专利名称：磁阻位结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及磁阻存储器，尤其涉及磁阻位结构及其制造方法。
背景技术：
磁阻存储器是非易失的。也就是说，即使电力丧失或中断，存储在存储器中的数据也能保持。典型的磁阻存储器使用铁磁材料薄膜的磁化方向的变化来表示和存储二元状态。每层铁磁材料薄膜可以被称为磁阻位。在写操作期间，经常使用字线和/或数字线和/或读出电流(sense current)在被选择的位结构附近通以适当的电流来设置被选择的位结构的磁化方向。电流产生磁场，所述磁场沿所希望的方向设置铁磁薄膜中至少一个层的磁化方向。磁化方向指示薄膜的磁阻性。在随后的读操作中，通过读出线或类似物在位结构中通以读出电流，由此能够读出薄膜的磁阻性。
在Daughton等人的美国专利No.4,731,757中以及Daughton等人的美国专利No.4,780,848中示出和说明了一些属于现有技术的磁阻位结构，所述两个专利都转让给了本发明的受让人，并且这里结合了所述两个专利作为参考。用于形成这种磁性位结构的示例性过程在Yeh等人的美国专利No.5,569,617中以及Yue等人的美国专利No.5,496,759中被示出和说明，所述两个专利都转让给了本发明的受让人，并且这里结合了所述两个专利作为参考。
这种磁阻存储器经常被方便地设置在单片式集成电路上，以便容易地在单片式集成电路上提供位结构与存储器操作电路之间的电互联。为了提供通过位结构的读出电流，例如，位结构的末端通常通过金属互连层连接至位结构附近。然后，位结构串形成读出线，其中常常通过操作位于在别处单片式集成电路上的电路来控制所述读出线。
对于许多磁阻存储器来说，希望减小铁磁薄膜位结构的尺寸，以实现被存储的数字位的高密度。因为希望减小位结构尺寸的原因，使得位结构的宽度常常小于用来形成与位结构的连接的触点和/或通路的最小允许宽度。结果，接触孔或通路孔常常覆盖位结构的侧边缘，例如如Daughton等人的美国专利No.4,731,757和Daughton等人的美国专利No.4,780,848。
这种方法的局限性在于，传统的集成电路工艺常常不能用来形成至位结构的接触孔和/或通路孔。例如，在传统的集成电路工艺中，常常通过首先在集成电路上设置被形成图案的光刻胶层来形成接触孔和通路孔。被形成图案的光刻胶层限定用来形成与位结构之间的接触的接触孔和/或通路孔的位置和尺寸。当光刻胶层位于适当位置时，蚀刻工艺用来向下蚀刻接触孔或通路孔至位结构。然而，如上所述，接触孔和/或通路孔常常覆盖位结构的边缘。在一些传统蚀刻工艺中，用于实施蚀刻的溶剂可能破坏位结构的边缘。
当接触孔或通路孔被蚀刻时，传统氧灰化光刻胶去除步骤(oxygenasher photoresist removal step)将被使用以去除光刻胶层。然而，因为接触孔和/或通路孔覆盖位结构的边缘，所以氧灰化光刻胶去除步骤可能会氧化铁磁位结构的侧壁，并且会极大地损坏位结构的边缘。
因为位结构潜在的损坏，所以在形成至磁性位结构的接触孔和/或通路孔时，许多磁性存储器工艺不使用传统的蚀刻和光刻胶去除步骤。作为替代，常常将专用的工艺技术结合在制造过程中。例如，继续使用上述例子，可以用不容易氧化磁性薄膜材料侧壁的其他工艺步骤来代替氧灰化光刻胶去除步骤，诸如使用“湿”光刻胶去除带(strip)。还可以使用其他技术，包括在位结构的被暴露边缘附近设置隔离物，以保护边缘不被后续的工艺步骤损坏。尽管这些专用技术可以减小位边缘被氧化的危险，但是这种工艺常常会导致比传统光刻胶步骤更高的缺陷密度，并且在磁阻位结构的操作方面还可能具有其他负面影响。
因此，希望有一种磁阻位结构，在形成至位结构的接触孔或通路孔时所述磁阻位结构不需要专用的工艺步骤。更具体地说，希望有一种磁阻位结构，在无需将位结构的位边缘直接暴露在蚀刻和/或去除步骤中的情况下，能够形成所述磁阻位结构。这样可以产生更有效、更可靠后端工艺，从而可以降低缺密度并且可以增加装置产量。
