磁存储装置的制作方法

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磁存储装置的制造方法

本发明构思的实施方式涉及半导体装置及其制造方法,更具体地,涉及包括磁隧道结图案的磁存储装置及其制造方法。



背景技术:

对于高速且低功耗的电子产品需要可快速读/写且低电压的存储装置。已经发展了磁存储装置来满足这些需求。由于其高的运行特性以及以非易失性的方式存储数据的能力,磁存储装置可以满足下一代存储装置的需求。

磁存储装置采用磁隧道结(MTJ)图案来存储信息。磁隧道结图案可包括两个磁层和设置在这两个磁层之间的绝缘层。磁隧道结图案的电阻取决于这两个磁层的磁化方向。例如,当这两个磁层的磁化方向彼此反平行时,磁隧道结图案可以具有相对大的电阻。当这两个磁层的磁化方向彼此平行时,磁隧道结图案可以具有相对小的电阻。磁存储装置可以利用磁隧道结图案的电阻之间的差异来读取/写入数据。

在自旋转移力矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)器件中,向磁单元写入数据所需的写电流的大小可以随着磁单元的尺寸的减小而减小。因此,期望减小STT-MRAM器件的尺寸。



技术实现要素:

本发明构思的实施方式提供具有改善的可靠性的磁存储装置。

在一个方面中,一种磁存储装置可以包括:基板;在基板上的着陆焊盘(landing pad);第一磁隧道结图案和第二磁隧道结图案,设置在基板上并在从平面图观看时与着陆焊盘间隔开;以及互连结构,将第二磁隧道结图案的顶表面电连接到着陆焊盘。当从平面图观看时,第一磁隧道结图案和第二磁隧道结图案可以彼此间隔开第一距离。当从平面图观看时,着陆焊盘和第一磁隧道结图案之间的距离可以大于第一距离。当从平面图观看时,着陆焊盘和第二磁隧道结图案之间的距离可以大于第一距离。

在一个方面中,一种磁存储装置可以包括至少一个存储器列,每个存储器列包括布置在第一方向上的多个单位存储器单元。每个单位存储器单元可以包括:着陆焊盘;第一磁隧道结图案,当从平面图观看时与着陆焊盘分隔开第一距离;第二磁隧道结图案,当从平面图观看时与着陆焊盘分隔开第二距离并与第一磁隧道结图案分隔开第三距离;以及互连结构,将着陆焊盘电连接到第二磁隧道结图案的顶表面。第一距离和第二距离可以大于第三距离。

在另一个方面中,一种磁存储装置包括基板、在基板上的层间绝缘层以及在基板上的磁存储器单元。磁存储器单元包括:在基板上的着陆焊盘;第一磁隧道结图案和第二磁隧道结图案,在层间绝缘层并且与着陆焊盘分隔开;第一位线,导电地连接到第一磁隧道结图案的上部;第二位线,导电地连接到第二磁隧道结图案的下部;以及在着陆焊盘上的互连结构,该互连结构穿过层间绝缘层并将着陆焊盘导电地连接到第二磁隧道结图案的上部。第二磁隧道结图案和着陆焊盘之间的第一分隔距离大于第一磁隧道结图案和第二磁隧道结图案之间的第二分隔距离。

附图说明

由于附图和伴随的详细描述,本发明构思将变得更加明显。

图1是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的示意性方框图。

图2是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的单元阵列的电路图。

图3是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的单位存储器单元的电路图。

图4是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的单位存储器单元的平面图。

图5是沿着图4的线I-I’剖取的截面图。

图6是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的单位存储器单元的平面图。

图7A至图7E是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的存储器单元阵列的平面图。

图8A至图8C是示出根据本发明构思的某些实施方式的制造磁存储装置的单位存储器单元的方法的截面图。

图9A和图9B是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁隧道结图案的概念图。

具体实施方式

这里说明和示出的本发明构思的各方面的示范性实施方式包括它们的互补对应物。相同的附图标记或相同的参考指示符在整个说明书中表示相同的元件。

图1是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的示意性方框图。

参照图1,磁存储装置包括存储器单元阵列1、字线解码器2、字线驱动器3、位线解码器4、读写电路5以及控制逻辑电路6。

存储器单元阵列1可以包括多个存储器块BLK0至BLKn。存储器块BLK0至BLKn的每个可以包括多个存储器单元、多个字线、多个位线和多个源极线。字线、位线和源极线可以电连接到存储器单元。

字线解码器2可以解码从外部系统输入的地址信号以选择字线中的一条。字线解码器2中解码的地址信号可以提供到字线驱动器3。字线驱动器3可以响应于由控制逻辑电路6输出的控制信号而将从电压产生电路(未示出)产生的被选择字线电压和未被选择字线电压分别提供到被选择的字线和未被选择的字线。字线解码器2和字线驱动器3可以共同地连接到多个存储器块BLK0至BLKn,并可以将驱动信号提供到由块选择信号选择的一个存储器块的字线。

位线解码器4可以解码从外部系统输入的地址信号以选择位线中的一条。位线解码器4可以共同地连接到多个存储器块BLK0至BLKn,并可以将数据提供到由块选择信号选择的存储器块的位线。

读写电路5可以通过位线连接到存储器单元阵列1。读写电路5可以响应于从位线解码器4接收的位线选择信号而选择位线中的一条。读写电路5可以配置为与外部系统交换数据。读写电路5可以响应于由控制逻辑电路6输出的控制信号而操作。读写电路5可以从控制逻辑电路6接收电力(例如电压或电流),并可以将该电力提供到所选择的位线。

控制逻辑电路6可以控制磁存储装置的整个操作。控制逻辑电路6可以接收控制信号和外部电压,并可以响应于所接收的控制信号来操作。控制逻辑电路6可以借助于外部电压产生进行读/写操作所需的电力。控制逻辑电路6可以响应于控制信号来控制读操作、写操作和/或擦除操作。

图2是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的单元阵列的电路图。例如,图2是示出参照图1描述的存储器单元阵列的实施方式的电路图。

参照图2,存储器单元阵列1可以包括多个字线WL、多个位线BL1和BL2、多个源极线SL和多个单位存储器单元10。位线BL1和BL2可以交叉字线WL。如图2所示,源极线SL可以平行于位线BL1和BL2。然而,本发明构思的实施方式不限于此。在某些实施方式中,与图2不同,源极线SL可以平行于字线WL。

每个单位存储器单元10可以连接在一个字线WL和交叉所述一个字线WL的一对位线BL1和BL2之间。每个单位存储器单元10可以包括第一存储器元件ME1和第二存储器元件ME2以及第一选择元件SE1和第二选择元件SE2。

第一存储器元件ME1可以连接在第一选择元件SE1和第一位线BL1之间,第二存储器元件ME2可以连接在第二选择元件SE2和第二位线BL2之间。第一选择元件SE1可以连接在第一存储器元件ME1和源极线SL之间,第二选择元件SE2可以连接在第二存储器元件ME2和源极线SL之间。第一选择元件SE1和第二选择元件SE2可以共用一个源极线SL,并可以由相同的字线WL控制。此外,布置在第一方向或垂直于第一方向的第二方向上的单位存储器单元10可以共同地连接到源极线SL。

一个单位存储器单元10可以由一个字线WL和一对位线BL1和BL2选择。在某些实施方式中,第一存储器元件ME1和第二存储器元件ME2的每个可以是可变电阻元件,其通过施加到其的电脉冲可在两个电阻状态之间切换。第一存储器元件ME1和第二存储器元件ME2可以由具有根据施加到其的电流或电压的大小和/或方向而改变的电阻值的材料形成,并可以具有非易失性的特性,使得它们能够保持所存储的电阻值,即使到存储器元件的电流或电压被中断。在某些实施方式中,第一存储器元件ME1和第二存储器元件ME2的每个可以具有磁致电阻性质。在某些实施方式中,第一存储器元件ME1和第二存储器元件ME2的每个可以是随后参照图9A和/或图9B描述的磁隧道结图案。在某些实施方式中,第一存储器元件ME1和第二存储器元件ME2的每个可以包括钙钛矿化合物或过渡金属氧化物。

