用於自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器的焊盤設計的製作方法
2024-01-28 19:01:15
專利名稱：用於自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器的焊盤設計的製作方法
技術領域：
本發明的示範性實施例是針對用於磁阻隨機存取存儲器(MRAM)位單元的低載 焊盤的結構設計。更明確地說，本發明的實施例涉及用於自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲 器(STT-MRAM)位單元的低載焊盤的結構設計。
背景技術：
磁阻隨機存取存儲器(MRAM)是使用磁性元件的非易失性存儲器技術。舉 例來說，自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)使用電子，隨著電子穿過 薄膜(自旋濾波器)，所述電子變為經自旋極化。STT-MRAM也稱為自旋轉移 矩RAM (STT-RAM)、自旋矩轉移磁化切換RAM (自旋RAM)以及自旋動量轉移 (SMT-RAM)。參看圖1，說明常規STT-MRAM單元100的圖。STT-MRAM位單元100包 括磁性隧道結(MTJ)存儲元件105、電晶體110、位線120和字線130。MTJ存儲元件 由(例如)固定層和自由層形成，其每一者可保持由如圖1中所說明的絕緣(隧道勢壘) 層分離的磁場。STT-MRAM位單元100還包括源極線140、讀出放大器150、讀取/寫 入電路160以及位線參考170。所屬領域的技術人員將了解，存儲器單元100的操作和 構造是此項技術中已知的。在(例如)M ·細美(M.HOSOmi)等人的「具有自旋轉移矩 磁阻磁化切換的新穎非易失性存儲器自旋RAM (A Novel Nonvolatile Memory with Spin Transfer Torque Magnetoresistive Magnetization Switching Spin-RAM) 」 (IEDM 會議論文 集(2005))中提供額外細節，所述文獻以全文引用的方式併入本文中。按照慣例，焊盤用於將(例如)STT-MRAM單元100的源極線140連接到晶體 管Iio的下部部分，或用於將電晶體110連接到字線130等。常規的焊盤設計使用例如 其中交替層彼此垂直布設的有槽設計等大金屬柵格層(陣列)，或覆蓋整個焊盤區域的大 金屬板(例如，全金屬板)。常規的焊盤設計通常包括大量金屬，其導致來自探測焊盤的 大電容。具有此大量寄生電容的常規焊盤可導致信號失真且/或導致信號消失，對於短 脈衝信號或高頻信號來說尤其如此。
發明內容
本發明的示範性實施例是針對用於磁阻隨機存取存儲器(MRAM)位單元的低載 焊盤的結構設計。更明確地說，本發明的實施例涉及用於自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲 器(STT-MRAM)位單元的低載焊盤的結構設計。本發明的實施例是針對具有減少的寄生電容特徵的焊盤設計。舉例來說，焊盤 設計的實施例通過移除下部金屬層(例如，金屬層Ml到M6)中的一者或一者以上的一部 分(例如，大部分)以減少(例如)STT-MRAM位單元的焊盤的下部金屬層中的一者或 一者以上的有效面積來減小來自所述焊盤的金屬層的電容。更明確地說，焊盤設計的實 施例通過移除下部金屬層(例如，金屬層Ml到M6)中的一者或一者以上的中心或中央部分以減少(例如)STT_MRAM位單元的焊盤的下部金屬層中的一者或一者以上的有效面 積來減小來自所述焊盤的金屬層的電容。通過保留下部金屬層的邊緣或周長部分(即， 通過形成中空形下部金屬層)，新穎的焊盤設計準許焊盤的周長周圍的任一位置處的線結 合(wire bounding)。因此，至少一個實施例可減小下部金屬層的有效面積，使得來自焊盤的電容可 減小，同時還減小焊盤的電阻。示範性實施例可減少或消除信號失真和/或信號消失的 發生，對於短脈衝信號或高頻信號來說尤其如此。