DE102006001107A1

DE102006001107A1 - Verfahren zum Herstellen von MRAM-Zellen

Info

Publication number: DE102006001107A1
Application number: DE102006001107A
Authority: DE
Inventors: Rainer Leuschner
Original assignee: Infineon Technologies AG; Altis Semiconductor SNC
Current assignee: Infineon Technologies AG; Altis Semiconductor SNC
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2006-01-09
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2026-01-10
Also published as: DE102006001107B4; US7083990B1; US20060172439A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer MRAM-Zelle beinhaltet das Bereitstellen eines Substrats mit wenigstens einem darauf ausgebildeten Tunnelübergang (MTJ), Ausbilden einer Isolationsschicht aus nicht-leitfähigem, isolierendem Material über dem wenigstens einen MTJ, Verwenden eines Damascene-Prozesses zur Ausbildung von wenigstens zwei benachbarten ersten Gräben in der Isolationsschicht, Auffüllen der ersten Gräben innerhalb des isolierenden Materials mit einem leitfähigen Material und Polieren des leitfähigen Materials zur Ausbildung von Leiterbahnen, Ätzen von wenigstens einem zweiten Graben in die Isolationsschicht zwischen den Leiterbahnen, Abscheiden eines ferromagnetischen Liner-Materials wenigstens über den Leiterbahnen und dem zweiten Graben; und Entfernen des ferromagnetischen Liner-Materials von der Unterseite des zweiten Grabens zur Ausbildung ferromagnetischer Liner der Leiterbahnen. Der zweite Graben weist Seitenwände und eine Unterseite mit bestimmtem Aspektverhältnis auf.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft nicht-flüchtige magnetoresistive Speicherzellen mit wahlfreiem Zugriff zur Verwendung in integrierten Halbleiterschaltkreisen sowie ein Verfahren zum Herstellen von magnetoresistiven Speicherzellen.
HINTERGRUND
Magnetoresistive Speicher mit wahlfreiem Zugriff (MRAM) stellen eine Speichertechnologie dar, die dynamische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) als Standardspeicher für Computervorrichtungen ersetzen könnte. Nicht-flüchtige MRAMs ermöglichen „unverzüglich einschaltbare" Systeme, d. h. Systeme, die unmittelbar nach dem Einschalten des Computersystems einsetzbar sind.

Eine MRAM-Zelle weist einen Aufbau mit ferromagnetischen Schichten auf, die durch eine nicht-magnetische Tunnelbarrierenschicht voneinander getrennt und als magnetischer Tunnelübergang (MTJ) angeordnet sind. Digitale Information wird durch die bestimmten Ausrichtungen der magnetischen Momentvektoren in den ferromagnetischen Schichten gespeichert und gekennzeichnet. Insbesondere ist die Magnetisierung einer ferromagnetischen Schicht (Referenzschicht) magnetisch fixiert oder gepinnt, während die Magnetisierung der anderen magnetischen Schicht (freie Schicht) zwischen zwei bevorzugten Richtungen entlang der leichten Magnetisierungsachse umgeschaltet werden kann. Die leichte Magnetisierungsachse wird typischerweise parallel zur fixierten Magnetisierung der ferromagnetischen Referenzschicht ausgerichtet. Relative Ausrichtungen der Magnetisierung der freien Schicht werden ebenso jeweils als „parallele" und „antiparallele" Zustände bezeichnet, die zwei verschiedene Widerstandswerte hinsichtlich einer über der Barrierenschicht des magnetischen Tunnelübergangs (MTJ) angelegten Spannung zeigen. Somit spiegelt der Widerstand des MTJ einen bestimmten Zustand wieder, wobei der Widerstand abnimmt, falls die Magnetisierung parallel liegt und dieser nimmt zu, falls die Magnetisierung antiparallel liegt. Eine Defektion des Widerstands ermöglicht es einer MRAM-Zelle logische Information durch zwei verschiedene resistive Zustände gekennzeichnet anzugeben.