第一选择元件SE1和第二选择元件SE2的每个可以是二极管、PNP双极晶体管、NPN双极晶体管、NMOS场效应晶体管或PMOS场效应晶体管。在某些实施方式中,第一选择元件SE1和第二选择元件SE2可以响应于字线WL上的电压来控制电流到第一存储器元件ME1和第二存储器元件ME2的供应。

图3是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的单位存储器单元的电路图。例如,图3是示出参照图2描述的单位存储器单元的实施方式的电路图。

参照图3,单位存储器单元10可以包括用作存储器元件ME1和ME2的第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2以及用作以上选择元件SE1和SE2的第一选择晶体管SE1和第二选择晶体管SE2。第一磁隧道结图案MTJP1可以包括第一自由图案FP1、第一被钉扎图案PP1以及设置在第一自由图案FP1和第一被钉扎图案PP1之间的第一隧道阻挡图案TBP1。同样地,第二磁隧道结图案MTJP2可以包括第二自由图案FP2、第二被钉扎图案PP2以及设置在第二自由图案FP2和第二被钉扎图案PP2之间的第二隧道阻挡图案TBP2。第一被钉扎图案PP1和第二被钉扎图案PP2的每个可以具有固定在一个方向上的磁化方向。第一自由图案FP1可以具有可改变为平行于或反平行于第一被钉扎图案PP1的磁化方向的磁化方向,第二自由图案FP2可以具有可改变为平行于或反平行于第二被钉扎图案PP2的磁化方向的磁化方向。根据本发明构思的某些实施方式,第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2的每个可以基本上类似于随后参照图9A和/或图9B描述的磁隧道结图案。

第一位线BL1和第二位线BL2可以交叉字线WL,并且源极线SL可以共同地连接到第一选择晶体管SE1和第二选择晶体管SE2。第一磁隧道结图案MTJP1可以连接在第一位线BL1和第一选择晶体管SE1之间,第一选择晶体管SE1可以连接在第一磁隧道结图案MTJP1和源极线SL之间。第二磁隧道结图案MTJP2可以连接在第二位线BL2和第二选择晶体管SE2之间,第二选择晶体管SE2可以连接在第二磁隧道结图案MTJP2和源极线SL之间。

在某些实施方式中,如图3所示,第一自由图案FP1可以连接到第一位线BL1,第一被钉扎图案PP1可以连接到第一选择晶体管SE1。在这些实施方式中,第二自由图案FP2可以连接到第二选择晶体管SE2,第二被钉扎图案PP2可以连接到第二位线BL2。

在某些实施方式中,与图3不同,第一被钉扎图案PP1可以连接到第一位线BL1,第一自由图案FP1可以连接到第一选择晶体管SE1。在这些实施方式中,第二被钉扎图案PP2可以连接到第二选择晶体管SE2,第二自由图案FP2可以连接到第二位线BL2。在下文,为了说明的容易和方便的目的,图3所示的单位存储器单元10将作为示例来描述。

在某些实施方式中,为了写入数据值1到所选择的单位存储器单元10中,导通电压可以施加到连接到所选择的单位存储器单元10的字线WL。第一位线电压可以施加到第一位线BL1和第二位线BL2,并且低于第一位线电压的第一源极线电压可以施加到源极线SL。

在这些电压条件下,第一选择晶体管SE1和第二选择晶体管SE2可以导通以分别电连接第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2到源极线SL。从第一位线BL1流动到源极线SL的第一写电流IW1可以提供到第一磁隧道结图案MTJP1,并且从第二位线BL2流动到源极线SL的第二写电流IW2可以提供到第二磁隧道结图案MTJP2。这里,从第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2的视角来看,第一写电流IW1的流动方向可以与第二写电流IW2的流动方向相反。换言之,当相同的电压施加到第一位线BL1和第二位线BL2时,在彼此相反的方向上流动的写电流可以分别提供到第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2。

更具体地,第一写电流IW1可以提供在从第一磁隧道结图案MTJP1的第一自由图案FP1至第一被钉扎图案PP1的方向上,因此第一写电流IW1的电子可以提供在从第一被钉扎图案PP1至第一自由图案FP1的方向上。在此情况下,具有在与第一被钉扎图案PP1的磁化方向相同的方向上的自旋的电子可以经过第一隧道阻挡图案TBP1(例如,通过隧穿效应)以施加扭矩到第一自由图案FP1。结果,第一自由图案FP1的磁化方向可以改变为平行于第一被钉扎图案PP1的磁化方向。相反地,第二写电流IW2可以提供在从第二磁隧道结图案MTJP2的第二被钉扎图案PP2至第二自由图案FP2的方向上,因此第二写电流IW2的电子可以提供在从第二自由图案FP2至第二被钉扎图案PP2的方向上。在此情况下,具有在与第二被钉扎图案PP2的磁化方向相反的方向上的自旋的电子不能经过第二隧道阻挡图案TBP2(通过隧穿效应),而是可以从第二隧道阻挡图案TBP2反射到第二自由图案FP2中以施加扭矩到第二自由图案FP2。结果,第二自由图案FP2的磁化方向可以改变为反平行于第二被钉扎图案PP2的磁化方向。

如上所述,当数据值1被写入在所选择的单位存储器单元10中时,第一磁隧道结图案MTJP1可以被写入使得第一自由图案FP1的磁化方向和第一被钉扎图案PP1的磁化方向彼此平行,并且第二磁隧道结图案MTJP2可以被写入使得第二自由图案FP2的磁化方向和第二被钉扎图案PP2的磁化方向彼此反平行。换言之,第一磁隧道结图案MTJP1可以具有低电阻状态,第二磁隧道结图案MTJP2可以具有高电阻状态。

在某些实施方式中,为了写入数据值0到所选择的单位存储器单元10中,导通电压可以施加到连接到所选择的单位存储器单元10的字线WL。此外,第二位线电压可以施加到第一位线BL1和第二位线BL2,并且高于第二位线电压的第二源极线电压可以施加到源极线SL。

在这些电压条件下,在与以上描述的第一写电流IW1和第二写电流IW2相反的方向上的电流可以分别提供到第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2。因此,与写入数据值1时相反,第一磁隧道结图案MTJP1可以被写入使得第一自由图案FP1的磁化方向和第一被钉扎图案PP1的磁化方向彼此反平行,并且第二磁隧道结图案MTJP2可以被写入使得第二自由图案FP2的磁化方向和第二被钉扎图案PP2的磁化方向彼此平行。换言之,第一磁隧道结图案MTJP1可以具有高电阻状态,并且第二磁隧道结图案MTJP2可以具有低电阻状态。

由于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2如上所述具有彼此不同的电阻状态,所以第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之一的电阻值可以在数据从所选择的单位存储器单元10读出时用作参考电阻值。因此,单位存储器单元10可以具有与第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2的电阻值之间的差异对应的感测容限(sensing margin)。因而,可以改善单位存储器单元10的可靠性。

图4是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的单位存储器单元的平面图。例如,图4是示出参照图2和图3描述的单位存储器单元的实施方式的平面图。图5是沿着图4的线I-I’剖取的截面图。

参照图4和图5,可以提供基板110。基板110可以包括第一选择晶体管SE1和第二选择晶体管SE2。第一选择晶体管SE1和第二选择晶体管SE2可以由一个字线(未示出)控制。此外,源极线(未示出)可以被进一步提供以共同连接到第一选择晶体管SE1的源极区域和第二选择晶体管SE2的源极区域。

第一层间绝缘层120可以提供在基板110上。例如,第一层间绝缘层120可以包括硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物中的至少一种。

