Магнитное запоминающее устройство и способ его изготовления

Согласно одному варианту осуществления раскрыто магнитное запоминающее устройство. Магнитное запоминающее устройство включает в себя подложку и предусмотренную на подложке контактную вставку. Контактная вставка включает в себя первую контактную вставку и предусмотренную на первой контактной вставке вторую контактную вставку, имеющую меньший диаметр, чем у первой контактной вставки. Магнитное запоминающее устройство дополнительно включает в себя предусмотренный на второй контактной вставке магниторезистивный элемент. Диаметр второй контактной вставки меньше, чем у магниторезистивного элемента. 3 н. и 1 з.п. ф-лы. 35 ил.

 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Эта заявка основана на и испрашивает преимущество приоритета предварительной заявки США № 61/804517, поданной 22 марта 2013, и заявки на патент США № 14/018215, поданной 4 сентября 2013, причем полные содержания их всех включены сюда посредством ссылки.

Область техники

Описанные здесь варианты осуществления, в общем, относятся к имеющему магниторезистивный элемент магнитному запоминающему устройству и к способу его изготовления.

Предпосылки изобретения

В последние годы привлекало внимание и разрабатывалось полупроводниковое запоминающее устройство с элементом с изменением сопротивления, такое как PRAM (оперативное запоминающее устройство с фазовым переходом) или MRAM (магнитное оперативное запоминающее устройство), в которых в качестве элемента памяти используется элемент с изменением сопротивления. MRAM это устройство, которое выполняет операцию запоминания путем сохранения информации «1» или «0» в ячейке памяти с использованием магниторезистивного эффекта (эффекта магнитосопротивления) и имеет такие особенности, как энергонезависимость, работа с высокой скоростью, высокая степень интеграции и высокая надежность.

Сообщалось о большом числе MRAM, которые используют элементы, демонстрирующие эффект туннельного магнитосопротивления (TMR) среди прочих эффектов магнитосопротивления. Одним из элементов с эффектом магнитосопротивления является элемент с магнитным туннельным переходом (МТП), включающий в себя трехслойную структуру из слоя записи, имеющего переменное направление намагничивания, изолирующей пленки в качестве туннельного барьера и опорного слоя, который сохраняет заданное направление намагничивания.

Сопротивление элемента с МТП меняется в зависимости от направлений намагничивания слоя записи и опорного слоя. Когда эти направления намагничивания параллельны, сопротивление принимает минимальное значение, а когда направления намагничивания антипараллельны, сопротивление принимает максимальное значение, и информация сохраняется путем связывания параллельного состояния и антипараллельного состояния с двоичной информацией «0» и двоичной информацией «1» соответственно.

Запись информации в элемент с МТП включает схему записи с использованием магнитного поля, в которой только направление намагничивания в слое записи инвертируется текущим магнитным полем, возникающим в результате протекания тока через провод записи, и схему записи (запись с инжекцией спинов) с использованием углового момента движения спина, в которой направление намагничивания в слое записи инвертируется за счет пропускания тока поляризации спина через сам элемент с МТП.

В первой схеме, когда размер элемента уменьшается, увеличивается коэрцитивность магнитного тела, составляющего слой записи, а ток записи имеет тенденцию к увеличению, поэтому трудно достичь как миниатюризации, так и уменьшения электрического тока.

С другой стороны, в последней схеме (схеме записи с инжекцией спинов) по мере того, как уменьшается объем магнитного слоя, составляющего слой записи, может уменьшиться число спин-поляризованных электронов для инжектирования и поэтому ожидается, что можно легче достигнуть как миниатюризации, так и уменьшения электрического тока.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе, схематично иллюстрирующий магнитное запоминающее устройство, соответствующее первому варианту осуществления.

Фиг. 2 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по первому варианту осуществления.

Фиг. 3 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по первому варианту осуществления, следующий за Фиг. 2.

Фиг. 4 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по первому варианту осуществления, следующий за Фиг. 3.

Фиг. 5 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по первому варианту осуществления, следующий за Фиг. 4.

Фиг. 6 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по первому варианту осуществления, следующий за Фиг. 5.

Фиг. 7 представляет собой вид в разрезе для пояснения проблемы способа изготовления магнитного запоминающего устройства из сравнительного примера.

Фиг. 8 представляет собой вид в разрезе, схематично иллюстрирующий магнитное запоминающее устройство по второму варианту осуществления.

Фиг. 9 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по второму варианту осуществления.

Фиг. 10 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по второму варианту осуществления, следующий за Фиг. 9.

Фиг. 11 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по второму варианту осуществления, следующий за Фиг. 10.

Фиг. 12 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по второму варианту осуществления, следующий за Фиг. 11.

Фиг. 13 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по второму варианту осуществления, следующий за Фиг. 12.

Фиг. 14 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по второму варианту осуществления, следующий за Фиг. 13.

Фиг. 15 представляет собой вид в разрезе, схематично иллюстрирующий магнитное запоминающее устройство по третьему варианту осуществления.

