專利名稱：信息存儲裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信息存儲裝置及其制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種由磁阻效應(yīng)器件構(gòu)成的信息存儲裝置，并且還涉及它的制造方法，其中，所述磁阻效應(yīng)器件通過向由鐵磁材料形成的磁化區(qū)域施加外部磁場而控制此區(qū)域的磁化方向。
背景技術(shù)：
信息通訊設(shè)備，尤其是個人使用的小型器件，如便攜式終端，的迅速擴張已要求進一步增強其構(gòu)成器件如存儲器件和邏輯器件的性能，如更高的集成度、更高的速度以及更低的功耗。具體地，非易失性存儲器在高密度和高容量方面的提高已成為一種用于取代硬盤和光盤的重要技術(shù)，由于移動部件的存在，每個非易失性存儲器的小型化自然就不可能實現(xiàn)。
使用半導(dǎo)體的閃存和使用鐵電物質(zhì)的FRAM(鐵電隨機存取存儲器)被引用作為非易失性存儲器。然而，閃存具有以下缺陷由于閃存結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，它的高集成度難以實現(xiàn)；以及，存取時間為100nm左右，因而較慢。另一方面指出，F(xiàn)RAM的缺陷是可能的重寫次數(shù)較少。
受關(guān)注的沒有此種缺陷的非易失性存儲器例如為稱作MRAM(磁性隨機存取存儲器)或MR(磁阻)存儲器的磁存儲器，磁存儲器在IEEE Trans.Magn.33(1997)p448中Wang等人的文章中描述。由于MRAM具有簡單的結(jié)構(gòu)，因而其高集成度易于實現(xiàn)。進而，通過磁矩的旋轉(zhuǎn)而在其上執(zhí)行寫，從而可能的重寫次數(shù)可期望較大。進一步地，在剛推出MRAM之后存取時間曾經(jīng)是個問題，然而，通過利用TMR(隧道磁阻)效應(yīng)而獲得高輸出，從而，現(xiàn)在存取時間顯著提高。
然而，MRAM在結(jié)構(gòu)上有本質(zhì)問題。在MRAM中寫是通過產(chǎn)生電流磁場而旋轉(zhuǎn)磁化記錄層來執(zhí)行的，其中，電流磁場是通過向線路提供電流而產(chǎn)生的。不過，由于線路因高集成度而變得更薄，因此，可提供給寫線的電流的臨界電流值減小，從而所獲得的磁場強度下降。因而，記錄區(qū)域的矯頑力應(yīng)該減小。這意味著信息寫器件的可靠性降低。進而考慮到，由于磁場與光和電子束不同，它不能聚合，因此，在實現(xiàn)高集成度的情況下，磁場是串擾的主要原因。盡管已提出看守人(keeper)結(jié)構(gòu)以防止此種情形的發(fā)生，但MRAM結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性是不可避免的。如上所述，利用電流磁場進行寫本質(zhì)上有許多問題，并在將來導(dǎo)致MRAM的主要缺陷。
從眼前來說，在不使用磁場就可控制磁化的情況下可解決這些缺陷。進而，Mattson等在Phys.Rev.Lett.77(1993)p.185中描述一種層疊并使用鐵磁/半導(dǎo)體/鐵磁層并作為不使用磁場就可控制磁化的裝置的技術(shù)。
此技術(shù)利用鐵磁體之間磁耦合取決于作為中間層的半導(dǎo)體層的載流子濃度的事實。在通過層疊鐵磁/半導(dǎo)體/鐵磁層而得到的多層元件中，通過控制作為中間層的半導(dǎo)體層的載流子濃度，鐵磁層之間的磁耦合例如可以從平行耦合變?yōu)榉雌叫旭詈稀Ｒ蚨?，當鐵磁層之一(即固定層)的矯頑力的值設(shè)定得較大時，另一鐵磁層(即活動層)的磁化可相對于固定層轉(zhuǎn)動。具體地，通過利用電輸入而轉(zhuǎn)動磁化的方法有望作為一種實現(xiàn)緊湊型全固體狀態(tài)器件的技術(shù)。
已報告此種信息寫器件的各種結(jié)構(gòu)。為引用一個實例，在日本專利申請?zhí)亻_平11-317071中公開這樣一種結(jié)構(gòu)以與位線和字線平行的方式層疊包括磁膜的各種膜，其中，所述各種膜作為信息寫器件的組成元件。制造此種結(jié)構(gòu)的方法是形成包括磁膜的各種膜，隨后通過利用照相平版印刷術(shù)和干蝕刻技術(shù)而使所述膜成形為預(yù)定的形狀，如矩形，其中，所述各種膜作為信息寫器件的組成元件。
