形成存儲器單元和磁性存儲器單元結(jié)構(gòu)的陣列的方法,以及相關(guān)的存儲器單元和存儲器 ...的制作方法
【專利說明】形成存儲器單元和磁性存儲器單元結(jié)構(gòu)的陣列的方法，以及相關(guān)的存儲器單元和存儲器單元結(jié)構(gòu)
[0001]優(yōu)先權(quán)主張
[0002]本申請案主張2012年9月13日申請的標題為“形成存儲器單元和磁性存儲器單元結(jié)構(gòu)的陣列的方法，以及相關(guān)的存儲器單元和存儲器單元結(jié)構(gòu)(METHODS OF FORMINGMEMORY CELLS AND ARRAYS OF MAGNETIC MEMORY CELL STRUCTURES, AND RELATED MEMORYCELLS AND MEMORY CELL STRUCTURES) ”的第13/614，212號美國專利申請案的申請日期的權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明在各種實施例中大體來說涉及存儲器裝置設(shè)計和制造的領(lǐng)域。更特定來說，本發(fā)明涉及具有階式結(jié)構(gòu)(即，所具有的一部分界定比另一部分小的周邊的結(jié)構(gòu))的存儲器單元的設(shè)計和制造。
【背景技術(shù)】
[0004]磁性隨機存取存儲器(MRAM)為基于磁阻的非易失性計算機存儲器技術(shù)。一種類型的MRAM單元為自旋力矩轉(zhuǎn)移MRAM(STT-MRAM)單元。常規(guī)STT-MRAM單元包括由襯底支撐的磁性單元芯。磁性單元芯包括至少兩個磁性區(qū)域(例如，“固定區(qū)域”和“自由區(qū)域”)，其中一非磁性區(qū)域在兩個磁性區(qū)域中間。STT-MRAM單元可經(jīng)配置以在固定區(qū)域和自由區(qū)域兩者中展現(xiàn)垂直磁性定向，或可經(jīng)配置以在固定區(qū)域和自由區(qū)域兩者中展現(xiàn)水平磁性定向。固定區(qū)域具有固定磁性定向，而自由區(qū)域具有可在單元操作期間在“平行”配置與“反平行”配置之間切換的磁性定向，在“平行”配置中，固定區(qū)域的磁性定向和自由區(qū)域的磁性定向在同一方向(例如，分別為北和北、東和東、南和南，或西和西)上導(dǎo)引，在“反平行”配置中，固定區(qū)域的磁性定向和自由區(qū)域的磁性定向在相反方向(例如，分別為北和南、東和西、南和北，或西和東)上導(dǎo)引。在平行配置中，STT-MRAM單元展現(xiàn)跨越磁阻元件(B卩，固定區(qū)域和自由區(qū)域)的較低電阻?？蓪⒋讼鄬Φ碗娮锠顟B(tài)定義為MRAM單元的“O”狀態(tài)。在反平行配置中，STT-MRAM單元展現(xiàn)跨越磁阻元件(即，固定區(qū)域和自由區(qū)域)的較高電阻?？蓪⒋讼鄬Ω唠娮锠顟B(tài)定義為MRAM單元的“I”狀態(tài)。自由區(qū)域的磁性定向和跨越磁阻元件的所得高或低電阻狀態(tài)的切換實現(xiàn)常規(guī)MRAM單元的寫入和讀取操作。
