專利名稱：掩埋磁隧道結(jié)存儲(chǔ)器單元和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁隧道結(jié)器件，更具體地說，涉及例如并入了掩埋磁隧道結(jié)器件的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)器件的信息存儲(chǔ)器件，和制造和使用這種器件的方法。
背景技術(shù)：
典型MRAM器件包括存儲(chǔ)器單元陣列，沿存儲(chǔ)器單元各行延伸的字線，和沿存儲(chǔ)器單元各列延伸的位線。每一個(gè)存儲(chǔ)器單元位于字線和位線的交叉點(diǎn)。在一種類型的MRAM器件中，每一個(gè)存儲(chǔ)器單元包括隧道結(jié)，例如自旋相關(guān)隧道(“SDT”)結(jié)。SDT結(jié)的磁化在任何給定的時(shí)間假定了兩個(gè)穩(wěn)定取向之一。這兩個(gè)穩(wěn)定磁性取向，平行和反平行，表示邏輯值“0”和“1”。磁化取向反過來又影響到SDT結(jié)的電阻。SDT結(jié)的電阻在平行的磁化取向的情況下具有第一值(Rp)，和在反平行的磁化取向的情況下具有更高的第二值(Ra)。因此，SDT結(jié)的磁化取向及其邏輯狀態(tài)可以通過檢測它的電阻狀態(tài)來讀取。使用磁隧道結(jié)的MRAM集成電路能夠提供非易失性信息存儲(chǔ)，這在擴(kuò)展CMOS集成電路技術(shù)應(yīng)用上是特別有用的。
在通過各種機(jī)理進(jìn)行制造的過程中，例如靜電放電、處理錯(cuò)誤和例如電壓尖脈沖的電路異常，能夠產(chǎn)生缺陷的SDT結(jié)。每一個(gè)缺陷的SDT結(jié)能引起位錯(cuò)誤。在沒有使用晶體管開關(guān)或二極管來使得存儲(chǔ)器單元彼此隔離的交叉點(diǎn)MRAM陣列中，短路SDT結(jié)也能致使在相同列和行中的其它存儲(chǔ)器單元不能使用。因此，單一短路SDT結(jié)同樣能引起列寬和行寬錯(cuò)誤。當(dāng)數(shù)據(jù)從MRAM器件中被讀回時(shí)，可以使用糾錯(cuò)碼(ECC)以便從不能使用的SDT結(jié)的完整的各行和各列中恢復(fù)數(shù)據(jù)。然而，從時(shí)間立場和計(jì)算立場上看，在單一一列或一行中用于一千或更多比特的ECC的代價(jià)很高。而且，MRAM器件可能有多于一個(gè)的短路SDT結(jié)。如果MRAM器件包含了多個(gè)不能使用的SDT結(jié)，則該器件在制造階段就要丟棄。因此，靜電放電、處理錯(cuò)誤和電路異常都能減少制造產(chǎn)量。根據(jù)這些機(jī)理防止損失是費(fèi)力的，并難以實(shí)現(xiàn)。
在本領(lǐng)域中，眾所周知的是，可以使用晶體管開關(guān)或隔離二極管來使存儲(chǔ)器單元彼此絕緣，但是這樣的器件增加了復(fù)雜性并且通常比最小可獲得的幾何尺寸大，由此限制了存儲(chǔ)器單元陣列的大小。
改善磁隧道結(jié)存儲(chǔ)器單元的絕緣是必需的，特別期望能夠使用消除了結(jié)缺陷影響的相對(duì)簡單的工藝來制造磁隧道結(jié)存儲(chǔ)器單元。


本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)說明，可以容易地理解本公開的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器實(shí)施例的頂視平面圖。
圖2和3是存儲(chǔ)器單元實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D。
圖4和5是根據(jù)本發(fā)明制作的存儲(chǔ)器第一實(shí)施例一部分的截面?zhèn)纫晥D。
圖6和7是根據(jù)本發(fā)明制作的存儲(chǔ)器第二實(shí)施例一部分的截面?zhèn)纫晥D。
圖8是說明根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行制作存儲(chǔ)器的方法的第一實(shí)施例的流程圖。
圖9是說明根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行制作存儲(chǔ)器的方法的第二實(shí)施例的流程圖。
為了使說明書更清楚，附圖沒有按統(tǒng)一比例繪出。特別是，垂直和水平比例彼此不同，并且各個(gè)附圖的垂直和水平比例彼此不同。
