DE102016101776A1

DE102016101776A1 - Techniken zum Verbinden einer oberen MRAM-MTJ-Elektrode

Info

Publication number: DE102016101776A1
Application number: DE102016101776.0A
Authority: DE
Inventors: Harry-Hak-Lay Chuang; Chern-Yow Hsu; Shih-Chang Liu
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2016-12-29
Also published as: TW201712909A; US11683990B2; CN106298831A; US10535814B2; TWI628817B; KR101849452B1; US9818935B2; US20200127191A1; US20160380183A1; CN106298831B; US20230276713A1; KR20170001558A; US20180097176A1

Abstract

Einige Ausführungsformen betreffen eine integrierte Schaltung, die eine magnetoresistive Direktzugriffspeicherzelle (MRAM-Zelle) umfasst. Die integrierte Schaltung umfasst ein Halbleitersubstrat und eine über dem Halbleitersubstrat angeordnete Verbindungsstruktur. Die Verbindungsstruktur umfasst mehrere dielektrische Schichten und mehrere Metallschichten, die übereinander auf eine abwechselnde Weise aufgeschichtet sind. Die mehreren Metallschichten umfassen eine untere Metallschicht und eine obere Metallschicht, die über der unteren Metallschicht angeordnet ist. Eine untere Elektrode ist über der unteren Metallschicht angeordnet und steht in elektrischem Kontakt mit ihr. Ein magnetischer Tunnelübergang (MTJ) ist über einer oberen Fläche der unteren Elektrode angeordnet. Eine obere Elektrode ist über einer oberen Fläche des MTJ angeordnet und steht in direktem elektrischem Kontakt mit einer unteren Fläche der oberen Metallschicht.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/184,653, die am 25. Juni 2015 eingereicht wurde und deren Inhalte hier in ihrer Gänze durch Rückbezug aufgenommen sind.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Viele moderne elektronische Vorrichtungen enthalten elektronische Speicher. Ein elektronischer Speicher kann ein flüchtiger oder ein nicht flüchtiger Speicher sein. Ein nicht flüchtiger Speicher ist in der Lage, seine gespeicherten Daten in Abwesenheit von Strom zu behalten, während ein flüchtiger Speicher seine gespeicherten Daten verliert, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird. Ein magnetoresistiver Direktzugriffspeicher (MRAM) ist aufgrund von Vorteilen gegenüber gegenwärtigen elektronischen Speichern ein vielversprechender Kandidat für nicht flüchtige Speicher nächster Generation. Im Vergleich mit einem gegenwärtigen nicht flüchtigen Speicher, wie z. B. einem Flash-Direktzugriffspeicher, ist ein MRAM typischerweise schneller und weist ein besseres Langzeitverhalten auf. Im Vergleich mit einem gegenwärtigen flüchtigen Speicher, wie z. B. einem dynamischen Direktzugriffspeicher (DRAM) und einem statischen Direktzugriffspeicher (SRAM), weist ein MRAM typischerweise eine vergleichbare Leistungsfähigkeit und Dichte, aber einen niedrigeren Energieverbrauch auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird. Es ist zu beachten, dass gemäß dem Standardverfahren in der Branche verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Erörterung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
1 zeigt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen einer MRAM-Zelle, die einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ) umfasst, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen einer integrierten Schaltung, die -MRAM-Zellen umfasst.
3 zeigt eine Draufsicht auf einige Ausführungsformen der integrierten Schaltung von 2, die -MRAM-Zellen umfasst.
4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht einer MRAM-Zelle der integrierten Schaltung von 2.
5 bis 20 zeigen eine Reihe von stufenartigen Herstellungsschritten als eine Reihe von Querschnittsansichten.
21 zeigt eine Methodik in einem Ablaufdiagrammformat, das einige Ausführungsformen des vorliegenden Konzepts darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen, oder Beispiele, zum Implementieren verschiedener Merkmale dieser Offenbarung bereit. Konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind selbstverständlich lediglich Beispiele und sind nicht im beschränkenden Sinne gedacht. Zum Beispiel kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet werden, und kann ebenfalls Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet werden können, so dass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt stehen. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung geschieht zum Zweck der Einfachheit und Klarheit und sie schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Ausgestaltungen vor.
Außerdem können hierin Begriffe, die sich auf räumliche Relativität beziehen, wie z. B. „unterhalb”, „unter”, „unterer”, „oberhalb”, „oberer” und dergleichen, zur Erleichterung der Besprechung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal (zu anderen Elementen oder Merkmalen), wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben. Die Begriffe, die räumliche Relativität betreffen, sollen verschiedene Ausrichtungen der verwendeten oder betriebenen Vorrichtung zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) und die hier verwendeten Bezeichnungen, die räumliche Relativität betreffen, können gleichermaßen dementsprechend ausgelegt werden.
Eine magnetoresistive Direktzugriffspeicherzelle (MRAM-Zelle) umfasst eine obere und eine untere Elektrode und einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ), der zwischen der oberen und der unteren Elektrode angeordnet ist. In herkömmlichen MRAM-Zellen ist die obere Elektrode mit einer darüberliegenden Metallschicht (z. B. Metall 1, Metall 2, Metall 3 usw.) mithilfe eines Kontakts oder einer Durchkontaktierung verbunden. Obwohl die Verwendung dieses Kopplungskontaktes oder dieser Kopplungsdurchkontaktierung allgemein eingesetzt wird, ist die Gesamthöhe dieser MRAM-Zelle zusammen mit diesem darüber befindlichen Kontakt oder dieser darüber befindlichen Durchkontaktierung im Verhältnis zu einem typischen vertikalen Abstand zwischen benachbarten Metallschichten (z. B. zwischen einer Schicht aus einem Metall 2 und einer Schicht aus einem Metall 3) groß. Um diese Höhe dem vertikalen Abstand zwischen benachbarten Metallschichten ähnlicher zu gestalten, stellt die vorliegende Offenbarung Techniken zum Koppeln der oberen Elektrode direkt mit einer darüberliegenden Metallleitung ohne eine dazwischen befindliche Durchkontaktierung oder einen Kontakt bereit.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Querschnittsansicht 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 einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ) 106 getrennt sind. Die untere und die obere Elektrode 102, 104 sind zwischen einer unteren Metallschicht 114 und einer oberen Metallschicht 116 angeordnet und sind von einem dielektrischen Material, wie z. B. einer dielektrischen Zwischenschicht (ILD) oder einer dielektrischen Zwischenmetallschicht (IMD) 124 umgeben.