Eine MRAM-Zelle wird durch Anlegen von magnetischen Feldern beschrieben, wobei die Felder an die Magnetisierung der freien Schicht koppeln und durch bi- oder unidirektionale Ströme erzeugt werden, die durch benachbart zur Speicherzelle positionierte Stromleiterbahnen fließen.

Die Herstellung von MRAM-Zellen wird typischerweise in einen Back-End-Verdrahtungsaufbau bekannter CMOS-Prozessierung am Ende der Fertigungskette (back-end-of-line) integriert.

Um für die heutzutage gängigen elektronischen Vorrichtungen verwendbar zu sein, insbesondere in tragbaren Geräten, wie Notebook-Computern, digitalen Kameras und dergleichen, werden Arrays magnetischer Speicherzellen mit sehr hoher Dichte benötigt. Demnach stellt die Verkleinerung der Speicherzellengröße eine wesentliche Vorbedingung für eine praktische Anwendung dar. Jedoch existieren viele Hindernisse um MRAM-Zellen erfolgreich zu verkleinern. Ein Problem ergibt sich dadurch, dass beim Verkleinern von MRAM-Zellen die magnetischen Umschaltfelder zum Umkehren der Magnetisierung der ferromagnetischen freien Schicht ungefähr mit

größer werden, wobei w die Breite der Zelle darstellt.

Werden MRAM-Zellen zunehmend kleiner, wird ein Feld-gesteuertes Umschalten schwieriger. Folglich werden starke magnetische Felder für Feld-gesteuertes Umschalten benötigt, d. h. große durch die Stromleiterbahnen fließende Umschaltströme.

Um das Problem der vergrößerten Umschaltströme zu bewältigen, wurde ein ferromagnetischer Liner um die Stromleiterbahnen hinzugefügt, um den Leistungsverbrauch aufgrund einer Konzentration oder Fokussierung des magnetischen Flusses zu reduzieren, weshalb geringere Umschaltströme notwendig sind. Ebenso wirken die ferromagnetischen Liner als Abschirmungen, um zu verhindern, dass benachbarte Speicherzellen versehentlich umgeschaltet werden. Im Allgemeinen werden derartige ferromagnetische Liner mittels zwei verschiedener Vorgehensweisen hergestellt.

Bei einem ersten Ansatz wird unter Verwendung des bekannten Damascene-Prozesses ein Graben in einem isolierenden Material über einem magnetischen Tunnelübergang (MTJ) ausgebildet, wonach ferromagnetische Seitenwand-Spacer innerhalb des Grabens ausgebildet werden und der Graben mit einem leitfähigen Material, wie Kupfer (Cu), aufgefüllt wird, das zum Entfernen desselbigen außerhalb des Grabens und zur Ausbildung einer Leiterbahn innerhalb des Grabens poliert wird. Nach dem Polieren wird eine ferromagnetische Deckschicht auf die Leiterbahn abgeschieden, z. B. unter Verwendung von stromlosem/stromgetriebenem Plattieren. Ein derartiger Herstellprozess umfasst viele Prozessschrit te und erfordert deshalb Kosten- und Zeitaufwand. Ansonsten sind die Prozessbedingungen des stromlosen/strombetriebenen Plattierens hinsichtlich der Reinheit der abgeschiedenen Schichten kritisch, was sehr wahrscheinlich zu ernsthaften Qualitätsproblemen (Ausbildung von Körnern zwischen den Leiterbahnen) führt. Darüber hinaus führt das Polieren des leitfähigen Materials gefolgt von der Abscheidung einer Deckschicht zu einer näherungsweise 90°-Ecke der ferromagnetischen Schicht (Seitenwände und Deckschicht), die jedoch im Hinblick auf an den Ecken wahrscheinlich auftretenden magnetischen Flussverlusten vermieden werden sollten. Wird darüber hinaus die ferromagnetische Deckschicht durch Sputtern abgeschieden, gefolgt von einer lithografischen Strukturierung und Metallätzung, können die Überlagerungsfehler kritisch bezüglich des magnetischen Flussabschlusses zwischen den Seitenwand-Spacern und der Deckschicht werden.

