(57)【要約】      （修正有）【課題】２つのマスクを用いて磁気ランダムアクセスメモリのための磁気トンネル接合を形成するための方法を提供する。【解決手段】第１の相互接続メタライゼーション３７を含むインターレベル誘電性層３６の上に第１の電極３０、固定磁化層３２、トンネルバリア層１２、自由層１１及び第２の電極６を堆積する。トンネルバリア層、自由層及び第２の電極を含むＭＴＪ構成は、第１のマスクによって第１の相互接続メタライゼーションの上に定められる。第１の不動態化層４０は、ＭＴＪ構成を包み、露出した第２の電極６をそのままにする。第３の電極１５は、第２の電極６を備える接触物に堆積される。第２のマスクは、第３の電極１５、第１の不動態化層４０、固定磁化層３２及び第１の電極３０を含む、より大きい構成をパターニングするために用いられる。第２の誘電性不動態化層８は、エッチングされた複数の層、第１のインターレベル誘電性層３６を覆う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の相互接続メタライゼーションを備える基板上に、前記第１の相互接続メタライゼーションに接続する第１の電極、ＭＴＪ層及び第２の電極を堆積することと、
第１のマスクを備える前記第２の電極及び前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも１つを定めることと、
前記第２の電極上に第３の電極を堆積することと、
前記第１のマスクよりも大きい第２のマスクを備える前記第３の電極及び前記第１の電極を定めることと
を具備する、２つのマスクを用いて磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のための磁気トンネル接合（MTJ）デバイスを形成する方法。
【請求項２】
前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも数層を定めることは、
前記第１のマスクを備える自由層及びトンネルバリア層を定めることを具備し、
前記第１の電極及び前記第２の電極を定めることは、
前記第２のマスクを備える基準固定磁気層スタックを定めることを具備する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも数層を定めることは、
前記第１のマスクを備える基準固定磁気層スタック、自由層及びトンネルバリア層を定めることを具備する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第３の電極を堆積する前に、前記定められた第２の接触物及び前記定められたＭＴＪ層の上に第１の誘電性不動態化バリアを堆積することと、
前記第３の電極を堆積する前に、前記定められたＭＴＪスタックの前記第２の電極を露出させるために前記第１の誘電性不動態化バリアを平坦化することと
を更に具備する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記定められた接触物及び前記基板上に第２の誘電性不動態化バリアを堆積することと、
前記第２の誘電性不動態化バリア上にインターレベル誘電性層を堆積することと、
少なくとも前記第２の誘電性不動態化バリア内に、前記第３の電極に接続している第２の相互接続メタライゼーションを形成することと
を更に具備する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
第１の相互接続メタライゼーションを備える基板と、
前記第１の相互接続メタライゼーションに連結した第１の電極と、
少なくとも１つが前記第１の電極に連結されている複数のＭＴＪ層と、
前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも他の１つに連結した第２の電極と、
前記第２の電極に連結した第３の電極と、
前記第３の電極に連結した第２の相互接続メタライゼーションと
を具備し、
前記第２の電極は、
第１のマスクに基づいて、前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも数層と同じ側面積をもち、
前記第３の電極は、
第２のマスクに基づいて、前記第１の電極と同じ側面積をもつ、磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のための磁気トンネル接合（MTJ）構成。
【請求項７】
前記ＭＴＪ層及び前記第２の電極上に第１の誘電性不動態化バリアを更に具備する、請求項６記載のＭＴＪ構成。
【請求項８】
前記少なくとも数層のＭＴＪ層は、
固定磁化層、絶縁トンネルバリア層及び強磁性自由層を具備する、請求項７記載のＭＴＪ構成。
【請求項９】
前記少なくとも数個のＭＴＪ層は、
絶縁トンネルバリア層及び強磁性自由層を具備する、請求項７記載のＭＴＪ構成。
【請求項１０】
前記第１の電極は、
タンタルである、請求項７記載のＭＴＪ構成。
【請求項１１】
前記第１の電極、前記第３の電極及び前記基板上に堆積された第２の誘電性不動態化層を更に具備する、請求項７記載のＭＴＪ構成。
【請求項１２】
前記基板は、
第１のインターレベル誘電性層を更に具備する、請求項１１記載のＭＴＪ構成。
【請求項１３】
前記固定磁化層は、
合成反強磁性層及び反強磁性層を具備する、請求項８記載のＭＴＪ構成。
【請求項１４】
スピン・トルク・トランスファ（STT）ＭＲＡＭの中に集積化された、請求項７記載のＭＴＪ構成。
【請求項１５】
前記ＳＴＴ ＭＲＡＭは、
少なくとも１つの半導体ダイの中に集積化される、請求項１４記載のＭＴＪ構成。