Der MTJ 106 umfasst eine untere ferromagnetische Elektrode 108 und eine obere ferromagnetische Elektrode 110, die voneinander durch eine Tunnelbarriereschicht 112 getrennt sind. In einigen Ausführungsformen kann die untere ferromagnetische Elektrode 108 eine feste oder eine „fixierte” magnetische Ausrichtung aufweisen, während die obere ferromagnetische Elektrode 110 eine veränderliche oder „freie” magnetische Ausrichtung aufweist, die zwischen zwei oder mehr unterscheidbaren magnetischen Polaritäten, von denen jede einen anderen Datenzustand, wie z. B. einen anderen Binärzustand, repräsentiert, geschaltet werden kann. In anderen Implementierungen kann der MTJ 106 jedoch vertikal „umgedreht” werden, so dass die untere ferromagnetische Elektrode eine „freie” magnetische Ausrichtung aufweist, während die obere ferromagnetische Elektrode 110 eine „fixierte” magnetische Ausrichtung aufweist.
Anstatt einer Kontakt- oder Durchkontaktierungskopplung der oberen Elektrode 104 mit der darüberliegenden Metallschicht 116 steht insbesondere vielmehr die obere Elektrode 104 selbst in direktem Kontakt mit der darüberliegenden Metallschicht 116. In einigen Ausführungsformen treffen sich die obere Elektrode 104 und die darüberliegende Metallschicht 116 an einer planen Grenzfläche 122, die sich zwischen benachbarten MRAM-Seitenwandspacern 126 erstreckt. Da keine Durchkontaktierung oder kein Kontakt zwischen der oberen Elektrode 104 und der darüberliegenden Metallschicht 116 besteht, ist die Gesamthöhe der MRAM-Zelle 100 leichter mit Back-End-of-Line-Prozessabläufen vereinbar.
In einigen Ausführungsformen weisen die MRAM-Seitenwandspacer 126 obere Abschnitte 127 auf, die nach oben über eine obere Fläche der oberen Elektrode 104 hinaus und in eine Aussparung in einem unteren Flächenbereich der oberen Metallschicht 116 hervorstehen. Die MRAM-Seitenwandspacer 126 können außerdem obere Innenseitenwände 128 aufweisen, die voneinander durch einen ersten Abstand d₁ in der Nähe der oberen Elektrode 104 getrennt sind. Die Innenseitenwände der MRAM-Seitenwandspacer können sich nach außen zu ihren unteren Abschnitten hin verjüngen, so dass untere Innenseitenwände 130 voneinander um einen zweiten Abstand d₂ in der Nähe der unteren Elektrode 102 beabstandet sind (d₂ > d₁). Untere Außenseitenwände 132 der MRAM-Seitenwandspacer 126 können vertikal oder im Wesentlichen vertikal sein, und können sich mit oberen Außenseitenwänden 134 der MRAM-Seitenwandspacer 126 an einem Absatz 135 oder einem Schulterbereich treffen. Die oberen Außenseitenwände 134 der MRAM-Seitenwandspacer können sich nach innen verjüngen, und die oberen Flächen 136 der MRAM-Seitenwandspacer 126 können zum Beispiel abgerundet oder verjüngt sein, wie dargestellt. Ein dielektrischer Liner 138, wie z. B. ein Siliziumdioxidliner, kann konform über den unteren und oberen Außenseitenwänden der MRAM-Seitenwandspacer liegen und kann sich über eine Dielektrikumsschutzschicht 140 erstrecken. Der dielektrische Liner 138 kann einen vertikalen Vorsprung 142 aufweisen, der sich nach oben in eine Aussparung zwischen den oberen Außenseitenwänden 134 und der oberen Metallschicht 116 erstreckt. Es versteht sich, dass die Merkmale von 1 aufgrund eines direkten Kontakts zwischen der oberen Elektrode 104 und der oberen Metallschicht 116 einen reduzierten Abstand zwischen der unteren und der oberen Metallschicht 114, 116 bereitstellen können, und außerdem für rationalisierte Herstellungstechniken verfügbar sein können.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen einer integrierten Schaltung 200, die MRAM-Zellen 202a, 202b umfasst, die in einer Verbindungsstruktur 204 der integrierten Schaltung 200 angeordnet sind. Die integrierte Schaltung 200 umfasst ein Substrat 206. Das Substrat 206 kann ein Bulk-Substrat (z. B. ein Bulk-Siliziumsubstrat) oder ein SOI-Substrat (Silizium auf einem Isolator) sein. Die dargestellte Ausführungsform veranschaulicht ein oder mehrere STI-Gebiete (flache Grabenisolation) 208, die einen mit einem Dielektrikum gefüllten Graben innerhalb des Substrats 206 umfassen können.
Zwei Wortleitungstransistoren 210, 212 sind zwischen den STI-Gebieten 208 angeordnet. Die Wortleitungstransistoren 210, 212 umfassen jeweils eine Wortleitungs-Gateelektrode 214 bzw. 216, ein Wortleitungs-Gatedielektrikum 218 bzw. 220, Wortleitungs-Seitenwandspacer 222 und Source-/Draingebiete 224. Die Source-/Draingebiete 224 sind innerhalb des Substrats 206 zwischen den Wortleitungs-Gateelektroden 214, 216 und den STI-Gebieten 208 angeordnet, und sind derart dotiert, dass sie einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der einem zweiten Leitfähigkeitstyp eines Kanalgebiets unter den Gatedielektrika 218 bzw. 220 entgegengesetzt ist. Die Wortleitungs-Gateelektroden 214, 216 können zum Beispiel dotiertes Polysilizium oder ein Metall, wie z. B. Aluminium, Kupfer, oder Kombinationen davon sein. Die Wortleitungs-Gatedielektrika 218, 220 können zum Beispiel ein Oxid, wie z. B. ein Siliziumdioxid, oder ein High-k-Dielektrikumsmaterial sein. Die Wortleitungs-Seitenwandspacer 222 können zum Beispiel aus Siliziumnitrid (z. B. Si₃N₄) gefertigt werden.
