本發(fā)明涉及用于連接具有低缺陷和較小尺寸的基于mram的磁性設(shè)備的電氣互連設(shè)備。本發(fā)明還涉及用于制造互連設(shè)備的方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體后端處理中，使用通孔（即，在金屬層上連接到相鄰的那個(gè)的金屬柱）來(lái)電氣互連被電介質(zhì)分離的金屬布線層。圖1示出包括從上金屬螺柱（stud）8朝向下金屬螺柱5向下延伸的通孔6的互連的典型實(shí)施方式的示例。

在包括磁性邏輯部件（mlu）的mram技術(shù)中，磁性隧道結(jié)2常常被放置在被稱為帶（strap）7的局部互連體上（見圖2）。其典型地由耐火金屬（諸如ta或w）制成，但是還可以包含其他金屬。帶7常常靠近下面的金屬場(chǎng)線4以便當(dāng)在場(chǎng)線4中傳遞電流時(shí)獲得較高的磁場(chǎng)。

然而，向下延伸的這樣的通孔常常引起處理困難以及與下面的薄電介質(zhì)層和淺通孔有關(guān)的高缺陷性。

圖3示出對(duì)于包括連接在電流線3和帶7之間的磁性隧道結(jié)2的標(biāo)準(zhǔn)mlu類型單元的互連。該帶通過(guò)向上延伸到電流線部3'的通孔部6'并通過(guò)通孔6串聯(lián)電氣連接到下金屬螺柱5。

圖3的互連的配置為磁性元件產(chǎn)生更好的處理性能但是更大的單元尺寸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本公開中，描述了一種替代通孔技術(shù)，其使用來(lái)自帶上面的金屬的通孔完成下面的帶和金屬之間的電氣連接。

本公開涉及一種電氣互連設(shè)備，其包括：磁性隧道結(jié)；電氣連接磁性隧道結(jié)的下端的帶部；電氣連接磁性隧道結(jié)的上端的電流線部；通過(guò)通孔電氣連接下金屬螺柱的上金屬螺柱；其中帶部與通孔直接電氣接觸，使得在磁性隧道結(jié)中傳遞的電流直接在帶部和通孔之間以及在通孔和下金屬螺柱或上金屬螺柱之間流動(dòng)。

本公開還涉及一種基于mram的磁性設(shè)備，其包括互連設(shè)備和多個(gè)mram單元；每個(gè)mram單元都包括：磁性隧道結(jié)；電氣連接磁性隧道結(jié)的下端的結(jié)帶；電氣連接磁性隧道結(jié)的上端的電流線；以及用于傳遞感測(cè)電流的場(chǎng)線，該場(chǎng)線被布置在磁性隧道結(jié)的下端下面；一個(gè)mram單元的磁性隧道結(jié)通過(guò)電流線和結(jié)帶與另一mram單元的磁性隧道結(jié)串聯(lián)電氣連接；其中互連設(shè)備的帶部電氣連接多個(gè)mram單元中的一個(gè)的結(jié)帶。

本公開還與一種用于制造互連設(shè)備的方法有關(guān)，該方法包括以下步驟：形成下金屬螺柱；形成帶部；形成通孔和磁性隧道結(jié)；以及形成上金屬螺柱和電流線部。

，本文中公開的電氣互連設(shè)備和包括互連設(shè)備的基于mram的磁性設(shè)備可以以與制造互連設(shè)備相比更低的缺陷被制造。它還允許基于mram的磁性設(shè)備的簡(jiǎn)單處理與其有利單元尺寸組合。

