專利名稱：具有非均一電流路徑的自旋力矩驅(qū)動的磁性隧道結(jié)及用于形成所述磁性隧道結(jié)的復合硬 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所掲示的實施例涉及磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件中的復合硬掩模架構(gòu)及用于創(chuàng)造自旋カ矩驅(qū)動的MTJ的非均一電流路徑的方法。
背景技術(shù)：
磁阻隨機存取存儲器(MRAM)為使用磁性元件的非易失性存儲器技木。舉例來說，自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)使用當電子經(jīng)過薄膜(自旋過濾器)時變得自旋極化的電子。STT-MRAM還稱為自旋轉(zhuǎn)移カ矩RAM (STT-RAM)、自旋カ矩轉(zhuǎn)移磁化切換RAM (自旋RAM)及自旋動量轉(zhuǎn)移(SMT-RAM)。圖I說明常規(guī)STT-MRAM位單元100。STT-MRAM位單元100包括磁性隧道結(jié)(MTJ) 存儲元件105、晶體管101、位線102及字線103。MTJ存儲元件(例如)由通過薄的非磁性絕緣層(隧穿勢壘)所分開的至少兩個鐵磁性層(釘扎層及自由層)形成，所述至少兩個鐵磁性層中的每ー者可保持磁場或極化。歸因于在施加到鐵磁性層的偏置電壓下的隧穿效應，來自所述兩個鐵磁性層的電子可穿透通過所述隧穿勢壘。隧穿通過到自由層的自旋極化電子可將其カ矩或角動量轉(zhuǎn)移到自由層的磁性元件，從而影響自由層的磁性極化。可使自由層的磁性極化反向以使得釘扎層與自由層的極性大致上對準(平行)或相反(反平行)。通過MTJ的電路徑的電阻將取決于釘扎層及自由層的極化的對準而變化?？墒褂么穗娮枳兓瘉砭幊毯妥x取位單元100。STT-MRAM位單元100還包括源極線104、讀出放大器108、讀取/寫入電路106及位線參考107。舉例來說，可編程位単元100，使得ニ進制值“I”與自由層的極性與釘扎層的極性平行的操作狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。相應地，ニ進制值“O”可與兩個鐵磁性層之間的反平行定向相關(guān)聯(lián)。因此，可通過改變自由層的極化而將ニ進制值寫入到所述位單元。需要由流過隧穿勢壘的電子產(chǎn)生的足夠電流密度(通常以安培/厘米2進行測量)來改變自由層的極化。切換自由層的極化所需要的電流密度還稱為切換電流密度。降低切換電流密度的值導致有益地降低MTJ単元的功率消耗。另外，較低的切換電流密度能夠?qū)崿F(xiàn)STT-MRAM集成電路中的較小裝置尺寸及MTJ単元的相應較高密度。切換電流密度取決于流過隧穿勢壘的電子有效地將其自旋カ矩轉(zhuǎn)移到自由層的磁性元件的能力。引入由電子流動創(chuàng)造的電流路徑中的非均一性可有利地導致自旋カ矩的更有效轉(zhuǎn)移，進而導致更有效的切換行為及較低的切換電流密度。然而，常規(guī)MTJ架構(gòu)促進跨越MTJ位単元的均一電流路徑。因此，需要可促進跨越MTJ位単元的非均一電流路徑的架構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示范性實施例是針對與磁性隧道結(jié)(MTJ)及自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)単元相關(guān)的設(shè)備以及用于形成所述MTJ及所述STT-MRAM的方法。更明確地說，實施例涉及STT-MRAM單元的磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件中的復合硬掩模架構(gòu)以及用于創(chuàng)造自旋カ矩驅(qū)動的MTJ的非均一電流路徑的方法。舉例來說,示范性實施例包括ー種MTJ存儲元件,所述MTJ存儲元件包含釘扎層、勢壘層及自由層；及頂部電極，所述頂部電極形成于所述自由層的頂部上，其中所述頂部電極經(jīng)配置以提供通過所述MTJ存儲元件的非均一電流路徑。在示范性實施例中，調(diào)諧層任選地散布于所述自由層與所述頂部電極之間。另ー示范性實施例是針對ー種形成MTJ存儲元件的方法,所述方法包含形成MTJ，所述MTJ包含釘扎層、勢壘層及自由層；在所述自由層上形成內(nèi)部頂部電極；使用光刻及蝕刻來圖案化所述內(nèi)部頂部電扱；及在所述內(nèi)部頂部電極上形成外部頂部電極，從而包封所述內(nèi)部頂部電極；蝕刻所述外部頂部電極；及將所述外部頂部電極及所述內(nèi)部頂部電極用作掩模來蝕刻所述MTJ。