具體實(shí)施例方式
在下面的詳細(xì)描述中，根據(jù)本發(fā)明制作的磁存儲(chǔ)器單元的多個(gè)實(shí)施例與結(jié)合這些磁存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器一起被描述和說明。在根據(jù)本發(fā)明制作的存儲(chǔ)器實(shí)施例中，行導(dǎo)體和列導(dǎo)體形成一組正交的布線通道，并且通過例如字線的行導(dǎo)體和例如位線的列導(dǎo)體的組合來尋址單個(gè)存儲(chǔ)器單元。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都可認(rèn)識(shí)到，例如字線的行導(dǎo)體和例如位線的列導(dǎo)體的分配是任意的，也可以作出其它的分配。類似的，像行導(dǎo)體或列導(dǎo)體這樣的導(dǎo)體的分配可以改變。在下面的描述中，行和列導(dǎo)體的標(biāo)示通篇可以互換。在說明的實(shí)施例中，在襯底上制作的磁存儲(chǔ)器單元具有第一金屬導(dǎo)體、布置在第一金屬導(dǎo)體上的第一鐵磁層、具有一個(gè)穿過其延伸到第一鐵磁層的通道開口的平坦化層間電介質(zhì)(ILD)、在位于通道開口內(nèi)的第一鐵磁層上面的掩埋隧道結(jié)、填充該通道開口并掩埋隧道結(jié)的第二鐵磁層、和與第二鐵磁層相耦合的第二金屬導(dǎo)體?？梢灾谱骼绨ㄟ@種磁隧道結(jié)存儲(chǔ)器單元陣列的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器之類的存儲(chǔ)器。
圖1示出了一個(gè)交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列10的實(shí)施例的頂視平面圖，交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列10具有在行線30和列線40的相交處的存儲(chǔ)器單元20。例如，起字線作用的跡線可以沿在交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器單元陣列10的一個(gè)側(cè)面上的一個(gè)平面內(nèi)的x方向延伸。起位線作用的跡線可以沿存儲(chǔ)器單元陣列10的一個(gè)相對(duì)側(cè)面上的一個(gè)平面內(nèi)的y方向延伸。對(duì)于陣列的每一行可以有一條字線，對(duì)于陣列的每一列可以有一條位線。盡管圖1中示出僅僅少數(shù)幾個(gè)存儲(chǔ)器單元、行導(dǎo)體和列導(dǎo)體，但可以理解，存儲(chǔ)器單元陣列10可以包括多個(gè)這樣的元件，并且圖1中示意性表示的布置可以在兩個(gè)方向(例如沿平行于每一個(gè)平面的常規(guī)的x和y軸)上延伸并且沿垂直于其它相似平面(即有多個(gè)平面)的z軸延伸。
總的來說，本發(fā)明的一個(gè)方面包括執(zhí)行如下功能的組合的磁隧道結(jié)存儲(chǔ)器單元，所述功能包括在鐵磁層中存儲(chǔ)位信息，用隧道結(jié)轉(zhuǎn)換該位信息，和控制隧道結(jié)。該隧道結(jié)與磁信息存儲(chǔ)元件相耦合且可以被掩埋在鐵磁層的下面。特別是，鐵磁層可以直接形成在隧道結(jié)的上面以避免介于中間的工藝步驟影響到隧道結(jié)。
具有磁存儲(chǔ)元件和隧道結(jié)檢測元件的存儲(chǔ)器單元可以通過如下方式用在如圖1所示具有列線和行線的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中，所述方式是將行線和列線的第一條線耦合到鐵磁材料，該鐵磁材料被布置以便形成每一個(gè)存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)元件，將行線和列線的其余線耦合到位于該鐵磁材料下面的掩埋隧道結(jié)(由此形成每一個(gè)存儲(chǔ)器單元的檢測元件)，和控制每一個(gè)檢測元件以選擇性地檢測在選定的行-列組合處的鐵磁材料的狀態(tài)。同樣，掩埋在第二鐵磁材料下面的第二隧道結(jié)(由此形成集成控制元件)可以被控制以便有選擇地轉(zhuǎn)換在選定的行-列組合處的鐵磁材料的狀態(tài)。