发明内容
本发明提供能够利用传统触点和/或通路工艺步骤产生的磁性位结构，由此克服了现有技术中的许多缺点。优选这是通过提供具有足够大位末端以容纳尺寸最小化接触孔或通路孔的磁性位结构来实现的。由此，接触孔或通路孔可以保持在位边缘的内部，从而保护位边缘在能够导致位结构氧化或损伤的随后处理步骤中不被损坏。
在一个示例性实施例中，本发明的磁阻位包括带有第一触点结构的第一位末端。优选第一位末端形成尺寸以围绕第一触点结构的周长侧向延伸。这种结构可以允许第一触点结构只接触磁阻位的顶部表面，同时保护位的侧壁。磁阻位还可以包括带有相应第二触点结构的第二位末端。与第一位末端相同，优选第二位末端形成尺寸以围绕第二触点结构的周长沿侧向延伸。
为了保持窄磁阻位的诸多磁属性，可以将磁阻位设计为包括伸长中心部分，所述伸长中心部分的宽度窄于第一和第二位末端的宽度。在这种结构中，优选数据存储在伸长中心部分，而不是存储在第一或第二位末端中。这样产生几个性能方面的优点。首先，一个和/或两个位末端不经受两个触点之间的电流。通过使位末端不经受来自触点的电流所产生的场，可以减少位末端的不期望有的转换。其次，因为位的电流通路被限制在触点之间，所以电流不会在位末端附近流动。最终结果是减小了位电阻，并且增加了磁阻电阻变化与位阻之间的比率的品质因数。
在本发明的说明方法中，优选磁阻位形成在集成电路的较平坦表面上。然后，磁阻位形成为具有第一位末端、第二位末端以及位于它们之间的伸长中心部分。优选伸长中心部分的宽度小于第一或第二位末端中任一个末端的宽度。然后，介电层至少沉积在或形成在第一和第二位末端的附近。其后，第一介电层的一部分有选择地被去除，以形成通过介电层向下至每个位末端的孔。优选所述孔具有向内与位末端的周长侧向分离开的周长。
当有选择地去除介电层时，光刻胶层可以首先设置在介电层上。然后，光可以有选择地施加在光刻胶层上，由此通过光刻胶去除步骤依次地去除暴露出来的区域。然后，使用蚀刻步骤去除介电层的暴露出来的部分，以形成所述孔。
优选地是，在设置介电层之前，将保护层设置在磁阻位附近。优选保护层实施两个主要的功能。首先，在用来形成接触孔或通路孔的介电蚀刻步骤期间，保护层用作蚀刻阻止物。其次，保护层可以帮助保护磁阻位不受在随后工艺步骤，例如光刻胶去除步骤中使用的溶剂、氧或其他潜在的破坏性材料或成分的破坏。在优选实施例中，孔被蚀刻通过第一介电层向下至保护层。
一旦被形成，所述孔优选填充导电材料。优选所述导电材料是通常用在传统集成电路工艺中的金属互连层。结果是触点或通路结构从介电层的顶部向下延伸至位结构的保护层。然后，触点或通路结构可以用来将位结构电连接至所需的磁阻存储器的部件或元件上。
附图简述
图1是本发明一个示例性实施例的俯视图；图2是其上形成有铁磁层的示例性集成电路的剖视侧视图；图3是图2所示示例性集成电路的剖视侧视图，离子铣削掩模(ion millmask)位于铁磁层之上；图4是磁阻位被形成图案之后，并且氧化层已经设置在磁阻位顶部表面上以后，图3所示示例性集成电路的剖视侧视图；图5是图4所示示例性集成电路的剖视侧视图，其中接触孔或通路孔被向下切削通过氧化层至磁阻位；以及图6是本发明另一示例性实施例的俯视图。
具体实施例方式
图1是本发明示例性实施例的俯视图。磁性位结构在全文中以2示出，并且所述磁性位结构包括第一位末端4a、第二位末端4b和伸长中心部分8。所示第一位末端4a和第二位末端4b具有正方形或者矩形形状，不过也可以料想到其他形状，包括圆形形状、椭圆形形状等。优选的是，第一位末端4a和第二位末端4b足够大，以容纳最小尺寸的触点或通路，诸如所示的触点或通路5a以及触点或通路5b。即，优选第一位末端4a和第二位末端4b形成尺寸以分别围绕触点或通路5a和触点或通路5b的周长侧向延伸。由此，接触孔或通路孔5a和5b向内与位边缘间隔开，如标号7所示。这样保护位的边缘在能够导致位结构2氧化或损伤的随后处理步骤中不被损坏。
