DE102015112860A1

DE102015112860A1 - Herstellungstechniken und entsprechedne Vorrichtungen für Magnetic-Tunnel-Junction-Vorrichtungen

Info

Publication number: DE102015112860A1
Application number: DE102015112860.8A
Authority: DE
Inventors: Hung Wang; Tien-Wei Chiang; Wen-Chun YOU; Harry-Hak-Lay Chuang
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-01-19
Also published as: US10937957B2; TWI567964B; CN106356448B; JP6807911B2; US9666790B2; JP7046135B2; KR20170009668A; CN106356448A; JP6441860B2; US20210184110A1; TW201705465A; JP2020202403A; US20170018704A1; JP2017028277A; US20170256704A1; US10497861B2; JP2019054272A; US20200028072A1; US11653572B2; KR101831490B1

Abstract

Einige Ausführungsformen betreffen eine magnetoresistive Random-Access Memory-(MRAM)-Zelle. Die Zelle umfasst eine untere Elektrode mit einem zentralen unteren Elektrodenabschnitt, der von einem peripheren unteren Elektrodenabschnitt umgeben ist. Stufenregionen der leitenden unteren Elektrode koppeln die zentralen und peripheren unteren Elektrodenabschnitte miteinander, sodass eine obere Fläche des zentralen Abschnitts relativ zu einer oberen Fläche des peripheren Abschnitts ausgespart ist. Eine MTJ weist äußere MTJ-Seitenwände auf, die über dem unteren zentralen Elektrodenabschnitt angeordnet sind und die zwischen den Stufenregionen angeordnet sind. Eine obere Elektrode ist über einer oberen Fläche der MTJ angeordnet. Andere Vorrichtungen und Verfahren werden auch offenbart.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Viele heutige elektronische Geräte enthalten elektronischen Speicher. Elektronischer Speicher kann flüchtiger Speicher oder nicht flüchtiger Speicher sein. Nicht flüchtiger Speicher kann seine gespeicherten Daten in Abwesenheit von Strom aufrechterhalten, während flüchtiger Speicher seine Datenspeicherinhalte verliert, wenn der Strom nicht vorhanden ist. Magnetoresistiver Random-Access Memory (MRAM) ist ein vielversprechender Kandidat für die nächste Generation von nicht flüchtigem elektronischem Speicher aufgrund von Vorteilen gegenüber gegenwärtigem elektronischem Speicher. Verglichen mit gegenwärtigem nicht flüchtigem Speicher wie Flash-Random-Access Memory, ist MRAM üblicherweise schneller und weist eine bessere Beständigkeit auf. Verglichen mit gegenwärtigem flüchtigem Speicher wie dynamischem Random-Access Memory (DRAM) und statischem Random-Access Memory (SRAM) weist MRAM üblicherweise eine ähnliche Leistung und Dichte, aber einen niedrigeren Energieverbrauch auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung am besten verstanden, wenn sie mit den begleitenden Figuren gelesen werden. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstäblich gezeichnet sind. Tatsächlich können die Dimensionen der verschiedenen Merkmale zur Übersichtlichkeit der Erörterung willkürlich vergrößert oder reduziert sein.
1 veranschaulicht eine Schnittdarstellung von einigen Ausführungsformen einer MRAM-Zelle, die eine Magnetic-Tunnel-Junction (MTJ) gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst.
2 veranschaulicht eine Schnittdarstellung von einigen Ausführungsformen einer integrierten Schaltung, die MRAM-Zellen umfasst.
3 veranschaulicht eine Draufsicht von einigen Ausführungsformen der integrierten Schaltung von 2, die MRAM-Zellen umfassen.
4 veranschaulicht eine vergrößerte Schnittdarstellung einer MRAM-Zelle von der integrierten Schaltung von 2.
5 veranschaulicht ein Flussdiagramm von einigen Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen einer MRAM-Zelle gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Die 6 bis 16 veranschaulichen eine Reihe von schrittweisen Fertigungsschritten als eine Reihe von Schnittdarstellungen gemäß dem Verfahren von 5.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt viele unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren unterschiedlicher Merkmale dieser Offenbarung bereit. Es werden nachfolgend spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht begrenzen. Beispielsweise kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen die ersten und zweiten Merkmale in direktem Kontakt gebildet sind, und auch Ausführungsformen, bei denen zusätzliche Funktionen zwischen den ersten und zweiten Merkmalen gebildet sein können, sodass die ersten und zweiten Merkmale nicht in direktem Kontakt sein können. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -zeichen in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient zum Zweck der Einfachheit und Übersichtlichkeit und diktiert nicht an sich eine Beziehung zwischen den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
Weiter können räumlich relative Begriffe, wie „darunter”, „unter”, „untere”, „über”, „obere” und dergleichen zur Erleichterung der Erörterung hierin verwendet sein, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem bzw. zu anderen Elementen oder Merkmalen wie veranschaulicht in den Figuren zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der Ausrichtung, die in den Figuren gezeigt ist, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung bei der Verwendung oder beim Betrieb der Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hier verwendeten räumlichen relativen Beschreiber können desgleichen dementsprechend interpretiert werden.
