形成存储器单元和磁性存储器单元结构的阵列的方法,以及相关的存储器单元和存储器 ...的制作方法
【专利说明】形成存储器单元和磁性存储器单元结构的阵列的方法，以及相关的存储器单元和存储器单元结构
[0001]优先权主张
[0002]本申请案主张2012年9月13日申请的标题为“形成存储器单元和磁性存储器单元结构的阵列的方法，以及相关的存储器单元和存储器单元结构(METHODS OF FORMINGMEMORY CELLS AND ARRAYS OF MAGNETIC MEMORY CELL STRUCTURES, AND RELATED MEMORYCELLS AND MEMORY CELL STRUCTURES) ”的第13/614，212号美国专利申请案的申请日期的权利。
技术领域
[0003]本发明在各种实施例中大体来说涉及存储器装置设计和制造的领域。更特定来说，本发明涉及具有阶式结构(即，所具有的一部分界定比另一部分小的周边的结构)的存储器单元的设计和制造。
【背景技术】
[0004]磁性随机存取存储器(MRAM)为基于磁阻的非易失性计算机存储器技术。一种类型的MRAM单元为自旋力矩转移MRAM(STT-MRAM)单元。常规STT-MRAM单元包括由衬底支撑的磁性单元芯。磁性单元芯包括至少两个磁性区域(例如，“固定区域”和“自由区域”)，其中一非磁性区域在两个磁性区域中间。STT-MRAM单元可经配置以在固定区域和自由区域两者中展现垂直磁性定向，或可经配置以在固定区域和自由区域两者中展现水平磁性定向。固定区域具有固定磁性定向，而自由区域具有可在单元操作期间在“平行”配置与“反平行”配置之间切换的磁性定向，在“平行”配置中，固定区域的磁性定向和自由区域的磁性定向在同一方向(例如，分别为北和北、东和东、南和南，或西和西)上导引，在“反平行”配置中，固定区域的磁性定向和自由区域的磁性定向在相反方向(例如，分别为北和南、东和西、南和北，或西和东)上导引。在平行配置中，STT-MRAM单元展现跨越磁阻元件(B卩，固定区域和自由区域)的较低电阻。可将此相对低电阻状态定义为MRAM单元的“O”状态。在反平行配置中，STT-MRAM单元展现跨越磁阻元件(即，固定区域和自由区域)的较高电阻。可将此相对高电阻状态定义为MRAM单元的“I”状态。自由区域的磁性定向和跨越磁阻元件的所得高或低电阻状态的切换实现常规MRAM单元的写入和读取操作。
[0005]用于形成STT-MRAM单元结构的常规制造方法可包括从堆叠材料的前驱物结构选择性地移除材料。待移除的材料可包括具有相对高原子量的元素，此可对常规干式蚀刻工艺期间的易失提出挑战。另外，可不合需要地将经易失的元素再沉积于正经蚀刻的结构上，而非在蚀刻工艺期间完全移除。再另外，随着STT-MRAM单元结构的尺寸减小(例如)至约三十纳米以下以便增加晶片上的装置密度，在制造期间在STT-MRAM单元的结构中实现均匀性可提出挑战。
【发明内容】
[0006]揭示一种形成存储器单元的方法。所述方法包含在基底上形成前驱物结构。所述前驱物结构包含下部区段、上部区段，和在所述下部区段与所述上部区段之间的材料。所述上部区段经图案化以形成界定上部特征宽度的上部伸长特征区段。间隔物形成于所述上部伸长特征区段上以界定较宽特征图案。所述较宽特征图案经转印到所述材料和所述下部区段以形成下部伸长特征区段。所述上部伸长特征区段经图案化以形成上部离散特征区段。另一间隔物形成于所述上部离散特征区段上以界定另一较宽特征图案。所述另一较宽特征图案经转印到所述下部伸长特征区段以形成下部离散特征区段。
