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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung ist im Allgemeinen auf Magnetspeichervorrichtungen zum
Speichern von digitaler Information und genauer gesagt auf Verfahren und
Strukturen zum Einschließen
von Magnetfeldern, die durch diese Vorrichtungen erzeugt werden,
gerichtet.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Der
digitale Speicher, der am meisten bei Computern und Computer-Systemkomponenten
verwendet wird, ist der dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM
= dynamic random access memory), bei dem in Kondensatoren gespeicherte
Spannung digitale Bits von Information darstellt. Elektrische Leistung
muss an diese Speicher geliefert werden, um die Information aufrechtzuerhalten,
weil ohne häufige Auffrischzyklen
die gespeicherte Ladung in den Kondensatoren dissipiert und die
Information verloren geht. Speicher, die ständig Leistung erfordern, sind als
flüchtige
Speicher bekannt.
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Nichtflüchtige Speicher
benötigen
keine Auffrischzyklen, um ihre gespeicherte Information zu konservieren,
sodass sie weniger Leistung als flüchtige Speicher konsumieren.
Es gibt viele Anwendungen, wie beispielsweise bei Mobiltelefonen
oder bei Steuersystemen von Automobilen, bei denen nichtflüchtige Speicher
bevorzugt werden oder erforderlich sind.
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Magnetische
Direktzugriffspeicher (MRAMs = magnetic random access memories)
sind nichtflüchtige
Speicher. Digitale Bits von Information werden als alternative Richtungen
der Magnetisierung in einem Magnetspeicherelement oder Zelle gespeichert.
Die Speicherelemente können
einfache dünne ferromagnetische
Filme oder komplexere geschichtete magnetische Dünnschichtstrukturen sein, wie beispielsweise
Tunnel-Magnet-Widerstandselemente (TMR-Elemente) oder Riesen-Magnet-Widerstands-Elemente
(GMR-Elemente).
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Speicher-Array-Strukturen
werden im Allgemeinen aus einem ersten Satz von parallelen leitenden
Leitungen gebildet, die durch eine Isolierschicht abgedeckt werden, über der
ein zweiter Satz von parallelen leitenden Leitungen senkrecht zu
den ersten Leitungen liegt. Jeder dieser beiden Sätze von
Leitungen kann die Bitleitungen und der andere die Wortleitungen
sein. Bei der einfachsten Konfiguration werden die Magnetspeicherzellen
zwischen den Bitleitungen und den Wortleitungen an ihren Schnittpunkten
angeordnet.
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Kompliziertere
Strukturen mit Transistoren- oder Diodenkonfigurationen können ebenfalls
verwendet werden. Wenn Strom durch eine Bitleitung oder eine Wortleitung
fließt,
erzeugt er ein Magnetfeld um die Leitung. Die Arrays sind ausgestaltet,
sodass jede leitende Leitung lediglich ein Teil des Feldes liefert,
das benötigt
wird, um die Magnetisierung der Speicherzellen umzukehren. Ein Umschalten
tritt lediglich an jenen Schnittpunkten auf, bei denen sowohl Wort-
als auch Bitleitungen Strom führen.
Keine der beiden Leitung kann selbst ein Bit umschalten; lediglich
jene Zellen, die durch sowohl Bit- als auch Wortleitungen adressiert
werden, können
umgeschaltet werden.
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Magnetspeicher-Arrays
können
als Teil von integrierten Schaltungen (ICs = integrated circuits) mit
Dünnschichttechnologie
angefertigt werden. Wie für
jede IC-Vorrichtung
ist es bedeutsam, so wenig Platz wie möglich zu verwenden. Indem jedoch
die Packungsdichte erhöht
wird, sind Kompromisse zu berücksichtigen.
Wenn die Größe einer Speicherzelle verringert
wird, wird das Magnetfeld erhöht,
das erforderlich ist, um in die Zelle zu schreiben, was es schwieriger
macht, das Bit zu schreiben. Wenn die Breite und Dicke von Bitleitungen
und Wortleitungen verringert werden, gibt es eine höhere Stromdichte, die
Elektromigrationsprobleme in den Leitern verursachen kann. Außerdem wird,
wenn leitende Leitungen näher
zusammen angeordnet werden, die Möglichkeit von Nebensprechen
zwischen einer leitenden Leitung und einer Zelle benachbart der
adressierten Zelle erhöht.
Wenn dies wiederholt auftritt, wird das gespeicherte Magnetfeld
der benachbarten Zelle durch Magnetdomänenkriechen erodiert, und die
Information in der Zelle kann unlesbar gemacht werden.
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Um
zu vermeiden, Zellen benachbart zu den adressierten zu beeinflussen,
müssen
die den Bit- und Wortleitungen zugeordnete Felder stark lokalisiert
sein. Einige Schemata, um Magnetfelder zu lokalisieren, die von
leitenden Leitungen entstehen, wurden beim Stand der Technik gelehrt.
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Bei
dem
U.S.-Patent Nr. 5 039 655 lehrte
Pisharody ein Verfahren zum magnetischen Abschirmen von leitenden
Leitungen in einem Dünnschichtmagnet-Array-Speicher
an drei Seiten mit einem supraleitenden Film. Bei oder nahe der
Temperatur von flüssigem
Stickstoff (d.h. unter der supraleitenden Übergangstemperatur) weisen
supraleitende Materialien den Meissner-Effekt auf, bei dem perfekte
Leiter nicht durch ein angelegtes Magnetfeld durchdrungen werden
können.
Obwohl dies wirksam ist, zu verhindern, dass der Magnetfluss die
leitende Leitung von benachbarten Zellen erreicht, ist ihre Nützlichkeit
auf jene Anwendungen begrenzt, bei denen sehr niedrige Temperaturen
aufrechterhalten werden können.
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Bei
dem
U.S.-Patent Nr. 5 956 267 ,
das hier als das '267-Patent
bezeichnet wird, lehrten Hurst u.a. ein Verfahren zum Lokalisieren
des Magnetflusses einer unteren Elektrode für einen magnetoresistiven Speicher
durch Verwenden eines Magnetwächters
(magnetic keeper). Ein geschichteter Stapel mit Barriereschicht/weichmagnetische
Materialschicht/Barriereschicht wurde als eine teilweise oder volle
Auskleidung entlang eines Damaszier-Grabens in einer Isolierschicht
aufgebracht. Leitendes Material wurde über der Auskleidung aufgebracht,
um den Graben zu füllen. Überschüssiges leitendes
Material und Auskleidungsschichten, die auf der Isolierschicht waren
oder sich über
diese erstreckten, wurden durch Polieren entfernt. Somit kleidete
das Wächtermaterial
untere und Seitenoberflächen
des unteren Leiters aus, wobei die obere Oberfläche des Leiters, die dem Bit
gegenüberliegt,
frei von dem Wächtermaterial
gelassen wird.
