CN1249815C - 信息存储装置及其制造方法 - Google Patents

信息存储装置及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1249815C
CN1249815C CNB028032993A CN02803299A CN1249815C CN 1249815 C CN1249815 C CN 1249815C CN B028032993 A CNB028032993 A CN B028032993A CN 02803299 A CN02803299 A CN 02803299A CN 1249815 C CN1249815 C CN 1249815C
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric film
information
layer
word line
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB028032993A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1479945A (zh
Inventor
小室善昭
元吉真
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Publication of CN1479945A publication Critical patent/CN1479945A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1249815C publication Critical patent/CN1249815C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

本发明涉及一种信息存储装置及其制造方法，有可能使作为多层体的信息记录元件最小化，同时不造成元件的电阻增加、功耗增加或可靠性下降，其中所述多层体包括铁磁层、半导体层和铁磁层。信息存储器件(1)包括写字线(11)、位线(21)及作为多层膜的信息存储元件(31)，其中位线(21)形成得在预定的间隔处与写字线(11)交叉，所述多层膜包括在写字线(11)和位线(21)之间交叉区域中在写字线(11)和位线(21)之间设置的磁层。信息存储元件(31)包括在第二绝缘膜(53)中设置的凹入部分(54)及至少包括在凹入部分(54)中形成的磁层的多层膜，其中第二绝缘膜(53)在写字线(11)和位线(21)之间交叉区域中在写字线(11)和位线(21)之间形成。

Description

信息存储装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种信息存储装置及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种由磁阻效应器件构成的信息存储装置，并且还涉及它的制造方法，其中，所述磁阻效应器件通过向由铁磁材料形成的磁化区域施加外部磁场而控制此区域的磁化方向。
背景技术
信息通讯设备，尤其是个人使用的小型器件，如便携式终端，的迅速扩张已要求进一步增强其构成器件如存储器件和逻辑器件的性能，如更高的集成度、更高的速度以及更低的功耗。具体地，非易失性存储器在高密度和高容量方面的提高已成为一种用于取代硬盘和光盘的重要技术，由于移动部件的存在，每个非易失性存储器的小型化自然就不可能实现。
使用半导体的闪存和使用铁电物质的FRAM(铁电随机存取存储器)被引用作为非易失性存储器。然而，闪存具有以下缺陷：由于闪存结构的复杂性，它的高集成度难以实现；以及，存取时间为100nm左右，因而较慢。另一方面指出，FRAM的缺陷是可能的重写次数较少。
受关注的没有此种缺陷的非易失性存储器例如为称作MRAM(磁性随机存取存储器)或MR(磁阻)存储器的磁存储器，磁存储器在IEEE Trans.Magn.33(1997)p448中Wang等人的文章中描述。由于MRAM具有简单的结构，因而其高集成度易于实现。进而，通过磁矩的旋转而在其上执行写，从而可能的重写次数可期望较大。进一步地，在刚推出MRAM之后存取时间曾经是个问题，然而，通过利用TMR(隧道磁阻)效应而获得高输出，从而，现在存取时间显著提高。
然而，MRAM在结构上有本质问题。在MRAM中写是通过产生电流磁场而旋转磁化记录层来执行的，其中，电流磁场是通过向线路提供电流而产生的。不过，由于线路因高集成度而变得更薄，因此，可提供给写线的电流的临界电流值减小，从而所获得的磁场强度下降。因而，记录区域的矫顽力应该减小。这意味着信息写器件的可靠性降低。进而考虑到，由于磁场与光和电子束不同，它不能聚合，因此，在实现高集成度的情况下，磁场是串扰的主要原因。尽管已提出看守人(keeper)结构以防止此种情形的发生，但MRAM结构的复杂性是不可避免的。如上所述，利用电流磁场进行写本质上有许多问题，并在将来导致MRAM的主要缺陷。
从眼前来说，在不使用磁场就可控制磁化的情况下可解决这些缺陷。进而，Mattson等在Phys.Rev.Lett.77(1993)p.185中描述一种层叠并使用铁磁/半导体/铁磁层并作为不使用磁场就可控制磁化的装置的技术。
