特許 6576440 ＭＲＡＭに基づく磁気装置用の電気配線デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6576440

(24)【登録日】2019年8月30日

(45)【発行日】2019年9月25日

(54)【発明の名称】ＭＲＡＭに基づく磁気装置用の電気配線デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/8239 20060101AFI20190912BHJP

   H01L 27/105 20060101ALI20190912BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20190912BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/105 447

   H01L43/08 Z

【請求項の数】10

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-516436(P2017-516436)

(86)(22)【出願日】2015年9月24日

(65)【公表番号】特表2017-531321(P2017-531321A)

(43)【公表日】2017年10月19日

(86)【国際出願番号】EP2015072031

(87)【国際公開番号】WO2016050615

(87)【国際公開日】20160407

【審査請求日】2018年6月12日

(31)【優先権主張番号】62/059,337

(32)【優先日】2014年10月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】509096201

【氏名又は名称】クロッカス・テクノロジー・ソシエテ・アノニム

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100173521

【弁理士】

【氏名又は名称】篠原 淳司

(74)【代理人】

【識別番号】100153419

【弁理士】

【氏名又は名称】清田 栄章

(72)【発明者】

【氏名】カンブ・ベルトラン

【審査官】 小山 満

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０５３５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１４３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３３５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７１３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２０１０７３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３９

Ｈ０１Ｌ ２７／１０５

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つの配線デバイスと複数のＭＲＡＭセルとを有するＭＲＡＭに基づく磁気装置において、
前記配線デバイスが、１つの磁気トンネル接合と、この磁気トンネル接合の下端部に電気接続している１つのストラップ部と、この磁気トンネル接合の上端部に電気接続している１つの電流線部と、１つのビアを介して１つの下金属スタッドに電気接続している１つの上金属スタッドとを有し、前記磁気トンネル接合中に通電する電流が、前記ストラップ部と前記ビアとの間と、前記ビアと前記下金属スタッド又は前記上金属スタッドとの間とに直接に通電するように、前記ストラップ部が、前記ビアに直接に電気接触されていて、
それぞれのＭＲＡＭセルが、１つの磁気トンネル接合と、この磁気トンネル接合の下端部に電気接続している１つの接合ストラップと、この磁気トンネル接合の上端部に電気接続している１つの電流線と、この磁気トンネル接合の下端部の下に配置されていて、センス電流を通電するための１つのフィールド線とから構成されていて、
１つのＭＲＡＭセルの前記磁気トンネル接合が、前記電流線と前記接合ストラップとを介してもう１つのＭＲＡＭセルの前記磁気トンネル接合と直列に電気接続されていて、
前記配線デバイスが、前記複数のＭＲＡＭセルに直列に接続されているように、前記配線デバイスだけの前記ストラップ部が、複数のＭＲＡＭセルのうちの１つのＭＲＡＭセルの接合ストラップに電気接続している当該ＭＲＡＭに基づく磁気装置。

【請求項2】

前記電気配線デバイスの前記ストラップ部は、前記ビアに接触して結合するように配置されている請求項１に記載のＭＲＡＭに基づく磁気装置。

【請求項3】

前記電気配線デバイスの前記ビアは、第１幅を有する上部と、この第１幅よりも小さい第２幅を有する下部とから構成されていて、
前記ストラップ部は、当該上ビア部との共有部分の当該下ビア部上で前記ビアに接触している請求項２に記載のＭＲＡＭに基づく磁気装置。