然而，難以高精度地精加工此種結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括在通過層疊鐵磁/半導(dǎo)體/鐵磁層而制造多層元件時必需精加工的多層膜。進而，對于多層膜的精加工，不能保證信息寫器件的所需面積。這導(dǎo)致器件的電阻率和功耗增加，而且也導(dǎo)致其可靠性降低。本發(fā)明的問題是解決上述常規(guī)結(jié)構(gòu)的制造方法中的困難，并且低成本高精度地制造信息寫器件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的信息存儲裝置，信息存儲器件由多層膜構(gòu)成，所述多層膜以填充在凹入部分中的方式形成。因而，與常規(guī)多層結(jié)構(gòu)的信息寫器件相比，在器件所占據(jù)的面積相等的條件下進行比較時，本發(fā)明器件的磁化固定層和隧道絕緣層之間或隧道絕緣層和存儲層之間的接觸面積設(shè)定得較大。也就是說，每個信息寫器件的電阻值降低。這能減小器件的尺寸、電壓和功耗。
根據(jù)本發(fā)明的信息存儲裝置制造方法，通過對單層的第二絕緣膜執(zhí)行蝕刻而形成凹入部分，采用干蝕刻技術(shù)容易執(zhí)行此工藝，其中，在凹入部分中形成每個信息寫器件。因而，制造工藝的負擔(dān)減輕。進而，與常規(guī)多層結(jié)構(gòu)的信息寫器件相比，在器件所占據(jù)的面積相等的條件下進行比較時，由根據(jù)本發(fā)明的方法制造的器件的磁化固定層和隧道絕緣層之間或隧道絕緣層和存儲層之間的接觸面積可設(shè)定得較大。也就是說，每個信息寫器件的電阻值降低。這能減小器件的尺寸、電壓和功耗。


圖1A為示出用于實施本發(fā)明信息存儲裝置的第一模式的主要部分的局部透視圖。圖1B為信息存儲器件的橫截面配置視圖。圖1C為示出寫字線、信息存儲器件和位線的布局的布置圖。
圖2A示出在磁化軸設(shè)置為沿垂直于基片的方向延伸的情況下的器件配置。圖2B和2C為示出寫字線、信息存儲器件和位線的布局的布置圖。
圖3A示出存儲層在易磁化軸上的磁化方向是平行方向時的方式。圖3B示出存儲層在易磁化軸上的磁化方向是反平行方向時的方式。
圖4A-4G為示出用于實施本發(fā)明信息存儲裝置制造方法的第一模式的制造工藝剖視圖。
圖5A-5C為示出凹入部分的布置實例的布置圖。
圖6為示出凹入部分變更例的示意性配置剖視圖。
圖7為示出用于實施本發(fā)明信息存儲裝置的第二模式的示意性配置剖視圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合圖1A-1C描述用于實施本發(fā)明信息存儲裝置的第一模式。圖1A為示出信息存儲裝置的主要部分的局部透視圖。圖1B為信息存儲器件的橫截面配置視圖。圖1C為示出寫字線、信息存儲器件和位線的布局的布置圖。順便提一下，省略讀電路部分的視圖。
如圖1A所示，字線11(111，112，113)例如在相同平面上平行布置。位線21(211，212，213)在相同平面上以間隔預(yù)定距離的方式平行布置，并且與垂直于這些寫字線11。
進而，信息寫器件31(311-319)布置在字線11與位線21交叉的位置上。這些信息寫器件31每一個都由磁隧道結(jié)合器件(MTJ器件(MTJ是Magnetic Tunnel Junction的縮略詞))或隧道磁阻器件(TMR器件(TMR是Tunnel Magnetic Resisitance的縮略詞))構(gòu)成。
包括反鐵磁層的導(dǎo)電層41在每個信息寫器件31的表面上形成，導(dǎo)電層41在寫字線11一側(cè)上。每個導(dǎo)電層41連接到觸點45，而觸點45則連接到讀電路(未示出)。
下面，結(jié)合圖1B詳細描述信息存儲器件31的配置。
在寫字線11和位線21之間，提供以覆蓋寫字線11方式形成的第一絕緣膜51以及在此第一絕緣膜51上形成的第二絕緣膜53。
在包括寫字線11和位線21之間交叉區(qū)域(如平面圖所示)的第一絕緣膜51上，形成每個都包括反鐵磁層的導(dǎo)電層41。這些導(dǎo)電層41每個都連接到觸點45，而觸點45則連接到讀電路(未示出)。