此技术利用铁磁体之间磁耦合取决于作为中间层的半导体层的载流子浓度的事实。在通过层叠铁磁/半导体/铁磁层而得到的多层元件中，通过控制作为中间层的半导体层的载流子浓度，铁磁层之间的磁耦合例如可以从平行耦合变为反平行耦合。因而，当铁磁层之一(即固定层)的矫顽力的值设定得较大时，另一铁磁层(即活动层)的磁化可相对于固定层转动。具体地，通过利用电输入而转动磁化的方法有望作为一种实现紧凑型全固体状态器件的技术。
已报告此种信息写器件的各种结构。为引用一个实例，在日本专利申请特开平11-317071中公开这样一种结构：以与位线和字线平行的方式层叠包括磁膜的各种膜，其中，所述各种膜作为信息写器件的组成元件。制造此种结构的方法是形成包括磁膜的各种膜，随后通过利用照相平版印刷术和干蚀刻技术而使所述膜成形为预定的形状，如矩形，其中，所述各种膜作为信息写器件的组成元件。
然而，难以高精度地精加工此种结构，所述结构包括在通过层叠铁磁/半导体/铁磁层而制造多层元件时必需精加工的多层膜。进而，对于多层膜的精加工，不能保证信息写器件的所需面积。这导致器件的电阻率和功耗增加，而且也导致其可靠性降低。
发明内容
本发明的目的是解决上述常规结构的制造方法中的困难，并且低成本高精度地制造信息写器件。
为此，本发明提供了一种信息存储装置，包括：形成在设于基片上的基础绝缘膜上的字线；每个以在预定的间隔处与所述字线交叉的方式形成的位线；以及信息存储器件，每一个器件都包括多层膜，所述多层膜设置在各所述字线与各所述位线之间；其特征在于：所述多层膜包括由铁磁材料制成的磁化固定层、隧道绝缘层和由铁磁材料制成的存储层；所述多层膜形成一位于所述字线和位线之间的绝缘膜中设置的凹入部分内；所述磁化固定层和隧道绝缘层沿所述凹入部分的内表面形成；以及所述存储层作为多层膜的顶层完全填满所述凹入部分。
本发明还提供了一种信息存储装置制造方法，包括以下工序：在设于基片上的基础绝缘膜上形成字线；在所述字线上形成第一绝缘膜；在所述字线上夹着第一绝缘膜形成信息存储器件；以及以连接到所述信息存储器件并以预定的间隔与所述字线交叉的方式形成位线，其中，所述形成信息存储器件的工序包括以下步骤：在形成于所述字线上的所述第一绝缘膜上形成第二绝缘膜；在所述第二绝缘膜中形成凹入部分，所述各凹入部分布置在所述字线与后来将形成的所述位线之间的多个交叉点处；以及以填充在所述凹入部分中的方式形成多层膜，所述多层膜包括由铁磁材料制成的磁化固定层、隧道绝缘层和由铁磁材料制成的存储层，其中，所述磁化固定层和隧道绝缘层沿所述凹入部分的内表面形成，以及所述存储层作为多层膜的顶层完全填满所述凹入部分。与常规多层结构的信息写器件相比，在器件所占据的面积相等的条件下，本发明的器件的磁化固定层和隧道绝缘层之间或隧道绝缘层和存储层之间的接触面积可设定得较大。即，每个信息写器件的电阻值降低。这能减小器件的尺寸、电压和功耗。
附图说明
图1A为示出用于实施本发明信息存储装置的第一模式的主要部分的局部透视图。图1B为信息存储器件的横截面配置视图。图1C为示出写字线、信息存储器件和位线的布局的布置图。
图2A示出在磁化轴设置为沿垂直于基片的方向延伸的情况下的器件配置。图2B和2C为示出写字线、信息存储器件和位线的布局的布置图。
图3A为存储层在易磁化轴上的磁化方向是平行方向时的方式。图3B为存储层在易磁化轴上的磁化方向是反平行方向时的方式。
图4A-4G为示出用于实施本发明信息存储装置制造方法的第一模式的制造工艺剖视图。
图5A-5C为示出凹入部分的布置实例的布置图。
图6为示出凹入部分变更例的示意性配置剖视图。
图7为示出用于实施本发明信息存储装置的第二模式的示意性配置剖视图。
具体实施方式
以下结合图1A-1C描述用于实施本发明信息存储装置的第一模式。图1A为示出信息存储装置的主要部分的局部透视图。图1B为信息存储器件的横截面配置视图。图1C为示出写字线、信息存储器件和位线的布局的布置图。顺便提一下，省略读电路部分的视图。
如图1A所示，字线11(111，112，113)例如在相同平面上平行布置。位线21(211，212，213)在相同平面上以间隔预定距离的方式平行布置，并且与这些写字线11垂直。
信息写器件31(311-319)布置在字线11与位线21交叉的位置上。这些信息写器件31每一个都由磁隧道结合器件(MTJ器件(MTJ是Magnetic Tunnel Junction的缩略词))或隧道磁阻器件(TMR器件(TMR是Tunnel Magnetic Resisitance的缩略词))构成。
包括反铁磁层的导电层41在每个信息写器件31的表面上形成，导电层41在写字线11一侧上。每个导电层41连接到触点45，而触点45则连接到读电路(未示出)。
下面，结合图1B详细描述信息存储器件31的配置。
在写字线11和位线21之间，提供以覆盖写字线11方式形成的第一绝缘膜51以及在此第一绝缘膜51上形成的第二绝缘膜53。
在包括写字线11和位线21之间交叉区域(如平面图所示)的第一绝缘膜51上，形成每个都包括反铁磁层的导电层41。这些导电层41每个都连接到触点45，而触点45则连接到读电路(未示出)。
进而，在写字线11和位线21之间每个交叉区域内的第二绝缘膜53中，形成具有底部的凹入部分54，导电层41暴露给凹入部分54。在此凹入部分54中，形成信息存储器件31。也就是说，在凹入部分54中形成包括磁化固定层32、隧道绝缘层33和存储层34的多层膜，这些层从凹入部分的壁表面开始以此次序布置，其中，磁化固定层32例如由铁磁体形成，存储层34由铁磁体形成。此多层膜构成信息存储器件31。进一步地，作为顶层的存储层34完全填充在凹入部分54中。
