BRPI0907208B1 - Célula de memória e método para formar uma junção de túnel magnético (mtj) de uma célula de memória - Google Patents

Célula de memória e método para formar uma junção de túnel magnético (mtj) de uma célula de memória Download PDF

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Shiqun Gu
Seung H. Kang
Matthew M. Norwak
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Abstract

célula de memória e método para formar uma junção de túnel magnética (mtj) de uma célula de memória uma memória incluindo uma célula de memória e método para produzir a célula de memória são descritos. a memória inclui um substrato em um primeiro plano. uma primeira conexão de metal estendendo em um segundo plano é provida. o segundo plano é substancialmente perpendicular ao primeiro plano. uma junção de túnel magnética (mtj) é provida tendo uma primeira camada acoplada à conexão de metal, tal que a primeira camada mtj é orientada ao longo do segundo plano.

Description

CÉLULA DE MEMÓRIA E MÉTODO PARA FORMAR UMA
JUNÇÃO DE TÚNEL MAGNÉTICA (MTJ) DE UMA CÉLULA DE MEMÓRIA”.
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se em geral a uma célula de memória e mais especificamente a uma pilha de junção de túnel magnética de uma célula de memória.
Descrição da Técnica Anterior
Memória de acesso aleatório (RAM) é um componente ubiquo de arquiteturas digitais modernas. RAM podem ser dispositivos independentes ou podem ser integrados ou embutidos em dispositivos que utilizam a RAM, tais como microprocessadores, microcontroladores, circuitos integrados de aplicação especifica (ASICs), sistema em chip (SoC), e outros dispositivos similares como será reconhecido pelos versados na técnica. RAM pode ser volátil ou não-volátil. RAM volátil perde suas informações armazenadas sempre que a energia for removida. RAM nãovolátil pode manter seu conteúdo de memória mesmo quando a energia é removida da memória.
Ao contrário de tecnologias de RAM convencionais que armazenam dados como cargas elétricas ou fluxos de corrente, Memória de Acesso Aleatório Magnetorresistiva (MRAM - Magnetoresistive Random Access Memory) utiliza elementos magnéticos integrados a um semicondutor de óxido de metal complementar (CMOS). Em geral, atributos de tecnologia de MRAM incluem não-volatilidade e uma duração de leitura e gravação ilimitada. MRAM provê o potencial para memória de estado sólido de alta velocidade, voltagem operacional inferior e alta densidade. Aplicações de MRAM podem incluir células de memória para automotivos, telefone móvel, cartão inteligente, aplicações militares endurecidas de radiação, armazenagem de banco de dados, Dispositivo de Identificação de Frequência de Rádio (RFID) e elementos
2/16
MRAM em um conjunto de portas programável em campo (FPGA). Essas aplicações de MRAM em potencial podem incluir tanto aplicações de memória independentes como embutidas. Em geral, a arquitetura de bits é baseada em um transistor ativo de tamanho mínimo que serve como um dispositivo de isolamento em combinação com um elemento de junção de túnel magnética (MTJ) ou pilha de modo a definir o bit MRAM.
Como exposto acima, MRAM tem várias características desejáveis que a tornam candidata a uma memória universal, tal como alta velocidade, elevada densidade (isto é, tamanho pequeno de célula de bit), baixo consumo de energia, e sem degradação com o passar do tempo. Entretanto, MRAM tem questões de redimensionamento. Especificamente, à medida que as células de bit se tornam menores, os campos magnéticos utilizados para comutar o estado de memória aumentam. Por conseguinte, a densidade atual e consumo de energia aumentam para prover os campos
magnéticos mais elevados, desse modo limitando o
redimensionamento da MRAM.