【請求項4】

前記下金属スタッドに電気接続されているトランジスタをさらに有する請求項１に記載のＭＲＡＭに基づく磁気装置。

【請求項5】

１つの配線デバイスと複数のＭＲＡＭセルとを有するＭＲＡＭに基づく磁気装置を製造するための方法において、
前記配線デバイスが、１つの磁気トンネル接合と、この磁気トンネル接合の下端部に電気接続している１つのストラップ部と、この磁気トンネル接合の上端部に電気接続している１つの電流線部と、１つのビアを介して１つの下金属スタッドに電気接続している１つの上金属スタッドとを有し、前記磁気トンネル接合中に通電する電流が、前記ストラップ部と前記ビアとの間と、前記ビアと前記下金属スタッド又は前記上金属スタッドとの間とに直接に通電するように、前記ストラップ部が、前記ビアに直接に電気接触されていて、
前記方法が、
下金属スタッドを形成することと、
ストラップ部を形成することと、
ビアと磁気トンネル接合とを形成することと、
上金属スタッドと電流線部とを形成することと、
前記配線デバイスが、前記複数のＭＲＡＭセルに直列に接続されるように、この配線デバイスの前記ストラップ部を前記複数のＭＲＡＭセルのうちのただ１つのＭＲＡＭセルの接合ストラップに接続することとをこの順序で有する当該方法。

【請求項6】

前記下金属スタッドを形成することは、第１誘電体層を基板上に形成することと、下スタッドトレンチをこの第１誘電体層内に形成することと、前記下金属スタッドをこの下スタッドトレンチ内に蒸着することとを有する請求項５に記載の方法。

【請求項7】

ストラップ部を形成することは、第２誘電体層を第１誘電体層上に形成することと、第３誘電体層を前記第２誘電体層上に形成することと、ストラップトレンチをこの第３誘電体層内に形成し、前記ストラップ部をこのストラップトレンチ内に蒸着することとを有する請求項５に記載の方法。

【請求項8】

前記ビアを形成することは、第４誘電体層を第３誘電体層上に形成することと、ビアトレンチを、前記下金属スタッドと整合されたこの第４誘電体層内に形成することと、前記ビアを前記ビアトレンチ内に蒸着することとを有する請求項７に記載の方法。

【請求項9】

接合トレンチを、前記ストラップ部と整合された前記第４誘電体層内に形成することと、磁気トンネル接合を前記接合トレンチ内に蒸着することとをさらに有する請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記上金属スタッドと電流線部とを形成することは、第５誘電体層を前記第４誘電体層上に形成することと、前記下金属スタッドと整合された上スタッドトレンチと、前記磁気トンネル接合と整合されたライントレンチとを前記第５誘電体層内に形成することと、前記上金属スタッドを前記上スタッドトレンチ内に蒸着し、電流線部を前記ライントレンチ内に蒸着することとを有する請求項８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、低い欠陥とより小さい寸法とを有するＭＲＡＭに基づく（ＭＲＡＭベース）磁気装置に接続するための電気配線（相互配線）デバイスに関する。さらに、本発明は、当該配線デバイスを製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体のバックエンド処理では、誘電体によって分離された複数の金属書き込み層が、ビア、すなわち金属を隣接した金属に均一に接続する金属ピラー、を使用して電気配線されている。図１は、上金属スタッド８から下金属スタッド５へ向かって下方に延在しているビア６を有する配線の一般的な実装の一例を示す。

【0003】

マグネティック・ロジック・ユニット（ＭＬＵ）を有するＭＲＡＭ技術では、磁気トンネル接合２が、ストラップ７と称される局所配線上に多くの場合に配置されている（図２参照）。このストラップ７は、一般に、Ｔａ又はＷのような高融点金属から製作されるが、その他の金属を含んでいてもよい。電流が、金属のフィールド線４中に通電されるときに、より高い磁場を得るため、多くの場合、このストラップ７は、その下の金属のフィールド線４の間近にある。

【0004】

しかしながら、下方に延在しているこのようなビアは、加工を困難にし、浅いビアとその下の薄い誘電体層とに関連して高い欠陥率を引き起こす。

【0005】

図３は、電流線３とストラップ７との間に接続された磁気トンネル接合２を有する標準的なＭＬＵ型のセル用の配線を示す。このストラップ７は、電流線部３′に向かって上方に延在しているビア部６′を介し且つビア６を介して下金属スタッド５に直列に電気接続されている。