磁化固定层32例如由铁钴合金(CoFe)形成。隧道绝缘层33例如由氧化铝(AlO3)形成。存储层34例如由铁钴合金(CoFe)形成。进而，导电层41由包括阻挡层和反铁磁层的多层元件构成，阻挡层和反铁磁层从写字线11一侧开始以此次序布置。阻挡层例如由氮化钛、钽或氮化钽形成。反铁磁层例如由锰铂合金(PtMn)或锰铁合金(MnFe)形成。进而，存储层34以具有用于磁化方向的优选轴的方式形成，此轴为易磁化轴(EA)。
在此实施模式中，在第二绝缘膜53上以覆盖信息存储器件31的方式形成第三绝缘膜55。在信息存储器件31上形成的第三绝缘膜55中，形成开口部分56。顺便提一下，并不总是需要形成第三绝缘膜55。
在第三绝缘膜55上，以与写字线11间隔预定距离的方式形成位线21。此位线21通过开口部分56连接到信息存储器件31的存储层34。
在信息存储装置1中，构成信息存储器件31的多层膜，即磁化固定层32、隧道绝缘层33和存储层34，以填充在凹入部分54中的方式形成。因而，与多层结构的常规信息写器件相比，此实施例把磁化固定层32和隧道绝缘层33之间或隧道绝缘层33和存储层34之间的接触面积设定得较大。也就是说，每个信息写器件31的电阻值降低。这能减小器件的尺寸、电压和功耗。
当向信息写器件31写信息时，此器件通过向写字线11和位线21提供电流而产生磁场，由此在信息写器件31内由铁磁层构成的存储层34中写入磁场的方向。
另一方面，当从信息写器件31读信息时，在位线21和触点45之间施加电压。然后，通过检测在其中流动的传感电流而获得所记录的信息。信息写器件31利用这样一个事实：通过向信息写器件31写代表0和1的数字数据而改变其电阻值。
接着，以下描述改变电阻值的原理。存储层34的磁化方向沿着易磁化轴有两个可能的方向。这定义信息写器件31的两个状态。这两个方向包括某个方向以及通过把某个方向颠倒180°而获得的方向。
另一方面，磁化固定层32能以只具有一个优选磁化方向的方式形成，所述优选磁化方向是单向的各向异性方向。通过在层32上施加强磁场或通过在加热到高于抗粘连性温度的温度(通常在150℃-300℃的范围内(在此实施例中为250℃))的过程中获得结晶合成物，以与存储层34的易磁化轴平行的方式固定此方向。
一般而言，磁化固定层32和存储层34的磁化轴方向设定为构成这些每个层的结构的长边方向。例如，在图1B所示的配置中，当易磁化轴EA被设定为水平方向(即箭头方向)时，如图所示，信息写器件31适合具有矩形结构，其长边沿着位线21的方向延伸，如图1C所示。长边与短边的长度之比的范围从1.5到4。优选地，此比例的范围从2到3。
另一方面，如图2A所示，在信息写器件31的存储层34的易磁化轴EA设定为垂直方向(即箭头方向)时，信息写器件适合具有长圆形结构，如图2B所示，从而它的长边在垂直于位线21的方向上延伸，这从平面图中可看到。长边与短边的长度之比的范围从1.5到4。优选地，此比例的范围从2到3。
尽管在此实施模式的描述中描述把磁化轴的方向设定为水平方向的情形，但磁化轴的方向不必限制在水平方向上。例如，如以上结合图2A和2B所述的，磁化轴的方向可设定为根据位线21和写字线11的布置方向而在垂直方向上延伸。顺便提一下，如图2C所示，信息存储器件31可布置为与写字线和位线每一个都形成角度，这从平面图中可看到。
其次，关于向信息存储器件31写信息的情况，通过向写字线11和位线21施加电流而产生磁场。这个产生的磁场可确定信息写器件11的存储层34中磁场的方向。然而，这个产生的磁场不能改变磁化固定层32中磁场的方向。
即使写字线11和位线21上的电流切断，已经确定的磁场方向也不能返回到先前的状态，从而保持磁场。随后，通过颠倒分别流入线11和21中的一个或两个电流方向，改变在写字线11和位线21周围产生的磁场。磁场的变化导致存储层34中磁场方向颠倒。即使在写字线11和位线21中电流被切断时，磁场方向也不能返回到先前的状态，从而保持磁场。
如上所述，存储层34的磁化方向沿着易磁化轴有两个可能的方向。当存储层34的磁化方向与磁化固定层32的磁化方向(参见箭头A和B的方向)相同时，如图3A所示，这些方向就称作平行方向(顺便提一下，此种状态称作平行状态)。当存储层34的磁化方向与磁化固定层32的磁化方向(参见箭头A′和B′的方向)相反180°时，如图3B所示，这些方向就称作反平行方向(顺便提一下，此种状态称作反平行状态)。当存储层34的磁场方向与磁化固定层32的磁场方向达到平行状态时，电子穿过隧道绝缘层33的概率增加。即，电阻值降低。相反，当这些方向处于反平行状态时，电子穿过隧道绝缘层33的概率降低。即，电阻值增加。因而，当电压作用到此信息写器件31两端时，即作用到位线21和触点45之间时，通过改变存储层34中的磁场方向而导致此信息写器件31中的电流不同。结果，信息写器件31的两个位状态(即0和1)通过此存储层34的磁化方向清晰定义。
下面，结合图4A-4G的制造工艺剖面图描述根据上述第一实施模式的信息写器件制造方法。
