JP2005524238A - Mram素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (57)
- 基板上に磁気メモリ層としての積層構造を形成するステップと、
前記磁気メモリ層上にキャップ層を成膜するステップと、
前記キャップ層及び前記磁気メモリ層の領域を除去し、前記キャップ層を有する複数の個別の磁気メモリセルを画定するステップと、
前記基板及び前記磁気メモリセル上に、連続する第1絶縁層を形成するステップと、
前記第1絶縁層のうち、少なくとも前記磁気メモリセル上に位置する部分を除去するステップと、
前記磁気メモリセル上の前記キャップ層を選択的に除去することにより、前記磁気メモリセルの活性な表面を露出させるステップと、
前記磁気メモリセルの前記活性な表面と接触するトップ導電体を形成するステップとを含むことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の製造方法。 - 前記キャップ層を成膜するステップが、
炭素、非晶質シリコン、ポリシリコン、シリコン炭化物及びシリコンリッチのシリコン酸窒化物からなるグループから選ばれた材料を成膜する処理を含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。 - 前記キャップ層及び前記磁気メモリ層の領域を除去するステップが、前記キャップ層上へのマスク層の成膜と、その後前記マスク層のパターニングと、マスク内に露出した領域全体への前記キャップ層及び磁気メモリ層のエッチングとを含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記マスク層の成膜が、シリコン酸化物のハードマスク材料の成膜を含むことを特徴とする請求項3に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記第1絶縁層を形成するステップが、TEOS(テトラエチルオルソシリケート)を用いるシリコン酸化物の化学気相成長を含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記第1絶縁層を形成するステップが、シリコン窒化物の成膜を含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記第1絶縁層のうち、少なくとも前記磁気メモリセル上に位置する部分を除去するステップが、
前記キャップ層が露出するまで行われる化学的機械研磨による平坦化処理を含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。 - 前記トップ導電体を形成するステップが、
全面に金属層を形成する成膜と、前記導電体を画定するための全面に形成された前記金属層のエッチングと、前記導電体上への第2絶縁層の成膜とを含むことを特徴とする請求項7に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。 - さらに、第2絶縁層の成膜及びその層におけるトレンチの形成を含み、前記トレンチが、前記キャップ層より広く、前記キャップ層を選択的に除去する前に、前記第2絶縁層を貫通するエッチングにより形成されることを特徴とする請求項7に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記トップ導電体を形成するステップが、
前記キャップ層を選択的に除去した後、前記トレンチ内へ金属層を成膜する処理を含むことを特徴とする請求項9に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。 - 前記第2絶縁層を成膜する前に、前記第1絶縁層及び前記キャップ層上に、エッチング停止層を成膜する処理を、さらに含むことを特徴とする請求項9に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記第1絶縁層のうち、少なくとも前記磁気メモリセル上に位置する部分を除去するステップが、
前記第1絶縁層を貫通する開口部をエッチングにより形成し、前記キャップ層を露出させる処理を含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。 - 前記トップ導電体を形成するステップが、前記キャップ層を選択的に除去した後、前記開口部内に金属層を成膜する処理を含むことを特徴とする請求項12に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記キャップ層が、炭素で構成され、酸素を用いるプラズマエッチングによって選択的に除去されることを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記キャップ層が、シリコンで構成され、ハロゲン化合物を用いるプラズマエッチングによって選択的に除去されることを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記キャップ層が、シリコン炭化物で構成され、Cl2及びNF3のうちの少なくとも1つを用いるプラズマエッチングによって選択的に除去されることを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記キャップ層が、シリコンリッチのシリコン酸窒化物で構成され、Cl2及びNF3のうちの少なくとも1つを用いるプラズマエッチングによって選択的に除去されることを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記複数の個別の磁気メモリセルの画定後、前記磁気メモリセル及び前記基板上にスペーサ材料層を成膜し、さらにエッチングによりスペーサを形成するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記スペーサを形成するステップが、