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Der
Prozess des '267-Patents
hilft beim Einschließen
des Magnetfelds der Zelle und beim Vermeiden von Nebensprechen zwischen
Bits. Ein Bedarf existiert jedoch für weitere Verbesserungen beim Absenken
des Schreibstroms für
ein gegebenes Magnetfeld. Durch Absenken des Stroms, der erforderlich
ist, um in eine gegebene Zelle zu schreiben, wird die Zuverlässigkeit
der Zelle verbessert.
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Das
WO 00/10172 offenbart ein
Speicherzellen-Array mit einer ersten und einer zweiten Leitung, an
deren Kreuzungspunkt ein Speicherelement mit magnetoresistiver Wirkung
angeordnet ist. Ein Joch wird bereitgestellt, das eine der Leitungen
umgibt und magnetisierbares Material mit einer Permeabilität von mindestens
10 enthält.
Das Joch wird auf eine solche Art und Weise angeordnet, dass ein
Magnetfluss im Wesentlichen durch das Speicherelement geschlossen
wird.
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Das
US 5 940 319 offenbart eine
MRAM-Vorrichtung mit Magnetspeicherelementen und einer Schaltungsanordnung
zum Steuern der Magnetspeicherelemente. Die Schaltungsanordnung umfasst
einen Transistor, der auf einem Substrat integriert ist und mit
einem Magnetspeicherelement auf der Schaltungsanordnung durch einen
Steckerleiter und eine Leiterleitung gekoppelt ist. Die Schaltungsanordnung
wird zuerst gemäß dem CMOS-Prozess
und dann den Magnetspeicherelementen angefertigt. Eine Digitleitung
und Bitleitung werden unter bzw. auf dem Magnetspeicherelement platziert
und aktiviert, um auf das Magnetspeicherelement zuzugreifen. Diese
Leitungen werden durch eine Schicht mit hoher Permeabilität mit Ausnahme
einer Oberfläche
umschlossen, die einem Magnetspeicherelement gegenüberliegt,
das ein Magnetfeld zu dem Magnetspeicherelement hin abschirmt und
fokussiert.
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Das
JP 2000 090658 offenbart
ein Magnetspeicherelement mit einem Substrat und einem Magnetwiderstands-Effektfilm,
der über
dem Substrat ausgebildet ist. Der Magnetowiderstand-Effektfilm umfasst
eine erste Magnetschicht und eine zweite Magnetschicht, die durch
eine Nicht-Magnetschicht getrennt sind. Ein Magnetfeld wird an die
erste Magnetschicht angelegt, um die Magnetisierungsrichtung der
ersten Magnetschicht einzustellen, um Information zu schreiben/aufzuzeichnen.
Eine ferromagnetische Flusssteuerschicht wird bereitgestellt, um
den Fluss des angelegten Magnetfelds auf die erste Magnetschicht
zu konzentrieren.
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Das
WO 02/41367 offenbart eine
selbstausgerichtete Magnetmantel-Bitleitungsstruktur für ein magnetoresistives
Speicherelement und ihr Verfahren zur Bildung werden offenbart,
wobei die selbstausgerichtete Magnetmantel-Bitleitungsstruktur sich in einem Graben
erstreckt und ein leitendes Material, Magnetmantelseitenwände und
eine Magnetmantelkappe umfasst. Die Magnetmantelseitenwände umgeben
zumindest teilweise das leitende Material, und die Magnetmantelkappe
ist zumindest im Wesentlichen innerhalb des Grabens mit Bezug auf
das obere Ende des Grabens ausgenommen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit, wie
in den unabhängigen
Ansprüchen
definiert ist.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der Erfindung wird ein Magnetspeicher-Array bereitgestellt.
Das Array umfasst eine Reihe von oberen Elektroden in Damaszier-Gräben, wobei
jede obere Elektrode in Kontakt mit einem oberen Magnetwächter auf
mindestens einer äußeren Oberfläche jeder
oberen Elektrode ist, eine Reihe von unteren Elektroden, die senkrecht
zu den oberen Elektroden und Bitregionen angeordnet sind, die gegen
Magnetfelder empfindlich und zwischen den oberen Elektroden und
den unteren Elektroden an den Schnittpunkten der oberen Elektroden
lokalisiert sind. Die Bitregionen können mehrschichtige Tunnel-Magnet-Widerstandsstrukturen
(TMR-Strukturen) oder Riesen-Magnetwiderstandsstrukturen (GMR-Strukturen)
aufweisen.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Magnetspeichervorrichtung
in einer integrierten Schaltung bereitgestellt. Die Vorrichtung
umfasst eine untere Elektrode über
einem Halbleitersubstrat, eine Region, die gegen Magnetfelder empfindlich
ist, über
der unteren Elektrode, und eine obere Elektrode in einem Damaszier-Graben
in einer Isolierschicht. Die obere Elektrode umfasst eine untere
Oberfläche,
die zu der Bitregion hin liegt, eine obere Oberfläche, die
von der Bitregion wegliegt und zwei Seitenoberflächen, die von der Bitregion
Wegliegen. Die Vorrichtung umfasst ebenfalls einen Magnetwächter, der
in Kontakt mit mindestens einer Oberfläche der oberen Elektrode ist.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Magnetwächter für einen oberen
Leiter einer magnetische Direktzugriffsspeichervorrichtung (MRAM-Vorrichtung) bereitgestellt. Der
Magnetwächter
umfasst eine Magnetschicht, die sich entlang der Seitenwände des
oberen Leiters erstreckt. Es gibt eine Barriereschicht zwischen
der Magnetschicht und der umgebenden Isolierschicht. Die Barriereschicht
kann ebenfalls zwischen einem unteren Rand der Magnetschicht und
dem darunter liegenden Magnetspeicherelement kommen. Bei einigen
Ausführungsformen
ist der obere Leiter eine leitende Wortleitung in einem Damaszier-Graben
und aus Kupfer hergestellt. Die Barriereschicht kann aus Tantal
gebildet sein, und die Magnetschicht kann aus Kobalteisen gebildet
sein.
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In Übereinstimmung
mit noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein oberer Leiter
in einem Graben in einer Isolierschicht über einer Magnetspeichervorrichtung
bereitgestellt. Als Teil des oberen Leiters wird eine Magnetmaterialauskleidungsschicht
entlang jeder Seitenwand des Grabens zwischen den leitenden Material
und der Isolierschicht bereitgestellt. Die obere Oberfläche der
Auskleidungsschicht neigt sich nach unten, von wo sie die Isolierschicht
trifft, bis zu wo sie das leitende Material trifft.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der obere Leiter ebenfalls eine erste Barriereschicht zwischen
der Magnetmaterialauskleidungsschicht und jeder Seitenwand des Grabens.
