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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-06-21
(54)【発明の名称】エア・ギャップを有する磁気トンネル接合デバイス
(51)【国際特許分類】
H10B 61/00 20230101AFI20240614BHJP
H01L 29/82 20060101ALI20240614BHJP
H10N 50/10 20230101ALI20240614BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20240614BHJP
【ＦＩ】
H10B61/00
H01L29/82 Z
H10N50/10 Z
H01L21/90 N
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023565166
(86)(22)【出願日】2022-05-07
(85)【翻訳文提出日】2023-10-23
(86)【国際出願番号】 CN2022091542
(87)【国際公開番号】W WO2022252918
(87)【国際公開日】2022-12-08
(31)【優先権主張番号】17/303,541
(32)【優先日】2021-06-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390009531
【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】100112690
【弁理士】
【氏名又は名称】太佐 種一
(74)【代理人】
【識別番号】100120710
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 忠彦
(74)【復代理人】
【識別番号】110000420
【氏名又は名称】弁理士法人ＭＩＰ
(72)【発明者】
【氏名】コタンドラマン、チャンドラセカーラン
(72)【発明者】
【氏名】マーチャック、ナタン ピー．
(72)【発明者】
【氏名】ハシェミ、ポウヤ
【テーマコード（参考）】
4M119
5F033
5F092
【Ｆターム（参考）】
4M119AA19
4M119AA20
4M119BB01
4M119BB20
4M119CC05
4M119CC10
4M119DD09
4M119JJ12
4M119JJ13
4M119JJ15
5F033KK11
5F033KK18
5F033KK21
5F033KK32
5F033KK33
5F033PP06
5F033PP14
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5F033QQ23
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5F033RR03
5F033RR04
5F033RR05
5F033RR06
5F033RR09
5F033RR15
5F033RR30
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5F033TT08
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5F092AA11
5F092AA20
5F092AB06
5F092AC12
5F092AC26
5F092BB16
5F092BB22
5F092BB23
5F092BB35
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5F092BB43
5F092BC04
5F092CA08
5F092CA09
5F092CA20
(57)【要約】
磁気トンネル接合スタックと、磁気トンネル接合スタックの上方に位置合わせされた金属ハード・マスクと、金属ハード・マスクを囲むエア・ギャップとを含む半導体デバイス。磁気トンネル接合スタックを形成することと、磁気トンネル接合スタックの上方に位置合わせされる金属ハード・マスクを形成することと、金属ハード・マスクおよび磁気トンネル接合スタックの上に誘電体をコンフォーマルに形成することと、誘電体の垂直側面上にバリアを形成することと、金属ハード・マスクとバリアとの間の誘電体を除去することとを含む方法。磁気トンネル接合スタックを形成することと、磁気トンネル接合スタックの上方に位置合わせされる金属ハード・マスクを形成することと、金属ハード・マスクおよび磁気トンネル接合スタックの上に誘電体をコンフォーマルに形成することと、金属ハード・マスクを囲む誘電体の一部を選択的に除去することとを含む方法。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体デバイスであって、磁気トンネル接合スタックと、
前記磁気トンネル接合スタックの上方に位置合わせされた金属ハード・マスクと、
前記金属ハード・マスクを囲むエア・ギャップと
を備える半導体デバイス。
【請求項2】
前記エア・ギャップを囲むバリアをさらに備える、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項3】
前記バリアがタンタル窒化物（ＴａＮ）を含む、請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項4】
前記バリアを囲む誘電体をさらに備える、請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項5】
前記誘電体がシリコン酸化物を含む、請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項6】
前記エア・ギャップの上面を形成する誘電体をさらに備える、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項7】
前記エア・ギャップを囲む誘電体をさらに備える、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項8】
前記誘電体がテトラエチルオルトシリケート、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４（ＴＥＯＳ）を含む、請求項６に記載の半導体デバイス。
【請求項9】
磁気トンネル接合スタックを形成することと、前記磁気トンネル接合スタックの上方に位置合わせされる金属ハード・マスクを形成することと、
前記金属ハード・マスクと前記磁気トンネル接合スタックの上に誘電体をコンフォーマルに形成することと、
前記誘電体の垂直側面上にバリアを形成することと、
前記金属ハード・マスクと前記バリアとの間の前記誘電体を除去することと
を含む方法。
【請求項10】
