使用了金属镶嵌工艺的磁存储器件及其制造方法技术

一种磁存储器件，包括：　　　　在第一方向上延伸的第一布线；　　　　配置在所述第一布线上方的第一金属层；　　　　配置在所述第一金属层上的给定区域中的第一磁阻效应元件；　　　　配置在所述第一磁阻效应元件上的第一接触层；　　　　在与所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二布线，所述第二布线配置在所述第一接触层上且具有覆盖所述第一接触层上部的突出部；　　　　掩埋在所述第一金属层、所述第一磁阻效应元件、所述第一接触层和所述第二布线的周围且表面高度与所述第二布线的表面高度相同的第一绝缘膜。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用了强磁性体的信息再现技术，特别是涉及利用了磁阻效应元件的磁存储器件及其制造方法。
技术介绍
磁随机存取存储器(Magnetic Random Access Memory以下简称为MRAM)作为信息的记录介质，是利用了强磁性体磁化方向的能随时改写、保持、读出记录信息的固体存储器的总称。MRAM的存储单元通常具有层叠了多个强磁性体的构造。使构成存储单元的多个强磁性体的磁化相对配置为平行或反平行，使该平行或反平行的状态分别与2进制信息“1”、“0”对应来进行信息的记录。使电流流入配置为横向条纹状的写入线，通过由该电流产生的电流磁场，使各单元的强磁性体的磁化方向反转而进行记录信息的写入。保持记录时的耗电在原理上为0，此外即使切断电源，也进行记录保持的非易失性存储器。而利用因构成单元的强磁性体的磁化方向和读出电流的相对角或多个强磁性层间磁化的相对角而使存储单元的电阻变化的现象即所谓的磁阻效应，来进行记录信息的读出。MRAM的功能和以往的使用了电介质的半导体存储器的功能相比具有以下优点(1)是完全非易失性的，此外，能进行1015以上次数的改写；(2)非破坏读出是可能的，刷新动作没有必要，所以能缩短读出周期；(3)与电荷存储型的存储单元相比，抗放射线的能力强。MRAM单位面积的集成度、写入和读出时间预想为能与DRAM变为相同程度。因此，充分利用非易失性这一特点，期待有向便携式仪器用的外部存储装置、LSI混载用途、个人电脑的主存储器等的应用。现在，在实用化的研究不断进展的MRAM中，对于存储单元使用表现强磁性隧道效应(隧道磁阻以下简称TMR效应)的元件(例如，参照Roy Scheuerlein，et al.，A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FETSwitch in each Cell，“2000 ISSCC Digest of Technical Papers”，(美国)，2000年2月，p.128-129)。该表现TMR效应的元件(以下简称作MTJ(磁隧道结元件))主要由强磁性层/绝缘层/强磁性层构成的3层膜构成，把绝缘层作为隧道，使电流流过。隧道电阻值与两个强磁性金属层磁化相对角的余弦成比例变化，当两磁化变为反平行时，取极大值。例如，在由NiFe/Co/Al2O3/Co/NiFe构成的隧道结中，在50OeV以下的低磁场中，发现超过25％的磁阻变化率(例如，参照M Sato，et al.，Spin-Valve-Like Properties andAnnealing Effect in Ferromagnetic Tunnel Junctions，“IEEETrans.Mag.”，(美国)，1997年，第33卷，第5号，p.3553-3555)，作为MTJ元件的构造，为了改善磁灵敏度，知道有在与一方的强磁性体相邻配置反强磁性体，使磁化方向固定的所谓的自旋阀构造(例如，参照M Sato，et al.，Spin-Valve-Like Properties andAnnealing Effect in Ferromagnetic Tunnel Junctions，“Jpn.J.Appl.Phys.”，1997年，第36卷，Part 2，p.200-201)，此外，为了改善磁阻变化率的偏压依存性，知道有设置了2重隧道势垒的构造(例如，参照K Inomata，et al.，Spin-dependent tunneling betweena soft ferromagnetic layer and hard magnetic nano particles，“Jpn.J.Appl.Phys.”，1997年，第36卷，Part 2，p.1380-1383)。这样以往的MRAM的存储单元部如图15A、15B和图16所示，在位线25和写入字线10的交点配置有MTJ元件19。该MTJ元件19通过下部金属层13和第一接点12等，连接在例如晶体管或二极管等开关元件(未图示)Tr1上。所述MRAM的存储单元部由以下方法形成。下面参照图17A～图26B说明该以往的方法。首先，如图17A、17B所示，在绝缘膜11和第一接点12上形成下部金属层13，在该下部金属层13上形成MTJ材料层14。