Die Verbindungsstruktur 204 ist über dem Substrat 206 angeordnet und koppelt Vorrichtungen (z. B. Transistoren 210, 212) miteinander. Die Verbindungsstruktur 204 umfasst mehrere IMD-Schichten 226, 228, 230 und mehrere Metallisierungsschichten 232, 234, 236, die übereinander auf eine abwechselnde Weise aufgeschichtet sind. Die IMD-Schichten 226, 228, 230 können zum Beispiel aus einem Low-k-Dielektrikum, wie z. B. einem undotierten Silikatglas, oder einem Oxid, wie z. B. Siliziumdioxid, oder einer Extreme-Low-k-Dielektrikumsschicht gefertigt werden. Die Metallisierungsschichten 232, 234, 236 umfassen Metallleitungen 238, 240, 241, 242, die innerhalb von Gräben ausgebildet werden, und die aus einem Metall, wie z. B. Kupfer oder Aluminium, gefertigt werden können. Kontakte 244 erstrecken sich von der unteren Metallisierungsschicht 232 zu den Source-/Draingebieten 224 und/oder Gateelektroden 214, 216; und Durchkontaktierungen 246 erstrecken sich zwischen den Metallisierungsschichten 232, 234, 236. Die Kontakte 244 und die Durchkontaktierungen 246 erstrecken sich durch Dielektrikumsschutzschichten 250, 252 (die aus einem dielektrischen Material gefertigt werden können und als eine Ätzstoppschicht während der Herstellung fungieren können). Die Dielektrikumsschutzschichten 250, 252 können zum Beispiel aus einem Extreme-Low-k-Dielektrikumsmaterial, wie z. B. SiC, gefertigt werden. Die Kontakte 244 und die Durchkontaktierungen 246, 248 können zum Beispiel aus einem Metall, wie z. B. Kupfer oder Wolfram, gefertigt werden.
MRAM-Zellen 202a, 202b, die derart ausgelegt sind, dass sie jeweilige Datenzustände speichern, sind innerhalb der Verbindungsstruktur 204 zwischen benachbarten Metallschichten angeordnet. Die MRAM-Zelle 202a umfasst eine untere Elektrode 254 und eine obere Elektrode 256, die aus einem leitfähigen Material gefertigt werden. Zwischen ihrer oberen und unteren Elektrode 254, 256 umfasst die MRAM-Zelle 202a einen MTJ 258. Die MRAM-Zelle 202a umfasst außerdem MRAM-Seitenwandspacer 260. Die Metallleitung 242 weist eine unterste Fläche auf, die mit einer oberen Fläche der oberen Elektrode 256 komplanar ist und in direktem elektrischem Kontakt mit ihr steht (z. B. ohmsch mit ihr gekoppelt ist).
3 veranschaulicht einige Ausführungsformen einer Draufsicht auf die integrierte Schaltung 200 von 2, wie in den in 2 bis 3 dargestellten Schnittlinien gezeigt. Wie ersichtlich, können die MRAM-Zellen 202a, 202b bei Betrachtung von oben in einigen Ausführungsformen eine quadratische, rechteckige oder kreisförmige Form aufweisen. in anderen Ausführungsformen können jedoch zum Beispiel aufgrund von Durchführbarkeit mehrerer Ätzprozesse die Ecken der dargestellten quadratischen Form abgerundet werden, was dazu führt, dass die MRAM-Zellen 202a, 202b eine quadratische oder rechteckige Form mit abgerundeten Ecken aufweisen oder eine kreisförmige oder ovale Form aufweisen. Die MRAM-Zellen 202a, 202b werden jeweils über einer Metallleitung 240 bzw. 241 angeordnet, und weisen obere Elektroden 256 auf, die jeweils in direkter elektrischer Verbindung mit Metallleitungen 242 stehen, ohne dass Durchkontaktierungen oder Kontakte dazwischen vorhanden sind.
Unter Bezugnahme auf 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der MRAM-Zelle 202a von 2 bereitgestellt. Wie dargestellt, umfasst die MRAM-Zelle 202a eine untere Elektrode 254 und eine obere Elektrode 256, wobei der MTJ 258 zwischen der unteren Elektrode 254 und der oberen Elektrode 256 angeordnet ist. Die untere Elektrode 254 erstreckt sich nach unten durch eine Öffnung in der Dielektrikumsschutzschicht 252, um in elektrischen Kontakt mit der darunterliegenden Metallleitung 240 zu kommen.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der MTJ 258 eine untere ferromagnetische Elektrode 266 (die eine fixierte magnetische Ausrichtung aufweisen kann), und eine obere ferromagnetische Elektrode 268 (die eine freie magnetische Ausrichtung aufweisen kann). Eine Tunnelbarriereschicht 270 wird zwischen der unteren und der oberen ferromagnetischen Elektrode 266, 268 angeordnet; und eine Abdeckschicht 272 wird über der oberen ferromagnetischen Elektrode 268 angeordnet. Die untere ferromagnetische Elektrode 266 kann eine synthetische antiferromagnetische Struktur (SAF-Struktur) sein, die eine obere fixierte ferromagnetische Schicht 274, eine untere fixierte ferromagnetische Schicht 276 und eine zwischen der oberen und der unteren fixierten ferromagnetischen Schicht 274, 276 angeordnete Metallschicht 278 umfasst.