第一接触插塞PLG1和第二接触插塞PLG2以及第二位线BL2可以提供在基板110上。第一接触插塞PLG1可以穿过第一层间绝缘层120从而连接到第一选择晶体管SE1的漏极区域。第二接触插塞PLG2可以穿过第一层间绝缘层120从而连接到第二选择晶体管SE2的漏极区域。第二位线BL2可以设置在第一层间绝缘层120中并可以在第一方向D1上延伸。第一接触插塞PLG1和第二接触插塞PLG2以及第二位线BL2可以设置在基本上相同的水平面(lelvel)。如本说明书中所用的,术语“水平面”表示自基板110的顶表面的高度。第一接触插塞PLG1和第二接触插塞PLG2以及第二位线BL2可以包括导电材料。

第二层间绝缘层122可以提供在第一层间绝缘层120上。例如,第二层间绝缘层122可以包括硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物中的至少一种。

可以提供第一底部电极BE1和第二底部电极BE2以及着陆焊盘LPAD。第一底部电极BE1可以穿过第二层间绝缘层122从而电连接到第一接触插塞PLG1,第二底部电极BE2可以穿过第二层间绝缘层122从而电连接到第二位线BL2。着陆焊盘LPAD可以穿过第二层间绝缘层122从而电连接到第二接触插塞PLG2。第一底部电极BE1和第二底部电极BE2的顶表面以及着陆焊盘LPAD的顶表面可以设置在基本上相同的水平面。第一底部电极BE1和第二底部电极BE2以及着陆焊盘LPAD中的每个可以包括导电材料。例如,第一底部电极BE1和第二底部电极BE2以及着陆焊盘LPAD中的每个可以包括金属,诸如铜、铝、钨或钛。

第一可选底部电极图案OBEP1、第一磁隧道结图案MTJP1、第一可选顶部电极图案OTEP1和第一顶部电极图案TEP1可以顺序地堆叠在第一底部电极BE1上。第二可选底部电极图案OBEP2、第二磁隧道结图案MTJP2、第二可选顶部电极图案OTEP2和第二顶部电极图案TEP2可以顺序地堆叠在第二底部电极BE2上。因此,第一磁隧道结图案MTJP1的底表面可以通过第一底部电极BE1和第一接触插塞PLG1电连接到第一选择晶体管SE1,第二磁隧道结图案MTJP2的底表面可以通过第二底部电极BE2电连接到第二位线BL2。

第一可选底部电极图案OBEP1和第二可选底部电极图案OBEP2以及第一可选顶部电极图案OTEP1和第二可选顶部电极图案OTEP2可以包括例如导电的金属氮化物,诸如钛氮化物和/或钽氮化物。第一顶部电极图案TEP1和第二顶部电极图案TEP2可以包括例如钨、钽、铝、铜、金、银、钛和包括它们中的至少一个的导电金属氮化物中的至少一种。

第一磁隧道结图案MTJP1可以包括第一自由图案FP1、第一被钉扎图案PP1以及设置在第一自由图案FP1和第一被钉扎图案PP1之间的第一隧道阻挡图案TBP1。同样地,第二磁隧道结图案MTJP2可以包括第二自由图案FP2、第二被钉扎图案PP2以及设置在第二自由图案FP2和第二被钉扎图案PP2之间的第二隧道阻挡图案TBP2。第一自由图案FP1、第一被钉扎图案PP1和第一隧道阻挡图案TBP1的堆叠顺序可以与第二自由图案FP2、第二被钉扎图案PP2和第二隧道阻挡图案TBP2的堆叠顺序相同。

在某些实施方式中,如图5所示,第一被钉扎图案PP1、第一隧道阻挡图案TBP1和第一自由图案FP1可以被顺序地堆叠,第二被钉扎图案PP2、第二隧道阻挡图案TBP2和第二自由图案FP2可以被顺序地堆叠。然而,本发明构思的实施方式不限于此。可选地,与图5不同,第一自由图案FP1、第一隧道阻挡图案TBP1和第一被钉扎图案PP1可以被顺序地堆叠,第二自由图案FP2、第二隧道阻挡图案TBP2和第二被钉扎图案PP2可以被顺序地堆叠。在下文,为了说明的容易和方便的目的,图5所示的实施方式将作为示例来描述。第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2将在后面参照图9A和/或图9B更详细地描述。

如参照图3所述的,第一被钉扎图案PP1可以通过第一底部电极BE1和第一接触插塞PLG1电连接到第一选择晶体管SE1的漏极区域。第二被钉扎图案PP2可以通过第二底部电极BE2电连接到第二位线BL2。

当从平面图观看时,着陆焊盘LPAD和第一磁隧道结图案MTJP1之间的距离d1可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。此外,当从平面图观看时,着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。

在某些实施方式中,如图4所示,第一磁隧道结图案MTJP1、第二磁隧道结图案MTJP2和着陆焊盘LPAD可以布置在沿垂直于第一方向D1的第二方向D2的线上。然而,本发明构思的实施方式不限于此。

第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2可以通过图案化磁隧道结层而形成,如随后参照图8A至图8C描述的。在图案化磁隧道结层的工艺期间,蚀刻副产物可能从磁隧道结层产生,然后可能再次沉积在第一磁隧道结图案MTJP1的侧壁和第二磁隧道结图案MTJP2的侧壁上。因此,第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2可能被短路。磁隧道结图案MTJP1和MTJP2变得短路的可能性会随着第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3的减小而增大。第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3可以基本上等于或大于能够基本上防止磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被在磁隧道结层的图案化期间产生的蚀刻副产物短路的最小间隔距离。

此外,着陆焊盘LPAD可能在形成磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的图案化工艺期间被暴露并部分地蚀刻。由着陆焊盘LPAD的蚀刻产生的蚀刻副产物可能再次沉积在磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的侧壁上,从而导致磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的短路。磁隧道结图案MTJP1和MTJP2由于着陆焊盘LPAD的蚀刻而变得短路的可能性可以随着磁隧道结图案MTJP1和MTJP2和着陆焊盘LPAD之间距离的减小而增大。

根据本发明构思的实施方式,当从平面图观看时,着陆焊盘LPAD和第一磁隧道结图案MTJP1之间的距离d1以及着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。因此,即使着陆焊盘LPAD在形成第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2的工艺期间被暴露,也可以减小或最小化由着陆焊盘LPAD的蚀刻产生的蚀刻副产物将再次沉积在磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的侧壁上的可能性。因而,根据本发明构思的实施方式,可以基本上防止或抑制磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被着陆焊盘LPAD的蚀刻副产物短路,因此可以改善磁存储装置的可靠性。

第三层间绝缘层124可以提供在第二层间绝缘层122上以覆盖第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2。第三层间绝缘层124可以包括例如硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物中的至少一种。

互连接触INC可以穿过第三层间绝缘层124从而电连接到着陆焊盘LPAD。互连接触INC可以包括导电材料。互连接触INC可以包括例如金属,诸如铜、铝、钨或钛。

第一位线BL1和互连图案INP可以提供在第三层间绝缘层124上。第一位线BL1可以电连接到第一顶部电极图案TEP1,并可以在第一方向D1上延伸。互连图案INP可以将互连接触INC电连接到第二顶部电极图案TEP2。互连图案INP和互连接触INC可以构成互连结构INST。因此,如参照图3所述的,第一磁隧道结图案MTJP1的顶表面(即第一自由图案FP1)可以通过第一顶部电极图案TEP1电连接到第一位线BL1。此外,第二磁隧道结图案MTJP2的顶表面(即第二自由图案FP2)可以通过第二顶部电极图案TEP2、互连结构INST、着陆焊盘LPAD和第二接触插塞PLG2电连接到第二选择晶体管SE2的漏极区域。第一位线BL1和互连图案INP的每个可以包括导电材料。例如,第一位线BL1和互连图案INP的每个可以包括金属,诸如铜、铝、钨或钛。