Eine magnetoresistive Random-Access Memory-(MRAM)-Zelle umfasst obere und untere Elektroden und eine Magnetic-Tunnel-Junction (MTJ), die zwischen den oberen und unteren Elektroden angeordnet ist. Bei konventionellen MRAM-Zellen ist die untere Elektrode mit einer darunterliegenden Metallschicht (z. B. Metall 1, Metall 2, Metall 3 usw.) durch einen Kontakt oder ein Via gekoppelt. Obwohl der Gebrauch von diesem koppelnden Kontakt oder Via weithin übernommen wurde, ist die Gesamthöhe dieses darunterliegenden Kontaktes oder Vias plus die MRAM-Zelle darüber relativ zu einem typischen vertikalen Abstand zwischen angrenzenden Metallschichten (z. B. zwischen einer Metall-2-Schicht und einer Metall-3-Schicht) groß. Um diese Höhe mehr in eine Linie mit dem vertikalen Abstand zwischen angrenzenden Metallschichten zu bringen, koppelt die vorliegende Offenbarung die unteren Elektroden der MRAM-Zellen direkt mit einer darunterliegenden Metallschicht ohne die Verwendung von Kontakten oder Vias. Durch Bilden der unteren Elektrode der MRAM-Zelle in direktem elektrischem Kontakt mit der darunterliegenden Metallschicht ohne einen Kontakt oder Via dazwischen (z. B. durch „Verdrängen” des konventionellen Kontakts oder Vias) weist die verbesserte MRAM-Zelle vorteilhafterweise ein kürzeres Profil auf und ist mit existierenden Back-End-of-Line-(BEOL)-Metallisierungstechniken kompatibler. Während traditionelle MRAM-Vorrichtungen das Verwenden eines chemisch-mechanischen Planarisier-(CMP)-Arbeitsvorgangs erforderten, um eine obere Fläche der unteren Elektrode zu planarisieren, können Aspekte der vorliegenden Offenbarung das Verwenden dieses CMP-Arbeitsvorgangs vermeiden. Das Vermeiden dieses CMP-Arbeitsvorgangs unterstützt dabei, die Herstellung zu rationalisieren, was dabei unterstützen kann, Herstellungskosten zu reduzieren, verschiedene Arten von Fehlern zu begrenzen und die Ausbeute zu verbessern.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Schnittdarstellung einer MRAM-Zelle 100 gemäß einigen Ausführungsformen bereitgestellt. Die MRAM-Zelle 100 umfasst eine untere Elektrode 102 und eine obere Elektrode 104, die voneinander durch eine Magnetic-Tunnel-Junction (MTJ) 106 getrennt sind. Die MTJ 106 umfasst eine untere ferromagnetische Elektrode 108 und eine obere ferromagnetische Elektrode 110, die voneinander durch eine Tunnelsperrschicht 112 getrennt sind. Bei einigen Ausführungsformen kann die untere ferromagnetische Elektrode 108 eine feste oder „angeheftete” magnetische Ausrichtung aufweisen, während die obere ferromagnetische Elektrode 110 eine variable oder „freie” magnetische Ausrichtung aufweist, die zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen magnetischen Polaritäten gewechselt werden kann, sodass jede einen unterschiedlichen Datenzustand wie einen unterschiedlichen binären Zustand darstellt. Bei anderen Implementierungen kann die MTJ 106 jedoch vertikal „umgedreht” sein, sodass die untere ferromagnetische Elektrode eine „freie” magnetische Ausrichtung aufweist, während die obere ferromagnetische Elektrode 110 eine „angeheftete” magnetische Ausrichtung aufweist.
Insbesondere steht die untere Elektrode 102 selbst in direktem elektrischem Kontakt mit der darunterliegenden Metallschicht 116, anstatt dass ein Kontakt oder Via die untere Elektrode 102 mit einer darunterliegenden Metallschicht 116 koppelt (die darunterliegende Metallschicht 116 ist innerhalb der Zwischenmetalldielektrikum-(IMD)-Schicht 118 angeordnet). Um diese Kopplung zu erreichen, weist die untere Elektrode 102 einen zentralen unteren Elektrodenabschnitt 120 auf, der sich nach unten durch eine IMD-Schutzschicht 122 erstreckt, um die darunterliegende Metallschicht 116 zu kontaktieren. Stufenregionen 124 erstrecken sich nach oben von dem zentralen Abschnitt der unteren Elektrode (120) und entlang den Seitenwänden der IMD-Schutzschicht 122, um den zentralen Abschnitt der unteren Elektrode (120) mit peripheren unteren Elektrodenabschnitten (126) zu koppeln, sodass eine obere Fläche des zentralen Abschnitts (120a) relativ zu einer oberen Fläche des peripheren Abschnitts (126a) ausgespart ist. Der zentrale untere Elektrodenabschnitt 120, die Stufenregionen 124 und die peripheren Abschnitte 126 können ein durchgehender nahtloser Materialkörper sein. Die obere Fläche des zentralen Abschnitts (120a) kann zwischen den Stufenregionen 124 im Wesentlichen und kontinuierlich planar sein und eine Unterseite der MTJ 106 ist auf der oberen Fläche des zentralen Abschnitts 120a angeordnet. Die Seitenwandabstandselemente 128 erstrecken sich kontinuierlich über obere Flächen der peripheren Abschnitte 126, die Stufenregion 124 und optional äußeren Abschnitten des zentralen unteren Elektrodenabschnitts 120 und erstrecken sich nach oben entlang von Seitenwänden der MTJ 106 und der oberen Elektrode 104.
Da sich kein Via oder Kontakt zwischen der unteren Elektrode 102 und der darunterliegenden Metallschicht 116 befindet und da die obere Fläche des zentralen Abschnitts (120a) ausgespart ist, kann die Gesamthöhe der MRAM-Zelle h_cell (wie gemessen von der höchsten Fläche der darunterliegenden Metallschicht (116a) zur oberen Fläche der oberen Elektrode (104a)) relativ zu vorhergehenden Herangehensweisen reduziert sein. Verglichen mit vorhergehenden Herangehensweisen macht diese reduzierte Höhe h_cell die MRAM-Zelle 100 leichter kompatibel mit BEOL-Verfahrensabläufen.
2 veranschaulicht eine Querschnittansicht von einigen Ausführungsformen einer integrierten Schaltung 200, welche die MRAM-Zellen 202a, 202b umfasst, die in einer Kopplungsstruktur 204 der integrierten Schaltung 200 angeordnet sind. Die integrierte Schaltung 200 umfasst ein Substrat 206. Das Substrat 206 kann beispielsweise ein Bulksubstrat (z. B. ein Bulksiliziumsubstrat) oder ein Silizium-auf-Isolator-(SOI)-Substrat sein. Die veranschaulichte Ausführungsform stellt eine oder mehrere flache Grabenisolation-(STI)-Regionen 208 dar, die einen mit Dielektrikum gefüllten Graben innerhalb des Substrates 206 umfassen können.
Zwei Wortleitungstransistoren 210, 212 sind zwischen den STI-Regionen 208 angeordnet. Die Wortleitungstransistoren 210, 212 umfassen jeweils die Wortleitungsgateelektroden 214, 216; jeweils die Wortleitungsgatedielektrika 218, 220; die Wortleitungsseitenwandabstandselemente 222; und die Source-/Drain-Regionen 224. Die Source-/Drain-Regionen 224 sind innerhalb des Substrates 206 zwischen den Wortleitungsgateelektroden 214, 216 und den STI-Regionen 208 angeordnet und sind dotiert, sodass sie einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der entsprechend einem zweiten Leitfähigkeitstyp einer Kanalregion unter den Gatedielektrika 218, 220 entgegengesetzt ist. Die Wortleitungsgateelektroden 214, 216, können beispielsweise dotiertes Polysilizium oder ein Metall wie Aluminium, Kupfer oder Kombinationen davon sein. Die Wortleitungsgatedielektrika 218, 220 können beispielsweise ein Oxid wie Siliziumdioxid oder ein High-k-Dielektrikum sein. Die Wortleitungsseitenwandabstandselemente 222 können beispielsweise aus SiN hergestellt sein.