如图4A所示，在半导体基片(未示出)上形成读电路的晶体管器件(未示出)。还在其上形成用于覆盖半导体器件的基础绝缘膜61。在此基础绝缘膜61上形成用于形成写字线的膜之后，通过使用平版印刷术和蚀刻技术而把所形成的膜加工成写字线11。随后，形成用于覆盖写字线11的第一绝缘膜51。接着，使第一绝缘膜51的表面平面化。例如通过化学机械抛光、或深腐蚀等执行此平面化。
顺便提一下，尽管未示出，但写字线11可通过使用沟槽布线技术而形成为沟槽布线结构。也就是说，第一绝缘膜51在基础绝缘膜61上形成。第一绝缘膜51的表面被初步平面化。接着，通过使用平版印刷术和蚀刻技术在第一绝缘膜51中形成用于形成写字线的沟槽。随后，在写字线的材料层填充在沟槽中之后，例如通过化学机械抛光而除去多余的材料层。因而，在沟槽布线结构中形成写字线11。然后，在第一绝缘膜51上形成用于覆盖写字线11的绝缘膜。
接着，在第一绝缘膜51上形成作为每个第一信息存储器件的一个终端的第一触点16。按以下执行形成第一触点16的方法。即，通过平版印刷术和蚀刻技术而首先形成连接孔，此孔从第一绝缘膜51延伸到更低的晶体管器件(未示出)。然后，在连接孔中，在需要时形成阻挡层。随后，在连接孔中填充电导体，从而形成插头。当在第一绝缘膜51上形成导体和阻挡层时，除去第一绝缘膜51上多余的导体和阻挡层。
然后，形成从第一绝缘膜51连接到读电路部分的触点45。此触点45的一端作为信息写器件的一个终端。按以下执行形成触点45的方法。即，通过使用平版印刷术和蚀刻技术而形成连接孔。接着，在连接孔中填充电导体。随后，除去第一绝缘膜51上多余的导体。
接着，使用膜片制作技术在第一绝缘膜51上形成导电层41，所述膜片制作技术例如为化学气相淀积(以下称作CVD(CVD是Chemical Vapor Deposition的缩略词))方法和物理气相淀积(以下称作PVD(PVD是Physical Vapor Deposition的缩略词))方法。通过从更低的层以后述次序布置阻挡层和反铁磁层而形成导电层41。阻挡层由诸如氮化钛、钽或氮化钽的材料形成。反铁磁层由诸如锰铂合金(PtMn)或锰铁合金(MnFe)的反铁磁性材料形成。随后，使用平版印刷术和蚀刻技术而把导电层41加工成导电层41从绝缘膜51在写字线11之上位置连接到触点45一端的状态。顺便提一下，此导电层41通过第一绝缘膜51而与写字线11电绝缘。
然后，如图4B所示，通过CVD方法在第一绝缘膜51上形成用于覆盖导电层41的第二绝缘膜53。
接着，如图4C所示，通向导电层41的凹入部分54在导电层41上的第二绝缘膜53中。使用平版印刷术和蚀刻技术来加工此凹入部分54。
从上方(即从开口一侧)观察，凹入部分54形成为其形状具有矩形、椭圆或卵形的纵横比。进而，在图5A中示出凹入部分54相对于导电层(即反铁磁层)41的形成位置的实例。也就是说，在此图中观察，凹入部分54以小于导电层41的方式在导电层(反铁磁层)41的一侧上形成。可替换地，如图5B所示，凹入部分54以大于导电层41的方式在导电层(反铁磁层)41的一侧上形成。可替换地，如图5C所示，凹入部分54以与导电层41横交的方式在导电层(反铁磁层)41的一侧上形成。
对于用于形成凹入部分54的蚀刻，例如，在凹入部分54在导电层41范围内的情况下，优选设置保证第二绝缘膜53和导电层(反铁磁层)41之间所希望的选择比例的条件，即，使得难以蚀刻反铁磁层的条件。此条件的实例是使用四氟化碳(CF4)、三氟化碳(CHF3)和氩气(Ar)的混合气体或八氟环丁烷(C4F8)、氧气(O2)和氩气(Ar)的混合气体作为蚀刻气体。
进而，在凹入部分54不在导电层41范围内的情况下，优选设置保证第二绝缘膜53与导电层41和第一绝缘膜51每一个之间所希望的选择比例的条件，即，使得难以蚀刻反铁磁层和第一绝缘膜51的条件。然而，由于第一绝缘膜51和第二绝缘膜53每一个都使用氧化物膜，因此，通常不能获得所希望的选择比例。在此情况下，在第一绝缘膜51上形成诸如氮化物膜的绝缘膜，所述绝缘膜保证希望的选择比例并具有10nm左右的厚度。然后，此膜用作制动层。进而，用八氟环丁烷(C4F8)、氧气(O2)和氩气(Ar)的混合气体蚀刻第二绝缘膜53。
进一步地，如图6所示，在第二绝缘膜53中形成的凹入部分54的侧壁不必形成为垂直延伸到其底部的开口。凹入部分54可以构成为这样的形状：其侧壁倾斜以便孔径在向着开口的方向上增加。顺便提一下，图6示出信息写器件31在凹入部分54形成并且位线21在器件31上形成的状态。
然后，如图4D所示，在凹入部分54的内表面上以及在第二绝缘膜53上，磁化固定层32由诸如铁钴合金(CoFe)、钴(Co)或铁(Fe)的铁磁材料通过成膜技术如CVD方法或PVD方法而形成膜。接着，隧道绝缘层33例如由氧化铝形成膜。随后，存储层34由诸如铁钴合金(CoFe)的铁磁材料形成膜。因而，形成多层膜。此时，通过选择每个层的膜厚而形成膜，从而通过形成存储层34而完成凹入部分54的填充。
因而，每个膜在形成凹入部分54之后通过CVD方法或PVD方法形成。结果，每个膜形成得几乎都与凹入部分54的内表面平行。
尽管在形成膜的实例中，磁化固定层32、隧道绝缘层33和存储层34中的每一个都由单层膜形成，但是，磁化固定层32、隧道绝缘层33和存储层34中的每一个也可由通过层叠多个膜而获得的多层膜形成。