In einigen Ausführungsformen umfasst die obere ferromagnetische Elektrode 268 Fe, Co, Ni, FeCo, CoNi, CoFeB, FeB, FePt, FePd oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Abdeckschicht 272 WO₂, NiO, MgO, Al₂O₃, Ta₂O₅, MoO₂, TiO₂, GdO, Al, Mg, Ta, Ru oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen stellt die Tunnelbarriereschicht 270 eine elektrische Isolation zwischen der oberen ferromagnetischen Elektrode 268 und der unteren ferromagnetische Elektrode 266 bereit, während sie es weiterhin ermöglicht, dass Elektronen bei geeigneten Bedingungen durch die Tunnelbarriereschicht 270 tunneln. Die Tunnelbarriereschicht 270 kann zum Beispiel Magnesiumoxid (MgO), Aluminiumoxid (z. B. Al₂O₃), NiO, GdO, Ta₂O₅, MoO2, TiO₂, WO₂ oder dergleichen umfassen.
In Betrieb wird die veränderliche magnetische Polarität der oberen (d. h. der freien) ferromagnetischen Elektrode 268 typischerweise durch Messen des Widerstands des MTJ 258 gelesen. Aufgrund des magnetischen Tunneleffekts ändert sich der Widerstand des MTJ 258 mit der veränderlichen magnetischen Polarität. In Betrieb wird außerdem die veränderliche magnetische Polarität typischerweise unter Verwendung des STT-Effekts (spin-transfer torque) geändert oder hin und her geschaltet. Gemäß dem STT-Effekt wird ein Strom durch den MTJ 258 geleitet, um einen Fluss von Elektronen von der unteren (d. h. der fixierten) ferromagnetischen Elektrode 266 zu der oberen (d. h. der freien) ferromagnetischen Elektrode 268 zu induzieren. Wenn Elektronen durch die untere ferromagnetische Elektrode 266 durchgehen, werden die Spins der Elektronen polarisiert. Wenn die Elektronen mit den polarisierten Spins die obere ferromagnetische Elektrode 268 erreichen, legen die Elektronen mit den polarisierten Spins ein Drehmoment an die veränderliche magnetische Polarität an und schalten den Zustand der freien ferromagnetischen Elektrode (z. B. der oberen Elektrode 268) um. Alternative Ansätze zum Lesen oder Ändern der veränderlichen magnetischen Polarität sind ebenfalls möglich. Zum Beispiel sind in einigen alternativen Ansätzen Magnetisierungspolaritäten der fixierten und/oder der freien ferromagnetischen Elektrode 266/268 senkrecht zu einer Grenzfläche zwischen der Tunnelbarriereschicht 270 und der fixierten und/oder der freien ferromagnetischen Elektrode 266/268, wodurch der MTJ 258 zu einem senkrechten MTJ wird.
Da die obere Elektrode 256 selbst in direktem elektrischem Kontakt mit der darüberliegenden Metallleitung 242 steht, kann vorteilhafterweise die Gesamthöhe der MRAM-Zellen 202a, 202b im Vergleich mit vorherigen Ansätzen reduziert werden. Im Vergleich zu vorherigen Ansätzen gestaltet die reduzierte Höhe die MRAM-Zellen 202a, 202b derart, dass sie leichter mit BEOL-Prozessabläufen vereinbar sind. Daher stellt das Ausbilden der MRAM-Zellen 202a, 202b bessere MRAM-Vorgänge mit reduzierten Herstellungskosten bereit.
Unter Bezugnahme auf 5 bis 20 sind Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen einer Halbleiterstruktur, die eine MRAM-Zelle aufweist, bei verschiedenen Stufen der Herstellung bereitgestellt. Obwohl 5 bis 20 als eine Reihe von Vorgängen beschrieben werden, versteht es sich, dass diese Vorgänge nicht diesbezüglich beschränkt sind, so dass die Reihenfolge der Vorgänge in anderen Ausführungsformen geändert werden kann, und die offenbarten Verfahren auch auf andere Strukturen anwendbar sind. In anderen Ausführungsformen können einige Vorgänge, die veranschaulicht und/oder beschrieben werden, gänzlich oder teilweise ausgelassen werden.
5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen, die einen Abschnitt einer über einem Substrat (in 5 nicht dargestellt, aber vorstehend in 2 gezeigt) angeordneten Verbindungsstruktur 204 darstellt. Die Verbindungsstruktur 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 z. B. Siliziumdioxid, ein Low-k-Dielektrikumsmaterial, oder ein Extreme-Low-k-Dielektrikumsmaterial sein. Die Metallleitung 240 kann aus einem Metall, wie z. B. Aluminium, Kupfer oder Kombinationen davon, gefertigt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat ein Bulk-Siliziumsubstrat oder ein SOI-Substrat (Halbleiter auf einem Isolator) (z. B. Silizium auf einem Isolatorsubstrat) sein. Das Substrat kann außerdem zum Beispiel ein binäres Halbleitersubstrat (z. B. GaAs), ein ternäres Halbleitersubstrat (z. B. AlGaAs) oder ein Halbleitersubstrat höherer Ordnung sein. In vielen Fällen umfasst das Substrat einen Halbleiterwafer und kann zum Beispiel 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, was in der Regel als „6 Zoll” bezeichnet wird), 200 mm (7,9 Zoll, was in der Regel als „8 Zoll” bezeichnet wird), 300 mm (11,8 Zoll, was in der Regel als „12 Zoll” bezeichnet wird), 450 mm (17,7 Zoll, was in der Regel als „18 Zoll” bezeichnet wird) aufweisen. Nachdem die Verarbeitung vollendet ist, zum Beispiel nachdem die MRAM-Zellen ausgebildet wurden, kann ein derartiger Wafer fakultativ mit anderen Wafern oder einem Die gestapelt werden, und wird anschließend in einzelne Dies, die einzelnen ICs entsprechen, vereinzelt.
