具降低粗糙度之电阻性存储元件制造技术

一种电阻性存储元件（１４４）、磁性随机存取存储器（ＭＲＡＭ）装置及其制造方法，其中薄氧化物层（１３２）位于该存储元件（１４４）的第一金属层（１３６）内。该薄氧化物层（１３２）包括氧单层。后续形成层（１３４／１１８／１１６）的粗糙度被减少，及该电阻性存储元件（１４４）的磁能力由使用在该第一金属层（１３６）内的薄氧化物层（１３２）加强。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术系普遍关于半导体装置的制造，及特别是关于磁性随机存取存储器(MRAM)装置的制造。
技术介绍
半导体被用于电子装置，包括如无线电、电视、手机、及个人计算装置，的集成电路。一种形式的半导体装置为半导体储存装置如动态随机存取存储器(DRAM)及闪存，其使用电荷以储存信息。在存储装置的近来发展为自旋电子装置，其合并半导体技术及磁学。电子，而非电荷，的自旋被使用以显示”1”或”0”的存在，一种此种自旋电子装置为MRAM，其包括在不同金属层基本上彼此垂直定位的传导线路，这些传导线路夹住磁堆栈，传导线路交叉的地方称为交叉点。流经传导线路中的一之电流产生围绕传导线路的磁场及将磁极指向沿电线或传导线路的某一方向，流经其它传导线路的电流诱发磁场及亦可部分地转向磁极，以”0”或”1”表示的数字信息为可以磁矩排列储存的，磁性组件的阻抗依据磁矩排列而定，储存状态系藉由侦测组件的阻抗状态而由组件读出。存储胞元可由以具列及行的矩阵结构定位传导线路及交叉点而被建造。与传统半导体存储装置如DRAM’s相较，MRAM’s的技术优点为MRAM’s为非易失性的。例如，与利用DRAM’s的已知PC’s不同，利用MRAM’s的个人计算机(PC)不具长”激活”时间，MRAM亦不需被开机及具”再存储”经储存数据的能力。因为如MRAM’s的电阻性存储装置为相当新形式的存储装置，它们显现许多制造及材料挑战，例如，形成电阻性存储元件的改良方法为需要的。专利技术摘要本专利技术较佳具体实施例达到电阻性存储元件及其制造方法的优点，其包括薄氧化物层于磁性堆栈硬层内，此降低电阻性存储元件之粗糙度。在一具体实施例中，所揭示为电阻性存储装置之电阻性存储元件，其包括含由至少一磁性金属层组成的第一金属部分之第一金属层。该第一金属层包括薄氧化物层位于第一金属部分，及第二金属部分位于薄氧化物层上方，该第二金属部分包括许多磁性金属层。该电阻性存储元件包括穿隧接点及第二金属层，该第二金属层包括许多磁性金属层。在另一具体实施例中，所揭示为半导体电阻性存储元件，其包括在第一方向彼此平行定位的许多第一传导线路及定位于该第一传导线路的许多电阻性存储元件。该电阻性存储元件包括含由至少一磁性金属层组成的第一金属部分之第一金属层。该第一金属层包括薄氧化物层位于第一金属部分，及第二金属部分位于薄氧化物层上方，该第二金属部分包括许多磁性金属层。该电阻性半导体存储装置包括位于该第一金属层上的穿隧接点，及位于该穿隧接点上方的第二金属层，该第二金属层包括许多磁性金属层。许多第二传导线路位于该电阻性存储元件上方，该第二传导线路在第二方向彼此平行定位。在另一具体实施例中，所揭示为电阻性存储装置的电阻性存储元件之制造方法，其包括提供一衬底、定位第一金属层第一部分于衬底上，及形成薄氧化物层于该第一金属层第一部分上。该方法包括定位第一金属层第二部分于该薄氧化物层上方，形成穿隧层于该第一金属层第二部分，及定位第二金属层于该穿隧层，其中该第二金属及第一金属层包括许多铁磁金属层。在另一具体实施例中，所揭示为电阻性存储装置的制造方法，其包括提供一半导体衬底、形成在第一方向彼此平行的许多许多第一传导线路于衬底上，及定位许多电阻性存储元件于该第一传导线路上，该电阻性存储元件包括具定位于其中的薄氧化物层的第一金属层。