Фиг. 16 представляет собой вид сверху, схематично иллюстрирующий магнитное запоминающее устройство, соответствующее третьему варианту осуществления.

Фиг. 17 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по третьему варианту осуществления.

Фиг. 18 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по третьему варианту осуществления, следующий за Фиг. 17.

Фиг. 19 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по третьему варианту осуществления, следующий за Фиг. 18.

Фиг. 20 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по третьему варианту осуществления, следующий за Фиг. 19.

Фиг. 21 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по третьему варианту осуществления, следующий за Фиг. 20.

Фиг. 22 представляет собой вид в разрезе, схематично иллюстрирующий магнитное запоминающее устройство по четвертому варианту осуществления.

Фиг. 23 представляет собой вид сверху, схематично иллюстрирующий магнитное запоминающее устройство по четвертому варианту осуществления.

Фиг. 24 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления.

Фиг. 25 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления, следующий за Фиг. 24.

Фиг. 26 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления, следующий за Фиг. 25.

Фиг. 27А представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления, следующий за Фиг. 26.

Фиг. 27В представляет собой вид сверху для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления, следующий за Фиг. 26.

Фиг. 28А представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления, следующий за Фиг. 27А.

Фиг. 28В представляет собой вид сверху для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления, следующий за Фиг. 27В.

Фиг. 29А представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления, следующий за Фиг. 28А.

Фиг. 29В представляет собой вид сверху для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления, следующий за Фиг. 28В.

Фиг. 30 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления, следующий за Фиг. 29А.

Фиг. 31 представляет собой вид в разрезе для пояснения способа изготовления магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления, следующий за Фиг. 30.

Фиг. 32 представляет собой вид сверху для пояснения модификации магнитного запоминающего устройства по четвертому варианту осуществления.

Подробное описание

Теперь со ссылкой на чертежи будут описаны варианты осуществления. В приведенном ниже описании элементы, соответствующие уже описанным элементам, помечены похожими ссылочными позициями, а детальное описание исключено сообразно обстоятельствам.

Согласно одному варианту осуществления раскрыто магнитное запоминающее устройство. Магнитное запоминающее устройство включает в себя подложку и предусмотренную на подложке контактную вставку (штырек). Контактная вставка включает в себя первую контактную вставку и предусмотренную на первой контактной вставке вторую контактную вставку, имеющую меньший диаметр, чем у первой контактной вставки. Магнитное запоминающее устройство дополнительно включает в себя магниторезистивный элемент, предусмотренный на второй контактной вставке. Диаметр второй контактной вставки меньше, чем у магниторезистивного элемента.

Согласно другому варианту осуществления раскрыт способ изготовления магнитного запоминающего устройства. Способ включает в себя формирование на подложке первой изолирующей пленки, формирование в первой изолирующей пленке первой контактной вставки и формирование на первой изолирующей пленке второй изолирующей пленки. Способ дополнительно включает в себя формирование во второй изолирующей пленке второй контактной вставки, соединяющейся с первой контактной вставкой. Вторая контактная вставка имеет меньший диаметр, чем у первой контактной вставки. Способ дополнительно включает в себя формирование на второй контактной вставке и второй изолирующей пленке пакетированных пленок, которые являются обрабатываемыми для получения магниторезистивного элемента, и формирование магниторезистивного элемента путем обработки пакетированной пленки.

Первый вариант осуществления

На Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе, схематично иллюстрирующий магнитное запоминающее устройство по первому варианту осуществления.

На Фиг. 1 100 обозначает кремниевую подложку (полупроводниковую подложку), и на поверхности кремниевой подложки 100 образована изолирующая область 101. На области (активной зоне), отделенной изолирующей областью 101, образован транзистор 10 выбора. В качестве транзистора 10 выбора на Фиг. 1 показан планарный транзистор со структурой МОП (металл-оксид-полупроводник), но может быть использован ТОЗ (транзистор с окружающим затвором).

Транзистор 10 выбора включает в себя изолирующую пленку 102 затвора, образованную на поверхности кремниевой подложки 100, электрод 103 затвора, образованный на изолирующей пленке 102 затвора, и пару областей 104 истока и стока, образованных таким образом, чтобы электрод 103 затвора находился между ними.

Транзистор 10 выбора является элементом для выбора элемента 20 с МТП. Одна из областей 104 истока и стока транзистора 10 выбора соединена с элементом 20 с МТП через контактную вставку 150 (151, 152). Планарная форма контактной вставки 150 (151, 152) и элемент 20 с МТП имеют, например, круглую форму.

Контактная вставка 150 включает в себя нижнюю контактную вставку (первую контактную вставку) 151 и верхнюю контактную вставку (вторую контактную вставку) 152, которая предусмотрена на центральном участке верхней поверхности нижней контактной вставки 151 и имеет меньший диаметр, чем у нижней контактной вставки 151. Контактная вставка 150 предусмотрена в межслойной изолирующей пленке 180 (межслойные изолирующие пленки 181, 182 и 183). Верхняя поверхность межслойной изолирующей пленки 180 является планарной.