圖2和圖3是層疊在襯底50上的行-列對(duì)準(zhǔn)的存儲(chǔ)器單元20的典型實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D。襯底50具有絕緣表面，例如在硅晶片上的氧化層或玻璃層。如圖2和3所示，該實(shí)施例的每一個(gè)存儲(chǔ)器單元20形成在行線30和列線40之間。每一個(gè)存儲(chǔ)器單元包括軟鐵磁材料層60，該軟鐵磁材料層60通過薄隧道結(jié)氧化層70與硬鐵磁材料層80隔開。(這里，在本說明書中的“軟”的通常意思是指在磁化方向上相對(duì)容易反向的磁材料，“硬”指在磁化方向上相對(duì)很難反向的磁材料)
軟鐵磁材料60、隧道結(jié)氧化層70和硬鐵磁材料80的三層結(jié)構(gòu)形成磁隧道結(jié)9 0。圖2和3中的箭頭示意性標(biāo)示了磁場?？蛇x的，可以包括圖2和3中所示的反鐵磁(AF)釘扎層(pinning layer)100和源磁層(seed magnetic layer)110。圖2和3中所示的MRAM垂直單元結(jié)構(gòu)可以在不使用本發(fā)明的情況下形成。
圖4和5是根據(jù)本發(fā)明制作的存儲(chǔ)器第一實(shí)施例的一部分的截面?zhèn)纫晥D，正如從兩個(gè)正交方向看的那樣。如圖4和5所示，存儲(chǔ)器單元具有被構(gòu)圖以形成列導(dǎo)體線40的第一金屬層。列導(dǎo)體40形成在合適的絕緣襯底50上(圖4和5中沒有示出)。在該說明書的余下部分中，假設(shè)合適的襯底50位于每一個(gè)存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)實(shí)施例的下面，但在存儲(chǔ)器單元附圖中沒有示出這樣的襯底。第一鐵磁層80位于第一金屬導(dǎo)體上面，由此第一金屬導(dǎo)體(列導(dǎo)體40)耦合至第一鐵磁層80。在列導(dǎo)體40上面的平面層間電介質(zhì)(ILD)35具有穿過其延伸的通道開口65。在說明的實(shí)施例中，通道開口65具有傾斜側(cè)壁。該通道開口至少部分對(duì)準(zhǔn)第一金屬導(dǎo)體(列導(dǎo)體40)。隧道結(jié)75在位于通道開口內(nèi)的第一鐵磁層80的至少一部分上延伸。隧道結(jié)75的區(qū)域由圖4和5中的虛線畫成的橢圓指出。由在第一鐵磁層80的頂表面上的薄隧道結(jié)氧化層70形成隧道結(jié)75?？蛇x的，金屬電極66可以覆蓋隧道結(jié)75以形成隧道結(jié)75的頂部電極(如圖4和5所示)。金屬電極66也可以覆蓋通道開口65的側(cè)壁，如圖所示。第二鐵磁層60填充通道開口并掩埋隧道結(jié)75。如果忽略可選的金屬電極66，則鐵磁層60可以起到隧道結(jié)75的頂部電極的作用。被構(gòu)圖以形成行導(dǎo)體30的第二金屬層至少部分對(duì)準(zhǔn)用第二鐵磁層60填充的通道開口，由此第二金屬導(dǎo)體(行導(dǎo)體30)耦合到第二鐵磁層60。
在圖4中，箭頭120示出了由于沿列導(dǎo)體40中短箭頭方向(進(jìn)入附圖面)流動(dòng)的電流I而導(dǎo)致磁場方向，和彎曲箭頭130示出由于沿行導(dǎo)體30中短箭頭方向(平行于附圖面并朝向左方)流動(dòng)的電流I而導(dǎo)致的磁場方向。相似的，在圖5中，箭頭130示出由于沿行導(dǎo)體30中短箭頭方向(進(jìn)入附圖面)流動(dòng)的電流I而導(dǎo)致的磁場方向，和彎曲箭頭120示出由于沿列導(dǎo)體40中短箭頭方向(平行于附圖面并朝向右方)流動(dòng)的電流I而導(dǎo)致的磁場方向。圖4和5還示出了可選層，在第一金屬層上面的源磁層110和源磁層上面的反鐵磁(AF)釘扎層100。
圖6和7是根據(jù)本發(fā)明制作的存儲(chǔ)器第二實(shí)施例的一部分的截面?zhèn)纫晥D，正如從兩個(gè)正交方向看的那樣。合適的絕緣襯底50再一次被假設(shè)位于該存儲(chǔ)器單元實(shí)施例的下面，但在存儲(chǔ)器單元附圖中沒有示出。如圖6和7所示，存儲(chǔ)器單元具有被構(gòu)圖以便在襯底上形成第一金屬導(dǎo)體(列導(dǎo)體40)的第一金屬層。在列導(dǎo)體40上面的平面第一層間電介質(zhì)(ILD)35具有延伸穿過其的第一通道開口65。第一通道開口65至少部分對(duì)準(zhǔn)列導(dǎo)體40。第一隧道結(jié)145(由在列導(dǎo)體40的頂表面上的薄隧道結(jié)氧化層140形成)在位于第一通道開口內(nèi)的列導(dǎo)體40的至少一部分上面延伸?？