Eine Dielektrikumsschutzschicht 252 wird über der IMD-Schicht 228 und über der Metallleitung 240 ausgebildet. Die Dielektrikumsschutzschicht 252 wird aus einem dielektrischen Material, wie z. B. einem Oxid oder einem ELK-Dielektrikum, gefertigt und fungiert als eine Ätzstoppschicht. In einigen Ausführungsformen umfasst die Dielektrikumsschutzschicht 252 SiC, das eine Dicke von ungefähr 200 Ångström aufweist. Eine untere Elektrodenschicht 254 wird über der Dielektrikumsschutzschicht 252 ausgebildet und erstreckt sich nach unten durch eine Öffnung in der Dielektrikumsschutzschicht 252, so dass sie mit einem oberen Abschnitt der Metallleitung 240 in elektrischen Kontakt kommt. Die untere Elektrodenschicht 254 kann ein leitfähiges Material, wie zum Beispiel Titannitrid, Tantalnitrid, Titan, Tantal oder eine Kombination von einem oder mehreren der Vorstehenden, sein. Außerdem kann in einigen Ausführungsformen die untere Elektrodenschicht 254 zum Beispiel ungefähr 10 bis 100 Nanometer dick sein.
Ein magnetischer Tunnelübergangsstapel (MTJ-Stapel) 258' wird über einer oberen Fläche der unteren Elektrodenschicht 254 ausgebildet, und eine obere Elektrodenschicht 256 wird über dem MTJ-Stapel 268' ausgebildet. Die obere Elektrodenschicht 256 kann ein leitfähiges Material, wie zum Beispiel Titannitrid, Tantalnitrid, Titan, Tantal oder eine Kombination von einem oder mehreren der Vorstehenden, sein. Außerdem kann die obere Elektrodenschicht 256 zum Beispiel ungefähr 10 bis 100 Nanometer dick sein. Eine Maske 502 wird über einer oberen Fläche der oberen Elektrodenschicht 256 angeordnet. In einigen Ausführungsformen umfasst die Maske 502 eine Fotolackmaske, aber sie kann auch eine Hartmaske, wie z. B. eine Nitridmaske, sein. In der dargestellten Ausführungsform ist die Maske 502 eine Hartmaske, die eine SiON-Schicht 504, eine SiO₂-Schicht 506 und eine Si₃N₄-Schicht 508 umfasst. Seitenwände des MTJ 258 und/oder der oberen Elektrode 256 können unter einem anderen Winkel als 90 Grad geneigt sein, der in Bezug auf eine Normale gemessen wird, die durch eine obere Fläche der unteren Elektrode 254 durchgeht.
Wie in 6 dargestellt, wird eine Seitenwandspacerschicht 260' über seitlichen Abschnitten der unteren Elektrode 254 ausgebildet, die Seitenwände des MTJ 258' auskleidet, Seitenwände der oberen Elektrode 256 auskleidet und sich über Seitenwände und die obere Fläche der Maske 502 erstreckt. In einigen Ausführungsformen kann die Seitenwandspacerschicht 260' mithilfe einer beliebigen geeigneten Abscheidungstechnik ausgebildet werden und wird typischerweise konform ausgebildet. Außerdem kann die Seitenwandspacerschicht 260' zum Beispiel aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Si₃N₄, SiON oder einer Kombination von einem oder mehreren der Vorstehenden ausgebildet werden. Die Seitenwandspacerschicht 260' kann sogar mit einer Dicke von zum Beispiel ungefähr 500 Ångström ausgebildet werden. Ein dielektrischer Liner 602, wie z. B. ein konformes Oxid, wird dann über der Seitenwandspacerschicht 260' ausgebildet.
In 7 wurde eine erste Ätzung 700 an der Seitenwandspacerschicht 260' durchgeführt, um die Seitenwandspacerschicht 260' zurückzuätzen, um seitliche Ausdehnungen der Seitenwandspacerschicht 260' zu entfernen, wodurch die Seitenwandspacer 260 ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen ist diese erste Ätzung 700 eine unidirektionale oder vertikale Ätzung. Die erste Ätzung 700 kann außerdem die SiON-Schicht 504 entfernen und auf der SiO₂-Schicht 506 anhalten. In vielen Fällen reduziert die erste Ätzung 700 außerdem die Höhe der SiO₂-Schicht 506 und daher ist die ursprüngliche Dicke der SiO₂-Schicht 506 in 5 hinreichend, um einen geeigneten Spielraum für die erste Ätzung 700 zu ermöglichen.
In 8 wird eine zweite Ätzung 800 ausgeführt, um den verbleibenden SiO₂-Spacer 506 über der Siliziumnitridschicht 508 zu entfernen. Diese zweite Ätzung 800 kann eine Ätzchemie aufweisen, die sich von der ersten Ätzung 700 unterscheidet, und ist im Allgemeinen gegenüber dem SiO₂-Material der SiO₂-Schicht 506 selektiv. Daher hinterlässt die zweite Ätzung 800 die Siliziumnitridspacer 260 und die untere Siliziumnitridschicht 508 im Wesentlichen intakt, und kann in manchen Fällen die oberen Flächen der Siliziumnitridspacer 260 „abrunden”. Daher kann eine oberste Fläche jedes MRAM-Seitenwandspacers abgerundet oder verjüngt sein, so dass sie sich nach unten von beiden Seiten einer Spitze 806 in dem jeweiligen MRAM-Spacer erstreckt.
In 9 kann ein dielektrischer Liner 138, wie z. B. ein Siliziumdioxidliner, konform über den seitlichen Abschnitten der Dielektrikumsschutzschicht 252, über Seitenwänden und oberen Flächen der MRAM-Seitenwandspacer 260 und über der verbleibenden Siliziumnitridschicht 508 abgeschieden werden. Eine IMD-Schicht 230, wie z. B. eine Extreme-Low-k-Dielektrikumsschicht, wird dann über dem dielektrischen Liner 138 zum Beispiel mithilfe einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), einer Plasma-Gasphasenabscheidung (PVD), Spin-on-Techniken oder einer thermischen Oxidation ausgebildet.
In 10 wird ein chemisch-mechanischer Polier- oder ein chemisch-mechanischer Planarisierungsprozess (CMP-Prozess) ausgeführt, um eine obere Fläche der IMD-Schicht 230 zu planarisieren.
In 11 wird eine Fotolithografie ausgeführt, um eine oder mehrere Masken (nicht dargestellt) zu strukturieren, und eine oder mehrere entsprechende Ätzungen werden ausgeführt, um Grabenöffnungen 1100 und Durchkontaktierungsöffnungen 1102 auszubilden. In einigen Ausführungsformen können diese Öffnungen Dual-Damascene-Öffnungen sein.