In einem zweiten Ansatz zur Erzeugung eines ferromagnetischen Liners wird in einem Prozess mit isolierendem Opfermaterial eine aufrechte Metallleitung erzeugt, die vom isolierenden Material hervorsteht, wobei die Metallleitung am geeignetsten elektro-chemisch gewachsen wird, d. h., mit einer stromlosen/stromgetriebenen Plattierung, gefolgt von einem Abscheiden eines ferromagnetischen Liners ebenso durch Einsatz von stromlosem/stromgetriebenem Plattieren. Wie oben in Verbindung mit dem Damascene-Prozess beschrieben, stellt das Plattieren den kritischen Prozess bezüglich Qualitätsproblemen durch verminderte Reinheit der abgeschiedenen Schicht dar. Nach dem Erzeugen einer aufrechten Metallleiterbahn, die vom isolierenden Material hervorsteht, kann der ferromagnetische Liner ebenso mittels eines Sputter-Prozesses wenigstens über der Metallleiterbahn abgeschieden werden, die dann mittels Lithografie und Metallätzung strukturiert wird. Wie in Verbindung mit dem Damascene-Prozess beschrieben, erfordert dies einen zusätzlichen Lithografie-Schritt und die Überlagerungsfehler können kritisch bezüglich des Effekts der magnetischen Flusskonzentration sein.

Ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer magnetoresistiven Speicherzelle, das eine verbesserte Herstellung ferromagnetischer Liner ermöglicht, ist wünschenswert.

ÜBERSICHT

Hinsichtlich eines allgemeinen Aspektes weist ein Verfahren zum Herstellen einer magnetoresistiven Speicherzelle mit wahlfreiem Zugriff (MRAM) das Bereitstellen eines Substrats mit wenigstens einem darauf ausgebildeten magnetischen Tunnelübergang (MTJ) und das Ausbilden einer Isolationsschicht aus nicht-leitendem isolierendem Material über dem wenigstens einen MTJ auf. Danach werden mit Hilfe eines bekannten Damascene-Prozesses eine Mehrzahl von (z. B. wenigstens zwei) benachbarten ersten Gräben in der Isolationsschicht des isolierenden Materials mit einem leitfähigen Material gefüllt und das leitfähige Material zur Ausbildung der Leiterbahnen poliert.

Dann wird wenigstens ein zweiter Graben in die Isolationsschicht zwischen die Leiterbahnen geätzt, so dass der zweite Graben durch Seitenwände und eine Unterseite mit ausgewähltem Aspektverhältnis begrenzt wird. Allgemein wird ein zweiter Graben zwischen jedem Paar benachbarter Leiterbahnen geätzt. In einer typischen Anordnung umfasst jeder zweite Graben näherungsweise den Abstand zwischen benachbarten Leiterbahnen. Mit anderen Worten werden die zweiten Gräben beispielsweise durch die aufrechten Leiterbahnen ausgebildet. Optional kann zum Ätzen der zweiten Gräben eine zusätzliche Ätz-Stoppschicht in der Isolationsschicht ausgebildet werden. Danach wird ein ferromagnetisches Liner-Material wenigstens über den Leiterbahnen und den zwischen diesen ausgebildeten zweiten Gräben abgeschieden, das dann von der Unterseite der zweiten Gräben zur Ausbildung ferromagnetischer Liner, die die Leiterbahnen an deren Oberseite und Seitenwänden umgeben, entfernt wird.