[0005]用于形成STT-MRAM單元結(jié)構(gòu)的常規(guī)制造方法可包括從堆疊材料的前驅(qū)物結(jié)構(gòu)選擇性地移除材料。待移除的材料可包括具有相對高原子量的元素，此可對常規(guī)干式蝕刻工藝期間的易失提出挑戰(zhàn)。另外，可不合需要地將經(jīng)易失的元素再沉積于正經(jīng)蝕刻的結(jié)構(gòu)上，而非在蝕刻工藝期間完全移除。再另外，隨著STT-MRAM單元結(jié)構(gòu)的尺寸減小(例如)至約三十納米以下以便增加晶片上的裝置密度，在制造期間在STT-MRAM單元的結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)均勻性可提出挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]揭示一種形成存儲器單元的方法。所述方法包含在基底上形成前驅(qū)物結(jié)構(gòu)。所述前驅(qū)物結(jié)構(gòu)包含下部區(qū)段、上部區(qū)段，和在所述下部區(qū)段與所述上部區(qū)段之間的材料。所述上部區(qū)段經(jīng)圖案化以形成界定上部特征寬度的上部伸長特征區(qū)段。間隔物形成于所述上部伸長特征區(qū)段上以界定較寬特征圖案。所述較寬特征圖案經(jīng)轉(zhuǎn)印到所述材料和所述下部區(qū)段以形成下部伸長特征區(qū)段。所述上部伸長特征區(qū)段經(jīng)圖案化以形成上部離散特征區(qū)段。另一間隔物形成于所述上部離散特征區(qū)段上以界定另一較寬特征圖案。所述另一較寬特征圖案經(jīng)轉(zhuǎn)印到所述下部伸長特征區(qū)段以形成下部離散特征區(qū)段。
[0007]還揭示一種形成存儲器單元的方法，在所述方法中，前驅(qū)物結(jié)構(gòu)平行于X軸而圖案化以形成伸長階式特征結(jié)構(gòu)。所述前驅(qū)物結(jié)構(gòu)包含下部區(qū)段、上部區(qū)段，和在所述下部區(qū)段與所述上部區(qū)段之間的非磁性材料。所述伸長階式特征結(jié)構(gòu)包含界定下部特征寬度的下部伸長特征區(qū)段和界定上部特征寬度的上部伸長特征區(qū)段。所述上部特征寬度小于所述下部特征寬度。所述伸長階式特征結(jié)構(gòu)平行于大約垂直于所述X軸的y軸而圖案化以形成包含上部離散特征區(qū)段的至少部分離散階式特征結(jié)構(gòu)。
[0008]此外，揭示一種形成存儲器單元的方法，在所述方法中，掩模材料經(jīng)圖案化以形成平行于軸線的伸長掩模特征。所述伸長掩模特征垂直于所述軸線而圖案化以界定離散掩模圖案，所述離散掩模圖案界定上部特征寬度和上部特征長度。所述離散掩模圖案經(jīng)轉(zhuǎn)印到安置于非磁性材料和另一磁性材料上的磁性材料以形成具有所述上部特征寬度和所述上部特征長度的上部離散特征。間隔物形成于所述上部離散特征的側(cè)壁上以界定較寬離散特征圖案，所述較寬離散特征圖案界定下部特征寬度和下部特征長度。所述較寬離散特征圖案經(jīng)轉(zhuǎn)印到所述非磁性材料和所述另一磁性材料以形成具有所述下部特征寬度和所述下部特征長度的下部離散特征。所述上部離散特征安置于所述下部離散特征上。
[0009]還揭示一種形成磁性存儲器單元的方法。所述方法包含從前驅(qū)物結(jié)構(gòu)的上部區(qū)段選擇性地移除磁性材料的至少一部分，以形成上部伸長特征區(qū)段。所述上部伸長特征區(qū)段包含支撐于非磁性材料上的所述磁性材料的剩余部分。所述非磁性材料將所述磁性材料與基底材料上的另一磁性材料分開。所述上部伸長特征區(qū)段界定上部特征寬度。所述非磁性材料的至少一部分和所述另一磁性材料的至少一部分經(jīng)選擇性地移除以形成在所述上部伸長特征區(qū)段與所述基底材料之間的下部伸長特征區(qū)段。所述下部伸長特征區(qū)段包含所述非磁性材料的剩余部分和所述另一磁性材料的剩余部分。