Другая из областей 104 истока и стока транзистора 10 выбора соединена с проводным соединением 170 через контактную вставку 160. Контактная вставка 160 предусмотрена в межслойной изолирующей пленке 181, а проводное соединение 170 создано в межслойной изолирующей пленке 182.

Элемент 20 с МТП включает в себя нижний электрод 201, слой 202 хранения (данных), слой 203 туннельного барьера, опорный слой 204, слой 205 регулирования смещения, защитный слой 206 и верхний электрод 207. Толщина слоя 202 хранения составляет, например, 1 нм. Толщина слоя 203 туннельного барьера составляет, например, 1 нм. Диаметр элемента с МТП составляет, например, 34 нм. Слой 205 регулирования смещения имеет функцию уменьшения и регулировки смещения тока переключения в слое 202 хранения, вызванного утечкой из опорного слоя 204 магнитного поля.

На Фиг. 1 показан элемент 20 с МТП, имеющий структуру с верхним выводом, но настоящий вариант осуществления эффективен и в случае элемента с МТП, имеющего структуру с нижним выводом. То есть настоящий вариант осуществления эффективен вне зависимости от структуры элемента с МТП.

Нижний электрод 201 элемента 20 с МТП соединен с верхней поверхностью верхней контактной вставки 152. Верхняя поверхность верхней контактной вставки 152 покрыта нижним электродом 201. Диаметр верхней контактной вставки 152 меньше, чем диаметры нижней контактной вставки 151 и элемента 20 с МТП. Например, в случае ячейки MRAM 1 ГБ диаметр верхней контактной вставки 152 составляет 5 нм, диаметр нижней контактной вставки 151 составляет 50 нм, а диаметр элемента 20 с МТП составляет 35 нм.

Поскольку диаметр верхней контактной вставки 152 является относительно небольшим, как только что описано, обеспечена планарность верхней поверхности верхней контактной вставки 152. В результате верхняя поверхность верхней контактной вставки 152 и верхняя поверхность межслойной изолирующей пленки 180 находятся в по существу одной и той же плоскости. То есть слой, расположенный ниже нижнего электрода 201 (верхние поверхности верхней контактной вставки 152 и межслойной изолирующей пленки), является плоским.

В общем, характеристика элемента с МТП чувствительна к плоскостности слоя, расположенного ниже. В настоящем варианте осуществления, поскольку слой, расположенный ниже нижнего электрода 201, имеет плоскую поверхность, как описано выше, ухудшение характеристики элемента 20 с МТП подавляется.

Кроме того, также нет необходимости в том, чтобы диаметр нижней контактной вставки 151 был больше диаметра элемента с МТП 20, при этом нижняя контактная вставка 151 не препятствует уменьшению магнитного запоминающего устройства.

Магнитное запоминающее устройство по настоящему варианту осуществления будет дополнительно описано ниже с помощью следующего способа изготовления магнитного запоминающего устройства по настоящему варианту осуществления.

Сначала, как показано на Фиг. 2, на кремниевой подложке 100 с использованием хорошо известных способов формируют изолирующую область 101, транзистор 10 выбора, межслойную изолирующую пленку 181, контактную вставку 160, межслойную изолирующую пленку 182 и проводное соединение 170.

Далее, как показано на Фиг. 3, поверх всей поверхности формируют межслойную изолирующую пленку 183а, в межслойных изолирующих пленках (первой изолирующей пленке) 183а, 182 и 181 формируют отверстие для контакта, после этого поверх всей поверхности формируют проводящую пленку 151, предназначенную для обработки в нижнюю контактную вставку. Проводящая пленка 151 образована таким образом, чтобы заполнять отверстие для контакта.

Материал (первый материал) проводящей пленки 151 (нижней контактной вставки) включает в себя, например, вольфрам (W), медь (Cu) и нитрид титана (TiN). В случае использования W или Cu отверстие для контакта заполняют проводящей пленкой 151 после того, как на внутренних поверхностях (нижней поверхности и боковой поверхности) отверстия для контакта образована барьерная металлическая пленка. Этой барьерной металлической пленкой может быть, например, однослойная пленка из титана (Ti) или из нитрида титана (TiN), либо пакетированная пленка из титановой (Ti) пленки и пленки из нитрида титана (TiN).

Далее, как показано на Фиг. 4, с помощью процесса химико-механического полирования (ХМП) удаляется нижняя контактная вставка 151 за пределами отверстия для контакта с образованием нижней контактной вставки 151, а поверхности межслойной изолирующей пленки 183а и нижней контактной вставки 151 выравнивают.

