CN109935682B - 磁性存储器装置和用于制造其的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了磁性存储器装置和用于制造其的方法，所述磁性存储器装置包括：基底；隧道势垒图案，位于基底上；第一磁性图案和第二磁性图案，彼此分隔开并且隧道势垒图案位于第一磁性图案和第二磁性图案之间；以及短路防止图案，与隧道势垒图案分隔开并且第二磁性图案位于短路防止图案和隧道势垒图案之间。短路防止图案包括交替堆叠的至少两个氧化物层和至少两个金属层。

Description

磁性存储器装置和用于制造其的方法
于2017年12月19日在韩国知识产权局提交且名称为“磁性存储器装置和用于制造其的方法(Magnetic Memory Device and Method for Fabricating the Same)”的第10-2017-0174894号韩国专利申请通过引用全部包含于此。
技术领域
实施例涉及一种磁性存储器装置和一种用于制造其的方法。
背景技术
随着高速和/或低功耗电子装置已经被需求，所述电子装置中所使用的高速和/或低电压半导体存储器装置也已经被需求。磁性存储器装置已经被开发为能够满足这些需求的半导体存储器装置。磁性存储器装置可因为它们的高速和/或非易失的特性而作为下一代半导体存储器装置显现出来。
通常，磁性存储器装置可包括磁性隧道结(MTJ)图案。磁性隧道结图案可包括两个磁性层和位于所述两个磁性层之间的绝缘层。磁性隧道结图案的电阻值可根据所述两个磁性层的磁化方向而改变。例如，当所述两个磁性层的磁化方向彼此反平行时，磁性隧道结图案可具有相对高的电阻值。当所述两个磁性层的磁化方向彼此平行时，磁性隧道结图案可具有相对低的电阻值。磁性存储器装置可利用磁性隧道结图案的电阻值之间的差来读取/写入数据。
发明内容
在一方面，一种磁性存储器装置可包括：基底；隧道势垒图案，位于基底上；第一磁性图案和第二磁性图案，彼此分隔开并且隧道势垒图案位于第一磁性图案和第二磁性图案之间；以及短路防止图案，与隧道势垒图案分隔开并且第二磁性图案位于短路防止图案和隧道势垒图案之间。短路防止图案可包括交替堆叠的至少两个氧化物层和至少两个金属层。
在一方面，一种磁性存储器装置可包括：基底；隧道势垒图案，位于基底上；第一磁性图案和第二磁性图案，彼此分隔开并且隧道势垒图案位于第一磁性图案和第二磁性图案之间；以及短路防止图案，与隧道势垒图案分隔开并且第二磁性图案位于短路防止图案和隧道势垒图案之间。短路防止图案可包括氧化物层，氧化物层中的氧原子可在与基底的顶表面垂直的方向上具有浓度梯度。
在一方面，一种用于制造磁性存储器装置的方法可包括下述步骤：准备基底；在基底上顺序地形成第一磁性层、隧道势垒层和第二磁性层；在第二磁性层上形成短路防止层；以及蚀刻短路防止层、第二磁性层、隧道势垒层和第一磁性层。短路防止层可包括交替堆叠的至少两个氧化物层和至少两个金属层。
附图说明
通过参照附图详细地描述示例性实施例，对于本领域技术人员来说，特征将变得明显，在附图中：
图1示出根据一些实施例的磁性存储器装置的示意性框图；
图2示出根据一些实施例的磁性存储器装置的存储器单元阵列的电路图；
图3示出根据一些实施例的磁性存储器装置的存储器单元的电路图；
图4示出根据一些实施例的磁性存储器装置的剖视图；
图5和图6示出根据一些实施例的磁性存储器装置的磁性隧道结图案的示例的剖视图；
图7至图9示出根据一些实施例的在用于制造磁性存储器装置的方法中的阶段的剖视图；
图10示出根据一些实施例的磁性存储器装置的剖视图；
图11示出根据一些实施例的磁性存储器装置的剖视图；
图12示出根据一些实施例的磁性存储器装置的剖视图；
图13示出根据一些实施例的磁性存储器装置的剖视图；以及
图14示出根据一些实施例的在用于制造磁性存储器装置的方法中的阶段的剖视图。
具体实施方式
图1是示出根据一些实施例的磁性存储器装置的示意性框图。参照图1，磁性存储器装置可包括存储器单元阵列1、行解码器2、列选择器3、读取/写入电路4和控制逻辑5。
存储器单元阵列1可包括多条字线、多条位线以及连接到字线和位线的交叉点的存储器单元。随后将参照图2更详细地描述存储器单元阵列1。
行解码器2可通过字线连接到存储器单元阵列1。行解码器2可解码从外部系统输入的地址信号以选择字线之中的一条字线。
列选择器3可通过位线连接到存储器单元阵列1，并且可解码从外部系统输入的地址信号以选择位线之中的一条位线。选择的位线可通过列选择器3连接到读取/写入电路4。