另ー示范性實施例是針對ー種磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件，其包含底部導電裝 置，所述底部導電裝置用于電耦合所述MTJ存儲元件、用于保持第一極化的第一磁性裝置、用以促進隧穿電流的流動的第一絕緣裝置及用于保持第二極化的第二磁性裝置，其中所述第二極化為可逆的；阻尼裝置，其用于降低所述第二磁性裝置的阻尼常數(shù)且形成于所述第ニ磁性裝置的頂部上；內(nèi)部頂部導電裝置，其用于電耦合所述MTJ存儲元件，所述內(nèi)部頂部導電裝置與所述阻尼裝置鄰近；及外部頂部導電裝置，其用于電耦合所述MTJ存儲元件，所述外部頂部導電裝置定位于所述第一頂部導電裝置外部且與所述內(nèi)部頂部導電裝置電并聯(lián)。另ー示范性實施例是針對ー種形成磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件的方法，所述方法包含用于形成MTJ的步驟，所述MTJ包含釘扎層、勢壘層及自由層；用于在所述自由層上形成內(nèi)部頂部電極的步驟；用于使用光刻及蝕刻來圖案化所述內(nèi)部頂部電極的步驟；及用于在所述內(nèi)部頂部電極上形成外部頂部電極從而包封所述內(nèi)部頂部電極的步驟；用于蝕刻所述外部頂部電極的步驟；及用于將所述外部頂部電極及所述內(nèi)部頂部電極用作掩模來蝕刻所述MTJ的步驟。


呈現(xiàn)附圖以協(xié)助描述本發(fā)明的實施例，且提供所述圖式僅用于說明實施例而非對其加以限制。圖I為常規(guī)自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)單元陣列的說明。圖2為常規(guī)MTJ位單元的橫截面圖。圖3為具有復合頂部電極架構(gòu)及任選調(diào)諧層的示范性MTJ位単元的橫截面圖。圖4展示根據(jù)圖3的示范性MTJ位単元的部分的橫截面及投影圖。圖4說明通過復合頂部電極的不同部分的電流的量值。圖4還說明在根據(jù)示范性實施例的MTJ位単元的自由層內(nèi)的切換活動。圖5為具有復合頂部電極的不同架構(gòu)的示范性MTJ位単元提供與圖4類似的信
O圖6及圖7為在各種制造階段期間MTJ位單元的橫截面示意圖。圖8提供用于形成具有磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件的存儲器裝置的示范性流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的各方面在以下描述及針對本發(fā)明的特定實施例的相關(guān)圖式中掲示。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可設(shè)計出替代實施例。另外，將不再詳細描述本發(fā)明的眾所周知的元件或?qū)⑹÷云湟悦饣煜景l(fā)明的相關(guān)細節(jié)。詞語“示范性”在本文中用以意指“充當實例、例子或說明”。不必將本文中描述為“示范性”的任何實施例解釋為比其它實施例優(yōu)選或有利。同樣，術(shù)語“本發(fā)明的實施例”并不要求本發(fā)明的所有實施例均包括所論述的特征、優(yōu)點或操作模式。本文中所使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定實施例，且并不希望限制本發(fā)明的實施例。如本文中所使用，単數(shù)形式“一”及“所述”既定還包括復數(shù)形式，除非上下文另外清楚地指示。將進一歩理解，術(shù)語“包含”及/或“包括”當在本文中使用時指定所陳述的特 征、整數(shù)、步驟、操作、元件及/或組件的存在，但并不排除ー個或ー個以上其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件及/或其群組的存在或添加。所掲示的實施例認識到，跨越MTJ位単元的非均一電流路徑可有利地導致較低的切換電流密度。此認識源自以下事實將大量自旋極化電子集中于在自由層內(nèi)的局部區(qū)域中導致局部區(qū)域中的較高“切換活動”。此處，切換活動是指自旋極化電子轉(zhuǎn)移其自旋カ矩以極化鐵磁性自由層的磁性元件的過程。局部區(qū)域內(nèi)的較高切換活動將動量轉(zhuǎn)移到自由層內(nèi)的周圍區(qū)域，因此使得其能夠在較少量自旋極化電子的影響下進行切換。相應地，供應到自由層的局部區(qū)域的受限高密度電流路徑促進自由層中的有效切換活動。圖2展示具有跨越MTJ位單元的均一電流的常規(guī)MTJ架構(gòu)的橫截面圖。此項技術(shù)中眾所周知，電流方向被表示為與電子流動的方向相反。