Die Kopplungsstruktur 204 ist über dem Substrat 206 angeordnet und koppelt Vorrichtungen (z. B. die Transistoren 210, 212) miteinander. Die Kopplungsstruktur 204 umfasst mehrere IMD-Schichten 226, 228, 230 und mehrere Metallisierungsschichten 232, 234, 236, die auf abwechselnde Weise übereinander geschichtet sind. Die IMD-Schichten 226, 228, 230 können beispielsweise, aus einem Low-κ-Dielektrikum wie undotiertem Silikatglas oder einem Oxid wie Siliciumdioxid oder einer extremen Low-κ-Dielektrikumschicht hergestellt sein. Die Metallisierungsschichten 232, 234, 236 umfassen Metallleitungen 238, 240, 241, 242, die innerhalb von Gräben gebildet sind und die aus einem Metall wie Kupfer oder Aluminium hergestellt sein können. Die Kontakte 244 erstrecken sich von der unteren Metallisierungsschicht 232 zu den Source-/Drain-Regionen 224 und/oder den Gateelektroden 214, 216; und die Vias 246, 248 erstrecken sich zwischen den Metallisierungsschichten 232, 234, 236. Die Kontakte 244 und die Vias 246, 248 erstrecken sich durch dielektrische Schutzschichten 250, 252 (die aus Dielektrikum hergestellt sein können und während der Herstellung als Ätzstoppschichten agieren können). Die dielektrischen Schutzschichten 250, 252 können aus einem extremen Low-κ-Dielektrikum wie beispielsweise SiC hergestellt sein. Die Kontakte 244 und die Vias 246, 248 können beispielsweise aus einem Metall wie Kupfer oder Wolfram hergestellt sein.
Die MRAM-Zellen 202a, 202b, die konfiguriert sind, entsprechende Datenzustände zu speichern, sind innerhalb der Kopplungsstruktur 204 zwischen angrenzenden Metallschichten angeordnet. Die MRAM-Zelle 202a umfasst eine untere Elektrode 254 und eine obere Elektrode 256, die aus leitfähigem Material hergestellt sind. Zwischen ihren oberen und unteren Elektroden 254, 256 umfasst die MRAM-Zelle 202a eine MTJ 258. Die MRAM-Zelle 202a umfasst auch die MRAM-Seitenwandabstandselemente 260. Bei einigen Ausführungsformen deckt eine Hartmaske 263 die obere Elektrode 256 ab und das Via 248 erstreckt sich nach unten durch die Hartmaske 263, um ohmisch die obere Elektrode 256 zu kontaktieren. Allgemeiner sind jedoch die Hartmaske 263 und/oder das Via 248 nicht vorhanden und die Metallleitung 242 kann beispielsweise damit koplanar und in direktem elektrischem Kontakt (z. B. ohmisch gekoppelt) mit einer oberen Fläche der oberen Elektrode 256 sein (siehe z. B. 16 weiter hierin).
3 stellt einige Ausführungsformen einer Draufsicht der integrierten Schaltung 200 von 2 dar, wie sie in den Schnittlinien angedeutet ist, die in den 2 bis 3 gezeigt sind. Wie ersichtlich können die MRAM-Zellen 202a, 202b bei einigen Ausführungsformen eine Quadrat- oder Rechteckform aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen können jedoch beispielsweise aufgrund von praktischer Anwendbarkeit von vielen Ätzprozessen die Ecken der veranschaulichten Quadratform gerundet sein, was in MRAM-Zellen 202a, 202b resultiert, die eine Quadrat- oder Rechteckform mit abgerundeten Ecken oder eine kreisförmige oder ovale Form aufweisen. Die MRAM-Zellen 202a, 202b sind entsprechend über Metallleitungen 240, 241 angeordnet und weisen untere Elektroden 254 entsprechend in direkter elektrischer Verbindung mit den Metallleitungen 240, 241 ohne Vias oder Kontakte dazwischen auf.
Unter jetziger Bezugnahme auf 4 wird eine vergrößerte Schnittdarstellung der MRAM-Zelle 202a von 2 bereitgestellt. Wie gezeigt umfasst die MRAM-Zelle 202a die untere Elektrode 254 und obere Elektrode 256, wobei MTJ 258 zwischen der unteren Elektrode 254 und oberen Elektrode 256 angeordnet ist. Ein zentraler Abschnitt der unteren Elektrode (261) erstreckt sich nach unten durch eine Öffnung in der dielektrischen Schutzschicht 252, um elektrischen Kontakt mit der darunterliegenden Metallleitung 240 herzustellen. Der zentrale Abschnitt der unteren Elektrode (261) weist eine untere Elektrodenbreite auf, die gleich einer Breite eines Vias sein kann. Die Stufenregionen 262 erstrecken sich nach oben von dem zentralen Abschnitt der unteren Elektrode und die Randregionen 264 erstrecken sich von den Stufenregionen nach außen. Die Zentralregion weist eine obere Fläche 261 auf, die relativ zur oberen Fläche der peripheren Regionen 264a ausgespart ist, und die MTJ 258 ist auf dieser oberen Fläche 261a angeordnet. Die Seitenwandabstandselemente 260 sind über den peripheren Abschnitten der unteren Elektrode 264 angeordnet.
In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die MTJ 258 eine untere ferromagnetische Elektrode 266 (die eine angeheftete magnetische Ausrichtung aufweisen kann) und eine obere ferromagnetische Elektrode 268 (die eine freie magnetische Ausrichtung aufweisen kann). Eine Tunnelsperrschicht 270 ist zwischen den unteren und oberen ferromagnetischen Elektroden 266, 268 angeordnet; und eine Verkappungsschicht 272 ist über der oberen ferromagnetischen Elektrode 268 angeordnet. Die untere ferromagnetische Elektrode 266 kann eine synthetische antiferromagnetische (SAF) Struktur sein, die eine obere angeheftete ferromagnetische Schicht 274, eine untere angeheftete ferromagnetische Schicht 276 und eine Metallschicht 278, die zwischen den oberen und unteren angehefteten ferromagnetischen Schichten 274, 276 geschichtet ist, umfasst.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die obere ferromagnetische Elektrode 268 Fe, Co, Ni, FeCo, CoNi, CoFeB, FeB, FePt, FePd oder dergleichen und weist eine Dicke im Bereich zwischen ca. 8 Angström und ca. 13 Angström auf. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Verkappungsschicht 272 WO₂, NiO, MgO, Al₂O₃, Ta₂O₅, MoO₂, TiO₂, GdO, Al, Mg, Ta, Ru oder dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen stellt die Tunnelsperrschicht 270 eine Potenzialtrennung zwischen der oberen ferromagnetischen Elektrode 268 und der unteren ferromagnetischen Elektrode 266 bereit, während sie Elektronen immer noch ermöglicht, die Tunnelsperrschicht 270 unter ordnungsgemäßen Zuständen zu tunneln. Die Tunnelsperrschicht 270 kann beispielsweise Magnesiumoxid (MgO), Aluminiumoxid (z. B. Al₂O₃), NiO, GdO, TiO₂, MoO₂, TiO₂, WO₂ oder dergleichen umfassen. Weiter kann die Tunnelsperrschicht 270 beispielsweise ungefähr 0,5 bis 2 Nanometer dick sein.