附圖說(shuō)明

在作為示例給出的以及通過(guò)圖圖示的實(shí)施例的描述的幫助下，將更好理解本公開，在圖中：

圖1示出常規(guī)互連；

圖2圖示用于mram單元的常規(guī)局部互連；

圖3示出用于標(biāo)準(zhǔn)mlu類型單元的互連；

圖4表示根據(jù)實(shí)施例的電氣互連設(shè)備；

圖5圖示根據(jù)實(shí)施例的用于制造互連設(shè)備的方法；以及

圖6示出根據(jù)實(shí)施例的包括互連設(shè)備和多個(gè)mram單元的磁性設(shè)備。

具體實(shí)施方式

圖4中表示根據(jù)實(shí)施例的電氣互連設(shè)備10。該互連設(shè)備10包括磁性隧道結(jié)2'、電氣連接磁性隧道結(jié)2'的下端的帶部7'、電氣連接磁性隧道結(jié)2'的上端的電流線部3'、以及通過(guò)通孔6電氣連接下金屬螺柱5的上金屬螺柱8。帶部7'與通孔6直接電氣接觸，使得在磁性隧道結(jié)2'中傳遞的電流直接在帶部7'和通孔6之間以及在通孔6和下金屬螺柱5或上金屬螺柱8之間流動(dòng)。

帶部7'、上金屬螺柱8、下金屬螺柱5和電流線部3'包括諸如金屬材料之類的導(dǎo)電材料。帶部7'還可以包括諸如ta或w之類的耐火金屬。在變型中，帶部7'可以具有大約200ω/□的薄膜電阻，使得當(dāng)在帶部7'中傳遞電流時(shí)它還可以被用于磁性隧道結(jié)2'的局部加熱。這可以由具有降低的橫截面的帶部7'來(lái)實(shí)現(xiàn)。這還可以替代地或與較小橫截面相組合地通過(guò)將電阻材料用于帶部7'來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，通常由薄膜電阻為160ω/□的鉭制成的兩個(gè)帶部7'可以由薄膜電阻高于200ω/□的氮化鉭來(lái)制成。

在實(shí)施例中，帶部7'被布置成以互鎖方式接觸通孔6。在圖4的特定示例中，通孔6包括具有第一寬度的上部6'和具有比第一寬度更小的第二寬度的下部6''。優(yōu)選地，帶部7'在下通孔部6''上在與上通孔部6'的相交處接觸通孔6。在該配置中，帶部7'接觸下通孔部6''的側(cè)面以及形成在上通孔部6'與下通孔部6''的相交處的底切（undercut）6'''。相比于在帶部7'僅在通孔6的側(cè)面之一上接觸通孔6的情況下，該配置允許增大通孔6和帶部7'之間的接觸的表面積并且確保更好的電氣接觸。

在沒有被表示的實(shí)施例中，該互連設(shè)備10還包括電氣連接到下金屬螺柱5的晶體管。

圖5圖示根據(jù)實(shí)施例的用于制造互連設(shè)備10的方法并且包括以下步驟：

形成下金屬螺柱5；

形成帶部7'；

形成通孔6和磁性隧道結(jié)2'；以及

形成上金屬螺柱8和電流線部3'。

如圖5a中所示出的，首先將第一電介質(zhì)層51沉積在襯底50上并且在第一電介質(zhì)層51中例如通過(guò)刻蝕提供下螺柱溝槽510。然后在下螺柱溝槽（510）中沉積下金屬螺柱5。

圖5b示出第二電介質(zhì)層52在第一電介質(zhì)層51上以及第三電介質(zhì)層53在第二電介質(zhì)層52上的沉積。在第三電介質(zhì)層53中刻蝕掉帶溝槽530，并且然后在帶溝槽530中沉積帶部7'。

圖5c示出第四電介質(zhì)層54在第三電介質(zhì)層53的頂上的沉積以及通孔溝槽540在第四電介質(zhì)層54中的形成。然后在通孔溝槽540中沉積通孔6。通孔溝槽540被刻蝕在與下金屬螺柱5對(duì)齊的位置中，使得當(dāng)通孔6被沉積時(shí)，它與金屬螺柱5電氣接觸。

該制造方法還包括在第四電介質(zhì)層54中形成結(jié)溝槽541以及將磁性隧道結(jié)2'沉積在結(jié)溝槽541中。該結(jié)溝槽541被刻蝕以便與帶部7'對(duì)齊，使得當(dāng)磁性隧道結(jié)2'被沉積時(shí)，它與帶部7'電氣接觸。