读取/写入电路4可响应于控制逻辑5的控制信号来提供用于访问选择的存储器单元的位线偏压。读取/写入电路4可向选择的位线提供位线电压以从选择的存储器单元读取数据/将数据写入到选择的存储器单元中。
控制逻辑5可响应于从外部系统提供的指令信号来输出用于控制磁性存储器装置的控制信号。从控制逻辑5输出的控制信号可控制读取/写入电路4。
图2是示出根据一些实施例的磁性存储器装置的存储器单元阵列的电路图。图3是示出根据一些实施例的磁性存储器装置的存储器单元的电路图。
参照图2，存储器单元阵列1可包括多条第一导线、多条第二导线以及存储器单元MC。第一导线可以是字线WL，第二导线可以是位线BL。存储器单元MC可被二维或三维地布置。存储器单元MC中的每个可连接在字线WL中的相应的一条字线与位线BL中的相应的一条位线之间。字线WL中的每条可连接到多个存储器单元MC。位线BL可分别连接到与字线WL中的每条连接的存储器单元MC。因此，连接到字线WL中的每条的存储器单元MC可分别通过位线BL连接到图1的读取/写入电路4。
参照图3，存储器单元MC中的每个可包括存储器元件ME和选择元件SE。存储器元件ME可连接在位线BL与选择元件SE之间，选择元件SE可连接在存储器元件ME与字线WL之间。存储器元件ME可以是可变电阻元件，可变电阻元件的电阻状态通过施加到其的电脉冲在两个不同的电阻状态之间是可切换的。
在一些实施例中，存储器元件ME可具有薄层结构，薄层结构的电阻使用通过其的编程电流的电子的自旋转移力矩而是可改变的。存储器单元ME可具有显示磁阻特性的薄层结构并且可包括至少一种铁磁材料和/或至少一种反铁磁材料。
在一些实施例中，存储器元件ME可包括第一磁性图案MP1、第二磁性图案MP2以及位于第一磁性图案MP1与第二磁性图案MP2之间的隧道势垒图案TBP。第一磁性图案MP1、第二磁性图案MP2和隧道势垒图案TBP可构成磁性隧道结图案MTJ。第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2中的每个可包括由磁性材料形成的至少一个磁性层。存储器元件ME还可包括位于第一磁性图案MP1与选择元件SE之间的第一电极图案122以及位于第二磁性图案MP2与位线BL之间的第二电极图案132。
选择元件SE可选择性控制穿过存储器元件ME的电荷的流动。例如，选择元件SE可以是二极管、PNP双极型晶体管、NPN双极型晶体管、NMOS场效应晶体管或PMOS场效应晶体管。当选择元件SE是三端子元件(例如，双极型晶体管或MOS场效应晶体管)时，附加的互连线可连接到选择元件SE。
图4是示出根据一些实施例的磁性存储器装置的剖视图。图5和图6是示出根据一些实施例的磁性存储器装置的磁性隧道结图案的示例的剖视图。
参照图4，可设置基底100。基底100可包括半导体材料。例如，基底100可以是硅基底、锗基底或硅锗基底。选择元件(未示出)可设置在基底100上。在一些实施例中，选择元件可包括二极管、PNP双极型晶体管、NPN双极型晶体管、NMOS场效应晶体管或PMOS场效应晶体管。
第一层间绝缘层110可设置在基底100上。第一层间绝缘层110可包括绝缘材料。例如，第一层间绝缘层110可包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其任何组合。
第一接触插塞115可设置在第一层间绝缘层110中。第一接触插塞115可穿透第一层间绝缘层110以连接到基底100。例如，第一接触插塞115可在与基底100的顶表面100u垂直的第一方向D1上穿透第一层间绝缘层110并且可电连接到选择元件的一个端子。第一接触插塞115可包括导电材料。例如，第一接触插塞115可包括掺杂的半导体材料(例如，掺杂的硅)、金属(例如，钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)和/或钽(Ta))、导电金属氮化物(例如，氮化钛、氮化钽和/或氮化钨)、金属半导体化合物(例如，金属硅化物)或其任何组合。
第一电极图案122可设置在第一层间绝缘层110和第一接触插塞115上。第一电极图案122可通过第一接触插塞115电连接到选择元件。第一电极图案122可包括导电材料，例如，金属、导电金属氮化物等。
在一些实施例中，第一电极图案122可包括在随后将描述的形成第一磁性图案MP1的工艺中用作种子的至少一个种子层。例如，当第一磁性图案MP1由具有L10结构的磁性材料形成时，第一电极图案122可包括种子层，种子层包括具有氯化钠(NaCl)晶体结构的导电金属氮化物，例如，氮化钛、氮化钽、氮化铬、氮化钒等。对于另一示例，当第一磁性图案MP1具有六方密堆积(HCP)晶体结构时，第一电极图案122可包括种子层，种子层包括具有HCP晶体结构的导电材料，例如，钛、钌等。