前記誘電体がシリコン窒化物を含み、前記バリアがタンタル窒化物を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記磁気トンネル接合スタックと、前記金属ハード・マスクと、前記バリアとを囲む第２の誘電体をコンフォーマルに形成することをさらに含み、前記金属ハード・マスクと前記バリアとの間にキャビティが残る、請求項９に記載の方法。
【請求項12】
前記第２の誘電体が前記キャビティの上面を形成する、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記金属ハード・マスクおよび前記磁気トンネル接合スタックの上方に、前記金属ハード・マスクおよび前記磁気トンネル接合スタックに位置合わせされるビットラインを形成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項14】
磁気トンネル接合スタックを形成することと、前記磁気トンネル接合スタックの上方に位置合わせされる金属ハード・マスクを形成することと、
前記金属ハード・マスクおよび前記磁気トンネル接合スタックの上に誘電体をコンフォーマルに形成することと、
前記金属ハード・マスクを囲む前記誘電体の一部を選択的に除去することと
を含む方法。
【請求項15】
前記誘電体がシリコン窒化物を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記誘電体の上に絶縁体をコンフォーマルに形成することと、前記金属ハード・マスクを囲む前記絶縁体の一部を選択的に除去することと
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項17】
前記絶縁体がテトラエチルオルトシリケート、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４（ＴＥＯＳ）を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記磁気トンネル接合スタックおよび前記金属ハード・マスクの上に第２の誘電体をコンフォーマルに形成することをさらに含み、前記金属ハード・マスクと前記誘電体との間にキャビティが残る、請求項１４に記載の方法。
【請求項19】
前記第２の誘電体が前記キャビティの上面を形成する、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記金属ハード・マスクおよび前記磁気トンネル接合スタックの上方に、前記金属ハード・マスクおよび前記磁気トンネル接合スタックに位置合わせされるビットラインを形成することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、半導体製造分野に関し、より詳細には、エア・ギャップを有する磁気トンネル接合デバイスの作製に関する。
【背景技術】
【0002】
磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（「ＭＲＡＭ」：magnetoresistive random-access memory）デバイスは、不揮発性コンピュータ・メモリとして用いられる。ＭＲＡＭのデータは磁気記憶素子によって記憶される。この素子は、それぞれが磁場を保持することができる２つの強磁性層から形成され、薄い絶縁層すなわちトンネル層で隔てられている。２つの層のうち１つは、特定の極性に設定された基準マグネット（reference magnet）または基準層（reference layer）であり、残りの層の磁場は、外部磁場の極性と一致するように変化して記憶を蓄積することができ、「自由マグネット（free magnet）」または「自由層（free-layer）」と呼ばれる。この構成は磁気トンネル接合（ＭＴＪ：magnetic tunnel junction）として知られ、メモリのＭＲＡＭビットとして最も単純な構造である。
【発明の概要】
【0003】
一実施形態によれば、半導体デバイスが提供される。磁気トンネル接合スタックと、磁気トンネル接合スタックの上方に位置合わせされた金属ハード・マスクと、金属ハード・マスクを囲むエア・ギャップとを含む半導体デバイスである。
【0004】
一実施形態によれば、方法が提供される。本方法は、磁気トンネル接合スタックを形成することと、磁気トンネル接合スタックの上方に位置合わせされる金属ハード・マスクを形成することと、金属ハード・マスクおよび磁気トンネル接合スタックの上に誘電体をコンフォーマルに形成することと、誘電体の垂直側面上にバリアを形成することと、金属ハード・マスクとバリアとの間の誘電体を除去することとを含む。
【0005】
一実施形態によれば、方法が提供される。本方法は、磁気トンネル接合スタックを形成することと、磁気トンネル接合スタックの上方に位置合わせされる金属ハード・マスクを形成することと、金属ハード・マスクおよび磁気トンネル接合スタックの上に誘電体をコンフォーマルに形成することと、金属ハード・マスクを囲む誘電体の一部を選択的に除去することとを含む。
【0006】
本発明のこれらのおよび他の目的、特徴および利点は、添付の図面と関連して読まれる例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。図面の様々な特徴は、図が、当業者が本発明を詳細な説明と併せて明快に理解することを促進するためにあるので、正確な比率ではない。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】例示的な一実施形態による、作製の中間段階における半導体構造体の断面図である。
【図2】例示的な一実施形態による、磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（「ＭＲＡＭ」）スタック層およびハード・マスク堆積の作製を示す図である。
【図3】例示的な一実施形態による、磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（「ＭＲＡＭ」）スタックの形成を示す図である。
【図4】例示的な一実施形態による、誘電体およびハード・マスクの形成を示す図である。
【図5】例示的な一実施形態による、ハード・マスクの一部の選択的除去を示す図である。
【図6】例示的な一実施形態による、誘電体の一部の選択的除去を示す図である。
【図7】例示的な一実施形態による、層間絶縁膜の形成を示す図である。
【図8】例示的な一実施形態による、層間絶縁膜の形成を示す図である。
【図9】例示的な一実施形態による、ビットラインの形成を示す図である。
【図10】例示的な一実施形態による、ビットラインの形成を示す図である。
【図11】例示的な一実施形態による、代替の実施形態を示す図である。
【図12】例示的な一実施形態による、誘電体の形成を示す図である。
【図13】例示的な一実施形態による、誘電体の一部の選択的除去を示す図である。