随后，通过化学机械抛光和干蚀刻而除去在第二绝缘膜53上形成的多余的多层膜。因而，如图4E所示，在凹入部分54中形成包括磁化固定层32、隧道绝缘层33和存储层34的信息存储器件31。通过使用以下混合物作为用于对磁化固定层32和存储层34进行抛光的砂浆而执行化学机械抛光，其中，所述混合物包括作为研磨剂的氧化铝或二氧化硅，还包括作为氧化剂的过氧化氢溶液、过硫酸铵或臭氧水，并且所述混合物具有范围在3-10的pH值，优选为4-8，更优选为5-7，磁化固定层32和存储层34则主要由铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)制成。另外，通过使作为防蚀剂的苯并三唑(BTA)、作为络合物形成剂的喹纳酸和甘氨酸与所述混合物混合而执行防腐和提高平面度。使用采用无纺布或树脂的抛光垫，如泡沫聚氨酯。包括作为研磨剂的氧化铝或二氧化硅并且其pH值范围在5-11，优选7-10的混合物用作对由氧化铝形成的隧道绝缘层33进行抛光的砂浆。使用采用无纺布或树脂的抛光垫，如泡沫聚氨酯。顺便提一下，通常隧道绝缘层33由非常薄的膜构成。因而，用于对磁化固定层32和存储层34进行抛光的砂浆也可用于隧道绝缘层33。
然后，如图4F所示，在第二绝缘膜53上以覆盖信息写器件31的方式形成第三绝缘膜55。随后，采用平版印刷术和蚀刻技术在第三绝缘膜55上形成朝向信息写器件31的开口部分56。
接着，如图4G所示，用于形成位线的膜通过使用成膜技术如PVD方法或CVD方法而形成膜，其中，位线通过开口部分56连接到信息写器件31。然后，通过用平版印刷术和蚀刻技术加工所述膜而形成连接到信息写器件31的位线21。此位线21以垂直延伸到写字线11的方式形成。
根据制造信息存储装置的方法，通过蚀刻单层的第二绝缘膜53而形成凹入部分54，采用干蚀技术容易执行此工艺，其中，凹入部分54用于形成每个信息写器件31。进而，与常规多层结构的信息写器件相比，磁化固定层32和隧道绝缘层33之间或隧道绝缘层33和存储层34之间的接触面积可设定得较大。也就是说，每个信息写器件31的电阻值可降低。结果，器件的尺寸、电压和功耗减小。
下面，结合图7的剖面配置图，描述用于实施本发明信息存储装置的第二模式。
如图7所示，在半导体基片(未示出)上形成读电路的晶体管器件(未示出)。还在其上形成用于覆盖半导体器件的基础绝缘膜61。在此基础绝缘膜61上形成写字线11。进而，在基础绝缘膜61上形成用于覆盖此写字线11的第一绝缘膜51。在第一绝缘膜51上，形成连接到读电路部分(未示出)的触点45。而且，在第一绝缘膜51上形成第二绝缘膜53。
进一步地，在作为写字线11和位线21(以后描述)之间交叉区域的第二绝缘膜53中形成具有底部的凹入部分54，触点45暴露给凹入部分54。在此凹入部分54中，通过包括反铁磁层的导电层41形成信息存储器件31。在此凹入部分54中，例如形成导电层41，而且形成包括磁化固定层32、隧道绝缘层33和存储层34的信息存储器件31，从而这些层以此次序从凹入部分的壁表面开始布置，其中，磁化固定层32例如由铁磁体形成，存储层34由铁磁体形成。此多层膜构成信息存储器件31。进而，作为顶层的存储层34完全填充在凹入部分54中。
导电层41、磁化固定层32、隧道绝缘层33和存储层34由与图1所述实施例的相应层相似的材料形成。进一步地，存储层以具有用于磁化方向的优选轴的方式形成，此轴为易磁化轴(EA)。
在第二绝缘膜53上以覆盖信息存储器件31的方式形成第三绝缘膜55。在信息存储器件31上形成的第三绝缘膜55中，形成开口部分56。
在第三绝缘膜55上，形成与写字线11间隔预定距离的位线21。此位线21通过开口部分56连接到信息存储器件31的存储层34。
在信息存储装置2中，构成信息存储器件31的多层膜，即磁化固定层32、隧道绝缘层33和存储层34，以填充在凹入部分54中的方式形成。因而，与常规多层结构的信息写器件相比，磁化固定层32和隧道绝缘层33之间或隧道绝缘层33和存储层34之间的接触面积设定得较大。也就是说，每个信息写器件31的电阻值可降低。结果，器件的尺寸、电压和功耗减小。
下面，描述根据第二实施模式的制造方法。
如结合图4A所述的，在基础绝缘膜61上形成写字线11。然后，形成第一绝缘膜51。接着，在第一绝缘膜51上形成触点45。
然后，在第一绝缘膜51上形成第二绝缘膜53。随后，与结合图4C所述相似地，形成凹入部分54。此时，凹入部分54形成得使第一绝缘膜51保留在凹入部分54和写字线11之间，并使触点45的顶面暴露给凹入部分54的底部。
接着，在凹入部分54的内表面上和第二绝缘膜53上形成包括反铁磁层的导电层41。进而，磁化固定层32由诸如铁钴合金(CoFe)、钴(Co)或铁(Fe)的铁磁材料形成膜。随后，隧道绝缘层33例如由氧化铝形成膜。而且，存储层34由诸如铁钴合金(CoFe)的铁磁材料形成膜。因而，形成多层膜。此时，通过选择每个层的膜厚而执行膜形成，从而通过形成存储层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，所述膜形成得几乎都与凹入部分54的内表面平行。