在圖2中將說明為從金屬層或位線102通過頂部電極或硬掩模層216流向自由層214。自由層214可包括單ー層，且可由多層堆疊形成。圖2還說明底部電極202 (MTJ位単元形成于所述底部電極202上)、反鐵磁性層204、包含底部釘扎層206、分隔層208及頂部釘扎層210的釘扎層，以及隧穿勢壘212。層間電介質(zhì)218輔助隔離MTJ位單元。在圖3中說明根據(jù)本文中所掲示教示的并入有優(yōu)于常規(guī)MTJ架構(gòu)的改進的示范性實施例。如圖3中所說明，MTJ單元300的頂部電極可包括低電阻電極304及高電阻電極306。低電阻電極304可在高電阻電極306周圍形成周圍區(qū)域，如圖3所示。還可在自由層214上方形成任選的調(diào)諧層302，以保護自由層214免受與エ藝相關(guān)的缺陷且優(yōu)化自由層214的性質(zhì)。由具有低阻尼常數(shù)的材料形成的調(diào)諧層302可輔助自由層214的切換活動。如圖3所示意，在示范性實施例中，可形成調(diào)諧層302以使得其與低電阻電極304、高電阻電極306及自由層214接觸?；蛘撸尚纬烧{(diào)諧層302以使得其僅與高電阻電極306及自由層214接觸。其余層可包括如先前關(guān)于圖2所描述的常規(guī)布置及材料，且將不在本文中進一歩描述。在本發(fā)明的后續(xù)章節(jié)中將提供用于制造示范性實施例的過程步驟。圖4A到4C說明示范性MTJ単元的相關(guān)部分的橫截面圖及三維投影圖(俯視圖)。低電阻電極304形成圍繞高電阻電極306的同心外殼或?qū)?。如先前所描述，自由?14與釘扎層210之間的反平行對準可表示存儲于MTJ位単元300中的ニ進制值“O”。圖4A說明整個自由層214的極化與頂部釘扎層210的極化反平行。出于此說明的目的，假定圖4A表示在(比如)時間“to”處的初始條件，此時字線103被去激活且ニ進制值“O”存儲于MTJ位單元300中。相應地，圖4B說明在時間“tl”處的MTJ單元300的操作，此時字線103被激活，位線102為高態(tài)有效且源極線103為低態(tài)有效。在時間tl處，因此“選擇"MTJ位單元300，且起始用以寫入ニ進制值“I”的操作。自旋極化電子從底部電極朝向自由層流動，或換句話說，電流從位線102通過低電阻電極304及高電阻電極306通過任選的調(diào)諧層302朝向自由層214流動。由于電極304及306顯現(xiàn)為與電流平行，所以流過低電阻路徑304的電流量值大于流過高電阻路徑306的電流量值。在圖4A中，將自由層的從低電阻/高電流密度路徑304汲取電流的部分標記為304a，且將自由層的從高電阻/低電流密度路徑306汲取電流的部分標記為306a。高電流密度致使304a中的磁性元件在時間tl處切換(如在圖4B中所說明，圖4B展示使304a中的磁性元件的極化反向)。此反向?qū)碜?04a中的自旋極化電子的力矩轉(zhuǎn)移到306a中的磁性元件。隨后，在時間“t2”( > tl)處，在從304a耦合與從高電阻路徑306流入306a中 的較低密度電流的相互作用下，使306a中的磁性元件的極化反向。圖4C說明整個自由層214，其中其極性通過上文所描述的兩步驟エ藝而反向。在時間t2處，ニ進制值“I”被認為寫入到MTJ位單元300。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，如上文所描述的具有跨越MTJ位単元的非均一電流的多步驟切換過程相較于具有均一電流的常規(guī)單步驟切換過程導致自由層中的較有效切換活動。涉及受限高密度電流路徑(304)及低密度電流路徑(306)的組合的多步驟切換過程使用由切換活動的第一步驟朝向切換活動的后一步驟產(chǎn)生的動量。單步驟切換過程并不利用由自由層214內(nèi)的切換活動所產(chǎn)生的動量來有益地改進切換活動的效率。圖5A說明低電阻電極502形成復合電極結(jié)構(gòu)的內(nèi)部部分且高電阻電極504形成外部周圍區(qū)域的示范性實施例。與圖4A到4C中的實施例類似，低電阻/高電流密度路徑502將電流供應到自由層214中標記為502a的內(nèi)部區(qū)域，且高電阻/低電流密度路徑504將電流供應到自由層214中標記為504a的外部區(qū)域。歸因于高電流密度而致使內(nèi)部區(qū)域502a中的磁性元件首先切換。除了將動量提供到504a中的磁性元件之外，流過電流路徑502的高電流還導致在區(qū)域502a的外部周邊中創(chuàng)造奧斯特(Oersted)場506，如圖5B所說明。由奧斯特場效應創(chuàng)造的磁場進一步幫助切換較低電流密度區(qū)域504a中的磁性元件。