Далее, как показано на Фиг. 5, поверх всей поверхности (области, включающей нижнюю контактную вставку 151 и межслойную изолирующую пленку 183а) формируют межслойную изолирующую пленку 183b (вторая изолирующая пленка), в межслойной изолирующей пленке 183b формируют отверстие для контакта, и на всей поверхности так, чтобы заполнить отверстие для контакта, формируют проводящую пленку 152, предназначенную для обработки в верхнюю контактную вставку. После чего, как и в случае нижней контактной вставки 151, формируют верхнюю контактную вставку 152, а поверхности межслойной изолирующей пленки 183b и верхней контактной вставки 152 выравнивают с помощью процесса ХМП.

Материал (второй материал) проводящей пленки (верхней контактной вставки) 152 включает в себя, например, по меньшей мере одно из тантала (Та), кремния (Si), Ti, Cu, W, Al, гафния (Hf), бора (В), кобальта (Co) и углеродной нанотрубки. Si, например, представляет собой поликристаллический кремний (поли-Si)

В случае использования в качестве материала проводящей пленки 152 W или Cu, отверстие для контакта заполняют проводящей пленкой 152 после того, как на внутренних поверхностях (нижней поверхности и боковой поверхности) отверстия для контакта сначала формируют барьерную металлическую пленку. Эта барьерная металлическая пленка может представлять собой, например, однослойную пленку из Ti или из TiN, либо пакетированную пленку из пленки из Ti и пленки из TiN.

Увеличение контактного сопротивления между элементом 20 с МТП (нижним электродом 201) и верхней контактной вставкой 152 подавляют за счет выбора в качестве материала верхней контактной вставки 152 материала, имеющего меньшее сопротивление, чем у нижней контактной вставки 151. Материал нижней контактной вставки 151 и материал верхней контактной вставки 152 может быть одним и тем же материалом, если обеспечивается достаточное контактное сопротивление.

В способе изготовления по настоящему варианту осуществления пакетированная пленка из межслойной изолирующей пленки 183а и межслойной изолирующей пленки 183b соответствует межслойной изолирующей пленке 183 на Фиг. 1.

Далее, как показано на Фиг. 6, получают структуру магнитного запоминающего устройства, показанного на Фиг. 1, с помощью хорошо известных процессов, которые включают в себя формирование на межслойной изолирующей пленке 183 и верхней контактной вставке 152 пакетированных пленок 20 (указанных в виде однослойной пленки на Фиг. 6), обрабатываемых для получения элемента с МТП, формирование на пакетированной пленке 20 маски 30 для травления и обработку пакетированной пленки 20 с помощью ионно-лучевого травления (ИЛТ) с использованием маски 30 для травления в качестве маски с образованием элемента 20 с МТП. Может быть использован способ сухого травления, отличающийся от ИЛТ, например, реактивное ионное травление (РИТ).

Маска 30 для травления представляет собой, например, жесткую маску. Процессы для формирования жесткой маски включают в себя, например, процесс формирования изолирующей пленки, предназначенной для обработки в жесткую маску, процесс формирования рисунка в резисте на изолирующей пленке и процесс переноса рисунка в резисте на изолирующую пленку путем травления изолирующей пленки с использованием рисунка в резисте в качестве маски.

В настоящем варианте осуществления на слое, расположенном ниже пакетированной пленки 20, нет контактной вставки, за исключением части, покрытой маской 30 для травления, как следствие, проводящий материал, который возникает в результате травления контактной вставки, не прилипает к боковой стенке элемента с МТП. Тем самым не возникает проблемы короткого замыкания между слоем хранения и опорным слоем из-за прилипания проводящего материала на боковую поверхность слоя хранения, боковую поверхность слоя туннельного барьера и боковую поверхность опорного слоя элемента с МТП.

В отличие от этого, в случае сравнительного примера, который показан на Фиг. 7, диаметр контактной вставки 150 больше диаметра элемента с МТП. Поэтому материал контактной вставки 150 прилипает на боковую поверхность элемента с МТП во время обработки пакетированной пленки в элемент с МТП и на боковой поверхности элемента с МТП образуется слой 41, который вызывает короткое замыкание между слоем 202 хранения и опорным слоем 204.

Причина, по которой диаметр контактной вставки 150 больше диаметра элемента с МТП в сравнительном примере, является следующей.

Как описано выше, характеристика элемента с МТП чувствительна к плоскостности слоя, расположенного ниже. Расположенный ниже слой, образованный из верхней поверхности контактной вставки 150, и верхняя поверхность межслойной изолирующей пленки 180 имеют разницу 43 по уровню. Причина, по которой возникает разница 43 по уровню, заключается в том, что существует разница между скоростью процесса ХМП для контактной вставки 150 (металл) и скоростью процесса ХМП для межслойной изолирующей пленки 180 (диэлектрический материал). Как показано на Фиг. 7, процесс ХМП для обеспечения плоскостности слоя, расположенного ниже элемента с МТП, может вызвать разницу 43 по уровню вне элемента с МТП. Поэтому в сравнительном примере диаметр контактной вставки 150 задается таким, чтобы он был больше диаметра элемента с МТП. В сравнительном примере уменьшению магнитного запоминающего устройства препятствует контактная вставка 150, поскольку диаметр контактной вставки 150 больше диаметра элемента с МТП.