Die obere Oberfläche
der ersten Barriereschicht neigt sich nach unten, von wo sie die
Isolierschicht trifft, bis zu wo sie die magnetische Auskleidungsschicht
trifft. Bei einem anderen Aspekt umfasst der obere Leiter ebenfalls eine
zweite Barriereschicht zwischen der Magnetmaterialauskleidungsschicht
und dem leitenden Material. Die obere Oberfläche der zweiten Barriereschicht neigt
sich nach unten, von wo sie die Magnetauskleidungsschicht trifft,
bis zu wo sie das leitende Material trifft.
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Bei
noch einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der obere Leiter
ebenfalls eine obere Magnetmaterialschicht über der oberen Oberfläche des
leitenden Materials und in Kontakt mit den Magnetmaterialauskleidungsschichten
entlang der Seitenwände
des Grabens. Außerdem
kann es eine obere Barriereschicht über mindestens einem zentralen
Abschnitt der Magnetmaterialoberschicht geben.
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Eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
ist ein Verfahren zum Bilden eines Magnetwächters für eine obere Elektrode in einer
Magnetdirektzugriffsspeichervorrichtung (MRAM-Vorrichtung). Das Verfahren umfasst
ein Aufbringen einer Isolierschicht über einem Magnetspeicherelement, Ätzen eines Damaszier-Grabens
in die Isolierschicht über
dem Magnetspeicherelement, Füllen
des Grabens mit einem leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, Planarisieren,
um das leitende Material über
der Isolierschicht zu entfernen und das leitende Material in dem
Graben zu lassen, und Aufbringen eines Magnetmaterials über dem
leitenden Material nach dem Planarisieren. Eine Ausführungsform
des Prozesses umfasst ferner ein Bilden einer Ausnehmung in einer oberen
Oberfläche
der leitenden Schicht nach dem Planarisieren des leitenden Materials,
jedoch vor dem Aufbringen der gestapelten Schichten. Die Ausnehmung
kann durch einen selektiven Ätzprozess gebildet
werden. Das Verfahren kann ferner ein Bilden einer Anfangsbarriereschicht
als eine Grabenauskleidung nach Ätzen
des Damaszier-Grabens und vor dem Füllen des Grabens mit leitendem
Material umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Bilden einer Magnetmaterialschicht
und dann ein Bilden einer oberen Barriereschicht über der Anfangsbarriereschicht
als eine vollständige
Grabenauskleidung umfassen.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
ist ein Verfahren zum Bilden eines Magnetwächters für eine obere Elektrode in einem
Magnetdirektzugriffsspeicher (MRAM). Das Verfahren umfasst ein Aufbringen
einer Isolierschicht über
einem Magnetspeicherelement, Ätzen
eines Damaszier-Grabens in die Isolierschicht über dem Magnetspeicherelement,
Auskleiden des Grabens mit einem Magnetmaterial, selektives Entfernen
des Magnetmaterials von einem Boden des Grabens und Füllen des
Grabens mit einem leitenden Material. Die Auskleidung des Grabens
kann ferner ein Bilden einer ersten Barriereauskleidungsschicht
vor dem Auskleiden des Grabens mit dem Magnetmaterial und Bilden einer
zweiten Barriereauskleidungsschicht nach dem Auskleiden des Grabens
mit dem Magnetmaterial umfassen. Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst
ferner ein Aufbringen von gestapelten Schichten einer ersten Barriereschicht,
einer Magnetschicht und einer zweiten Barriereschicht auf einer
oberen Oberfläche
des leitenden Materials.
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Eine
erfindungsgemäße Ausführungsform umfasst
ferner ein Auskleiden des Bodens und der Seitenwände des Grabens mit einer ersten
Barriereschicht vor dem Auskleiden des Bodens und der Seitenwände des
Grabens mit dem Magnetmaterial, Auskleiden des Bodens und der Seitenwände des Grabens
mit einer zweiten Barriereschicht nach dem Auskleiden des Bodens
und der Seitenwände
des Grabens mit dem Magnetmaterial, und vor dem Füllen des
Grabens mit einem leitenden Material selektives Entfernen der ersten
Barriereschicht, des Magnetmaterials und der zweiten Barriereschicht
von dem Boden des Grabens und von einer oberen Oberfläche der
Isolierschicht, sodass es im Wesentlichen kein Magnetmaterial an
dem Boden des Grabens gibt, und sodass die obere Oberfläche der
Isolierschicht im Wesentlichen flach ist.
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Eine
erfindungsgemäße Ausführungsform umfasst
ferner ein Auskleiden des Bodens und der Seitenwände des Grabens mit einer ersten
Barriereschicht vor dem Auskleiden des Bodens und der Seitenwände des
Grabens mit dem Magnetmaterial, vor dem Füllen des Grabens mit einem
leitenden Material, selektives Entfernen der ersten Barriereschicht und
das Magnetmaterials von dem Boden des Grabens und von einer oberen
Oberfläche
der Isolierschicht, sodass es im Wesentlichen kein Magnetmaterial
an dem Boden des Grabens gibt und sodass die obere Oberfläche der
Isolierschicht im Wesentlichen flach ist, selektives Ätzen einer
Ausnehmung in einer oberen Oberfläche des leitenden Materials,
das den Graben füllt,
sodass die Ausnehmung unter einer flachen Ebene der oberen Oberfläche die
Isolierschicht ist, Aufbringen einer zweiten Barriereschicht auf
der oberen Oberfläche
der Isolierschicht und auf der Ausnehmung in der oberen Oberfläche des
leitenden Materials, Aufbringen des Magnetmaterials auf der zweiten
Barriereschicht und Planarisieren über der Isolierschicht, um
die zweite Barriereschicht und das Magnetmaterial von der oberen
Oberfläche
der Isolierschicht zu entfernen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Figuren sind dazu bestimmt, zu helfen, die Erfindung darzustellen
jedoch nicht einzuschränken,
und sind nicht maßstabsgetreu
gezeichnet. Die veranschaulichte Ausführungsform umfasst Bitleitungen
unten an den Figuren und Wortleitungen oben an den Figuren. Der
Fachmann wird erkennen, dass es viele weitere mögliche Konfigurationen für MRAM-Strukturen
gibt, die aus den in der Erfindung dargelegten Lehren Vorteil ziehen
können.
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1A ist
ein Querschnitt einer teilweise angefertigten MRAM-Struktur, die
die untere Elektrode, die Bitregion und die darüber liegende Isolierschicht zeigt,
bevor die obere Elektrode angefertigt wird.