A tecnologia de gravação de Torque de
Transferência de Spin (STT - Spin Transfer Torque) é uma
tecnologia onde dados podem ser gravados ao alinhar a direção de spin dos elétrons que flutuam através de um elemento de magnetoresistência de tunelamento (TMR). Em geral, a gravação de dados é executada utilizando uma corrente spin-polarizada com os elétrons tendo a mesma direção de spin. RAM de transferência de torque de spin tem, geralmente, uma vantagem de exigir energia mais baixa e pode prover melhor redimensionamento em relação MRAM convencional. Ao contrário de MRAM convencional, Memória de Acesso Aleatório Magnetorresistiva de Torque de Transferência de Spin (STT-MRAM) utiliza elétrons que se tornam spin-polarizados, à medida que os elétrons passam
3/16 através de um filme fino (filtro de spin). STT-MRAM é também conhecida como RAM de torque de transferência de spin (STT-RAM) , RAM de Comutação de Magnetização de
Transferência de Torque de spin (Spin-RAM) e Transferência de Momentum de Spin (SMT-RAM).
Com referência à Figura 1, um diagrama de uma célula STT-MRAM 101 é ilustrado.
A célula STT-MRAM 101 inclui, por exemplo, uma MTJ 105, um transistor 110, uma linha de bits 120, uma linha de palavras 130, uma linha de fonte 140, um amplificador de sentido 150, conjunto de circuitos de leitura/gravação 160, e uma referência de linha de bits 170. Os versados na técnica reconhecerão que a operação e construção da célula de memória 101 são conhecidas na técnica. Detalhes adicionais são providos, por exemplo, em M. Hosomi, e outros, A Novel Nonvolatile Memory with spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching: Spin-RAM, proceedings of IEDM conference (2005), que é incorporado aqui a título de referência na íntegra.
As Figuras 2A, 2B e 2C são ilustrações em seção transversal da célula MRAM STT convencional. 0 processo na formação de uma célula MRAM STT convencional tem várias desvantagens. Inicialmente, três máscaras adicionais são necessárias, para padronizar o eletrodo inferior, as junções de túnel e o eletrodo superior. Adicionalmente, é difícil controlar a interrupção da gravação (etching stops) no eletrodo inferior da célula MRAM STT convencional. O eletrodo inferior geralmente fino então contribui para a resistência de linha e pode limitar o fluxo de corrente através da célula. Como a MTJ 130 é composta de múltiplas camadas de filmes muito finos (da ordem de 50-100 mm) , é difícil obter um processo de gravação eficiente. Desse modo, é necessário terminar a gravação em uma interface
4/16 exata. Por conseguinte, em um processo convencional, ferramentas litográficas de alta resolução são necessárias para padronizar para abaixo de 100 nm em filmes de metal fino altamente refletivos.
Além disso, após padronizar os filmes para formar a MTJ (que no exemplo tem uma área superficial de aproximadamente 50 x 100 nm) , há geralmente uma adesão ruim entre as células MRAM e certos materiais de passivação. Por exemplo, após padronizar a MTJ, é necessário depositar outro isolador no topo e passivar a camada do isolador. Se a superfície não for tratada adequadamente, torna difícil controlar a interface entre a MTJ e o eletrodo, ocasionando assim adesão ruim entre as camadas de filme fino de metal de MTJ e o dielétrico (isolador). Desse modo, a interface é um ponto fraco, uma vez que a camada de passivação é perdida em processamento subsequente. Além disso, com tecnologias litográficas convencionais, diferentes filmes exigem padrões e gravação diferentes. Por exemplo, pode haver um conjunto de gravações e condições de padrão para remover uma camada, enquanto um processo e gravação totalmente diferentes necessitam ser utilizados para remover uma camada diferente da MTJ ser formada como parte da célula de memória.
Resumo da Invenção
Modalidades exemplares da invenção são direcionadas a uma célula de memória um método para formar uma junção de túnel magnética de uma célula de memória.
Por conseguinte, uma modalidade da invenção pode incluir uma memória compreendendo um substrato em um primeiro plano; uma primeira conexão de metal estendendo em um segundo plano, em que o segundo plano é substancialmente perpendicular ao primeiro plano; e uma primeira junção de
tunel magnética (MTJ) tendo uma primeira camada acoplada a conexão de metal, tal que a primeira camada da MTJ é orientada ao longo do segundo plano.