【請求項１６】
前記ＳＴＴ ＭＲＡＭは、
セットトップボックス、音楽再生機、映像再生機、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、個人情報端末（PDA）、固定ロケーションユニット、マイクロプロセッサ及びコンピュータからなる群から選択したデバイスの中に集積化される、請求項１４記載のＭＴＪ構成。
【請求項１７】
第１の相互接続メタライゼーションを備える基板上に、前記第１の相互接続メタライゼーションに接続する第１の電極、ＭＴＪ層及び第２の電極を堆積することと、
第１のマスクを備える前記第２の電極及び前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも数層を定めることと、
前記第２の電極上に第３の電極を堆積することと、
前記第１のマスクよりも大きい第２のマスクを備える前記第３の電極及び前記第１の電極を定めることと
を具備する、２つのマスクを用いて磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のために磁気トンネル接合（MTJ）デバイスを形成するための方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの制御デバイスに接続するための第１の相互接続手段と、
前記第１の相互接続手段に連結するための第１の電極と、
データを記憶するためのＭＴＪ手段と、
前記ＭＴＪ手段に連結するための第２の電極手段と、
前記第２の電極手段に連結するための第３の電極手段と、
前記第３の電極手段及び少なくとも１つのその他の制御デバイスを連結するための第２の相互接続手段と
を具備し、
前記ＭＴＪ手段は、
前記第１の電極手段に連結し、
前記第２の電極手段は、
第１のマスクに基づいて、前記ＭＴＪ手段と同じ側面積をもち、
前記第３の電極手段は、
第２のマスクに基づいて、前記第１の電極と同じ側面積をもつ、磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のための磁気トンネル接合（MTJ）構成。
【請求項１９】
スピン・トルク・トランスファ（STT）ＭＲＡＭの中に集積化された、請求項１８記載のＭＴＪ構成。
【請求項２０】
前記ＳＴＴ ＭＲＡＭは、
少なくとも１つの半導体ダイの中に集積化される、請求項１９記載のＭＴＪ構成。
【請求項２１】
前記ＳＴＴ ＭＲＡＭ及びマイクロプロセッサは、
セットトップボックス、音楽再生機、映像再生機、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、個人情報端末（PDA）、固定ロケーションデータユニット及びコンピュータからなる群から選択したデバイスの中に集積化される、請求項１９記載のＭＴＪ構成。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本願は、２００８年４月１８日出願のSeungh H.Kang等による“ＳＴＴ ＭＲＡＭに関する２つのマスクのＭＴＪ集積化”と題された、米国特許仮出願６１／０４６，１６７号に対する利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、磁気ランダムアクセスメモリに関連し、特に、標準集積回路組み立て工程を備える集積化方法及びスピン・トルク・トランスファ磁気ランダムアクセスメモリに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来のランダムアクセスメモリ（RAM）チップ技術と異なり、磁気ＲＡＭでは、データは電荷として記憶されないが、代りに、記憶素子の磁気分極−磁気トンネル接合、換言するとＭＴＪによって記憶される。素子は２つの強磁性プレートから形成され、薄い絶縁層によって分けた磁界を保持できる。２つのプレートのうちの一方は、特定の極性へ向かう永久磁石である。他方の“書込み可能”プレートの磁化極性は、十分に強い外部場と調和するために変化するであろう。メモリデバイスは、このような“セル”のグリッドから組み立てられる。
【０００４】
読出しはセルの電気抵抗を測定することによって成し遂げられる。特定のセルは、セルを通して供給ラインからグラウンドへの電流を転換する、結合したトランジスタに電力を供給することによって慣例的に選択される。トンネリング磁気抵抗効果によって、セルの電気抵抗は２つのプレート中の界の方向により変化する。帰着電流を測定することによって特定のセルの内部抵抗が決定されてもよいし、書込み可能プレートのこの極性から決定されてもよい。慣例的に、２つのプレートが同じ極性を有するのであれば、これは状態“０”とみなされ、２つのプレートが反対の極性であるならば、抵抗はより高くなるであろうし、状態“１”とみなされる。
【０００５】
メモリシステムのコストの重要な決定要素はコンポーネントの密度である。より小さなコンポーネント及び“セル”当たりのより少ないコンポーネントは、より多くの“セル”がシングルチップ上にパックされてもよいことを意味し、また、より多くのチップが単一のシリコンウェーハから生産されてもよいし、より低いコストで組み立てられてもよいし、収量を向上させてもよいことも意味する。
【０００６】
加えて、全体の製造コストを増やす一因となるより多くのマスク工程を備える、製造工程フローはコストに影響する。従来のＭＲＡＭの組み立ては、専用の単なる磁気トンネル接合（MTJ）構成の組み立てに多数のマスク工程を要求する場合に、コストが更に増加される。工程コストが集積回路デバイス内の特徴の集積化を実行することにおいて重大な問題であるので、マスク及び関連した工程を排除するような工程フロー及びデザインにおける改善は都合がよい。１つのマスク工程の差がかなりのコストを節約しうる。従って、半導体製造工程フローにおいてＭＲＡＭ組み立てを集積化するための向上した方法が必要である。更に、クリティカル面積特徴の配列を緩める任意のデザインが望まれるであろう。