[0007]还揭示一种形成存储器单元的方法，在所述方法中，前驱物结构平行于X轴而图案化以形成伸长阶式特征结构。所述前驱物结构包含下部区段、上部区段，和在所述下部区段与所述上部区段之间的非磁性材料。所述伸长阶式特征结构包含界定下部特征宽度的下部伸长特征区段和界定上部特征宽度的上部伸长特征区段。所述上部特征宽度小于所述下部特征宽度。所述伸长阶式特征结构平行于大约垂直于所述X轴的y轴而图案化以形成包含上部离散特征区段的至少部分离散阶式特征结构。
[0008]此外，揭示一种形成存储器单元的方法，在所述方法中，掩模材料经图案化以形成平行于轴线的伸长掩模特征。所述伸长掩模特征垂直于所述轴线而图案化以界定离散掩模图案，所述离散掩模图案界定上部特征宽度和上部特征长度。所述离散掩模图案经转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宽度和所述上部特征长度的上部离散特征。间隔物形成于所述上部离散特征的侧壁上以界定较宽离散特征图案，所述较宽离散特征图案界定下部特征宽度和下部特征长度。所述较宽离散特征图案经转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宽度和所述下部特征长度的下部离散特征。所述上部离散特征安置于所述下部离散特征上。
[0009]还揭示一种形成磁性存储器单元的方法。所述方法包含从前驱物结构的上部区段选择性地移除磁性材料的至少一部分，以形成上部伸长特征区段。所述上部伸长特征区段包含支撑于非磁性材料上的所述磁性材料的剩余部分。所述非磁性材料将所述磁性材料与基底材料上的另一磁性材料分开。所述上部伸长特征区段界定上部特征宽度。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经选择性地移除以形成在所述上部伸长特征区段与所述基底材料之间的下部伸长特征区段。所述下部伸长特征区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从所述上部伸长特征区段选择性地移除以形成上部离散特征区段。所述上部离散特征区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撑于所述非磁性材料的所述剩余部分上，所述非磁性材料将磁性材料的所述另一剩余部分与所述基底材料上的所述另一磁性材料的所述剩余部分分开。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从所述下部伸长特征区段选择性地移除以形成下部离散特征区段。所述下部离散特征区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]进一步揭示磁性存储器单元结构的阵列。所述阵列包含界定伸长特征长度的至少一伸长特征。所述至少一伸长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长特征长度且处于基底材料上。所述非磁性材料具有所述伸长特征长度且处于所述磁性材料上。所述阵列还包含各自界定小于所述伸长特征长度的离散特征长度的多个离散特征。所述多个离散特征中的每一离散特征包含另一磁性材料。所述多个离散特征安置于所述至少一伸长特征上。
[0011]此外，揭示一种磁性存储器单元结构。所述磁性存储器单元结构包含伸长特征区段，所述伸长特征区段包含展现固定垂直磁性定向的磁性材料区域。所述磁性存储器单元结构还包含在所述伸长特征区段的上的离散特征区段。所述离散特征区段包含展现可切换垂直磁性定向的另一磁性材料区域。另一材料安置于所述磁性材料区域与所述另一磁性材料区域之间。
【附图说明】
[0012]图1为前驱物结构的等角示意性说明，将由所述前驱物结构制造STT-MRAM单元的阵列；