随后，通过化学机械抛光或干蚀刻而除去在第二绝缘膜53上形成的多余的多层膜41。因而，在凹入部分54中，通过包括反铁磁层的导电层41形成包括磁化固定层32、隧道绝缘层33和存储层34的信息存储器件31。通过使用以下混合物作为用于对磁化固定层32和存储层34进行抛光的砂浆而执行化学机械抛光，其中，所述混合物包括作为研磨剂的氧化铝或二氧化硅，还包括作为氧化剂的过氧化氢溶液、过硫酸铵或臭氧水，并且所述混合物具有范围在3-10的pH值，优选为4-8，更优选为5-7，磁化固定层32和存储层34则主要由铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)制成。另外，通过使作为防蚀剂的苯并三唑(BTA)、作为络合物形成剂的喹纳酸和甘氨酸与所述混合物混合而执行防腐和提高平面度。使用采用无纺布或树脂的抛光垫，如泡沫聚氨酯。包括作为研磨剂的氧化铝或二氧化硅并且其pH值范围在5-11，优选为7-10的混合物用作对由氧化铝形成的隧道绝缘层33进行抛光的砂浆。使用采用无纺布或树脂的抛光垫，如泡沫聚氨酯。顺便提一下，通常隧道绝缘层33由非常薄的膜构成。因而，用于对磁化固定层32和存储层34进行抛光的砂浆也可用于隧道绝缘层33。
接着，与结合图4F和4G所述相似地，形成第三绝缘膜55、开口部分56和位线21。因而形成信息存储装置2。
第二实施模式可获得与第一实施模式相似的操作和优点。进而，由于导电层41在凹入部分54中形成，因此，可省略对导电层构图的工序。结果，可实现工序数量减少。
进而，在根据每个实施模式的制造方法中，用于除去在第二绝缘膜53上形成的多余膜的清除条件可为每个膜设置。可替换地，可设置共同除去多余膜的条件。如上面所描述，在形成上述的三层膜(第一实施例)或四层膜(第二实施例)之后，除去在第二绝缘膜上形成的层。然而，例如，在第一实施例的情况下，在就要形成第一层(如磁化固定层32)或第二层(如隧道绝缘层33)的时候除去绝缘膜53上不必要的膜之后，形成第三层(如存储层34)。进而，可以除去在第二绝缘膜53上形成的不必要的层。
工业应用性
如上所述，根据本发明的信息写器件，信息存储器件由多层膜构成，多层膜以填充在凹入部分中的方式形成。因而，与常规多层结构的信息写器件相比，在器件所占据的面积相等的条件下进行比较时，本发明器件的磁化固定层和隧道绝缘层之间或隧道绝缘层和存储层之间的接触面积设定得较大。结果，每个信息写器件的电阻值降低。进而，根据本发明的信息写器件制造方法，通过对单层的第二绝缘膜执行蚀刻而能形成凹入部分，采用干蚀技术容易执行此工艺，其中，在凹入部分中形成每个信息写器件。因而，与常规多层结构的信息写器件相比，由根据本发明的方法制造的器件的磁化固定层和隧道绝缘层之间或隧道绝缘层和存储层之间的接触面积可设定得较大。结果，每个信息写器件的电阻值降低。

Claims (11)

1.一种信息存储装置，包括：
形成在设于基片上的基础绝缘膜上的字线；
每个以在预定的间隔处与所述字线交叉的方式形成的位线；以及
信息存储器件，每一个器件都包括多层膜，所述多层膜设置在各所述字线与各所述位线之间；
其特征在于：所述多层膜包括由铁磁材料制成的磁化固定层、隧道绝缘层和由铁磁材料制成的存储层；
所述多层膜形成一位于所述字线和位线之间的绝缘膜中设置的凹入部分内；
所述磁化固定层和隧道绝缘层沿所述凹入部分的内表面形成；以及
所述存储层作为多层膜的顶层完全填满所述凹入部分。
2.如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：
所述信息存储器件在所述字线方向上的长度大于在所述位线方向上的长度。
3.如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：
所述信息存储器件在所述位线方向上的长度大于在所述字线方向上的长度。
4.如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：所述凹入部分的侧壁倾斜形成，以使其孔径由下向上增加。
5.如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：在所述信息存储器件的字线一侧上设置有连接到所述信息存储器件的反铁磁层。
6.如权利要求5所述的信息存储装置，其特征在于：所述反铁磁层在所述凹入部分中形成。
7.一种信息存储装置制造方法，包括以下工序：
在设于基片上的基础绝缘膜上形成字线；
在所述字线上形成第一绝缘膜；
在所述字线上夹着第一绝缘膜形成信息存储器件；以及
以连接到所述信息存储器件并以预定的间隔与所述字线交叉的方式形成位线，
其中，所述形成信息存储器件的工序包括以下步骤：
在形成于所述字线上的所述第一绝缘膜上形成第二绝缘膜；
在所述第二绝缘膜中形成凹入部分，所述各凹入部分布置在所述字线与后来将形成的所述位线之间的多个交叉点处；以及
以填充在所述凹入部分中的方式形成多层膜，所述多层膜包括由铁磁材料制成的磁化固定层、隧道绝缘层和由铁磁材料制成的存储层，
其中，所述磁化固定层和隧道绝缘层沿所述凹入部分的内表面形成，以及
所述存储层作为多层膜的顶层完全填满所述凹入部分。
8.如权利要求7所述的信息存储装置制造方法，其特征在于：在形成所述多层膜之后，除去在所述第二绝缘膜表面上形成的所述多层膜。
9.如权利要求8所述的信息存储装置制造方法，其特征在于：
通过化学机械抛光除去所述多层膜，从而使所述第二绝缘膜和所述信息存储器件的表面平面化。
10.如权利要求7所述的信息存储装置制造方法，其特征在于：
在所述第一绝缘膜上形成包括反铁磁层的导电层之后形成所述第二绝缘膜，其中，所述第一绝缘膜布置在所述字线与后来将形成的所述位线之间的多个所述交叉点处；以及