前記スペーサ材料層の水平部の選択的なエッチング及び前記第1絶縁層より速い前記スペーサ材料層のエッチングを含むことを特徴とする請求項18に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。 - 前記スペーサの材料が、シリコン炭化物及びシリコン窒化物からなるグループから選ばれることを特徴とする請求項18に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記キャップ層を構成する材料が、炭素であることを特徴とする請求項18に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。
- 前記キャップ層を選択的に除去するステップが、
前記第1絶縁層より速く前記キャップ層を除去するエッチング及び前記スペーサの材料より速く前記第1絶縁層を除去するエッチングを含むことを特徴とする請求項18に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。 - 前記キャップ層を選択的に除去するステップが、
前記スペーサ材料より速く前記キャップ層を除去するエッチング及び前記第1絶縁層より速く前記スペーサ材料を除去するエッチングを含むことを特徴とする請求項18に記載の磁気ランダムアクセスメモリの製造方法。 - 集積回路コンポーネントを含む半導体基板上に磁気抵抗メモリを形成する方法であって、順に、
最上層としてキャップ層を備えた磁気抵抗メモリ層を構成する複数の突起を形成するステップと、
前記複数の突起上に、共形のスペーサ材料層を成膜するステップと、
該スペーサ材料層のエッチングを行うことにより、前記突起の側面に沿ってスペーサを形成するステップと、
前記突起、前記スペーサ及び前記基板上に絶縁材料の層を形成するステップと、
少なくとも前記突起上の前記絶縁材料を除去するステップと、
前記キャップ層の選択的なエッチングを行うステップと、
メタライゼーション処理を行い、前記磁気抵抗メモリ層とのコンタクトを形成するステップとを含むことを特徴とする磁気抵抗メモリの製造方法。 - 前記キャップ層が、非金属で構成されていることを特徴とする請求項24に記載の磁気抵抗メモリの製造方法。
- 前記キャップ層を構成する材料が、炭素、シリコン、シリコン炭化物及びシリコンリッチのシリコン酸窒化物からなるグループから選ばれることを特徴とする請求項24に記載の磁気抵抗メモリの製造方法。
- 前記スペーサの材料が、シリコン炭化物及びシリコン窒化物からなるグループから選ばれることを特徴とする請求項24に記載の磁気抵抗メモリの製造方法。
- 前記絶縁材料層が、TEOSから生成されたシリコン酸化物で構成されていることを特徴とする請求項24に記載の磁気抵抗メモリの製造方法。
- 前記キャップ層の選択的なエッチングを行うステップが、
前記スペーサより速い前記キャップ層のエッチング及び前記絶縁材料より速い前記スペーサのエッチングを用いる処理を含むことを特徴とする請求項24に記載の磁気抵抗メモリの製造方法。 - 前記キャップ層の選択的なエッチングを行うステップが、
前記絶縁層より速い前記キャップ層のエッチング及び前記スペーサより速い前記絶縁層のエッチングを用いる処理を含むことを特徴とする請求項24に記載の磁気抵抗メモリの製造方法。 - 犠牲キャップを構成する最上層を有し、スタッド構造を備えた磁気メモリ層の積層体を形成するステップと、
前記スタッド構造の上及び周囲に、連続した第1絶縁層を形成するステップと、
少なくとも前記スタッド構造上の前記第1絶縁層を除去することにより、前記犠牲キャップを露出させるステップと、
露出した前記犠牲キャップを除去するステップと、
前記磁気メモリ層への電気的な接続を構成するステップとを含むことを特徴とする磁気メモリセルの製造方法。 - 少なくとも前記スタッド構造上の前記絶縁層を除去するステップが、
前記絶縁層を化学的機械研磨によって平坦化し、前記犠牲キャップを露出させる処理を含むことを特徴とする請求項31に記載の磁気メモリセルの製造方法。 - 前記電気的な接続を構成するステップが、
前記犠牲キャップを除去した後、全面を覆う金属層の成膜、パターニング及び前記金属層のエッチングを行うことにより、導電ラインを形成する処理を含むことを特徴とする請求項32に記載の磁気メモリセルの製造方法。 - 少なくとも前記スタッド構造上の第1絶縁層を除去するステップが、
前記犠牲キャップを選択的にエッチしないエッチング方法を使用し、前記第1絶縁層に開口部を形成するエッチングを含むことを特徴とする請求項31に記載の磁気メモリセルの製造方法。 - 前記電気的な接続を構成するステップが、