【発明の概要】
【０００７】
２つのフォトマスク工程を用いて製造する標準バック・エンド・オブ・ライン（BEOL）集積回路の中に磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）製造工程を集積化する方法。
【０００８】
１つの様態において、２つのマスクを用いて磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のための磁気トンネル接合（MTJ）デバイスを形成するための方法は、第１の相互接続メタライゼーションをもつ基板上に、第１の相互接続メタライゼーションに接続する第１の電極、ＭＴＪ層及び第２の電極を堆積することを含む。方法は、第１のマスクを備える第２の電極及び少なくとも数層のＭＴＪ層を定めることと、第２の電極上に第３の電極を堆積することとも含む。方法は、第１のマスクよりも大きい第２のマスクを備える第３の電極及び第１の電極を定めることを更に含む。
【０００９】
別の様態において、磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のための磁気トンネル接合（MTJ）は、第１の相互接続メタライゼーションを備える基板をもつ。構成は、第１の相互接続メタライゼーションに連結した第１の電極及びＭＴＪ層も含む。ＭＴＪ層のうちの少なくとも１つは、第１の電極に連結される。構成は、ＭＴＪ層のうちの少なくとも他の１つに連結した第２の電極を更に含み、第２の電極は、第１のマスクに基づいた少なくとも数層のＭＴＪ層と同じ側面積をもっている。構成は、第２の電極に連結した第３の電極を更に含み、第３の電極は、第２のマスクに基づいた第１の電極と同じ側面積をもっている。構成は、第３の電極に連結した第２の相互接続メタライゼーションももつ。
【００１０】
更に別の様態において、磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のための磁気トンネル接合（MTJ）は、少なくとも１つの制御デバイスに接続するための第１の相互接続手段、第１の相互接続手段に連結するための第１の電極手段及びデータを記憶するためのＭＴＪ手段を含む。ＭＴＪ手段は、第１の電極手段に連結する。構成は、ＭＴＪ手段に連結するための第２の電極手段及び第２の電極手段に連結するための第３の電極手段を更に含む。第２の電極手段は、第１のマスクに基づいたＭＴＪ手段と同じ側面積をもつ。第３の電極手段は、第２のマスクに基づいた第１の電極手段と同じ側面積をもつ。構成は、第３の電極手段及び少なくとも１つのその他のデバイスに連結するための第２の相互接続手段ももつ。
【００１１】
前述は、本開示の実施形態がよりよく理解されるように、本開示の実施形態の技術的な利点及び特徴の概略を述べてきた。更なる特徴及び利点は、本開示の特許請求の範囲の主題を形成する以下に記述されるであろう。開示した特定の実施形態及び概念が、本開示と同じ目的を実行するためにその他の構成をデザインするための又は変更するための根拠として容易に利用されてもよいことは、当業者によって理解されるべきである。同様の構成が補正した特許請求の範囲に示す開示の範囲及び精神から逸脱しないことは、当業者によって十分に理解されるべきである。動作方法及び構成の両者に関して、更なる対象及び利点と共に本開示の特徴と考えられる新しい特徴は、添付図と共に考えた場合、以下の記述からよりよく理解されるだろう。しかしながら、図の各々が例証及び記述の目的のためだけに提供され、本開示の制限の定義づけとして意図されないことは明確に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本開示のより完全な理解のために、添付図に関連して得られた以下の記述にここで言及する。
【図１】図１は、本開示の実施形態が有利に用いられてもよい、典型的なワイヤレス通信システムを示すブロック図である。
【図２】図２は、本開示の実施形態に従って、半導体バック・エンド・オブ・ライン（BEOL）工程フローにおいて、回路デザイン、レイアウトデザイン、論理デザイン及びＭＲＡＭの集積化のために用いたデザインワークステーションを例証するブロック図である。
【図３】図３は、本開示の実施形態に従って、半導体バック・エンド・オブ・ライン（BEOL）工程フローに埋め込まれてもよい、ＭＴＪ構成を形成するための典型的な概要工程フローである。
【図４】図４は、図３の実施形態に従って組み立てられた典型的な非対称ＭＴＪ構成の断面図である。
【図５】図５は、図３の実施形態に従って組み立てられた典型的な対称ＭＴＪ構成の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
磁気トンネル接合（MTJ）デバイス及び同様の磁気トンネル接合（MTJ）デバイスを形成する方法が開示される。１つの実施形態において、スピン・トルク・トランスファ（STT）ＭＴＪが開示される。
【００１４】