【図14】例示的な一実施形態による、層間絶縁膜の形成を示す図である。
【図15】例示的な一実施形態による、層間絶縁膜の形成を示す図である。
【図16】例示的な一実施形態による、ビットラインの形成を示す図である。
【図17】例示的な一実施形態による、ビットラインの形成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
図解を簡単かつ明快にするために、図に示された要素は必ずしも正確な比率に描かれていないことを理解されたい。例えば、要素の一部の寸法は、明快にするために、他の要素と比較して誇張されていることがある。さらに、適切と考えられる場合には、対応するかまたは類似する特徴を示すために、図の間で参照番号が繰り返されることがある。
【0009】
特許請求される構造体および方法の詳細な実施形態が本明細書に開示されているが、開示される実施形態は、様々な形態で具体化され得る特許請求された構造体および方法の単なる例示に過ぎないことが理解され得る。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化され得、本明細書に記載された例示的な実施形態に限定して解釈されるべきでない。本明細書において、よく知られた特徴および技術の詳細は、提示される実施形態を不必要に不明瞭にすることを避けるために省略されることがある。
【0010】
本明細書における「ある実施形態（one embodiment）」、「一実施形態（an embodiment）」、「例示的な一実施形態（an example embodiment）」などへの言及は、記載された実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含み得ることを示すが、全ての実施形態が必ずしも特定の特徴、構造、または特性を含むとは限らない。さらに、このような表現は必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性が一実施形態に関連して記述されている場合、明示的に記述されているか否かにかかわらず、他の実施形態に関連してそのような特徴、構造、または特性に影響を与えることは当業者の知識の範囲内であることを付言する。
【0011】
層、領域、または基板としての要素が、別の要素の「上に（ｏｎ）」または「真上に（ｏｖｅｒ）」存在するものと考えられる場合、その要素は別の要素の上に直接存在することができるし、介在要素が存在してもよいことが理解されよう。これに対し、ある要素が別の要素の「直接上に（directly on）」または「直接真上に（directly over）」あると考えられる場合、間に介在する要素は存在しない。ある要素が別の要素に「接続」または「結合」されていると考えられる場合、その要素は別の要素に直接接続または結合され得るし、介在要素が存在してもよいということも理解されよう。これに対し、ある要素が別の要素に「直接接続されている（directly connected）」または「直接結合されている（directly coupled）」と考えられる場合、介在する要素は存在しない。
【0012】
本発明の実施形態の提示を不明瞭にしないために、以下の詳細な説明において、当技術分野で知られているいくつかの処理ステップまたは操作が、提示および説明の目的で一緒に組み合わされている場合があり、場合によっては詳細に説明されていないことがある。他の例では、当技術分野で知られているいくつかの処理ステップまたは操作については、全く説明されないことがある。以下の説明は、むしろ本発明の様々な実施形態の顕著な特徴または要素に焦点を当てていることが理解されるべきである。
【0013】
上述のように、磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（「ＭＲＡＭ」）デバイスは、不揮発性コンピュータ・メモリ技術である。ＭＲＡＭのデータは磁気記憶素子によって記憶される。これらの素子は、それぞれが磁場を保持することができる２つの強磁性層から形成され、薄い絶縁層またはトンネル層で隔てられている。２つの層のうちの１つは特定の極性に設定された磁気基準層であり、残りの層の磁場は少なくとも２つの異なる方向に変化してメモリ・アプリケーションの０と１などの異なるデジタル状態を表現することができる。磁気基準層は基準層と呼ばれることがあり、残りの層は自由層と呼ばれることがある。この構成は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）として知られ、メモリのＭＲＡＭビットとしては最も単純な構造体である。
【0014】
メモリ・デバイスは、このようなメモリ・セルまたはビットの格子から構築される。本明細書でさらに論じるタイプのようなＭＲＡＭのいくつかの構成では、磁気基準層の磁化は一方向（上向きまたは下向き）に固定され、磁気自由層の方向は、外部磁場または電荷電流を発生させるスピン伝達トルク（spin-transfer torque）のような外力によって切り替えられ得る。デバイスの抵抗を読み取るためには小さな電流（極性を問わず）を用いればよく、その抵抗は磁性自由層と磁気基準層の磁化の相対的な向きに依存する。磁化が反平行である抵抗は通常高く、磁化が平行な場合は低くなるが、これはＭＲＡＭの作製に使用される材料によっては逆になることがある。
【0015】
本出願は、磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）に関する。より詳細には、本出願は、スピン伝達トルク（ＳＴＴ）ＭＲＡＭの性能を向上させることができ、半導体技術（ＣＭＯＳ技術など）の配線工程（ＢＥＯＬ：back-end-of-the-line）プロセスに組み込まれ得る改変二重磁気トンネル接合（ｍＤＭＴＪ：modified double magnetic tunnel junction）構造体に関する。ＭＴＪを用い得るＭＲＡＭの一種には、スピン伝達トルクＭＲＡＭ（以下「ＳＴＴ－ＭＲＡＭ」）がある。ＳＴＴ ＭＲＡＭは、磁場を利用して能動素子を反転させる従来のＭＲＡＭより、低消費電力と優れたスケーラビリティの優位性を有する。ＳＴＴ ＭＲＡＭでは、スピン伝達トルクを利用して磁性自由層の向きを反転（スイッチング）させる。ＳＴＴ ＭＲＡＭデバイスでは、ＭＴＪ構造体を通過する電流を用いて、ＭＴＪメモリ素子のビット状態を切り替える、すなわち「書き込む」。ＭＴＪ構造体を下向きに通過する電流は磁気自由層を磁気基準層に対して平行にし、ＭＴＪ構造体を上向きに通過する電流は磁気自由層を磁気基準層に対して反平行にする。
【0016】
本発明は、一般に、半導体製造分野に関し、より詳細には、エア・ギャップを有する磁気トンネル接合デバイスの作製に関する。
【0017】