Im Betrieb wird die variable magnetische Polarität der oberen (z. B. freien) ferromagnetischen Elektrode 268 üblicherweise durch Messen des Widerstands der MTJ 258 gelesen. Aufgrund des magnetischen Tunneleffekts ändert sich der Widerstand der MTJ 258 mit der variablen magnetischen Polarität. Weiter wird im Betrieb die variable magnetische Polarität üblicherweise unter Verwendung des Spintransfer-Drehmoment-(STT)-Effekts geändert oder umgeschaltet. Gemäß dem STT-Effekt wird Strom über die MTJ 258 weitergeleitet, um einen Elektronenfluss von der unteren (z. B. angehefteten) ferromagnetischen Elektrode 266 zu der oberen (z. B. freien) ferromagnetischen Elektrode 268 zu induzieren. Während Elektronen die untere ferromagnetische Elektrode 266 passieren, werden die Spins der Elektronen polarisiert. Wenn die spinpolarisierten Elektronen die obere ferromagnetische Elektrode 268 erreichen, üben die spinpolarisierten Elektronen ein Drehmoment auf die variable magnetische Polarität aus und schalten den Zustand der oberen ferromagnetischen Elektrode 268 um. Alternative Herangehensweisen zum Lesen oder Ändern der variablen magnetischen Polarität sind auch zugänglich. Bei einigen alternativen Herangehensweisen sind die Magnetisierungspolaritäten der angehefteten und/oder freien ferromagnetischen Elektroden 266/268 senkrecht zu einer Schnittstelle zwischen der Tunnelsperrschicht 270 und der angehefteten und/oder freien ferromagnetischen Elektrode 266/268, was die MTJ 258 zu einer senkrechten MTJ macht.
Da die untere Elektrode 254 sich in direktem elektrischem Kontakt mit der darunterliegenden Metallleitung 240 befindet, kann die Gesamthöhe der MRAM-Zellen 202a, 202b relativ zu vorhergehenden Herangehensweisen reduziert sein. Verglichen mit vorhergehenden Herangehensweisen macht diese reduzierte Höhe die MRAM-Zellen 202a, 202b mit BEOL-Prozessabläufen leichter kompatibel. Daher bietet die Bildung von MRAM-Zellen 202a, 202b bessere MRAM-Arbeitsvorgänge mit reduzierten Herstellungskosten.
Unter Bezugnahme auf 5 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm einige Ausführungsformen eines Verfahrens 500 zum Herstellen einer Halbleiterstruktur, die eine MRAM-Zelle gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufweisen. Es ist offensichtlich, dass das veranschaulichte Verfahren nicht in einem einschränkenden Sinne interpretiert werden soll und dass alternative Verfahren zum Bilden einer MRAM-Zelle ebenfalls als im Umfang der Offenbarung angesehen werden sollen.
Bei 502 wird ein Halbleitersubstrat mit einer darauf angeordneten Kopplungsstruktur bereitgestellt. Die Kopplungsstruktur umfasst eine Dielektrikumschicht und eine Metallleitung, die sich horizontal durch die Dielektrikumschicht erstreckt.
Bei 504 wird eine dielektrische Schutzschicht, die aus Dielektrikum hergestellt sein und als Ätzstopp agieren kann, über einer oberen Fläche der Dielektrikumschicht gebildet. Die dielektrische Schutzschicht weist eine Öffnung auf, die mindestens einen Abschnitt einer oberen Fläche der freigelegten Metallleitung hinterlässt.
Bei 506 wird eine konforme untere Elektrodenschicht über der dielektrischen Schutzschicht gebildet. Die konforme untere Elektrodenschicht erstreckt sich nach unten in die Öffnung, um direkten elektrischen Kontakt mit der Metallleitung herzustellen.
Bei 508 wird ein MTJ-Stapel über der konformen unteren Elektrodenschicht gebildet. Der MTJ-Stapel kann obere und untere ferromagnetische Schichten umfassen, die durch eine Tunnelsperrschicht beabstandet sind. Eine der unteren und oberen ferromagnetischen Schichten ist eine angeheftete Schicht mit einer festen ferromagnetischen Polarität, während die andere der unteren und oberen ferromagnetischen Schichten eine freie Schicht mit einer variablen ferromagnetischen Polarität ist.
Bei 510 wird eine obere Elektrodenschicht über dem MTJ-Stapel gebildet.
Bei 512 wird eine Maskenschicht gebildet und über der oberen Elektrodenschicht strukturiert. Die strukturierte Maske weist äußere Seitenwände auf, die über einem zentralen Abschnitt der unteren Elektrode angeordnet sind.
Bei 514 erfolgt ein Ätzen mit der vorhandenen strukturierten Maske, um eine obere Fläche eines peripheren Abschnitts der unteren Elektrodenschicht freizulegen, während eine strukturierte obere Elektrode und ein MTJ-Stapel über dem zentralen Abschnitt der unteren Elektrode verbleiben.
Bei 516 werden Seitenwandabstandselemente über der freigelegten oberen Fläche des peripheren Abschnitts gebildet.
Bei 518 wird eine Zwischenmetalldielektrikum-(IMD)-Schicht über den Seitenwandabstandselementen gebildet.
Bei 520 wird die IMD-Schicht zurückgeätzt und eine obere Metallschicht über der oberen Elektrode gebildet. Die obere Metallschicht steht wie gebildet in elektrischem Kontakt mit der oberen Elektrode.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren 500 eine verminderte Anzahl an Verarbeitungsschritten, da es nicht die Verwendung eines CMP-Arbeitsvorgangs an der unteren Elektrode erfordert. Das vorstehend beschriebene Verfahren unterstützt auch dabei, eine reduzierte Dicke für die gesamte MRAM-Zelle zu haben, was eine einfache und kostengünstige Struktur fördert.
