专利名称：用于自旋转移矩磁阻随机存取存储器的焊盘设计的制作方法
技术领域：
本发明的示范性实施例是针对用于磁阻随机存取存储器(MRAM)位单元的低载 焊盘的结构设计。更明确地说，本发明的实施例涉及用于自旋转移矩磁阻随机存取存储 器(STT-MRAM)位单元的低载焊盘的结构设计。
背景技术：
磁阻随机存取存储器(MRAM)是使用磁性元件的非易失性存储器技术。举 例来说，自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)使用电子，随着电子穿过 薄膜(自旋滤波器)，所述电子变为经自旋极化。STT-MRAM也称为自旋转移 矩RAM (STT-RAM)、自旋矩转移磁化切换RAM (自旋RAM)以及自旋动量转移 (SMT-RAM)。参看图1，说明常规STT-MRAM单元100的图。STT-MRAM位单元100包 括磁性隧道结(MTJ)存储元件105、晶体管110、位线120和字线130。MTJ存储元件 由(例如)固定层和自由层形成，其每一者可保持由如图1中所说明的绝缘(隧道势垒) 层分离的磁场。STT-MRAM位单元100还包括源极线140、读出放大器150、读取/写 入电路160以及位线参考170。所属领域的技术人员将了解，存储器单元100的操作和 构造是此项技术中已知的。在(例如)M ·细美(M.HOSOmi)等人的“具有自旋转移矩 磁阻磁化切换的新颖非易失性存储器自旋RAM (A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching Spin-RAM) ” (IEDM 会议论文 集(2005))中提供额外细节，所述文献以全文引用的方式并入本文中。按照惯例，焊盘用于将(例如)STT-MRAM单元100的源极线140连接到晶体 管Iio的下部部分，或用于将晶体管110连接到字线130等。常规的焊盘设计使用例如 其中交替层彼此垂直布设的有槽设计等大金属栅格层(阵列)，或覆盖整个焊盘区域的大 金属板(例如，全金属板)。常规的焊盘设计通常包括大量金属，其导致来自探测焊盘的 大电容。具有此大量寄生电容的常规焊盘可导致信号失真且/或导致信号消失，对于短 脉冲信号或高频信号来说尤其如此。
发明内容
本发明的示范性实施例是针对用于磁阻随机存取存储器(MRAM)位单元的低载 焊盘的结构设计。更明确地说，本发明的实施例涉及用于自旋转移矩磁阻随机存取存储 器(STT-MRAM)位单元的低载焊盘的结构设计。本发明的实施例是针对具有减少的寄生电容特征的焊盘设计。举例来说，焊盘 设计的实施例通过移除下部金属层(例如，金属层Ml到M6)中的一者或一者以上的一部 分(例如，大部分)以减少(例如)STT-MRAM位单元的焊盘的下部金属层中的一者或 一者以上的有效面积来减小来自所述焊盘的金属层的电容。更明确地说，焊盘设计的实 施例通过移除下部金属层(例如，金属层Ml到M6)中的一者或一者以上的中心或中央部分以减少(例如)STT_MRAM位单元的焊盘的下部金属层中的一者或一者以上的有效面 积来减小来自所述焊盘的金属层的电容。通过保留下部金属层的边缘或周长部分(即， 通过形成中空形下部金属层)，新颖的焊盘设计准许焊盘的周长周围的任一位置处的线结 合(wire bounding)。因此，至少一个实施例可减小下部金属层的有效面积，使得来自焊盘的电容可 减小，同时还减小焊盘的电阻。示范性实施例可减少或消除信号失真和/或信号消失的 发生，对于短脉冲信号或高频信号来说尤其如此。举例来说，一示范性实施例是针对一种用于自旋转移矩磁阻随机存取存储器 (STT-MRAM)位单元的低载焊盘。所述低载焊盘包括多个中空形下部金属层；以及 一顶部金属层，其形成于所述多个中空形下部金属层的最上层上。在另一实施例中，一种用于自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单 元的低载焊盘包括多个下部金属层；以及一平面顶部金属层，其形成于所述多个下部 金属层的最上层上。