, wobei, wenn Resist entfernt wird, ein auf dem Resist angeordnetes Material ebenfalls entfernt wird. Da ein Nassätz-Prozess verwendet wird zum Strukturieren der oberen magnetischen Materialschicht des MTJ, wird ein laterales Ätzen der oberen magnetischen Materialschicht reduziert oder eliminiert. MRAM-Einrichtungen mit verbesserter Leistungsfähigkeit und erhöhter Ausbeute werden gemäß diesen Ausführungsformen der Erfindung erzielt. Die Abdeckschichten 262/362, welche hierin beschrieben wurden, stellen thermische Stabilität und magnetische Stabilität für die MTJs von MRAM-Einrichtungen bereit. Die Abdeckschicht 262/362 verhindert ferner die Diffusion von Materialen von nachfolgend gebildeten leitfähigen Leitungen 230 zu der zweiten magnetischen Schicht 216/316 und verhindert ferner die Diffusion von Materialen der zweiten magnetischen Schicht 216/316 in die leitfähigen Leitungen 230.
Die Lift-Off-Techniken, welche hierin zum Bilden einer Abdeckschicht 262/362 auf einem MTJ beschrieben wurden, stellen Lösungen bereit, gemäß denen in dem Stand der Technik auftretende Schwierigkeiten, welche zusammenhängen mit dem Ätzen von magnetischen Materialschichten von MTJs. Eine Schädigung von Randbereichen der freien Schicht oder der zweiten magnetischen Schicht 216/316 wird verhindert und eine Schädigung des MTJs aufgrund von Nebenprodukten des Trockenätzens von magnetischen Materialen wird gemäß den Ausführungsformen der Erfindung vermieden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, aufweisend: • Bereitstellen eines Substrats; • Abscheiden einer ersten magnetischen Schicht auf dem Substrat; • Abscheiden eines Tunnel-Isolators auf der ersten magnetischen Schicht; • Abscheiden einer zweiten magnetischen Schicht auf dem Tunnel-Isolator, wobei die zweite magnetische Schicht, der Tunnel-Isolator und die erste magnetische Schicht einen Manetstapel bilden; • Strukturieren der zweiten magnetischen Schicht, des Tunnel-Isolators und der ersten magnetischen Schicht, wobei die zweite magnetische Schicht eine erste Struktur aufweist und der Tunnel-Isolator und die zweite magnetische Schicht eine zweite Struktur aufweisen, wobei die zweite Struktur größer ist als die erste Struktur, wobei die zweite magnetische Schicht eine obere Oberfläche aufweist; und • nach dem Strukturieren der zweiten magnetischen Schicht, Bilden einer Abdeckschicht auf zumindest einem erheblichen Teil der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Strukturieren der zweiten magnetischen Schicht einen Nassätz-Prozess aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Nassätz-Prozess eine wässrige Dicarboxylsäure-Ätzlösung aufweist, eingerichtet zum Stoppen auf dem Tunnel-Isolator.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Dicarboxylsäure des Nassätz-Prozesses eine der folgenden Säuren aufweist: Glutarsäure, Hexandisäure oder Suberinsäure.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren ein Strukturieren des Tunnel-Isolators und der ersten magnetischen Schicht aufweist vor dem Abscheiden der zweiten magnetischen Schicht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren ein Strukturieren des Tunnel-Isolators und der ersten magnetischen Schicht nach dem Abscheiden der zweiten magnetischen Schicht aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Bilden der Abdeckschicht ein Bilden der Abdeckschicht auf der gesamten oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Bilden der Abdeckschicht ferner aufweist ein Bilden der Abdeckschicht über einem Teil des Tunnel-Isolators neben der zweiten magnetischen Schicht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Bilden der Abdeckschicht eine Lift-Off-Technik aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Bilden der Abdeckschicht ein Abscheiden von TaN, Ta, TiN, Ti, oder Ru oder Kombinationen derselben aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Bilden der Abdeckschicht ein Abscheiden der Schicht von ungefähr 500 Angström von Material oder weniger aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Bilden der Abdeckschicht aufweist: • Abscheiden eines Resists auf der zweiten magnetischen Schicht; • Strukturieren des Resists, so dass zumindest ein Teil der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht freigelegt wird; • Abscheiden eines Abdeckschicht-Materials auf dem Resist und dem freigelegten zumindest einen Teil der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht; und • Entfernen des Resists, wobei das Entfernen des Resists aufweist ein Entfernen von überschüssigem Abdeckschicht-Material, welches auf dem Resist angeordnet ist und, wobei die Abdeckschicht auf dem zumindest einen Teil der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht verbleibt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Strukturieren des Resists aufweist ein Freilegen der gesamten oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht, wobei das Entfernen des Resists aufweist ein Beibehalten der Abdeckschicht, welche sich auf der gesamten oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Strukturieren des Resists ferner aufweist ein Freilegen eines Bereiches des Tunnel-Isolators neben der zweiten magnetischen Schicht, wobei das Entfernen des Resists ferner aufweist ein Belassen der Abdeckschicht, welche sich auf einem Bereich des Tunnel-Isolators neben der zweiten magnetischen Schicht befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Freilegen eines Bereiches eines Tunnel-Isolators aufweist ein Negativ-Abschrägen des Resists in der Nähe des Tunnel-Isolators während des Strukturierens des Resists.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Bilden der Abdeckschicht aufweist: • Bilden eines ersten Resists auf der zweiten magnetischen Schicht; • Abscheiden einer Hartmaske auf dem ersten Resist und dem Tunnel-Isolator; • Entfernen des ersten Resists, wobei das Entfernen des ersten Resists aufweist ein Entfernen der Hartmaske auf dem ersten Resist; • Abscheiden eines Abdeckschicht-Materials auf der Hartmaske und der zweiten magnetischen Schicht; • Abscheiden eines zweiten Resists auf dem Abdeckschicht-Material; • Strukturieren des zweiten Resists, wobei der zweite Resist, welcher sich auf dem zweiten magnetischen Material befindet, verbleibt; und • Entfernen des zweiten Resists, wobei das Entfernen des zweiten Resists aufweist das Entfernen des Abdeckschicht-Materials von dem Bereich, der sich auf dem Tunnel-Isolator befindet, wobei die Abdeckschicht auf dem zweiten magnetischen Material verbleibt.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei das Abscheiden der Hartmaske ein Abscheiden von SiN, SiC, SiO, SON, SiCN, von Kombinationen Materialien oder von mehreren Schichten einer oder mehrerer dieser Materialen aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei das Abscheiden der Hartmaske aufweist ein Abscheiden einer Schicht von ungefähr 100 Angström oder weniger des Materials.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Strukturieren der zweiten magnetischen Schicht unter Verwendung des ersten Resists als Maske durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das Bilden des ersten Resists auf der zweiten magnetischen Schicht aufweist ein Abscheiden des ersten Resists auf der zweiten magnetischen Schicht und ein Strukturieren des ersten Resists unter Verwendung einer Lithographiemaske und wobei das Strukturieren des zweiten Resists unter Verwendung der gleichen Lithographiemaske durchgeführt wird, welche zum Strukturieren des ersten Resists verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die zweite magnetische Schicht, der Tunnel-Isolator und die erste magnetische Schicht einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ) einer magnetischen Direktzugriffspeichereinrichtung (MRAM) aufweist, wobei das Verfahren das Bilden einer Mehrzahl von MTJs auf dem Substrat aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 21, ferner aufweisend • Bilden einer ersten Isolationsschicht auf dem Substrat vor dem Abscheiden