In dieser Beschreibung definiert der Ausdruck „Aspektverhältnis" das Verhältnis von Höhe zur Breite eines Grabens. Darüber hinaus kommt dem Ausdruck „bestimmtes Aspektverhältnis" die Bedeutung zu, dass das Aspektverhältnis im Hinblick auf das für die Grabenätzung verwendete Verfahren ausgewählt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt das Aspektverhältnis wenigstens 0.5. Vorzugsweise beträgt das Aspektverhältnis wenigstens 1. Im Falle, dass der Abstand zwischen benachbarten Leiterbahnen zu groß für ein bestimmtes Aspektverhältnis ist, werden „Dummy"-Leiterbahnen eingefügt, um das Aspektverhältnis der zweiten Gräben zwischen den Leiterbahnen zu vergrößern. Dummy-Leiterbahnen stimmen vom Aufbau her mit gewöhnlichen Leiterbahnen überein, dienen jedoch zu nichts anderem, als zur Erhöhung des Aspektverhältnisses der Gräben.

Zum Abscheiden des ferromagnetischen Liner-Materials wird beispielsweise eine Sputter-Abscheidung eingesetzt. Zum Entfernen des ferromagnetischen Liner-Materials wird beispielsweise eine Sputter-Ätztechnik verwendet. Im Falle, dass das Aspektverhältnis der zweiten Gräben wenigstens 0.5 oder in einem weiteren Beispiel wenigstens 1 beträgt und eine Sputter-Abscheidetechnik zum Abscheiden des ferromagnetischen Liner-Materials verwendet wird, wird weniger ferromagneti sches Liner-Material auf die Unterseite im Vergleich zur Oberseite abgeschieden. Gewöhnlich wird auf den Seitenwänden der zweiten Gräben weniger abgeschieden als auf der Unterseite, jedoch lässt sich diese Abscheidung durch eine Erhöhung der Bias-Spannung während der Abscheidung verbessern, wodurch eine dickere Abscheidung an den Seitenwänden im Vergleich zur Unterseite erzielt wird.

Im Falle, dass das Aspektverhältnis der zweiten Gräben wenigstens 0.5 beträgt oder in einem weiteren Beispiel wenigstens 1 beträgt und eine Sputter-Ätztechnik zum Entfernen des ferromagnetischen Liner-Materials von der Unterseite der zweiten Gräben eingesetzt wird, wird mehr ferromagnetisches Liner-Material von der Unterseite im Vergleich zu den Seitenwänden der zweiten Gräben entfernt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine erste Diffusionsbarrierenschicht zwischen dem Isolationsschichtmaterial und dem leitfähigen Material der Leiterbahnen ausgebildet, die eine Diffusion von Material zwischen der Isolationsschicht und dem leitfähigen Material der Leiterbahnen verhindert. Im Falle, dass die Isolationsschicht (Zwischenschicht-Dielektrikum) ein Oxid ist, z. B. SiO₂, wird gewöhnlich ein Fluor-enthaltendes Plasma für die Grabenätzung verwendet. In diesem Falle entspricht das Material für die erste Diffusionsbarrierenschicht Ti/TiN, da dieses stabil in Fluor-enthaltenden Plasmen ist und das leitfähige Material der Leiterbahn schützt. In einem weiteren Fall, in dem eine organische Isolationsschicht (Zwischenschicht-Dielektrikum) verwendet wird, kann ein beliebiges unten aufgeführtes Diffusionsbarrierenschichtmaterial verwendet werden, da das Material dem Ätzprozess widersteht.

Somit umfasst jeder zweite Graben näherungsweise den Abstand zwischen benachbarten Leiterbahnen, d. h. den Abstand zwischen den Diffusionsbarrierenschichten benachbarter Leiterbahnen.

Zudem wird eine zweite Diffusionsbarrierenschicht in jedem der zweiten Gräben vor der Abscheidung des ferromagnetischen Liner-Materials ausgebildet. Eine solche zweite Diffusionsbarrierenschicht verhindert eine Diffusion zwischen dem ferromagnetischen Liner-Material und dem Isolationsmaterial.