Während die offenbarten Verfahren (z. B. das Verfahren, das anhand des Ablaufdiagramms 500 beschrieben ist, die Verfahren, die in den 6 bis 16 dargestellt sind, und nicht veranschaulichte Verfahren) als eine Reihe von Handlungen oder Ereignissen veranschaulicht und/oder beschrieben sein können, versteht es sich, dass die veranschaulichte Reihenfolge von solchen Handlungen oder Ereignissen nicht in einem einschränkenden Sinne interpretiert werden soll. Beispielsweise können einige Handlungen in unterschiedlicher Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Handlungen oder Ereignissen abgesehen von den hierin veranschaulichten und/oder beschriebenen stattfinden. Weiter können nicht alle veranschaulichten Handlungen erforderlich sein, um einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Beschreibung hierin zu implementieren, und eine oder mehrere von den hierin dargestellten Handlungen können in einer oder mehreren getrennten Handlungen und/oder Phasen ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf die 6 bis 16 sind Schnittdarstellungen von einigen Ausführungsformen einer Halbleiterstruktur mit einer MRAM-Zelle bei verschiedenen Herstellungsstufen bereitgestellt, um ein Beispiel zu veranschaulichen, das mit dem Verfahren von 5 konsistent ist. Obwohl die 6 bis 16 in Bezug auf das Verfahren von 5 beschrieben werden, versteht es sich, dass die in den 6 bis 16 offenbarten Strukturen nicht auf das Verfahren begrenzt sind, sondern stattdessen unabhängig von dem Verfahren als Strukturen für sich stehen können. Obwohl das Verfahren von 5 in Bezug auf die 6 bis 16 beschrieben ist, versteht es sich, dass das Verfahren von 5 nicht auf die in den 6 bis 16 offenbarten Strukturen begrenzt ist, sondern stattdessen unabhängig von den in den 6 bis 16 offenbarten Strukturen für sich stehen und/oder andere Strukturen verwenden kann.
6 veranschaulicht eine Schnittdarstellung 600 von einigen Ausführungsformen entsprechend der Handlung 502 von 5.
In 6 wird ein Substrat 206 mit einer Kopplungsstruktur 204, die dort darüber angeordnet ist, bereitgestellt. Die Kopplungsstruktur 204 umfasst eine IMD-Schicht 228 und eine Metallleitung 240, die sich horizontal durch die IMD-Schicht 228 erstreckt. Die IMD-Schicht 228 kann ein Oxid wie Siliciumdioxid, ein Low-κ-Dielektrikum oder ein extremes Low-κ-Dielektrikum sein. Die Metallleitung 240 kann aus einem Metall wie Aluminium, Kupfer oder Kombinationen davon hergestellt sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Substrat 206 ein Bulksiliziumsubstrat oder ein Halbleiter-auf-Isolator-(SOI)-Substrat (z. B. ein Silizium-auf-Isolator-Substrat) sein. Das Substrat 206 kann beispielsweise auch ein binäres Halbleitersubstrat (z. B. GaAs), ein tertiäres Halbleitersubstrat (z. B. AlGaAs) oder ein höherwertigeres Halbleitersubstrat sein. In vielen Fällen manifestiert sich das Substrat 206 als ein Halbleiterwafer während des Verfahrens 500 und kann beispielsweise einen Durchmesser von 1 Zoll (25 mm); 2 Zoll (51 mm); 3 Zoll (76 mm); 4 Zoll (100 mm); 5 Zoll (130 mm) oder 125 mm (4,9 Zoll); 150 mm (5,9 Zoll, gewöhnlich als „6 Zoll” bezeichnet); 200 mm (7,9 Zoll, gewöhnlich als „8 Zoll” bezeichnet); 300 mm (11,8 Zoll, gewöhnlich als „12 Zoll” bezeichnet); 450 mm (17,7 Zoll, gewöhnlich als „18 Zoll” bezeichnet); aufweisen. Nachdem die Verarbeitung abgeschlossen ist, nachdem beispielsweise die MRAM-Zellen gebildet sind, kann solch ein Wafer optional mit anderen Wafern oder Chiplagen gestapelt werden und wird dann in eine individuelle Chiplage vereinzelt, die individuellen ICs entspricht.
7 veranschaulicht eine Schnittdarstellung 700 von einigen Ausführungsformen entsprechend der Handlung 504 von 5.
In 7 wird eine dielektrische Schutzschicht über der IMD-Schicht 228 und über der Metallleitung 240 gebildet. Nachdem die dielektrische Schutzschicht gebildet ist, wird dann eine erste Maske 702 wie eine Photoresistmaske über der dielektrischen Schutzschicht gebildet. Eine erste Ätzung 704 wird dann mit der vorhandenen ersten Maske 702 ausgeführt, um die strukturierte dielektrische Schutzschicht 252 zu bilden. Die dielektrische Schutzschicht 252 wird aus Dielektrikum wie einem Oxid oder ELK-Dielektrikum hergestellt und agiert als eine Ätzstoppschicht. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die dielektrische Schutzschicht 252 SiC mit einer Dicke von ca. 200 Angström. Die erste Ätzung kann ausgeführt werden, wenn ein Nassätzmittel oder ein Plasmaätzmittel auf der dielektrischen Schutzschicht 252 mit der vorhandenen ersten Maske 702 angewandt wird, und bildet eine Öffnung 706. Die Öffnung 706 kann eine Breite w aufweisen, die einer Breite eines Vias (z. B. Via 246, 2) in der Kopplungsstruktur 204 entspricht. Die erste Maske 702 kann nach dem Ätzen entfernt werden.
8 veranschaulicht eine Schnittdarstellung 800 von einigen Ausführungsformen entsprechend der Handlung 506 von 5.
In 8 wird eine untere Elektrodenschicht 254' über der dielektrischen Schutzschicht 252 gebildet und erstreckt sich nach unten in die Öffnung 706, um direkten elektrischen Kontakt mit der Metallleitung 240 herzustellen. Die untere Elektrodenschicht 254' ist eine konforme Schicht, die ein durchgehender leitender Körper sein kann. Die untere Elektrodenschicht 254' kann ein leitfähiges Material wie z. B. Titannitrid, Tantalnitrid, Titan, Tantal oder eine Kombination von einem oder mehreren von den Vorstehenden sein. Weiter kann die untere Elektrodenschicht 254' bei einigen Ausführungsformen beispielsweise ungefähr 10 bis 100 Nanometer dick sein.
9 veranschaulicht eine Schnittdarstellung 900 von einigen Ausführungsformen entsprechend den Handlungen 508, 510 und 512 von 5.
In 9 ist ein MTJ-Stapel 258' über einer oberen Fläche der unteren Elektrodenschicht 254' gebildet, eine Verkappungsschicht 272' ist über dem MTJ-Stapel 258' gebildet und eine obere Elektrodenschicht 256' ist über der Verkappungsschicht 272' gebildet. Der MTJ-Stapel 258' umfasst eine untere ferromagnetische Schicht 266', eine Tunnelsperrschicht 270' und eine obere ferromagnetische Schicht 268'. Bei einigen Ausführungsformen weist die untere ferromagnetische Schicht 266' eine feste magnetische Polarität auf und umfasst entsprechende untere und obere ferromagnetische Elektrodenschichten 276', 274', wobei eine Metallschicht 278' dazwischen angeordnet ist. Bei diesen Ausführungsformen kann die obere ferromagnetische Schicht 268' konfiguriert sein, zwischen mindestens zwei magnetischen Polaritäten zu wechseln. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die untere ferromagnetische Schicht 266' FePt oder CoFeB mit einer Dicke im Bereich zwischen ca. 8 Angström und ca. 13 Angström und die obere ferromagnetische Schicht 268' umfasst Einzel- oder Mehrfachschichten aus Co, Ni oder Ru. Die obere Elektrodenschicht 256' kann ein leitfähiges Material wie z. B. Titannitrid, Tantalnitrid, Titan, Tantal oder eine Kombination von einem oder mehreren von den Vorstehenden sein. Weiter kann die obere Elektrodenschicht 256' beispielsweise ungefähr 10 bis 100 Nanometer dick sein. Eine Maske 902 ist über einer oberen Fläche der oberen Elektrodenschicht 256' angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Maske 902 eine Photoresistmaske, kann aber auch eine Hartmaske wie eine Nitridmaske sein.