圖5C說明整個自由層214，其中其極性通過上文所描述的兩步驟過程而反向。盡管奧斯特場的效應存在于圖4A到4C及圖5A到5C的示范性實施例中，但歸因于通過內(nèi)部電極502的高電流密度路徑，所述效應在圖5A到5C中所說明的實施例中更顯著。下文描述用于用有益的復合硬掩模架構(gòu)制造MTJ位単元的示范性實施例的方法。圖6說明用于制造圖4A到4C中所說明的具有內(nèi)部高電阻電極306及外部高電阻電極304的示范性實施例的過程流程。使用常規(guī)技術(shù)形成包含底部電極202、AFM層204、釘扎層206、208及210、勢壘層212及自由層214的MTJ。調(diào)諧層302任選地形成于自由層214的頂部上，如圖6A所示。如先前所描述，調(diào)諧層302的作用是保護自由層214免受與過程相關(guān)的損壞且還降低自由層的阻尼常數(shù)。較低阻尼常數(shù)導致切換電流密度的降低。調(diào)諧層可由例如Ru、Mg、Hf、Pt、Ir、Al、Zr、V、Cu、Au、Ag、PtMn等金屬或例如薄MgO等低電阻化合物形成。如此項技術(shù)中眾所周知，自由層214可為由鐵磁性材料形成的單ー層，或可包括多層堆疊。高電阻電極306形成于任選的調(diào)諧層302的頂部上(或如果不存在調(diào)諧層，則直接形成于自由層214的頂部上)。高電阻電極306可由例如TaOx或TiOx等電介質(zhì)材料或高電阻化合物形成。光致抗蝕劑602形成于高電阻電極306的頂部上。裝置接著經(jīng)受例如CF4蝕刻等蝕刻過程以圖案化高電阻電極306。接下來，使用可涉及氧灰化的過程來移除光致抗蝕劑602，如圖6B所示。調(diào)諧層302 (如果存在)保護自由層214在蝕刻及氧灰化期間免受損壞。接下來，可使用例如CH3OH蝕刻等蝕刻過程來蝕刻調(diào)諧層302(如果存在)，如圖6C所示。如果不存在調(diào)諧層，則所述過程進入下ー步驟，所述下ー步驟涉及沉積低電阻電極304,如圖6D所示。低電阻電極304可由例如Ta或Ti等金屬或例如TaNx或TiNx等低電阻化合物形成。接下來，MTJ堆疊600經(jīng)受例如CF4蝕刻等蝕刻過程以圖案化所述低電阻電極，如圖7A所示。還可在此階段蝕刻調(diào)諧層302 (如果存在)?；蛘撸刹晃g刻調(diào)諧層302 (如果 存在)，且調(diào)諧層302可因此繼續(xù)在自由層214的整個頂部部分上方形成保護層，如圖7A中所說明。接下來，使用例如CH3OH蝕刻、C0/NH3蝕刻或用基于氯的氣體的蝕刻等蝕刻過程來圖案化MTJ堆疊600直到底部電極202，如圖7B所示。接下來，沉積電介質(zhì)層，如圖7C所示。接著平面化并回蝕所述電介質(zhì)層，且使用金屬化過程來沉積金屬層。金屬層或位線102與低電阻電極304及高電阻電極306接觸，如圖7D所示。盡管上文所描述的過程步驟涉及形成根據(jù)圖4A到4C所描繪的實施例的MTJ位單元，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，可使用具有微小修改的類似過程步驟來制造圖5A到5C所描繪的具有外部高電阻電極504及內(nèi)部低電阻電極502的實施例。明確地說，在圖6A中所說明的步驟中，可沉積低電阻電極504而非高電阻電極306。類似地，在圖6D中所說明的步驟中，可沉積高電阻電極502而非低電阻電極304。其余過程步驟可保持大致上相同。圖8為說明用于形成具有磁性隧道結(jié)(MTJ)存儲元件的存儲器裝置的示范性方法的流程圖。在802中，可形成包含釘扎層、勢壘層及自由層的MTJ。在804中，可在自由層上形成任選的調(diào)諧層。在806中，在自由層或任選的調(diào)諧層上形成內(nèi)部頂部電扱。在808中，使用光刻及蝕刻來圖案化所述內(nèi)部頂部電極。在810中，在內(nèi)部頂部電極上形成外部頂部電極，從而包封所述內(nèi)部頂部電極。在812中蝕刻所述外部頂部電極。在814中，將外部頂部電極及內(nèi)部頂部電極用作掩模來蝕刻MTJ堆疊。將了解，所述流程圖不意在限制各種實施例，且僅被提供以輔助詳細說明及論述所述步驟。根據(jù)所述示范性方法，可用如本文中所掲示的復合頂部電極結(jié)構(gòu)來制造MTJ存儲元件。所述示范性實施例有益地促進通過MTJ位単元的非均一電流路徑，所述非均一電流路徑導致改進的切換行為及較低的切換電流密度。將了解，包括本文中所描述的MTJ存儲元件的存儲器裝置可包括于以下各者內(nèi)移動電話、便攜式計算機、手持式個人通信系統(tǒng)(PCS)単元、例如個人數(shù)據(jù)助理(PDA)等便攜式數(shù)據(jù)單元、具備GPS功能的裝置、導航裝置、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、例如儀表讀取設(shè)備等固定位置數(shù)據(jù)單元，或存儲或檢索數(shù)據(jù)或計算機指令的任何其它裝置，或其任何組合。因此，實施例可適當?shù)赜迷诎ㄓ性醇呻娐返娜魏窝b置中，所述有源集成電路包括具有如本文中所掲示的MTJ存儲元件的存儲器。