Sowohl die erste als auch die zweite Diffusionsbarrierenschicht können zweifach geschichtete Strukturen sein, die eine erste Subschicht aus einem Metallnitrid, wie TaN, WN oder TiN, sowie eine zweite Subschicht aus einem Metall enthalten, wobei die Metallnitrid-Subschicht auf der Seite des Isolationsschichtmaterials und die Metall-Subschicht auf der Seite des Leiterbahnmaterials angeordnet ist. Wird beispielsweise das ferromagnetische Liner-Material durch Sputtern abgeschieden, werden sowohl die erste als auch die zweite Diffusionsbarrierenschicht durch Sputtern abgeschieden, was eine Abscheidung von Diffusionsbarrieren mit bekannter hoher Qualität ermöglicht.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine durch dieses Verfahren hergestellte MRAM-Zelle wenigstens einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ), eine Isolationsschicht aus nicht-leitfähigem, isolierendem Material über dem wenigstens einen MTJ und wenigstens zwei benachbarte Leiterbahnen innerhalb der Isolationsschicht. Jede der Leiterbahnen weist einen ferromagnetischen Liner aus ferromagnetischem Material auf, bestehend aus einer Oberseitenschicht und Seitenwandschichten. Demgemäß weisen die ferromagnetischen Liner abgerundete Ecken auf, die die Oberseitenschicht und die Seitenwandschichten des ferromagnetischen Liners verbinden, um einen magnetischen Flussverlust durch die Ecken, wie bei bekannten ferromagnetischen Linern, zu verhindern.

Das Verfahren zum Herstellen einer MRAM-Zelle kann eine stromlose Plattier- oder eine stromgetriebene Sputter-Abscheidung zum Abscheiden des ferromagnetischen Liner-Materials enthalten. Dieser Abscheideprozess ist nicht selektiv und erzeugt einen Kurzschlusspfad zwischen den Leiterbahnen. Das ferromagnetische Liner-Material lässt sich unter Verwendung einer Lackmaske ätzen, wobei die Lackmaske das ferromagnetische Liner-Material dort auf den Leiterbahnen schützt, wo dieses nicht entfernt werden soll. Jedoch erfordert ein Ätzen des ferromagnetischen Liner-Materials unter Verwendung einer Lackmaske eine zusätzliche Maskenebene und dies bringt mit sich, dass Überlagerungsfehler die Eigenschaften des ferromagnetischen Liner-Materials, wie im oben beschriebenen Stand der Technik, ändern. Jedoch kann beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Sputter-Ätzprozess zum Entfernen des ferromagnetischen Liner-Materials eingesetzt werden und das ferromagnetische Liner-Material lässt sich an den Unterseiten der zweiten Gräben, die z. B. durch die aufwärtsgerichteten Leiterbahnen ausgebildet werden, ohne Wegnahme des ferromagnetischen Liner-Materials an der Oberseite der Leiterbahnen freilegen. Die Abscheiderate in einem Sputter-Prozess hängt von der Breite der Gräben ab. Für enge Gräben (z. B. Breite kleiner als 500 nm) ist die Sputter-Abscheiderate um einen Faktor von ungefähr 2 verkleinert. Jedoch hängt die Sputter-Ätzrate weniger von der Trenchbreite ab, da diese eher gerichtet ist, Somit lässt sich die Grabenunterseite freilegen, ohne das ferromagnetische Liner-Material von der Oberseite der Leitung zu entfernen. Das sputter-geätzte Material wird an den Seitenwänden erneut abgeschieden, was hilft, die ferromagnetische Liner-Dicke dort zu vergrößern. Die Sputter-Ätzung nimmt Einfluss auf die Mate rialqualität, jedoch ist dieser Effekt klein genug, um vernachlässigt zu werden. Falls große Gebiete im Chip-Layout vorliegen, erfordert der erfindungsgemäße Prozess Dummy-Strukturen, um kleine zweite Gräben zu erzeugen und jegliche Kurzschlüsse zwischen den Leiterbahnen wie oben erwähnt zu vermeiden. Das ferromagnetische Liner-Material kann durch Sputtern abgeschieden werden, was erheblich mehr Freiheitsgrade bezüglich der Materialien ermöglicht und eine Abscheidung von bekannten Diffusionsbarrieren hoher Qualität zwischen dem magnetischen Material und dem leitfähigen Material der Leiterbahnen zulässt. Ebenso wird der Lithografieschritt zum Entfernen des ferromagnetischen Leitermaterials zwischen den Leiterbahnen vermieden. Durch Erzeugen ferromagnetischer Liner mit abgerundeten Ecken, die deren Seitenwandschichten und die Oberseitenschicht zur Vermeidung eines magnetischen Flussverlustes verbinden, kann eine weitere Reduzierung der magnetischen Umschaltfelder verglichen mit bekannten ferromagnetischen Linern erzielt werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Die in die Beschreibung aufgenommenen begleitenden Abbildungen, welche einen Teil derselbigen darstellen, zeigen derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der obigen allgemeinen Beschreibung und der unteren detaillierten Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. In den nachfolgenden Figuren kennzeichnen gleiche Referenzzeichen übereinstimmende Elemente.