Die 10–11 veranschaulichen Schnittdarstellungen 1000, 1100 von einigen Ausführungsformen entsprechend der Handlung 514 von 5.
Wie veranschaulicht durch 10 wird mit vorhandener Maske 902 ein zweites Ätzen 1002 ausgeführt. Das zweite Ätzen 1002 schreitet durch Regionen der oberen Elektrodenschicht 256', Verkappungsschicht 272' und MTJ-Stapel 258' fort, die nicht durch die Maske 902 abgedeckt sind. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das zweite Ätzen 1002 das Anwenden eines Nassätzmittels oder eines Plasmaätzmittels für einen vorbestimmten Zeitraum und resultiert in der Struktur von 11. Daher entfernt das zweite Ätzen 1002 Abschnitte des MTJ-Stapels, die nicht durch die Maske 902 abgedeckt sind, und stoppt an der unteren Elektrodenschicht 254.
Die 12–13 veranschaulichen Schnittdarstellungen 1200, 1300 von einigen Ausführungsformen entsprechend der Handlung 516 von 5.
Wie veranschaulicht in 12 ist eine Seitenwandabstandsschicht 260' über der Struktur gebildet, welche die obere Fläche und Seitenwände der Verkappungsschicht 272, der oberen Elektrode 256 und der MTJ 258 auskleidet. Bei einigen Ausführungsformen kann die Seitenwandabstandsschicht 260' durch jede geeignete Abscheidungstechnik gebildet werden und wird üblicherweise konform gebildet. Weiter kann die Seitenwandabstandsschicht 260' beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid oder einer Kombination von einem oder mehreren von den Vorstehenden gebildet werden. Noch weiter kann die Seitenwandabstandsschicht 260' mit einer Dicke von beispielsweise ungefähr 500 Angström gebildet werden.
In 13 wird ein drittes Ätzen 1302 in die Seitenwandabstandsschicht 260' ausgeführt, um die Seitenwandabstandsschicht 260' zurückzuätzen, um seitliche Ausdehnungen der Seitenwandabstandsschicht 260' zu entfernen, wodurch die Seitenwandabstandselemente 260 gebildet werden. Das dritte Ätzen 1302 entfernt auch seitliche Ausdehnungen der unteren Elektrodenschicht 254', um eine untere Elektrode 254 zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Prozess zum Ausführen des dritten Ätzens 1302 das Aussetzen der Seitenwandabstandsschicht 260' gegenüber einem Ätzmittel für einen vorbestimmten Zeitraum, der ausreichend ist, um durch die Dicke der Seitenwandabstandsschicht 260' und die untere Elektrodenschicht 254' zu ätzen. Das Ätzmittel ist üblicherweise bevorzugt für die Seitenwandabstandsschicht 260' und die untere Elektrodenschicht 254' relativ zu der dielektrischen Schutzschicht 252. Bei einigen Ausführungsformen können die oberen Außenecken der Seitenwandabstandselemente 260 verglichen mit der Veranschaulichung von 13 mehr oder weniger rechtwinklig abgeschnitten oder gerundet sein.
Die 14–15 veranschaulichen Schnittdarstellungen 1400, 1500 von einigen Ausführungsformen entsprechend der Handlung 518 von 5.
Wie veranschaulicht in 14 wird eine IMD-Schicht 230' über der Struktur gebildet. Bei einigen Ausführungsformen kann die IMD-Schicht 230' durch jede geeignete Abscheidungstechnik gebildet werden und wird üblicherweise konform gebildet. Weiter kann die IMD-Schicht 230' beispielsweise aus einer Low-κ-Dielektrikumschicht oder einer ELK-Dielektrikumschicht zu einer Dicke von ca. 2650 Angström gebildet werden. Wenn eine ELK-Dielektrikumschicht verwendet wird, folgt üblicherweise nach dem Abscheiden der ELK-Dielektrikumschicht, um deren Porosität zu erhöhen, deren k-Wert zu verringern und deren mechanische Festigkeit zu verbessern, ein Aushärtungsprozess.
In 15 wurde die IMD-Schicht 230 zurückgeätzt, um im Wesentlichen eine obere Fläche der IMD-Schicht 230 zu planarisieren. Bei einigen Ausführungsformen wird dieses Zurückätzen durch Nass- oder Trockenätzen anstatt eines chemisch-mechanischen Planarisierens (CMP) erreicht. Weiter kann bei einigen Ausführungsformen dieses Zurückätzen in ein Ätzen, das verwendet wird, um das IMD über den MRAM-Regionen zu planarisieren, und ein weiteres Ätzen, um das IMD über Logikregionen auf dem Wafer oder IC zu planarisieren, unterteilt werden.
16 veranschaulicht Schnittdarstellung 1600 von einigen Ausführungsformen entsprechend der Handlung 520 von 5.
In 16 wird eine obere Metallisierungsschicht 236 über der planaren oberen Fläche der oberen Elektrode 256 gebildet. Die obere Metallisierungsschicht 236 kann eine Metallleitung oder ein Via sein und kann an eine gesamte Fläche der oberen Elektrode 256 angrenzen, wodurch eine elektrische Verbindung (z. B. ohmische Verbindung) zu der MRAM-Zelle 202a bereitgestellt wird. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die obere Metallisierungsschicht 236 Kupfer, Aluminium, Wolfram oder Kombinationen davon.