以上所揭示的裝置及方法可設(shè)計成且可配置成存儲于計算機可讀媒體上的⑶SII及GERBER計算機文件。這些文件又被提供到基于這些文件制造裝置的制造處置器。所得產(chǎn)品為半導體晶片，所述半導體晶片接著被切割成半導體裸片且封裝成半導體芯片。接著在上文所描述的裝置中使用所述芯片。因此，實施例可包括體現(xiàn)指令的機器可讀媒體或計算機可讀媒體，所述指令在由處理器執(zhí)行時將所述處理器及任何其它協(xié)作元件轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜趫?zhí)行如由所述指令提供的本文中所描述的功能性的機器。
盡管前述揭示內(nèi)容展示說明性實施例，但應注意，可在不脫離如由所附權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的范圍的情況下對本文進行各種改變及修改。無需以任何特定次序執(zhí)行根據(jù)本文中所描述的實施例的方法權(quán)利要求項的功能、步驟及/或動作。此外，盡管可能以單數(shù)形式描述或主張實施例的元件，但除非明確陳述限于單數(shù)形式，否則還預期復數(shù)形式。
權(quán)利要求
1.一種磁性隧道結(jié)MTJ存儲元件，其包含 釘扎層、勢壘層及自由層 '及 頂部電極，其形成于所述自由層的頂部上，其中所述頂部電極經(jīng)配置以提供通過所述MTJ存儲元件的非均一電流路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MTJ存儲元件，其中所述頂部電極進一步包含內(nèi)部頂部電極及外部頂部電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MTJ存儲元件，其中所述內(nèi)部頂部電極的電阻小于所述外部頂部電極的電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MTJ存儲元件，其中所述內(nèi)部頂部電極的電阻大于所述外部頂部電極的電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MTJ存儲元件，其中所述自由層包含多個磁性層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MTJ存儲元件，其中所述MTJ存儲元件集成到選自由以下各者組成的群組的電子裝置中機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、移動電話、便攜式計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、通信裝置、個人數(shù)字助理PDA、固定位置數(shù)據(jù)單元及計算機。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MTJ存儲元件，其中所述MTJ存儲元件集成到存儲器裝置中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MTJ存儲元件，其中所述存儲器裝置為自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器STT-MRAM裝置，且其中所述STT-MRAM集成于至少一個半導體裸片中。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MTJ存儲元件，其進一步包含 調(diào)諧層，其形成于所述自由層的頂部上且插入于所述自由層與所述頂部電極之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MTJ存儲元件，其中所述頂部電極進一步包含內(nèi)部頂部電極及外部頂部電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的MTJ存儲元件，其中所述內(nèi)部頂部電極的電阻小于所述外部頂部電極的電阻。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的MTJ存儲元件，其中所述內(nèi)部頂部電極的電阻大于所述外部頂部電極的電阻。