1A bis 1E zeigen schematisch dargestellt eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer magnetoresistiven Speicherzelle gemäß der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In 1A bis 1E wird ein Verfahren zum Herstellen einer MRAM-Zelle gemäß der Erfindung schematisch erläutert, wobei 1A bis 1E schematische Querschnittsansichten der Leiterbahnen über den MTJs sind.
1A zeigt ein Stadium während der Herstellung von MRAM-Zellen, bei dem ein Substrat mit einer Mehrzahl magnetischer Tunnelübergänge (MTJs) 1 eine erste Isolationsschicht 4 eines Opfer-Zwischenschicht-Dielektrikums (ILD) aufweist, das z. B. 400 nm dick und mit TEOS abgeschieden ist. Nachfolgend erfolgt ein chemisch-mechanisches Polieren zum Verkleinern der Topografie und/oder ein Rück polieren und Rückätzen zur MTJ-Hartmaskenebene. Dann wird eine Ätzstoppschicht 7 mit z. B. 30 nm dickem Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid abgeschieden. Darauf folgt eine Abscheidung einer zweiten Isolationsschicht 8 eines Oper-ILDs (z. B. 400 nm dickes TEOS) und eine Strukturierung der Metallebene über den MTJs, einschließlich reaktivem Ionenätzen bis zur Ätzstoppschicht 7 hinunter und Öffnen der Ätzstoppschicht 7 zum Erzeugen erster Gräben 6. Über jedem MTJ 1 ist ein oberer leitfähiger Kontakt 3 und unterhalb jedes MTJ 1 ist ein unterer leitfähiger Kontakt 2 zum Kontaktieren des MTJ vorgesehen.
1B zeigt, wo eine gewöhnliche bekannte Diffusionsbarriere mit einer zweifach geschichteten Struktur aus Metallnitrid 5 / Nitrid 10 abgeschieden wird, gefolgt von einer Abscheidung von leitfähigem Material wie Cu. Danach wurde die Diffusionsbarriere 5, 10 und das leitfähige Material zum Erzeugen der Leiterbahnen 9 poliert (Damascene-Prozess).
1C zeigt den Zustand, bei dem die zweite ILD-Isolationsschicht 8 mit einem Ätzstopp auf der Ätzstoppschicht 7 zur Erzeugung der zweiten Gräben 11 mit Seitenwänden 13 und einer Unterseite 12 geätzt wurde. Zu diesem Zeitpunkt sind die Leiterbahnen 9 an der Oberseite zur Vermeidung des magnetischen Flussverlustes abgerundet, da magnetischer Fluss durch den magnetischen Liner tritt. Optional wird eine bekannte Diffusionsbarrierenschicht mit einem Sputter-Gerät abgeschieden. Die