用于基于MRAM的磁性设备的电气互连设备的制作方法

本发明涉及用于连接具有低缺陷和较小尺寸的基于mram的磁性设备的电气互连设备。本发明还涉及用于制造互连设备的方法。

背景技术：

在半导体后端处理中，使用通孔（即，在金属层上连接到相邻的那个的金属柱）来电气互连被电介质分离的金属布线层。图1示出包括从上金属螺柱（stud）8朝向下金属螺柱5向下延伸的通孔6的互连的典型实施方式的示例。

在包括磁性逻辑部件（mlu）的mram技术中，磁性隧道结2常常被放置在被称为带（strap）7的局部互连体上（见图2）。其典型地由耐火金属（诸如ta或w）制成，但是还可以包含其他金属。带7常常靠近下面的金属场线4以便当在场线4中传递电流时获得较高的磁场。

然而，向下延伸的这样的通孔常常引起处理困难以及与下面的薄电介质层和浅通孔有关的高缺陷性。

图3示出对于包括连接在电流线3和带7之间的磁性隧道结2的标准mlu类型单元的互连。该带通过向上延伸到电流线部3'的通孔部6'并通过通孔6串联电气连接到下金属螺柱5。

图3的互连的配置为磁性元件产生更好的处理性能但是更大的单元尺寸。

技术实现要素：

在本公开中，描述了一种替代通孔技术，其使用来自带上面的金属的通孔完成下面的带和金属之间的电气连接。

本公开涉及一种电气互连设备，其包括：磁性隧道结；电气连接磁性隧道结的下端的带部；电气连接磁性隧道结的上端的电流线部；通过通孔电气连接下金属螺柱的上金属螺柱；其中带部与通孔直接电气接触，使得在磁性隧道结中传递的电流直接在带部和通孔之间以及在通孔和下金属螺柱或上金属螺柱之间流动。

本公开还涉及一种基于mram的磁性设备，其包括互连设备和多个mram单元；每个mram单元都包括：磁性隧道结；电气连接磁性隧道结的下端的结带；电气连接磁性隧道结的上端的电流线；以及用于传递感测电流的场线，该场线被布置在磁性隧道结的下端下面；一个mram单元的磁性隧道结通过电流线和结带与另一mram单元的磁性隧道结串联电气连接；其中互连设备的带部电气连接多个mram单元中的一个的结带。

本公开还与一种用于制造互连设备的方法有关，该方法包括以下步骤：形成下金属螺柱；形成带部；形成通孔和磁性隧道结；以及形成上金属螺柱和电流线部。

，本文中公开的电气互连设备和包括互连设备的基于mram的磁性设备可以以与制造互连设备相比更低的缺陷被制造。它还允许基于mram的磁性设备的简单处理与其有利单元尺寸组合。

附图说明

在作为示例给出的以及通过图图示的实施例的描述的帮助下，将更好理解本公开，在图中：

图1示出常规互连；

图2图示用于mram单元的常规局部互连；

图3示出用于标准mlu类型单元的互连；

图4表示根据实施例的电气互连设备；

图5图示根据实施例的用于制造互连设备的方法；以及

图6示出根据实施例的包括互连设备和多个mram单元的磁性设备。

具体实施方式

图4中表示根据实施例的电气互连设备10。该互连设备10包括磁性隧道结2'、电气连接磁性隧道结2'的下端的带部7'、电气连接磁性隧道结2'的上端的电流线部3'、以及通过通孔6电气连接下金属螺柱5的上金属螺柱8。带部7'与通孔6直接电气接触，使得在磁性隧道结2'中传递的电流直接在带部7'和通孔6之间以及在通孔6和下金属螺柱5或上金属螺柱8之间流动。

带部7'、上金属螺柱8、下金属螺柱5和电流线部3'包括诸如金属材料之类的导电材料。带部7'还可以包括诸如ta或w之类的耐火金属。在变型中，带部7'可以具有大约200ω/□的薄膜电阻，使得当在带部7'中传递电流时它还可以被用于磁性隧道结2'的局部加热。这可以由具有降低的横截面的带部7'来实现。这还可以替代地或与较小横截面相组合地通过将电阻材料用于带部7'来实现。例如，通常由薄膜电阻为160ω/□的钽制成的两个带部7'可以由薄膜电阻高于200ω/□的氮化钽来制成。