磁性隧道结图案MTJ可设置在第一电极图案122上。磁性隧道结图案MTJ可包括第一磁性图案MP1、第二磁性图案MP2以及位于第一磁性图案MP1与第二磁性图案MP2之间的隧道势垒图案TBP。第一磁性图案MP1可位于第一电极图案122与隧道势垒图案TBP之间，第二磁性图案MP2可位于第二电极图案132与隧道势垒图案TBP之间。例如，隧道势垒图案TBP可包括例如氧化镁(MgO)层、氧化钛(TiO)层、氧化铝(AlO)层、氧化镁锌(MgZnO)层、氧化镁硼(MgBO)层等。第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2中的每个可包括至少一个磁性层。
参照图5和图6，第一磁性图案MP1可包括具有固定在一个方向上的磁化方向MP1m的参考层，第二磁性图案MP2可包括具有可改变成与参考层的磁化方向MP1m平行或反平行的磁化方向MP2m的自由层。图5和图6示出第一磁性图案MP1包括参考层且第二磁性图案MP2包括自由层的示例。可选择地，第一磁性图案MP1可包括自由层且第二磁性图案MP2可包括参考层。
在一些实施例中，如图5中所示，磁化方向MP1m和MP2m可与隧道势垒图案TBP与第一磁性图案MP1之间的界面基本上平行。在这种情况下，参考层和自由层中的每个可包括铁磁材料。参考层还可包括用于固定或钉扎铁磁材料的磁化方向的反铁磁材料。
在某些实施例中，如图6中所示，磁化方向MP1m和MP2m可与隧道势垒图案TBP与第一磁性图案MP1之间的界面基本上垂直。在这种情况下，参考层和自由层中的每个可包括垂直磁性材料(例如，CoFeTb、CoFeGd或CoFeDy)、具有L10结构的垂直磁性材料、具有六方密堆积(HCP)晶格结构的CoPt合金和垂直磁性结构中的至少一种。具有L10结构的垂直磁性材料可包括具有L10结构的FePt、具有L10结构的FePd、具有L10结构的CoPd和具有L10结构的CoPt中的至少一种。垂直磁性结构可包括交替且重复堆叠的磁性层和非磁性层。例如，垂直磁性结构可包括(Co/Pt)n、(CoFe/Pt)n、(CoFe/Pd)n、(Co/Pd)n、(Co/Ni)n、(CoNi/Pt)n、(CoCr/Pt)n和(CoCr/Pd)n中的至少一种，其中，“n”表示双层的数量。这里，参考层可比自由层厚并且/或者参考层的抗磁力可比自由层的抗磁力大。
参照图4，短路防止图案200可设置在第二磁性图案MP2上。短路防止图案200可包括交替堆叠的至少两个氧化物层210和至少两个金属层220。在一些实施例中，氧化物层210中的最下面的氧化物层可与第二磁性图案MP2接触(例如，直接接触)。在这种情况下，金属层220中的每个可位于彼此直接相邻的一对氧化物层210之间。在某些实施例中，金属层220中的最下面的金属层可与第二磁性图案MP2接触。在这种情况下，氧化物层210中的每个可位于彼此直接相邻的一对金属层220之间。短路防止图案200可在随后将描述的形成磁性隧道结图案MTJ的工艺中抑制或防止导电颗粒再沉积在第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2以及隧道势垒图案TBP的侧壁上。因此，可抑制或防止第一磁性图案MP1与第二磁性图案MP2之间的电短路。
氧化物层210中的每个可包括金属氧化物。在一些实施例中，氧化物层210可包括与金属层220相同的金属元素。例如，金属层220可包括钽(Ta)、钛(Ti)、镁(Mg)、铪(Hf)、锆(Zr)、钨(W)、钼(Mo)等，而氧化物层210可包括氧化钽、氧化钛、氧化镁、氧化铪、氧化锆、氧化钨、氧化钼等。在一些实施例中，氧化物层210可包括与隧道势垒图案TBP基本上相同的材料。在一些实施例中，金属层220可包括与隧道势垒图案TBP相同的金属元素。
氧化物层210和隧道势垒图案TBP可具有在与基底100的顶表面100u垂直的第一方向D1上的厚度。每个氧化物层210的厚度可比隧道势垒图案TBP的厚度小。氧化物层210的厚度可优选的是
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随着氧化物层210的厚度减小，导电颗粒可与包括在氧化物层210中的元素更容易地结合。因此，在形成磁性隧道结图案MTJ的工艺中产生的导电颗粒300可容易地再沉积在厚度比隧道势垒图案TBP的厚度小的氧化物层210的侧壁上。结果，能够抑制导电颗粒300再沉积在隧道势垒图案TBP的侧壁上。因此，可防止第一磁性图案MP1与第二磁性图案MP2之间的电短路。