Outra modalidade pode incluir um método para formar uma junção de túnel magnética (MTJ) em uma célula de memória, o método compreendendo: prover um substrato em um primeiro plano; formar uma conexão de metal estendendo em um segundo plano, em que o segundo plano é substancialmente perpendicular ao primeiro plano; gravar um canal (trench) em uma camada de óxido para expor pelo menos uma primeira parte da conexão de metal, em que a primeira parte da conexão de metal é orientada ao longo do segundo plano; depositar uma pluralidade de camadas da MTJ no canal tal que a pluralidade de camadas da MTJ é orientada ao longo do segundo plano e tal que uma primeira camada da MTJ é acoplada à primeira parte da conexão de metal.
Breve Descrição das Figuras
Os desenhos em anexo são apresentados para auxiliar na descrição das modalidades da invenção e são providos exclusivamente para ilustrar as modalidades e não limitar estas.
Figura 1 - é um diagrama em blocos de uma célula de Memória de Acesso aleatório Magnetorresistiva de Torque de Transferência de Spin (STT-MRAM).
Figuras 2A, 2B e 2C - são ilustrações em seção transversal de uma célula MRAM STT convencional.
Figura 3A - ilustra uma vista em seção transversal de uma junção de túnel magnética (MTJ) e elementos de uma célula de bits.
Figura 3B - ilustra uma vista mais detalhada da MTJ acoplada à conexão de metal.
Figura 4 - ilustra um diagrama esquemático de uma célula de bit apresentando a relação com os elementos da
6/16
Figura 3A.
Figura 5 - ilustra uma vista em seção transversal
de uma célula de memória parcialmente fabricada.
Figura 6 - ilustra uma vista em seção transversal
de uma célula de memória parcialmente fabricada.
Figura 7 - ilustra uma vista em seção transversal
de uma célula de memória parcialmente fabricada.
Figura 8 - ilustra uma vista em seção transversal
de uma célula de memória parcialmente fabricada.
Figura 9 - ilustra uma vista em seção transversal
de uma célula de memória parcialmente fabricada.
Figura 10 - ilustra uma vista em seção
transversal de uma célula de memória fabricada.
Figura 11 - ilustra uma vista em seção transversal de outra modalidade de uma célula de memória.
Descrição Detalhada da Invenção . Aspectos exemplares da invenção são descritos na descrição a seguir e desenhos relacionados direcionados para modalidades específicas da invenção. Modalidades alternativas podem ser idealizadas sem se afastar do escopo da invenção. Adicionalmente, elementos bem conhecidos da invenção não serão descritos em detalhes ou serão omitidos de modo a não obscurecer os detalhes relevantes da invenção.
A palavra exemplar é utilizada aqui para significar servindo como um exemplo, ocorrência ou ilustração. Qualquer modalidade descrita aqui como exemplar não deve ser necessariamente interpretada como preferida ou vantajosa em relação a outras modalidades. De modo semelhante, o termo modalidades da invenção não requer quer todas as modalidades da invenção incluam a característica, vantagem ou modo de operação discutidos.
A terminologia utilizada aqui é para fins de
/16 descrever apenas modalidades específicas e não pretende limitar as modalidades da invenção. Como utilizado aqui, as formas singulares um, uma, e o, a pretendem incluir as formas plurais também, a menos que o contexto claramente indique o contrário. Será também entendido que os termos compreende, compreendendo, inclui e/ou incluindo quando utilizados aqui, especificam a presença de características mencionadas, inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes, porém não afasta a presença ou adição de uma ou mais outras características, inteiros, etapas, operações, elementos, componentes e/ou grupos destes.
Em geral, as modalidades exemplares são direcionadas a uma arquitetura de célula de memória e processo para formar a parte de junção de túnel magnética (MTJ) de uma célula de Memória de Acesso Aleatório Magnetorresistiva (MRAM) de modo a reduzir o custo geral de fabricação e melhorar a confiabilidade do dispositivo. Ao contrário das células MRAM de transferência de torque de spin (STT), somente uma, ou alternativamente duas, máscaras de foto necessitam ser utilizadas em vez de três máscaras necessárias no processo convencional. Em um exemplo, as camadas da MTJ são depositadas em um canal que é gravado em uma camada de óxido de modo a formar uma junção vertical da MTJ em contato direto com a conexão de metal da célula ou dispositivo. Ao contrário usando controles litográficos, que exigem extrema precisão em 2-dimensões, uma das dimensões das camadas formando a MTJ pode ser controlada pela profundidade de gravação necessária para criar o canal para depositar as camadas da MTJ. Adicionalmente, as dimensões (por exemplo, dimensões críticas de célula) das camadas formando a MTJ podem ser controladas pelo peso das camadas de metal depositadas para formar a MTJ.