蛇x的，金屬電極66可以覆蓋隧道結(jié)145以形成用于隧道結(jié)145的頂部電極(如圖6所示)。金屬電極66也可以覆蓋通道開口65的側(cè)壁，如圖所示。第一鐵磁層80填充第一通道開口65并掩埋第一隧道結(jié)145。如果忽略可選的金屬電極66，則鐵磁層80可以起到隧道結(jié)145的頂部電極的作用。在第一鐵磁層80上面的平面第二層間電介質(zhì)(ILD)35具有延伸穿過其的第二通道開口65。第二通道開口65至少部分對(duì)準(zhǔn)用第一鐵磁層80填充的第一通道開口65。位于第二通道開口內(nèi)的第二隧道結(jié)75在第一鐵磁層80的至少一部分上延伸。第二隧道結(jié)75由第一鐵磁層80的頂表面上的薄隧道結(jié)氧化層70形成。第二鐵磁層60填充第二通道開口并且掩埋第二隧道結(jié)75。第二金屬層被構(gòu)圖以形成第二金屬導(dǎo)體(行導(dǎo)體30)，該第二金屬導(dǎo)體至少部分對(duì)準(zhǔn)用第二鐵磁層60填充的第二通道開口65，由此行導(dǎo)體30耦合于第二鐵磁層60。盡管圖6和7中沒有示出，可選層可以被包括在直接位于在第一和/或第二鐵磁層的下面，舉例來說，第一金屬層上面的源磁層110和源磁層上面的反鐵磁(AF)釘扎層100。
在圖6中，箭頭120示出了由于沿列導(dǎo)體40中短箭頭方向(進(jìn)入附圖面)流動(dòng)的電流I所導(dǎo)致的磁場方向，和彎曲箭頭130示出由于沿導(dǎo)體30中短箭頭方向(平行于附圖面并朝向左方)流動(dòng)的電流I而導(dǎo)致的磁場方向。相似的，在圖7中，箭頭130示出由于沿行導(dǎo)體30中短箭頭方向(進(jìn)入附圖面)流動(dòng)的電流I所導(dǎo)致的磁場方向，和彎曲箭頭120示出沿列導(dǎo)體40中短箭頭方向(平行于附圖面并朝向右方)流動(dòng)的電流I所導(dǎo)致的磁場方向。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員都理解，可以通過形成存儲(chǔ)器單元陣列來制作存儲(chǔ)器，并且可以通過形成在垂直方向上堆疊的多層存儲(chǔ)器單元陣列(如果有必要，在多層之間插入層間電介質(zhì)(ILD))來制作多層存儲(chǔ)器。對(duì)于多層存儲(chǔ)器的第二層和后續(xù)層，通過在前一層上面形成層間電介質(zhì)(ILD)來提供絕緣襯底。
根據(jù)本發(fā)明制作的多層存儲(chǔ)器可以應(yīng)用在大容量存儲(chǔ)器件中，并且可以采用集成電路的形式加以制作，作為裝載微電子的襯底，和/或被并入到電子器件中。
制作交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列10可以通過具體適用的制作方法來制作，該制作方法的各種實(shí)施例通過圖8和9的流程圖來說明，圖8包括一些“可選”步驟，“可選”步驟在一些方法實(shí)施例中執(zhí)行而在其它實(shí)施例中不執(zhí)行，取決于所使用材料的具體性質(zhì)和器件的具體應(yīng)用。由參考號(hào)S10，S20，...等表示該方法實(shí)施例的各種步驟。
圖8是說明根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行的用于制作存儲(chǔ)器的方法的第一實(shí)施例流程圖。如圖8所示，上述方法包括提供合適的襯底50(步驟S10)，淀積第一金屬層，和構(gòu)圖并腐蝕第一金屬導(dǎo)體(例如，列線40)(步驟S20)。在步驟S30，淀積、構(gòu)圖并腐蝕第一鐵磁層80。在步驟S40淀積第一層間電介質(zhì)(ILD)層35。在步驟S50，通過如下方式構(gòu)圖并且形成開口，所述方式是以至少部分對(duì)準(zhǔn)第一金屬導(dǎo)體(例如，列導(dǎo)體40)的方式腐蝕通道開口65穿過層間電介質(zhì)，暴露第一鐵磁層80的一部分，但不腐蝕穿過第一鐵磁層。在步驟S60，在步驟S50中暴露過的第一鐵磁層的至少一部分上形成薄隧道結(jié)氧化層70，并且淀積第二鐵磁層60，至少填充通道開口?？梢酝ㄟ^直接淀積薄氧化層來形成薄隧道結(jié)氧化層70。在步驟S60，在形成薄隧道結(jié)氧化層70之后，應(yīng)該立即執(zhí)行第二鐵磁層60的淀積，而不將薄隧道結(jié)氧化層70暴露到空氣中。為了形成薄隧道結(jié)氧化層70，可以淀積并氧化中間金屬層。