【0006】

図３の配線配置は、より良好な処理性能をもたらすが、磁気素子のためのセル寸法をより大きくしてしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１３−０３３５７３号公報

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１０／１８７５９１号明細書

【特許文献3】欧州特許出願公開第１３３３４８６号明細書

【特許文献4】米国特許出願公開第２０１２／２０１０７３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明では、ストラップの上の金属から延在するビアを使用して、このストラップとその下の金属との間を電気接続させる新しいビア技術が記載されている。

【0009】

本発明は、１つの磁気トンネル接合と、この磁気トンネル接合の下端部に電気接続している１つのストラップ部と、この磁気トンネル接合の上端部に電気接続している１つの電流線部と、１つのビアを介して１つの下金属スタッドに電気接続している１つの上金属スタッドとを有する電気配線デバイスに関する。この場合、前記磁気トンネル接合中に通電する電流が、前記ストラップ部と１つのビアとの間と、このビアと前記下金属スタッド又は前記上金属スタッドとの間とに直接に通電するように、前記ストラップ部が、前記ビアに直接に電気接触されている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

さらに、本発明は、１つの配線デバイスと、複数のＭＲＡＭセルとを有するＭＲＡＭに基づく磁気装置に関する。それぞれのＭＲＡＭセルが、１つの磁気トンネル接合と、この磁気トンネル接合の下端部に電気接続している１つの接合ストラップと、この磁気トンネル接合の上端部に電気接続している１つの電流線と、１つのフィールド線がこの磁気トンネル接合の下端部の下に配置されていて、センス電流を通電するためのこのフィールド線とから構成されている。１つのＭＲＡＭセルの前記磁気トンネル接合が、前記電流線と前記接合ストラップとを介してもう１つのＭＲＡＭセルの前記磁気トンネル接合と直列に電気接続されている。この場合、前記配線デバイスのストラップ部が、複数のＭＲＡＭセルのうちの１つのＭＲＡＭセルの接合ストラップに電気接続している。

【0011】

また、本発明は、下金属スタッドを形成するステップと、ストラップ部を形成するステップと、ビアと磁気トンネル接合とを形成するステップと、上金属スタッドと電流線部とを形成するステップとを有する、配線デバイスを製造するための方法に関する。

【0012】

ここに開示されている電気配線デバイスと、配線デバイスを有するＭＲＡＭに基づく磁気装置とは、従来の配線デバイスの製造と比べてより低い欠陥率で製造され得る。また、当該電気配線デバイスは、当該ＭＲＡＭに基づく磁気装置の有益なセル寸法と結合される簡単な方法を可能にする。

【0013】

本発明は、例示され且つ図面に示された１つの実施の形態の説明によってより良好に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】従来の配線を示す。

【図2】ＭＲＡＭセル用の従来の局所配線を示す。

【図3】標準的なＭＬＵ型セル用の配線を示す。

【図4】１つの実施の形態による電気配線デバイスを示す。

【図5】１つの実施の形態による配線デバイスを製造するための方法を示す。

【図6】１つの実施の形態による当該配線デバイスと複数のＭＲＡＭセルとを有する磁気装置を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

電気配線デバイス１０が、１つの実施の形態による図４に示されている。当該配線デバイス１０は、磁気トンネル接合２′と、この磁気トンネル接合２′の下端部に電気接続されているストラップ部７′と、この磁気トンネル接合２′の上端部に電気接続されている電流線部３′と、ビア６を介して下金属スタッド５に電気接続されている上金属スタッド８とを有する。磁気トンネル接合２′中に通電する電流が、ストラップ部７とビア６との間と、ビア６と下金属スタッド５又は上金属スタッド８との間とに直接に通電するように、ストラップ部７′が、ビア６に直接に電気接触されている。