I
Adicionalmente, como sera visto em maiores detalhes abaixo, um processo de gravação (etching process) pode ser utilizado para formar uma cavidade ou um canal, e as características de deposição física na formação das camadas da MTJ podem ser utilizadas para acoplar a MTJ á conexão de metal.
A célula de memória exemplar e o processo para formar a célula de memória inclusive da MTJ é descrita agora com referência às Figuras 3-11. Processos exemplares são descritos no procedimento básico para formar a MTJ para fins de clareza e entendimento.
Com referência à Figura 3A, é mostrada uma vista em seção transversal de uma célula de memória 300. A célula de memória 300 inclui um substrato 301 formado em um primeiro plano e uma conexão de metal 320 (por exemplo, cobre, tungstênio, etc.) estendendo em um segundo plano. O segundo plano é substancialmente perpendicular ao primeiro plano. A célula de memória 300 inclui ainda uma junção de túnel magnética (MTJ) 365 tendo uma primeira camada acoplada à conexão de metal 320, tal que a primeira camada da MTJ 365 é orientada ao longo do segundo plano. Como será reconhecido da conexão ilustrada, a corrente fluindo através da MTJ 365, passa através da interface indicada por 380. Os detalhes em relação à MTJ 365 serão também discutidos em relação à Figura 3B.
Com referência à Figura 3B, uma ilustração mais detalhada do arranjo vertical da MTJ 365 é ilustrada. A MTJ 265 inclui uma pluralidade de camadas, como uma camada fixa ou pinnned 362, uma camada de barreira de túnel 363, e uma camada livre 364. Estas camadas podem ser formadas de filmes ou outros métodos como será discutido em maiores detalhes abaixo. Além disso, será reconhecido que cada uma destas camadas pode conter uma ou mais camadas de materiais
9/16 para obter a funcionalidade da camada, como discutido acima. Por exemplo, uma ou mais camadas de material pode ser utilizada para formar a camada fixa 362, entretanto, a combinação pode ser mencionada aqui como uma única camada funcional por conveniência.
Como pode ser visto a partir do arranjo detalhado da Figura 3B, cada uma da camada funcional (362-364) da MTJ é orientada ao longo de uma parede lateral do conector 320 em um plano vertical (em relação ao substrato). Embora as camadas (362-364) da MTJ 365 também estendam horizontalmente, o fluxo de corrente através da MTJ 365 é substancialmente entre o eletrodo 375 e o conector 320, como destacado pela trajetória da corrente 380. Ά espessura adicional das partes horizontais das camadas 362-364, particularmente, da camada de barreira de túnel 363, auxilia na orientação do fluxo de corrente através da interface vertical como destacado pela trajetória de corrente 380. Adicionalmente, a parte inclinada 347 das camadas de MTJ 362-364 também mantém a espessura da camada aumentada que inibe o vazamento através destas partes e concentra o fluxo de corrente através 380. Será reconhecido que o perfil· inclinado auxilia a estabelecer a espessura de camada aumentada na parte inclinada 347 das camadas.
Com referência novamente à Figura 3A, a MTJ 365 é acoplada a uma linha de bit (não mostrada) pelo condutor 370 e o eletrodo 375. Ά conexão de metal 320 e o condutor 325 acoplam a MTJ 365 ao transistor 305. 0 transistor 305 é acoplado a uma conexão de linha de palavra 308 e a uma conexão de linha de fonte através de condutores 310 e 315. A configuração da célula de memória 300 é ilustrada em relação a um diagrama esquemático na Figura 4.
