專利名稱：磁阻隨機存取存儲器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁阻(magneto-resistive)隨機存取存儲器及其制造方法，更具體地說，涉及一種具有隧道結(jié)(tunneling junction)的磁阻隨機存取存儲器及其制造方法。
背景技術(shù)：
磁阻隨機存取存儲器(RAM)由金屬氧化物半導體(MOS)晶體管和磁隧道結(jié)構(gòu)成，所述隧道結(jié)和MOS晶體管電氣相連，作為信號儲存電容器。因而，借助于對MOS晶體管施加預定的電壓通過磁隧道結(jié)可以讀出記錄的數(shù)據(jù)。
因為這種磁阻RAM具有快的速度并且是一種非易失的RAM，磁阻RAM非常適用于存儲裝置。此外，磁阻RAM具有單元(cell)結(jié)構(gòu)，這可以簡化外圍電路的結(jié)構(gòu)，并且通常使用和MOS晶體管以及磁隧道結(jié)器件串聯(lián)連接的存儲磁心(memory core)。其中數(shù)據(jù)存儲器件必須具有大于作為簡單的開關(guān)操作的MOS晶體管的電阻值的電阻值。因而，磁隧道結(jié)通常被用作磁阻RAM的存儲器件。
當前使用的磁隧道結(jié)包括氧化物阻擋層。一種通過淀積鋁(Al)并使所述的鋁氧化而形成的氧化鋁層(Al2O3)被用作磁隧道結(jié)的氧化物阻擋層。
不過，由這種氧化物層阻擋層構(gòu)成的勢壘不能被精制，因而磁阻比(megnetic resistance ratio)(下文稱為MR比)趨于減少一個和施加的電壓成反比的量。MR比的減少可以使得當存儲和讀出數(shù)據(jù)時產(chǎn)生操作誤差，因而大大降低這種存儲器件的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種磁阻隨機存取存儲器，其能夠穩(wěn)定地保持磁隧道結(jié)的勢壘，從而穩(wěn)定MR比，并把磁阻比相對于施加的電壓的減小減到最小，并提供一種制造所述磁阻隨機存取存儲器的方法。
因而，要實現(xiàn)上述目的，提供一種磁阻隨機存取存儲器，其包括MOS晶體管，下電極，第一磁層，介電阻擋層，第二磁層，上電極，以及位線。MOS晶體管由在半導體襯底上的第一柵極和源結(jié)以及漏結(jié)構(gòu)成。下電極和源結(jié)相連。第一磁層形成在下電極上。介電阻擋層形成在第一磁層上，并且包括鋁和鉿，使得和第一磁層一道形成勢阱。第二磁層形成在和第一磁層相對的介電阻擋層上。上電極形成在第二磁層上作為和下電極相反的電極。第二柵極插在第一柵極和下電極之間，用于控制第一磁層的磁數(shù)據(jù)。位線和第一柵極垂直，使得和上電極實現(xiàn)電連接。
下電極包括形成用于和半導體襯底接觸的金屬層，在下電極上由反磁性材料構(gòu)成的緩沖層。金屬層可以由用于一般的互連的鋁(Al)、銅(Cu)或Al和Cu的合金制成。最好在金屬層下方還形成氮化鋁層(AlN)，氮化鈦層(TiN)和氮化鎢層(WN)，使得遮斷雜質(zhì)原子。此外，緩沖層由鉭(Ta)，銣(Ru)或其類似物構(gòu)成。另外，緩沖層可以由鐵磁性材料制成，例如IrMn，PtMn，或FeMn，使得和第二磁層的順磁性材料成對，從而存儲信號。第一磁層(通常稱為釘扎層(pinning layer))可以由CoFe，Co，或NiCoFe構(gòu)成。最好是由鉿(Hf)和鋁(Al)的合金氧化物構(gòu)成阻擋層，用于加強插在鐵淦氧磁性材料和鐵磁性材料之間的阻擋層的特性。