在步驟S70，例如通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，將合成表面平坦化至層間電介質(zhì)35的表面。通過淀積第二金屬層來執(zhí)行步驟S80。通過以至少部分對(duì)準(zhǔn)在步驟S60用第二鐵磁層填充過的通道開口65的方式腐蝕并構(gòu)圖第二金屬導(dǎo)體線(例如，行導(dǎo)體30)，執(zhí)行步驟S90。
到這時(shí)，圖8的方法實(shí)施例制作單一存儲(chǔ)器單元，或者更具體地說，制作了包括存儲(chǔ)器單元陣列的存儲(chǔ)器(即，單一存儲(chǔ)器層)。該陣列的所有存儲(chǔ)器單元被同時(shí)制作。如果要制作附加存儲(chǔ)器層，如有必要的話在步驟S100中淀積第二層間電介質(zhì)(ILD)層并且對(duì)其平坦化，以便為下一個(gè)存儲(chǔ)器層提供襯底，從步驟S20開始重復(fù)這些工藝(步驟S110)多次，所述的次數(shù)是用于制造具有所希望層數(shù)的堆所要求的次數(shù)。在重復(fù)步驟S20-S90中，對(duì)于每一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)器層可以交替行和列導(dǎo)體線，和最后存儲(chǔ)器級(jí)的第二金屬層按需為最后存儲(chǔ)器級(jí)提供行導(dǎo)體線或列導(dǎo)體線。
如果要包括源磁層110，執(zhí)行可選步驟S25以淀積該層。相似的，如果要包括反鐵磁層100，執(zhí)行可選步驟S26以淀積該層。在圖8所示的方法實(shí)施例中，在步驟S20和S30之間執(zhí)行步驟S25和S26。
在執(zhí)行淀積、構(gòu)圖和腐蝕第一鐵磁層80的步驟S50之前，可以通過在通道開口65中形成隧道結(jié)控制元件75來制作集成控制元件。在該方法中，淀積第二層間電介質(zhì)(ILD)，穿過第二ILD形成第二通道開口(第二通道開口向下延伸到第二ILD下面的第一金屬層)，在第二通道開口中形成薄隧道結(jié)氧化層。例如通過第一金屬層的熱氧化，通過氧化第一金屬層可以形成該薄隧道結(jié)氧化層?？商鎿Q的，通過在第一金屬層上淀積薄氧化物可以形成薄隧道結(jié)氧化層。在另一個(gè)可替換的方法中，通過淀積薄中間金屬層和氧化該薄中間金屬層可以形成薄隧道結(jié)氧化層。
圖9是說明根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行的制造存儲(chǔ)器方法的第二實(shí)施例的流程圖。如圖9所示，該方法實(shí)施例包括提供合適襯底的步驟S210。步驟S220包括淀積第一金屬層，構(gòu)圖和腐蝕第一金屬導(dǎo)體(列導(dǎo)體線40)。在步驟S230，淀積第一層間電介質(zhì)(ILD)35。在步驟S240，通過腐蝕穿過第一層間電介質(zhì)35，暴露第一金屬導(dǎo)體層(列導(dǎo)體線40)的一部分，但不腐蝕穿過該第一金屬導(dǎo)體層，以至少部分與第一金屬導(dǎo)體(例如，列導(dǎo)線體40)對(duì)準(zhǔn)的方式構(gòu)圖并形成第一通道開口65。在步驟S250，在步驟S240中暴露過的第一金屬導(dǎo)體層的至少一部分上形成第一薄隧道結(jié)氧化層140。
隧道結(jié)氧化物形成步驟S250的各種可選項(xiàng)同上面在圖8的步驟S60中描述的基本相同。通過直接淀積薄氧化層或通過氧化第一金屬導(dǎo)體(列導(dǎo)體線40)可以形成隧道結(jié)氧化層140。例如，通過熱氧化第一金屬導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)氧化。在形成薄隧道結(jié)氧化層140的可替換方法中，可以淀積并氧化薄中間金屬層。
在步驟S260，淀積第一鐵磁襯底層80，至少填充第一通道開口65。在步驟S260，在形成薄隧道結(jié)氧化層140之后，應(yīng)該立即執(zhí)行第一鐵磁層80的淀積，而不將薄隧道結(jié)氧化層140暴露到空氣中。對(duì)合成表面平坦化至第一層間電介質(zhì)(ILD)35的表面(步驟S270)。通過常規(guī)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)可以實(shí)現(xiàn)平坦化。在步驟S280，淀積第二層間電介質(zhì)(ILD)35。在步驟S290，通過腐蝕穿過第二ILD，以至少部分與第一通道開口內(nèi)的第一鐵磁襯底80對(duì)準(zhǔn)的方式形成第二通道開口65，由此暴露第一鐵磁襯底80的一部分。在步驟S300，在步驟S290中暴露的第一鐵磁襯底的至少一部分上面形成第二薄隧道結(jié)氧化層70。通過氧化第一鐵磁襯底80，例如通過熱氧化可以形成第二薄隧道結(jié)氧化層70。可替換的，通過淀積薄中間金屬層并氧化該薄中間金屬層或者通過在第一鐵磁襯底80上面淀積薄氧化物，可以形成第二薄隧道結(jié)氧化層70。