所述多个下部金属层中的一者为中空形金属层。在又一实施例中，一种自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单元包 括低载焊盘。所述低载焊盘包括多个下部金属层；以及一平面顶部金属层，其形成于 所述多个下部金属层的最上层上。所述多个下部金属层中的一者为中空形金属层。另一示范性实施例是针对一种形成用于自旋转移矩磁阻随机存取存储器 (STT-MRAM)位单元的低载焊盘的方法。所述方法包括形成多个下部金属层；以及 在所述多个下部金属层的最上层上形成一平面顶部金属层。所述多个下部金属层中的一 者为中空形金属层。
呈现附图是为了辅助本发明的实施例的描述，且仅为了说明所述实施例而非限 制所述实施例而提供附图。图1说明常规自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)单元。图2是根据实施例的焊盘的侧视图。图3是根据实施例的焊盘的中空形下部金属层的俯视图。图4是根据实施例的焊盘的顶部金属层和中空形下部金属层的俯视图。图5是根据实施例的焊盘的分解透视图。图6是根据实施例的焊盘的另一分解透视图。图7是根据实施例的焊盘的中空形下部金属层的俯视图的屏幕视图。图8是根据实施例的焊盘的顶部金属层和中空形下部金属层的俯视图的屏幕视 图。
具体实施例方式本发明的方面揭示于针对本发明的特定实施例的以下描述和相关图式中。在不 脱离本发明的范围的情况下，可设计出替代实施例。另外，本发明的众所周知的元件将 不再详细描述或将省略，以便不模糊本发明的相关细节。词“示范性”和/或“实例”在本文中用于表示“充当实例、例子或说明”。
5本文中描述为“示范性”和/或“实例”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例优 选或有利。同样，术语“本发明的实施例”并不要求本发明的所有实施例均包括所论述 的特征、优点或操作模式。此外，某些术语(例如“在…上”(例如，如在安装“在… 上”中)和“大体上”)在本文中以广义方式使用。举例来说，术语“在…上”既定包 括(例如)一元件或层直接在另一元件或层上，但可替代地在所述元件/层之间包括介入 层。参看图2到图8，现在将描述用于磁阻随机存取存储器(MRAM)位单元的低载 焊盘且更明确地说用于自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单元的低载焊盘 的结构设计的示范性实施例。参看图2，焊盘100的实施例可包括多个下部金属层(例如，金属层Ml到 M6)；以及一顶部金属层(例如，金属层M7)。在另一实施例中，额外金属层(例如， 铝(Al)层30)可形成于顶部金属层20上。在此实施例中，顶部金属层20提供到达铝层 30的连接性。在本发明的实施例中，可通过移除或蚀刻下部金属层10中的一者或一者以上 (例如，金属层Ml到M6中的一者或一者以上)的一部分(例如，大部分)以减小焊盘 100的下部金属层10中的一者或一者以上的有效面积来减小焊盘100的电容。图3展示焊盘100的中空形下部金属层10的实施例。中空形下部金属层10可形 成(例如)STT-MRAM位单元的焊盘100的下部金属层Ml到M6中的一者或一者以上。 所属领域的技术人员将认识到，下部金属层10可根据各种常规技术而形成为中空形。所 述实施例不限于蚀刻或移除下部金属层10以形成中空形层。在图3中，将下部金属层10(例如，金属层Ml到M6中的一者或一者以上)示 范性地说明为具有宽度X和厚度t的正方形形状。举例来说，示范性下部金属层10可为 90ymX90ym,其中厚度t =10μ m。然而，可使下部金属层10的宽度X和/或厚度t 更小或更大。举例来说，在设计焊盘100时，下部金属层10中的一者或一者以上的厚度 t可经选择以减小焊盘100的电容，同时还减小电阻。而且，焊盘可为矩形形状(例如， 正方形形状)。