該制造方法還可以包括在沉積電介質(zhì)層51-55中的一個(gè)之后的平面化步驟。

該制造方法還包括在第四電介質(zhì)層54的頂上沉積第五電介質(zhì)層55以及形成與下金屬螺柱5對(duì)齊的上螺柱溝槽550。然后在上螺柱溝槽550中沉積上金屬螺柱8以便與通孔6電氣接觸。還可以在第五電介質(zhì)層55中刻蝕線溝槽553，并且在線溝槽553中沉積電流線部3'。線溝槽553與磁性隧道結(jié)2'對(duì)齊使得所沉積的電流線部3'與磁性隧道結(jié)2'電氣接觸。

電介質(zhì)層51-55可以包括諸如氧化硅或低k電介質(zhì)材料之類的電介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)層。

在圖6中圖示的實(shí)施例中，基于mram的磁性設(shè)備100包括互連設(shè)備10和多個(gè)mram單元1。每個(gè)mram單元1都包括：磁性隧道結(jié)2；電氣連接磁性隧道結(jié)2的下端的結(jié)帶7；用于傳遞電流31、電氣連接磁性隧道結(jié)2的上端的電流線3；以及用于傳遞感測(cè)電流41的場(chǎng)線4，該場(chǎng)線4被布置在磁性隧道結(jié)2的下端下面。一個(gè)mram單元1的磁性隧道結(jié)2通過(guò)電流線3和結(jié)帶7與另一mram單元1的磁性隧道結(jié)2串聯(lián)電氣連接?；ミB設(shè)備10的帶部7'電氣連接mram單元1中的一個(gè)的結(jié)帶7'。

磁性隧道結(jié)2、2可以包括具有感測(cè)磁化210的感測(cè)層21、具有存儲(chǔ)磁化的存儲(chǔ)層23、以及將感測(cè)磁性層21與存儲(chǔ)磁性層23分離的隧道勢(shì)壘層22。感測(cè)磁化210可以是可逆的（reversible），并且存儲(chǔ)磁化230在磁性隧道結(jié)2處于高溫度閾值時(shí)可以是可調(diào)整的，并且在低溫度閾值處被釘扣（pin）。磁性隧道結(jié)2還可以包括被布置用于在低溫度閾值處釘扣第二磁化并且在高溫度閾值處將其釋放的反鐵磁性層24。電流線3可以被用來(lái)在寫入操作期間傳遞加熱電流或者在讀取操作期間傳遞讀取電流。場(chǎng)線4可以被布置用于傳遞場(chǎng)電流41以便生成外部磁場(chǎng)42，該外部磁場(chǎng)42被適配用于切換寫入操作期間的存儲(chǔ)磁化230和讀取操作期間的感測(cè)磁化210。

感測(cè)和存儲(chǔ)層可以包括cofe、cofeb或nife合金。隧道勢(shì)壘層22是薄層（典型地在納米范圍內(nèi)），并且可以例如由任何適當(dāng)?shù)慕^緣材料諸如氧化鋁或氧化鎂來(lái)形成。反鐵磁性層24可以由基于猛的合金諸如irmn、ptmn或femn或者任何其他適當(dāng)?shù)牟牧蟻?lái)制成。

參考數(shù)字

1mram單元

10互連設(shè)備

100基于mram的磁性設(shè)備

2、2'磁性隧道結(jié)

21鐵磁性感測(cè)層

210感測(cè)磁化

22隧道勢(shì)壘層

23存儲(chǔ)層

230存儲(chǔ)磁化

3電流線

3'電流線部

31電流

4場(chǎng)線

41感測(cè)電流

5下金屬螺柱

50襯底

51第一電介質(zhì)層

510下螺柱溝槽

52第二電介質(zhì)層

53第三電介質(zhì)層

530帶溝槽

54第四電介質(zhì)層

540通孔溝槽

541結(jié)溝槽

55第五電介質(zhì)層

550上螺柱溝槽

553線溝槽

6通孔

7帶

7'帶部

8上金屬螺柱。