为了保持窄磁阻位的诸多磁属性，将伸长中心部分8设计为可以具有宽度10，这个宽度窄于第一位末端4a和第二位末端4b的宽度，所述第一位末端4a和第二位末端4b的宽度为12。在该结构中，优选数据存储在伸长中心部分8中，而不是第一位末端4a或第二位末端4b中。然而，已经发现，通过提供较大的位末端4a和4b，与例如Daughton等人的美国专利No.4,731,757的尖末端或锥形末端相比，伸长中心部分8的磁属性可以得到改善。
图2-5示出用于形成图1所示位结构的示例性方法。图2是其上形成有铁磁层的示例性集成电路的剖视侧视图。优选使用传统的集成电路前端工艺形成集成电路14，并且所述集成电路14可以包括各种装置或部件，包括晶体管、电容器、金属互连层等等。示例性传统集成电路工艺可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)、双极性、BICMOS、砷化镓，等等。优选的是，使用集成电路14的金属互连层中的一个形成字线。优选字线设置为直接位于每个位结构的下面。
优选使用诸如氮化硅(SiN)等绝缘层16覆盖集成电路14。然后，优选绝缘层16的顶部表面被平面化。利用传统的化学机械抛光(CMP)工艺或任何其他平面化方法实现所述的平面化。平面化之后，磁阻叠层18被形成。可以根据例如Yue等人的美国专利5,496,759形成磁阻叠层18。一旦磁阻叠层18被形成，就可提供盖或保护层19。优选保护层19是硅化铬(CrSi)，其部分导电并且作为以下将进一步被描述的后续蚀刻步骤的蚀刻阻止物。优选保护层19还保护磁阻叠层18，避免磁阻叠层18在诸如氧灰化光刻胶去除步骤等后续处理步骤中被损坏，如以下进一步所述。保护层19应该至少部分导电，因为金属触点将从上面接合或接触保护层19。该金属触点将不直接接触磁阻叠层18，而是必须通过诸如读出电流等电流、经过保护层19至磁阻叠层18，以形成连接。
接着，将磁阻叠层18切削成所希望的形状，诸如图1或图6所示的形状。这是优选通过在磁阻叠层18的将被保留的部分上提供被形成图案的层来实现的。用于切削磁阻叠层18的适当工艺在例如Yue等人的美国专利No.5,496,759以及Yeh等人的美国专利No.5,569,617中有所描述，这些专利中教导了一种离子铣削工艺。然而，可以想到，其他适当的蚀刻工艺可以被用来形成位。
在图3中，顶部轮廓与所需位形状相同的离子铣削掩模21被沉积在磁阻叠层18上，以限定和保护将被保留在区域23中的位结构。离子铣削掩模可以由SiN或其他适当的离子铣削掩模材料来制成，诸如被偏压溅射的石英。然后实施离子铣削，以将磁阻叠层18切削成所希望的位形状，除了在离子铣削掩模21以下的那些区域以外，所有区域上的剩余磁阻叠层18均被去除。然后，通过适当的蚀刻工艺去除离子铣削掩模。在可选的方式中，可以使用原位溅射蚀刻工艺和适当的蚀刻掩模，以形成所希望的位形状。
图4是磁阻位被形成图案后、并且钝化或绝缘层25已经形成在其顶部表面上之后，图3所示示例性集成电路的剖视侧视图。优选钝化或绝缘层25沉积在集成电路的整个顶部表面上。钝化或绝缘层25帮助防止将位于磁阻位之上的金属互连层的除指定区域以外的部分接触位，在所述指定区域处有孔形成在绝缘层25中。绝缘层25例如可以是SiN、偏压溅射石英(BSQ)或任何其他适当的材料。
图5是图4所示示例性集成电路的剖视侧视图，接触孔或通路孔29被向下切削通过绝缘层25至磁阻位，或者更优选向下至保护层21。优选接触孔或通路孔29位于位末端4a和4b(见图1)之一的中心位置附近，以建立至所述位的电连接。接触孔或通路孔29优选不向下延伸超过保护层21的顶部，或超出磁阻位的周长边缘的外部，例如如图1所示。这样，磁阻位的侧边缘27不会暴露在随后的工艺处理之下，而是保持被绝缘层25覆盖和保护。因为磁阻位的顶部表面被保护层21保护，并且因为磁阻位的侧壁27被绝缘层25保护，所以使用传统的工艺步骤，包括例如氧灰化光刻胶去除步骤等，可以产生接触孔或通路孔29。这样可以显著地降低生产磁阻存储器的成本，并且可以增加能够获得的总产率。