许多第二传导线路形成于该电阻性存储元件上方，该第二传导线路在第二方向彼此平行定位。本专利技术具体实施例的优点包括减少磁性堆栈的铁磁层及穿隧层的粗糙度，在薄氧化物层上的层之减少的粗糙度产生在先前技艺电阻性存储元件为问题的尼厄效应之减少或消除。在该第一金属层内的薄氧化物层提供制造具较先前技艺为更可预测的电阻之电阻性存储元件之能力，阻挡层的更均匀生长被提供，及磁性电阻性组件的磁性质亦被加强。附图简单说明本专利技术以上特征可由考虑下列叙述及相关图标而更清楚了解，其中第1图说明先前技艺MRAM数组的透视图；第2图显示示于第1图的先前技艺MRAM数组的顶部视图；第3图显示在底部铁磁堆栈及穿隧接点的接口具粗糙度之先前技艺电阻性存储元件的截面区段视图；第4图说明根据本专利技术具体实施例电阻性存储元件的截面区段视图，其具形成于底部铁磁堆栈或硬层内形成的薄氧化物层；第5图显示本专利技术另一具体实施例；及第6图显示本专利技术具体实施例，其包括薄氧化物层于该磁堆栈的软层及硬层。除非特别说明，在不同图中相对应数字及符号表示相对应部分，附图被绘制以清楚地说明较佳具体实施例的相关方面及不必要依比例绘制。较佳具体实施例详细叙述先前技艺MRAM设计将被叙述，接着为一些较佳具体实施例的讨论及本专利技术具体实施一些优点。第1图说明先前技艺MRAM10的透视图，其具在相邻金属化层基本上与字符线路22正交定位的位线路12，磁堆栈14在位线路12及字符线路22间相邻定位及电耦合至位线路12及字符线路22。此处该磁堆栈14亦称为电阻性存储元件。第1图MRAM装置10的典型制造方法将接着被叙述，工件(未示出)被提供，其典型上包括于硅单晶体硅上的氧化硅，该工件可包括其它传导层或其它半导体组件，如晶体管、二极管等。化合物半导体例如GaAs、InP、Si/Ge、及SiC可取代硅被使用。第一中间层介电体层(未示出)沉积于该工件上，该中间层介电体可包括如二氧化硅，该中间层介电体层为如贯孔被图样化及蚀刻，该贯孔可以金属如铜、钨或其它金属填充。金属化层，如包含铝或铜的M2层接着被形成，若铜被用于传导线路12，典型上镶嵌方法被使用以形成该传导线路12。介电体，未示出，被沉积于中间层介电体层及贯孔，该介电体层被图样化及蚀刻，及沟槽以传导材料填充以形成传导线路12于M2层。接着，磁堆栈14形成于传导线路12上，该磁堆栈14典型上包括含许多材料层如PtMn、NiMn、IrMn、FeMn、CoFe、Ru、Al、及NiFe的第一磁性层20，该第一磁性层20一般称为第三层。该磁堆栈14一般亦包括沉积于该第一磁性层20的含Al2O3的介电层18，该介电层18常称为穿隧层、穿隧接点、或阻挡层。该磁堆栈14亦包括第二磁性层16，其包括具与第一磁性层20类似材料做为多层结构，该第二磁性层16亦称为软层。该第一磁性层20、介电层18及第二磁性层16被图样化以形成磁堆栈14，该磁堆栈14典型上基本上为形状为长方形或卵型。传导线路22形成于磁堆栈14上，该传导线路22可在M3层内形成，及在与传导线路12的不同方向定位。若传导线路包括铜，再次，镶嵌方法被典型上使用，介电体层(未示出)被沉积于磁堆栈14及传导线路22，该介电体层被图样化及以传导材料填充的沟槽蚀刻以形成传导线路22。或者，非镶嵌方法可被使用以形成传导线路12及22，传导线路12及22可用做如MRAM数组10的字符线路及位线路。该磁堆栈14层的顺序可被倒反，该硬层20可在该绝缘层18的顶部或上方，及该软层16可在该绝缘层18的底部或下方。同样地，该位线路12及字符线路22可被定位于该磁堆栈层14的上方或下方。