金属层220以及第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2可具有在第一方向D1上的厚度。每个金属层220的厚度可比第一磁性图案MP1、第二磁性图案MP2和隧道势垒图案TBP的厚度中的每个厚度小。
第二电极图案132可形成在短路防止图案200上。例如，第二电极图案132可包括金属(例如，钨、铝、铜、钛、钌和/或钽)、导电金属氮化物(例如，氮化钛、氮化钽和/或氮化钨)或者其任何组合。
第二层间绝缘层140可设置在第一电极图案122、第一磁性图案MP1、隧道势垒图案TBP、第二磁性图案MP2、短路防止图案200和第二电极图案132上。第二层间绝缘层140可包括绝缘材料。例如，第二层间绝缘层140可包括氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层等。
第二接触插塞145可设置在第二层间绝缘层140中。第二接触插塞145可电连接到第二电极图案132。互连线150可设置在第二层间绝缘层140上。互连线150可设置在第二层间绝缘层140上。互连线150可电连接到第二接触插塞145。例如，第二接触插塞145和互连线150中的每个可包括掺杂的半导体材料(例如，掺杂的硅)、金属(例如，钨、铝、铜、钛和/或钽)、导电金属氮化物(例如，氮化钛、氮化钽和/或氮化钨)、金属半导体化合物(例如，金属硅化物)等。
根据实施例，可防止第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2之间的电短路。因此，可改善磁性存储器装置的电特性。
图7至图9是示出根据一些实施例的用于制造磁性存储器装置的方法的剖视图。
参照图7，可以设置基底100。基底100可包括半导体材料。例如，基底100可包括硅基底、锗基底或硅锗基底。可在基底100上设置选择元件。选择元件可与参照图4描述的选择元件基本上相同。
可在基底100上形成第一层间绝缘层110以覆盖选择元件。第一层间绝缘层110可通过物理气相沉积(PVD)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺等来形成。例如，第一层间绝缘层110可包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。
可在第一层间绝缘层110中形成第一接触插塞115。第一接触插塞115的形成可包括形成穿透第一层间绝缘层110的接触孔、形成填充接触孔的导电层以及使导电层平坦化直到暴露第一层间绝缘层110的顶表面。例如，接触孔可通过使用蚀刻掩模来各向异性地蚀刻第一层间绝缘层110而形成。第一接触插塞115可包括导电材料。例如，第一接触插塞115可包括掺杂的半导体材料(例如，掺杂的硅)、金属(例如，钨、铝、铜、钛和/或钽)、导电金属氮化物(例如，氮化钛、氮化钽和/或氮化钨)、金属半导体化合物(例如，金属硅化物)或其任何组合。
可在第一层间绝缘层110和第一接触插塞115上形成第一电极层120。第一电极层120可通过PVD工艺、CVD工艺、ALD工艺或其任何组合来形成。例如，第一电极层120可包括金属、导电金属氮化物或它们的组合。在一些实施例中，第一电极层120可包括在随后将描述的形成第一磁性层ML1的工艺中用作种子的至少一个种子层。例如，当第一磁性层ML1包括具有L10结构的磁性材料时，第一电极层120可包括具有氯化钠(NaCl)晶体结构的导电金属氮化物，例如，氮化钛、氮化钽、氮化铬、氮化钒等。对于另一示例，当第一磁性层ML1具有六方密堆积(HCP)晶体结构时，第一电极层120可包括具有HCP晶体结构的导电材料，例如，钌、钛等。可选择地，第一电极层120可包括又一导电材料，例如，钒、钽等。
可在第一电极层120上顺序地形成第一磁性层ML1、隧道势垒层TBL和第二磁性层ML2。第一磁性层ML1、隧道势垒层TBL和第二磁性层ML2中的每个可通过PVD工艺、CVD工艺、ALD工艺或其任何组合来形成。