Es ist offensichtlich, dass in dieser schriftlichen Beschreibung sowie in den nachfolgenden Ansprüchen die Begriffe „erste”, „zweite”, „zweite”, „dritte” usw. lediglich generische Identifikatoren sind, die zur Erleichterung der Erörterung verwendet werden, um zwischen unterschiedlichen Elementen einer Figur oder einer Reihe von Figuren zu unterscheiden. Diese Begriffe implizieren in sich und von sich selbst keine zeitliche Ordnung oder strukturelle Nähe für diese Elemente und sind nicht dazu beabsichtigt, entsprechende Elemente in unterschiedlichen veranschaulichten Ausführungsformen und/oder nicht veranschaulichten Ausführungsformen zu beschreiben. Beispielsweise mag „eine erste Dielektrikumschicht”, die in Verbindung mit einer ersten Figur beschrieben ist, nicht zwangsläufig einer „ersten Dielektrikumschicht” entsprechen, die in Verbindung mit einer anderen Figur beschrieben ist, und mag nicht zwangsläufig einer „ersten Dielektrikumschicht” in einer nicht veranschaulichten Ausführungsform entsprechen.
Somit betreffen wie vorstehend ersichtlich einige Ausführungsformen eine magnetoresistive Random-Access Memory-(MRAM)-Zelle. Die Zelle umfasst eine untere Elektrode mit einem zentralen unteren Elektrodenabschnitt, der von einem peripheren unteren Elektrodenabschnitt umgeben ist. Stufenregionen der leitenden unteren Elektrode koppeln die zentralen und peripheren unteren Elektrodenabschnitte miteinander, sodass eine obere Fläche des zentralen Abschnitts relativ zu einer oberen Fläche des peripheren Abschnitts ausgespart ist. Eine MTJ weist äußere MTJ-Seitenwände auf, die über dem unteren zentralen Elektrodenabschnitt angeordnet sind und die zwischen den Stufenregionen angeordnet sind. Eine obere Elektrode ist über einer oberen Fläche der MTJ angeordnet. Andere Vorrichtungen und Verfahren werden auch offenbart.
Andere Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Herstellen einer MRAM-Zelle, wobei das Verfahren umfasst: das Bilden einer Dielektrikumschicht über einem Halbleitersubstrat; das Bilden einer Öffnung in der Dielektrikumschicht und Füllen der Öffnung mit einer Metallschicht; das Bilden einer Ätzstoppschicht, die über der oberen Fläche der Dielektrikumschicht angeordnet ist, wobei die Ätzstoppschicht eine Öffnung aufweist, die mindestens einen Abschnitt der oberen Fläche der Metallleitung oder des Via freigelegt hinterlässt; das Bilden einer konformen unteren Elektrodenschicht über der Ätzstoppschicht und der Metallschicht, wobei die leitende untere Elektrodenschicht einen peripheren Abschnitt umfasst, welcher der Ätzstoppschicht überlagert ist, und einen zentralen Abschnitt, der sich nach unten durch die Öffnung zur oberen Fläche der Metallleitung oder des Via erstreckt; und das Bilden einer Magnetic-Tunnel-Junction über dem zentralen Abschnitt der konformen leitenden unteren Elektrodenschicht.
Noch weitere Ausführungsformen betreffen eine integrierte Schaltung. Die integrierte Schaltung umfasst ein Halbleitersubstrat und eine Kopplungsstruktur, die über dem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Die Kopplungsstruktur umfasst mehrere Dielektrikumschichten und mehrere Metallschichten die auf abwechselnde Weise übereinander gestapelt sind. Eine Metallschicht umfasst eine Metallleitung, die eine obere Fläche aufweist, welche mindestens im Wesentlichen mit einer oberen Fläche einer Dielektrikumschicht angrenzend an die Metallleitung planar ist. Eine dielektrische Schutzschicht ist über der oberen Fläche der Dielektrikumschicht angeordnet und weist eine Öffnung über mindestens einem Abschnitt der oberen Fläche der Metallleitung auf. Eine leitende untere Elektrode erstreckt sich nach unten durch die Öffnung in der dielektrischen Schutzschicht, um in direkten elektrischen Kontakt mit der Metallleitung zu treten.
Das vorhergehende beschreibt Merkmale von mehreren Ausführungsformen, sodass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Dem Fachmann sollte offensichtlich sein, dass er ohne Weiteres die vorliegende Offenbarung als eine Basis verwenden kann, um andere Prozesse und Strukturen zu konzipieren oder zu modifizieren, um die gleichen Zwecke auszuführen und/oder die gleichen Vorteile der hier eingeführten Ausführungsformen zu erreichen. Der Fachmann sollte auch realisieren, dass solche äquivalenten Aufbauten nicht vom Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen hierin vornehmen kann, ohne vom Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Magnetoresistive Random-Access Memory-(MRAM)-Zelle, umfassend: eine untere Elektrode mit einem zentralen unteren Elektrodenabschnitt, der von einem peripheren unteren Elektrodenabschnitt umgeben ist, wobei Stufenregionen der unteren Elektrode die zentralen und peripheren unteren Elektrodenabschnitte miteinander koppeln, sodass eine obere Fläche des zentralen Abschnitts relativ zu einer oberen Fläche des peripheren Abschnitts ausgespart ist; eine Magnetic Tunneling Junction (MTJ) mit äußeren MTJ-Seitenwänden, die über dem zentralen unteren Elektrodenabschnitt angeordnet sind und die zwischen den Stufenregionen angeordnet sind; und eine obere Elektrode, die über einer oberen Fläche der MTJ angeordnet ist.
MRAM-Zelle nach Anspruch 1, wobei die MRAM-Zelle über oder innerhalb einer elektrischen Kopplungsstruktur einer integrierten Schaltung angeordnet ist und die elektrische Kopplungsstruktur eine Metallleitung umfasst, die in direktem elektrischem Kontakt mit der unteren Elektrode steht, ohne dass ein Via oder Kontakt die Metallleitung mit der unteren Elektrode koppelt.
MRAM-Zelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zentrale untere Elektrodenabschnitt, die Stufenregionen und der periphere untere Elektrodenabschnitt ein durchgehender nahtloser Körper sind.
MRAM-Zelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die untere Elektrode aus Titannitrid, Tantalnitrid, Titan, Tantal oder Kombinationen davon hergestellt ist.
MRAM-Zelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zentrale Abschnitt der unteren Elektrode zwischen den Stufenregionen im Wesentlichen und kontinuierlich planar ist.
MRAM-Zelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die MTJ umfasst: eine untere ferromagnetische Elektrode, die über dem zentralen Abschnitt der unteren Elektrode angeordnet ist; eine Tunnelsperrschicht, die über der unteren ferromagnetischen Elektrode angeordnet ist; eine obere ferromagnetische Elektrode, die über der Tunnelsperrschicht angeordnet ist; und wobei eine der unteren und oberen ferromagnetischen Elektroden eine feste magnetische Ausrichtung aufweist, während die andere der unteren und oberen ferromagnetischen Elektroden eine variable magnetische Ausrichtung aufweist.
MRAM-Zelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: Seitenwandabstandselemente, die entlang den äußeren MTJ-Seitenwänden angeordnet sind und obere Flächen der Stufenregionen und eine obere Fläche des peripheren unteren Elektrodenabschnitts abdecken.