der ersten magnetischen Schicht; • Bilden einer Mehrzahl von ersten leitfähigen Leitungen in der ersten isolierenden Schicht, wobei die ersten leitfähigen Leitungen in einer ersten Richtung positioniert sind, wobei das Abscheiden einer ersten magnetischen Schicht auf dem Substrat das Abscheiden der ersten magnetischen Schicht auf der ersten isolierenden Schicht und der ersten leitfähigen Leitungen aufweist und wobei jeder MTJ auf zumindest einer der Mehrzahl der ersten leitfähigen Leitungen angeordnet ist; • Bilden einer zweiten isolierenden Schicht auf der ersten isolierenden Schicht zwischen und auf den MTJs; und • Bilden einer Mehrzahl von zweiten leitfähigen Leitungen in der zweiten isolierenden Schicht, wobei die zweiten leitfähigen Leitungen in einer zweiten Richtung positioniert sind, wobei die zweite Richtung unterschiedlich ist zu der ersten Richtung und wobei jede zweite leitfähige Leitung die an der Abdeckschicht an einem MTJ anliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei die Halbleiter-Einrichtung eine Feldeffekttransistor-MRAM-Einrichtung oder eine Kreuzungspunkt-MRAM-Einrichtung aufweist, wobei die Mehrzahl von ersten leitfähigen Leitungen und die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Leitungen Wortleitungen beziehungsweise Bitleitungen der MRAM-Einrichtung aufweisen und wobei die MTJs magnetische Speicherzellen aufweisen.
Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Direktzugriffsspeichereinrichtung (MRAM), wobei das Verfahren aufweist: • Bilden einer Mehrzahl von ersten leitfähigen Leitungen auf einem Substrat, wobei die ersten leitfähigen Leitungen in einer ersten Richtung positioniert sind; • Bilden einer Mehrzahl von magnetischen Tunnelübergängen (MTJs) auf den ersten leitfähigen Leitungen, wobei jeder MTJ auf einer ersten leitfähigen Leitung der ersten leitfähigen Leitungen angeordnet wird, wobei jeder MTJ eine erste magnetische Schicht, einen Tunnel-Isolator, angeordnet auf der ersten magnetischen Schicht, und eine zweite magnetischen Schicht, angeordnet auf dem Tunnel-Isolator, aufweist, wobei die zweite magnetische Schicht eine erste Struktur aufweist und der Tunnel-Isolator und die erste magnetische Schicht eine zweite Struktur aufweisen, wobei die zweite Struktur größer ist als die erste Struktur, wobei die zweite magnetische Schicht eine obere Oberfläche aufweist; • Abscheiden eines Resists auf zumindest der zweiten magnetischen Schicht und dem Tunnel-Isolator; • Strukturieren des Resists zum Freilegen zumindest eines Teils der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht; • Abscheiden von Abdeckschicht-Material auf dem Resist und dem freigelegten zumindest einen Teil der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht; • Entfernen des Resists, wobei das Entfernen des Resists aufweist das Entfernen von überschüssigem Abdeckschicht-Material, welches auf dem Resist angeordnet ist, wobei eine Abdeckschicht auf dem zumindest einen Teil der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht eines jeden MTJ verbleibt; und • Bilden einer Mehrzahl von zweiten leitfähigen Leitungen auf der Abdeckschicht der MTJs, wobei die zweiten leitfähigen Leitungen in einer zweiten Richtung positioniert sind, wobei die zweite Richtung unterschiedlich ist von der ersten Richtung und wobei jede zweite leitfähige Leitung an einer Abdeckschicht auf einem MTJ anliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei das Strukturieren des Resists aufweist ein Freilegen der gesamten oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht, wobei das Entfernen des Resists aufweist ein Beibehalten der Abdeckschicht, welche sich auf der gesamten oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei das Strukturieren des Resists ferner aufweist ein Freilegen eines Teils des Tunnel-Isolators neben der zweiten magnetischen Schicht, wobei die Abdeckschicht, welche sich auf einem Teil des Tunnel-Isolators neben der zweiten magnetischen Schicht befindet, dort verbleibt.
Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei das Freilegen eines Teils des Tunnel-Isolators aufweist ein Negativ-Abschrägen des Resists in der Nähe des Tunnel-Isolators während des Strukturierens des Resists.
Verfahren gemäß einen der Ansprüche 24 bis 27, wobei das Bilden der Mehrzahl von MTJs aufweist das Strukturieren der zweiten magnetischen Schicht der MTJs unter Verwendung eines Nassätz-Prozesses.
Verfahren gemäß einen der Ansprüche 24 bis 28, wobei das Abscheiden des Abdeckschicht-Materials aufweist das Abscheiden von Material in einer Dicke von 500 Angström oder weniger wobei das Material TaN, Ta, TiN, Ti, Ru oder Kombinationen dieser Materialien aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer magnetischen Direktzugriffspeicher-Einrichtung (MRAM), wobei das Verfahren aufweist: • Bilden einer Mehrzahl von ersten leitfähigen Leitungen auf einem Substrat, wobei die ersten leitfähigen Leitungen in einer ersten Richtung positioniert sind; • Bilden einer Mehrzahl von magnetischen Tunnelübergängen (MTJs) auf den ersten leitfähigen Leitungen, wobei jeder MTJ auf einer ersten leitfähigen Leitung der ersten leitfähigen Leitungen angeordnet ist, wobei jeder MTJ eine erste magnetische Schicht, einen Tunnel-Isolator, angeordnet auf der ersten magnetischen Schicht, und eine zweite magnetische Schicht, angeordnet auf dem Tunnel-Isolator, aufweist, wobei die zweite magnetische Schicht eine erste Struktur aufweist und der Tunnel-Isolator und die erste magnetische Schicht eine zweite Struktur aufweisen, wobei die zweite Struktur größer ist als die erste Struktur, wobei die zweite magnetische Schicht eine obere Oberfläche aufweist; • Bilden eines ersten Resists auf zumindest der zweiten magnetischen Schicht und dem Tunnel-Isolator; • Abscheiden einer Hartmaske auf dem ersten Resist und dem Tunnel-Isolator; • Entfernen des ersten Resists, wobei das Entfernen des ersten Resists aufweist das Entfernen der Hartmaske auf dem ersten Resist; • Abscheiden von Abdeckschicht-Material auf der Hartmaske und der zweiten magnetischen Schicht; • Abscheiden eines zweiten Resists auf dem Abdeckschicht-Material; • Strukturieren des zweiten Resists, wobei das zweite Resist, welches sich auf dem zweiten magnetischen Material befindet, verbleibt; • Entfernen des zweiten Resists, wobei das Entfernen des zweiten Resists aufweist ein Entfernen von Abdeckschicht- Material, welches sich auf dem Tunnel-Isolator befindet, wobei eine Abdecksicht auf der oberen Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht eines jeden MTJ verbleibt; und • Bilden einer Mehrzahl von zweiten leitfähigen Leitungen auf der Abdeckschicht der MTJs, wobei die zweiten leitfähigen Leitungen in einer zweiten Richtung positioniert sind, wobei die zweite Richtung unterschiedlich ist zu der ersten Richtung, wobei jede zweite leitfähige Leitung an der Abdeckschicht an einem MTJ anliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 30, wobei das Abscheiden der Hartmaske aufweist ein Abscheiden von SiN, SiC, SiO, SON, SiCN, Kombinationen dieser Materialien oder mehrerer Schichten der genannten Materialien.