图6是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的单位存储器单元的平面图。例如,图6是示出参照图2和图3描述的单位存储器单元的实施方式的平面图。在图6的实施方式中,与参照图4和图5描述的基本上相同的元件由相同的附图标记或相同的参考指示符表示,并且为了说明的容易和方便的目的将省略或简要提及对其的描述。

除了第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2以及着陆焊盘LPAD的平面布置之外,图6所示的单位存储器单元10的其它特征可以基本上类似于参照图4和图5描述的单位存储器单元10的对应特征。因此,下面将主要描述第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2以及着陆焊盘LPAD的平面布置。

参照图6,当从平面图观看时,着陆焊盘LPAD和第一磁隧道结图案MTJP1之间的距离d1可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。此外,当从平面图观看时,着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。

第一磁隧道结图案MTJP1、第二磁隧道结图案MTJP2和着陆焊盘LPAD可以不布置在一行中。例如,如图6所示,第一磁隧道结图案MTJP1和着陆焊盘LPAD可以布置在第二方向D2上以构成一行,第二磁隧道结图案MTJP2可以在第一方向D1上从该行偏移,使得单个存储器单元的第一磁隧道结图案MTJP1、第二磁隧道结图案MTJP2以及着陆焊盘LPAD形成三角形形状。

第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2可以通过图案化磁隧道结层(未示出)而形成。在磁隧道结层的图案化工艺期间,由磁隧道结层产生的蚀刻副产物可能再次沉积在第一磁隧道结图案MTJP1的侧壁和第二磁隧道结图案MTJP2的侧壁上,这可能导致第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2变得短路。磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被短路的可能性可以随着第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3的减小而增大。第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3可以基本上等于或大于能够基本上防止磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被由磁隧道结层产生的蚀刻副产物短路的最小间隔距离。

根据本发明构思的实施方式,当从平面图观看时,着陆焊盘LPAD和第一磁隧道结图案MTJP1之间的距离d1以及着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。因此,即使着陆焊盘LPAD在形成第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2的图案化工艺期间被暴露,也可以减小或最小化由着陆焊盘LPAD产生的蚀刻副产物将再次沉积在磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的侧壁上的可能性。换言之,根据本发明构思的实施方式,可以基本上防止或抑制磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被蚀刻着陆焊盘LPAD产生的蚀刻副产物短路,因此可以改善磁存储装置的可靠性。

图7A至图7E是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的存储器单元阵列的平面图。例如,图7A至图7E可以是示出参照图2描述的存储器单元阵列的实施方式的平面图。

参照图7A,根据本发明构思的某些实施方式的存储器单元阵列可以包括二维布置的多个单位存储器单元10。每个单位存储器单元10可以基本上类似于参照图4和图5描述的单位存储器单元。因此,为了说明的容易和方便的目的,将省略对每个单位存储器单元10的详细描述。下面将主要描述单位存储器单元10(或包括在其中的磁隧道结图案和着陆焊盘)的这种平面布置。

参照图4、图5和图7A,二维布置的单位存储器单元10可以分成多个存储器列15。每个存储器列15可以包括沿着第一方向D1布置的多个单位存储器单元10,并且多个存储器列15可以布置在第二方向D2上。

每个存储器列15可以包括第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3,第一子列SC1包括布置在第一方向D1上的第一磁隧道结图案MTJP1,第二子列SC2包括布置在第一方向D1上的第二磁隧道结图案MTJP2,第三子列SC3包括布置在第一方向D1上的着陆焊盘LPAD。在每个存储器列15中,第二子列SC2可以设置在第一子列SC1和第三子列SC3之间。

第一子列SC1和第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d4可以大于第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6,并且第二子列SC2和第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d5可以大于第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6。

包括在第一子列SC1中的第一磁隧道结图案MTJP1可以在第一方向D1上彼此间隔开,并可以布置在第一方向D1上。同样地,包括在第二子列SC2中的第二磁隧道结图案MTJP2可以在第一方向D1上彼此间隔开,并可以布置在第一方向D1上。在某些实施方式中,第一磁隧道结图案MTJP1之间在第一方向D1上的距离d7和第二磁隧道结图案MTJP2之间在第一方向D1上的距离d8可以小于第二子列SC2中的第二磁隧道结图案MTJP2和着陆焊盘LPAD之间的距离d2(图4)。

根据某些实施方式,第一磁隧道结图案MTJP1之间在第一方向D1上的距离d7可以基本上等于第二磁隧道结图案MTJP2之间在第一方向D1上的距离d8。此外,距离d7和d8可以基本上等于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3(图4)(d3=d7=d8)。在此情况下,包括在一个存储器列15中的磁隧道结图案MTJP1和MTJP2可以以基本上相等的距离布置在第一方向D1和第二方向D2上。如参照图4所述的,第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3可以基本上等于或大于能够基本上防止磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被由磁隧道结层产生的蚀刻副产物短路的最小间隔距离。因此,包括在一个存储器列15中的磁隧道结图案MTJP1和MTJP2之间的距离可以基本上等于或大于能够基本上防止磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被由磁隧道结层产生的蚀刻副产物短路的最小间隔距离。

根据图7A所示的实施方式,第一至第三子列SC1、SC2和SC3可以以相同的顺序布置在每个存储器列15中。具体地,第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3可以在每个存储器列15中按指定的顺序沿着第二方向D2布置。因此,两个相邻的存储器列15中的一个存储器列15的第三子列SC3可以相邻于所述两个相邻的存储器列15中的另一个存储器列15的第一子列SC1,使所述两个相邻的存储器列15的边界插设在其间。彼此相邻且使所述边界插设在其间的第三子列SC3和第一子列SC1之间在第二方向D2上的距离d9可以大于包括在一个存储器列15中的第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6。例如,彼此相邻且使所述边界插设在其间的第三子列SC3和第一子列SC1之间在第二方向D2上的距离d9可以基本上等于包括在一个存储器列15中的第二子列SC2和第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d5。同样地,分别包括在彼此相邻且使所述边界插设在其间的第三子列SC3和第一子列SC1中的着陆焊盘LPAD和第一磁隧道结图案MTJP1之间的最小距离d10可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。例如,最小距离d10可以基本上等于第二磁隧道结图案MTJP2和着陆焊盘LPAD之间的距离d2。

根据图4、图5和图7A所示的实施方式,当从平面图观看时,彼此相邻的着陆焊盘LPAD和磁隧道结图案MTJP1或MTJP2之间的距离d10或d2可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。因此,即使着陆焊盘LPAD在用于形成磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的图案化工艺期间被暴露,也可以减小或最小化由着陆焊盘LPAD产生的蚀刻副产物将再次沉积在磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的侧壁上的可能性。换言之,根据本发明构思的实施方式,可以基本上防止或抑制磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被着陆焊盘LPAD的蚀刻副产物短路,因此可以改善磁存储装置的可靠性。

参照图5,可以提供在第一方向D1上延伸的第一位线BL1。每个第一位线BL1可以共同地连接到包括在每个存储器列15中的第一磁隧道结图案MTJP1。更具体地,每个第一位线BL1可以提供在对应的第一子列SC1中包括的第一磁隧道结图案MTJP1上从而共同地连接到对应的第一子列SC1中包括的第一磁隧道结图案MTJP1。此外,可以提供在第一方向D1上延伸的第二位线BL2。每个第二位线BL2可以共同连接到每个存储器列15中包括的第二磁隧道结图案MTJP2。更具体地,每个第二位线BL2可以提供在对应的第二子列SC2中包括的第二磁隧道结图案MTJP2下面从而共同地连接到对应的第二子列SC2中包括的第二磁隧道结图案MTJP2。如图5所示,第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2可以设置在相同的水平面。因此,第一位线BL1可以设置在比第二位线BL2高的水平面处。

参照图7B,根据本发明构思的某些实施方式的存储器单元阵列可以包括布置成二维布局的多个单位存储器单元10。每个单位存储器单元10可以基本上类似于参照图4和图5描述的单位存储器单元。因此,为了说明的容易和方便的目的,将省略对每个单位存储器单元10的详细描述。下面将主要描述单位存储器单元10(或其中包括的磁隧道结图案和着陆焊盘)的平面布置。