図１は、本開示の実施形態が有利に用いられてもよい典型的なワイヤレス通信システム１００を示す。例証の目的のために、図１は、３つの遠隔ユニット１２０，１３０，１５０と、２つの基地局１４０とを示す。従来のワイヤレス通信システムがより多くの遠隔ユニット及び基地局を有してもよいことは明確に理解されるであろう。遠隔ユニット１２０，１３０，１５０は、ＳＴＴ ＭＲＡＭデバイス１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃを含み、更に以下に論じられるような本開示の一実施形態である。図１は、基地局１４０から遠隔ユニット１２０，１３０，１５０への順リンク信号１８０と、遠隔ユニット１２０，１３０，１５０から基地局１４０への逆リンク信号とを示す。
【００１５】
図１において、遠隔ユニット１２０が携帯電話として示され、遠隔ユニット１３０がポータブルコンピュータとして示され、遠隔ユニット１５０がワイヤレスローカルループ内の固定ロケーションユニットとして示される。例えば、遠隔ユニットは、携帯電話、ハンドヘルドパーソナルコミュニケーションシステム（ＰＣＳ）ユニット、計測器のような固定ロケーションデータユニット，エンターテイメントユニット，映像再生機，音楽再生機，セットトップボックス，ナビゲーションデバイス（ＧＰＳ対応デバイスのような），パーソナルデータアシスタントのようなポータブルデータユニット，またはデータあるいはコンピュータ命令を記憶する又は検索する任意のその他のデバイス，またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。図１は、本開示の教示に従って遠隔ユニットを例証するが、本開示は、これら典型的に例証したユニットに限定されない。開示されたデバイスは、ＭＲＡＭデバイスを含む任意のデバイスに適当に用いられてもよい。
【００１６】
図２は、開示した半導体集積回路の論理設計，レイアウト又は回路のために用いられる設計ワークステーションを例証するブロック図である。設計ワークステーション２００は、ＣＡＤＥＮＣＥ又はＯＲＣＡＤのような設計ソフトウェア、サポートファイル及びオペレーティングシステムソフトウェアを含むハードディスク２０１を備える。設計ワークステーション２００は、回路設計２１０の設計を容易にするためにディスプレイ２０２も含む。回路設計２１０は、上述したようなメモリ回路であってもよい。記憶媒体２０４は、回路設計２１０を明確に記憶するために提供される。回路設計２１０は、ＧＤＳＩＩ又はＧＥＲＢＥＲのようなファイル形式で記憶媒体２０４に記憶されてもよい。記憶媒体２０４は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ハードディスク、フラッシュメモリ又はその他の適当なデバイスであってもよい。更に、設計ワークステーション２００は、記憶媒体２０４からの入力を受け付けるために又は記憶媒体２０４への出力を書込むためにドライブ装置２０３を備える。
【００１７】
記憶媒体２０４に記憶したデータは、論理回路構成、フォトリソグラフィーマスクのためのパターンデータ又は電子ビームリソグラフィのようなシリアル書込みツールのためのマスクパターンデータを明記してもよい。当該データは、論理シミュレーションに関連したネット回路又はタイミングダイアグラムのような論理検証データを更に含んでもよい。記憶媒体２０４にデータを提供することは、半導体ＩＣを設計するための工程の数を減らすことによって、回路設計２１０の設計を促進する。
【００１８】
本開示において、ＭＲＡＭデバイス及びＭＲＡＭデバイスを製作する方法は、ＭＴＪを形成するためにわずかに２つのマスクを利用する。当該方法は、ＳＴＴ ＭＲＡＭを製作するために概ね適用される。これは、集積回路製品内の埋め込みメモリのコストを潜在的に大幅に削減することが可能である。
【００１９】
図３は、半導体ＢＥＯＬ工程に埋め込まれてもよい、ＭＴＪ ＭＲＡＭ構成を形成するために用いられる処理の１つの実施形態の概要工程フローである。
【００２０】
堆積層間の誘電体（ILD36）は、バック・エンド・オブ・ライン（BEOL）工程フロー中に前もって組み立てられた周辺デバイス（図示せず）からＭＴＪ層を分ける。ＩＬＤ３６中に形成した相互接続メタライゼーション３７は、制御デバイス（例えば、ＭＴＪに関連したアクセストランジスタ）への接続を提供する。
【００２１】
１：相互接続メタライゼーション３７及び第１のＩＬＤ３６を含む表面を発端として、伝導性のある第１の電極３０、基準固定磁気層スタック３２（固定反強磁性層及び合成反強磁性層を含み、どちらも図３に示されない）、トンネルバリア層１２、自由層１１及び第２の電極６を含む、一連の層が当該表面上に堆積される。１つの実施形態において、相互接続メタライゼーション３７はＭＴＪとソース線とを繋ぐ。
【００２２】
ＩＬＤ３６及び第１の接触層３０の間の従来の誘電性バリアが欠けている。従来の誘電性バリアの損失を補うために、第１の電極３０は、例えば、タンタル（Ta）のような耐火性金属であってもよい。相互接続メタライゼーション３７は銅であってもよい。タンタルは周りの材料への銅の拡散を防ぐための非常に優れたバリア素材である。換言すると、タンタルは、従来の誘電性バリアの必要性を排除するまたは減らすように、相互接続メタライゼーション３７における銅のような金属の拡散を防ぐ。加えて、ＩＬＤ３６及び相互接続メタライゼーション３７上にタンタル層を堆積することは、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）組み立てに共通する工程フレンドリーな集積化スキームである。
【００２３】
２：第１のマスク工程は、トンネルバリア層１２、自由層１１及び第２の電極６を含むが、基準固定磁気層スタック３２を含まない、様々な上層及び電極をパターニングし、エッチングするために用いられる。別の実施形態において（以下に、論じられる）、第１のマスクを備える基準固定磁気層スタック３２のパターニング及び一部の除去が行われてもよい。続いて、コアＭＴＪ“スタック”構成が定められ、このコアＭＴＪ“スタック”はトンネルバリア層１２、自由層１１及び伝導性のある第２の電極６を含む。