【0016】

ストラップ部７′、上金属スタッド８、下金属スタッド５及び電流線部３′は、金属材料のような導電性材料から成る。ストラップ部７′は、Ｔａ又はＷのような高融点金属から成ってもよい。別の実施の形態では、電流が、ストラップ部７′中に通電されるときに、ストラップ部７′が、磁気トンネル接合２′を局所加熱するためにも使用され得るように、このストラップ部７′は、２００Ω／□（ｓｑｕａｒｅ）を超えるシート抵抗を有し得る。このことは、減少された横断面を有するストラップ部７′によって達成され得る。この代わりに、又は当該より小さい横断面と組み合わせて、このことは、ストラップ部７′のための抵抗材料を使用することによっても達成され得る。例えば、１０６Ω／□のシート抵抗を有する一般にタンタルから成る２つのストラップ部７′が、２００Ω／□を超えるシート抵抗を有する窒化タンタルから製作され得る。

【0017】

１つの実施の形態では、ストラップ部７′が、ビア６に接触して結合するように配置されている。図４の特別な例では、ビア６が、第１幅を有する上部６′と、この第１幅よりも小さい第２幅を有する下部６″とから構成されている。好ましくは、ストラップ部７′は、上ビア部６′との共有部分（交差部分）の下ビア部６″でビア６に接触している。この配置では、ストラップ部７′は、下ビア部６″の側面と、上ビア部６′と下ビア部６″との共有部分（交差部分）に形成されたアンダーカット６′″とに接触している。この配置は、ビア６とストラップ部７′との間の接触面積を増大させることを可能にし、ストラップ部７′がビア６の側面のうちのただ１つの側面だけでこのビア６に接触しているときよりも良好な電気接触を保証する。

【0018】

図示されていない１つの実施の形態では、配線デバイス１０が、下金属スタッド５に電気接続されているトランジスタをさらに有する。

【0019】

図５は、１つの実施の形態による配線デバイス１０を製造するための方法を示し、
下金属スタッド５を形成するステップと、
ストラップ部７′を形成するステップと、
ビア６と磁気トンネル接合２′とを形成するステップと、
上金属スタッド８と電流線部３′とを形成するステップとを有する。

【0020】

図５ａに示されているように、第１誘電体層５１が、基板５０上に最初に付着（蒸着を含む）され、下スタッドトレンチ５１０が、例えばエッチングによってこの第１誘電体層５１内に提供される。次いで、下金属スタッド５が、この下スタッドトレンチ（５１０）内に蒸着される。

【0021】

図５ｂは、第１誘電体層５１上の第２誘電体層５２の蒸着と、第２誘電体層５２上の第３誘電体層５３の蒸着とを示す。ストラップトレンチ５３０が、この第３誘電体層５３内にエッチング形成される。次いで、ストラップ部７′が、このストラップトレンチ５３０内に蒸着される。

【0022】

図５ｃは、第３誘電体層５３の上部への第４誘電体層５４の蒸着と、この第４誘電体層５４内にビアトレンチ５４０を形成することとを示す。次いで、ビア６が、このビアトレンチ５４０内に蒸着される。このビア６が蒸着されるときに、このビア６が、金属スタッド５に電気接触するように、このビアトレンチ５４０が、この下金属スタッド５と整合されている部分でエッチングされる。

【0023】

当該製造方法は、接合トレンチ５４１を第４誘電体層５４内に形成することと、磁気トンネル接合２′をこの接合トレンチ５４１内に蒸着することとをさらに有する。磁気トンネル接合２′が蒸着されるときに、この磁気トンネル接合２′が、ストラップ部７′に電気接触するように、接合トレンチ５４１が、このストラップ部７′に整合するようにエッチングされる。