然后，在该MTJ材料层14上形成2层的第一和第二硬掩模15、16。接着，如图18A、18B所示，有选择地蚀刻第二硬掩模16，把MTJ元件19的形状复制到第二硬掩模16上。接着，如图19A、19B所示，使用第二硬掩模16蚀刻第一硬掩模15，把MTJ元件19的形状复制到第一硬掩模15上。然后，如图20A、20B所示，剥离第二硬掩模16。接着，如图21A、21B所示，使用第一硬掩模15蚀刻MTJ材料层14，把MTJ材料层14构图为MTJ元件19的形状。接着，如图22A、22B所示，在下部金属层13和第一硬掩模15上形成绝缘膜21a，把该绝缘膜21a构图为下部金属层13的所需形状。接着，如图23A、23B所示，使用绝缘膜21a蚀刻下部金属层13。接着，如图24A、24B所示，在绝缘膜11、21a上形成绝缘膜21b。接着，如图25A、25B所示，使用化学机械研磨法(CMP化学机械抛光)，使绝缘膜21a、21b的表面平坦化。由此，露出第一硬掩模15的表面。接着，如图26A、26B所示，在绝缘膜21b和第一硬掩模15上形成绝缘膜21c。然后，在绝缘膜21c内形成沟槽22，在该沟槽22内和绝缘膜21c上依次形成势垒金属层24、Al膜、势垒金属层26。然后，例如通过RIE，有选择地蚀刻势垒金属层26，形成通过接点23连接在MTJ元件19上的位线25。这样，就形成MRAM的存储单元部。
技术实现思路
可是，在基于上述以往技术的MRAM中，由Al构成的位线25和MTJ元件19只隔开第一硬掩模15和接点23的合计膜厚部分X’。因此，当向MTJ元件19写入数据时，为了向MTJ元件19提供充分大的磁场，有必要在某种程度上提高流向位线25的写入电流。可是，如果使高密度电流流过，则在由容易发生电迁移的Al形成的位线25中，很难对应这种要求。本专利技术的第一方面的磁存储器件包括在第一方向上延伸的第一布线；配置在所述第一布线上方的第一金属层；配置在所述第一金属层上的给定区域中的第一磁阻效应元件；配置在所述第一磁阻效应元件上的第一接触层；在与所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二布线，所述第二布线配置在所述第一接触层上且具有覆盖所述第一接触层上部的突出部；掩埋在所述第一金属层、所述第一磁阻效应元件、所述第一接触层和所述第二布线的周围且表面高度与所述第二布线的表面高度相同的第一绝缘膜。本专利技术的第二方面的磁存储器件的制造方法包括在第一绝缘膜上按顺序形成金属层、磁阻效应膜和掩模层；使用所述掩模层有选择地除去所述磁阻效应膜，形成磁阻效应元件；有选择地除去所述金属层，把所述金属层分离为各单元；形成覆盖所述金属层和所述磁阻效应元件的第二绝缘膜；把所述第二绝缘膜平坦化到给定的厚度；有选择地蚀刻所述第二绝缘膜，形成露出所述掩模层上部的沟槽；在所述沟槽内形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁存储器件，包括在第一方向上延伸的第一布线；配置在所述第一布线上方的第一金属层；配置在所述第一金属层上的给定区域中的第一磁阻效应元件；配置在所述第一磁阻效应元件上的第一接触层；在与所述第一方向不同的第二方向上延伸的第二布线，所述第二布线配置在所述第一接触层上且具有覆盖所述第一接触层上部的突出部；掩埋在所述第一金属层、所述第一磁阻效应元件、所述第一接触层和所述第二布线的周围且表面高度与所述第二布线的表面高度相同的第一绝缘膜。2.根据权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第二布线由Cu膜形成。3.根据权利要求1所述的磁存储器件，其中所述突出部从所述第一接触层的表面向所述第一磁阻效应元件的方向突出所述第一接触层膜厚的10％以上。4.根据权利要求1所述的磁存储器件，还具有形成在所述第二布线的底面和侧面上的势垒金属层。5.根据权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一接触层的平面形状与所述第一磁阻效应元件的平面形状基本相同。6.根据权利要求1所述的磁存储器件，还包括配置在所述第二布线的上方且在所述第一方向上延伸的第三布线；配置在所述第三布线上方的第二金属层；配置在所述第二金属层上的给定区域中且与所述第一磁阻效应元件串联连接的第二磁阻效应元件；配置在所述第二磁阻效应元件上的第二接触层；在所述第二方向上延伸且配置在所述第二接触层上的第四布线；掩埋在所述第二金属层、所述第二磁阻效应元件、所述第二接触层和所述第四布线的周围且表面高度与所述第四布线的表面高度相同的第二绝缘膜。7.一种磁存储器件的制造方法，包括在第一绝缘膜上按顺序形成金属层、磁阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：中岛健太郎，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：