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1B veranschaulicht
die teilweise angefertigte MRAM-Struktur
von 1, nachdem ein Damaszier-Graben
in die Isolierschicht geätzt
wurde.
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2 ist
ein Querschnitt, der den Damaszier-Graben von 1B zeigt,
der mit einem Barrierematerial ausgekleidet und mit Kupfer gefüllt ist.
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3A ist
ein Querschnitt, der eine Deckschicht mit einem Stapel aus Barriere-/Magnet-/Barrierematerialien,
die über
der Struktur von 2 aufgebracht sind, in Übereinstimmung
mit einer ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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3B zeigt
die Struktur von 3A nach Strukturieren und Ätzen, um
die Barriere und den Magnetmaterialstapel über und geringfügig weiter
als die Leitung übrig
zu lassen, in der die obere Elektrode ausgebildet ist.
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4A veranschaulicht
die Struktur von 2, nachdem das leitende Material
der oberen Elektrode geätzt
wurde, um eine Ausnehmung in der oberen Elektrode zu bilden, in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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4B zeigt
die Struktur von 4A, nachdem eine Deckschicht,
die einen Stapel aus Barriere/Magnet/Barrierematerialien umfasst, über der
ausgenommenen oberen Elektrode aufgebracht wurde.
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4C veranschaulicht
die Struktur von 4B nach dem Planarisieren.
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5A veranschaulicht
die Struktur von 1B, nachdem ein Stapel aus Barriere/Magnet/Barrierematerialien aufgebracht
wurde, um den Damaszier-Graben auszukleiden, in Übereinstimmung mit einer dritten
Ausführungsform
der Erfindung der Erfindung.
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5B zeigt
die Struktur von 5A, nachdem ein Abstandshafter-Ätzen die
horizontalen Abschnitte des aufgebrachten Stapels von Schichten entfernt
hat.
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5C ist
ein Querschnitt der Struktur von 5B, nachdem
eine leitende Deckschicht aufgebracht wurde, um den Graben zu füllen.
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5D zeigt
die Struktur von 5C nach der Planarisierung der
leitenden Schicht.
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6A veranschaulicht
die Struktur von 1B, nachdem Barriere- und Magnetschichten aufgebracht
wurden, um den Damaszier-Graben auszukleiden, in Übereinstimmung
mit einer vierten Ausführungsform
der Erfindung.
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6B ist
ein Querschnitt einer teilweise angefertigten MRAM-Struktur, bei
der das leitende Material selektiv ausgenommen wurde, in Übereinstimmung
mit einer vierten Ausführungsform
der Erfindung.
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6C ist
ein Querschnitt, der die Struktur von 6B zeigt,
nachdem eine Deckschicht, die eine Magnetmaterialschicht und eine
Barriereschicht umfasst, über
dem ausgenommenen leitenden Material und der Isolierschicht aufgebracht
wurde.
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6D ist
ein Querschnitt, der die Struktur von 6C nach
dem Planarisieren zeigt, um die Barriere und den Magnetmaterialstapel über der
Isolierschicht zu entfernen.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Obwohl
Aluminium allgemein als ein Leiter bei Halbleitervorrichtungen verwendet
wird, hat Aluminium Schwierigkeiten, die hohen elektrischen Stromanforderungen
von Magnetspeichervorrichtungen zu erfüllen, ohne unter einer Beschädigung aufgrund von
Elektromigration zu leiden. Kupfer ist für hohe Stromanwendungen geeigneter,
weil es gegen Elektromigration widerstandsfähiger ist. Wohingegen Aluminiumleitungen
durch Strukturierung mit Photoresist und Trockenätzen angefertigt werden können, ist
es schwierig, Kupfer trocken zu ätzen.
Kupferleitungen werden somit vorzugsweise durch einen Damaszier-Prozess
angefertigt. Gräben
werden in einer Isolierschicht ausgebildet, eine Kupferschicht wird
aufgebracht, um den Graben zu überfüllen, und
das überschüssige Kupfer
wird durch Herunterpolieren auf die Oberfläche der Isolierschicht entfernt.
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Wie
oben erläutert
ist, stellt das '267-Patent Magnetwächter für untere
Elektroden bereit, die durch einen Damaszier-Prozess angefertigt
werden. Die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen stellen Magnetwächter in
verschiedenen Konfigurationen für
obere Elektroden, die durch einen Damaszier-Prozess hergestellt
werden, in integrierten Magnetspeichervorrichtungen bereit. Der
Prozess des '267-Patents ist jedoch
nicht zum Bilden von Wächtern
für eine
obere Elektrode geeignet.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung können
mit Bezug auf die Figuren verstanden werden. Obwohl lediglich einzelne
Magnetspeicherstrukturen in den Figuren gezeigt werden, wird ersichtlich
sein, dass die dargestellten einzelnen Zellen für ähnliche Strukturen repräsentativ
sind, die über einem
Speicher-Array wiederholt werden. 1A und 1B zeigen
im Querschnitt eine teilweise angefertigte MRAM-Zelle, die als ein
Startpunkt zum Beschreiben der hier enthaltenen Ausführungsformen
verwendet werden wird.
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Die
Speicherzelle umfasst eine untere Elektrodenstruktur 10,
die ferner eine untere leitende Leitung 12 umfasst, die
quer über
die Seite läuft
und vorzugsweise aus Kupfer hergestellt ist. Die untere Elektrodenstruktur 10 ähnelt typischerweise
einem Halbleitersubstrat (nicht gezeigt). Eine Barriereschicht 14 umschließt vorzugsweise
die Kupferleitung an allen vier Seiten entlang ihrer Länge. Die
Barriereschicht 14 kann ein Material, wie beispielsweise
Tantal (Ta) umfassen, das die Diffusion von Kupfer verhindert und
mit der Herstellung der integrierten Schaltung kompatibel ist. Bei
dieser Querschnittsansicht wird die Kupferleitung nahe der Mitte
entlang ihrer langen Achse geschnitten, sodass lediglich die Abschnitte der
Barriereschicht, die die untere leitende Leitung 12 entlang
einer oberen Oberfläche 18 und
einer unteren Oberfläche 20 auskleiden,
sichtbar sind. Die Auskleidung entlang einer Seite der Leitung ist über der Ebene
der Seite und entlang der anderen Seite der Leitung unter der Ebene
der Seite. Bei einer bevorzugten Ausführungsform (und gemäß dem Stand
der Technik) wird die obere Oberfläche 18 der unteren leitenden
Leitung 12 lediglich durch die Barriereschicht 14 abgedeckt,
wobei jedoch die untere Oberfläche 20 und
die beiden Seitenoberflächen
ferner durch eine Sandwich-Struktur ausgekleidet sind, die eine
Barriereschicht/weichmagnetische Materialschicht/Barriereschicht
umfasst, die als ein Magnetwächter
für die
untere leitende Leitung 12 in Übereinstimmung mit den Lehren
des '267-Patents
dient. Ein „Magnetwächter", wie hier verwendet,
umfasst mindestens eine Magnetmaterialschicht, wobei bei den bevorzugten
Ausführungsformen
der Magnetwächter ebenfalls
eine oder zwei Barriereschichten aufweist. Es gibt vorzugsweise
kein Magnetmaterial auf der oberen Oberfläche der unteren leitenden Leitung 12, das
zu einer Magnetspeicherzelle hin liegt, oder ein Bit 24,
das mit einer Barriereschicht 28 abgedeckt und in einer
Isolierschicht 26 ausgebildet ist. Das Magnetmaterial zwischen
der unteren leitenden Leitung 12 und dem Bit 24 würde das
Magnetfeld von der unteren leitenden Leitung 12 stören, das
auf das Bit 24 wirkt.