Второй вариант осуществления

Фиг. 8 представляет собой вид в разрезе, схематично иллюстрирующий магнитное запоминающее устройство по второму варианту осуществления.

Настоящий вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что боковая поверхность верхней контактной вставки 152 покрыта изолирующей пленкой 184 (второй изолирующей пленкой). Материал изолирующей пленки 184 отличается от материала межслойной изолирующей пленки 183 (первой изолирующей пленки), покрывающей боковую поверхность нижней контактной вставки 151.

Например, когда материал межслойной изолирующей пленки 183 представляет собой оксид кремния, материал изолирующей пленки 184 представляет собой нитрид кремния. В этом случае изолирующая пленка 184 функционирует в качестве средства остановки процесса ХМП в процессе ХМП для проводящей пленки, обрабатываемой с получением верхней контактной вставки 152, как описано позднее.

Помимо этого, когда материал межслойной изолирующей пленки 183 представляет собой оксид кремния, а материал верхней контактной вставки 152 представляет собой Al, материалом изолирующей пленки 184 является Al2O3. В этом случае материал изолирующей пленки 184 и материал верхней контактной вставки 152 включают в себя один и тот же элемент (Al). Когда материал межслойной изолирующей пленки 183 представляет собой нитрид кремния, этот нитрид кремния и материал верхней контактной вставки 152 имеют общий элемент. За счет использования общего элемента скорость процесса ХМП для изолирующей пленки 184 может быть приближена к скорости процесса ХМП для верхней контактной вставки 152. В результате, в указанном выше процессе ХМП, когда слой, расположенный ниже, образован из верхней поверхности верхней контактной вставки 152 и верхней поверхности части изолирующей пленки 184 вокруг верхней контактной вставки 152, плоскостность слоя, расположенного ниже элемента 20 с МТП, улучшается.

Материал нижней контактной вставки 151 и материал верхней контактной вставки 152 может быть одним и тем же или отличаться.

Фиг. 9 - Фиг. 14 представляют собой разрезы, иллюстрирующие способ изготовления магнитного запоминающего устройства по настоящему варианту осуществления. Способ изготовления по настоящему варианту осуществления является тем же, что и способы изготовления по первому варианту осуществления вплоть до процесса формирования межслойной изолирующей пленки 183. Поэтому, в настоящем варианте осуществления будут описаны процессы изготовления после образования межслойной изолирующей пленки 183. Для простоты части ниже верхней части межслойной изолирующей пленки 183 на Фиг. 9 - Фиг. 14 исключены.

Как показано на Фиг. 9, в межслойной изолирующей пленке 183 формируют первое отверстие для контакта, после чего нижнюю контактную вставку 151 заглубляют в первое отверстие для контакта с помощью хорошо известного способа (осаждение проводящей пленки и ХМП) предусмотрена. Материал нижней контактной вставки 151 представляет собой, например, нитрид титана (TiN).

Далее, как показано на Фиг. 10, верхнюю часть нижней контактной вставки 151 удаляют путем обратного травления нижней контактной вставки 151. В результате верхняя часть первого отверстия для контакта превращается в канавку 71, которая не заполнена первой контактной вставкой. Верхнюю часть нижней контактной вставки 151 удаляют на величину, соответствующую высоте верхней контактной вставки.

Далее, как показано на Фиг. 11, на поверхностях нижней контактной вставки 151 и межслойной изолирующей пленки 183 формируют изолирующую пленку 184. Упомянутая канавка заполняется изолирующей пленкой 184.

В поверхности изолирующей пленки 184 в связи с фактором канавки формируют участок 72 углубления. Изолирующую пленку 184 формируют так, чтобы диаметр участка 72 углубления был таким же, что и диаметр верхней контактной вставки (например, 10 нм или менее). Толщина изолирующей пленки 184 составляет, например, 20 нм. Изолирующая пленка 184 может быть образована, например, с помощью процесса АСО (атомно-слоевого осаждения).

Далее, как показано на Фиг. 12, изолирующая пленка 184 вне канавки 71 и изолирующая пленка 184 под участком углубления удаляют путем обратного травления изолирующей пленки 184. В результате в изолирующей пленке 184 путем самовыравнивания образуется второе отверстие для контакта, которое достигает нижней контактной вставки 151.

Далее, как показано на Фиг. 13, поверх всей поверхности формируют проводящую пленку 152, предназначенную для обработки в верхнюю контактную вставку, в результате чего второе отверстие для контакта заполняется проводящей пленкой 152.