A Figura 4 ilustra um diagrama esquemático da célula de memória 300 e a relação com os elementos
10/16 representados em relação às Figuras 3A e 3B. Para facilitar o entendimento desta relação, os números de referência para os mesmos elementos foram mantidos. Deve ser observado que por conveniência de ilustração, a orientação fisica de vários dos elementos, por exemplo, MTJ 365, transistor 305, etc., não são mantidas no diagrama esquemático. A linha de bits é acoplada à MTJ 365 através dos elementos 370 e 375. A MTJ 365 é acoplada ao transistor de linha de palavra/ acesso 305, através dos elementos 320 e 325. A linha de palavras é acoplada ao transistor 305 através do elemento 308 e a linha de fonte é acoplada ao transistor 305 através dos elementos 315 e 310. Os aspectos funcionais restantes da disposição de memória (por exemplo, amplificador de sentido, etc.) não são detalhados, mas são ilustrados na Figura 1, por exemplo, e são conhecidos na técnica.
Com referência às Figuras 5-11, um método exemplar para fabricar uma junção de túnel magnética (MTJ) 365 em uma célula de memória 300 de acordo com modalidades da invenção será descrito agora. Nas Figuras 5-11, os números de referência para elementos relacionados foram mantidos. De modo semelhante, para evitar redundância, nem todos os elementos serão discutidos na descrição de cada figura.
Como ilustrado na Figura 5, uma modalidade da invenção pode incluir duas células de memória tendo uma conexão de linha de fonte compartilhada 310. Os elementos adicionais da segunda célula tal como conexão de linha de palavra 309, elementos condutivos 326 e 321 servem a finalidades similares e por conseguinte não serão discutidos em detalhes. Como discutido acima, o substrato 301 pode ser formado em um primeiro plano e uma conexão de metal 320 pode ser formada para estender em um segundo plano que é substancialmente perpendicular (por exemplo,
11/16 vertical) ao primeiro plano. A conexão de metal 320 é envolvida em uma camada não-condutora 350 (por exemplo, uma camada de óxido). A conexão de metal 320 e outros elementos condutivos podem ser feitos de um material de metal apropriado tendo boas propriedades condutivas elétricas tal como cobre, tungstênio, aluminio e similar, como conhecido na técnica.
Com referência às Figuras 6 e 7, após a estrutura de célula parcial 300 ter sido provida, um canal 340 pode ser gravado na camada de óxido 350 para expor pelo menos uma primeira parte da conexão de metal 320, em que a primeira parte da conexão de metal 320 é orientada ao longo do segundo plano.
Como ilustrado na Figura 6, uma camada fotorresistiva 330 tendo um padrão de aberturas 331 pode ser provida em uma superfície superior das células. As aberturas 331 podem ser posicionadas de tal modo que sobreponha uma parte 332 da conexão de metal 320 para assegurar que a primeira parte da conexão de metal 320 seja exposta. Um agente de gravação químico pode ser então utilizado para gravar um canal ou cavidade 340 em partes da camada de óxido 350 expostas pelo padrão de aberturas 331, como mostrado na Figura 7. Durante esta primeira etapa de gravação, o padrão e/ou a parte exposta da conexão de metal 320 pode ser controlada de diversos modos. Por exemplo, variáveis de processo como tempo em que o agente de gravação é aplicado e/ou química do agente de gravação podem ser controladas. Adicionalmente, padrões diferentes podem ser utilizados para gravar o canal 340 na parte da camada de óxido 350 que envolve a conexão de metal 320.
Com referência novamente às Figuras 6 e 7, a camada de óxido 350 pode ser gravada em uma profundidade desejada para expor pelo menos uma primeira parte 322 da
12/16 conexão de metal 320 que é orientada ao longo do segundo plano. Além disso, o canal ou cavidade 340 pode ser formado tal que um lado do canal 340 seja inclinado como evidente pela parte 345. Essa parte inclinada 345 da camada de óxido 350, ou perfil de inclinação, pode ser controlada como uma função de qualquer uma ou mais das variáveis de processo de agente de gravação como conhecido na técnica. Em outras modalidades, os parâmetros podem ser manipulados para obter uma conexão de metal mais fina 320 em comparação com as cavidades formadas 340, ou um padrão onde a conexão de metal 320 é mais espessa ou mais larga em comparação com o canal formado 340 no qual as camadas da MTJ são depositadas. Além disso, a parte inclinada 345 facilita a manutenção de camadas mais espessas na parte inclinada 345 da MTJ ao contrário da parte vertical 322, como discutido acima em relação à Figura 3B.