图4是根据实施例的形成于焊盘100的中空形下部金属层10上方的顶部金属层 20的俯视图。图5是包括形成于下部金属层10 (例如，Ml到M6)上方的顶部金属层20 (例 如，金属层M7)的焊盘100的实施例的分解透视图。顶部金属层20为(例如)用以促 进到达焊盘100的布线接合的金属板。因此，可通过移除下部金属层10 (例如，金属层 Ml到M6)中的一者或一者以上的一部分至多达紧邻顶部的(例如，从顶部数第二个)金 属层来减小焊盘100的寄生电容。举例来说，在图5所示的实施例中，移除下部金属层 10(例如，金属层Ml到M6)中的每一者的中心或中央部分，以减少焊盘100的下部金属 层10的有效面积。通过保留下部金属层10的边缘或中空形部分，新颖焊盘100准许焊 盘100的周长周围的任一位置处的线结合。所属领域的技术人员将认识到，少于全部的下部金属层10可使其部分被移除。 而且，从下部金属层10中的每一者移除的金属的量在层与层之间可为不同的，或在层与 层之间从不同位置移除。
图6说明包括形成于下部金属层10 (例如，Ml到M6)上方的顶部金属层20 (例 如，金属层M7)和铝(Al)层30的焊盘100的实施例。顶部金属层20提供到达铝层30 的连接性。因此，顶部金属层20形成为金属板(例如，平面形状)，而非中空形的。铝 层30形成于顶部金属层20上方。铝层30是(例如)用以促进到达焊盘100的布线接合 的金属板。再次参看图2，根据另一实施例，提供一个或一个以上通孔互连40 (例如)以使 下部金属层10 (例如，Ml到M6)彼此连接，或将最上面的下部层10 (例如，M6)连接 到顶部金属层20。如图2中示范性地展示，将通孔互连40移动为边缘通孔互连，以提供 中空形金属层10之间的连接。所属领域的技术人员将认识到，通孔互连40可形成于中 空形层周围的任一位置处。而且，每一金属层的周长周围的每一相应通孔互连40的位置 在层与层之间可相同或不同。图7是根据实施例的焊盘的中空形下部金属层的俯视图的屏幕视图。图8是根 据实施例的焊盘的顶部金属层和中空形下部金属层的俯视图的屏幕视图。如图7和图8中所示，在一实例中，用于STT-MRAM位单元的焊盘包括一个或 一个以上中空形下部金属层以及一形成于所述下部金属层上方的顶部金属层。因此，示范性实施例可通过移除或蚀刻下部金属层10中的一者或一者以上(例 如，金属层Ml到M6中的一者或一者以上)的一部分(例如，大部分)以减小焊盘100 的下部金属层10中的一者或一者以上的有效面积来减小(例如)STT-MRAM位单元的焊 盘100的电容。在设计焊盘100时，下部金属层10中的一者或一者以上的厚度t可经选 择以减小焊盘100的电容，同时还使电阻减到最小。示范性实施例可减少或消除信号失 真和/或信号消失的发生，对于短脉冲信号或高频信号来说尤其如此。虽然前述揭示内容展示本发明的说明性实施例，但应注意，在不脱离由所附权 利要求书界定的本发明的范围的情况下，本文中可作出各种改变和修改。无需以任一特 定次序来执行根据本文中所描述的本发明的实施例的方法项的功能、步骤和/或动作。 此外，尽管可能以单数形式来描述或主张本发明的元件，但除非明确陈述限于单数形 式，否则还预期复数形式。
权利要求
1.一种用于自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单元的低载焊盘，所述 低载焊盘包含多个中空形下部金属层；以及一顶部金属层，其形成于所述多个中空形下部金属层的最上层上。
2.根据权利要求1所述的低载焊盘，其进一步包含 通孔互连，其连接所述多个中空形下部金属层中的两者， 其中所述通孔互连沿所述焊盘的周长安置。
3.根据权利要求1所述的低载焊盘，其进一步包含通孔互连，其连接所述多个中空形下部金属层的所述最上层与所述顶部金属层。
4.根据权利要求1所述的低载焊盘，其进一步包含多个通孔互连，其连接所述多个中空形下部金属层中的两者， 其中所述多个通孔互连围绕所述焊盘的周长安置。
5.根据权利要求1所述的低载焊盘，其进一步包含多个通孔互连，其连接所述多个中空形下部金属层的所述最上层与所述顶部金属层。