在所述第二绝缘膜中形成所述凹入部分时，使所述反铁磁层的表面暴露在所述凹入部分的底部。
11.如权利要求7所述的信息存储装置制造方法，其特征在于：所述各凹入部分的侧壁倾斜形成，以使其孔径由下向上增加。
CNB028032993A 2001-10-24 2002-10-17 信息存储装置及其制造方法 Expired - Fee Related CN1249815C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP325803/2001 2001-10-24
JP2001325803A JP2003133529A (ja) 2001-10-24 2001-10-24 情報記憶装置およびその製造方法
JP325803/01 2001-10-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1479945A CN1479945A (zh) 2004-03-03
CN1249815C true CN1249815C (zh) 2006-04-05

Family

ID=19142295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB028032993A Expired - Fee Related CN1249815C (zh) 2001-10-24 2002-10-17 信息存储装置及其制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6841820B2 (zh)
JP (1) JP2003133529A (zh)
KR (1) KR20040058092A (zh)
CN (1) CN1249815C (zh)
TW (1) TW583779B (zh)
WO (1) WO2003036726A1 (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1668918A (zh) 2002-07-24 2005-09-14 基德姆生物科学有限公司 药物发现的方法
CN102592040B (zh) * 2002-07-24 2016-12-21 基德姆生物科学有限公司 药物发现的方法
US6927075B2 (en) * 2003-08-25 2005-08-09 Headway Technologies, Inc. Magnetic memory with self-aligned magnetic keeper structure
EP1751767B1 (en) * 2004-04-16 2011-04-20 Panasonic Corporation Thin film memory device having a variable resistance
KR100596423B1 (ko) * 2004-12-28 2006-07-06 주식회사 하이닉스반도체 반도체메모리장치 및 그의 제조 방법
KR100846509B1 (ko) * 2006-12-22 2008-07-17 삼성전자주식회사 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법
US7919794B2 (en) * 2008-01-08 2011-04-05 Qualcomm, Incorporated Memory cell and method of forming a magnetic tunnel junction (MTJ) of a memory cell
US7579197B1 (en) * 2008-03-04 2009-08-25 Qualcomm Incorporated Method of forming a magnetic tunnel junction structure
US8634231B2 (en) 2009-08-24 2014-01-21 Qualcomm Incorporated Magnetic tunnel junction structure
US7781231B2 (en) * 2008-03-07 2010-08-24 Qualcomm Incorporated Method of forming a magnetic tunnel junction device
US9385308B2 (en) * 2010-03-26 2016-07-05 Qualcomm Incorporated Perpendicular magnetic tunnel junction structure
JP2012039009A (ja) * 2010-08-10 2012-02-23 Renesas Electronics Corp 半導体装置、および、半導体装置の製造方法
US9082956B2 (en) * 2011-04-04 2015-07-14 Micron Technology, Inc. Confined cell structures and methods of forming confined cell structures
US8709956B2 (en) * 2011-08-01 2014-04-29 Avalanche Technology Inc. MRAM with sidewall protection and method of fabrication