在接触孔或通路孔29产生之后，优选将金属层设置在绝缘层25上，并且被蚀刻以形成所希望的金属图案。优选金属向下延伸进接触孔或通路孔29中，以允许金属层填充接触孔或通路孔29并且接触保护层21。因为保护层优选为至少部分导电，所以电连接形成在金属层与磁阻位之间。可选地是，可以在设置金属层之前先用低电阻材料，诸如钨等，填充接触孔或通路孔29。这样可以减小接触孔或通路孔29的总电阻。
尽管如图1所示的示例性实施例具有窄于位末端4a和4b的伸长中心部分8，然而可以想到其他实施例。一个这样的可选实施例示出在图6中。在该示例性实施例中，伸长中心部分30的宽度接近或等于位末端36a和36b的宽度。然而，优选图6所示的第一位末端36a和第二位末端36b仍然足够大，以容纳尺寸最小化的触点或通路，诸如如所示触点或通路40a和触点或通路40b。
虽然已经描述了本发明的优选实施例，但本领域技术人员可以容易地理解，在所附权利要求的范围内可以使用其他实施例。本申请文件所覆盖的发明的诸多优点已在前面的描述中所有解释。然而，可以理解，这种公开在许多方面仅具有示例性意义。在不超出本发明范围的情况下，可以在许多细节上进行改变，尤其是部件的形状、尺寸或结构等方面。
权利要求
1.一种磁阻位，包括在磁阻位的一端处的第一位末端；接触第一位末端的第一接触结构；以及所述第一位末端形成尺寸以围绕第一接触结构延伸。
2.根据权利要求1所述的磁阻位，其特征在于，所述磁阻位还包括伸长中心部分，所述伸长中心部分具有从第一位末端延伸的宽度，所述第一位末端的宽度大于伸长中心部分的宽度。
3.根据权利要求2所述的磁阻位，其特征在于，还包括位于磁阻位附近的绝缘层，所述绝缘层限定具有周长的第一孔，其中第一孔延伸通过绝缘层至第一位末端，第一位末端具有周长并且形成尺寸为第一位末端的周长侧向延伸超出第一孔的周长。
4.根据权利要求3所述的磁阻位，其特征在于，绝缘层包括氮化硅。
5.根据权利要求3所述的磁阻位，其特征在于，还包括向下延伸通过第一孔并且电接触第一位末端的金属材料。
6.根据权利要求5所述的磁阻位，其特征在于，所述金属材料包括铝。
7.根据权利要求5所述的磁阻位，其特征在于，所述金属材料包括铜。
8.根据权利要求5所述的磁阻位，其特征在于，所述金属材料包括钛钨插塞。
9.根据权利要求3所述的磁阻位，其特征在于，还包括介于第一位末端与绝缘层之间并且至少在第一孔的区域中的保护层。
10.根据权利要求9所述的磁阻位，其特征在于，所述保护层为至少部分导电。
11.根据权利要求9所述的磁阻位，其特征在于，所述保护层是蚀刻阻止层。
12.根据权利要求11所述的磁阻位，其特征在于，使用在蚀刻阻止层处被阻止的选择性化学蚀刻形成所述第一孔。
13.根据权利要求9所述的磁阻位，其特征在于，所述保护层包括铬—硅。
14.根据权利要求2所述的磁阻位，其特征在于，还包括在所述伸长中心部分的另一个末端处的第二位末端；所述第二位末端具有接触第二位末端的第二接触结构；以及所述第二位末端形成尺寸以围绕第二接触结构延伸。
15.根据权利要求3所述的磁阻位，其特征在于，所述第二位末端的宽度大于伸长中心部分的宽度。
16.一种磁阻位，包括具有宽度的伸长中心部分；在伸长中心部分的一端处的第一位末端，所述第一位末端的宽度大于伸长中心部分的宽度；在伸长中心部分的另一端处的第二位末端，所述第二位末端的宽度大于伸长中心部分的宽度；具有周长的第一接触装置，用于提供与第一位末端的电接触；具有周长的第二接触装置，用于提供与第二位末端的电接触；第一位末端形成尺寸以围绕第一接触装置的周长延伸；以及第二位末端形成尺寸以围绕第二接触装置的周长延伸。
17.根据权利要求16所述的磁阻位，其特征在于，所述第一接触装置包括位于磁阻位附近的绝缘层，所述绝缘层限定具有周长的第一孔，其中所述第一孔延伸通过绝缘层至第一位末端，所述第一位末端具有周长并且形成尺寸为所述第一位末端的周长侧向延伸超出第一孔的周长。