【００２４】
３：誘電性不動態化バリア４０は、ＭＴＪスタックを含む、全表面上に堆積される。誘電性不動態化バリア４０は、伝導性のある第２の電極６を露出させるために、例えば、化学金属研磨（CMP）を用いて平坦化されてもよい（図示せず）。
【００２５】
４：第３の電極１５は、平坦化された構成の上に堆積される。電極メタライゼーション３０，６のように、電極メタライゼーション１５は、タンタル（Ta）のような耐火性金属を含む、様々な金属から選択されてもよい。
【００２６】
５：第２のマスク工程は、第３の電極１５、（第２の電極６、自由層１１及びトンネルバリア層１２の周りの）誘電性不動態化バリア４０、基準固定磁気層スタック３２及び第１の電極３０を含むコンポーネントの平坦面積を定め、エッチングするために用いられる。第２のマスクの配列がクリティカル面積レジストレーションを条件としていないことは示されてもよい。また、もし第２のマスクは、第１のマスク及び相互接続メタライゼーション３７によって定めた部分の上に一般的に配置されるとすれば、第２のマスクによって定めた部分の配置において相当な許容範囲がある。
【００２７】
６：不動態化バリア層８は、定められたＭＴＪスタックを含む、全表面上に堆積される。例えば、シリコン炭化物またはシリコン窒化物であってもよい、不動態化バリア層８は、湿気またはその他の種類のものによる浸透から保護するための高密度なフィルムである。それゆえに、不動態化バリア層８は、ＭＴＪスタックを包み、不動態化し、保護する。更に、不動態化バリア層８は、ＩＬＤ３６を保護するために供給する誘電性バリアでもあり、後のＢＥＯＬ工程における論理回路の組み立てのような、ＣＭＯＳ工程におけるエッチングストップとして用いられてもよい。従来の誘電性バリアは誘電性バリア層８としてここに再現するが、もっと後の工程で再現してもよいことは注目されるべきである。不動態化バリア層８は、以下に記述されるような、追加の作用をもつ。
【００２８】
誘電性バリアの様々な層は、例えば、金属酸化物、金属炭化物または金属窒化物で形成されてもよい。例えば、バリア素材は、ＳｉＯｘ，ＳｉＣ，ＳｉＮであってもよい。選択は、例えば、様々な腐食液に耐性のある又は影響されやすいといった必要条件に基づいて、実行されてもよい。
【００２９】
７：第２のＩＬＤ４４は、結果として生じる構成を十分に沈めるように堆積され、誘電性バリア層８を露出させるために平坦化されてもよい。標準メタライゼーションマスク（ＢＥＯＬ工程の一部であり、ＭＴＪ集積化工程特有ではない）は、第３の電極１５を露出させるための誘電性不動態化バリア層８においてトレンチ４２を定めるために用いられる。ビットライン相互接続のような別の相互接続メタライゼーション３５は、第３の電極１５に接続するホール４２に堆積されてもよい。金属相互接続３５は、銅またはＢＥＯＬ工程フローに共通する別の伝導性のある金属であってもよい。
【００３０】
ＩＬＤ４４は、ＢＥＯＬ工程フローの後の部分で組み立てられてもよい周辺デバイス（図示せず）からＭＴＪ層を分ける。相互接続メタライゼーション３５は、ＢＥＯＬ工程フローの後の部分で組み立てたデバイスへの接続を提供する。
【００３１】
加えて、ＭＴＪスタックは、相互接続メタライゼーション３７または３５を注意深く一直線に並べなくてもよい。ＭＴＪスタック要素１２，１１，６がパターニングされた第１の電極３０及び第３の電極１５の間に配置される場合、ＭＴＪはレジストレーションクリティカル面積を要求することなく配置されてもよい。図４は、典型的な例証のためだけにある。ＭＴＪスタックは、相互接続メタライゼーション３７の中央に配置され、示される。例えば、図５に示されるように、ＭＴＪスタックは中央に配置されなくてもよい。
【００３２】
相互接続メタライゼーション３７のような金属及びＩＬＤ３６のような絶縁体間の研磨レートが異なり、“ディシング”のような研磨アーティファクトが生じる場合には、もし必要であるならば、第１の電極３０及び／または基準固定磁気層３２は、層の厚さ及び質を制御するためにトンネルバリア層１２及び自由層１１の形成のために十分に平坦な表面を提供するように、続いて平坦化されてもよい。なぜならば、これら２つの層（１１及び１２）が約１ｎｍであってもよいからである。
【００３３】
図３に示したＭＴＪ構成は、非対称ＭＴＪと称されてもよい。図３の工程フローにおいて、第１のマスクは、伝導性のある第２の電極６、自由層１１及びトンネルバリア層１２を含むが、基準固定磁気層３２または第１の電極３０を含まないスタックを形成するために用いられる。基準固定磁気層３２及び第１の電極３０は、第２のマスクを用いて形成される。
【００３４】
しかしながら、図４に示されるように、同じマスクセットが、“対称”と描写した別のＭＴＪ構成を形成するために用いられてもよい。第１のマスクを用いて、“対称”構成は、基準固定磁気層スタック３２を含むが、第１の電極３０を含まないようにエッチング工程を延ばすことにより成し遂げられてもよい。第１の電極３０は、以下のように、すなわち、“非対称”構成において、第２のマスクを用いてパターニングされる。この典型的な種々の工程フローにおいて、第１の電極３０及び第３の電極１５は、同様に、第１の電極３０及び第３の電極１５の間に介在磁気トンネル接合要素３２，１２，１１と第２の電極６とを対称的にはさむようにパターニングされる。基準固定磁気層スタック３２は、トンネルバリア層１２、自由層１１及び伝導性のある電極６と同じ面積（厚さを除けば）をもつ。