淀積第二鐵磁襯底60，至少填充第二通道開口(步驟S310)。對(duì)合成表面平坦化至第二層間電介質(zhì)(ILD)35的表面(步驟S320)。通過常規(guī)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)可以實(shí)現(xiàn)該平坦化。
淀積(步驟S330)、構(gòu)圖和腐蝕(步驟S340)第二金屬層，以便以至少部分與用第二鐵磁襯底60填充的第二通道開口對(duì)準(zhǔn)的方式提供第二金屬導(dǎo)體線(行導(dǎo)體30)。
到這時(shí)，圖9的方法實(shí)施例制作單一存儲(chǔ)器單元，或者更具體地說，制作了包括存儲(chǔ)器單元陣列的存儲(chǔ)器(即，單一存儲(chǔ)器層)。陣列的所有存儲(chǔ)器單元被同時(shí)制作。如果制作附加存儲(chǔ)器層，從步驟S210開始重復(fù)這些工藝(步驟S350)多次，所述多次是制造具有所希望層數(shù)的堆所需要的次數(shù)。在重復(fù)步驟S210中，若有必要的話，淀積第三層間電介質(zhì)(ILD)層并且對(duì)其平坦化以便為下一個(gè)存儲(chǔ)器層提供襯底。在重復(fù)步驟S220-S340中，對(duì)于每一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)器層可以交替行和列導(dǎo)體線，和最后存儲(chǔ)器級(jí)的第二金屬層按需為最后存儲(chǔ)器級(jí)提供行導(dǎo)體線或列導(dǎo)體線。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員都理解，如果要包括源磁層110和反鐵磁層100，與圖8的步驟S25和S26類似的可選步驟(圖9中沒有示出)可以采用適合的相應(yīng)次數(shù)類似地執(zhí)行，以便淀積與鐵磁層60和/或80鄰近的那些層。
在圖9中所說明的制作方法實(shí)施例中，存在由虛線箭頭段說明的各種可選途徑用于重復(fù)工藝步驟的子集以制造多層存儲(chǔ)器。因此，例如，通過執(zhí)行步驟S210-S320以形成第一存儲(chǔ)器層，重復(fù)步驟S220-S320(對(duì)于每一個(gè)連續(xù)存儲(chǔ)器層交替行和列導(dǎo)體線)用于每一連續(xù)存儲(chǔ)器層，并且為最后存儲(chǔ)器級(jí)的第二金屬層執(zhí)行步驟S330-S340，可以制作具有行和列導(dǎo)體線的多層存儲(chǔ)器，由此最終的金屬導(dǎo)體提供最后存儲(chǔ)器級(jí)所要求的行或列導(dǎo)體線。
工業(yè)應(yīng)用盡管前面已經(jīng)描述和說明了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離由附屬的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)制作各種修改和變化。例如，工藝步驟的順序可以改變，可以使用除了附圖所示以外的配置。在存儲(chǔ)器單元中的層的次序可以顛倒，例如形成相關(guān)于所說明的實(shí)施例的“倒置”的結(jié)構(gòu)。對(duì)于另一個(gè)例子，硬磁體或合成反鐵磁體可以用于替換AF釘扎層。AF釘扎層可以靠近堆的頂部而不是堆的底部放置，由此頂部鐵磁層是釘扎層，底部鐵磁層是檢測層。隧道勢壘的基本材料不限于上面描述的材料。其它電介質(zhì)和某些半導(dǎo)體材料可以用于絕緣隧道勢壘。盡管已經(jīng)作為SDT結(jié)描述了磁隧道結(jié)，但是并不局限于此。例如，磁隧道結(jié)可以是約瑟夫遜結(jié)(Josephson junction)。
權(quán)利要求