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的MTJ存儲元件，其中所述調(diào)諧層散布于所述內(nèi)部頂部電極與所述自由層之間，使得所述外部頂部電極與所述調(diào)諧層的側(cè)壁部分及所述自由層的上部部分接觸，從而包封所述調(diào)諧層。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MTJ存儲元件，其中所述調(diào)諧層由金屬材料、低電阻化合物或高電阻化合物中的至少一者形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MTJ存儲元件，其中所述MTJ存儲元件集成到選自由以下各者組成的群組的電子裝置中機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、移動電話、便攜式計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、通信裝置、個人數(shù)字助理PDA、固定位置數(shù)據(jù)單元及計算機。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MTJ存儲元件，其中所述MTJ存儲元件為自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器STT-MRAM的一部分。
17.一種形成磁性隧道結(jié)MTJ存儲元件的方法，所述方法包含 形成MTJ，所述MTJ包含釘扎層、勢壘層及自由層；在所述自由層上形成內(nèi)部頂部電極； 使用光刻及蝕刻來圖案化所述內(nèi)部頂部電極； 在所述內(nèi)部頂部電極上形成外部頂部電極，從而包封所述內(nèi)部頂部電極； 蝕刻所述外部頂部電極 '及 將所述外部頂部電極及所述內(nèi)部頂部電極用作掩模來蝕刻所述MTJ。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中由低電阻材料形成所述內(nèi)部頂部電極，且由高電阻材料形成所述外部頂部電極。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中由高電阻材料形成所述內(nèi)部頂部電極，且由低電阻材料形成所述外部頂部電極。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中將存儲器裝置集成到選自由以下各者組成的群組的電子裝置中機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、移動電話、便攜式計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、通信裝置、個人數(shù)字助理PDA、固定位置數(shù)據(jù)單元及計算機。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述存儲器裝置為自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器STT-MRAM。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進一步包含 在所述自由層上形成調(diào)諧層，其中所述調(diào)諧層插入于所述自由層與所述內(nèi)部頂部電極之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中由低電阻材料形成所述內(nèi)部頂部電極,且由高電阻材料形成所述外部頂部電極。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中由高電阻材料形成所述內(nèi)部頂部電極，且由低電阻材料形成所述外部頂部電極。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中由金屬材料、低電阻化合物或高電阻化合物中的至少一者形成所述調(diào)諧層。