【００３５】
第１の利点は、１つのクリティカル面積マスクの排除である。第２の利点は、ＭＴＪスタックのクリティカル層（換言すると、伝導性のある第２の電極６、自由層１１、固定層１２及び付加的な基準固定磁気層スタック３２）が単一のマスクステップにおいて形成されていることによって自己配列されることである。第３の利点は、ＭＴＪスタックが相互接続メタライゼーション３７の真向こうに配置されてもよいことである。これはより隙間のないデバイスピッチ密度を認める。第４の利点は、従来図のＭＴＪ累層及びより低い工程コストに関連する数の上でどちらもより少なく、集積回路ＢＥＯＬ工程と両立できる。換言すると、工程は“集積化フレンドリー”である。
【００３６】
更なる利点は、オペレーティングシステムソフトウェア、サポートファイル及びＣＡＤＥＮＣＥまたはＯＲＣＡＤのようなデザインソフトウェアに従って、デザインオペレーションを実行することによってコンピュータワークステーション上で動作してもよい、ＢＥＯＬ半導体集積回路デザインシステムにおけるＳＴＴ ＭＲＡＭ組み立て工程を集積化するためのデザイン構成の累層である。
【００３７】
本開示に示すようなＭＲＡＭは、マイクロプロセッサのような論理回路で動作してもよい。ＭＲＡＭは、マイクロプロセッサを用いるデバイスの中に集積化されてもよい。例えば、ＭＲＡＭが通信デバイスの一部であってもよい。勿論、ＭＲＡＭは、本開示の精神及び範囲から逸脱することなくその他のタイプの回路を含んでもよい。
【００３８】
本開示及びその利点が詳細に記述されてきたが、様々な変更、置換及び交替が、補正された特許請求の範囲によって定めたような本開示の範囲及び精神から逸脱することなくここで実行されてもよいことは理解されるべきである。更に、本願の範囲が、明細書に記述した特定の実施形態の工程、装置、製品、材質、方法及びステップに限定されることを意図しない。当業者の１人が、工程、装置、製品、材質、方法またはステップを本願の開示から容易に理解するだろうように、実質的に同じ機能を実行する又はここに記述した対応する実施形態と実質的に同じ結果を達成する既存のもの又は後に開発されるものは本開示に従って利用されてもよい。従って、補正された特許請求の範囲は、このような工程、装置、製品、材質、方法及びステップをそれらの範囲の中に含むことを意図される。
【図１】
2014160839.tif 000003
【図２】
2014160839.tif 000004
【図３】
2014160839.tif 000005
【図４】
2014160839.tif 000006
【図５】
2014160839.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月1日(2014.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
本開示及びその利点が詳細に記述されてきたが、様々な変更、置換及び交替が、補正された特許請求の範囲によって定めたような本開示の範囲及び精神から逸脱することなくここで実行されてもよいことは理解されるべきである。更に、本願の範囲が、明細書に記述した特定の実施形態の工程、装置、製品、材質、方法及びステップに限定されることを意図しない。当業者の１人が、工程、装置、製品、材質、方法またはステップを本願の開示から容易に理解するだろうように、実質的に同じ機能を実行する又はここに記述した対応する実施形態と実質的に同じ結果を達成する既存のもの又は後に開発されるものは本開示に従って利用されてもよい。従って、補正された特許請求の範囲は、このような工程、装置、製品、材質、方法及びステップをそれらの範囲の中に含むことを意図される。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
第１の相互接続メタライゼーションを備える基板上に、前記第１の相互接続メタライゼーションに接続する第１の電極、ＭＴＪ層及び第２の電極を堆積することと、
第１のマスクを備える前記第２の電極及び前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも１つを定めることと、
前記第２の電極上に第３の電極を堆積することと、
前記第１のマスクよりも大きい第２のマスクを備える前記第３の電極及び前記第１の電極を定めることと
を具備する、２つのマスクを用いて磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のための磁気トンネル接合（MTJ）デバイスを形成する方法。
［Ｃ２］
前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも数層を定めることは、
前記第１のマスクを備える自由層及びトンネルバリア層を定めることを具備し、
前記第１の電極及び前記第２の電極を定めることは、
前記第２のマスクを備える基準固定磁気層スタックを定めることを具備する、Ｃ１記載の方法。
［Ｃ３］
前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも数層を定めることは、
前記第１のマスクを備える基準固定磁気層スタック、自由層及びトンネルバリア層を定めることを具備する、Ｃ１記載の方法。
［Ｃ４］
前記第３の電極を堆積する前に、前記定められた第２の接触物及び前記定められたＭＴＪ層の上に第１の誘電性不動態化バリアを堆積することと、
前記第３の電極を堆積する前に、前記定められたＭＴＪスタックの前記第２の電極を露出させるために前記第１の誘電性不動態化バリアを平坦化することと
を更に具備する、Ｃ１記載の方法。
［Ｃ５］
