磁性隧道结单元和制备磁性隧道结单元的方法_3

文档序号:9454678阅读:来源:国知局
极 300的外部边缘与导电连接层310外部边缘之间的距离"同样地,导电连接层310的厚度 也可以根据器件的整体尺寸进行调整。例如,导电连接层310的厚度为上电极300厚度的 1/12~1/10,优选导电连接层310的厚度为LSO~200/L
[0049] 本申请上述环形磁性隧道结单元中,导电连接层310的材料只要能够导电即可。 一种优选的实施方式中,导电连接层310的材料为金属氮化物,优选金属氮化物为TaN。TaN 的导电率较高,而且与常规的环形磁性隧道结200的上表面具有较高的粘附性,能提高导 电连接层310的连接稳定性。
[0050] 本申请还提供了一种制备环形磁性隧道结单元的方法,如图2所示,其包括以下 步骤:提供形成有下电极300的衬底,并在下电极100上形成环形磁性隧道结200 ;在环形 磁性隧道结200上形成覆盖环形磁性隧道结200上表面的导电连接层310 ;以及在导电连 接层310上形成上电极300。通过在环形磁性隧道结200上形成覆盖环形磁性隧道结200 的导电连接层310,能够改善后期上电极300形成过程中的难以的对准问题,使上电极300 通过导电连接层310与环形磁性隧道结200保持较高的导电性。
[0051] 下面将更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而,这些示例性实施方式 可以由多种不同的形式来实施,并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当 理解的是,提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整,并且将这些示例性实 施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员,在附图中,为了清楚起见,扩大了层和区域 的厚度,并且使用相同的附图标记表示相同的器件,因而将省略对它们的描述。
[0052] 图3至图8示出了按照本申请一种实施方式所提供的制备环形磁性隧道结单元的 方法,经过各步骤后所形成的基体的剖面示意图。下面将结合图3至图8,进一步说明本申 请所提供的环形磁性隧道结单元的制备方法。
[0053] 首先,提供形成有下电极100的衬底,并在下电极100上形成环形磁性隧道结200, 进而形成如图3所示的基体结构。其中衬底可以为单晶硅、绝缘体上硅(SOI)或锗硅(SiGe) 等。作为示例,在本实施例中,衬底选用单晶硅材料构成。环形磁性隧道结200包括下磁性 层210、隧道阻挡层220及上磁性层230。为了提高环形磁性隧道结200与下电极100之间 的连接性能,可以在环形磁性隧道结200中下磁性层210的下表面设置第一粘结层。同理, 在环形磁性隧道结200中上磁性层230的上表面设置第二粘结层,用以提高环形磁性隧道 结200与上电极之间的连接强度。第一粘结层和第二粘结层的材料可以根据下磁性层210、 下电极100、上磁性层230及导电连接层310的具体材料进行调整。例如,第一粘结层的材 料包括但不限于为TaN或TiN,第二粘结层的材料包括但不限于为金属Ta。此外,出于保 护和支撑环形磁性隧道结200的考虑,在环形磁性隧道结200的内部还形成有中间保护层 110,该中间保护层110只要不影响环形磁性隧道结200的作用,并能够起到支撑作用即可, 形成该中间保护层110的步骤采用常规工艺即可。该中间保护层110的材料可以是本领域 技术人员惯用的介质材料,
[0054] 完成在下电极100上形成环形磁性隧道结200的步骤之后,环绕环形磁性隧道结 200外壁形成上表面与环形磁性隧道结200上表面齐平的第一绝缘层150,进而形成如图4 所示的基体结构。。形成该第一绝缘层150的方法采用本领域技术人员惯用的方法即可。
[0055] -种优选的实施方式中,形成上表面与环形磁性隧道结200上表面齐平的第一绝 缘层150的步骤包括:在下电极100的上方,形成覆盖环形磁性隧道结200的第一预备绝缘 层150';以环形磁性隧道结200的上表面为停止层,平坦化处理第一预备绝缘层150',形成 上表面与环形磁性隧道结200上表面齐平的第一绝缘层150。