在一些实施例中，第一磁性层ML1可以是具有垂直磁化的参考磁性层。在这种情况下，第一磁性层ML1可包括垂直磁性材料、具有L10结构的垂直磁性材料、具有六方密堆积(HCP)晶格结构的CoPt合金和垂直磁性结构中的至少一种。垂直磁性材料可包括例如CoFeTb、CoFeGd和CoFeDy中的至少一种。具有L10结构的垂直磁性材料可包括例如具有L10结构的FePt、具有L10结构的FePd、具有L10结构的CoPd和具有L10结构的CoPt中的至少一种。垂直磁性结构可包括交替且重复堆叠的磁性层和非磁性层。例如，垂直磁性结构可包括(Co/Pt)n堆叠结构、(CoFe/Pt)n堆叠结构、(CoFe/Pd)n堆叠结构、(Co/Pd)n堆叠结构、(Co/Ni)n堆叠结构、(CoNi/Pt)n堆叠结构、(CoCr/Pt)n堆叠结构和(CoCr/Pd)n堆叠结构中的至少一种，其中，“n”表示双层的数量。
可选择地，第一磁性层ML1可以是具有水平磁化的参考磁性层。
隧道势垒层TBL可包括氧化镁、氧化钛、氧化铝、氧化镁锌和氧化镁硼中的至少一种。在一些实施例中，隧道势垒层TBL可包括具有氯化钠(NaCl)晶体结构的氧化镁。
在一些实施例中，第二磁性层ML2可以是具有垂直磁化的自由磁性层。例如，第二磁性层ML2可包括与氧结合以引起界面垂直磁各向异性(iPMA)的磁性元素(例如，铁(Fe))。另外，第二磁性层还可包括硼(B)。例如，第二磁性层ML2可由钴铁硼(CoFeB)形成。在一些实施例中，第二磁性层ML2可处于非晶态。可选择地，第二磁性层ML2可包括垂直磁性材料(例如，CoFeTb、CoFeGd或CoFeDy)、具有L10结构的垂直磁性材料、具有HCP晶格结构的CoPt合金和垂直磁性结构中的至少一种。
可选择地，第二磁性层ML2可以是具有水平磁化的自由磁性层。
可在第二磁性层ML2上形成短路防止层202。短路防止层202的形成可包括在第二磁性层ML2上交替且重复地沉积氧化物层210和金属层220的工艺。例如，沉积工艺可包括PVD工艺、CVD工艺、ALD工艺或其任何组合。在一些实施例中，氧化物层210中的最下面的氧化物层可与第二磁性层ML2接触(例如，直接接触)。在这种情况下，金属层220中的每个可位于彼此直接相邻的一对氧化物层210之间。在某些实施例中，金属层220中的最下面的金属层可与第二磁性层ML2接触(例如，直接接触)。在这种情况下，氧化物层210中的每个可位于彼此直接相邻的一对金属层220之间。换句话说，在任何一个实施例中，第二磁性层ML2的最上面的部分的位置和短路防止层202中的最下面的层的位置相同。
氧化物层210中的每个可包括金属氧化物。在一些实施例中，氧化物层210可包括与金属层220具有相同的金属元素的金属氧化物。例如，金属层220可包括钽(Ta)、钛(Ti)、镁(Mg)、铪(Hf)、锆(Zr)、钨(W)、钼(Mo)，而氧化物层210可包括氧化钽、氧化钛、氧化镁、氧化铪、氧化锆、氧化钨、氧化钼。每个氧化物层210的厚度可比隧道势垒层TBL的厚度小。每个金属层220的厚度可比第一磁性层ML1、第二磁性层ML2和隧道势垒层TBL的厚度小。
可在短路防止层202上形成第二电极层130。第二电极层130可使用PVD工艺、CVD工艺、ALD工艺或其任何组合来形成。例如，第二电极层130可包括金属(例如，钨、铝、铜、钛、钌和/或钽)、导电金属氮化物(例如，氮化钛、氮化钽和/或氮化钨)或其任何组合。
参照图8，可顺序地蚀刻第二电极层130、短路防止层202、第二磁性层ML2、隧道势垒层TBL、第一磁性层ML1和第一电极层120。在一些实施例中，蚀刻工艺可以是离子束蚀刻工艺。第二电极图案132、短路防止图案200、第二磁性图案MP2、隧道势垒图案TBP、第一磁性图案MP1和第一电极图案122可通过蚀刻工艺形成。第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2以及位于它们之间的隧道势垒图案TBP可构成磁性隧道结图案MTJ。
在蚀刻工艺期间可使用惰性气体离子(例如，氩离子(Ar+))作为离子源。在这种情况下，短路防止图案200可在蚀刻工艺中通过离子源来充上电。因此，短路防止图案200可形成电场。短路防止图案200可具有比隧道势垒图案TBP的电容大的电容。这可归因于短路防止图案200的包括交替的氧化物层210和金属层220的多层结构。在这种情况下，短路防止图案200中的电荷的量可大于隧道势垒图案TBP中的电荷的量。因此，当短路防止图案200和隧道势垒图案TBP两者都被充上电时，由短路防止图案200形成的电场的强度可大于由隧道势垒图案TBP形成的电场的强度。