1.一種制作存儲(chǔ)器單元的方法，該方法包括以下步驟a)提供襯底；b)淀積第一金屬層，和構(gòu)圖并腐蝕第一金屬導(dǎo)體；c)淀積、構(gòu)圖并腐蝕第一鐵磁層；d)淀積層間電介質(zhì)(ILD)；e)以至少部分與第一金屬導(dǎo)體對(duì)準(zhǔn)的方式腐蝕通道開口穿過層間電介質(zhì)，暴露第一鐵磁層的一部分；f)在第一鐵磁層的至少是暴露部分上面形成薄隧道結(jié)氧化層；g)淀積第二鐵磁層，至少填充通道開口；h)對(duì)合成表面平坦化至層間電介質(zhì)的表面；和i)淀積第二金屬層，并以至少部分與用第二鐵磁層填充的通道開口對(duì)準(zhǔn)的方式腐蝕和構(gòu)圖第二金屬導(dǎo)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法制作的存儲(chǔ)器單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在形成薄隧道結(jié)氧化層的步驟f)之后立即執(zhí)行淀積第二鐵磁層的步驟g)，而不使該薄隧道結(jié)氧化層暴露到空氣中。
4.一種用于制作具有行和列導(dǎo)體線的多層存儲(chǔ)器的方法，該方法包括以下步驟執(zhí)行權(quán)利要求1的方法的步驟a)至i)以形成第一存儲(chǔ)器層；重復(fù)步驟b)至h)，對(duì)于每一連續(xù)存儲(chǔ)器層交替行和列導(dǎo)體線；和為最后存儲(chǔ)器級(jí)的第二金屬層執(zhí)行步驟i)，由此該最后金屬導(dǎo)體為最后存儲(chǔ)器級(jí)提供行或列導(dǎo)體線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括形成集成控制元件的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5，其中形成集成控制元件的步驟通過如下方式加以執(zhí)行，所述方式是在執(zhí)行淀積、構(gòu)圖和腐蝕第一鐵磁層的步驟c)之前，在通道開口中形成隧道結(jié)控制元件。
7.一種制造存儲(chǔ)器單元的方法，該方法包括以下步驟a)提供襯底；b)淀積第一金屬層，和構(gòu)圖并腐蝕第一金屬導(dǎo)體；c)淀積第一層間電介質(zhì)(ILD)；d)以至少部分與第一金屬導(dǎo)體對(duì)準(zhǔn)的方式腐蝕第一通道開口穿過第一層間電介質(zhì)，暴露第一金屬導(dǎo)體的一部分；e)在第一金屬導(dǎo)體的至少是暴露部分的上面形成第一薄隧道結(jié)氧化層；f)淀積第一鐵磁襯底，至少填充第一通道開口；g)對(duì)合成表面平坦化至第一層間電介質(zhì)的表面；h)淀積第二層間電介質(zhì)(ILD)；i)以至少部分與第一通道開口內(nèi)的第一鐵磁襯底對(duì)準(zhǔn)的方式腐蝕第二通道開口穿過第二層間電介質(zhì)，由此露出第一鐵磁襯底的一部分；j)在暴露的第一鐵磁襯底的至少一部分上面形成第二薄隧道結(jié)氧化層；k)淀積第二鐵磁襯底，至少填充第二通道開口；l)對(duì)合成表面平坦化至第二層間電介質(zhì)的表面；和m)淀積第二金屬層，并以至少部分與用第二鐵磁襯底填充的通道開口對(duì)準(zhǔn)的方式腐蝕并構(gòu)圖第二金屬導(dǎo)體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中在形成第一薄隧道結(jié)氧化層的步驟e)之后，立即執(zhí)行淀積第一鐵磁襯底的步驟f)，而不使該第一薄隧道結(jié)氧化層暴露到空氣中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中在形成第二薄隧道結(jié)氧化層的步驟j)之后，立即執(zhí)行淀積第二鐵磁襯底的步驟k)，而不使該第二薄隧道結(jié)氧化層暴露到空氣中。
10.一種用于制作具有行和列導(dǎo)體線的多層存儲(chǔ)器的方法，該方法包括以下步驟執(zhí)行權(quán)利要求12的方法的步驟a)至m)以形成第一存儲(chǔ)器層；重復(fù)步驟b)至l)，對(duì)于每一連續(xù)存儲(chǔ)器層交替行和列導(dǎo)體線；和為最后存儲(chǔ)器級(jí)的第二金屬層執(zhí)行步驟m)，由此該最后金屬導(dǎo)體為最后存儲(chǔ)器級(jí)提供行或列導(dǎo)體線。
11.根據(jù)權(quán)利要求4或10的方法制作的多層存儲(chǔ)器。
12.包括權(quán)利要求11的多層存儲(chǔ)器的大容量存儲(chǔ)器件。
13.包括權(quán)利要求11的多層存儲(chǔ)器的集成電路。
14.包括權(quán)利要求11的多層存儲(chǔ)器的裝載有微電子的襯底。
15.包括權(quán)利要求11的多層存儲(chǔ)器的電子器件。