Далее, как показано на Фиг. 14, проводящую пленку 152 вне второго отверстия для контакта удаляют при помощи процесса ХМП. Во время этого процесса ХМП изолирующая пленка 184 используют в качестве средства остановки процесса ХМП. Как следствие, образованы верхняя контактная вставка 152 и изолирующая пленка 184, имеющие плоские поверхности. После этого используют хорошо известный процесс получения МТП (такой как формирование на верхней контактной вставке 152 и изолирующей пленке 184 пакетированных пленок, обрабатываемых для получения магниторезистивного элемента, формирование магниторезистивного элемента путем обработки пакетированной пленки с помощью сухого травления).

Третий вариант осуществления

Фиг. 15 представляет собой вид в разрезе, схематично иллюстрирующий магнитное запоминающее устройство, соответствующее третьему варианту осуществления. Для простоты части, расположенные ниже верхней части межслойной изолирующей пленки 183 на Фиг. 15, исключены. Фиг. 15 соответствует виду в разрезе по стрелкам 15-16 на Фиг. 16.

Настоящий вариант осуществления отличается от второго варианта осуществления тем, что верхняя контактная вставка 152а в настоящем варианте осуществления имеет полую структуру, где полое пространство существует в направлении по высоте. В данном случае полой структурой является полый цилиндр. Верхняя контактная вставка 152 в первом варианте осуществления является сплошной, такой как цилиндр или кубоид, который не имеет полого пространства.

Разница (R1 - R2) между внешним радиусом (R1) и внутренним радиусом (R2) верхней контактной вставки 152а по настоящему варианту осуществления соответствует диаметру верхней контактной вставки 152 по первому варианту осуществления. В этом случае площадь контакта между верхней контактной вставкой 152а и нижним электродом 201 элемента 20 с МТП по настоящему варианту осуществления больше площади контакта между верхней контактной вставкой 152 и нижним электродом 201 элемента 20 с МТП по первому варианту осуществления. Верхняя контактная вставка 152а по настоящему варианту осуществления имеет преимущество в уменьшении контактного сопротивления.

В случае настоящего варианта осуществления, как показано на Фиг. 15, верхняя контактная вставка 152а имеет два участка соединения с нижней контактной вставкой 151 на разрезе верхней контактной вставки 152а и нижней контактной вставки 151, проведенном плоскостью, определяемой линией нормали, перпендикулярной направлению пакетирования (укладывания) верхней контактной вставки 152а и нижней контактной вставки 151.

Фиг. 17 - Фиг. 21 представляют собой разрезы, иллюстрирующие способ изготовления магнитного запоминающего устройства, соответствующего настоящему варианту осуществления.

Сначала, как и во втором варианте осуществления, выполняют процессы по Фиг. 9 и 10.

Далее, как показано на Фиг. 17, на поверхностях нижней контактной вставки 151 и межслойной изолирующей пленки 183 (первой изолирующей пленки) формируют изолирующую пленку 184 (вторую изолирующую пленку). Межслойная изолирующая пленка 183 и изолирующая пленка 184, соответственно, образованы из различных материалов. В качестве примера материала изолирующей пленки 184 может быть использован материал, который функционирует в качестве средства остановки процесса ХМП (Фиг. 21).

Канавку 71 заполняют изолирующей пленкой 184. На поверхности изолирующей пленки 184 в связи с канавкой 71 (слой, расположенный ниже) формируют участок 72а углубления. Изолирующую пленку 184 формируют так, чтобы диаметр участка 72а углубления был в два раза больше внешнего радиуса R1. Изолирующая пленка 184 может быть образована с помощью, например, процесса АСО.

Далее, как показано на Фиг. 18, изолирующую пленку 184 вне канавки 71 и изолирующую пленку 184 под участком углубления удаляют путем обратного травления изолирующей пленки 184. В результате в изолирующей пленке 184 путем самовыравнивания формируется открытый участок, который достигает первой контактной вставки 151 и имеет диаметр в два раза больше, чем внешний радиус верхней контактной вставки.

Далее, как показано на Фиг. 19, поверх всей поверхности, без заполнения участка углубления, формируют проводящую пленку 152а, предназначенную для обработки в верхнюю контактную вставку, после чего проводящую пленку 152а обрабатывают обратным травлением. Этот процесс травления удаляет проводящую пленку 152а на центральном участке канавки 71. Диаметр центрального участка канавки 71 соответствует диаметру в два раза больше внутреннего радиуса R1.

Далее, как показано на Фиг. 20, снова поверх всей поверхности формируют изолирующую пленку 184 (третья изолирующая пленка). Центральный участок канавки заполняется изолирующей пленкой 184. В ходе процесса толщину изолирующей пленки 184 выбирают так, чтобы верхняя поверхность изолирующей пленки 184 была по существу планарной.

Далее, как показано на Фиг. 21, путем полирования изолирующей пленки 184 и проводящей пленки 152а с помощью процесса ХМП формируют верхнюю контактную вставку 152а, имеющую структуру полого цилиндра. За этим следует хорошо известный процесс получения МТП (такой как формирование на верхней контактной вставке 152а и изолирующей пленке 184 пакетированной пленки, обрабатываемой для получения магниторезистивного элемента, формирование магниторезистивного элемента путем обработки пакетированных пленок с помощью сухого травления).