良好な熱的分離（thermal isolation）を設けることによって敏感なＭＴＪ誘電体に損傷を与えない、改良された熱的分離構造を作製する方法および構造が提供される。標準的なＢＥＯＬプロセス・ステップを用いて、均質なパターン構造が作られる。
【0018】
本発明の利点は、パターニングによるエア・ギャップすなわちキャビティの着実な形成と、ＭＴＪの増強された熱的分離の実現と、ＭＴＪを囲み金属ハード・マスクを囲む誘電体に対するＭＴＪへの誘電体応力の影響の低減と、ＭＴＪの上方に位置合わせされたエッチ・ストップ層とを含む。一実施形態では、ＭＴＪを囲む誘電体およびＭＴＪの上方に位置合わせされた層は、シリコン対窒素比が高く、１０～４０ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導率を有するＳｉＮを含み得る。一実施形態では、ＭＴＪの上方に位置合わせされた層を囲むエア・ギャップは、バリア材料で囲まれ得る。一実施形態では、バリア材料はタンタル窒化物（ＴａＮ）を含み得、特に薄膜の形態において２～４ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導率を有し、金属よりも著しく小さく、ＭＴＪのさらなる熱的分離を実現する。例えば、ルテニウム（Ｒｕ）および他の金属は、より高い熱伝導率、約１００ｗ／ｍ・Ｋを有する。
【0019】
一実施形態では、ＳｉＮなどの誘電体が、ＭＴＪパターニング後に堆積されて、ＭＴＪと、金属ハード・マスクやエッチ・ストップ層などＭＴＪの上方の層とを囲み得る。ＴａＮなどのバリア材料がＳｉＮ上に形成され、パターニングされてバリア材料がＭＴＪとＭＴＪの上方の層とを囲む誘電体の垂直表面上に残り得る。ＭＴＪとＭＴＪの上方の層とを囲む誘電体の一部は選択的に除去され、ＭＴＪとＭＴＪの上方の層とを囲むキャビティを残し得る。テトラエチルオルトシリケート、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４（ＴＥＯＳ）、またはＳｉＯｘなどの層間絶縁膜（「ＩＬＤ（interlayer dielectric）」）が構造体上に形成されて、ＩＬＤがキャビティの小さな上部を充填し、キャビティの主要部分は残って、ＭＴＪに断熱が行われ得る。コンタクトの形成が標準的なプロセスに従って続き得る。
【0020】
本発明の実施形態は、エア・ギャップを有する磁気トンネル接合デバイスを形成する構造および方法を開示するものであり、例示的な一実施形態に従って、図１～図１７の添付図面を参照することによって以下に詳細に説明する。
【0021】
【0022】
構造体１００は、複数の配線工程（「ＢＥＯＬ」：back-end-of-the-line）層を含み得る。一般に、配線工程（ＢＥＯＬ）とは集積回路作製の第２の部分のことであり、個々のデバイス（トランジスタ、キャパシタ、抵抗器など）がウェーハ上で配線を用いて相互接続される。図１に示すように、第１のＢＥＯＬ層は、ＢＥＯＬ金属層１０４を囲むＢＥＯＬ誘電体層１０２を含む。第１のＢＥＯＬ層上に形成された第２のＢＥＯＬ層は、ビア誘電体層１０６とビア充填層１０８とを含む。
【0023】
ＢＥＯＬ誘電体層１０２は、誘電体をコンフォーマルに（conformally）堆積または成長させ、等方性エッチング・プロセスを実行することによって形成され得る。ＢＥＯＬ誘電体層１０２は、１つまたは複数の層を含み得る。ＢＥＯＬ誘電体層１０２は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、シリコン・ホウ素炭窒化物（ＳｉＢＣＮ：silicon boron carbonitride）、ＮＢＬＯＫ、または低ｋ（low-k）誘電体材料（ｋ＜４．０を有する）、例えば、以下に限定されないが、シリコン酸化物、スピンオングラス、流動性酸化物、高密度プラズマ酸化物、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ：borophosphosilicate glass）、もしくはそれらの任意の組合せなど、または任意の他の適切な誘電体材料から構成され得る。
【0024】
第１の開口部（図示せず）が、例えば、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ：reactive ion etching）によってＢＥＯＬ誘電体層１０２中に形成され、ＢＥＯＬ金属層１０４によるその後の充填のために第１のＢＥＯＬ層の下の層上で停止し得る。ＢＥＯＬ金属層１０４が、公知の技術を用いて、ＢＥＯＬ誘電体層１０２の第１の開口部（図示せず）内に形成され得る。ＢＥＯＬ金属層１０４は、例えば、銅（Ｃｕ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、チタン窒化物（ＴｉＮ）、またはそれらの組合せを含み得る。ＢＥＯＬ金属層１０４は、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）、物理気相成長（ＰＶＤ：physical vapor deposition）、原子層堆積（ＡＬＤ：atomic layer deposition）、またはそれらの組合せによって形成され得る。
【0025】
ＢＥＯＬ誘電体層１０２とＢＥＯＬ金属層１０４の上部水平面が同一平面になるように、第２のＢＥＯＬ層を形成する前に、構造体１００の第１のＢＥＯＬ層の上面から余分な材料を除去するために、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ：chemical mechanical polishing）などの平坦化プロセスが行われ得る。
【0026】
第２のＢＥＯＬ層が第１のＢＥＯＬ層上に形成される。第２のＢＥＯＬ層はビア誘電体層１０６とビア充填層１０８とを含む。
【0027】
ビア誘電体層１０６は、誘電体をコンフォーマルに堆積または成長させ、等方性エッチング・プロセスを実行することによって形成され得る。ビア誘電体層１０６は１つまたは複数の層を含み得る。ビア誘電体層１０６は、ＢＥＯＬ誘電体層１０２とＢＥＯＬ金属層１０４の上方に形成される。ビア誘電体層１０６は、ＢＥＯＬ誘電体層１０２と実質的に同じ材料で作られ得る。
【0028】
次にビア充填層１０８は、ビア誘電体層１０６の第２の開口部（図示せず）内に形成される。第２の開口部（図示せず）は、例えば、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって形成され、その後のビア充填層１０８による充填のために第１のＢＥＯＬ層のＢＥＯＬ金属層１０４上で停止し得る。いくつかの実施形態では、ビア充填層１０８は、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、チタン窒化物（ＴｉＮ）、チタン酸炭窒化物（ＴｉＯＣＮ）、タンタル酸炭窒化物（ＴａＯＣＮ）、コバルト（Ｃｏ）、またはこれらの材料の組合せなどの材料を含み得る。ビア充填層１０８は、例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、およびＡＬＤまたはそれらの組合せによって形成され得る。