通过蚀刻工艺会产生由第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2以及第一电极图案122和第二电极图案132的材料形成的导电颗粒300作为蚀刻副产品。导电颗粒300可包括与在第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2以及第一电极图案122和第二电极图案132中包括的元素中的至少一种或更多种相同的元素。例如，导电颗粒300可包括铜(Cu)、铝(Al)、钌(Ru)、钽(Ta)、钛(Ti)、镁(Mg)、铪(Hf)、锆(Zr)、钨(W)、钼(Mo)等中的至少一种。
第一电极图案122可电连接到形成在第一层间绝缘层110中的第一接触插塞115。磁性隧道结图案MTJ可形成在第一电极图案122与第二电极图案132之间。
参照图9，导电颗粒300可再沉积在短路防止图案200的侧壁上。氧化物层210的厚度可优选为
Figure BDA0001875649530000101
至/>
Figure BDA0001875649530000102
导电颗粒300的关于氧化物层210的稳定化能可随着氧化物层210的厚度减小而增大。因此，同与隧道势垒图案TBP结合相比，导电颗粒300可与短路防止图案200的氧化物层210更容易地结合。导电颗粒300的关于交替堆叠有氧化物层210和金属层220的结构的氧化物层210的稳定化能可比导电颗粒300的关于单独设置的氧化物层的稳定化能高。因此，同与单独设置的氧化物层结合相比，导电颗粒300可与短路防止图案200的氧化物层210更容易地结合。结果，导电颗粒300可主要地再沉积在短路防止图案200的侧壁上。
可通过由短路防止图案200形成的电场使导电颗粒300中的至少一些移动至短路防止图案200。由于由短路防止图案200形成的电场的强度大于由隧道势垒图案TBP形成的电场的强度，因此在蚀刻工艺期间，同与隧道势垒图案TBP结合相比，导电颗粒300可与短路防止图案200的侧壁更容易地结合(或更容易地再沉积在短路防止图案200的侧壁上)。结果，导电颗粒300可主要地再沉积在短路防止图案200的侧壁上。
通常，导电颗粒会再沉积在隧道势垒图案的侧壁上，这会使第一磁性图案和第二磁性图案电短路。然而，根据一些实施例，同在隧道势垒图案TBP的侧壁上相比，导电颗粒300可更容易地再沉积在短路防止图案200的侧壁上。结果，可抑制或防止导电颗粒300再沉积在隧道势垒图案TBP的侧壁上。因此，第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2可彼此电隔离。
再次参照图4，可在第一层间绝缘层110上形成第二层间绝缘层140以覆盖第一电极图案122、第一磁性图案MP1、隧道势垒图案TBP、第二磁性图案MP2、短路防止图案200和第二电极图案132。第二层间绝缘层140可通过PVD工艺、CVD工艺、ALD工艺等来形成。例如，第二层间绝缘层140可包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。
可在第二层间绝缘层140中形成第二接触插塞145。第二接触插塞145可穿透第二层间绝缘层140以电连接到第二电极图案132。第二接触插塞145的形成可包括形成穿透第二层间绝缘层140的接触孔、形成填充接触孔的导电层以及使导电层平坦化直到暴露第二层间绝缘层140的顶表面。例如，接触孔可通过使用蚀刻掩模来各向异性地蚀刻第二层间绝缘层140而形成。第二接触插塞145可包括导电材料。例如，第二接触插塞145可包括掺杂的半导体材料(例如，掺杂的硅)、金属(例如，钨、铝、铜、钛和/或钽)、导电金属氮化物(例如，氮化钛、氮化钽和/或氮化钨)、金属半导体化合物(例如，金属硅化物)或其任何组合。
可在第二层间绝缘层140上形成互连线150。互连线150可电连接到第二接触插塞145。例如，互连线150可包括掺杂的半导体材料(例如，掺杂的硅)、金属(例如，钨、铝、铜、钛和/或钽)、导电金属氮化物(例如，氮化钛、氮化钽和/或氮化钨)、金属半导体化合物(例如，金属硅化物)或其任何组合。在一些实施例中，互连线150可以是位线。
根据实施例，可改善用于制造磁性存储器装置的工艺的效率并且可改善磁性存储器装置的可靠性。
图10是示出根据一些实施例的磁性存储器装置的剖视图。在本实施例中，为了容易且便于解释的目的，将省略或简略地提及对于与在图4的实施例中的组件和技术特征相同的组件和技术特征的描述。
参照图10，非磁性图案400可设置在短路防止图案200与第二磁性图案MP2之间。非磁性图案400可包括氧化物。例如，非磁性图案400可包括氧化钽、氧化钛、氧化镁、氧化铪、氧化锆、氧化钨、氧化钼等。非磁性图案400可加强第二磁性图案MP2的垂直磁各向异性。因此，可改善磁性存储器装置的磁特性。