In 12 wird ein Metall, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, zum Füllen der Gräben und der Öffnungen verwendet. Daher wird in einem Speichergebiet der Graben mit einer Metallleitung 242 gefüllt, die in direktem Kontakt mit einem oberen Gebiet der oberen Elektrode 256 steht, wodurch eine ohmsche Verbindung ohne einen Kontakt oder eine Durchkontaktierung zwischen der Metallleitung 242 und der oberen Elektrode 256 bereitstellt wird. In einem anderen Bereich der integrierten Schaltung, wie z. B. in einem Logikbereich, in dem CMOS-Logikvorrichtungen ausgebildet werden, wird eine Metallleitung 1200 mit einer darunterliegenden Metallleitung 1204 über eine Durchkontaktierung 1202 gekoppelt. Ein CMP-Vorgang wird dann durchgeführt, um eine obere Fläche der Metallleitungen und eine obere Fläche der IMD-Schicht 230 zu planarisieren, was somit in der Struktur von 12 resultiert.
13 bis 16 veranschaulichen eine alternative Ausführungsform, in der die Maske über der oberen Elektrode eine SiO₂-Spacerschicht 1306 und eine SiON-Abdeckschicht 1304 umfasst. Im Vergleich mit vorherigen 5 bis 8 lässt die Ausführungsform von 13 bis 16 die vorstehend dargestellte Siliziumnitrid-Ätzstoppschicht 508 über der oberen Elektrode 256 aus. Diese Auslassung kann die Verarbeitung etwas rationalisieren, was die Kosten reduzieren kann.
Insbesondere werden in 13 eine IMD-Schicht 228, eine Metallleitung 240, eine Dielektrikumsschutzschicht 252 und eine untere Elektrodenschicht 254 ausgebildet. Ein magnetischer Tunnelübergangsstapel (MTJ-Stapel) 258 wird auf einer oberen Fläche der unteren Elektrodenschicht 254 ausgebildet, eine Abdeckschicht wird über dem MTJ-Stapel 258' ausgebildet und eine obere Elektrodenschicht 256 wird über der Abdeckschicht ausgebildet. Eine Maske 1302, die eine SiON-Abdeckschicht 1304 und eine SiO₂-Spacerschicht 1306 umfasst, wird über einer oberen Fläche der oberen Elektrodenschicht 256 angeordnet.
In 14 wird über seitlichen Abschnitten der unteren Elektrode 254 eine Seitenwandspacerschicht 260' ausgebildet, die Seitenwände des MTJ 258', Seitenwände der oberen Elektrode 256 auskleidet und sich über Seitenwände und die obere Fläche der Maske 1302 erstreckt. Ein Oxid-Liner 602, wie z. B. ein konformes Oxid, wird dann über der Seitenwandspacerschicht 260' ausgebildet.
In 15 wurde eine erste Ätzung 1500 an der Seitenwandspacerschicht 260' durchgeführt, um die Seitenwandspacerschicht 260' zurückzuätzen, um seitliche Ausdehnungen der Seitenwandspacerschicht 260 zu entfernen, wodurch Seitenwandspacer 260 ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen ist diese erste Ätzung 1500 eine unidirektionale oder vertikale Ätzung. Die erste Ätzung 1500 kann außerdem die SiON-Abdeckschicht 504 entfernen und auf der SiO₂-Spacerschicht 1306 anhalten. In vielen Fällen reduziert die erste Ätzung 1500 außerdem die Höhe der SiO₂-Spacerschicht 1306 und daher ist die ursprüngliche Dicke der SiO₂-Spacerschicht 1306 in 6 hinreichend, um einen geeigneten Spielraum für die erste Ätzung 1500 zu ermöglichen.
In 16 wird eine zweite Ätzung 1600 ausgeführt, um den verbleibenden SiO₂-Spacer 506 über der oberen Elektrode 256 und über dem Siliziumnitridspacer 260' zu entfernen. Diese zweite Ätzung 1600 kann eine Ätzchemie aufweisen, die sich von der ersten Ätzung 1500 unterscheidet, und ist im Allgemeinen gegenüber dem SiO₂-Material der SiO₂-Schicht 506 selektiv. Daher hinterlässt die zweite Ätzung 1600 die Siliziumnitridspacer 260 und legt eine obere Fläche der oberen Elektrode 256 frei und kann in manchen Fällen die oberen Flächen der Siliziumnitridspacer 260 „abrunden”. Nach 16 können Prozesse, die 9 bis 12 ähnlich sind, durchgeführt werden, wenn auch dabei der dielektrische Liner 138 von 9 in direktem Kontakt mit einer oberen Fläche der oberen Elektrode 256 steht.
17 bis 20 zeigen eine andere alternative Ausführungsform. Auf die vorstehend beschriebenen 9 bis 17 folgend, wird eine Oxidschicht 1702 über der Struktur von 9 vorstehend ausgebildet. In 18 wird ein CMP-Vorgang ausgeführt, um die Oxidschicht 1702 zu planarisieren; und in 19 werden Grabenöffnungen und Durchkontaktierungsöffnungen ausgebildet. In 20 wird ein Metall abgeschieden, um die Grabenöffnungen und Durchkontaktierungsöffnungen zu füllen, wodurch Metallleitungen 2002, 2004 ausgebildet werden. Die Oxidschicht 1702 ist über dem Logikbereich 2006 dicker und ist über dem Speicherbereich 2008 dünner. Daher weist die endgültige Struktur in 20 sowohl ein Low-k-Dielektrikum 230 als auch ein Oxid 1702 bei verschiedenen Höhen auf Seitenwänden der Metallleitungen auf.