参照图4、图5和图7B,二维布置的单位存储器单元10可以分成多个存储器列15。每个存储器列15可以包括沿着第一方向D1布置的多个单位存储器单元10,并且多个存储器列15可以布置在垂直于第一方向D1的第二方向D2上。

每个存储器列15可以类似于参照图4、图5和图7A描述的存储器列。每个存储器列15可以包括第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3,第一子列SC1包括布置在第一方向D1上的第一磁隧道结图案MTJP1,第二子列SC2包括布置在第一方向D1上的第二磁隧道结图案MTJP2,第三子列SC3包括布置在第一方向D1上的着陆焊盘LPAD。为了说明的容易和方便的目的,将省略对第一至第三子列SC1、SC2和SC3的每个的详细描述。

根据图7B所示的实施方式,两个相邻的存储器列15中的一个存储器列15的第一至第三子列SC1至SC3和所述两个相邻的存储器列15中的另一个存储器列15的第一至第三子列SC1至SC3可以关于所述两个相邻的存储器列15之间的边界对称。具体地,所述两个相邻存储器列15中的一个存储器列15的第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3可以按指定的顺序布置在第二方向D2上,而所述两个相邻的存储器列15中的另一个存储器列15的第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3可以以相反的顺序布置在第二方向D2上。换言之,存储器列15可以沿着第二方向D2镜像对称地布置。

存储器列15之间的边界中的第一边界可以相邻于分别包括在彼此相邻一对存储器列15中且使第一边界插设在其间的第一子列SC1。换言之,该对存储器列15的第一子列SC1可以彼此相邻,使第一边界插设在其间。彼此相邻且使第一边界插设在其间的第一子列SC1之间在第二方向D2上的距离d11可以小于包括在一个存储器列15中的第二子列SC2和第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d5。例如,第一子列SC1之间在第二方向D2上的距离d11可以基本上等于包括在一个存储器列15中的第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6。同样地,分别包括在彼此相邻且使第一边界插设在其间的第一子列SC1中的第一磁隧道结图案MTJP1之间的最小距离d12可以小于着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2(图4)。例如,最小距离d12可以基本上等于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3(图4)。

存储器列15之间的边界中的第二边界可以相邻于分别包括在彼此相邻的另一对存储器列15中且使第二边界插设在其间的第三子列SC3。换言之,该另一对存储器列15的第三子列SC3可以彼此相邻且使第二边界插设在其间。彼此相邻且使第二边界插设在其间的第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d13可以小于包括在一个存储器列15中的第二子列SC2和第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d5。此外,相邻的第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d13也可以小于包括在一个存储器列15中的第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6。同样地,分别包括在彼此相邻且使第二边界插设在其间的第三子列SC3中的着陆焊盘LPAD之间的最小距离d14可以小于着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2。此外,最小距离d14也可以小于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。

根据图4、图5和图7B所示的实施方式,当从平面图观看时,彼此相邻的着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。因此,即使着陆焊盘LPAD在用于形成磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的图案化工艺期间被暴露,也可以减小或最小化由着陆焊盘LPAD产生的蚀刻副产物将再次沉积在磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的侧壁上的可能性。换言之,根据本发明构思的实施方式,可以基本上防止或抑制磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被着陆焊盘LPAD的蚀刻副产物短路,因此可以改善磁存储装置的可靠性。

可以提供在第一方向D1上延伸的第一位线BL1。每个第一位线BL1可以共同连接到包括在每个存储器列15中的第一磁隧道结图案MTJP1。此外,可以提供在第一方向D1上延伸的第二位线BL2。每个第二位线BL2可以共同连接到包括在每个存储器列15中的第二磁隧道结图案MTJP2。第一位线BL1和第二位线BL2可以基本上类似于参照图4、图5和图7A描述的那些。

参照图7C,根据本发明构思的某些实施方式的存储器单元阵列可以包括二维布置的多个单位存储器单元10。每个单位存储器单元10可以基本上类似于参照图6描述的单位存储器单元。因此,为了说明的容易和方便的目的,将省略对每个单位存储器单元10的详细描述。下面将主要描述单位存储器单元10(或其中包括的磁隧道结图案和着陆焊盘)的平面布置。

参照图6和图7C,二维布置的单位存储器单元10可以分成多个存储器列15。每个存储器列15可以包括沿着第一方向D1布置的多个单位存储器单元10,并且多个存储器列15可以布置在垂直于第一方向D1的第二方向D2上。

每个存储器列15可以包括第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3,第一子列SC1包括布置在第一方向D1上的第一磁隧道结图案MTJP1,第二子列SC2包括布置在第一方向D1上的第二磁隧道结图案MTJP2,第三子列SC3包括布置在第一方向D1上的着陆焊盘LPAD。

当从平面图观看时,包括在一个存储器列15中的第一子列SC1和第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d4可以大于包括在一个存储器列15中的第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6。此外,当从平面图观看时,包括在一个存储器列15中的第二子列SC2和第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d5可以大于包括在一个存储器列15中的第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6。

包括在第一子列SC1中的第一磁隧道结图案MTJP1可以在第一方向D1上彼此间隔开,并可以布置在第一方向D1上。同样地,包括在第二子列SC2中的第二磁隧道结图案MTJP2可以在第一方向D1上彼此间隔开,并可以布置在第一方向D1上。第一磁隧道结图案MTJP1之间在第一方向D1上的距离d7和第二磁隧道结图案MTJP2之间在第一方向D1方向上的距离d8可以小于着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2。在每个存储器列15中,第二子列SC2可以设置在第一子列SC1和第三子列SC3之间。

根据图7C所示的实施方式,当从平面图观看时,分别包括在一个存储器列15的第一子列SC1和第二子列SC2中的第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2可以沿着第一方向D1布置成Z字形形式。同样地,当从平面图观看时,分别包括在一个存储器列15的第二子列SC2和第三子列SC3中的第二磁隧道结图案MTJP2和着陆焊盘LPAD可以沿着第一方向D1布置成Z字形形式。因此,当从平面图观看时,第二子列SC2和第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d5可以小于第二磁隧道结图案MTJP2和着陆焊盘LPAD之间的距离d2(图4)。此外,当从平面图观看时,第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6可以小于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3(图4)。

根据某些实施方式,第一磁隧道结图案MTJP1之间在第一方向D1上的距离d7可以基本上等于第二磁隧道结图案MTJP2之间在第一方向D1上的距离d8。此外,距离d7和d8可以基本上等于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3(图4)(即d3=d7=d8)。换言之,包括在一个存储器列15中的磁隧道结图案MTJP1和MTJP2可以彼此间隔开基本上相等的距离。如上所述,第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3可以基本上等于或大于能够基本上防止磁隧道结图案被由磁隧道结层产生的蚀刻副产物短路的最小间隔距离。因此,包括在一个存储器列15中的磁隧道结图案MTJP1和MTJP2之间的距离d3、d7和d8可以基本上等于或大于能够基本上防止磁隧道结图案被由磁隧道结层产生的蚀刻副产物短路的最小间隔距离。

根据图6和图7C所示的实施方式,第一至第三子列SC1、SC2和SC3可以以相同的顺序布置在每个存储器列15中。具体地,第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3可以在每个存储器列15中以指定的顺序沿着第二方向D2布置。因此,两个相邻的存储器列15中的一个存储器列15的第三子列SC3可以相邻于所述两个相邻的存储器列15中的另一个存储器列15的第一子列SC1,使所述两个相邻的存储器列15之间的边界插设在其间。彼此相邻且使所述边界插设在其间的第三子列SC3和第一子列SC1之间在第二方向D2上的距离d9可以大于包括在一个存储器列15中的第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6。分别包括在彼此相邻且使所述边界插设在其间的第三子列SC3和第一子列SC1中的着陆焊盘LPAD和第一磁隧道结图案MTJP1之间的最小距离d10可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3(图4)。例如,最小距离d10可以基本上等于第二磁隧道结图案MTJP2和着陆焊盘LPAD之间的距离d2(图4)。