【0029】
特にビア充填層１０８は、ＢＥＯＬ金属層１０４に位置合わせされ、ビア充填層１０８とＢＥＯＬ金属層１０４との間の電気的接続を行う。
【0030】
ビア充填層１０８が形成された後、構造体には、さらなる処理のために、ビア誘電体層１０６とビア充填層１０８の上部水平面が同一平面になるように表面を平坦化する、例えばＣＭＰが実施される。図１に示すＢＥＯＬ層を含む構造体は、その上にＭＴＪスタックが形成される予定の出発構造体である。
【0031】
次に図２を参照すると、例示的な一実施形態による構造体１００が示されている。図２に示すように、磁気抵抗ランダム・アクセス・メモリ（「ＭＲＡＭ」）スタック層、エッチ・ストップ層１１６、金属ハード・マスク１１８およびハード・マスク層１２０が形成される。
【0032】
ＭＲＡＭスタック層は、第１のＭＴＪスタック１１０と、トンネル層１１２と、第２のＭＴＪスタック１１４とを含む。ＭＲＡＭスタック層のそれぞれは、知られた技術を用いて構造体１００上にコンフォーマルに形成され得る。エッチ・ストップ層１１６は、ＭＲＡＭスタック層上に形成され得る。金属ハード・マスク１１８は、エッチ・ストップ層１１６上に形成され得る。ハード・マスク層１２０は、金属ハード・マスク１１８上に形成され得る。
【0033】
第１のＭＴＪスタック１１０および第２のＭＴＪスタック１１４はそれぞれ、例えば、基準層、第１のトンネル障壁層、第１の自由層、金属スペーサ層、第２の自由層、および第２のトンネル障壁層を含むいくつかの層を含み得る。第１のＭＴＪスタック１１０および第２のＭＴＪスタック１１４は、追加の層を含み、いくつかの層を省略し得、層のそれぞれが副層（sublayer）を含み得ることは理解されるべきである。さらに、層もしくは副層またはその両方の組成は、第１のＭＴＪスタック１１０と第２のＭＴＪスタック１１４の間で異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第１のＭＴＪスタック１１０と第２のＭＴＪスタック１１４とは、自己整合パターニング・プロセスによって形成される。しかしながら、いくつかの例では、第１のＭＴＪスタック１１０が、第２のＭＴＪスタック１１４と自己整合されない。
【0034】
一般に、第１のＭＴＪスタック１１０および第２のＭＴＪスタック１１４に関して、情報は、基準層の磁気の向き（magnetic orientation）に対する自由層膜（本明細書でさらに詳細に説明する）の磁気の向きで記憶される。基準層は単層でも複数の層でもよい。一実施形態では、ＭＴＪスタックの基準層は合成反強磁性（「ＳＡＦ（synthetic antiferromagnetic）」）層である。いくつかの実施形態では、ＭＴＪスタックの基準層は複数の副層（例えば２０以上の副層）を含む。
【0035】
第１のＭＴＪスタック１１０は基準層と呼ばれることがあり、第２のＭＴＪスタック１１４は自由層と呼ばれることがある。一実施形態では、第１のＭＴＪスタック１１０および第２のＭＴＪスタックはそれぞれ、数ある材料の中でも特に、コバルト（Ｃｏ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、コバルト・ニッケル（ＣｏＮｉ）、コバルト鉄ホウ素（ＣｏＦｅＢ）、およびコバルト白金（ＣｏＰｔ）を任意の組合せで含み得る。
【0036】
第１のＭＴＪスタック１１０は、トンネル層１１２によって第２のＭＴＪスタック１１４から分離されている。トンネル層１１２は、１つの磁性層、例えば第１のＭＴＪスタック１１０から、別の磁性層、例えば第２のＭＴＪスタック１１４に、電子がトンネルすることが可能であるように、十分に薄くなくてはならない。トンネル層１１２は、本明細書で説明する実施形態に従って、任意の適切な絶縁体材料を含み得る。適切な絶縁体材料の例は、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）およびアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）を含むがこれらに限定されるものではない。
【0037】
エッチ・ストップ層１１６は、第２のＭＴＪスタック１１４の上に堆積される。エッチ・ストップ層１１６は、例えばルテニウム（Ｒｕ）で構成され得る。エッチ・ストップ層１１６は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）で構成され得、例えば、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ：plasma enhanced chemical vapor deposition）、ＰＶＤ（physical vapor deposition）またはＡＬＤ（atomic layer deposition）などの従来の堆積プロセスを利用して堆積され得る。
【0038】
金属ハード・マスク１１８は、エッチ・ストップ層１１６上に形成される。金属ハード・マスク１１８は、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）またはチタン窒化物（ＴｉＮ）で構成され得る。金属ハード・マスク１１８は、１つまたは複数の層であり得る。金属ハード・マスク１１８は、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤまたはＡＬＤなどの従来の堆積プロセスを利用して堆積され得る。
【0039】
ハード・マスク層１２０は、金属ハード・マスク１１８上に形成される。ハード・マスク層１２０は、誘電体ハード・マスク層もしくは有機ハード・マスク層またはその両方であり得る。ハード・マスク層１２０は、任意の有機平坦化層（ＯＰＬ）材料または誘電体材料から構成され得るが、そのようなものとしては例えば、炭素、水素、酸素、任意選択的に窒素、フッ素、シリコン、標準的なＣｘＨｙポリマー、シリコン窒化物もしくはシリコン酸窒化物またはその組合せ、シリコン二酸化物、またはフォトレジストなどを含む、自己平坦化有機材料などが挙げられる。ハード・マスク層１２０は、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤまたはＡＬＤなどの従来の堆積プロセスを利用して堆積され得る。
【0040】
エッチ・ストップ層１１６、金属ハード・マスク１１８およびハード・マスク層１２０は、リソグラフィおよびＲＩＥによって１つまたは複数のステップでパターニングされ、第２のＭＴＪスタック１１４および第２のＭＴＪスタック１１４の下の層がエッチングされないように、エッチ・ストップ層１１６、金属ハード・マスク１１８およびハード・マスク層１２０の一部が選択的に除去され得る。エッチ・ストップ層１１６、金属ハード・マスク１１８、およびハード・マスク層１２０の残りの部分は、垂直方向に位置合わせされ得る。