根据实施例的短路防止图案200可抑制或防止导电颗粒300再沉积在隧道势垒图案TBP的侧壁上。因此，可改善磁性存储器装置的电特性。
图11是示出根据一些实施例的磁性存储器装置的剖视图。在本实施例中，为了容易且便于解释的目的，将省略或简略地提及对于与在图4和图10的实施例中的组件和技术特征相同的组件和技术特征的描述。
参照图11，短路防止图案200可位于第一磁性图案MP1和第一电极图案122之间。除了短路防止图案200的位置之外，短路防止图案200的其它特征可与参照图4描述的短路防止图案200的相应的特征基本上相同。
非磁性图案400可设置在第二磁性图案MP2与第二电极图案132之间。非磁性图案400可与参照图10描述的非磁性图案400基本上相同。
根据实施例的短路防止图案200可抑制或防止导电颗粒300再沉积在隧道势垒图案TBP的侧壁上，因此可改善磁性存储器装置的电特性。
图12是示出根据一些实施例的磁性存储器装置的剖视图。在本实施例中，为了容易且便于解释的目的，将省略或简略地提及对于与在图4的实施例中的组件和技术特征相同的组件和技术特征的描述。
参照图12，可设置一对短路防止图案200。所述一对短路防止图案200可分别位于第一电极图案122与第一磁性图案MP1之间以及位于第二磁性图案MP2与第二电极图案132之间。导电颗粒300可再沉积在所述一对短路防止图案200的侧壁上。
根据实施例的短路防止图案200可抑制或防止导电颗粒300再沉积在隧道势垒图案TBP的侧壁上，因此可改善磁性存储器装置的电特性。
图13是示出根据一些实施例的磁性存储器装置的剖视图。在本实施例中，为了容易且便于解释的目的，将省略或简略地提及对于与在图4的实施例中的组件和技术特征相同的组件和技术特征的描述。
参照图13，短路防止图案200a可包括梯度区GR。梯度区GR可包括氧化物。每个梯度区GR中的氧原子可在与基底100的顶表面100u垂直的第一方向D1上具有浓度梯度。在一些实施例中，氧原子的浓度可在每个梯度区GR的中心部分处最低，并且可在第一方向D1上朝着每个梯度区GR的顶表面和底表面中的每个变得更高。
与包括交替堆叠的氧化物层210和金属层220的短路防止图案200(见图4)一样，包括梯度区GR的短路防止图案200a可与导电颗粒300容易地结合。因此，在形成磁性隧道结图案MTJ的工艺中，导电颗粒300可与短路防止图案200a的侧壁容易地结合以防止第一磁性图案MP1与第二磁性图案MP2之间的电短路。
根据实施例的短路防止图案200a可抑制或防止导电颗粒300再沉积在隧道势垒图案TBP的侧壁上，因此可改善磁性存储器装置的电特性。
图14是示出根据一些实施例的用于制造磁性存储器装置的方法的剖视图。参照图14，可执行与参照图7至图9描述的工艺基本上相同的工艺来在基底100上形成第一层间绝缘层110、第一接触插塞115、第一电极图案122、第一磁性图案MP1、隧道势垒图案TBP、第二磁性图案MP2、短路防止图案200和第二电极图案132。短路防止图案200可包括交替堆叠的氧化物层210和金属层220。
可对第一层间绝缘层110、第一接触插塞115、第一电极图案122、第一磁性图案MP1、隧道势垒图案TBP、第二磁性图案MP2、短路防止图案200和第二电极图案132执行热处理工艺H。
再次参照图14，可通过执行热处理工艺H使氧化物层210中的氧原子扩散到金属层220中。因此，可在短路防止图案200中形成梯度区GR，使得可形成短路防止图案200a。每个梯度区GR中的氧原子可在与基底100的顶表面100u垂直的第一方向D1上具有浓度梯度。在一些实施例中，氧原子的浓度可在每个梯度区GR的中心部分处最低并且可在第一方向D1上朝着每个梯度区GR的顶表面和底表面中的每个变得更高。在一些实施例中，可多次执行热处理工艺H。
根据实施例的短路防止图案可抑制或防止导电颗粒再沉积在隧道势垒图案的侧壁上。因此，可改善磁性存储器装置的电特性。
根据一些实施例，可改善磁性存储器装置的电特性和可靠性。根据一些实施例，提供了具有改善的电特性和可靠性的用于制造磁性存储器装置的方法。
这里已经公开了示例实施例，虽然采用了特定术语，但是它们将仅以一般性的和描述性的意义来被使用和解释而不是出于限制的目的。在一些情况下，除非另外明确地指示，否则如到提交本申请为止对本领域普通技术人员来说将明显的是，结合具体实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用或者与结合其它实施例描述的特征、特性和/或元件来组合使用。因此，本领域技术人员将理解的是，在不脱离在权利要求中所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可作出形式上和细节上的各种改变。