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Bei 1A und 1B ist,
ebenso wie bei nachstehend erläuterten
Ausführungsformen,
die untere Elektrode entlang der unteren leitenden Leitung 12 ausgebildet,
die als eine Bitleitung bei den dargestellten „Kreuzpunkt"-Schaltungskonfigurationen dient. Bei
anderen Anordnungen wird der Fachmann ohne weiteres erkennen, dass
die Bitleitung über dem
Bitelement und die Wortleitung darunter gebildet werden kann, und
dass das Bit ebenfalls mit einem Transistor oder einer Diode verriegelt
werden kann.
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Das
Bit 24 kann jede Magnetstruktur sein, die Bits von Information
speichert, die durch die Richtung oder Polarität der Magnetisierung definiert
ist, einschließlich
dünner
ferromagnetischer Filme oder komplexerer geschichteter magnetischer
Dünnschichtstrukturen,
wie beispielsweise Tunnel-Magnet-Widerstandselement (TMR-Elmente)
oder Riesen-Magnet-Widerstandselemente
(GMR-Elemente).
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Die
bevorzugte Magnetspeicherzelle ist eine TMR-Struktur. Die dargestellte TMR-Struktur
umfasst eine erste ferromagnetische Schicht 30 gefolgt
von einer Isolierschicht 32 und einer zweiten ferromagnetischen
Schicht 34. Eine bekannte beispielhafte TMR-Struktur umfasst
innerhalb der ersten ferromagnetischen Schicht 30 eine
Reihe von Unterschichten mit Ta/Ni-Fe/Fe-Mn/Ni-Fe. Die Isolierschicht 32 der
dargestellten Ausführungsform
umfasst Aluminiumoxid vorzugsweise in einer Dicke zwischen etwa 0,5
nm und 2,5 nm. Die zweite ferromagnetische Schicht 34 umfasst
vorzugsweise Unterschichten aus Ni-Fe/Ta. Wie in 1B gezeigt
ist, überlagert die
Barriereschicht 28 vorzugsweise die zweite ferromagnetische
Schicht 34.
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Der
TMR-Stapel kann durch jedes geeignete Verfahren gebildet werden,
wobei er jedoch vorzugsweise als ein Stapel von Deckschichten gebildet
und dann in eine Mehrzahl von Zellen für das Array strukturiert wird.
Die Isolierschicht 26, vorzugsweise aus Siliziumnitrid
oder einer Form von Siliziumoxid, wird dann darauf aufgebracht und
zurückpoliert
(z.B. durch chemisch-mechanische Planarisierung), um die obere Oberfläche des
TMR-Stapels freizulegen. Eine weitere Isolierschicht 36,
die typischerweise eine Form von Siliziumoxid umfasst, wird über der Isolierschicht 26 und
dem Bit 24 aufgebracht. Alternativ kann eine einzelne Isolierschicht
den Platz der beiden dargestellten Schichten 26, 36 einnehmen.
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Mit
Bezug auf 1B wird ein Graben 38 in die
Isolierschicht 36 als ein erster Schritt beim Verwenden
des Damaszier-Prozesses geätzt,
um die obere Elektrode oder Wortleitung für das Bit 24 zu bilden.
Wie in 1B gezeichnet ist, läuft der
Graben 38, der die Wortleitung enthalten wird, in und aus
der Seite, senkrecht zu der unteren Elektrodenstruktur 10 und
durchläuft
somit verschiedene Zellen in dem Array. Bei der Darstellung von 1B wird
der Boden des Grabens 38 in Kontakt mit der Barriereschicht 28 auf
der oberen Oberfläche
des Bits 24 als eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt.
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Bei
einer anderen Anordnung kann der Graben flacher sein, wobei ein
dünner
Abschnitt der isolierenden Silikonoxidschicht zwischen dem Boden des
Grabens und dem Oberteil der Magnetzelle gelassen wird.
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Ein
MRAM, der mit einer oberen Elektrode 40 ohne Magnetwächter angefertigt
ist, wird in 2 gezeigt. Die untere Elektrodenstruktur 10 ist
vorzugsweise mit mindestens einer Barriereschicht und bevorzugterweise
mit der Magnetwächterstruktur
ausgekleidet, die oben mit Bezug auf 1A beschrieben
ist. Mit 1B als ein Startpunkt umfasst
der geätzte
Graben 38 vorzugsweise eine Tiefe von etwa 100–300 nm
und ist etwa 200 nm bei den dargestellten Ausführungsformen. Die Breite des
Grabens 38 ist vorzugsweise etwa 100–300 nm, und ist etwa 200 nm
bei den dargestellten Ausführungsformen.
Eine Barriereschicht 42 wird aufgebracht, um den Graben 38 auszukleiden.
Das bevorzugte Barrierematerial ist Tantal, obwohl jedes leitende
Material, das eine gute Diffusionsbarriere ist zum Einschließen von
Kupfer ist, geeignet ist. Die Dicke der Barriereschicht ist vorzugsweise
etwa 1–20
nm, bevorzugterweise etwa 2–10
nm und ist etwa 5 nm bei den dargestellten Ausführungsformen. Ein relativ leitendes
Material 44 wird aufgebracht, um den Graben 38 zu
füllen
und die obere Elektrode 40 zu bilden (entlang einer Wortleitung
bei der dargestellten Konfiguration). Das bevorzugte Material ist
Kupfer, wobei jedoch andere leitende Materialien, wie beispielsweise
Aluminium, Gold oder Silber, ebenfalls verwendet werden können. Das
Kupfer kann in einem Zwei-Schrittprozess aufgebracht werden, bei
dem zuerst eine Keimschicht durch physikalische Dampfabscheidung
aufgebracht und dann der Graben vollständig durch Elektroplattieren
gefüllt
wird. Alternativ kann das Kupfer vollständig durch physikalische Dampfabscheidung
aufgebracht werden.