【0041】
【0042】
第１のＭＴＪスタック１１０、トンネル層１１２、および第２のＭＴＪスタック１１４を含むＭＲＡＭスタック層は、例えばイオン・ビーム・エッチング（ＩＢＥ：ion beam etch）またはＲＩＥなどの公知の技術を用いてパターニングされる。パターニングは、１つまたは複数のステップで実行され得る。このパターニングにより、ハード・マスク層１２０、金属ハード・マスク１１８およびエッチ・ストップ層１１６の一部が除去され得る。結果として得られる構造体は、金属ハード・マスク１１８のわずかに湾曲した上面を含み、金属ハード・マスク１１８、エッチ・ストップ層１１６、第２のＭＴＪスタック１１４、トンネル層１１２および第１のＭＴＪスタック１１０の垂直方向に位置合わせされた側面を含み得る。金属ハード・マスク１１８、エッチ・ストップ層１１６、第２のＭＴＪスタック１１４、トンネル層１１２および第１のＭＴＪスタック１１０の垂直方向に位置合わせされた側面は、垂直またはほぼ垂直のプロファイルを有し得る。結果として得られる構造体は、傾斜が適正に一定であるテーパー形状を有している。ビア誘電体層１０６の上面の一部が露出することがある。
【0043】
【0044】
側壁誘電体１２２は、構造体１００の上面上、ビア誘電体層１０６の露出した上面上、第１のＭＴＪスタック１１０、トンネル層１１２、第２のＭＴＪスタック１１４、エッチ・ストップ層１１６および金属ハード・マスク１１８の垂直側面上、ならびに金属ハード・マスク１１８の上面上にコンフォーマルに形成され得る。側壁誘電体１２２は、数ある方法の中でも特にＰＶＤ、ＡＬＤ、ＰＥＣＶＤによって形成され得る。側壁誘電体１２２の材料は、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、アルミニウム酸化物（ＡｌＯｘ）、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、ホウ素窒化物（ＢＮ）、シリコン・ホウ素炭窒化物（ＳｉＢＣＮ）、またはそれらの任意の組合せを含み得る。
【0045】
バリア１２４は、構造体１００の上面上、側壁誘電体１２２の露出した上面上にコンフォーマルに形成され得る。側壁誘電体１２２は、数ある方法の中でも特にＰＶＤ、ＡＬＤ、ＰＥＣＶＤによって形成され得る。バリア１２４の材料は、タンタル窒化物（ＴａＮ）または他の適切な材料であり得る。
【0046】
【0047】
バリア１２４の一部の除去は、ＩＢＥまたはＲＩＥを介し得る。バリア１２４は、ビア誘電体層１０６の上方の側壁誘電体１２２の上面から選択的に除去され得る。バリア１２４は、金属ハード・マスク１１８の上方の側壁誘電体１２２の上面から除去され得る。バリア１２４は、ビア誘電体層１０６の上方の側壁誘電体１２２の上面の一部から除去され得る。
【0048】
バリア１２４は、ＭＴＪスタック層の上方の金属ハード・マスク１１８の側面に沿った側壁誘電体１２２の側面上に残り得る。側壁誘電体１２２は、ビア誘電体層１０６の上面上、第１のＭＴＪスタック１１０、トンネル層１１２、第２のＭＴＪスタック１１４、エッチ・ストップ層１１６および金属ハード・マスク１１８の垂直側面上、ならびに金属ハード・マスク１１８上に残り得る。
【0049】
【0050】
ビア誘電体層１０６の一部と側壁誘電体１２２の一部は、バリア１２４、金属ハード・マスク１１８、エッチ・ストップ層１１６およびＭＴＪスタック層に対して選択的である選択エッチング・プロセスによって選択的に除去され得る。
【0051】
側壁誘電体１２２の残りの部分は、バリア１２４の下方、およびエッチ・ストップ層１１６とＭＴＪスタック層に隣接し、およびビア誘電体層１０６の残りの部分の上方に残り得る。側壁誘電体１２２の残りの部分は、金属ハード・マスク１１８の一部に隣接し得る。代替の実施形態では、金属ハード・マスク１１８に隣接する側壁誘電体１２２の残りの部分がない場合がある。側壁誘電体１２２の残りの部分は、凹状の上面を有し得る。キャビティ１２５は、金属ハード・マスク１１８を囲んで、金属ハード・マスク１１８とバリア１２４との間に形成され得る。バリア１２４は、露出した上面と、キャビティ１２５に隣接する露出した内側の側面と、露出した外側の側面とを有し得る。
【0052】
ビア誘電体層１０６の一部は、構造体１００の露出した上面から除去され得る。ビア誘電体層１０６の残りの部分は、ＢＥＯＬ誘電体層１０２を覆い、側壁誘電体１２２の残りの部分の下方でビア充填層１０８を囲んで隣接したままであり得る。
【0053】
ビア誘電体層１０６の垂直側面は、残りの側壁誘電体１２２およびバリア１２４の垂直側面と位置合わせされ得る。
【0054】
【0055】
第１のＩＬＤ１２６は、ＣＶＤによって形成され得る。第１のＩＬＤ１２６は、ＢＥＯＬ誘電体層１０２上のビア誘電体層１０６を覆い得る。第１のＩＬＤ１２６の垂直部分は、ビア誘電体層１０６の垂直側壁、側壁誘電体１２２の外側の側壁、およびバリア１２４の外側の側壁と位置合わせされ得る。第１のＩＬＤ１２６は１つまたは複数の層を含み得る。第１のＩＬＤ１２６は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、シリコン・ホウ素炭窒化物（ＳｉＢＣＮ）、ＮＢＬＯＫ、または低ｋ誘電体材料（ｋ＜４．０を有する）、例えば、以下に限定されないが、シリコン酸化物、スピンオングラス、流動性酸化物、高密度プラズマ酸化物、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ：borophosphosilicate）、もしくはそれらの任意の組合せなど、または任意の他の適切な誘電体材料から構成され得る。第１のＩＬＤ１２６の堆積条件（圧力、流量、温度、電力など）は、キャビティ１２５を充填しないように調整され得る。
【0056】
誘電体１２８は、金属ハード・マスク１１８とバリア１２４との間のキャビティ１２５の上部を部分的に充填し得る。誘電体１２８は、ＢＥＯＬ誘電体層１０２上のビア誘電体層１０６上の第１のＩＬＤ１２６を覆い得る。第１のＩＬＤ１２６の垂直部分は、バリア１２４の外側の側壁と位置合わせされ得る。キャビティ１２５の大部分は空気として残り、充填されないことがある。誘電体１２８の堆積条件（圧力、流量、温度、電力など）は、キャビティ１２５を充填しないように調整されて、キャビティ１２５の入口付近の一部分のみを塞いでキャビティ１２５をピンチオフし得る。
【0057】
誘電体１２８は、ＰＥＣＶＤによって形成され得る。誘電体１２８は１つまたは複数の層を含み得る。誘電体１２８は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、シリコン・ホウ素炭窒化物（ＳｉＢＣＮ）、ＮＢＬＯＫ、または低ｋ誘電体材料（ｋ＜４．０を有する）、例えば、以下に限定されないが、シリコン酸化物、スピンオングラス、流動性酸化物、高密度プラズマ酸化物、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、もしくはそれらの任意の組合せ、または任意の他の適切な誘電体材料から構成され得る。