Изолирующая пленка 184 вокруг верхней контактной вставки 152а может представлять собой межслойную изолирующую пленку 183, как в первом варианте осуществления.

Четвертый вариант осуществления

Фиг. 22 представляет собой вид в разрезе, схематично иллюстрирующий магнитное запоминающее устройство по четвертому варианту осуществления. Фиг. 22 соответствует виду в разрезе по стрелкам 23-23 на Фиг. 23.

Настоящий вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что верхняя контактная вставка 152b по настоящему варианту осуществления имеет трехмерную структуру в виде буквы L (L-образная структура). Эта L-образная структура расположена под элементом 20 с МТП. Каждый из двух соседних элементов с МТП снабжен верхней контактной вставкой 152b. При последующем описании элемент 20 с МТП, показанный с левой стороны на Фиг. 22, называется первым элементом с МТП, а элемент с МТП с правой стороны называется вторым элементом с МТП.

Поскольку существует бесконечное число плоскостей, определяемых линиями нормалей, перпендикулярными направлению по высоте верхней контактной вставки 152а, также существует бесконечное число разрезов верхней контактной вставки 152а, определяемых линиями нормалей, перпендикулярными направлению по высоте верхней контактной вставки 152а. Однако, как показано на Фиг. 22, существует разрез, на котором форма верхней контактной вставки 152а представляет собой форму в виде буквы L. Например, как показано на Фиг. 22, форма в виде буквы L существует на разрезе, проведенном по линии, соединяющей два соседних элемента с МТП.

Фиг. 24 - Фиг. 31 представляют собой виды в разрезе, иллюстрирующие способ изготовления магнитного запоминающего устройства по настоящему варианту осуществления. Способ изготовления по настоящему варианту осуществления является таким же самым, что и способы изготовления по первому варианту осуществления вплоть до процесса формирования межслойной изолирующей пленки 183. Таким образом, в настоящем варианте осуществления будут описаны процессы изготовления после образования межслойной изолирующей пленки 183. Для простоты части, расположенные ниже верхней части межслойной изолирующей пленки 183, на Фиг. 24 - 31 исключены.

Как показано на Фиг. 24, при помощи хорошо известных способов (открытие отверстия для контакта, формирование проводящей пленки, процесс ХМП для проводящей пленки) в межслойной изолирующей пленке 183 формируют нижнюю контактную вставку 151 для первого элемента с МТП (далее называемую нижней контактной вставкой для 1МТП) и нижнюю контактную вставку 151 для второго элемента с МТП (далее называемую нижней контактной вставкой для 2МТП).

Далее, как показано на Фиг. 25, верхнюю часть межслойной изолирующей пленки 183с между нижней контактной вставкой 151 для 1МТП и нижней контактной вставкой 151 для 2МТП, верхнюю часть нижней контактной вставки 151 для 1МТП на стороне межслойной изолирующей пленки 183с и верхний участок нижней контактной вставки 151 для 2МТП удаляют на величину, соответствующую высоте верхней контактной вставки.

В результате на поверхностях нижней контактной вставки 151 для 1МТП, нижней контактной вставки 151 для 2МТП и межслойной изолирующей пленки 183 образуется канавка 81. Площадь канавки 81 является большой, поскольку канавка 81 предусмотрена на площадках, соответствующих двум элементам с МТП и межслойной изолирующей пленки 183с между ними.

Далее, как показано на Фиг. 26, поверх всей поверхности формируют проводящую пленку 152, предназначенную для обработки в верхние контактные вставки. Хотя нижняя поверхность и боковая поверхность канавки 81 покрыты проводящей пленкой 152, канавка 81 не заполнена проводящей пленкой 152. Проводящая пленка 152 может быть образована точно на боковой поверхности канавки 81, поскольку канавка 81 является большой, как описано выше. То есть можно сформировать равномерно тонкую проводящую пленку 152 на боковой поверхности канавки 81. Это является преимуществом для миниатюризации магнитного запоминающего устройства.

Далее, как показано на Фиг. 27А и 27В, на проводящей пленке 152 формируют изолирующую пленку 185, после чего на изолирующей пленке 185 формируют рисунок 31 в резисте, который используется для обработки проводящей пленки 152, чтобы она стала верхней контактной вставкой.

Далее, как показано на Фиг. 28А и 28В, в результате травления изолирующей пленки 185 и проводящей пленки 152 с использованием рисунка 31 в резисте в качестве маски открывают поверхность межслойной изолирующей пленки 183. После травления рисунок 31 в резисте удаляют.

Далее, как показано на Фиг. 29А и 29В, в результате процесса обратного травления изолирующей пленки 185, проводящей пленки 152 и межслойной изолирующей пленки 183 формируют верхнюю контактную вставку 152 для первого элемента с МТП и верхнюю контактную вставку 152 для второго элемента с МТП.