[0013]图2至10为根据本发明的实施例的在处理的各种阶段期间的离散阶式存储器单元装置结构的阵列的等角示意性说明，其中使用间隔的伸长掩模特征的掩模图案在X方向上图案化图1的前驱物结构的上部区段，使用间隔物蚀刻在X方向上图案化前驱物结构的下部区段，使用间隔的伸长掩模特征的另一掩模图案在y方向上图案化上部区段，且使用另一间隔物蚀刻在y方向上图案化下部区段以在基底材料上形成离散阶式存储器单元装置结构的阵列；
[0014]图11为上面形成有上部导电材料的伸长特征的图9的离散阶式存储器单元装置结构的阵列的等角示意性说明；
[0015]图12A为沿图11的截面12-12截得的包括底部导电材料的伸长特征的图11的结构的横截面图。
[0016]图12B为沿截面12-12截得的但具有底部导电材料的离散特征而非伸长特征的图11的结构的横截面图。
[0017]图13至18为根据本发明的实施例的在处理的各种阶段期间的离散阶式存储器单元装置结构的阵列的等角示意性说明，其中使用间隔的伸长掩模特征的掩模图案在X方向上将图1的前驱物结构图案化至基底材料，使用间隔的伸长掩模特征的较窄掩模图案在X方向上图案化上部区段，使用间隔的伸长掩模特征的另一掩模图案在y方向上将所述结构图案化至基底材料，且使用间隔的伸长掩模特征的另一较窄掩模图案在y方向上图案化上部区段以在基底材料上形成离散阶式存储器单元装置结构的阵列。
[0018]图19至23为根据本发明的实施例的在处理的各种阶段期间的离散阶式存储器单元装置结构的阵列的等角示意性说明，其中使用间隔的伸长掩模特征的掩模图案，由所述掩模图案形成离散掩模特征的另一掩模图案，使用离散掩模特征的所述另一掩模图案来图案化图1的前驱物结构的上部区段，且使用间隔物蚀刻来图案化前驱物结构的下部区段以在基底材料上形成离散阶式存储器单元装置结构的阵列。
[0019]图24至29为根据本发明的实施例的在处理的各种阶段期间的具有伸长下部区段和离散上部区段的阶式存储器单元装置结构的阵列的等角示意性说明，其中使用间隔的伸长掩模特征的掩模图案在X方向上图案化图1的前驱物结构的上部区段，使用间隔的伸长掩模特征的另一掩模图案在I方向上图案化上部区段，且使用间隔物蚀刻在I方向上图案化下部区段以在基底材料上形成具有伸长下部区段和离散上部区段的阶式存储器单元装置结构的阵列。
[0020]图30为上面形成有上部导电材料的伸长特征的具有图28的伸长下部区段和离散上部区段的阶式存储器单元装置结构的阵列的等角示意性说明。
[0021]图31为沿图30的截面31-31截得的图30的结构的横截面图。
[0022]图32为沿图30的截面32-32截得的图30的结构的横截面图。
[0023]图33为上面形成有选择装置和上部导电材料的伸长特征的图9的离散阶式存储器单元装置结构的阵列的等角示意性说明。
【具体实施方式】
[0024]揭示形成存储器单元的方法，形成磁性存储器单元的方法，以及相关的存储器单元结构和磁性存储器单元结构的阵列。所述方法包括图案化、选择性移除或其它移除动作的序列以由前驱物结构形成阶式特征结构，所述阶式特征结构具有具磁性材料的下部区段、具另一磁性材料的上部区段和其间的材料(例如，非磁性材料)。平行于轴线(例如，“X轴”)而图案化上部区段以在上部区段中形成伸长特征。还平行于X轴而图案化非磁性材料和下部区段以在下部区段中形成具有比上部区段中的伸长特征宽的宽度的伸长特征。具有较窄上部伸长特征区段和较宽下部伸长特征区段的此阶式伸长特征可经进一步图案化以形成具有至少一离散上部区段的阶式结构。举例来说，可平行于垂直于或大约垂直于X轴的另一轴线(例如，“y轴”)而图案化较窄上部伸长特征以形成一或多个离散上部特征。因此，可形成磁性存储器单元的阵列，其中伸长特征(包括磁性材料)支撑多个上部离散特征(包括另一磁性材料)。非磁性材料将包括磁性材料的伸长特征与包括另一磁性材料的离散特征分开。因此，离散特征内的另一磁性材料可形成STT-MRAM单元芯结构的