前記定められた接触物及び前記基板上に第２の誘電性不動態化バリアを堆積することと、
前記第２の誘電性不動態化バリア上にインターレベル誘電性層を堆積することと、
少なくとも前記第２の誘電性不動態化バリア内に、前記第３の電極に接続している第２の相互接続メタライゼーションを形成することと
を更に具備する、Ｃ４記載の方法。
［Ｃ６］
第１の相互接続メタライゼーションを備える基板と、
前記第１の相互接続メタライゼーションに連結した第１の電極と、
少なくとも１つが前記第１の電極に連結されている複数のＭＴＪ層と、
前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも他の１つに連結した第２の電極と、
前記第２の電極に連結した第３の電極と、
前記第３の電極に連結した第２の相互接続メタライゼーションと
を具備し、
前記第２の電極は、
第１のマスクに基づいて、前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも数層と同じ側面積をもち、
前記第３の電極は、
第２のマスクに基づいて、前記第１の電極と同じ側面積をもつ、磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のための磁気トンネル接合（MTJ）構成。
［Ｃ７］
前記ＭＴＪ層及び前記第２の電極上に第１の誘電性不動態化バリアを更に具備する、Ｃ６記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ８］
前記少なくとも数層のＭＴＪ層は、
固定磁化層、絶縁トンネルバリア層及び強磁性自由層を具備する、Ｃ７記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ９］
前記少なくとも数個のＭＴＪ層は、
絶縁トンネルバリア層及び強磁性自由層を具備する、Ｃ７記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ１０］
前記第１の電極は、
タンタルである、Ｃ７記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ１１］
前記第１の電極、前記第３の電極及び前記基板上に堆積された第２の誘電性不動態化層を更に具備する、Ｃ７記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ１２］
前記基板は、
第１のインターレベル誘電性層を更に具備する、Ｃ１１記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ１３］
前記固定磁化層は、
合成反強磁性層及び反強磁性層を具備する、Ｃ８記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ１４］
スピン・トルク・トランスファ（STT）ＭＲＡＭの中に集積化された、Ｃ７記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ１５］
前記ＳＴＴ  ＭＲＡＭは、
少なくとも１つの半導体ダイの中に集積化される、Ｃ１４記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ１６］
前記ＳＴＴ  ＭＲＡＭは、
セットトップボックス、音楽再生機、映像再生機、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、個人情報端末（PDA）、固定ロケーションユニット、マイクロプロセッサ及びコンピュータからなる群から選択したデバイスの中に集積化される、Ｃ１４記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ１７］
第１の相互接続メタライゼーションを備える基板上に、前記第１の相互接続メタライゼーションに接続する第１の電極、ＭＴＪ層及び第２の電極を堆積することと、
第１のマスクを備える前記第２の電極及び前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも数層を定めることと、
前記第２の電極上に第３の電極を堆積することと、
前記第１のマスクよりも大きい第２のマスクを備える前記第３の電極及び前記第１の電極を定めることと
を具備する、２つのマスクを用いて磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のために磁気トンネル接合（MTJ）デバイスを形成するための方法。
［Ｃ１８］
少なくとも１つの制御デバイスに接続するための第１の相互接続手段と、
前記第１の相互接続手段に連結するための第１の電極と、
データを記憶するためのＭＴＪ手段と、
前記ＭＴＪ手段に連結するための第２の電極手段と、
前記第２の電極手段に連結するための第３の電極手段と、
前記第３の電極手段及び少なくとも１つのその他の制御デバイスを連結するための第２の相互接続手段と
を具備し、
前記ＭＴＪ手段は、
前記第１の電極手段に連結し、
前記第２の電極手段は、
第１のマスクに基づいて、前記ＭＴＪ手段と同じ側面積をもち、
前記第３の電極手段は、
第２のマスクに基づいて、前記第１の電極と同じ側面積をもつ、磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のための磁気トンネル接合（MTJ）構成。
［Ｃ１９］
スピン・トルク・トランスファ（STT）ＭＲＡＭの中に集積化された、［Ｃ１８］記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ２０］