Далее, как показано на Фиг. 30, поверх всей поверхности формируют изолирующую пленку 186 так, чтобы заполнить участок углубления, образованный на поверхности, показанной на Фиг. 29А. Материалы изолирующих пленок 186 и 185 могут быть теми же самыми или могут отличаться. Например, в качестве материала изолирующей пленки 186 используют материал, легко полируемый при помощи процесса ХМП (оксид кремния), а в качестве материала изолирующей пленки 185 используют материал, применяемый в качестве средства остановки процесса ХМП (нитрид кремния).

Далее, как показано на Фиг. 31, изолирующую пленку 186 полируют при помощи процесса ХМП, и верхняя поверхность верхней контактной вставки 152 становится открытой. После этого следует хорошо известный процесс получения МТП.

Настоящий вариант осуществления (Фиг. 23) объясняет случай, когда одновременно формируют две контактных вставки, соединяющиеся с нижними электродами соседних элементов с МТП, однако, как показано на Фиг. 32, возможны четыре контактных вставки, соединяющиеся с нижними электродами четырех элементов с МТП, расположенных в четырех положениях, соответствующих четырем вершинам прямоугольника.

В то время как были описаны определенные варианты осуществления, эти варианты осуществления были представлены только в качестве примера и не предназначены для ограничения объема данных изобретений. В действительности, описанные здесь новые способы и системы могут быть реализованы во множестве других форм; более того, в описанных здесь формах способов и систем могут быть выполнены различные исключения, замены и изменения, не выходящие за пределы сущности изобретений. Прилагаемые пункты формулы изобретения и их эквиваленты предназначены для охвата таких форм или модификаций, которые попадают в пределы объема и сущности изобретений.

1. Магнитное запоминающее устройство, содержащее:

подложку;

контактную вставку, предусмотренную на подложке, причем контактная вставка включает в себя первую контактную вставку и предусмотренную на первой контактной вставке вторую контактную вставку, имеющую меньший диаметр, чем у первой контактной вставки; и

магниторезистивный элемент, предусмотренный на второй контактной вставке, причем диаметр второй контактной вставки меньше, чем у магниторезистивного элемента; при этом

вторая контактная вставка имеет полую структуру, где в направлении по высоте имеется полое пространство, а

первая контактная вставка контактирует со второй контактной вставкой в двух точках на разрезе первой и второй контактных вставок, проведенном по плоскости, определяемой направлением нормали, которое перпендикулярно направлению пакетирования первой и второй контактных вставок.

2. Магнитное запоминающее устройство, содержащее:

подложку;

контактную вставку, предусмотренную на подложке, причем контактная вставка включает в себя первую контактную вставку и предусмотренную на первой контактной вставке вторую контактную вставку, имеющую меньший диаметр, чем у первой контактной вставки; и

магниторезистивный элемент, предусмотренный на второй контактной вставке, причем диаметр второй контактной вставки меньше, чем у магниторезистивного элемента; при этом

вторая контактная вставка включает в себя L-образный участок.

3. Способ изготовления магнитного запоминающего устройства, содержащий:

формирование первой изолирующей пленки на подложке;

формирование в первой изолирующей пленке первого отверстия для контакта;

заполнение первого отверстия для контакта первой контактной вставкой;

превращение верхней части первого отверстия для контакта в канавку, не заполненную первой контактной вставкой, путем

удаления верхней части первой контактной вставки;

формирование второй изолирующей пленки на части первой контактной вставки и формирование второго отверстия для контакта, которое достигает первой контактной вставки и окружено второй изолирующей пленкой;

заполнение второго отверстия для контакта второй контактной вставкой;

формирование на второй контактной вставке и второй изолирующей пленке пакетированных пленок, обрабатываемых для получения магниторезистивного элемента; и

формирование магниторезистивного элемента путем обработки пакетированных пленок.

4. Способ по п.3, в котором первая изолирующая пленка содержит материал, отличающийся от материала второй изолирующей пленки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электрически записываемых и стираемых энергонезависимых флэш-ЗУ. .

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано для создания ЭРПЗУ с повышенной информационной плотностью на основе МОНОП-транзисторов, в частности, перепрограммируемых инжекцией горячих носителей заряда.

Согласно одному варианту осуществления раскрыто магнитное запоминающее устройство. Магнитное запоминающее устройство включает в себя подложку и предусмотренную на подложке контактную вставку. Контактная вставка включает в себя первую контактную вставку и предусмотренную на первой контактной вставке вторую контактную вставку, имеющую меньший диаметр, чем у первой контактной вставки. Магнитное запоминающее устройство дополнительно включает в себя предусмотренный на второй контактной вставке магниторезистивный элемент. Диаметр второй контактной вставки меньше, чем у магниторезистивного элемента. 3 н. и 1 з.п. ф-лы. 35 ил.

Наверх