18.根据权利要求17所述的磁阻位，其特征在于，所述第二接触装置包括位于磁阻位附近的绝缘层，所述绝缘层限定具有周长的第二孔，其中所述第二孔延伸通过绝缘层至第二位末端，所述第二位末端具有周长并且形成尺寸为所述第二位末端的周长侧向延伸超出第二孔的周长。
19.一种用于形成磁阻位的方法，所述方法包括步骤形成具有伸长中心部分和第一位末端的磁阻位，第一位末端具有周长和宽度，伸长中心部分具有宽度，第一位末端的宽度大于伸长中心部分的宽度；形成在第一位末端附近的介电层；以及有选择地去除第一介电层的一部分，以形成通过介电层的孔，所述孔具有周长并且向下延伸至磁阻位结构，所述孔形成尺寸为孔的周长向内与第一位末端的周长侧向分离开。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，第一介电层包括氮化硅。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，有选择地去除步骤使用优先蚀刻去除介电层的一部分。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，有选择地去除步骤使用各向异性蚀刻去除介电层的一部分。
23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，有选择地去除步骤使用离子铣削去除介电层的一部分。
24.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，有选择地去除步骤使用等离子蚀刻去除介电层的一部分。
25.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，有选择地去除步骤包括步骤将光刻胶设置在介电层上；有选择地把光施加在将被去除的介电层所在的那些区域上；去除未被聚合的光刻胶，从而暴露出介电层的将被去除的部分；以及；去除介电层被暴露出的部分以形成孔。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，使用氧灰化光刻胶带实现光刻胶的去除步骤。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，使用电子束光刻来实施有选择地施加光的步骤。
28.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，有选择地施加光的步骤包括施加紫外光的步骤。
29.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括步骤在形成介电层之前，至少在第一位末端附近形成保护层。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，有选择地去除步骤包括去除介电层，以形成通过第一介电层的孔，所述孔向下延伸至保护层。
31.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述保护层为至少部分导电。
32.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述保护层包括铬—硅。
全文摘要
本发明实施例提供一种使用传统触点和/或通路工艺步骤产生的磁性位结构。优选这是通过提供具有足够大位末端以容纳尺寸最小化接触孔或通路孔的磁性位结构来实现的。由此，接触孔或通路孔可以保持在位边缘的内部，从而保护位边缘在能够导致位结构氧化或损伤的随后处理步骤中不被损坏。
文档编号G11C11/15GK1572001SQ02820834
公开日2005年1月26日 申请日期2002年10月29日 优先权日2001年10月30日
发明者哈里·刘, 威廉·拉森, 隆妮·贝里, 西奥多·朱, 李绍平, 罗姆尼·R·卡蒂, 李咏, 安东尼·阿罗特 申请人:微米技术有限公司