舉例來說，一示範性實施例是針對一種用於自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器 (STT-MRAM)位單元的低載焊盤。所述低載焊盤包括多個中空形下部金屬層；以及 一頂部金屬層，其形成於所述多個中空形下部金屬層的最上層上。在另一實施例中，一種用於自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)位單 元的低載焊盤包括多個下部金屬層；以及一平面頂部金屬層，其形成於所述多個下部 金屬層的最上層上。所述多個下部金屬層中的一者為中空形金屬層。在又一實施例中，一種自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)位單元包 括低載焊盤。所述低載焊盤包括多個下部金屬層；以及一平面頂部金屬層，其形成於 所述多個下部金屬層的最上層上。所述多個下部金屬層中的一者為中空形金屬層。另一示範性實施例是針對一種形成用於自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器 (STT-MRAM)位單元的低載焊盤的方法。所述方法包括形成多個下部金屬層；以及 在所述多個下部金屬層的最上層上形成一平面頂部金屬層。所述多個下部金屬層中的一 者為中空形金屬層。
呈現附圖是為了輔助本發明的實施例的描述，且僅為了說明所述實施例而非限 制所述實施例而提供附圖。圖1說明常規自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)單元。圖2是根據實施例的焊盤的側視圖。圖3是根據實施例的焊盤的中空形下部金屬層的俯視圖。圖4是根據實施例的焊盤的頂部金屬層和中空形下部金屬層的俯視圖。圖5是根據實施例的焊盤的分解透視圖。圖6是根據實施例的焊盤的另一分解透視圖。圖7是根據實施例的焊盤的中空形下部金屬層的俯視圖的屏幕視圖。圖8是根據實施例的焊盤的頂部金屬層和中空形下部金屬層的俯視圖的屏幕視 圖。
具體實施例方式本發明的方面揭示於針對本發明的特定實施例的以下描述和相關圖式中。在不 脫離本發明的範圍的情況下，可設計出替代實施例。另外，本發明的眾所周知的元件將 不再詳細描述或將省略，以便不模糊本發明的相關細節。詞「示範性」和/或「實例」在本文中用於表示「充當實例、例子或說明」。
5本文中描述為「示範性」和/或「實例」的任何實施例不一定被解釋為比其它實施例優 選或有利。同樣，術語「本發明的實施例」並不要求本發明的所有實施例均包括所論述 的特徵、優點或操作模式。此外，某些術語(例如「在…上」(例如，如在安裝「在… 上」中)和「大體上」)在本文中以廣義方式使用。舉例來說，術語「在…上」既定包 括(例如)一元件或層直接在另一元件或層上，但可替代地在所述元件/層之間包括介入 層。參看圖2到圖8，現在將描述用於磁阻隨機存取存儲器(MRAM)位單元的低載 焊盤且更明確地說用於自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)位單元的低載焊盤 的結構設計的示範性實施例。參看圖2，焊盤100的實施例可包括多個下部金屬層(例如，金屬層Ml到 M6)；以及一頂部金屬層(例如，金屬層M7)。在另一實施例中，額外金屬層(例如， 鋁(Al)層30)可形成於頂部金屬層20上。在此實施例中，頂部金屬層20提供到達鋁層 30的連接性。在本發明的實施例中，可通過移除或蝕刻下部金屬層10中的一者或一者以上 (例如，金屬層Ml到M6中的一者或一者以上)的一部分(例如，大部分)以減小焊盤 100的下部金屬層10中的一者或一者以上的有效面積來減小焊盤100的電容。圖3展示焊盤100的中空形下部金屬層10的實施例。中空形下部金屬層10可形 成(例如)STT-MRAM位單元的焊盤100的下部金屬層Ml到M6中的一者或一者以上。 所屬領域的技術人員將認識到，下部金屬層10可根據各種常規技術而形成為中空形。所 述實施例不限於蝕刻或移除下部金屬層10以形成中空形層。在圖3中，將下部金屬層10(例如，金屬層Ml到M6中的一者或一者以上)示 範性地說明為具有寬度X和厚度t的正方形形狀。舉例來說，示範性下部金屬層10可為 90ymX90ym,其中厚度t =10μ m。