進而，在寫字線11和位線21之間每個交叉區(qū)域內(nèi)的第二絕緣膜53中，形成具有底部的凹入部分54，導(dǎo)電層41暴露給凹入部分54。在此凹入部分54中，形成信息存儲器件31。也就是說，在凹入部分54中形成包括磁化固定層32、隧道絕緣層33和存儲層34的多層膜，這些層從凹入部分的壁表面開始以此次序布置，其中，磁化固定層32例如由鐵磁體形成，存儲層34由鐵磁體形成。此多層膜構(gòu)成信息存儲器件31。進一步地，作為頂層的存儲層34完全填充在凹入部分54中。
磁化固定層32例如由鐵鈷合金(CoFe)形成。隧道絕緣層33例如由氧化鋁(AlO3)形成。存儲層34例如由鐵鈷合金(CoFe)形成。進而，導(dǎo)電層41由包括阻擋層和反鐵磁層的多層元件構(gòu)成，阻擋層和反鐵磁層從寫字線11一側(cè)開始以此次序布置。阻擋層例如由氮化鈦、鉭或氮化鉭形成。反鐵磁層例如由錳鉑合金(PtMn)或錳鐵合金(MnFe)形成。進而，存儲層34以具有用于磁化方向的優(yōu)選軸的方式形成，此軸為易磁化軸(EA)。
在此實施模式中，在第二絕緣膜53上以覆蓋信息存儲器件31的方式形成第三絕緣膜55。在信息存儲器件31上形成的第三絕緣膜55中，形成開口部分56。順便提一下，并不總是需要形成第三絕緣膜55。
在第三絕緣膜55上，以與寫字線11間隔預(yù)定距離的方式形成位線21。此位線21通過開口部分56連接到信息存儲器件31的存儲層34。
在信息存儲裝置1中，構(gòu)成信息存儲器件31的多層膜，即磁化固定層32、隧道絕緣層33和存儲層34，以填充在凹入部分54中的方式形成。因而，與多層結(jié)構(gòu)的常規(guī)信息寫器件相比，此實施例把磁化固定層32和隧道絕緣層33之間或隧道絕緣層33和存儲層34之間的接觸面積設(shè)定得較大。也就是說，每個信息寫器件31的電阻值降低。這能減小器件的尺寸、電壓和功耗。
當向信息寫器件31寫信息時，此器件通過向?qū)懽志€11和位線21提供電流而產(chǎn)生磁場，由此在信息寫器件31內(nèi)由鐵磁層構(gòu)成的存儲層34中寫入磁場的方向。
另一方面，當從信息寫器件31讀信息時，在位線21和觸點45之間施加電壓。然后，通過檢測在其中流動的傳感電流而獲得所記錄的信息。信息寫器件31利用這樣一個事實通過向信息寫器件31寫代表0和1的數(shù)字數(shù)據(jù)而改變其電阻值。
接著，以下描述改變電阻值的原理。存儲層34的磁化方向沿著易磁化軸有兩個可能的方向。這定義信息寫器件31的兩個狀態(tài)。這兩個方向包括某個方向以及通過把某個方向顛倒180°而獲得的方向。
另一方面，磁化固定層32能以只具有一個優(yōu)選磁化方向的方式形成，所述優(yōu)選磁化方向是單向的各向異性方向。通過在層32上施加強磁場或通過在加熱到高于抗粘連性溫度的溫度(通常在150℃-300℃的范圍內(nèi)(在此實施例中為250℃))的過程中獲得結(jié)晶合成物，以與存儲層34的易磁化軸平行的方式固定此方向。
一般而言，磁化固定層32和存儲層34的磁化軸方向設(shè)定為構(gòu)成這些每個層的結(jié)構(gòu)的長邊方向。例如，在圖1B所示的配置中，當易磁化軸EA被設(shè)定為水平方向(即箭頭方向)時，如圖所示，信息寫器件31適合具有矩形結(jié)構(gòu)，其長邊沿著位線21的方向延伸，如圖1C所示。長邊與短邊的長度之比的范圍從1.5到4。優(yōu)選地，此比例的范圍從2到3。
另一方面，如圖2A所示，在信息寫器件31的存儲層34的易磁化軸EA設(shè)定為垂直方向(即箭頭方向)時，信息寫器件適合具有長圓形結(jié)構(gòu)，如圖2B所示，從而它的長邊在垂直于位線21的方向上延伸，這從平面圖中可看到。長邊與短邊的長度之比的范圍從1.5到4。優(yōu)選地，此比例的范圍從2到3。
盡管在此實施模式的描述中描述把磁化軸的方向設(shè)定為水平方向的情形，但磁化軸的方向不必限制在水平方向上。例如，如以上結(jié)合圖2A和2B所述的，磁化軸的方向可設(shè)定為根據(jù)位線21和寫字線11的布置方向而在垂直方向上延伸。順便提一下，如圖2C所示，信息存儲器件31可布置為與寫字線和位線每一個都形成角度，這從平面圖中可看到。