前記犠牲キャップを除去した後、前記開口部を金属で埋める処理を含むことを特徴とする請求項34に記載の磁気メモリセルの製造方法。 - 前記第1絶縁層を形成する前に、前記スタッド構造の周りにスペーサを形成するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項31に記載の磁気メモリセルの製造方法。
- スタッドとして基板から突出し、トップ面にキャップ層を備えたトンネル磁気抵抗(TMR)構造を形成するステップと、
前記スタッドの上及び周囲に、第1絶縁層を成膜するステップと、
前記第1絶縁層及び前記スタッドのトップ面を平坦化するステップと、
前記第1絶縁層及び前記スタッド上に、第2絶縁層を成膜するステップと、
エッチングにより前記第2絶縁層を貫通するトレンチを形成するステップと、
前記キャップ層を除去するステップと、
金属を成膜することにより、前記キャップ層の除去を行った後に残っている前記トレンチ及び開口部を埋めるステップとを含むことを特徴とするトンネル磁気抵抗メモリセルの製造方法。 - 各積層体がスタッド構造であり、トップ面を有する複数の磁気メモリ積層体と、
前記磁気メモリ積層体の周囲に第1絶縁層を備え、前記磁気メモリ積層体のトップ面が、前記第1絶縁層のトップ面の高さより低く凹部が形成された磁気メモリ積層体と、
前記磁気メモリ積層体の前記トップ面に接触する金属導電体とを備えていることを特徴とする磁気メモリ構造。 - 前記磁気メモリ積層体のトップ層が、タンタルで構成されていることを特徴とする請求項38に記載の磁気メモリ構造。
- 前記第1絶縁層が、TEOS(テトラエチルオルソシリケート)の成膜によって形成されたシリコン酸化物で構成されていることを特徴とする請求項38に記載の磁気メモリ構造。
- 前記第1絶縁層が、シリコン窒化物で構成されていることを特徴とする請求項38に記載の磁気メモリ構造。
- 前記金属導電体が、銅で構成されていることを特徴とする請求項38に記載の磁気メモリ構造。
- さらに、前記磁気メモリ積層体の周囲に、スペーサを備えていることを特徴とする請求項38に記載の磁気メモリ構造。
- 前記スペーサが、シリコン炭化物及びシリコン窒化物からなるグループから選ばれた材料で構成されていることを特徴とする請求項43に記載の磁気メモリ構造。
- 前記スペーサの高さが、前記磁気メモリ積層体のトップ面の高さと、前記第1絶縁層のトップ面の高さとの間であることを特徴とする請求項43に記載の磁気メモリ構造。
- さらに、前記第1絶縁層上に、第2絶縁層を備えていることを特徴とする請求項43に記載の磁気メモリ構造。
- さらに、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層との間に、エッチング停止層を備えていることを特徴とする請求項46に記載の磁気メモリ構造。
- さらに、前記第2絶縁層内に金属導電体材料が埋め込まれたトレンチを備え、前記トレンチが、前記磁気メモリ積層体上に直接形成されていることを特徴とする請求項46に記載の磁気メモリ構造。
- 前記第2絶縁層における前記金属導電体材料で埋め込まれたトレンチが、前記磁気メモリ積層体の幅より広いことを特徴とする請求項48に記載の磁気メモリ構造。
- メモリセル上にT形の断面形状を有する銅のラインを含むトンネル磁気抵抗(TMR)MRAMに対するメタライゼーションであって、
前記ラインの側面が絶縁材料に接触し、各ラインの少なくとも最底面部が、前記メモリセルのトップ面に接触していることを特徴とするトンネル磁気抵抗MRAMに対するメタライゼーション。 - 前記絶縁材料が、TEOSから生成されたシリコン酸化物を含むことを特徴とする請求項50に記載のトンネル磁気抵抗MRAM用メタライゼーション。
- さらに、前記メモリセルの周囲に絶縁用のスペーサが形成され、前記スペーサが、前記メモリセルより高く、前記銅のラインの側面の少なくとも一部と接触していることを特徴とする請求項50に記載のトンネル磁気抵抗MRAM用メタライゼーション。
- 前記スペーサが、シリコン炭化物及びシリコン窒化物からなるグループから選ばれた材料で構成されていることを特徴とする請求項50に記載のトンネル磁気抵抗MRAM用メタライゼーション。
- 基板からの突起として構成され、トップ面及び側面を備えた磁気メモリセルと、
前記磁気メモリセルの外側面に接触する部分及び前記磁気メモリセルのトップ面の上方に延びる部分を備えた、前記磁気メモリセルの周りのスペーサと、
前記スペーサの内面間に位置する前記磁気メモリセルのトップ面に接触し、前記スペーサのトップ面上に広がり、前記スペーサの内面によって画定された幅を越えて広がる上部領域を有する電極とを備えていることを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリアレイ素子。 - 前記磁気メモリセルが、TMR構造であることを特徴とする請求項54に記載の磁気ランダムアクセスメモリアレイ素子。
- 前記スペーサが、シリコン炭化物及びシリコン窒化物からなるグループから選ばれた材料で構成されていることを特徴とする請求項54に記載の磁気ランダムアクセスメモリアレイ素子。
- 前記電極が、銅及びアルミニウムからなるグループから選ばれた材料で構成されていることを特徴とする請求項54に記載の磁気ランダムアクセスメモリアレイ素子。
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