所述磁性材料的至少一其它部分從所述上部伸長特征區(qū)段選擇性地移除以形成上部離散特征區(qū)段。所述上部離散特征區(qū)段包含所述磁性材料的另一剩余部分。所述磁性材料的所述另一剩余部分支撐于所述非磁性材料的所述剩余部分上，所述非磁性材料將磁性材料的所述另一剩余部分與所述基底材料上的所述另一磁性材料的所述剩余部分分開。所述非磁性材料的至少一其它部分和所述另一磁性材料的至少一其它部分從所述下部伸長特征區(qū)段選擇性地移除以形成下部離散特征區(qū)段。所述下部離散特征區(qū)段包含所述非磁性材料的另一剩余部分和所述另一磁性材料的另一剩余部分。
[0010]進一步揭示磁性存儲器單元結(jié)構(gòu)的陣列。所述陣列包含界定伸長特征長度的至少一伸長特征。所述至少一伸長特征包含磁性材料和非磁性材料。所述磁性材料具有所述伸長特征長度且處于基底材料上。所述非磁性材料具有所述伸長特征長度且處于所述磁性材料上。所述陣列還包含各自界定小于所述伸長特征長度的離散特征長度的多個離散特征。所述多個離散特征中的每一離散特征包含另一磁性材料。所述多個離散特征安置于所述至少一伸長特征上。
[0011]此外，揭示一種磁性存儲器單元結(jié)構(gòu)。所述磁性存儲器單元結(jié)構(gòu)包含伸長特征區(qū)段，所述伸長特征區(qū)段包含展現(xiàn)固定垂直磁性定向的磁性材料區(qū)域。所述磁性存儲器單元結(jié)構(gòu)還包含在所述伸長特征區(qū)段的上的離散特征區(qū)段。所述離散特征區(qū)段包含展現(xiàn)可切換垂直磁性定向的另一磁性材料區(qū)域。另一材料安置于所述磁性材料區(qū)域與所述另一磁性材料區(qū)域之間。
【附圖說明】
[0012]圖1為前驅(qū)物結(jié)構(gòu)的等角示意性說明，將由所述前驅(qū)物結(jié)構(gòu)制造STT-MRAM單元的陣列；
[0013]圖2至10為根據(jù)本發(fā)明的實施例的在處理的各種階段期間的離散階式存儲器單元裝置結(jié)構(gòu)的陣列的等角示意性說明，其中使用間隔的伸長掩模特征的掩模圖案在X方向上圖案化圖1的前驅(qū)物結(jié)構(gòu)的上部區(qū)段，使用間隔物蝕刻在X方向上圖案化前驅(qū)物結(jié)構(gòu)的下部區(qū)段，使用間隔的伸長掩模特征的另一掩模圖案在y方向上圖案化上部區(qū)段，且使用另一間隔物蝕刻在y方向上圖案化下部區(qū)段以在基底材料上形成離散階式存儲器單元裝置結(jié)構(gòu)的陣列；
[0014]圖11為上面形成有上部導(dǎo)電材料的伸長特征的圖9的離散階式存儲器單元裝置結(jié)構(gòu)的陣列的等角示意性說明；
[0015]圖12A為沿圖11的截面12-12截得的包括底部導(dǎo)電材料的伸長特征的圖11的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
[0016]圖12B為沿截面12-12截得的但具有底部導(dǎo)電材料的離散特征而非伸長特征的圖11的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
[0017]圖13至18為根據(jù)本發(fā)明的實施例的在處理的各種階段期間的離散階式存儲器單元裝置結(jié)構(gòu)的陣列的等角示意性說明，其中使用間隔的伸長掩模特征的掩模圖案在X方向上將圖1的前驅(qū)物結(jié)構(gòu)圖案化至基底材料，使用間隔的伸長掩模特征的較窄掩模圖案在X方向上圖案化上部區(qū)段，使用間隔的伸長掩模特征的另一掩模圖案在y方向上將所述結(jié)構(gòu)圖案化至基底材料，且使用間隔的伸長掩模特征的另一較窄掩模圖案在y方向上圖案化上部區(qū)段以在基底材料上形成離散階式存儲器單元裝置結(jié)構(gòu)的陣列。