在实施例中，带部7'被布置成以互锁方式接触通孔6。在图4的特定示例中，通孔6包括具有第一宽度的上部6'和具有比第一宽度更小的第二宽度的下部6''。优选地，带部7'在下通孔部6''上在与上通孔部6'的相交处接触通孔6。在该配置中，带部7'接触下通孔部6''的侧面以及形成在上通孔部6'与下通孔部6''的相交处的底切（undercut）6'''。相比于在带部7'仅在通孔6的侧面之一上接触通孔6的情况下，该配置允许增大通孔6和带部7'之间的接触的表面积并且确保更好的电气接触。

在没有被表示的实施例中，该互连设备10还包括电气连接到下金属螺柱5的晶体管。

图5图示根据实施例的用于制造互连设备10的方法并且包括以下步骤：

形成下金属螺柱5；

形成带部7'；

形成通孔6和磁性隧道结2'；以及

形成上金属螺柱8和电流线部3'。

如图5a中所示出的，首先将第一电介质层51沉积在衬底50上并且在第一电介质层51中例如通过刻蚀提供下螺柱沟槽510。然后在下螺柱沟槽（510）中沉积下金属螺柱5。

图5b示出第二电介质层52在第一电介质层51上以及第三电介质层53在第二电介质层52上的沉积。在第三电介质层53中刻蚀掉带沟槽530，并且然后在带沟槽530中沉积带部7'。

图5c示出第四电介质层54在第三电介质层53的顶上的沉积以及通孔沟槽540在第四电介质层54中的形成。然后在通孔沟槽540中沉积通孔6。通孔沟槽540被刻蚀在与下金属螺柱5对齐的位置中，使得当通孔6被沉积时，它与金属螺柱5电气接触。

该制造方法还包括在第四电介质层54中形成结沟槽541以及将磁性隧道结2'沉积在结沟槽541中。该结沟槽541被刻蚀以便与带部7'对齐，使得当磁性隧道结2'被沉积时，它与带部7'电气接触。

该制造方法还可以包括在沉积电介质层51-55中的一个之后的平面化步骤。

该制造方法还包括在第四电介质层54的顶上沉积第五电介质层55以及形成与下金属螺柱5对齐的上螺柱沟槽550。然后在上螺柱沟槽550中沉积上金属螺柱8以便与通孔6电气接触。还可以在第五电介质层55中刻蚀线沟槽553，并且在线沟槽553中沉积电流线部3'。线沟槽553与磁性隧道结2'对齐使得所沉积的电流线部3'与磁性隧道结2'电气接触。

电介质层51-55可以包括诸如氧化硅或低k电介质材料之类的电介质的一个或多个层。

在图6中图示的实施例中，基于mram的磁性设备100包括互连设备10和多个mram单元1。每个mram单元1都包括：磁性隧道结2；电气连接磁性隧道结2的下端的结带7；用于传递电流31、电气连接磁性隧道结2的上端的电流线3；以及用于传递感测电流41的场线4，该场线4被布置在磁性隧道结2的下端下面。一个mram单元1的磁性隧道结2通过电流线3和结带7与另一mram单元1的磁性隧道结2串联电气连接。互连设备10的带部7'电气连接mram单元1中的一个的结带7'。

磁性隧道结2、2可以包括具有感测磁化210的感测层21、具有存储磁化的存储层23、以及将感测磁性层21与存储磁性层23分离的隧道势垒层22。感测磁化210可以是可逆的（reversible），并且存储磁化230在磁性隧道结2处于高温度阈值时可以是可调整的，并且在低温度阈值处被钉扣（pin）。磁性隧道结2还可以包括被布置用于在低温度阈值处钉扣第二磁化并且在高温度阈值处将其释放的反铁磁性层24。电流线3可以被用来在写入操作期间传递加热电流或者在读取操作期间传递读取电流。场线4可以被布置用于传递场电流41以便生成外部磁场42，该外部磁场42被适配用于切换写入操作期间的存储磁化230和读取操作期间的感测磁化210。

感测和存储层可以包括cofe、cofeb或nife合金。隧道势垒层22是薄层（典型地在纳米范围内），并且可以例如由任何适当的绝缘材料诸如氧化铝或氧化镁来形成。反铁磁性层24可以由基于猛的合金诸如irmn、ptmn或femn或者任何其他适当的材料来制成。

参考数字

1mram单元

10互连设备

100基于mram的磁性设备

2、2'磁性隧道结

21铁磁性感测层

210感测磁化

22隧道势垒层

23存储层

230存储磁化

3电流线

3'电流线部

31电流

4场线

41感测电流

5下金属螺柱

50衬底

51第一电介质层

510下螺柱沟槽

52第二电介质层

53第三电介质层

530带沟槽

54第四电介质层

540通孔沟槽

541结沟槽

55第五电介质层

550上螺柱沟槽

553线沟槽

6通孔

7带

7'带部

8上金属螺柱。