第2图说明示于第1图的先前技艺MRAM10的顶部视图。在MRAM’s，信息储存于该磁堆栈14的软磁性层16，为储存该数据，一铁磁层或信息层如软层16的磁化被平行或逆平行于第二磁性层或参考层如硬层20而排列。因平行组件的阻抗与逆平行组件不同之事实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻性存储装置之电阻性存储元件，其包括：第一金属层（１３６）、该第一金属层包括含至少一磁性金属层的第一金属部分（１２０），第一薄氧化物层（１３２）位于该第一金属部分（１２０）上，及第二金属部分（１３４）位于薄氧化物层（１３２）上 ，该第二金属部分（１３４）包括许多磁性金属层；穿隧接点（１１８）；及第二金属层（１１６），该第二金属层（１１６）包括许多磁性金属层。

【技术特征摘要】
US 2002-1-15 10/047,4561.一种电阻性存储装置之电阻性存储元件，其包括第一金属层(136)、该第一金属层包括含至少一磁性金属层的第一金属部分(120)，第一薄氧化物层(132)位于该第一金属部分(120)上，及第二金属部分(134)位于薄氧化物层(132)上，该第二金属部分(134)包括许多磁性金属层；穿隧接点(118)；及第二金属层(116)，该第二金属层(116)包括许多磁性金属层。2.根据权利要求第1项的电阻性存储元件，其中该第二金属层(336)包括第一金属部分(320)，第二薄氧化物层(332)位于该第一金属部分(320)，及第二金属部分(334)位于该第二薄氧化物层(332)上。3.一种电阻性半导体存储装置，其包括彼此平行定位及定位于第一方向的许多第一传导线路(212)；定位于该第一传导线路(212)上方的许多电阻性存储元件(244)，该电阻性存储元件(244)包括第一金属层(236)、该第一金属层(236)包括含至少一磁性金属层的第一金属部分(220)，第一薄氧化物层(232)位于该第一金属部分(220)上，及第二金属部分(234)位于第一薄氧化物层(232)上方，该第二金属部分(234)包括许多磁性金属层；穿隧接点(218)位于该第一金属层(236)上；第二金属层(216)位于该穿隧接点(218)上，该第二金属层(216)包括许多磁性金属层；及许多第二传导线路(222)位于该电阻性存储元件(244)上方，该第二传导线路(222)在第二方向彼此平行定位。4.根据权利要求第1或3项的电阻性半导体存储装置，其中该第一薄氧化物层(132、232)包括1奈米或更少的厚度。5.根据权利要求第1或3项的电阻性半导体存储装置，其中该第一薄氧化物层(132、232)包括Co或CoFe。6.根据权利要求第1或3项的电阻性半导体存储装置，其中该第一薄氧化物层(132、232)包括单原子层的O2分子。7.根据权利要求第1或3项的电阻性半导体存储装置，其中该第一薄氧化物层(132、232)包括约2埃的氧。8.根据权利要求第1或3项的电阻性半导体存储装置，其中该第一金属层第一金属部分(120)包括约1.0至1.5奈米的铁磁材料。9.根据权利要求第1或3项的电阻性半导体存储装置，其中该第一金属层第二金属部分(234)包括约1.0至1.5奈米的铁磁材料。10.根据权利要求第3项的电阻性半导体存储装置，其中该第二金属层及第一金属层第一及第二部分包括许多层的PtMn、CoFe、Ru、Al2、及/或NiFe，或其组合物。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：W拉伯格，
申请(专利权)人：因芬尼昂技术股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]