A seguir, como mostrado na Figura 8, camadas de filme fino 360 (por exemplo, 362-364) da MTJ 365 podem ser depositadas no canal 340 tal que uma parte da primeira camada (por exemplo, 362) da MTJ 365 é orientada ao longo do segundo plano e tal que a primeira camada da MTJ 365 é acoplada à primeira parte 322 da conexão de metal 320. As camadas de filme fino 360 que são para formar a MTJ 365 podem ser depositadas no topo das células e dentro do canal 340. Estas camadas de filme fino 360 podem ser embutidas como filmes ferromagnéticos finos incluindo, por exemplo, uma camada fixa 362 (por exemplo, Ta/PtMn/CoFe/Ru/CoFeB), uma camada de barreira de túnel 363 (por exemplo, AlOx ou MgO) , e uma camada livre 364 (por exemplo, CoFeB/Ta) . Uma ou mais camadas da MTJ 365 podem ser mais finas ao longo da primeira parte da conexão de metal 320 (isto é, a parede lateral exposta 322 da conexão de metal 320) do que ao longo das partes do canal 340 que são paralelas ao
13/16 substrato 301 ou inclinadas com relação ao substrato 301.
Após deposição de cada uma das camadas de filme fino 360, que são para formar a MTJ 365, uma camada de metal 375 pode ser formada sobre as camadas de filme fino 360.
Com referência à Figura 9, as camadas de filme fino estranhas 360 da MTJ 365 e a camada de metal 375 podem ser removidas por polimento, tal como polimento mecânico quimico (CMP), gravação (por exemplo, gravação a plasma) ou outras técnicas conhecidas. Como mostrado na Figura 9, as camadas de filme fino 3 60 e a camada de metal 37 5 são polidas ou gravadas para corresponder substancialmente à superfície superior da conexão de metal 320. A superfície superior da conexão de metal 320 pode ser paralela ao plano do substrato 301. Ao remover as camadas de filme fino 360 e a camada de metal 375 que sobrepõe a superfície superior, as camadas restantes formam a MTJ 365 e o eletrodo 375 e enchem o canal 340.
Com referência à Figura 10, uma conexão de linha de bits 370 pode ser formada por um elemento condutivo (por exemplo, uma via) no eletrodo 375 para acoplar eletricamente o eletrodo 375, e conseqüentemente a MTJ 365, a uma linha de bits (não mostrada). O elemento condutivo 370 pode ser incorporado em uma camada não-condutora, que pode também ser sobreposta no topo do conector elétrico 320.
Com referência à Figura 11, um arranjo exemplar de junções de túnel magnéticas (MTJs) em uma disposição de memória de acordo com outra modalidade da invenção será descrito agora. Como mostrado na Figura 11, um par de células de bits 300 e 400 pode ser formado como imagens espelho entre si. Por exemplo, canais podem ser gravados na camada de óxido para expor primeiras partes adjacentes de cada da pluralidade de conexões de metal que estão no
14/16 segundo plano. As camadas de MTJ podem ser depositadas nos canais formados na área entre pares adjacentes de conexões de metal. Será reconhecido que o processo para formar as células 300 e 400 de acordo com a Figura 11 é similar aos processos ilustrados nas Figuras 5-10, e portanto, uma explicação detalhada não é provida aqui. Além disso, será reconhecido que o processo para as células de bits duais pode ser aplicado em células de bits individuais, tal como ilustrado na Figura 3A ou pode ser aplicado em mais de duas células de bits de uma vez. Por conseguinte, as modalidades da invenção não são limitadas aos exemplos ilustrados providos aqui.
As dimensões gerais (por exemplo, largura e/ou comprimento) da área de junção da MTJ 3 65, podem ser ajustadas dependendo da aplicação desejada da célula de memória 300. Em outras palavras, o padrão desejado pode ser formado dependendo dos detalhes da célula de memória especifica 300. Em qualquer caso, as dimensões da MTJ 365, e consequentemente da célula de memória 300, podem ser uma função da profundidade do canal 340 que é gravada na camada de óxido 350 da célula de memória 300 para formar a MTJ 365, bem como a espessura das camadas de filme fino 360 a serem aplicadas na formação da MTJ 365 durante o processo de deposição descrito acima.