根据图6和图7C所示的实施方式,当从平面图观看时,彼此相邻的着陆焊盘LPAD和磁隧道结图案MTJP1或MTJP2之间的距离d10或d2可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3(图4)。因此,即使着陆焊盘LPAD在用于形成磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的图案化工艺期间被暴露,也可以减小或最小化由着陆焊盘LPAD产生的蚀刻副产物将再次沉积在磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的侧壁上的可能性。换言之,根据本发明构思的实施方式,可以基本上防止或抑制磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被着陆焊盘LPAD的蚀刻副产物短路,因此可以改善磁存储装置的可靠性。

可以提供在第一方向D1上延伸的第一位线BL1。每个第一位线BL1可以共同连接到包括在每个存储器列15中的第一磁隧道结图案MTJP1。更具体地,每个第一位线BL1可以提供在包括于对应的第一子列SC1中的第一磁隧道结图案MTJP1上从而共同地连接到包括在对应的第一子列SC1中的第一磁隧道结图案MTJP1。此外,可以提供在第一方向D1上延伸的第二位线BL2。每个第二位线BL2可以共同地连接到包括在对应存储器列15中的第二磁隧道结图案MTJP2。更具体地,每个第二位线BL2可以提供在包括在对应的第二子列SC2中的第二磁隧道结图案MTJP2下面从而共同地连接到包括在对应的第二子列SC2中的第二磁隧道结图案MTJP2。如图5所示,第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2可以设置在相同的水平面。因此,第一位线BL1可以设置在比第二位线BL2高的水平面处。

参照图7D,根据本发明构思的某些实施方式的存储器单元阵列可以包括二维布置的多个单位存储器单元10。每个单位存储器单元10可以基本上类似于参照图6描述的单位存储器单元。因此,为了说明的容易和方便的目的,将省略对每个单位存储器单元10的详细描述。下面将主要描述单位存储器单元10(或其中包括的磁隧道结图案和着陆焊盘)的平面布置。

参照图6和图7D,二维布置的单位存储器单元10可以分成多个存储器列15。每个存储器列15可以包括沿着第一方向D1布置的多个单位存储器单元10,并且多个存储器列15可以布置在垂直于第一方向D1的第二方向D2上。

每个存储器列15可以类似于参照图6和图7C描述的存储器列。在某些实施方式中,每个存储器列15可以包括第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3,第一子列SC1包括布置在第一方向D1上的第一磁隧道结图案MTJP1,第二子列SC2包括布置在第一方向D1上的第二磁隧道结图案MTJP2,第三子列SC3包括布置在第一方向D1上的着陆焊盘LPAD。为了说明的容易和方便的目的,将省略对第一至第三子列SC1、SC2和SC3的每个的详细描述。

根据图7D所示的实施方式,两个相邻的存储器列15中的一个存储器列15的第一至第三子列SC1至SC3和所述两个相邻的存储器列15中的另一个存储器列15的第一至第三子列SC1至SC3可以关于所述两个相邻的存储器列15之间的边界对称。具体地,所述两个相邻的存储器列15中的一个存储器列15的第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3可以以指定的顺序布置在第二方向D2上,而所述两个相邻的存储器列15中的另一个存储器列15的第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3可以以相反的顺序布置在第二方向D2上。换言之,存储器列15可以沿着第二方向D2镜像对称地布置。

存储器列15之间的边界中的第一边界可以相邻于分别包括在彼此相邻且使第一边界插设在其间的一对存储器列15中的第一子列SC1。换言之,该对存储器列15的第一子列SC1可以彼此相邻而使第一边界插设在其间。彼此相邻且使第一边界插设在其间的第一子列SC1之间在第二方向D2上的距离d11可以小于着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2。例如,距离d11可以基本上等于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。同样地,分别包括在彼此相邻且使第一边界插设在其间的第一子列SC1中的第一磁隧道结图案MTJP1之间的最小距离d12可以小于着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2。例如,最小距离d12可以基本上等于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。

存储器列15之间的边界中的第二边界可以相邻于分别包括在彼此相邻且使第二边界插设在其间的另一对存储器列15中的第三子列SC3。换言之,另一对存储器列15的第三子列SC3可以彼此相邻而使第二边界插设在其间。彼此相邻且使第二边界插设在其间的第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d13可以小于包括在一个存储器列15中的第二子列SC2和第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d5。此外,相邻的第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d13也可以小于包括在一个存储器列15中的第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6。同样地,分别包括在彼此相邻且使第二边界插设在其间的第三子列SC3中的着陆焊盘LPAD之间的最小距离d14可以小于着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2。此外,最小距离d14也可以小于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。

根据图6和图7D所示的实施方式,当从平面图观看时,彼此相邻的着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。因此,即使着陆焊盘LPAD在用于形成磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的图案化工艺期间被暴露,也可以基本上减小或最小化由着陆焊盘LPAD产生的蚀刻副产物将再次沉积在磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的侧壁上的可能性。换言之,根据本发明构思的实施方式,可以基本上防止或抑制磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被着陆焊盘LPAD的蚀刻副产物短路,因此可以改善磁存储装置的可靠性。

在第一方向D1上延伸的每个第一位线BL1可以共同地连接到包括在对应存储器列15中的第一磁隧道结图案MTJP1。此外,在第一方向D1上延伸的每个第二位线BL2可以共同地连接到包括在对应存储器列15中的第二磁隧道结图案MTJP2。第一位线BL1和第二位线BL2可以基本上类似于参照图7A描述的那些。

参照图7E,根据本发明构思的某些实施方式的存储器单元阵列可以包括二维布置的多个单位存储器单元10。每个单位存储器单元10可以基本上类似于参照图6描述的单位存储器单元。因此,为了说明的容易和方便的目的,将省略对每个单位存储器单元10的详细描述。下面将主要描述单位存储器单元10(或其中包括的磁隧道结图案和着陆焊盘)的平面布置。

参照图6和图7E,二维布置的单位存储器单元10可以分成多个存储器列15。每个存储器列15可以包括沿着第一方向D1布置的多个单位存储器单元10,并且多个存储器列15可以布置在垂直于第一方向D1的第二方向D2上。

每个存储器列15可以类似于参照图6和图7D描述的存储器列。具体地,每个存储器列15可以包括第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3,第一子列SC1包括布置在第一方向D1上的第一磁隧道结图案MTJP1,第二子列SC2包括布置在第一方向D1上的第二磁隧道结图案MTJP2,第三子列SC3包括布置在第一方向D1上的着陆焊盘LPAD。为了说明的容易和方便的目的,将省略对第一至第三子列SC1、SC2和SC3的每个的详细描述。

根据图7E所示的实施方式,彼此相邻的两个存储器列15中的一个存储器列15的第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3可以以指定的顺序布置在第二方向D2上,而所述两个相邻的存储器列15中的另一个存储器列15的第一子列SC1、第二子列SC2和第三子列SC3可以以相反的顺序布置在第二方向D2上。

存储器列15之间的边界中的第一边界可以相邻于分别包括在彼此相邻且使第一边界插设在其间的一对存储器列15中的第一子列SC1。换言之,该对存储器列15的第一子列SC1可以彼此相邻且使第一边界插设在其间。当从平面图观看时,包括在彼此相邻且使第一边界插设在其间的第一子列SC1中的第一磁隧道结图案MTJP1可以沿着第一方向D1布置成Z字形形式。彼此相邻且使第一边界插设在其间的第一子列SC1之间在第二方向D2上的距离d11可以小于包括在一个存储器列15中的第二子列SC2和第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d5。例如,距离d11可以基本上等于包括在一个存储器列15中的第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6。分别包括在彼此相邻且使第一边界插设在其间的第一子列SC1中的第一磁隧道结图案MTJP1之间的最小距离d12可以小于着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2。例如,最小距离d12可以基本上等于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。