TWI483248B (zh) * 2011-09-08 2015-05-01 Inotera Memories Inc 自旋轉移力矩隨機存取記憶體
JP6203312B2 (ja) * 2016-03-16 2017-09-27 株式会社東芝 磁気メモリ
JP6823392B2 (ja) * 2016-07-05 2021-02-03 東京エレクトロン株式会社 絶縁膜を形成する方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6104633A (en) * 1998-02-10 2000-08-15 International Business Machines Corporation Intentional asymmetry imposed during fabrication and/or access of magnetic tunnel junction devices
JP3854767B2 (ja) 1999-12-13 2006-12-06 ローム株式会社 強磁性トンネル接合素子を用いた装置、およびその製造方法
JP4885365B2 (ja) * 2000-05-16 2012-02-29 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN1479945A (zh) 2004-03-03
US20040052131A1 (en) 2004-03-18
US6841820B2 (en) 2005-01-11
TW583779B (en) 2004-04-11
WO2003036726A1 (fr) 2003-05-01
KR20040058092A (ko) 2004-07-03
JP2003133529A (ja) 2003-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1249815C (zh) 信息存储装置及其制造方法
TWI388075B (zh) ㄧ種磁通道接面單元,一種包含該磁通道接面單元之裝置, 及一種製造包含該磁通道接面單元之裝置之方法
US10043967B2 (en) Self-compensation of stray field of perpendicular magnetic elements
US9029170B2 (en) Magnetic tunnel junction structure
US7579197B1 (en) Method of forming a magnetic tunnel junction structure
KR100608248B1 (ko) 엠램 전극용 키퍼
JP2019114816A (ja) 磁気抵抗ランダムアクセスメモリの製造方法
US9595666B2 (en) Method of fabricating smooth seed layers with uniform crystalline texture for high perpendicular magnetic anisotropy materials
US7936596B2 (en) Magnetic tunnel junction cell including multiple magnetic domains
CN110010637B (zh) 一种自旋轨道矩磁阻式随机存储器及制备方法
US8625342B2 (en) Storage element and storage device
JP2005294848A (ja) 磁気メモリセルアレイおよびその製造方法
JP2005515625A (ja) 低減された粗さを有する抵抗性メモリ素子
CN1499521A (zh) 使用了金属镶嵌工艺的磁存储器件及其制造方法
JP4341355B2 (ja) 磁気記憶装置、磁気記憶装置の書き込み方法および磁気記憶装置の製造方法
WO2003081672A1 (en) Magnetic memory device and manufacturing method thereof
US20020109167A1 (en) Memory device and method of fabrication thereof
CN114447216A (zh) 一种磁阻式随机存取存储器及其制造方法
CN110098320B (zh) 一种刻蚀磁性隧道结导电硬掩模的方法
KR20040003479A (ko) 자기 랜덤 액세스 메모리 디바이스의 셀 구조 및 그제조방법
JP2008294056A (ja) 磁気記録装置
KR100433936B1 (ko) 자기저항식 랜덤 액세스 메모리의 자성 터널링 접합층 형성 방법
CN116782663A (zh) 磁存储装置
CN118019346A (zh) 一种sot-mram存储器件及制备方法
CN1748323A (zh) 高密度和高编程效率的mram设计

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20060405

Termination date: 20111017