21 stellt eine Methodik 2100 zum Ausbilden einer MRAM-Zelle gemäß einigen Ausführungsformen dar. Obwohl dieses Verfahren und andere Verfahren, die hier dargestellt und/oder beschrieben werden, als eine Reihe von Vorgängen oder Ereignissen dargestellt sind, versteht es sich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die dargestellte Reihenfolge oder die dargestellten Vorgänge beschränkt ist. Daher können in einigen Ausführungsformen die Vorgänge in anderen Reihenfolgen als dargestellt ausgeführt werden, und/oder sie können gleichzeitig ausgeführt werden. Außerdem können in einigen Ausführungsformen die dargestellten Vorgänge oder Ereignisse in mehrere Vorgänge oder Ereignisse unterteilt werden, die zu verschiedenen Zeitpunkten oder gleichzeitig mit anderen Vorgängen oder Teilvorgängen ausgeführt werden können. In einigen Ausführungsformen können einige dargestellte Vorgänge oder Ereignisse ausgelassen werden und andere nicht dargestellte Vorgänge oder Ereignisse können aufgenommen werden.
Vorgänge 2102 bis 2108 können in einigen Ausführungsformen zum Beispiel der vorstehend in 5 dargestellten Struktur entsprechen. Bei 2102 wird eine Ätzstoppschicht über einer oberen Fläche einer dielektrischen Schicht ausgebildet. Die Ätzstoppschicht weist eine Öffnung auf, die mindestens einen Abschnitt einer oberen Fläche einer darunterliegenden Metallleitung freigelegt hinterlässt. Bei 2104 wird eine untere Elektrodenschicht über der Ätzstoppschicht ausgebildet. Die untere Elektrodenschicht erstreckt sich nach unten durch die Öffnung, um in physischen und elektrischen Kontakt mit der darunterliegenden Metallschicht zu kommen. Bei 2106 wird eine magnetische Tunnelübergangsschicht (MTJ-Schicht) über der unteren Elektrodenschicht ausgebildet. Bei 2108 wird eine obere Elektrodenschicht über der magnetischen Tunnelübergangsschicht ausgebildet. Bei 2110, was zum Beispiel der vorstehend dargestellten 12 entsprechen kann, wird eine obere Metallschicht derart ausgebildet, dass sie sich in physischem und elektrischem Kontakt mit der oberen Elektrode befindet.
Einige Ausführungsformen betreffen eine integrierte Schaltung, die eine magnetoresistive Direktzugriffspeicherzelle (MRAM-Zelle) umfasst. Die integrierte Schaltung umfasst ein Halbleitersubstrat und eine über dem Halbleitersubstrat angeordnete Verbindungsstruktur. Die Verbindungsstruktur umfasst mehrere dielektrische Schichten und mehrere Metallschichten, die übereinander auf eine abwechselnde Weise aufgeschichtet sind. Die mehreren Metallschichten umfassen eine untere Metallschicht und eine obere Metallschicht, die über der unteren Metallschicht angeordnet ist. Eine untere Elektrode ist über der unteren Metallschicht angeordnet und steht in elektrischem Kontakt mit ihr. Ein magnetischer Tunnelübergang (MTJ) ist über einer oberen Fläche der unteren Elektrode angeordnet. Eine obere Elektrode ist über einer oberen Fläche des MTJ angeordnet und steht in direktem elektrischem Kontakt mit einer unteren Fläche der oberen Metallschicht.
Es versteht sich, dass in dieser schriftlichen Beschreibung sowie in den nachstehenden Ansprüchen die Begriffe „erster”, „zweiter”, „dritter” usw. lediglich allgemeine Bezeichnungen sind, die verwendet werden, um die Beschreibung zu vereinfachen und zwischen verschiedenen Elementen einer Figur oder einer Reihe von Figuren zu unterscheiden. In und an sich implizieren diese Begriffe keine zeitliche Reihenfolge oder strukturelle Nähe für diese Elemente, und sind nicht als Beschreibungen von entsprechenden Elementen in anderen dargestellten Ausführungsformen und/oder nicht dargestellten Ausführungsformen gedacht. Zum Beispiel entspricht „eine erste dielektrische Schicht”, die in Verbindung mit einer ersten Figur beschrieben wird, nicht notwendigerweise einer „ersten dielektrischen Schicht”, die in Verbindung mit einer anderen Figur beschreiben wird, und entspricht nicht notwendigerweise einer „ersten dielektrischen Schicht” in einer nicht dargestellten Ausführungsform.
Das Vorstehende skizziert Merkmale von mehreren Ausführungsformen, so dass ein Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Ein Fachmann sollte erkennen, dass er die vorliegende Offenbarung als eine Grundlage zum Entwerfen und Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen leicht verwenden kann, um die gleichen Aufgaben durchzuführen und/oder die gleichen Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen zu erzielen. Ein Fachmann soll ebenfalls verstehen, dass derartige äquivalente Ausführungen nicht vom Erfindungsgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifizierungen hier vornehmen kann, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Integrierte Schaltung, umfassend: ein Halbleitersubstrat; eine Verbindungsstruktur, die über dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und die mehrere dielektrische Schichten und mehrere Metallschichten, die übereinander auf eine abwechselnde Weise gestapelt sind, umfasst, wobei die mehreren Metallschichten eine untere Metallschicht und eine über der unteren Metallschicht angeordnete obere Metallschicht umfassen; eine untere Elektrode, die über der unteren Metallschicht angeordnet ist und in elektrischem Kontakt mit ihr steht; einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ), der über einer oberen Fläche der unteren Elektrode angeordnet ist; und eine obere Elektrode, die über einer oberen Fläche des MTJ angeordnet ist und in direktem elektrischem Kontakt mit einer unteren Fläche der oberen Metallschicht steht.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend: MRAM-Seitenwandspacer, die entlang von Außenseitenwänden der oberen Elektrode und des MTJ angeordnet sind, wobei die MRAM-Seitenwandspacer obere Abschnitte aufweisen, die sich nach oben über eine obere Fläche der oberen Elektrode hinaus und in eine Aussparung in einer unteren Fläche der oberen Metallschicht erstrecken.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, wobei oberste Flächen der MRAM-Seitenwandspacer abgerundet oder verjüngt sind.