然而，可使下部金屬層10的寬度X和/或厚度t 更小或更大。舉例來說，在設計焊盤100時，下部金屬層10中的一者或一者以上的厚度 t可經選擇以減小焊盤100的電容，同時還減小電阻。而且，焊盤可為矩形形狀(例如， 正方形形狀)。圖4是根據實施例的形成於焊盤100的中空形下部金屬層10上方的頂部金屬層 20的俯視圖。圖5是包括形成於下部金屬層10 (例如，Ml到M6)上方的頂部金屬層20 (例 如，金屬層M7)的焊盤100的實施例的分解透視圖。頂部金屬層20為(例如)用以促 進到達焊盤100的布線接合的金屬板。因此，可通過移除下部金屬層10 (例如，金屬層 Ml到M6)中的一者或一者以上的一部分至多達緊鄰頂部的(例如，從頂部數第二個)金 屬層來減小焊盤100的寄生電容。舉例來說，在圖5所示的實施例中，移除下部金屬層 10(例如，金屬層Ml到M6)中的每一者的中心或中央部分，以減少焊盤100的下部金屬 層10的有效面積。通過保留下部金屬層10的邊緣或中空形部分，新穎焊盤100準許焊 盤100的周長周圍的任一位置處的線結合。所屬領域的技術人員將認識到，少於全部的下部金屬層10可使其部分被移除。 而且，從下部金屬層10中的每一者移除的金屬的量在層與層之間可為不同的，或在層與 層之間從不同位置移除。
圖6說明包括形成於下部金屬層10 (例如，Ml到M6)上方的頂部金屬層20 (例 如，金屬層M7)和鋁(Al)層30的焊盤100的實施例。頂部金屬層20提供到達鋁層30 的連接性。因此，頂部金屬層20形成為金屬板(例如，平面形狀)，而非中空形的。鋁 層30形成於頂部金屬層20上方。鋁層30是(例如)用以促進到達焊盤100的布線接合 的金屬板。再次參看圖2，根據另一實施例，提供一個或一個以上通孔互連40 (例如)以使 下部金屬層10 (例如，Ml到M6)彼此連接，或將最上面的下部層10 (例如，M6)連接 到頂部金屬層20。如圖2中示範性地展示，將通孔互連40移動為邊緣通孔互連，以提供 中空形金屬層10之間的連接。所屬領域的技術人員將認識到，通孔互連40可形成於中 空形層周圍的任一位置處。而且，每一金屬層的周長周圍的每一相應通孔互連40的位置 在層與層之間可相同或不同。圖7是根據實施例的焊盤的中空形下部金屬層的俯視圖的屏幕視圖。圖8是根 據實施例的焊盤的頂部金屬層和中空形下部金屬層的俯視圖的屏幕視圖。如圖7和圖8中所示，在一實例中，用於STT-MRAM位單元的焊盤包括一個或 一個以上中空形下部金屬層以及一形成於所述下部金屬層上方的頂部金屬層。因此，示範性實施例可通過移除或蝕刻下部金屬層10中的一者或一者以上(例 如，金屬層Ml到M6中的一者或一者以上)的一部分(例如，大部分)以減小焊盤100 的下部金屬層10中的一者或一者以上的有效面積來減小(例如)STT-MRAM位單元的焊 盤100的電容。在設計焊盤100時，下部金屬層10中的一者或一者以上的厚度t可經選 擇以減小焊盤100的電容，同時還使電阻減到最小。示範性實施例可減少或消除信號失 真和/或信號消失的發生，對於短脈衝信號或高頻信號來說尤其如此。雖然前述揭示內容展示本發明的說明性實施例，但應注意，在不脫離由所附權 利要求書界定的本發明的範圍的情況下，本文中可作出各種改變和修改。無需以任一特 定次序來執行根據本文中所描述的本發明的實施例的方法項的功能、步驟和/或動作。 此外，儘管可能以單數形式來描述或主張本發明的元件，但除非明確陳述限於單數形 式，否則還預期複數形式。
權利要求
1.一種用於自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)位單元的低載焊盤，所述 低載焊盤包含多個中空形下部金屬層；以及一頂部金屬層，其形成於所述多個中空形下部金屬層的最上層上。
2.根據權利要求1所述的低載焊盤，其進一步包含 通孔互連，其連接所述多個中空形下部金屬層中的兩者， 其中所述通孔互連沿所述焊盤的周長安置。
3.根據權利要求1所述的低載焊盤，其進一步包含通孔互連，其連接所述多個中空形下部金屬層的所述最上層與所述頂部金屬層。
4.根據權利要求1所述的低載焊盤，其進一步包含多個通孔互連，其連接所述多個中空形下部金屬層中的兩者， 其中所述多個通孔互連圍繞所述焊盤的周長安置。