其次，關(guān)于向信息存儲器件31寫信息的情況，通過向?qū)懽志€11和位線21施加電流而產(chǎn)生磁場。這個產(chǎn)生的磁場可確定信息寫器件11的存儲層34中磁場的方向。然而，這個產(chǎn)生的磁場不能改變磁化固定層32中磁場的方向。
即使寫字線11和位線21上的電流切斷，已經(jīng)確定的磁場方向也不能返回到先前的狀態(tài)，從而保持磁場。隨后，通過顛倒分別流入線11和21中的一個或兩個電流方向，改變在寫字線11和位線21周圍產(chǎn)生的磁場。磁場的變化導(dǎo)致存儲層34中磁場方向顛倒。即使在寫字線11和位線21中電流被切斷時，磁場方向也不能返回到先前的狀態(tài)，從而保持磁場。
如上所述，存儲層34的磁化方向沿著易磁化軸有兩個可能的方向。當存儲層34的磁化方向與磁化固定層32的磁化方向(參見箭頭A和B的方向)相同時，如圖3A所示，這些方向就稱作平行方向(順便提一下，此種狀態(tài)稱作平行狀態(tài))。當存儲層34的磁化方向與磁化固定層32的磁化方向(參見箭頭A′和B′的方向)相反180°時，如圖3B所示，這些方向就稱作反平行方向(順便提一下，此種狀態(tài)稱作反平行狀態(tài))。當存儲層34的磁場方向與磁化固定層32的磁場方向達到平行狀態(tài)時，電子穿過隧道絕緣層33的概率增加。即，電阻值降低。相反，當這些方向處于反平行狀態(tài)時，電子穿過隧道絕緣層33的概率降低。即，電阻值增加。因而，當電壓作用到此信息寫器件31兩端時，即作用到位線21和觸點45之間時，通過改變存儲層34中的磁場方向而導(dǎo)致此信息寫器件31中的電流不同。結(jié)果，信息寫器件31的兩個位狀態(tài)(即0和1)通過此存儲層34的磁化方向清晰定義。
下面，結(jié)合圖4A-4G的制造工藝剖面圖描述根據(jù)上述第一實施模式的信息寫器件制造方法。
如圖4A所示，在半導(dǎo)體基片(未示出)上形成讀電路的晶體管器件(未示出)。還在其上形成用于覆蓋半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)絕緣膜61。在此基礎(chǔ)絕緣膜61上形成用于形成寫字線的膜之后，通過使用平版印刷術(shù)和蝕刻技術(shù)而把所形成的膜加工成寫字線11。隨后，形成用于覆蓋寫字線11的第一絕緣膜51。接著，使第一絕緣膜51的表面平面化。例如通過化學(xué)機械拋光、或深腐蝕等執(zhí)行此平面化。
順便提一下，盡管未示出，但寫字線11可通過使用溝槽布線技術(shù)而形成為溝槽布線結(jié)構(gòu)。也就是說，第一絕緣膜51在基礎(chǔ)絕緣膜61上形成。第一絕緣膜51的表面被初步平面化。接著，通過使用平版印刷術(shù)和蝕刻技術(shù)在第一絕緣膜51中形成用于形成寫字線的溝槽。隨后，在寫字線的材料層填充在溝槽中之后，例如通過化學(xué)機械拋光而除去多余的材料層。因而，在溝槽布線結(jié)構(gòu)中形成寫字線11。然后，在第一絕緣膜51上形成用于覆蓋寫字線11的絕緣膜。
接著，在第一絕緣膜51上形成作為每個第一信息存儲器件的一個終端的第一觸點16。按以下執(zhí)行形成第一觸點16的方法。即，通過平版印刷術(shù)和蝕刻技術(shù)而首先形成連接孔，此孔從第一絕緣膜51延伸到更低的晶體管器件(未示出)。然后，在連接孔中，在需要時形成阻擋層。隨后，在連接孔中填充電導(dǎo)體，從而形成插頭。當在第一絕緣膜51上形成導(dǎo)體和阻擋層時，除去第一絕緣膜51上多余的導(dǎo)體和阻擋層。
然后，形成從第一絕緣膜51連接到讀電路部分的觸點45。此觸點45的一端作為信息寫器件的一個終端。按以下執(zhí)行形成觸點45的方法。即，通過使用平版印刷術(shù)和蝕刻技術(shù)而形成連接孔。接著，在連接孔中填充電導(dǎo)體。隨后，除去第一絕緣膜51上多余的導(dǎo)體。
接著，使用膜片制作技術(shù)在第一絕緣膜51上形成導(dǎo)電層41，所述膜片制作技術(shù)例如為化學(xué)氣相淀積(以下稱作CVD(CVD是Chemical Vapor Deposition的縮略詞))方法和物理氣相淀積(以下稱作PVD(PVD是Physical Vapor Deposition的縮略詞))方法。通過從更低的層以后述次序布置阻擋層和反鐵磁層而形成導(dǎo)電層41。阻擋層由諸如氮化鈦、鉭或氮化鉭的材料形成。反鐵磁層由諸如錳鉑合金(PtMn)或錳鐵合金(MnFe)的反鐵磁性材料形成。隨后，使用平版印刷術(shù)和蝕刻技術(shù)而把導(dǎo)電層41加工成導(dǎo)電層41從絕緣膜51在寫字線11之上位置連接到觸點45一端的狀態(tài)。順便提一下，此導(dǎo)電層41通過第一絕緣膜51而與寫字線11電絕緣。