Como exposto acima, devido em parte à natureza de deposição física deste processo, a espessura de barreira de túnel na MTJ 365 pode ser mais fina próxima à primeira parte exposta 322 da conexão de metal 320 (por exemplo, como mostrado na Figura 7) e mais espessa em outra parte no canal 340. Por conseguinte, a corrente de túnel pode passar principalmente entre a conexão de metal 320 (tal como cobre ou tungstênio) e o eletrodo 375 através da parte vertical da MTJ 365 adjacente 322.
15/16
Por conseguinte, e ao contrário de técnicas de processamento convencionais, apenas uma ou duas máscaras de foto podem ser utilizadas para formar a arquitetura de célula de MRAM STT 300, como exemplarmente mostrado nas Figuras 3-10. Nos exemplos anteriores, um primeiro processo de gravação é utilizado para formar o canal ou cavidade 340, e então após as camadas de filme fino 360 da MTJ 365 e da camada de metal 375 serem depositadas, um segundo processo de gravação, ou alternativamente uma etapa de polimento, é executada para formar a MTJ 365 e eletrodo 375. Além disso, a MTJ 365 é formada em uma orientação vertical (isto é, orientada em um segundo plano que é perpendicular ao substrato) e seu tamanho pode ser controlado pelas dimensões do orifício da máscara de foto, pela profundidade de gravação do canal 340 e/ou pelo peso das camadas de filme fino 360, em vez de pelo uso de mais controles litográficos de tolerância justa. Os processos de fabricação utilizados aqui podem ser compatíveis com um processo damasceno (único ou duplo) para reduzir custos de fabricação. A orientação vertical pode prover condução elétrica aperfeiçoada entre a linha de bits 140 (como mostrado na Figura 1) e as células MRAM STT 300 e pode prover adesão melhor ou aperfeiçoada entre a MTJ 365 e a conexão de metal 320, provendo um contato de metal-metal em vez de um contato de isolamento com metal como na estrutura de célula de MRAM STT convencional.
Embora a descrição acima mostre modalidades ilustrativas da invenção, deve ser observado que várias mudanças e modificações podem ser feitas na presente invenção sem se afastar do escopo das modalidades da exemplo, as funções, etapas e/ou ações dos métodos de acordo com as modalidades da invenção descritas aqui não invenção como definido pelas reivindicações apensas.
Por
16/16 necessitam ser executadas em nenhuma ordem especifica. Além disso, embora elementos da invenção possam ser descritos ou reivindicados no singular, o plural é considerado a menos que uma limitação ao singular seja explicitamente mencionada.

Claims (21)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Memória, caracterizada pelo fato de que compreende:
    - um substrato (301) em um primeiro plano;
    - uma primeira conexão de metal (320) estendendo em um segundo plano, em que o segundo plano é substancialmente perpendicular ao primeiro plano;
    - uma primeira junção de túnel magnética (MTJ) (365) tendo uma primeira camada (362) acoplada à primeira conexão de metal (320), tal que a primeira camada (362) da MTJ (365) é orientada ao longo do segundo plano;
    - um canal (340) formado em um isolador, em que as camadas livres da barreira de túnel e fixada da MTJ são formadas no canal;
    em que o canal tem uma parte inferior paralela ao primeiro plano e uma parte inclinada, inclinada com relação ao segundo plano;
    em que pelo menos a camada de barreira de túnel é mais espessa na parte inferior e na parte inclinada do que na parte orientada ao longo do segundo plano; e em que a camada de metal e a pluralidade de camadas da MTJ são polidas a uma altura da conexão de metal.
  2. 2. Memória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira MTJ inclui uma ou mais camadas orientadas ao longo do segundo plano.
  3. 3. Memória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um transistor (305) é formado no substrato.
  4. 4. Memória, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a primeira conexão de metal é acoplada ao transistor.
  5. 5. Memória, de acordo com a reivindicação 4,
    Petição 870190009163, de 28/01/2019, pág. 6/10
    2/5 caracterizada pelo fato de que compreende também:
    - uma conexão de linha de fonte (310) e uma conexão de linha de palavra (309), em que cada qual é acoplada ao transistor.