5.根據權利要求1所述的低載焊盤，其進一步包含多個通孔互連，其連接所述多個中空形下部金屬層的所述最上層與所述頂部金屬層。
6.根據權利要求1所述的低載焊盤，其進一步包含 鋁層，其形成於所述頂部金屬層上方。
7.根據權利要求1所述的低載焊盤，其進一步包含 鋁層，其形成於所述頂部金屬層上方，其中所述頂部金屬層為實心層。
8.根據權利要求1所述的低載焊盤，其中所述多個中空形下部金屬層的電容小於所述 頂部金屬層的電容。
9.根據權利要求1所述的低載焊盤，其中所述多個中空形下部金屬層的周長大體上對 應於所述頂部金屬層的周長。
10.根據權利要求1所述的低載焊盤，其中所述鋁層的周長大體上對應於所述頂部金 屬層的周長。
11.一種用於自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)位單元的低載焊盤，所 述低載焊盤包含多個下部金屬層；以及一平面頂部金屬層，其形成於所述多個下部金屬層的最上層上， 其中所述多個下部金屬層中的一者為中空形金屬層。
12.根據權利要求11所述的低載焊盤，其中所述多個下部金屬層中的每一者為中空形
13.一種自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)位單元，其包含 低載焊盤，其中所述低載焊盤包括多個下部金屬層；以及一平面頂部金屬層，其形成於所述多個下部金屬層的最上層上， 其中所述多個下部金屬層中的一者為中空形金屬層。
14.根據權利要求13所述的STT-MRAM位單元，其中所述多個下部金屬層中的每一者為中空形金屬層。
15.根據權利要求13所述的STT-MRAM位單元，其中所述低載焊盤進一步包括鋁 層，其形成於所述平面頂部金屬層上方。
16.根據權利要求13所述的STT-MRAM位單元，其中所述低載焊盤進一步包括 鋁層，其形成於所述平面頂部金屬層上方，其中所述平面頂部金屬層為實心層。
17.根據權利要求13所述的STT-MRAM位單元，其中所述多個下部金屬層的電容小 於所述平面頂部金屬層的電容。
18.根據權利要求13所述的STT-MRAM位單元，其中所述多個下部金屬層的周長大 體上對應於所述平面頂部金屬層的周長。
19.根據權利要求15所述的STT-MRAM位單元，其中所述鋁層的周長大體上對應於 所述平面頂部金屬層的周長。
20.根據權利要求13所述的STT-MRAM位單元，其中所述低載焊盤進一步包括 通孔互連，其連接所述多個下部金屬層中的兩者，其中所述通孔互連沿所述焊盤的周長安置。
21.根據權利要求13所述的STT-MRAM位單元，其中所述低載焊盤進一步包括 通孔互連，其連接所述多個下部金屬層的所述最上層與所述平面頂部金屬層。
22.根據權利要求13所述的STT-MRAM位單元，其中所述低載焊盤進一步包括 多個通孔互連，其連接所述多個下部金屬層中的兩者，其中所述多個通孔互連圍繞所述焊盤的周長安置。
23.根據權利要求13所述的STT-MRAM位單元，其中所述低載焊盤進一步包括 多個通孔互連，其連接所述多個下部金屬層的所述最上層與所述平面頂部金屬層。
24.一種形成用於自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)位單元的低載焊盤 的方法，所述方法包含形成多個下部金屬層；以及在所述多個下部金屬層的最上層上形成一平面頂部金屬層， 其中所述多個下部金屬層中的一者為中空形金屬層。
全文摘要
本發明提供一種用於一自旋轉移矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)位單元陣列的具有減小的電容負載的焊盤。所述焊盤包括多個中空形下部金屬層；及一平面頂部金屬層，其形成於所述多個中空形下部金屬層的一最上層上。
文檔編號H01L23/528GK102027595SQ200980117695
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月8日 優先權日2008年5月22日
發明者升·H·康, 威廉·夏 申請人:高通股份有限公司