然后，如圖4B所示，通過CVD方法在第一絕緣膜51上形成用于覆蓋導(dǎo)電層41的第二絕緣膜53。
接著，如圖4C所示，通向?qū)щ妼?1的凹入部分54在導(dǎo)電層41上的第二絕緣膜53中。使用平版印刷術(shù)和蝕刻技術(shù)來加工此凹入部分54。
從上方(即從開口一側(cè))觀察，凹入部分54形成為其形狀具有矩形、橢圓或卵形的縱橫比。進而，在圖5A中示出凹入部分54相對于導(dǎo)電層(即反鐵磁層)41的形成位置的實例。也就是說，在此圖中觀察，凹入部分54以小于導(dǎo)電層41的方式在導(dǎo)電層(反鐵磁層)41的一側(cè)上形成?？商鎿Q地，如圖5B所示，凹入部分54以大于導(dǎo)電層41的方式在導(dǎo)電層(反鐵磁層)41的一側(cè)上形成。可替換地，如圖5C所示，凹入部分54以與導(dǎo)電層41橫交的方式在導(dǎo)電層(反鐵磁層)41的一側(cè)上形成。
對于用于形成凹入部分54的蝕刻，例如，在凹入部分54在導(dǎo)電層41范圍內(nèi)的情況下，優(yōu)選設(shè)置保證第二絕緣膜53和導(dǎo)電層(反鐵磁層)41之間所希望的選擇比例的條件，即，使得難以蝕刻反鐵磁層的條件。此條件的實例是使用四氟化碳(CF4)、三氟化碳(CHF3)和氬氣(Ar)的混合氣體或八氟環(huán)丁烷(C4F8)、氧氣(O2)和氬氣(Ar)的混合氣體作為蝕刻氣體。
進而，在凹入部分54不在導(dǎo)電層41范圍內(nèi)的情況下，優(yōu)選設(shè)置保證第二絕緣膜53與導(dǎo)電層41和第一絕緣膜51每一個之間所希望的選擇比例的條件，即，使得難以蝕刻反鐵磁層和第一絕緣膜51的條件。然而，由于第一絕緣膜51和第二絕緣膜53每一個都使用氧化物膜，因此，通常不能獲得所希望的選擇比例。在此情況下，在第一絕緣膜51上形成諸如氮化物膜的絕緣膜，所述絕緣膜保證希望的選擇比例并具有10nm左右的厚度。然后，此膜用作制動層。進而，用八氟環(huán)丁烷(C4F8)、氧氣(O2)和氬氣(Ar)的混合氣體蝕刻第二絕緣膜53。
進一步地，如圖6所示，在第二絕緣膜53中形成的凹入部分54的側(cè)壁不必形成為垂直延伸到其底部的開口。凹入部分54可以構(gòu)成為這樣的形狀其側(cè)壁傾斜以便孔徑在向著開口的方向上增加。順便提一下，圖6示出信息寫器件31在凹入部分54形成并且位線21在器件31上形成的狀態(tài)。
然后，如圖4D所示，在凹入部分54的內(nèi)表面上以及在第二絕緣膜53上，磁化固定層32由諸如鐵鈷合金(CoFe)、鈷(Co)或鐵(Fe)的鐵磁材料通過成膜技術(shù)如CVD方法或PVD方法而形成膜。接著，隧道絕緣層33例如由氧化鋁形成膜。隨后，存儲層34由諸如鐵鈷合金(CoFe)的鐵磁材料形成膜。因而，形成多層膜。此時，通過選擇每個層的膜厚而形成膜，從而通過形成存儲層34而完成凹入部分54的填充。
因而，每個膜在形成凹入部分54之后通過CVD方法或PVD方法形成。結(jié)果，每個膜形成得幾乎都與凹入部分54的內(nèi)表面平行。
盡管在形成膜的實例中，磁化固定層32、隧道絕緣層33和存儲層34中的每一個都由單層膜形成，但是，磁化固定層32、隧道絕緣層33和存儲層34中的每一個也可由通過層疊多個膜而獲得的多層膜形成。
隨后，通過化學(xué)機械拋光和干蝕刻而除去在第二絕緣膜53上形成的多余的多層膜。因而，如圖4E所示，在凹入部分54中形成包括磁化固定層32、隧道絕緣層33和存儲層34的信息存儲器件31。通過使用以下混合物作為用于對磁化固定層32和存儲層34進行拋光的砂漿而執(zhí)行化學(xué)機械拋光，其中，所述混合物包括作為研磨劑的氧化鋁或二氧化硅，還包括作為氧化劑的過氧化氫溶液、過硫酸銨或臭氧水，并且所述混合物具有范圍在3-10的pH值，優(yōu)選為4-8，更優(yōu)選為5-7，磁化固定層32和存儲層34則主要由鐵(Fe)、鈷(Co)和鎳(Ni)制成。另外，通過使作為防蝕劑的苯并三唑(BTA)、作為絡(luò)合物形成劑的喹納酸和甘氨酸與所述混合物混合而執(zhí)行防腐和提高平面度。使用采用無紡布或樹脂的拋光墊，如泡沫聚氨酯。包括作為研磨劑的氧化鋁或二氧化硅并且其pH值范圍在5-11，優(yōu)選7-10的混合物用作對由氧化鋁形成的隧道絕緣層33進行拋光的砂漿。使用采用無紡布或樹脂的拋光墊，如泡沫聚氨酯。順便提一下，通常隧道絕緣層33由非常薄的膜構(gòu)成。因而，用于對磁化固定層32和存儲層34進行拋光的砂漿也可用于隧道絕緣層33。