26.一種具有磁性隧道結(jié)MTJ存儲元件的存儲器裝置，其包含 底部導電裝置，其用于電耦合所述MTJ存儲元件、用于保持第一極化的第一磁性裝置、用以促進隧穿電流的流動的第一絕緣裝置及用于保持第二極化的第二磁性裝置，其中所述第二極化為可逆的； 阻尼裝置，其用于降低所述第二磁性裝置的阻尼常數(shù)且形成于所述第二磁性裝置的頂部上； 內(nèi)部頂部導電裝置，其用于電耦合所述MTJ存儲元件，所述第一頂部導電裝置與所述阻尼裝置鄰近 '及 外部頂部導電裝置，其用于電耦合所述MTJ存儲元件，所述第二頂部導電裝置定位于所述第一頂部導電裝置外部且與所述第一頂部導電裝置電并聯(lián)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的存儲器裝置，其中所述內(nèi)部頂部導電裝置的電阻大于所述外部頂部導電裝置的電阻。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的存儲器裝置，其中所述外部頂部導電裝置的電阻大于所述內(nèi)部頂部導電裝置的電阻。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的存儲器裝置，其中所述外部頂部導電裝置與所述阻尼裝置的側(cè)壁部分及所述第二磁性裝置的上部部分接觸。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的存儲器裝置，其中所述存儲器裝置集成到選自由以下各者組成的群組的電子裝置中機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、移動電話、便攜式計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、通信裝置、個人數(shù)字助理PDA、固定位置數(shù)據(jù)單元及計算機。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的存儲器裝置，其中所述存儲器裝置為自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器STT-MRAM。
32.—種形成具有磁性隧道結(jié)MTJ存儲元件的存儲器裝置的方法，所述方法包含 用于形成MTJ的步驟，所述MTJ包含釘扎層、勢壘層及自由層； 用于在所述自由層上形成內(nèi)部頂部電極的步驟； 用于使用光刻及蝕刻來圖案化所述內(nèi)部頂部電極的步驟； 用于在所述內(nèi)部頂部電極上形成外部頂部電極從而包封所述內(nèi)部頂部電極的步驟； 用于蝕刻所述外部頂部電極的步驟；及 用于將所述外部頂部電極及所述內(nèi)部頂部電極用作掩模來蝕刻所述MTJ的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中由低電阻材料形成所述內(nèi)部頂部電極,且由高電阻材料形成所述外部頂部電極。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中由高電阻材料形成所述內(nèi)部頂部電極，且由低電阻材料形成所述外部頂部電極。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中將所述存儲器裝置集成到選自由以下各者組成的群組的電子裝置中機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、移動電話、便攜式計算機、手持式個人通信系統(tǒng)PCS單元、通信裝置、個人數(shù)字助理PDA、固定位置數(shù)據(jù)單元及計算機。
36.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述存儲器裝置為自旋轉(zhuǎn)移力矩磁阻隨機存取存儲器STT-MRAM。
37.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其進一步包含 用于在所述自由層上形成調(diào)諧層的步驟，其中所述調(diào)諧層插入于所述自由層與所述內(nèi)部頂部電極之間。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種磁性隧道結(jié)MTJ存儲元件(300)及形成所述MTJ的方法。所述磁性隧道結(jié)MTJ存儲元件包括釘扎層(206、210)、勢壘層(212)、自由層(214)及復合硬掩模或頂部電極(304、306)。所述復合硬掩模/頂部電極架構(gòu)經(jīng)配置以提供通過所述MTJ存儲元件的非均一電流路徑，且由并聯(lián)耦合的具有不同電阻特性的電極形成。插入于所述自由層與所述頂部電極之間的任選調(diào)諧層(302)幫助降低所述自由層的阻尼常數(shù)。
文檔編號H01L27/22GK102754210SQ201180008990
公開日2012年10月24日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者升·H·康, 朱曉春, 陳維川 申請人:高通股份有限公司