6.根据权利要求1所述的低载焊盘，其进一步包含 铝层，其形成于所述顶部金属层上方。
7.根据权利要求1所述的低载焊盘，其进一步包含 铝层，其形成于所述顶部金属层上方，其中所述顶部金属层为实心层。
8.根据权利要求1所述的低载焊盘，其中所述多个中空形下部金属层的电容小于所述 顶部金属层的电容。
9.根据权利要求1所述的低载焊盘，其中所述多个中空形下部金属层的周长大体上对 应于所述顶部金属层的周长。
10.根据权利要求1所述的低载焊盘，其中所述铝层的周长大体上对应于所述顶部金 属层的周长。
11.一种用于自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单元的低载焊盘，所 述低载焊盘包含多个下部金属层；以及一平面顶部金属层，其形成于所述多个下部金属层的最上层上， 其中所述多个下部金属层中的一者为中空形金属层。
12.根据权利要求11所述的低载焊盘，其中所述多个下部金属层中的每一者为中空形
13.一种自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单元，其包含 低载焊盘，其中所述低载焊盘包括多个下部金属层；以及一平面顶部金属层，其形成于所述多个下部金属层的最上层上， 其中所述多个下部金属层中的一者为中空形金属层。
14.根据权利要求13所述的STT-MRAM位单元，其中所述多个下部金属层中的每一者为中空形金属层。
15.根据权利要求13所述的STT-MRAM位单元，其中所述低载焊盘进一步包括铝 层，其形成于所述平面顶部金属层上方。
16.根据权利要求13所述的STT-MRAM位单元，其中所述低载焊盘进一步包括 铝层，其形成于所述平面顶部金属层上方，其中所述平面顶部金属层为实心层。
17.根据权利要求13所述的STT-MRAM位单元，其中所述多个下部金属层的电容小 于所述平面顶部金属层的电容。
18.根据权利要求13所述的STT-MRAM位单元，其中所述多个下部金属层的周长大 体上对应于所述平面顶部金属层的周长。
19.根据权利要求15所述的STT-MRAM位单元，其中所述铝层的周长大体上对应于 所述平面顶部金属层的周长。
20.根据权利要求13所述的STT-MRAM位单元，其中所述低载焊盘进一步包括 通孔互连，其连接所述多个下部金属层中的两者，其中所述通孔互连沿所述焊盘的周长安置。
21.根据权利要求13所述的STT-MRAM位单元，其中所述低载焊盘进一步包括 通孔互连，其连接所述多个下部金属层的所述最上层与所述平面顶部金属层。
22.根据权利要求13所述的STT-MRAM位单元，其中所述低载焊盘进一步包括 多个通孔互连，其连接所述多个下部金属层中的两者，其中所述多个通孔互连围绕所述焊盘的周长安置。
23.根据权利要求13所述的STT-MRAM位单元，其中所述低载焊盘进一步包括 多个通孔互连，其连接所述多个下部金属层的所述最上层与所述平面顶部金属层。
24.一种形成用于自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单元的低载焊盘 的方法，所述方法包含形成多个下部金属层；以及在所述多个下部金属层的最上层上形成一平面顶部金属层， 其中所述多个下部金属层中的一者为中空形金属层。
全文摘要
本发明提供一种用于一自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)位单元阵列的具有减小的电容负载的焊盘。所述焊盘包括多个中空形下部金属层；及一平面顶部金属层，其形成于所述多个中空形下部金属层的一最上层上。
文档编号H01L23/528GK102027595SQ200980117695
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月8日 优先权日2008年5月22日
发明者升·H·康, 威廉·夏 申请人:高通股份有限公司