【0058】
図７に示すように、キャビティ１２５の入口における誘電体１２８は、実施形態では凹面を形成している。図８に示すように、キャビティ１２５の入口における誘電体１２８は、一実施形態では凸面を形成している。これらのそれぞれ異なる２つの実施形態は、堆積条件によって制御され得る。
【0059】
キャビティ１２５は、金属ハード・マスク１１８を囲んだままである。キャビティ１２５は、ＭＴＪならびにＭＴＪの上方の金属ハード・マスク１１８およびエッチ・ストップ層１１６を、周囲の誘電体１２８および第１のＩＬＤ１２６から断熱する。
【0060】
第１のＩＬＤ１２６および誘電体１２８を形成した後、化学機械研磨（ＣＭＰ）技術を用いて、余分な材料を除去し、誘電体１２８、金属ハード・マスク１１８およびバリア１２４の上部水平面が同一平面になるように構造体１００の上面を研磨し得る。
【0061】
次に図９および図１０を参照すると、２つの例示的な実施形態による構造体１００が示されている。図９および図１０に示すように、第２の層間絶縁膜（以下「第２のＩＬＤ」）１３０、ライナー１３２およびビットライン金属１３４が形成され得る。図９は図７から形成され得、図１０は図８から形成され得る。
【0062】
第２のＩＬＤ１３０は、構造体１００の上面上にコンフォーマルに形成されて、誘電体１２８、バリア１２４、および金属ハード・マスク１１８を覆い得る。
【0063】
第２のＩＬＤ１３０は、誘電体をコンフォーマルに堆積または成長させ、等方性エッチング・プロセスを実行することによって形成され得る。第２のＩＬＤ１３０は１つまたは複数の層を含み得る。第２のＩＬＤ１３０は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、シリコン・ホウ素炭窒化物（ＳｉＢＣＮ）、ＮＢＬＯＫ、または低ｋ誘電体材料（ｋ＜４．０を有する）、例えば、以下に限定されないが、シリコン酸化物、スピンオングラス、流動性酸化物、高密度プラズマ酸化物、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、もしくはそれらの任意の組合せ、または任意の他の適切な誘電体材料から構成され得る。
【0064】
第３の開口部（図示せず）が第２のＩＬＤ１３０中に形成され得る。第３の開口部（図示せず）は、ＭＴＪスタックと垂直方向に位置合わせされ得る。第３の開口部（図示せず）は、第１のＩＬＤ１２６、バリア１２４、および金属ハード・マスク１１８に対して選択的であるエッチングによって形成され得る。
【0065】
ライナー１３２は、第３の開口部（図示せず）の下面に沿っておよび垂直側面に沿って形成され得る。ライナー１３２は、例えば、誘電体をコンフォーマルに堆積または成長させ、等方性エッチング・プロセスを実行することを含む、いくつかのプロセスの後に形成され得る。ライナー１３２は、シリコン窒化物のような任意の誘電体材料を含み得、単層を含むことも多層の誘電体材料を含むこともある。
【0066】
ビットライン金属１３４は、例えば、ＡＬＤ、ＭＬＤ（molecular layer deposition）およびＣＶＤなどの典型的な堆積技術を用いて、第３の開口部の残りの部分（図示せず）中に堆積され得る。ビットライン金属１３４の材料は、銅（Ｃｕ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、チタン窒化物（ＴｉＮ）、またはそれらの組合せを含み得るが、これらに限定されない。
【0067】
ビットライン金属１３４を形成した後、化学機械研磨（ＣＭＰ）技術が用いられて余分な材料が除去され、第２のＩＬＤ１３０、ライナー１３２およびビットライン金属１３４の上部水平面が同一平面になるように構造体１００の上面が研磨され得る。
【0068】
結果として得られる構造体１００は、ＭＴＪスタック層に隣接もしくは上方またはその両方において金属ハード・マスク１１８を囲むエア・ギャップ、すなわちキャビティ１２５を含む。
【0069】
次に図１１を参照すると、例示的な一実施形態による構造体２００が示されている。構造体２００は、ＭＴＪスタック層の上方の金属ハード・マスク１１８を囲むエア・ギャップすなわちキャビティを形成する代替的な実施形態である。構造体２００は、図３において上述したように、構造体１００のその後のプロセスから形成され得る。図１１に示すように、第２の側壁誘電体１４８と絶縁体１５０が形成され得る。
【0070】
第２の側壁誘電体１４８は、構造体２００の上面上、ビア誘電体層１０６の露出した上面上、第１のＭＴＪスタック１１０、トンネル層１１２、第２のＭＴＪスタック１１４、エッチ・ストップ層１１６および金属ハード・マスク１１８の垂直側面上、ならびに金属ハード・マスク１１８の上面上にコンフォーマルに形成され得る。第２の側壁誘電体１４８は、数ある方法の中でも特にＰＶＤ、ＡＬＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、ＰＥＣＶＤによって形成され得る。第２の側壁誘電体１４８の材料は、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、アルミニウム酸化物（ＡｌＯｘ）、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、ホウ素窒化物（ＢＮ）、シリコン・ホウ素炭窒化物（ＳｉＢＣＮ）、またはそれらの任意の組合せを含み得る。
【0071】
絶縁体１５０は、第２の側壁誘電体１４８の露出した表面上に誘電体をコンフォーマルに堆積または成長させることによって形成され得る。絶縁体１５０は１つまたは複数の層を含み得る。絶縁体１５０は、例えば、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、シリコン・ホウ素炭窒化物（ＳｉＢＣＮ）、ＮＢＬＯＫ、または低ｋ誘電体材料（ｋ＜４．０を有する）、例えば、以下に限定されないが、シリコン酸化物、スピンオングラス、流動性酸化物、高密度プラズマ酸化物、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、もしくはそれらの任意の組合せ、または任意の他の適切な誘電体材料から構成され得る。
【0072】
【0073】
ＣＭＰ技術が用いられて余分な材料が除去され、絶縁体１５０、第２の側壁誘電体１４８と金属ハード・マスク１１８の上部水平面とが同一平面になるように、構造体２００の上面が研磨され得る。
【0074】
【0075】