16.一種存儲(chǔ)器單元，包括a)襯底；b)在襯底上布置的第一金屬層，該第一金屬層被構(gòu)圖以形成第一金屬導(dǎo)體；c)在第一金屬導(dǎo)體上面布置的第一鐵磁層，由此第一金屬導(dǎo)體耦合到第一鐵磁層；d)平面層間電介質(zhì)(ILD)，該層間電介質(zhì)具有延伸穿過其的通道開口，該通道開口至少部分與第一金屬導(dǎo)體對(duì)準(zhǔn)；e)在位于通道開口內(nèi)的第一鐵磁層的至少一部分上面的隧道結(jié)；f)填充通道開口并掩埋隧道結(jié)的第二鐵磁層；和g)第二金屬層，所述第二金屬層以至少部分對(duì)準(zhǔn)用第二鐵磁層填充的通道開口的方式加以構(gòu)圖，以便形成第二金屬導(dǎo)體，由此第二金屬導(dǎo)體耦合到第二鐵磁層。
17.一種存儲(chǔ)器單元，包括a)襯底；b)在襯底上布置的第一金屬層，該第一金屬層被構(gòu)圖以形成第一金屬導(dǎo)體；c)平面第一層間電介質(zhì)(ILD)，該第一層間電介質(zhì)具有延伸穿過其的第一通道開口，該第一通道開口至少部分與第一金屬導(dǎo)體對(duì)準(zhǔn)；d)在位于第一通道開口內(nèi)的第一金屬導(dǎo)體的至少一部分上面的第一隧道結(jié)；e)填充第一通道開口并掩埋隧道結(jié)的第一鐵磁層；f)平面第二層間電介質(zhì)(ILD)，該第二層間電介質(zhì)具有延伸穿過其的第二通道開口，該第二通道開口至少部分與用第一鐵磁層填充的第一通道開口對(duì)準(zhǔn)；e)在位于第二通道開口內(nèi)的第一鐵磁層的至少一部分上面的第二隧道結(jié)；f)填充第二通道開口并掩埋第二隧道結(jié)的第二鐵磁層；和g)第二金屬層，所述第二金屬層以至少部分對(duì)準(zhǔn)用第二鐵磁層填充的第二通道開口的方式加以構(gòu)圖，以便形成第二金屬導(dǎo)體，由此第二金屬導(dǎo)體耦合到第二鐵磁層。
18.一種磁隧道結(jié)存儲(chǔ)器單元，組合式地包括如下項(xiàng)a)用于在磁層內(nèi)存儲(chǔ)位信息的裝置；b)用于轉(zhuǎn)換位信息的隧道結(jié)裝置，所述用于轉(zhuǎn)換的隧道結(jié)裝置與用于存儲(chǔ)的裝置相耦合，并被掩埋在用于存儲(chǔ)的裝置的下面；c)用于控制隧道結(jié)裝置以便轉(zhuǎn)換的裝置。
19.一種在交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中使用具有磁存儲(chǔ)元件和隧道結(jié)檢測元件類型的存儲(chǔ)器單元的方法，所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的類型屬于具有列線和行線的類型，該方法包括下列步驟a)將行線和列線的第一條線耦合至磁材料，該磁材料被布置以形成每一個(gè)存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)元件；b)將行線和列線的其余的線耦合至位于該磁材料下面的掩埋隧道結(jié)，由此形成每一個(gè)存儲(chǔ)器單元的檢測元件；和c)控制每一個(gè)檢測元件，以便有選擇地檢測在被選定的行-列組合處的磁材料的狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19，進(jìn)一步包括下列步驟控制位于第二磁材料下面的第二掩埋隧道結(jié)，由此形成集成控制元件，以便有選擇地轉(zhuǎn)換在被選定的行-列組合處的磁材料的狀態(tài)。
全文摘要
在襯底(50)上制作的磁存儲(chǔ)器單元(20)具有第一金屬導(dǎo)體(40)、布置在第一金屬導(dǎo)體上的第一磁層(80)、具有穿過其延伸至第一磁層(80)的通道開口(65)的平面層間電介質(zhì)(ILD)35、在位于通道開口內(nèi)的第一磁層上面的掩埋隧道結(jié)(75)、填充該通道開口并掩埋隧道結(jié)的第二磁層(60)，耦合至第二磁層的第二金屬導(dǎo)體。公開了在存儲(chǔ)器(10)和其它器件中使用的存儲(chǔ)器單元的方法以及具體適用于制作存儲(chǔ)器單元的方法。
文檔編號(hào)H01L27/115GK1527320SQ20031012012
公開日2004年9月8日 申請(qǐng)日期2003年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月5日
發(fā)明者P·J·弗里克, A·科爾, A·L·范布羅克林, P J 弗里克, 范布羅克林 申請(qǐng)人:惠普開發(fā)有限公司