然后，如圖4F所示，在第二絕緣膜53上以覆蓋信息寫器件31的方式形成第三絕緣膜55。隨后，采用平版印刷術(shù)和蝕刻技術(shù)在第三絕緣膜55上形成朝向信息寫器件31的開口部分56。
接著，如圖4G所示，用于形成位線的膜通過使用成膜技術(shù)如PVD方法或CVD方法而形成膜，其中，位線通過開口部分56連接到信息寫器件31。然后，通過用平版印刷術(shù)和蝕刻技術(shù)加工所述膜而形成連接到信息寫器件31的位線21。此位線21以垂直延伸到寫字線11的方式形成。
根據(jù)制造信息存儲裝置的方法，通過蝕刻單層的第二絕緣膜53而形成凹入部分54，采用干蝕技術(shù)容易執(zhí)行此工藝，其中，凹入部分54用于形成每個信息寫器件31。進而，與常規(guī)多層結(jié)構(gòu)的信息寫器件相比，磁化固定層32和隧道絕緣層33之間或隧道絕緣層33和存儲層34之間的接觸面積可設(shè)定得較大。也就是說，每個信息寫器件31的電阻值可降低。結(jié)果，器件的尺寸、電壓和功耗減小。
下面，結(jié)合圖7的剖面配置圖，描述用于實施本發(fā)明信息存儲裝置的第二模式。
如圖7所示，在半導(dǎo)體基片(未示出)上形成讀電路的晶體管器件(未示出)。還在其上形成用于覆蓋半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)絕緣膜61。在此基礎(chǔ)絕緣膜61上形成寫字線11。進而，在基礎(chǔ)絕緣膜61上形成用于覆蓋此寫字線11的第一絕緣膜51。在第一絕緣膜51上，形成連接到讀電路部分(未示出)的觸點45。而且，在第一絕緣膜51上形成第二絕緣膜53。
進一步地，在作為寫字線11和位線21(以后描述)之間交叉區(qū)域的第二絕緣膜53中形成具有底部的凹入部分54，觸點45暴露給凹入部分54。在此凹入部分54中，通過包括反鐵磁層的導(dǎo)電層41形成信息存儲器件31。在此凹入部分54中，例如形成導(dǎo)電層41，而且形成包括磁化固定層32、隧道絕緣層33和存儲層34的信息存儲器件31，從而這些層以此次序從凹入部分的壁表面開始布置，其中，磁化固定層32例如由鐵磁體形成，存儲層34由鐵磁體形成。此多層膜構(gòu)成信息存儲器件31。進而，作為頂層的存儲層34完全填充在凹入部分54中。
導(dǎo)電層41、磁化固定層32、隧道絕緣層33和存儲層34由與圖1所述實施例的相應(yīng)層相似的材料形成。進一步地，存儲層以具有用于磁化方向的優(yōu)選軸的方式形成，此軸為易磁化軸(EA)。
在第二絕緣膜53上以覆蓋信息存儲器件31的方式形成第三絕緣膜55。在信息存儲器件31上形成的第三絕緣膜55中，形成開口部分56。
在第三絕緣膜55上，形成與寫字線11間隔預(yù)定距離的位線21。此位線21通過開口部分56連接到信息存儲器件31的存儲層34。
在信息存儲裝置2中，構(gòu)成信息存儲器件31的多層膜，即磁化固定層32、隧道絕緣層33和存儲層34，以填充在凹入部分54中的方式形成。因而，與常規(guī)多層結(jié)構(gòu)的信息寫器件相比，磁化固定層32和隧道絕緣層33之間或隧道絕緣層33和存儲層34之間的接觸面積設(shè)定得較大。也就是說，每個信息寫器件31的電阻值可降低。結(jié)果，器件的尺寸、電壓和功耗減小。
下面，描述根據(jù)第二實施模式的制造方法。
如結(jié)合圖4A所述的，在基礎(chǔ)絕緣膜61上形成寫字線11。然后，形成第一絕緣膜51。接著，在第一絕緣膜51上形成觸點45。
然后，在第一絕緣膜51上形成第二絕緣膜53。隨后，與結(jié)合圖4C所述相似地，形成凹入部分54。此時，凹入部分54形成得使第一絕緣膜51保留在凹入部分54和寫字線11之間，并使觸點45的頂面暴露給凹入部分54的底部。