Claims (17)

1.一种磁性存储器装置，所述磁性存储器装置包括：
基底；
隧道势垒图案，位于基底上；
第一磁性图案和第二磁性图案，彼此分隔开并且隧道势垒图案位于第一磁性图案和第二磁性图案之间；以及
短路防止图案，与隧道势垒图案分隔开并且第二磁性图案位于短路防止图案和隧道势垒图案之间，其中，短路防止图案包括交替堆叠的至少两个氧化物层和至少两个金属层，
其中，所述至少两个氧化物层中的每个的厚度小于隧道势垒图案的厚度，
其中，所述磁性存储器装置还包括位于短路防止图案的侧壁上的导电颗粒，
其中，短路防止图案抑制或防止导电颗粒再沉积在第一磁性图案、第二磁性图案以及隧道势垒图案的侧壁上。
2.如权利要求1所述的磁性存储器装置，其中，所述至少两个氧化物层中的每个包括金属氧化物。
3.如权利要求2所述的磁性存储器装置，其中，金属氧化物中的金属元素与所述至少两个金属层中的金属元素相同。
4.如权利要求1所述的磁性存储器装置，其中，所述至少两个金属层中的每个的厚度小于第一磁性图案的厚度和第二磁性图案的厚度。
5.如权利要求1所述的磁性存储器装置，其中，隧道势垒图案和所述至少两个氧化物层包括相同的材料。
6.如权利要求1所述的磁性存储器装置，其中，隧道势垒图案和所述至少两个金属层包括相同的金属元素。
7.如权利要求1所述的磁性存储器装置，其中，导电颗粒包括与第一磁性图案和第二磁性图案相同的元素。
8.如权利要求1所述的磁性存储器装置，所述磁性存储器装置还包括：
非磁性图案，位于短路防止图案与第二磁性图案之间，其中，非磁性图案包括氧化物。
9.如权利要求1所述的磁性存储器装置，所述磁性存储器装置还包括：
附加的短路防止图案，与隧道势垒图案分隔开并且第一磁性图案位于附加的短路防止图案与隧道势垒图案之间。
10.如权利要求1所述的磁性存储器装置，其中：
第一磁性图案位于隧道势垒图案与基底之间，
短路防止图案中的所述至少两个氧化物层中的最下面的氧化物层与第二磁性图案的顶表面直接接触。
11.一种磁性存储器装置，所述磁性存储器装置包括：
基底；
隧道势垒图案，位于基底上；
第一磁性图案和第二磁性图案，彼此分隔开并且隧道势垒图案位于第一磁性图案和第二磁性图案之间；以及
短路防止图案，与隧道势垒图案分隔开并且第二磁性图案位于短路防止图案和隧道势垒图案之间，
其中，短路防止图案包括至少两个氧化物层，并且
其中，氧化物层中的氧原子在与基底的顶表面垂直的方向上具有浓度梯度，
其中，所述至少两个氧化物层中的每个的厚度小于隧道势垒图案的厚度，
其中，所述磁性存储器装置还包括位于短路防止图案的侧壁上的导电颗粒，
其中，短路防止图案抑制或防止导电颗粒再沉积在第一磁性图案、第二磁性图案以及隧道势垒图案的侧壁上。
12.如权利要求11所述的磁性存储器装置，其中，氧原子的浓度在氧化物层的中心部分处最低并且朝着氧化物层的顶表面和底表面中的每个变得更高。
13.如权利要求11所述的磁性存储器装置，其中：
所述至少两个氧化物层堆叠在与基底的顶表面垂直的方向上。
14.一种用于制造磁性存储器装置的方法，所述方法包括下述步骤：
准备基底；
在基底上顺序地形成第一磁性层、隧道势垒层和第二磁性层；
在第二磁性层上形成短路防止层；以及
蚀刻短路防止层、第二磁性层、隧道势垒层和第一磁性层，以形成短路防止图案、第二磁性图案、隧道势垒图案和第一磁性图案，
其中，短路防止层包括交替堆叠的至少两个氧化物层和至少两个金属层，
其中，所述至少两个氧化物层中的每个的厚度小于隧道势垒图案的厚度，
其中，通过蚀刻产生的导电颗粒位于短路防止图案的侧壁上，
其中，短路防止图案抑制或防止导电颗粒再沉积在第一磁性图案、第二磁性图案以及隧道势垒图案的侧壁上。
15.如权利要求14所述的方法，其中：
所述至少两个氧化物层中的每个包括金属氧化物，
金属氧化物中的金属元素与所述至少两个金属层中的金属元素相同。
16.如权利要求14所述的方法，其中，蚀刻包括离子束蚀刻。
17.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括热处理短路防止层以使包括在所述至少两个氧化物层中的氧原子扩散到所述至少两个金属层中。
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