[0056] -种更优选的实施方式中,如图5所示,该第一绝缘层150包括覆盖在下电极100 上表面的第一部分,以及环绕在环形磁性隧道结200侧壁上的第二部分。此时,形成上表面 与环形磁性隧道结200上表面齐平的第一绝缘层的步骤包括:沿下电极100的上表面,及环 形磁性隧道结200的外表面形成第一预备绝缘层150' ;并在第一预备绝缘层150'上形成 第一预备介质层160',进而形成如图5-1所示的基体结构。然后,以环形磁性隧道结200的 上表面为停止层,平坦化处理第一预备绝缘层150'和第一预备介质层160',形成上表面与 环形磁性隧道结200的上表面齐平的第一绝缘层150和第一介质层160 ;其中,第一介质层 160形成于第一绝缘层150的第一部分的上方,且环绕第一绝缘层150的第二部分,形成如 图5所示的基体结构。形成第一绝缘层150,有利于将环形磁性隧道结200隔离起来,进而 减少器件在电场作用下产生的漏电流。同时,出于节约成本的考虑,在第一绝缘层150的第 一部分上形成了第一介质层160。该第一绝缘层150的材料只要具有良好的绝缘性即可,例 如可以是掺氮碳化硅。该第一介质层160可以采用常规的介质材料,优选地,为了便于各层 的图形化和刻蚀,简化工序,上述第一介质层160也可以采用掩膜材料制成,上述掩膜材料 包括但不限于黑钻石。
[0057] 此外,现有的制备环形磁性隧道结单元的方法中,形成下电极和环形磁性隧道结 后,直接在裸露的下电极表面上和环形磁性隧道结的上方形成绝缘层,然后,在绝缘层上形 成掩膜层,图形化后采用干法刻蚀或湿法刻蚀的方式向下刻蚀掩膜层和绝缘层,形成凹槽 结构。而本申请上述的方法中,利用平坦化处理的手段去除第一预备绝缘层150'和第一预 备介质层160'中高于环形磁性隧道结200的部分。相比于刻蚀的方式而言,平坦化处理的 方式更有利于保持去除量的准确性,从而有利于避免环形磁性隧道结200因过度刻蚀带来 的损伤,进一步提高器件的使用性能。
[0058] -种更为优选的实施方式中,在形成第一绝缘层150的步骤之前,环绕环形磁性 隧道结200的外壁形成上表面与环形磁性隧道结200上表面齐平的保护介质层170,在保护 介质层170上形成上表面与环形磁性隧道结200上表面齐平的第一绝缘层150,并在第一绝 缘层150的第一部分上形成上表面与环形磁性隧道结200上表面齐平的第一介质层160,形 成如图6所示的基体结构。具体的形成上述各层的方法采用本领域技术人员惯用的方法即 可。
[0059] -种优选实施方式中,在形成环形磁性隧道结200的步骤后,还包括形成覆盖在 下电极100和环形磁性隧道结200外表面的保护介质预备层170'的步骤;形成第一预备 绝缘层150'的步骤中,在保护介质预备层170'上形成第一预备绝缘层150',进而形成如 图6-1所示的基体结构。然后,以环形磁性隧道结200的上表面为停止层,平坦化处理第一 预备绝缘层150'、保护介质预备层170'和可选的第一预备介质层160',进而形成如图6所 示的基体结构。其中,保护介质层170的材料包括但不限于低k材料,例如LTN(低温氮化 物),该"低温氮化物"指的是沉积温度低于350°C的氮化物。
[0060] 完成了形成第一绝缘层150、可选的保护介质层170及可选的第一介质层160的 步骤之后,形成导电连接层310。形成的导电连接层310的尺寸可以根据环形磁性隧道结 200的外环直径进行调整。只要导电连接层310能够完全覆盖环形磁性隧道结200上表面 并超出环形磁性隧道结200上表面的外缘即可。在一种优选的实施方式中,形成边缘线与 第一绝缘层150的第二部分的外边缘重合的导电连接层310,形成如图7所示的基体结构。 或者,形成边缘线位于第一绝缘层的第二部分的外边缘内侧的导电连接层310。将导电连接 层310的外边缘控制在小于等于第一绝缘层150的第二部分的外边缘,有利于使导电连接 层310被绝缘材料隔离起来,使最终的器件具有较好的电性能。
[0061] 形成上述导电连接层310的方法采用本领域技术人员惯用的方法即可。一种优选 的实施方式中,形成导电连接层310的步骤包括
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