[0018]圖19至23為根據(jù)本發(fā)明的實施例的在處理的各種階段期間的離散階式存儲器單元裝置結(jié)構(gòu)的陣列的等角示意性說明，其中使用間隔的伸長掩模特征的掩模圖案，由所述掩模圖案形成離散掩模特征的另一掩模圖案，使用離散掩模特征的所述另一掩模圖案來圖案化圖1的前驅(qū)物結(jié)構(gòu)的上部區(qū)段，且使用間隔物蝕刻來圖案化前驅(qū)物結(jié)構(gòu)的下部區(qū)段以在基底材料上形成離散階式存儲器單元裝置結(jié)構(gòu)的陣列。
[0019]圖24至29為根據(jù)本發(fā)明的實施例的在處理的各種階段期間的具有伸長下部區(qū)段和離散上部區(qū)段的階式存儲器單元裝置結(jié)構(gòu)的陣列的等角示意性說明，其中使用間隔的伸長掩模特征的掩模圖案在X方向上圖案化圖1的前驅(qū)物結(jié)構(gòu)的上部區(qū)段，使用間隔的伸長掩模特征的另一掩模圖案在I方向上圖案化上部區(qū)段，且使用間隔物蝕刻在I方向上圖案化下部區(qū)段以在基底材料上形成具有伸長下部區(qū)段和離散上部區(qū)段的階式存儲器單元裝置結(jié)構(gòu)的陣列。
[0020]圖30為上面形成有上部導(dǎo)電材料的伸長特征的具有圖28的伸長下部區(qū)段和離散上部區(qū)段的階式存儲器單元裝置結(jié)構(gòu)的陣列的等角示意性說明。
[0021]圖31為沿圖30的截面31-31截得的圖30的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
[0022]圖32為沿圖30的截面32-32截得的圖30的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
[0023]圖33為上面形成有選擇裝置和上部導(dǎo)電材料的伸長特征的圖9的離散階式存儲器單元裝置結(jié)構(gòu)的陣列的等角示意性說明。
【具體實施方式】
[0024]揭示形成存儲器單元的方法，形成磁性存儲器單元的方法，以及相關(guān)的存儲器單元結(jié)構(gòu)和磁性存儲器單元結(jié)構(gòu)的陣列。所述方法包括圖案化、選擇性移除或其它移除動作的序列以由前驅(qū)物結(jié)構(gòu)形成階式特征結(jié)構(gòu)，所述階式特征結(jié)構(gòu)具有具磁性材料的下部區(qū)段、具另一磁性材料的上部區(qū)段和其間的材料(例如，非磁性材料)。平行于軸線(例如，“X軸”)而圖案化上部區(qū)段以在上部區(qū)段中形成伸長特征。還平行于X軸而圖案化非磁性材料和下部區(qū)段以在下部區(qū)段中形成具有比上部區(qū)段中的伸長特征寬的寬度的伸長特征。具有較窄上部伸長特征區(qū)段和較寬下部伸長特征區(qū)段的此階式伸長特征可經(jīng)進一步圖案化以形成具有至少一離散上部區(qū)段的階式結(jié)構(gòu)。舉例來說，可平行于垂直于或大約垂直于X軸的另一軸線(例如，“y軸”)而圖案化較窄上部伸長特征以形成一或多個離散上部特征。因此，可形成磁性存儲器單元的陣列，其中伸長特征(包括磁性材料)支撐多個上部離散特征(包括另一磁性材料)。非磁性材料將包括磁性材料的伸長特征與包括另一磁性材料的離散特征分開。因此，離散特征內(nèi)的另一磁性材料可形成STT-MRAM單元芯結(jié)構(gòu)的