Integrierte Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: MRAM-Seitenwandspacer, die obere Innenseitenwände aufweisen, die durch einen ersten Abstand in der Nähe der oberen Elektrode getrennt sind, und die untere Innenseitenwände aufweisen, die um einen zweiten Abstand beabstandet sind, wobei der zweite Abstand größer ist als der erste Abstand.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 4, wobei untere Außenseitenwände der MRAM-Seitenwandspacer vertikal oder im Wesentlichen vertikal sind und sich mit oberen Außenseitenwänden der MRAM-Seitenwandspacer an einem Absatz oder einem Schulterbereich treffen.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend: einen dielektrischen Liner, der konform über Außenseitenwänden der MRAM-Seitenwandspacer liegt.
Magnetoresistive Direktzugriffspeicherzelle (MRAM-Zelle), die auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei die MRAM-Zelle umfasst: eine untere Elektrode, die über dem Halbleitersubstrat angeordnet ist; einen magnetischen Tunnelübergang (MTJ), der über der unteren Elektrode angeordnet ist; eine obere Elektrode, die über einer oberen Fläche des MTJ angeordnet ist; und eine Metallleitung, die über der oberen Elektrode angeordnet ist und in direktem physischem und elektrischem Kontakt mit der oberen Elektrode steht, ohne dass sich eine Durchkontaktierung oder ein Kontakt zwischen der Metallleitung und der oberen Elektrode erstreckt.
MRAM-Zelle nach Anspruch 7, ferner umfassend: MRAM-Seitenwandspacer, die entlang von Außenseitenwänden der oberen Elektrode und des MTJ angeordnet sind, wobei die MRAM-Seitenwandspacer obere Abschnitte aufweisen, die sich nach oben über eine obere Fläche der oberen Elektrode hinaus und in einen unteren Flächenbereich der Metallleitung erstrecken.
MRAM-Zelle nach Anspruch 8, wobei die MRAM-Spacer unterste Flächen aufweisen, die auf einer oberen Fläche der unteren Elektrode aufliegen.
MRAM-Zelle nach Anspruch 8, wobei die MRAM-Seitenwandspacer innerste obere Seitenwände aufweisen, die durch einen ersten Abstand in der Nähe der oberen Elektrode getrennt sind, und innere unterste Seitenwände aufweisen, die um einen zweiten Abstand beabstandet sind, wobei der zweite Abstand größer ist als der erste Abstand.
MRAM-Zelle nach Anspruch 10, wobei die untersten Seitenwände unter einem anderen Winkel als 90 Grad geneigt sind, der in Bezug auf eine Normale gemessen wird, die durch eine obere Fläche der unteren Elektrode durchgeht.
MRAM-Zelle nach Anspruch 11, wobei eine oberste Fläche jedes MRAM-Seitenwandspacers abgerundet oder verjüngt ist, indem sie sich nach unten von beiden Seiten einer Spitze in dem MRAM-Seitenwandspacer erstreckt, und wobei ein dielektrischer Liner konform über Außenseitenwänden der MRAM-Seitenwandspacer liegt.
Verfahren zum Herstellen einer magnetoresistiven Direktzugriffspeicherzelle (MRAM-Zelle), wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Ätzstoppschicht, die über einer oberen Fläche einer dielektrischen Schicht angeordnet wird, wobei die Ätzstoppschicht eine Öffnung aufweist, die mindestens einen Abschnitt einer oberen Fläche einer darunterliegenden Metallleitung freigelegt zurücklässt; Ausbilden einer unteren Elektrodenschicht über der Ätzstoppschicht, wobei sich die untere Elektrodenschicht nach unten durch die Öffnung erstreckt, so dass sie in physischer und elektrischer Verbindung mit der darunterliegenden Metallleitung steht; Ausbilden einer magnetischen Tunnelübergangsschicht (MTJ-Schicht) über der unteren Elektrodenschicht; Ausbilden einer oberen Elektrode über der magnetischen Tunnelübergangsschicht; und Ausbilden einer oberen Metallschicht in direktem elektrischem und physischem Kontakt mit einem oberen Abschnitt der oberen Elektrode.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ausbilden der oberen Elektrode ferner umfasst: Ausbilden einer oberen Elektrodenschicht über der MTJ-Schicht; Ausbilden einer Hartmaske über der oberen Elektrodenschicht; und Strukturieren der MTJ-Schicht und der oberen Elektrodenschicht, um Abschnitte von sowohl der MTJ-Schicht als auch der oberen Elektrodenschicht, die nicht durch die Hartmaske abgedeckt sind, zu entfernen, um die obere Elektrode und den MTJ auszubilden; Ausbilden einer konformen MRAM-Seitenwandspacerschicht, die entlang von Außenseitenwänden der oberen Elektrode und des MTJ angeordnet wird und sich über eine obere Fläche der Hartmaske erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Hartmaske eine SiO₂-Schicht und eine SiON-Schicht über der SiO₂-Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Durchführen einer ersten Ätzung an der MRAM-Seitenwandspacerschicht, um seitliche Abschnitte der MRAM-Seitenwandspacerschicht zu entfernen und die SiO₂-Schicht über der oberen Elektrode zurückzulassen und Abschnitte der MRAM-Seitenwandspacerschicht zurückzulassen, die sich nach oben entlang von Seitenwänden der SiO₂-Schicht erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Hartmaske eine Siliziumnitridschicht zwischen der SiO₂-Schicht und der oberen Elektrode umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei ein unterster Abschnitt der SiO₂-Schicht direkt an einer oberen Fläche der oberen Elektrode anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, ferner umfassend: Durchführen einer zweiten Ätzung, um die SiO₂-Schicht selektiv zu entfernen, wobei die Abschnitte der MRAM-Seitenwandspacerschicht zurückgelassen werden, die sie sich nach oben über eine obere Fläche der oberen Elektrode hinaus erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend: Ausbilden einer dielektrischen Schicht über den Abschnitten der MRAM-Seitenwandspacerschicht und der oberen Elektrode; und Ausbilden von Graben- und Durchkontaktierungsöffnungen in der dielektrischen Schicht, wobei eine Grabenöffnung obere Flächen der oberen Elektrode und Abschnitte der MRAM-Seitenwandspacerschicht freilegt; und Füllen der Graben- und Durchkontaktierungsöffnungen mit einem leitfähigen Material, das direkt an einer oberen Fläche der oberen Elektrode anliegt.