Dicke nach der Abscheidung beträgt ungefähr 10 nm auf der oberen Fläche, 2 nm an den Seitenwänden und 5 nm an der Grabenunterseite. Die zweiten Gräben 11 bilden Aussparungen zwischen den Leiterbahnen 9 aus. Ein Aspektverhältnis der zweiten Gräben 11 beträgt wenigstens 0.5 und vorzugsweise wenigstens 1, wie durch den Abstand der ersten Gräben 6 definiert wird.
1D zeigt den Zustand, bei dem ein ferromagnetisches Linermaterial 14 durch ein Sputter-Gerät über den Leiterbahnen 9 und den zweiten Gräben 11 abgeschieden wurde. Die Dicke nach der Abscheidung beträgt näherungsweise 40 nm auf der Oberseite, 10 nm an den Seitenwänden und 20 nm an der Grabenunterseite. Die Grabenunterseite 12 des zweiten Grabens 11 wird durch das ferromagnetische Liner-Material 14 bedeckt.
1E zeigt den Zustand, bei dem das ferromagnetische Liner-Material 14 in der Ätzkammer des Sputter-Geräts zur Erzeugung des ferromagnetischen Liners 15 erneut gesputtert wird. Die Dicke nach dem erneuten Sputtern beträgt näherungsweise 20 nm auf der Oberseite, 20 nm an den Seitenwänden und 0 nm an der Grabenunterseite 12. Somit wird das ferromagnetische Liner-Material 14 an der Unterseite 12 der zweiten Gräben entfernt und hinterlässt ferromagnetisches Liner-Material 14 auf der Oberseite der Leiterbahnen 9 und an den Seitenwänden des zweiten Grabens 11.
Schließlich wird eine isolierende Diffusionsbarriere (z. B. Siliziumcarbid) abgeschieden (nicht dargestellt), gefolgt von einer Abscheidung eines dritten ILD (z. B. TEOS), mit einer Dicke, die das Doppelte der Höhe der Leiterbahnen (nicht dargestellt) übersteigt. Dann folgt ein Polieren des dritten ILDs, so dass die Oberfläche flach oder geglättet wird und die ILD-Dicke über den Leiterbahnen stellt den Abstand zur nächsten Metallebene (nicht dargestellt) dar.
Obwohl die Erfindung detailliert und mit Bezug zu spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, erkennt ein Fachmann, dass sich Änderungen und Modifikationen durchführen lassen, ohne vom Sinn und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Hierbei deckt die Erfindung diese Modifikationen und Variationen ab, sofern diese innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente liegen.