存储器列15之间的边界中的第二边界可以相邻于分别包括在彼此相邻且使第二边界插设在其间的另一对存储器列15中的第三子列SC3。换言之,该另一对存储器列15的第三子列SC3可以彼此相邻且使第二边界插设在其间。彼此相邻且使第二边界插设在其间的第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d13可以小于包括在一个存储器列15中的第二子列SC2和第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d5。此外,相邻的第三子列SC3之间在第二方向D2上的距离d13也可以小于包括在一个存储器列15中的第一子列SC1和第二子列SC2之间在第二方向D2上的距离d6。同样地,分别包括在彼此相邻且使第二边界插设在其间的第三子列SC3中的着陆焊盘LPAD之间的最小距离d14可以小于着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2。此外,最小距离d14也可以小于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。

根据图6和图7E所示的实施方式,当从平面图观看时,彼此相邻的着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。因此,即使着陆焊盘LPAD在用于形成磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的图案化工艺期间被暴露,也可以基本上减小或最小化由着陆焊盘LPAD产生的蚀刻副产物将再次沉积在磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的侧壁上的可能性。换言之,根据本发明构思的实施方式,可以基本上防止或抑制磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被着陆焊盘LPAD的蚀刻副产物短路,因此可以改善磁存储装置的可靠性。

在第一方向D1上延伸的每个第一位线BL1可以共同地连接到包括在对应存储器列15中的第一磁隧道结图案MTJP1。此外,在第一方向D1上延伸的每个第二位线BL2可以共同地连接到包括在对应存储器列15中的第二磁隧道结图案MTJP2。第一位线BL1和第二位线BL2可以基本上类似于参照图7A所描述的那些。

图8A至图8C是对应于图4的线I-I’的截面图,用于示出根据本发明构思的某些实施方式的制造磁存储装置的单位存储器单元的方法。在下文,与图4、图5和图6的实施方式中描述的相同的元件将由相同的附图标记或相同的参考指示符表示,并且为了说明的容易和方便的目的将省略或简单涉及对其的描述。

参照图4和图8A,可以提供包括第一选择晶体管SE1和第二选择晶体管SE2的基板110。第一层间绝缘层120可以形成在基板110上。例如,第一层间绝缘层120可以包括硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物中的至少一种。第一层间绝缘层120可以通过例如化学气相沉积(CVD)工艺或物理气相沉积(PVD)工艺形成。

第一接触插塞PLG1和第二接触插塞PLG2可以形成为穿过第一层间绝缘层120。第一接触插塞PLG1可以连接到第一选择晶体管SE1,第二接触插塞PLG2可以连接到第二选择晶体管SE2。此外,第二位线BL2可以形成在第一层间绝缘层120中。

第二层间绝缘层122可以形成在第一层间绝缘层120上。例如,第二层间绝缘层122可以包括硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物中的至少一种。第二层间绝缘层122可以通过CVD工艺或PVD工艺形成。

第一底部电极BE1和第二底部电极BE2以及着陆焊盘LPAD可以形成为穿过第二层间绝缘层122。形成第一底部电极BE1和第二底部电极BE2以及着陆焊盘LPAD可以包括:图案化第二层间绝缘层122以形成分别暴露第一接触插塞PLG1、第二位线BL2和第二接触插塞PLG2的第一通孔PH1、第二通孔PH2和第三通孔PH3;在第二层间绝缘层122上形成填充第一至第三通孔PH1、PH2和PH3的导电层;以及平坦化导电层直到第二层间绝缘层122的顶表面被暴露。因此,第一底部电极BE1和第二底部电极BE2的顶表面和着陆焊盘LPAD的顶表面可以设置在基本上相同的水平面。第一底部电极BE1可以电连接到第一接触插塞PLG1,第二底部电极BE2可以电连接到第二位线BL2,着陆焊盘LPAD可以电连接到第二接触插塞PLG2。

参照图4和图8B,可选底部电极层OBEL、磁隧道结层MTJL、可选顶部电极层OTEL和顶部电极层TEL可以顺序地形成在第二层间绝缘层122上。层OBEL、MTJL、OTEL和TEL的每个可以通过例如CVD工艺或PVD工艺形成。

可选底部电极层OBEL和可选顶部电极层OTEL可以包括导电的金属氮化物,诸如钛氮化物和/或钽氮化物。在某些实施方式中,可以省略可选底部电极层OBEL和可选顶部电极层OTEL中的至少一个。在下文,为了说明的容易和方便的目的,其中形成可选底部电极层OBEL和可选顶部电极层OTEL的实施方式将作为示例来描述。然而,本发明构思的实施方式不限于此。

在某些实施方式中,磁隧道结层MTJL可以包括顺序地堆叠的被钉扎层PL、隧道屏蔽层TBL和自由层FL。然而,本发明构思的实施方式不限于此。在某些实施方式中,自由层、隧道阻挡层TBL和被钉扎层可以顺序地堆叠。磁隧道结层MTJL将在后面参照图9A和/或图9B详细描述。

掩模图案MP可以形成在顶部电极层TEL上。当从平面图观看时,掩模图案MP可以分别与第一底部电极BE1和第二底部电极BE2交叠。掩模图案MP可以包括但不限于硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物中的至少一种。

参照图4和图8C,第一可选底部电极图案OBEP1、第一磁隧道结图案MTJP1、第一可选顶部电极图案OTEP1和第一顶部电极图案TEP1可以顺序地形成在第一底部电极BE1上。第二可选底部电极图案OBEP2、第二磁隧道结图案MTJP2、第二可选顶部电极图案OTEP2和第二顶部电极图案TEP2可以顺序地形成在第二底部电极BE2上。形成图案OBEP1、OBEP2、MTJP1、MTJP2、OTEP1、OTEP2、TEP1和TEP2可以包括采用掩模图案MP作为蚀刻掩模顺序地图案化顶部电极层TEL、可选顶部电极层OTEL、磁隧道结层MTJL和可选底部电极层OBEL。在某些实施方式中,图案化工艺可以采用离子束蚀刻(IBE)工艺进行。

在图案化磁隧道结层MTJL的工艺期间,由磁隧道结层MTJL产生的蚀刻副产物可能再次沉积在磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的侧壁上。因此,第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2可能被短路。短路的可能性可以随着第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间距离d3的减小而增大。然而,根据本发明构思的实施方式,第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3可以基本上等于或大于能够基本上防止第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2被由磁隧道结层MTJL产生的蚀刻副产物短路的最小间隔距离。

通常,着陆焊盘LPAD可能在用于形成磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的图案化工艺期间被暴露且部分地蚀刻。此时,由着陆焊盘LPAD产生的蚀刻副产物可能再次沉积在磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的侧壁上,从而导致磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的短路。由于着陆焊盘LPAD的蚀刻而发生短路的可能性可以随着磁隧道结图案MTJP1和MTJP2和着陆焊盘LPAD之间的距离的减小而增大。

然而,根据本发明构思的实施方式,当从平面图观看时,着陆焊盘LPAD和第一磁隧道结图案MTJP1之间的距离d1以及着陆焊盘LPAD和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d2可以大于第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2之间的距离d3。因此,即使着陆焊盘LPAD在用于形成磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的图案化工艺期间被暴露,也可以减小或最小化由着陆焊盘LPAD产生的蚀刻副产物将再次沉积在磁隧道结图案MTJP1和MTJP2的侧壁上的可能性。换言之,根据本发明构思的实施方式,可以基本上防止或抑制磁隧道结图案MTJP1和MTJP2被着陆焊盘LPAD的蚀刻副产物短路,因此可以改善磁存储装置的可靠性。