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In 2 wurden
die obere Oberfläche
der Isolierschicht 36 und eine obere Oberfläche 48 der oberen
Elektrode 40 planarisiert, um überschüssiges Barriere- und leitendes
Material zu entfernen und um die obere Oberfläche 48 der oberen
Elektrode 20 bündig
mit der oberen Oberfläche 46 der
Isolierschicht 36 zu machen. Bei den bevorzugten Ausführungsformen
umfasst die obere Elektrode ebenfalls Magnetwächterstrukturen, die helfen,
Magnetfelder innerhalb jeder Zelle über dem Array einzuschließen. Die
nachstehenden Ausführungsformen
benutzen die Strukturen von 1B oder 2 als
Startpunkte.
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Die
Ausführungsformen,
die folgen, umfassen Magnetwächterstrukturen,
die vielschichtig sind, einschließlich sowohl Barriereschichten
als auch weichmagnetische Materialschichten. Obwohl dies eine bevorzugte
Anordnung ist, sollte ersichtlich sein, dass die Barriereschicht(en)
nicht vorhanden sein muss (müssen),
wobei die Magnetmaterialschicht ebenfalls als eine Diffusionsbarriere
für Kupfer
zusätzlich
dazu dient, als ein Magnetwächter
zu dienen. Somit umfasst der Begriff „Magnetwächter", wie hier verwendet, mindestens eine
Magnetmaterialschicht und vorzugsweise ebenfalls eine oder mehrere
Barriereschichten. Alternative Strukturen umfassen einfach eine
einzelne Magnetmaterialschicht als den Magnetwächter oder die Magnetmaterialschicht
und lediglich eine Barriereschicht. Die letztere Anordnung wird
in 6A–6D gezeigt.
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Strukturierter Teilwächter
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Eine
relativ einfache Konfiguration für
einen Magnetwächter
für eine
Wortleitung wird bei der ersten Ausführungsform gezeigt, die in 3A und 3B dargestellt
wird. Diese Ausführungsform kann
mit 2 als ein Startpunkt verstanden werden. Bei der
dargestellten Ausführungsform
wird ein Stapel 50 von Deckschichten über der planarisierten oberen
Oberfläche
aufgebracht, wie in 3A gezeigt ist, obwohl es möglich ist,
diesen Wächter
allein mit einer Magnetmaterialschicht alleine zu bilden. Eine erste
Schicht 52 ist eine Barriereschicht. Eine zweite Schicht 54 ist
ein Magnetmaterial, das vorzugsweise ein weichmagnetisches Material
wie beispielsweise Permalloy (Ni-Fe)
oder Kobalteisen (Co-Fe) ist. Eine dritte Schicht 56 ist
eine weiter Barriereschicht. Vorzugsweise entsprechen die Barriereschichten
Ta. Die Dicke jeder Schicht in dem Stapel ist vorzugsweise etwa
1–20 nm,
bevorzugterweise 2–10
nm und am bevorzugtesten 5 nm. Die Schichten in dem Stapel 50 können durch
jedes geeignete Verfahren aufgebracht werden. Bei der dargestellten Ausführungsform
werden die Schichten durch physikalische Dampfabscheidung alle in
dem gleichen Cluster-Werkzeug gebildet.
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Der
Stapel 50 wird mit Standard-Photolithographie-Verfahren strukturiert
und geätzt,
wobei vorzugsweise ein strukturierter Teilwächter über dem Bereich gelassen wird,
der die Speicherzelle definiert. Bei einer anderen Anordnung wird
der Wächter strukturiert,
um sich entlang der oberen Oberfläche der oberen Elektrode 40 zu
erstrecken, die in und aus der Seite läuft, wie in dem Querschnitt
von 3B gezeigt ist. Bei noch einer anderen (und nicht
gezeigten) Anordnungsform kann der Deckstapel strukturiert und geätzt werden,
um sich über
ein gesamtes Array mit Öffnungen
lediglich über
(nicht gezeigten) Durchgangslöchern
in der Isolierschicht 36 zu erstrecken.
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Die überlagernde
Struktur wird hier als ein Teilwächter 58 bezeichnet,
weil sie nicht sämtliche externen
Oberflächen
des oberen Leiters oder der oberen Elektrode 40 überlagert. „Externe
Oberflächen", wie hier verwendet,
bezieht sich auf alle Oberflächen
der oberen Elektrode 40, die nicht dem Bit 24 oder
dem TMR-Stapel bei der dargestellten Ausführungsform gegenüberliegen.
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Selbstausgerichteter Teilwächter
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4A zeigt
den ersten Schritt bei der Bildung eines selbstausgerichteten Teilwächters von der
oberen Elektrodenstruktur von 2 in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführungsform.
Gleiche Bezugsziffern werden für
Elemente benutzt, die jenen der vorhergehenden Ausführungsform
entsprechen. Eine Ausnehmung 60 wird in der oberen Oberfläche der
leitenden Leitung 44 durch ein selektives Ätzen gebildet,
das vorzugsweise ein Nass-Ätzen ist.
Beispielsweise wird eine Lösung
aus Eisessigsäure
und Salpetersäure
in einem Verhältnis
von 10:1 (Azetat:Stickstoff) Kupfer 44 im Gegensatz zu der
Isolierschicht 36 und der Barriereschicht 42 selektiv ätzen. Für andere
Materialien kann der Fachmann ohne weiteres eine geeignete selektive
Chemie bestimmen. Die Tiefe der Ausnehmung 60 ist zwischen
etwa 5 nm und 100 nm, bevorzugterweise zwischen etwa 10 nm und 30
nm und am bevorzugtesten etwa 15 nm.
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In 4B wird
ein Magnetmaterial in die Ausnehmung 60 aufgebracht. Bei
der dargestellten Ausführungsform
wird der Stapel 50 aus Deckschichten über der Ausnehmung 60 und
der oberen Oberfläche 46 der
Isolierschicht 36 aufgebracht. Der dargestellte Stapel 50 umfasst
eine erste Barriereschicht 52, eine Magnetmaterialschicht 54 und
eine zweite Barriereschicht 56. Vorzugsweise entsprechen
die Barriereschichten 52, 56 Ta. Die Magnetschicht
umfasst vorzugsweise ein weichmagnetisches Material, wie beispielsweise
Permalloy (Ni-Fe), und bevorzugterweise Co-Fe. Die Dicke jeder Schicht
in dem Stapel ist vorzugsweise etwa 1–20 nm, bevorzugterweise 2–10 nm und
am bevorzugtesten etwa 5 nm. Die Schichten in dem Stapel 50 können auf
jede geeignete Art und Weise gebildet werden, wobei sie jedoch vorzugsweise
durch physikalische Dampfabscheidung alle in dem gleichen Cluster-Werkzeug
gebildet werden.