1: magnetischer Tunnelübergang (MTJ)
2: unterer Kontakt
3: oberer Kontakt
4: erstes ILD
5: Subschicht, Diffusionsbarrierenschicht
6: erster Graben
7: Ätz-Stoppschicht
8: zweites ILD
9: Leiterbahn
10: Subschicht, Diffusionsbarrierenschicht
11: zweiter Graben
12: Unterseite des zweiten Grabens
13: Seitenwand des zweiten Grabens
14: ferromagnetisches Liner-Material
15: ferromagnetischer Liner

Claims

Verfahren zum Herstellen einer MRAM-Zelle, mit: Bereitstellen eines Substrats mit wenigstens einem darauf ausgebildeten magnetischen Tunnelübergang (MTJ); Ausbilden einer Isolationsschicht aus nicht-leitfähigem, isolierendem Material über dem wenigstens einen MTJ; Verwenden eines Damascene-Prozesses zur Ausbildung von wenigstens zwei benachbarten ersten Gräben in der Isolationsschicht; Auffüllen der ersten Gräben innerhalb des isolierenden Materials mit einem leitfähigem Material; und Polieren des leitfähigen Materials zur Ausbildung von Leiterbahnen; Ätzen wenigstens eines zweiten Grabens in die Isolationsschicht zwischen den Leiterbahnen, wobei der zweite Graben Seitenwände und eine Unterseite mit bestimmtem Aspektverhältnis aufweist; Abscheiden eines ferromagnetischen Liner-Materials wenigstens über den Leiterbahnen und dem zweiten Graben; und Entfernen des ferromagnetischen Liner-Materials von der Unterseite des zweiten Grabens zur Ausbildung ferromagnetischer Liner der Leiterbahnen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ferromagnetische Liner-Material mittels einer Sputter-Abscheidetechnik abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das ferromagnetische Liner-Material unter Verwendung einer Sputter-Ätztechnik geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Aspektverhältnis des zweiten Grabens wenigstens 0.5 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Aspektverhältnis des zweiten Grabens wenigstens 1 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 mit zusätzlich: Ausbilden einer Ätzstoppschicht in der Isolationsschicht zum Stoppen der Ätzung des zweiten Grabens in der Isolationsschicht.
Verfahren nach Anspruch 1 mit zusätzlich: Ausbilden einer ersten Diffusionsbarrierenschicht zwischen der Isolationsschicht und dem leitfähigen Material der Leiterbahnen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste Diffusionsbarrierenschicht dem Ätzen des zweiten Grabens in der Isolationsschicht widersteht.
Verfahren nach Anspruch 1 mit zusätzlich: Ausbilden einer zweiten zweiten Diffusionsbarrierenschicht in dem zweiten Graben vor der Abscheidung des ferromagnetischen Liner-Materials.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die ersten und zweiten Diffusionsbarrierenschichten jeweils zweifach geschichtete Strukturen sind, die aus einer ersten Subschicht aus Metallnitrid und einer zweiten Subschicht aus Metall bestehen.
MRAM-Zelle, hergestellt mit einem Verfahren einschließlich Bereitstellen eines Substrats mit wenigstens einem darauf ausgebildeten magnetischen Tunnelübergang (MTJ), Ausbilden einer Isolationsschicht aus nicht-leitfähigem, isolierendem Material über dem wenigstens einen MTJ, Verwenden eines Damascene-Prozesses zur Ausbildung von wenigstens zwei benachbarten ersten Gräben in der Isolationsschicht, Auffüllen der ersten Gräben innerhalb des isolierenden Materials mit einem leitfähigen Material, Polieren des leitfähigen Materials zur Ausbildung von Leiterbahnen, Ätzen von wenigstens einem zweiten Graben in die Isolationsschicht zwischen den Leiterbahnen, wobei der zweite Graben Seitenwände und eine Unterseite mit bestimmtem Aspektverhältnis aufweist, Abscheiden eines ferromagnetischen Liner-Materials wenigstens über den Leiterbahnen und dem zweiten Graben und Entfernen des ferromagnetischen Liner-Materials von der Unterseite des zweiten Grabens zur Ausbildung ferromagnetischer Liner der Leiterbahnen, mit: einer Isolationsschicht, die wenigstens zwei erste Gräben und wenigstens einen zweiten Graben aufweist; und einem ferromagnetischen Liner-Material.
MRAM-Zelle nach Anspruch 11, mit: wenigstens einem magnetischen Tunnelübergang (MTJ); einer Isolationsschicht aus nicht-leitfähigem, isolierendem Material über dem wenigstens einen MTJ; und wenigstens zwei benachbarten Leiterbahnen innerhalb der Isolationsschicht, wobei jede der Leiterbahnen einen ferromagnetischen Liner aus ferromagnetischem Material mit einer Oberseitenschicht und Seitenwandschichten aufweist und der ferromagnetische Liner die Oberseitenschicht und die Seitenwandschichten verbindende abgerundete Ecken aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die ersten und zweiten Diffusionsbarrierenschichten jeweils zweifach geschichtete Strukturen sind, die aus einer ersten Subschicht aus Metallnitrid und einer zweiten Subschicht aus Metall bestehen.