Verfahren gemäß Anspruch 30 oder 31, wobei das Abscheiden der Hartmaske ein Abscheiden von Material einer Schichtdicke von 1000 Angström oder weniger aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei die zweite magnetische Schicht strukturiert wird unter Verwendung des ersten Resists als Maske.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 bis 33, wobei das Bilden des ersten Resists auf der zweiten magnetischen Schicht aufweist ein Abscheiden des ersten Resists auf der zweiten magnetischen Schicht und ein Strukturieren des ersten Resists unter Verwendung einer Lithographiemaske und wobei das Strukturieren des zweiten Resists unter Verwendung der gleichen Lithographiemaske erfolgt, wie sie zum Strukturieren des ersten Resists verwendet wurde.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 bis 34, wobei das Bilden der Mehrzahl von MTJs aufweist ein Strukturieren der zweiten magnetischen Schicht auf den MTJs unter Verwendung eines Nassätz-Prozesses.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 30 bis 35, wobei das Abscheiden des Abdeckschicht-Materials aufweist ein Abscheiden von Material einer Schichtdicke von 500 Angström oder weniger wobei das Material TaN, Ta, TiN, Ti, oder Ru, oder eine Kombination dieser Materialien aufweist.
Magnetische Speichereinrichtung, aufweisend: • ein Substrat; • eine erste magnetische Schicht angeordnet auf dem Substrat; • einen Tunnel-Isolator, angeordnet auf der ersten magnetischen Schicht; • eine zweite magnetischen Schicht, angeordnet auf dem Tunnel-Isolator, wobei die erste magnetische Schicht, der Tunnel-Isolator und die zweite magnetische Schicht mindestens einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ) aufweist, wobei die zweite magnetische Schicht eine erste Struktur aufweist, und wobei der Tunnel-Isolator und die erste magnetische Schicht eine zweite Struktur aufweisen, wobei die zweite Struktur größer ist als die erste Struktur; • eine Abdeckschicht, angeordnet auf zumindest der zweiten magnetischen Schicht, wobei die Abdeckschicht eine dritte Struktur aufweist, wobei die dritte Struktur größer oder kleiner ist als die erste Struktur und wobei die dritte Struktur kleiner ist als die zweite Struktur.
Magnetische Speichereinrichtung gemäß Anspruch 37, ferner aufweisend: • eine ersten isolierende Schicht, angeordnet auf dem Substrat unterhalb der ersten magnetischen Schicht; • eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Leitungen, angeordnet innerhalb der ersten isolierenden Schicht, wobei die ersten leitfähigen Leitungen in einer ersten Richtung positioniert sind, wobei der zumindest eine MTJ auf einer ersten leitfähigen Leitung der Mehrzahl von ersten leitfähigen Leitungen angeordnet ist; • eine zweite isolierende Schicht, angeordnet über der ersten isolierenden Schicht und über dem zumindest einen MTJ; und • eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Leitungen, angeordnet innerhalb der zweiten isolierenden Schicht, wobei die zweiten leitfähigen Leitungen in einer zweiten Richtung positioniert sind, wobei die zweite Richtung unterschiedlich ist zu der ersten Richtung und wobei eine zweite leitfähige Leitung der Mehrzahl von zweiten leitfähigen Leitungen auf der Abdeckschicht angeordnet ist und an dieser anliegt über dem zumindest einen MTJ.
Magnetische Speichereinrichtung gemäß Anspruch 37 oder 38, wobei die magnetische Speichereinrichtung eine Feldeffekttransistor-Magnetische-Direktzugriffsspeicher-Einrichtung oder eine Kreuzungspunkt-Magnetische-Direktzugriffsspeicher-Einrichtung ist, wobei die Mehrzahl von ersten leitfähigen Leitungen und die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Leitungen Wortleitungen und Bitleitungen der MRAM-Einrichtung aufweisen, und wobei der zumindest eine MTJ eine Mehrzahl von magnetischen Speicherzellen aufweist.
Magnetische Speichereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 37 bis 39, wobei das Abdeckschicht-Material eine Schichtdicke von 500 Angström oder weniger aufweist und das Material TaN, Ta, TiN, Ti, oder Ru oder eine Kombination dieser Materialien ist.