MRAM-Zelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine dielektrische Schutzschicht, die unter dem peripheren Abschnitt der unteren Elektrode angeordnet ist, wobei die Stufenabschnitte der unteren Elektrode sich nach unten entlang von inneren Seitenwänden der dielektrischen Schutzschicht zu dem zentralen Abschnitt der unteren Elektrode erstrecken.
MRAM-Zelle nach Anspruch 8, wobei die dielektrische Schutzschicht an den inneren Seitenwänden der dielektrischen Schutzschicht endet, sodass sich die dielektrische Schutzschicht nicht direkt unter dem zentralen Abschnitt der unteren Elektrode erstreckt.
MRAM-Zelle nach Anspruch 8 oder 9: wobei die MRAM-Zelle über oder innerhalb einer elektrischen Kopplungsstruktur einer integrierten Schaltung angeordnet ist und die elektrische Kopplungsstruktur eine Metallleitung umfasst, die sich horizontal durch eine Dielektrikumschicht erstreckt, wobei die dielektrische Schutzschicht sich über der Dielektrikumschicht erstreckt, aber eine Öffnung über mindestens einem Abschnitt der Metallleitung hinterlässt; und wobei der zentrale untere Elektrodenabschnitt sich nach unten durch die Öffnung und entlang von inneren Seitenwänden der dielektrischen Schutzschicht erstreckt, um direkten elektrischen Kontakt mit der Metallleitung herzustellen.
Verfahren zum Herstellen einer magnetoresistiven Random-Access Memory-(MRAM)-Zelle, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Dielektrikumschicht über einem Halbleitersubstrat; Bilden einer Öffnung in der Dielektrikumschicht und Füllen der Öffnung mit einer Metallschicht, um eine Metallleitung herzustellen; Bilden einer Ätzstoppschicht, die über einer oberen Fläche der Dielektrikumschicht angeordnet ist, wobei die Ätzstoppschicht eine Öffnung aufweist, die mindestens einen Abschnitt einer oberen Fläche der Metallleitung freigelegt hinterlässt; Bilden einer konformen unteren Elektrodenschicht über der Ätzstoppschicht und der Metallschicht, wobei die konforme untere Elektrodenschicht einen peripheren Abschnitt umfasst, welcher der Ätzstoppschicht überlagert ist, und einen zentralen Abschnitt, der sich nach unten durch die Öffnung zu der oberen Fläche der Metallleitung oder des Via erstreckt; und Bilden einer Magnetic-Tunnel-Junction über dem zentralen Abschnitt der konformen unteren Elektrodenschicht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bilden der Magnetic-Tunnel-Junction umfasst: Bilden einer unteren ferromagnetischen Schicht über der konformen unteren Elektrodenschicht; Bilden einer Tunnelsperrschicht über der unteren ferromagnetischen Schicht; Bilden einer oberen ferromagnetischen Schicht über der Tunnelsperrschicht; Bilden einer oberen Elektrodenschicht über der oberen ferromagnetischen Schicht; Bilden einer Maskenschicht über der oberen Elektrodenschicht und das Strukturieren der Maskenschicht, um eine Maske zu bilden, die äußere Maskenseitenwände aufweist, die über dem zentralen Abschnitt der unteren Elektrode angeordnet sind; und Ausführen eines Ätzens mit der vorhandenen Maske, um Abschnitte der oberen und unteren ferromagnetischen Schichten zu entfernen und Abschnitte der Tunnelsperrschicht zu entfernen, wodurch eine obere Fläche des peripheren Abschnitts der unteren Elektrodenschicht freigelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, weiter umfassend: Bilden einer konformen Seitenwandabstandsschicht, die sich über der freigelegten oberen Fläche des peripheren Abschnitts der unteren Elektrodenschicht und entlang von Seitenwänden von jeder der oberen ferromagnetischen Schicht, der unteren ferromagnetischen Schicht und der Tunnelsperrschicht erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 13, weiter umfassend: Ausführen eines Zurückätzprozesses, um Abschnitte der konformen Seitenwandabstandsschicht zu entfernen und Seitenwandabstandselemente zu bilden und Abschnitte der unteren Elektrodenschicht zu entfernen, um eine untere Elektrode zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Magnetic-Tunnel-Junction über der konformen unteren Elektrodenschicht gebildet wird, ohne einen chemisch-mechanischen Planarisierungsprozess auf der konformen unteren Elektrodenschicht auszuführen.
Integrierte Schaltung, umfassend: ein Halbleitersubstrat; eine Kopplungsstruktur, die über dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und mehrere Dielektrikumschichten und mehrere Metallschichten umfasst, die übereinander auf abwechselnde Weise gestapelt sind, wobei eine Metallschicht eine Metallleitung umfasst, die eine obere Fläche aufweist, die mindestens im Wesentlichen mit einer oberen Fläche einer Dielektrikumschicht angrenzend an die Metallleitung planar ist; eine dielektrische Schutzschicht, die über der oberen Fläche der Dielektrikumschicht angeordnet ist und eine Öffnung über mindestens einem Abschnitt der oberen Fläche der Metallleitung aufweist; und eine untere Elektrode, die sich nach unten durch die Öffnung in der dielektrischen Schutzschicht erstreckt, um in direkten elektrischen Kontakt mit der Metallleitung zu treten.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 16, weiter umfassend: eine Magnetic Tunneling Junction (MTJ), die über einer oberen Fläche der unteren Elektrode angeordnet ist; und eine obere Elektrode, die über einer oberen Fläche der MTJ angeordnet ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die untere Elektrode umfasst: einen zentralen unteren Elektrodenabschnitt, der sich nach unten durch die Öffnung in der dielektrischen Schutzschicht erstreckt und direkten elektrischen Kontakt mit einer oberen Region der Metallleitung herstellt; einen peripheren unteren Elektrodenabschnitt, der die zentrale untere Elektrode umgibt; und Stufenregionen der unteren Elektrode, welche die zentralen und peripheren unteren Elektrodenabschnitte miteinander koppeln, sodass eine obere Fläche des zentralen Abschnitts relativ zu einer oberen Fläche des peripheren Abschnitts ausgespart ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 18, weiter umfassend: eine Magnetic Tunneling Junction (MTJ) mit äußeren MTJ-Seitenwänden, die über dem zentralen unteren Elektrodenabschnitt und zwischen den Stufenregionen angeordnet sind; und eine obere Elektrode, die über einer oberen Fläche der MTJ angeordnet ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 18 oder 19, wobei der zentrale untere Elektrodenabschnitt, die Stufenregionen und der periphere untere Elektrodenabschnitt ein durchgehender nahtloser Körper sind; und wobei der zentrale Abschnitt der unteren Elektrode zwischen den Stufenregionen im Wesentlichen und kontinuierlich planar ist.