絶縁体１５０の一部および第２の側壁誘電体１４８の一部は、金属ハード・マスク１１８、エッチ・ストップ層１１６およびＭＴＪスタック層に対して選択的に除去され得、選択エッチング・プロセスによって除去され得る。
【0076】
第２の側壁誘電体１４８の残りの部分は、ビア誘電体層１０６の上方で金属ハード・マスク１１８、エッチ・ストップ層１１６およびＭＴＪスタック層の一部に隣接して残り得る。代替的な実施形態では、側壁誘電体１４８の残りの部分が金属ハード・マスク１１８に隣接して残らないこともある。側壁誘電体１４８の残りの部分は、キャビティ１５２の下面において、金属ハード・マスク１１８およびＭＴＪスタック層に隣接する凹状の上面を有し得る。
【0077】
絶縁体１５０の残りの部分は、第２の側壁誘電体１４８の側面の上方にあって第２の側壁誘電体１４８の側面と垂直に位置合わせされ得る。絶縁体１５０および第２の側壁誘電体１４８は、キャビティ１５２に隣接して垂直またはほぼ垂直な露出した垂直側面を有し得る。
【0078】
キャビティ１５２は、金属ハード・マスク１１８と絶縁体１５０との間、および金属ハード・マスク１１８と第２の側壁誘電体１４８との間にあって、金属ハード・マスク１１８を囲み得る。キャビティ１５２の下面は、第２の側壁誘電体１４８に隣接し得る。
【0079】
【0080】
第３のＩＬＤ１５４はＣＶＤによって形成され得る。第３のＩＬＤ１５４は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、シリコン・ホウ素炭窒化物（ＳｉＢＣＮ）、ＮＢＬＯＫ、または低ｋ誘電体材料（ｋ＜４．０を有する）、例えば、以下に限定されないが、シリコン酸化物、スピンオングラス、流動性酸化物、高密度プラズマ酸化物、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、もしくはそれらの任意の組合せ、または任意の他の適切な誘電体材料から構成され得る。
【0081】
第３のＩＬＤ１５４は、キャビティ１５２の上部を部分的に充填し得る。第３のＩＬＤ１５４は絶縁体１５０を覆い得る。第３のＩＬＤ１５４は、金属ハード・マスク１１８の上面と外側の側壁の一部を覆い得る。第３のＩＬＤ１５４の堆積条件（圧力、流量、温度、電力など）は、キャビティ１５２を充填しないように調整され得る。
【0082】
キャビティ１５２は、金属ハード・マスク１１８を囲んだ状態のままである。キャビティ１５２は、ＭＴＪならびにＭＴＪの上方の金属ハード・マスク１１８およびエッチ・ストップ層１１６を、周囲の絶縁体１５０および第２の側壁誘電体１４８から断熱する。
【0083】
図１４に示すように、一実施形態では、キャビティ１５２の入口における第３のＩＬＤ１５４は凹面を形成している。図１５に示すように、一実施形態では、キャビティ１５２の入口における第３のＩＬＤ１５４は凸面を形成している。これら２つの異なる実施形態は、堆積条件によって制御され得る。
【0084】
次に図１６および図１７を参照すると、２つの例示的な実施形態による構造体２００が示されている。図１６および図１７に示すように、ＣＭＰ技術が用いられて余分な材料が除去され、第３のＩＬＤ１５４と金属ハード・マスク１１８の上部水平面とが同一平面になるように、構造体２００の上面が研磨され得る。第５の層間絶縁膜（以下「第５のＩＬＤ」）１５６、ライナー１５８およびビットライン金属１６０が形成され得る。図１６は図１４から形成され得、図１７は図１５から形成され得る。
【0085】
第５のＩＬＤ１５６は構造体２００の上面上にコンフォーマルに形成されて、第３のＩＬＤ１５４および金属ハード・マスク１１８を覆い得る。
【0086】
第５のＩＬＤ１５６は、誘電体をコンフォーマルに堆積または成長させ、等方性エッチング・プロセスを実行することによって形成され得る。第５のＩＬＤ１５６は１つまたは複数の層を含み得る。第５のＩＬＤ１５６は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、シリコン・ホウ素炭窒化物（ＳｉＢＣＮ）、ＮＢＬＯＫ、または低ｋ誘電体材料（ｋ＜４．０を有する）、例えば、以下に限定されないが、シリコン酸化物、スピンオングラス、流動性酸化物、高密度プラズマ酸化物、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、もしくはそれらの任意の組合せ、または任意の他の適切な誘電体材料から構成され得る。一実施形態において、第５のＩＬＤ１５６は、２つ以上の層を有し得、２つ以上の層のうちの最下層は、以下に説明するように、コンタクトをとるための後続の誘電体エッチングのためのエッチ・ストップとして使用され得る。
【0087】
第５のＩＬＤ１５６中に第４の開口部（図示せず）が形成され得る。第４の開口部（図示せず）は、ＭＴＪスタックと垂直方向に位置合わせされ得る。第４の開口部（図示せず）は、第５のＩＬＤ１５６および金属ハード・マスク１１８に対して選択的であるエッチングによって形成され得る。
【0088】
ライナー１５８は、第４の開口部（図示せず）の下面に沿っておよび垂直側面に沿って形成され得る。ライナー１５８は、例えば、誘電体をコンフォーマルに堆積または成長させ、等方性エッチング・プロセスを実行することを含むいくつかのプロセスの後に形成され得る。ライナー１５８は、シリコン窒化物のような任意の誘電体材料を含み得、単層を含むことも多層の誘電体材料を含むこともある。
【0089】
ビットライン金属１６０は、例えばＡＬＤ、ＭＬＤおよびＣＶＤなどの典型的な堆積技術を使用して、第４の開口部の残りの部分（図示せず）中に堆積され得る。ビットライン金属１６０の材料は、銅（Ｃｕ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、チタン窒化物（ＴｉＮ）、またはそれらの組合せを含み得るが、これらに限定されない。
【0090】
ビットライン金属１６０を形成した後、ＣＭＰ技術が用いられて余分な材料が除去され、第５のＩＬＤ１５６、ライナー１５８およびビットライン金属１６０の上部水平面が同一平面になるように、構造体２００の上面が研磨され得る。
【0091】
結果として得られる構造体２００は、ＭＴＪスタック層の上方の金属ハード・マスク１１８を囲むエア・ギャップ、すなわちキャビティ１５２を含み、ＭＴＪの熱的分離を実現する。
【0092】
本発明の様々な実施形態の説明は例示の目的で提示されたものであるが、網羅的であること、または開示された実施形態に限定されることを意図していない。本発明の範囲から逸脱することなく、当業者には多くの改変および変形が明らかであろう。本明細書で用いた用語は、実施形態の原理、市場で見出される技術に対する実用化または技術的改良を最もよく説明するように、または当業者が本明細書に開示された実施形態を理解することが可能となるように選択されたものである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【国際調査報告】