  6. 6. Memória, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que compreende também:
    - uma conexão de linha de bits (370) acoplada a uma segunda camada da primeira MTJ, em que a segunda camada é orientada ao longo do segundo plano.
  7. 7. Memória, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a corrente é configurada para fluir entre a conexão de linha de bits e a conexão de metal através das camadas da primeira MTJ no segundo plano.
  8. 8. Memória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira camada é uma camada fixa e em que a primeira MTJ também inclui:
    - uma camada de barreira de túnel (363) orientada ao longo do segundo plano; e
    - uma camada livre orientada ao longo do segundo plano.
  9. 9. Memória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende também:
    - uma segunda conexão de metal estendendo no segundo plano; e
    - uma segunda junção de túnel magnética (MTJ) tendo uma primeira camada acoplada à segunda conexão de metal, tal que a primeira camada da segunda MTJ é orientada ao longo do segundo plano.
  10. 10. Memória, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que uma linha de fonte é compartilhada para cada par das MTJs.
  11. 11. Memória, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que compreende também:
    Petição 870190009163, de 28/01/2019, pág. 7/10
    3/5
    - uma primeira linha de palavra para a primeira
    MTJ; e
    - uma segunda linha de palavra para a segunda MTJ.
  12. 12. Memória, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a primeira linha de palavra
    é posicionada entre a primeira conexão de metal e uma conexão de linha de fonte, e em que a segunda linha de palavra é posicionada entre a segunda conexão de metal e a conexão de linha de fonte. 13. Memória , de acordo com a reivindicação 9,
    caracterizada pelo fato de que a primeira MTJ é localizada em um primeiro lado da primeira conexão de metal e em que a segunda MTJ é localizada em um lado da segunda conexão de metal que é adjacente ao primeiro lado da primeira conexão de metal.
  13. 14. Método para formar uma junção de túnel magnética (MTJ) em uma célula de memória, o método caracterizado pelo fato de que compreende:
    - prover um substrato (301) em um primeiro plano;
    - formar uma conexão de metal (320) estendendo em um segundo plano, em que o segundo plano é substancialmente perpendicular ao primeiro plano;
    - gravar um canal (340) em uma camada de óxido para expor pelo menos uma primeira parte da conexão de metal, em que a primeira parte da conexão de metal é orientada ao longo do segundo plano; e
    - depositar uma pluralidade de camadas (360) da MTJ no canal, tal que a pluralidade de camadas da MTJ é orientada ao longo do segundo plano e tal que uma primeira camada da MTJ é acoplada à primeira parte da conexão de metal.
  14. 15. Método, de acordo com a reivindicação 14,
    Petição 870190009163, de 28/01/2019, pág. 8/10
    4/5 caracterizado pelo fato de que o canal inclui pelo menos uma primeira superfície que é orientada ao longo do segundo plano e uma segunda superfície tendo uma inclinação (345) com relação ao segundo plano; e em que a primeira camada da MTJ é depositada na primeira superfície e na segunda superfície do canal.
  15. 16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o canal inclui uma terceira superfície que é orientada paralela ao primeiro plano; e em que a primeira camada da MTJ é depositada na terceira superfície do canal.
  16. 17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que uma camada de barreira de túnel (363) da MTJ é mais fina na primeira superfície do que na segunda ou terceira superfície.
  17. 18. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende também:
    - preencher pelo menos o canal com uma camada de metal; e em que a camada de metal é acoplada a uma segunda camada da MTJ.
  18. 19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende também:
    - formar uma conexão de linha de bits (370) na camada de metal, em que a conexão de linha de bits acopla a camada de metal a uma linha de bits.
  19. 20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende também:
    - remover partes da camada de metal e a pluralidade de camadas da MTJ que estão fora do canal.
  20. 21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que remover inclui:
    - gravar a camada de metal e a pluralidade de
    Petição 870190009163, de 28/01/2019, pág. 9/10
    5/5 camadas da MTJ a uma altura da conexão de metal.
  21. 22. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que remover inclui:
    - polir a camada de metal e a pluralidade de camadas da MTJ a uma altura da conexão de metal.
    Petição 870190009163, de 28/01/2019, pág. 10/10
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