前記ＳＴＴ  ＭＲＡＭは、
少なくとも１つの半導体ダイの中に集積化される、Ｃ１９記載のＭＴＪ構成。
［Ｃ２１］
前記ＳＴＴ  ＭＲＡＭ及びマイクロプロセッサは、
セットトップボックス、音楽再生機、映像再生機、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、個人情報端末（PDA）、固定ロケーションデータユニット及びコンピュータからなる群から選択したデバイスの中に集積化される、Ｃ１９記載のＭＴＪ構成。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の相互接続メタライゼーションを備える基板と、
前記基板に直接接続し、かつ前記第１の相互接続メタライゼーションに電気的に連結される第１の電極と、前記第１の電極は十分に平坦であり、
前記第１の電極に連結した第１のＭＴＪ層を含む複数のＭＴＪ層と、
前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも第２のＭＴＪ層に連結した第２の電極と、
前記第２の電極に連結した第３の電極と、
前記第３の電極に連結した第２の相互接続メタライゼーションと
を具備し、
前記第２の電極は、
第１のマスクに基づいて、前記第１のＭＴＪ層以外の前記ＭＴＪ層のうちの少なくとも数層と同じ第１の側面積をもち、
前記第３の電極は、
第２のマスクに基づいて、前記第１の電極と同じ第２の側面積をもち、前記第１の側面積は、前記第２の側面積とは異なり、
前記第１のＭＴＪ層は、前記第１の電極と前記第３の電極と同じ第２の側面積をもつ、磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のための磁気トンネル接合（MTJ）構成。
【請求項２】
前記複数のＭＴＪ層及び前記第２の電極上に第１の誘電性不動態化バリアを更に具備する、請求項１記載のＭＴＪ構成。
【請求項３】
前記少なくとも数層のＭＴＪ層は、
固定磁化層、トンネルバリア層及び強磁性自由層を具備する、請求項２記載のＭＴＪ構成。
【請求項４】
前記少なくとも数個のＭＴＪ層は、
トンネルバリア層及び強磁性自由層を具備する、請求項２記載のＭＴＪ構成。
【請求項５】
前記第１の電極は、
タンタルである、請求項２記載のＭＴＪ構成。
【請求項６】
前記第１の電極、前記第３の電極及び前記基板上に堆積された第２の誘電性不動態化層を更に具備する、請求項２記載のＭＴＪ構成。
【請求項７】
前記基板は、
第１のインターレベル誘電性層を更に具備する、請求項６記載のＭＴＪ構成。
【請求項８】
前記固定磁化層は、
合成反強磁性層及び反強磁性層を具備する、請求項３記載のＭＴＪ構成。
【請求項９】
スピン・トルク・トランスファ（STT）ＭＲＡＭの中に集積化された、請求項２記載のＭＴＪ構成。
【請求項１０】
前記ＳＴＴ  ＭＲＡＭは、
少なくとも１つの半導体ダイの中に集積化される、請求項９記載のＭＴＪ構成。
【請求項１１】
前記ＳＴＴ  ＭＲＡＭは、
セットトップボックス、音楽再生機、映像再生機、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、個人情報端末（PDA）、固定ロケーションユニット、マイクロプロセッサ及びコンピュータからなる群から選択したデバイスの中に集積化される、請求項９記載のＭＴＪ構成。
【請求項１２】
第１の電極手段に接続するための第１の相互接続手段と、
前記第１の相互接続手段を含む基板と、前記基板に直接接続し、前記第１の相互接続手段に電気的に連結される前記第１の電極手段と、前記第１の電極手段は十分に平坦であり、
データを記憶するためのＭＴＪ手段と、
前記ＭＴＪ手段に連結するための第２の電極手段と、
前記第２の電極手段に連結するための第３の電極手段と、
前記第３の電極手段に連結するための第２の相互接続手段と
を具備し、
前記ＭＴＪ手段は、
前記第１の電極手段に連結し、前記ＭＴＪ手段は、第１のＭＴＪ層を含み、
前記第２の電極手段は、
第１のマスクに基づいて、前記ＭＴＪ手段の前記第１のＭＴＪ層以外の選択されたＭＴＪ層と同じ第１の側面積をもち、
前記第３の電極手段は、
第２のマスクに基づいて、前記第１の電極手段と同じ第２の側面積をもち、前記第１の側面積は、前記第２の側面積とは異なり、
前記ＭＴＪ手段の前記第１のＭＴＪ層は、前記第１の電極手段と前記第３の電極手段と同じ第２の側面積をもつ、磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）のための磁気トンネル接合（MTJ）構成。
【請求項１３】
スピン・トルク・トランスファ（STT）ＭＲＡＭの中に集積化された、請求項１２記載のＭＴＪ構成。
【請求項１４】
前記ＳＴＴ  ＭＲＡＭは、
少なくとも１つの半導体ダイの中に集積化される、請求項１３記載のＭＴＪ構成。
【請求項１５】
前記ＳＴＴ  ＭＲＡＭ及びマイクロプロセッサは、
セットトップボックス、音楽再生機、映像再生機、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、個人情報端末（PDA）、固定ロケーションデータユニット及びコンピュータからなる群から選択したデバイスの中に集積化される、請求項１３記載のＭＴＪ構成。
【請求項１６】
前記第１のＭＴＪ層は、前記第１の電極及び前記第３の電極と同じ側面積を有する、請求項１記載のＭＴＪ構成。
【請求項１７】
前記複数のＭＴＪ層は、前記第１の相互接続メタライゼーション上に少なくとも部分的に堆積される、請求項１記載のＭＴＪ構成。
【外国語明細書】
2014160839000001.pdf