【0024】

当該製造方法は、誘電体層５１〜５５のうちの１つの誘電体層を蒸着した後に平坦化するステップをさらに有し得る。

【0025】

当該製造方法は、第４誘電体層５４上に第５誘電体層５５を蒸着することと、下金属スタッド５と整合された上スタッドトレンチ５５０を形成することとをさらに有する。次いで、上金属スタッド８が、ビア６と電気接触するように上スタッドトレンチ５５０内に蒸着される。ライントレンチ５５３が、第５誘電体層５５内にエッチングされてもよく、電流線部３′が、このライントレンチ５５３内に蒸着される。当該蒸着された電流線部３′が、磁気トンネル接合２′と電気接触するように、このライントレンチ５５３が、この磁気トンネル接合２′と整合している。

【0026】

誘電体層５１〜５５は、シリコン酸化物又はＬｏｗ−ｋ誘電材料のような誘電体から成る１つ又はそれより多い層から成り得る。

【0027】

図６に示された１つの実施の形態では、ＭＲＡＭに基づく磁気装置１００が、１つの配線デバイス１０と、複数のＭＲＡＭセル１とを有する。それぞれのＭＲＡＭセル１が、１つの磁気トンネル接合２と、この磁気トンネル接合２の下端部に電気接続している１つの接合ストラップ７と、この磁気トンネル接合２の上端部に電気接続していて、電流３１を通電するための１つの電流線３と、この磁気トンネル接合２の下端部の下に配置されていて、センス電流４１を通電するための１つのフィールド線４とから構成されている。１つのＭＲＡＭセル１の磁気トンネル接合２が、この電流線３とこの接合ストラップ７とを介してもう１つのＭＲＡＭセル１の磁気トンネル接合２と直列に電気接続されている。配線デバイス１０のストラップ部７′が、複数のＭＲＡＭセル１のうちの１つのＭＲＡＭセル１の接合ストラップ７′に電気接続している。

【0028】

磁気トンネル接合２、２は、センス磁化２１０を有する１つのセンス層２１と、記憶磁化を有する１つの記憶層２３と、このセンス磁気層２１をこの記憶磁気層２３から分離する１つのトンネル障壁層２２から構成されている。当該磁気トンネル接合２が、高温閾値にあり、低温閾値でピン止めされる場合、当該センス磁化２１０は、反転可能であり、当該記憶磁化２３０は、調整可能である。当該磁気トンネル接合２は、当該第２磁化を低温閾値でピン止めし、当該第２磁化を高温閾値で解除するための反強磁性層２４をさらに有してもよい。電流線３は、書き込み操作中に加熱電流を通電し、読み取り操作中に読み取り電流を通電するために使用され得る。フィールド線４は、書き込み操作中に記憶磁化２３０を切り替え、読み取り操作中にセンス磁化２１０を切り替えるために適合された外部磁場４２を生成するように、フィールド電流４１を通電するために配置され得る。

【0029】

当該センス層及び当該記憶層は、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ又はＮｉＦｅ合金から成り得る。

【0030】

トンネル障壁層２２は、一般にナノメートルの範囲内の薄い層であり、例えば、アルミナ又は酸化マグネシウムのような任意の適切な絶縁材料から形成され得る。反強磁性層２４は、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ若しくはＦｅＭｎのようなマンガンを母材とする合金又はその他の任意の適切な材料から製作され得る。

【符号の説明】

【0031】

１ ＭＲＡＭセル
１０ 配線デバイス
１００ ＭＲＡＭに基づく磁気装置
２，２′ 磁気トンネル接合
２１ 強磁性センス層
２１０ センス磁化
２２ トンネル障壁層
２３ 記憶層
２３０ 記憶磁化
３ 電流線
３′ 電流線部
３１ 電流
４ フィールド線
４１ センス電流
５ 下金属スタッド
５０ 基板
５１ 第１誘電体層
５１０ 下スタッドトレンチ
５２ 第２誘電体層
５３ 第３誘電体層
５３０ ストラップトレンチ
５４ 第４誘電体層
５４０ ビアトレンチ
５４１ 接合トレンチ
５５ 第５誘電体層
５５０ 上スタッドトレンチ
５５３ ライントレンチ
６ ビア
７ ストラップ
７′ ストラップ部
８ 上金属スタッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】