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Mit
Bezug auf 4C wird die Struktur zurückgeätzt, vorzugsweise
planarisiert, bevorzugterweise durch chemischmechanisches Polieren,
das eine flache obere Oberfläche 62 bündig mit
der oberen Oberfläche 46 der
Isolierschicht 36 zurücklässt. Die
Planarisierung lässt
einen selbstausgerichteten Teilwächter 64 innerhalb
der Ausnehmung 60 über der
obersten Elektrode oder der oberen Elektrode zurück.
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Der
selbstausgerichtete Teilwächter 64 wird als
solcher bezeichnet, weil er auf die obere Elektrode 40 ohne
einen Maskierschritt beschränkt
ist. Der Wächter
ist ein Teilwächter,
weil er lediglich eine von drei möglichen externen Oberflächen der
oberen Elektrode abdeckt.
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Abstandshalterwächter
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Eine
dritte Ausführungsform
der aktuellen Erfindung wird in 5A–5D dargestellt.
Der Startpunkt für
diese Ausführungsform
ist das teilweise angefertigte MRAM, das zuvor mit Bezug auf 1B beschrieben
wurde, wobei der Graben 36 für die obere Elektrode geätzt wurde.
Zumindest ein Magnetmaterial kleidet den Graben 38 aus.
Bei der dargestellten Ausführungsform
wird der Stapel 50 von Schichten, einschließlich der
Magnetmaterialschicht 54 ebenso wie die Barriereschichten 52, 56 mit
guter Konformität über der
oberen Oberfläche 46 und
in dem Graben 38 aufgebracht, wie in 5A gezeigt ist.
Ein selektives Abstandshalter-Ätzen wird
durchgeführt,
um die horizontalen Abschnitte 66, 68, 70 des
Stapels 50 zu entfernen. Das selektive Ätzen kann ein Ätzen mit
einer physikalischen (Sputter)-Komponente, wie beispielsweise Argon-Ionenätzen oder
ein chlorbasiertes oder fluorbasiertes reaktives Ionenätzen umfassen,
wie für
den Fachmann offensichtlich ist.
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5B zeigt
die verbleibenden Abschnitte der Schichten 52, 54, 56 entlang
der vertikalen Seitenwände 72 des
Grabens 38 nach Anwendung des Abstandshalter-Ätzens. Vorzugsweise
wird zumindest die gesamte weichmagnetische Materialschicht 54 von
dem Boden des Grabens 38 vor dem Fortsetzen entfernt, weil
das verbleibende Material die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld
der Wortleitung und dem Bit 24 unterbrechen oder blockieren kann.
Obwohl bei der dargestellten Ausführungsform der gesamte Stapel 50 entfernt
von den horizontalen Abschnitten gezeigt wird, womit eine vollständige Entfernung
der Magnetschicht 54 von diesen Abschnitten gewährleistet
wird, ist ersichtlich, dass das Abstandshalter-Ätzen ebenfalls einen Teil der
unteren Barriereschicht 52 über dem Bit 24 übriglassen kann.
Ein Abstandshalterwächter 73 wird
zurückgelassen,
der die vertikalen Seitenwände 72 auskleidet.
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In 5C wird
dann eine Schicht aus leitendem Material 74, vorzugsweise
Kupfer, aufgebracht, um den Graben 38 zu füllen.
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In 5D wird
das leitende Material 74 vorzugsweise durch chemisch-mechanisches
Polieren planarisiert, das überschüssiges leitendes
Material entfernt und das leitende Material 74 in dem Graben 38 übrig lässt, wobei
externe Seitenwände-Oberflächen durch
den Abstandshalterwächter 73 abgedeckt
werden, wobei die obere Elektrode 40 der dritten Ausführungsform
fertiggestellt wird. Die Planarisierung lässt die obere Oberfläche 48 der
oberen Elektrode 40 bündig
mit der oberen Oberfläche 46 der
Isolierschicht 36.
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Selbstausgerichteter Wächter
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Ein
selbstausgerichteter Wächter 88 wird
in Übereinstimmung
mit einer vierten Ausführungsform mit
Bezug auf 6A–6D beschrieben.
Diese Ausführungsform
ist dem Abstandshalterwächter 73 ähnlich,
wie oben mit Bezug auf 5D beschrieben wurde. Die vierte
Ausführungsform
verwendet lediglich zwei Schichten in der Magnetwächterstruktur.
Alternativ kann der selbstausgerichtete Wächter mit dem Drei-Schichtstapel
hergestellt werden, der für die
obigen Ausführungsformen
beschrieben wurde, oder eine Einzelschicht kann sowohl als die Magnetschicht
als auch die Barrierefunktion dienen. Der Startpunkt für diese
Ausführungsform
ist das teilweise angefertigte MRAM, das zuvor mit Bezug auf 1B beschrieben
wurde, wobei der Graben 38 für die. obere Elektrode geätzt wurde.
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Mit
Bezug auf 6A werden die Barriereschicht 52 und
die Magnetmaterialschicht 54 mit guter Konformität über der
oberen Oberfläche 46 der Isolierschicht 36 und
in dem Graben 38 aufgebracht. Vorzugsweise entspricht die
Barriereschicht 52 Ta. Die Magnetschicht umfasst vorzugsweise
ein weichmagnetisches Material, wie beispielsweise Permalloy (Ni-Fe). Co-Fe wird insbesondere
zur Verwendung bei diesem Zwei-Schichtstapel
bevorzugt, wodurch die Magnetmaterialschicht 54 Kupfer
direkt kontaktieren wird (siehe 6C). Ein
selektives Abstandshalter-Ätzen
wird durchgeführt,
um die horizontalen Abschnitte 76, 78, 80 der
Barriereschicht 52 und der Magnetmaterialschicht 54 zu
entfernen. Das selektive Ätzen
umfasst ein Ätzen
mit einer physikalischen (Sputter) Komponente, wie beispielsweise
Argon-Ionenätzen
oder ein chlorbasiertes oder fluorbasiertes reaktives Ionenätzen, wie
für den
Fachmann offensichtlich ist. Vorzugsweise wird mindestens die gesamte
weichmagnetische Materialschicht 54 von dem Boden des Grabens 38 vor
dem Fortsetzen entfernt, weil das verbleibende Material die Wechselwirkung
zwischen dem Magnetfeld der Wortleitung und dem Bit 24 unterbrechen
oder blockieren kann.