接著，在凹入部分54的內(nèi)表面上和第二絕緣膜53上形成包括反鐵磁層的導(dǎo)電層41。進而，磁化固定層32由諸如鐵鈷合金(CoFe)、鈷(Co)或鐵(Fe)的鐵磁材料形成膜。隨后，隧道絕緣層33例如由氧化鋁形成膜。而且，存儲層34由諸如鐵鈷合金(CoFe)的鐵磁材料形成膜。因而，形成多層膜。此時，通過選擇每個層的膜厚而執(zhí)行膜形成，從而通過形成存儲層34而完成凹入部分54的填充。
因而，采用CVD方法或PVD方法形成膜，所述膜形成得幾乎都與凹入部分54的內(nèi)表面平行。
隨后，通過化學(xué)機械拋光或干蝕刻而除去在第二絕緣膜53上形成的多余的多層膜41。因而，在凹入部分54中，通過包括反鐵磁層的導(dǎo)電層41形成包括磁化固定層32、隧道絕緣層33和存儲層34的信息存儲器件31。通過使用以下混合物作為用于對磁化固定層32和存儲層34進行拋光的砂漿而執(zhí)行化學(xué)機械拋光，其中，所述混合物包括作為研磨劑的氧化鋁或二氧化硅，還包括作為氧化劑的過氧化氫溶液、過硫酸銨或臭氧水，并且所述混合物具有范圍在3-10的pH值，優(yōu)選為4-8，更優(yōu)選為5-7，磁化固定層32和存儲層34則主要由鐵(Fe)、鈷(Co)和鎳(Ni)制成。另外，通過使作為防蝕劑的苯并三唑(BTA)、作為絡(luò)合物形成劑的喹納酸和甘氨酸與所述混合物混合而執(zhí)行防腐和提高平面度。使用采用無紡布或樹脂的拋光墊，如泡沫聚氨酯。包括作為研磨劑的氧化鋁或二氧化硅并且其pH值范圍在5-11，優(yōu)選為7-10的混合物用作對由氧化鋁形成的隧道絕緣層33進行拋光的砂漿。使用采用無紡布或樹脂的拋光墊，如泡沫聚氨酯。順便提一下，通常隧道絕緣層33由非常薄的膜構(gòu)成。因而，用于對磁化固定層32和存儲層34進行拋光的砂漿也可用于隧道絕緣層33。
接著，與結(jié)合圖4F和4G所述相似地，形成第三絕緣膜55、開口部分56和位線21。因而形成信息存儲裝置2。
第二實施模式可獲得與第一實施模式相似的操作和優(yōu)點。進而，由于導(dǎo)電層41在凹入部分54中形成，因此，可省略對導(dǎo)電層構(gòu)圖的工序。結(jié)果，可實現(xiàn)工序數(shù)量減少。
進而，在根據(jù)每個實施模式的制造方法中，用于除去在第二絕緣膜53上形成的多余膜的清除條件可為每個膜設(shè)置?？商鎿Q地，可設(shè)置共同除去多余膜的條件。如上面所描述，在形成上述的三層膜(第一實施例)或四層膜(第二實施例)之后，除去在第二絕緣膜上形成的層。然而，例如，在第一實施例的情況下，在就要形成第一層(如磁化固定層32)或第二層(如隧道絕緣層33)的時候除去絕緣膜53上不必要的膜之后，形成第三層(如存儲層34)。進而，可以除去在第二絕緣膜53上形成的不必要的層。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的信息寫器件，信息存儲器件由多層膜構(gòu)成，多層膜以填充在凹入部分中的方式形成。因而，與常規(guī)多層結(jié)構(gòu)的信息寫器件相比，在器件所占據(jù)的面積相等的條件下進行比較時，本發(fā)明器件的磁化固定層和隧道絕緣層之間或隧道絕緣層和存儲層之間的接觸面積設(shè)定得較大。結(jié)果，每個信息寫器件的電阻值降低。進而，根據(jù)本發(fā)明的信息寫器件制造方法，通過對單層的第二絕緣膜執(zhí)行蝕刻而能形成凹入部分，采用干蝕技術(shù)容易執(zhí)行此工藝，其中，在凹入部分中形成每個信息寫器件。因而，與常規(guī)多層結(jié)構(gòu)的信息寫器件相比，由根據(jù)本發(fā)明的方法制造的器件的磁化固定層和隧道絕緣層之間或隧道絕緣層和存儲層之間的接觸面積可設(shè)定得較大。結(jié)果，每個信息寫器件的電阻值降低。
權(quán)利要求
1.一種信息存儲裝置，包括字線；每個以在預(yù)定的間隔處與所述字線交叉的方式形成的位線；以及信息存儲器件，每一個器件都包括多層膜，所述多層膜包括在所述字線和所述位線之間交叉區(qū)域的相關(guān)位置中在所述字線和所述位線之間設(shè)置的磁層，其特征在于所述信息器件每一個都包括在絕緣膜中設(shè)置的凹入部分，所述絕緣膜在所述字線和所述位線之間交叉區(qū)域中在所述字線和所述位線之間形成；以及至少包括在所述凹入部分中形成的所述磁層的多層膜。