再次参照图4和图5,第三层间绝缘层124可以形成在第二层间绝缘层122上以覆盖第一磁隧道结图案MTJP1和第二磁隧道结图案MTJP2。第三层间绝缘层124可以包括例如硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物中的至少一种。例如,第三层间绝缘层124可以通过CVD工艺或PVD工艺形成。在某些实施方式中,第三层间绝缘层124可以被平坦化直到第一顶部电极图案TEP1的顶表面和第二顶部电极图案TEP2的顶表面被暴露。

互连接触INC可以形成为穿过第三层间绝缘层124。互连接触INC可以连接到着陆焊盘LPAD。第一位线BL1和互连图案INP可以形成在第三层间绝缘层124上。第一位线BL1可以电连接到第一顶部电极图案TEP1,互连图案INP可以将互连接触INC电连接到第二顶部电极图案TEP2。在某些实施方式中,互连接触INC、互连图案INP和第一位线BL1可以采用镶嵌工艺同时形成。

图9A和图9B是示出根据本发明构思的某些实施方式的磁隧道结图案的概念图。磁隧道结图案MTJP可以包括第一磁图案MP1、隧道阻挡图案TBP和第二磁图案MP2。第一磁图案MP1和第二磁图案MP2中的一个可以对应于磁隧道结的自由图案,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2中的另一个可以对应于磁隧道结的被钉扎图案。在下文,为了说明的容易和方便的目的,第一磁图案MP1将被描述为被钉扎图案,并且第二磁图案MP2将被描述为自由图案。相反地,在某些实施方式中,第一磁图案MP1可以是自由图案,并且第二磁图案MP2可以是被钉扎图案。磁隧道结图案MTJP的电阻值可以根据自由图案和被钉扎图案的磁化方向来确定。例如,当自由图案和被钉扎图案的磁化方向彼此反平行时磁隧道结图案MTJP的电阻值可以远大于当自由图案和被钉扎图案的磁化方向彼此平行时磁隧道结图案MTJP的电阻值。因而,磁隧道结图案MTJP的电阻值可以通过改变自由图案的磁化方向来调整。这可以用作根据本发明构思的某些实施方式的磁存储装置的数据存储原理。

参照图9A,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的磁化方向可以基本上平行于隧道阻挡图案TBP的顶表面,因此第一磁图案MP1和第二磁图案MP2可以构成水平磁化结构。在这些实施方式中,第一磁图案MP1可以包括包含反铁磁材料的层和包含铁磁材料的层。在某些实施方式中,包含反铁磁材料的层可以包括PtMn、IrMn、MnO、MnS、MnTe、MnF2、FeCl2、FeO、CoCl2、CoO、NiCl2、NiO和Cr中的至少一种。在某些实施方式中,包含反铁磁材料的层可以包括至少一种贵金属。贵金属可以包括钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、金(Au)或银(Ag)。包含铁磁材料的层可以包括CoFeB、Fe、Co、Ni、Gd、Dy、CoFe、NiFe、MnAs、MnBi、MnSb、CrO2、MnOFe2O3、FeOFe2O3、NiOFe2O3、CuOFe2O3、MgOFe2O3、EuO和Y3Fe5O12中的至少一种。

第二磁图案MP2可以包括具有可改变的磁化方向的材料。第二磁图案MP2可以包括铁磁材料。例如,第二磁图案MP2可以包括FeB、Fe、Co、Ni、Gd、Dy、CoFe、NiFe、MnAs、MnBi、MnSb、CrO2、MnOFe2O3、FeOFe2O3、NiOFe2O3、CuOFe2O3、MgOFe2O3、EuO和Y3Fe5O12中的至少一种。

第二磁图案MP2可以包括多个层。例如,第二磁图案MP2可以包括多个铁磁层以及设置在铁磁层之间的非磁材料层。在此情况下,铁磁层和非磁材料层可以构成合成的反铁磁层。合成的反铁磁层可以减小磁存储装置的临界电流密度,并可以改善磁存储装置的热稳定性。

隧道阻挡图案TBP可以包括镁氧化物(MgO)、钛氧化物(TiO)、铝氧化物(AlO)、镁锌氧化物(MgZnO)、镁硼氧化物(MgBO)、钛氮化物(TiN)和钒氮化物(VN)中的至少一种。在某些实施方式中,隧道阻挡图案TBP可以是由镁氧化物(MgO)形成的单层。可选地,隧道阻挡图案TBP可以包括多个层。隧道阻挡图案TBP可以采用CVD工艺形成。

参照图9B,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的磁化方向可以基本上垂直于隧道阻挡图案TBP的顶表面,因此第一磁图案MP1和第二磁图案MP2可以构成垂直磁化结构。在这些实施方式中,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的每个可以包括具有L10晶体结构的材料、具有六方密堆积(HCP)晶体结构的材料和非晶的稀土过渡金属(RE-TM)合金中的至少一种。在某些实施方式中,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的每个可以包括具有L10晶体结构的Fe50Pt50、具有L10晶体结构的Fe50Pd50、具有L10晶体结构的Co50Pt50、具有L10晶体结构的Co50Pd50和具有L10晶体结构的Fe50Ni50中的至少一种。在某些实施方式中,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的每个可以包括CoPt无序合金或Co3Pt有序合金,其具有HCP晶体结构并包括10at.%至45at.%的铂含量。在某些实施方式中,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的每个可以包括至少一种非晶RE-TM合金,其包括从由铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)组成的组选择的至少一个以及从由稀土金属的铽(Tb)、镝(Dy)和钆(Gd)组成的组选择的至少一个。

在某些实施方式中,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2可以包括具有界面垂直磁各向异性(i-PMA)的材料。界面垂直磁各向异性可以表示具有本征水平磁化性质的磁层具有受该磁层和相邻于该磁层的另一层之间的界面影响的垂直磁化方向。这里,本征水平磁化性质可以表示磁层在没有外部因素存在时具有平行于该磁层的最宽表面的磁化方向。例如,当具有本征水平磁化性质的磁层形成在基板上并且外部因素不存在时,该磁层的磁化方向可以基本上平行于基板的顶表面。

例如,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的每个可以包括钴(Co)、铁(Fe)和镍(Ni)中的至少一种。此外,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的每个还可以包括从包括硼(B)、锌(Zn)、铝(Al)、钛(Ti)、钌(Ru)、钽(Ta)、硅(Si)、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、碳(C)和氮(N)的非磁材料中选择的至少一种。例如,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的每个可以包括CoFe或NiFe,并且还可以包括硼(B)。此外,为了减小第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的饱和磁化,第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的每个还可以包括钛(Ti)、铝(Al)、硅(Si)、镁(Mg)和钽(Ta)中的至少一种。第一磁图案MP1和第二磁图案MP2的每个可以采用溅射工艺或CVD工艺形成。

参照图8B描述的磁隧道结层MTJL可以包括与图9A或图9B的磁隧道结图案MTJP基本上相同的材料。

根据本发明构思的某些实施方式,着陆焊盘和磁隧道结图案之间的距离可以大于磁隧道结图案之间的距离。因此,即使着陆焊盘在用于形成磁隧道结图案的图案化工艺期间被暴露,也可以减小或最小化磁隧道结图案将被由着陆焊盘产生的蚀刻副产物短路的可能性。换言之,根据本发明构思的某些实施方式,可以基本上防止或抑制磁隧道结图案被着陆焊盘的蚀刻副产物短路,因此可以改善磁存储装置的可靠性。

尽管已经参照示例实施方式描述了本发明构思,但是对于本领域技术人员将是显然的,可以进行各种改变和修改,而没有脱离本发明构思的精神和范围。因此,应当理解,以上的实施方式不是限制性的,而是说明性的。因此,本发明构思的范围由权利要求及其等同物的最宽可允许解释确定,而不应受以上的描述限制或限定。

本申请要求分别于2015年10月15日和2015年11月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0144268号和第10-2015-0156320号的优先权,其公开内容通过引用整体地结合于此。

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