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6B zeigt
die verbleibenden Abschnitte der Schichten 52, 54 entlang
der vertikalen Seitenwände 72 des
Grabens nach dem selektiven Abstandshalter-Ätzen, ebenso wie anschließende Durchkontaktlochfüll- und
Ausnehmungsschritte, die nachstehend erläutert werden. Obwohl die dargestellte
Ausführungsform
zeigt, dass sämtliches
Material von den Schichten 52, 54 von horizontalen
Abschnitten entfernt wird, womit eine vollständige Entfernung der Magnetschicht 54 von
allen Abschnitten gewährleistet
wird, ist ersichtlich, dass das Abstandshalter-Ätzen ebenfalls Teil der Barriereschicht 52 über dem
Bit 24 zurücklassen
kann.
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Wie
bei anderen Ausführungsformen
gezeigt ist, wird eine Schicht aus leitendem Material 74,
vorzugsweise Kupfer, aufgebracht, um den Graben zu füllen, und
die obere Oberfläche
wird vorzugsweise durch chemisch-mechanisches Polieren planarisiert. Überschüssiges leitendes
Material wird entfernt, wobei leitendes Material 74 innerhalb
des Grabens und der Barriere 52 und den Magnetschichten 54 entlang der
vertikalen Seitenwände 72 zurückgelassen
wird. Das leitende Material erstreckt sich entlang eines Grabens
in und aus der Seite, wobei es als eine obere Leitung 74 dient,
mit einer Wortleitung bei der dargestellten Anordnung.
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Ein
selektives Ätzen
wird durchgeführt,
um eine Ausnehmung 82 in der oberen Oberfläche der oberen
Leitung 74 zu erzeugen, wie in 6B gezeigt
ist. Das Ätzen
wird vorzugsweise durch einen Nass-Ätzprozess durchgeführt. Beispielsweise
wird eine Lösung
aus Eisessigsäure
und Salpetersäure
in einem Verhältnis
von 10:1 (Azetat:Stickstoff) die obere Leitung 74 im Gegensatz
zu der Isolierschicht 36 selektiv ätzen. Alternativ kann die Ausnehmung 82 durch
Ausdehnen des vorhergehenden chemisch-mechanischen Polierens und Verwenden
einer geeigneten selektiven Chemie mit dem Polieren durchgeführt werden.
Für andere
Materialien kann der Fachmann ohne weiteres eine geeignete selektive
Chemie bestimmen.
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In 6C wird
zumindest ein Magnetmaterial und vorzugsweise eine zweite Reihe
von Deckschichten, die den oberen Abschnitt des Magnetwächters für diese
Ausführungsform
umfassen, über der
oberen Oberfläche
aufgebracht, wobei die Ausnehmung 82 gefüllt wird.
Vorzugsweise ist die erste Schicht 54 ein weichmagnetisches
Material, wie beispielsweise Co-Fe, und die zweite Schicht 52 eine Barriereschicht,
wie beispielsweise eine Schicht aus Ta.
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6D zeigt
die Struktur nach dem chemisch-mechanischen
Polieren, um das überschüssige Magnetwächtermaterial
zu entfernen. Die obere Leitung 74 wird entlang drei Seiten
mit der Magnetmaterialschicht 54 und der Barriereschicht 52 ausgekleidet.
Zeckmäßigerweise
wird das Magnetmaterial als eine kontinuierliche Schicht 54 um
die drei Seiten der oberen Leitung 74 gebildet. Die dem
Bit 24 gegenüberliegende
Elektrodenoberfläche 84 weist
keine Magnetmaterialauskleidung auf. Eine obere Oberfläche 86 der
Struktur ist vorzugsweise bündig
mit der oberen Oberfläche 46 der
umgebenden Isolierschicht 36, was es leichter macht, eine
weitere Verarbeitung durchzuführen.
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Der
selbstausgerichtete Wächter 88 wird
als solcher bezeichnet, weil er auf die obere Leitung 74 ohne
einen Maskierschritt begrenzt ist. Dieser Wächter wird nicht Teilwächter genannt,
weil er alle drei Oberflächen
abdeckt, die für
Magnetwächterauskleidung
geeignet sind.
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Es
ist ersichtlich, dass die in 6A–6D dargestellte
vierte Ausführungsform
eine Kombination der zweiten und dritten Ausführungsformen mit einer Modifikation
an zwei Schichten in der Magnetwächterstruktur
anstatt von drei darstellt. Auf ähnliche
Weise kann die dritte Ausführungsform
mit der ersten Ausführungsform
kombiniert werden, wodurch ebenfalls Wächtermaterial auf drei externen
Oberflächen
der oberen Elektrode bereitgestellt wird, ohne Magnetfelder zwischen
der oberen Elektrode und dem darunter liegenden Magnetbit zu blockieren.
Außerdem
sollte ersichtlich sein, dass die Barriereschicht nicht notwendig
ist, um die Magnetwächterfunktion
durchzuführen
und die Magnetfelder einzuschließen. Alternative Strukturen
umfassen einfach eine einzelne Magnetmaterialschicht als den Magnetwächter oder
die Magnetmaterialschicht einer oder mehrerer Barriereschichten.
Die Erfindung wie hier bei den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, stellt
ein Verfahren zum Anfertigen einer Magnetschicht in einer Anzahl
von Strukturen für
eine leitende Leitung in einem Damaszier-Graben bereit, wobei die untere Oberfläche des
Grabens keinen Wächter
aufweist. Dies hat eine besondere Anwendung für obere Elektroden in Magnetspeichervorrichtungen.
Der Wächter
lokalisiert das die leitende Leitung umgebende Magnetfeld, sodass
lediglich die/das gewünschte
oder bestimmte Magnetspeicherzelle oder Bit, die/das adressiert
wird, durch das Feld relativ beeinflusst wird. Der Wächter enthält den Magnetfluss
und richtet ihn zu der Magnetspeicherstruktur hin, womit die wirksame
Stromdichte abgesenkt wird, die zum Schreiben in das Bit erforderlich ist.
Benachbarte Bits, die nicht die nicht adressiert werden, empfangen
verhältnismäßig weniger
von dem ungewünschten
Magnetfeld, und Elektromigration wird verringert. Dies hilft beim
Komprimieren der Ausgestaltung von Magnetspeicher-Arrays in kleinere
Abmessungen ohne Funktionalität
zu opfern.
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Die
vorliegend offenbarten Ausführungsformen
sind daher in allen Aspekten als darstellend und nicht einschränkend zu
betrachten. Der Umfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche und nicht
durch die vorhergehende Beschreibung angegeben, und alle Änderungen,
die innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz
davon kommen, sind bestimmt, darin eingeschlossen zu sein.