2.如權(quán)利要求1所述的信息存儲裝置，特征在于所述多層膜具有多層結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)至少包括由鐵磁材料制成的磁化固定層，并且還包括隧道絕緣層和由鐵磁材料制成的存儲層。
3.如權(quán)利要求1所述的信息存儲裝置，特征在于所述多層膜沿所述凹入部分的內(nèi)表面形成；以及所述凹入部分嵌入在所述多層膜的頂層膜中。
4.如權(quán)利要求1所述的信息存儲裝置，特征在于所述信息存儲器件以其在所述字線方向上的長度大于在所述位線方向上的長度的方式形成。
5.如權(quán)利要求1所述的信息存儲裝置，特征在于所述信息存儲器件以其在所述位線方向上的長度大于在所述字線方向上的長度的方式形成。
6.如權(quán)利要求1所述的信息存儲裝置，特征在于所述凹入部分每一個都構(gòu)成為這樣的形狀其側(cè)壁傾斜形成，以使孔徑在朝著開口的方向上增加。
7.如權(quán)利要求1所述的信息存儲裝置，特征在于在所述信息存儲器件的字線一側(cè)上設(shè)置連接到所述信息存儲器件的反鐵磁層。
8.如權(quán)利要求7所述的信息存儲裝置，特征在于所述反鐵磁層在所述凹入部分中形成。
9.一種信息存儲裝置制造方法，包括以下工序在基礎(chǔ)絕緣膜上形成字線，其中，基礎(chǔ)絕緣膜在基片上形成；在所述字線上通過第一絕緣膜形成信息存儲器件；以及以連接到所述信息存儲器件并以預(yù)定的間隔與所述字線交叉的方式形成位線，其特征在于形成所述信息存儲器件的所述工序包括以下步驟在所述第一絕緣膜上形成第二絕緣膜，其中，所述第一絕緣膜在所述字線上形成；在所述第二絕緣膜中形成凹入部分，所述凹入部分布置在所述字線與后來形成的所述位線之間的多個交叉之間；以及以填充在所述凹入部分中的方式形成多層膜，從而形成所述信息存儲器件，其中，所述多層膜包括由鐵磁材料制成的磁化固定層，并且還包括隧道絕緣層和由鐵磁材料制成的存儲層。
10.如權(quán)利要求9所述的信息存儲裝置制造方法，特征在于在形成所述信息存儲器件的所述步驟中，在通過層疊所述磁化固定層、所述隧道絕緣層和所述存儲層而形成所述多層膜時，執(zhí)行膜形成，以使填充在所述凹入部分中的所述膜的頂層是所述存儲層，并且隨后，除去在所述第二絕緣膜表面上形成的所述多層膜。
11.如權(quán)利要求10所述的信息存儲裝置制造方法，特征在于通過化學(xué)機械拋光除去所述多層膜，從而使所述第二絕緣膜和所述信息存儲器件的表面平面化。
12.如權(quán)利要求9所述的信息存儲裝置制造方法，特征在于在所述第一絕緣膜上形成包括反鐵磁層的導(dǎo)電層之后形成所述第二絕緣膜，其中，所述第一絕緣膜布置在所述字線與后來形成的所述位線之間的多個所述交叉之間；以及在所述第二絕緣膜中形成所述凹入部分，使得所述反鐵磁層的表面暴露給所述凹入部分的底部。
13.如權(quán)利要求9所述的信息存儲裝置制造方法，特征在于所述凹入部分每一個都構(gòu)成為這樣的形狀其側(cè)壁傾斜形成，以使孔徑在朝著開口的方向上增加。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種信息存儲裝置及其制造方法，有可能使作為多層體的信息記錄元件最小化，同時不造成元件的電阻增加、功耗增加或可靠性下降，其中所述多層體包括鐵磁層、半導(dǎo)體層和鐵磁層。信息存儲器件(1)包括寫字線(11)、位線(21)及作為多層膜的信息存儲元件(31)，其中位線(21)形成得在預(yù)定的間隔處與寫字線(11)交叉，所述多層膜包括在寫字線(11)和位線(21)之間交叉區(qū)域中在寫字線(11)和位線(21)之間設(shè)置的磁層。信息存儲元件(31)包括在第二絕緣膜(53)中設(shè)置的凹入部分(54)及至少包括在凹入部分(54)中形成的磁層的多層膜，其中第二絕緣膜(53)在寫字線(11)和位線(21)之間交叉區(qū)域中在寫字線(11)和位線(21)之間形成。
文檔編號H01L21/8246GK1479945SQ02803299
公開日2004年3月3日 申請日期2002年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月24日
發(fā)明者小室善昭, 元吉真 申請人:索尼株式會社