第二磁層是一個自由層膜，其由在阻擋層上的鐵磁性材料構(gòu)成。形成在第二磁層上的上電極用于保護第二磁層，并連接用來檢測信號的電路和磁心單元。結(jié)果，實現(xiàn)作為一個存儲器件能夠控制磁數(shù)據(jù)的電路。第二磁層由順磁性材料構(gòu)成，作為和由鐵淦氧磁性材料構(gòu)成的第一磁層相反的電極工作。順磁性材料最好是坡膜合金(P(NiFe))，使得可以利用少量的電流容易地改變磁化方向。因而，順磁性材料適用于自由層膜。
如上所述，在按照本發(fā)明的磁阻隨機存取存儲器中，通過對鉿和鋁進行氧化形成高密度的氧化層。因而，在第二磁層(自由層膜)和由磁性材料形成的第一磁層之間的磁阻比可以大大改善，從而加強磁阻隨機存取存儲器構(gòu)成的存儲裝置的存儲能力。
為實現(xiàn)上述目的，提供一種用于制造磁阻隨機存取存儲器的方法。在半導體襯底上形成絕緣的介電層，從而形成器件的有源(active)區(qū)。在器件的有源區(qū)內(nèi)形成第一柵極區(qū)和源極區(qū)以及漏極區(qū)，從而形成MOS晶體管。和第一柵極平行地形成第二柵極，以及由導電材料形成用來和MOS晶體管的源極區(qū)相連的下電極。在下電極上形成具有預定的磁疇的第一磁層。在第一磁層上形成由包括鉿和鋁的介電層構(gòu)成的阻擋層。在阻擋層上形成第二磁層，使得和第一磁層相對。在第二磁層上形成上電極。
最好是，由氧化硅層形成絕緣的介電層，使得簡化絕緣處理并形成高密度的存儲器件。
在形成第一柵極時，在露出半導體襯底的器件的有源區(qū)形成薄的柵極介電層，并在柵極介電層上形成柵極導電層和掩模封頂(capping)絕緣層。接著掩模封頂絕緣層和柵極導電層經(jīng)受預定的光/刻蝕處理而形成第一柵極圖形。在第一柵極的兩個側(cè)壁的下方形成源結(jié)和漏結(jié)，從而制成MOS晶體管。
在第一柵極的側(cè)壁上由硅介電層例如氮化硅層或氧化硅層形成側(cè)壁隔離物(spacer)，這使得得到高度集成的磁存儲器件。結(jié)果，雖然柵極溝道變窄，但是可以防止短的溝道效應(yīng)。
優(yōu)選地，通過化學蒸發(fā)淀積由摻雜的多晶硅形成柵極導電層，使得容易控制電阻率。最好是掩模封頂絕緣層是硅介電層，例如通過化學蒸發(fā)淀積形成的氮化硅層或氧化硅層，從而保護柵極導電層的上部不受隨后的刻蝕處理的損害。
源結(jié)和漏結(jié)可以通過預定的熱擴散方法例如摻雜POCl3來形成，不過，它們最好通過離子植入方法形成，利用該方法，摻雜的離子被植入半導體襯底的預定的深度，以便減少在半導體襯底上的熱應(yīng)力。
在形成下電極時，在半導體襯底上形成預定厚度的導電金屬層，然后在導電金屬層上由反磁性材料形成緩沖層。導電金屬層由Al，Ta，Ru，或AlN構(gòu)成，從而防止含有具有導電性的元素和致密結(jié)構(gòu)的用作阻擋層的鉿的外部擴散。最好是，由Ta，Ru形成緩沖層，以便改善表面平整度。不過，緩沖層可以由IrMn，PtMn或FeMn制成，這些是反磁性材料，以便把磁化方向固定到一個方向。第一磁層(釘扎層)可以由CoFe，Co，或NiCoFe構(gòu)成，它們是鐵磁性材料，通過在對第一磁層施加預定的電場時進行淀積處理，或者通過在磁場中進行熱處理從而把磁場固定到預定的方向之后進行冷卻處理來形成。
當形成阻擋層時，在第一磁層上形成由鋁/鉿構(gòu)成的多層膜。接著，把氧氣注入多層膜中，然后進行熱處理，以便氧化鋁和鉿，借以形成鋁-鉿氧化物層。此處，通過物理蒸發(fā)淀積方法例如金屬濺射來形成薄的鋁和鉿的化合物層。此后，通過施加少量的稀釋的氧氣或氧等離子作為氧化劑氣體來形成鋁-鉿-氧化物(Al-Hf-O)層。
當形成第二磁層(自由層膜)時，在阻擋層上形成坡膜合金，其是順磁性材料。其中第二磁層作為第一磁層的相反電極工作，用于控制磁阻的改變。
當形成上電極時，在第二磁層上形成金屬電極層。接著，在對上電極進行預定的成形處理之后，為了保證磁存儲器件的區(qū)域，利用通常的刻蝕處理除去金屬層、第二磁層、阻擋層和第一磁層。這樣，磁存儲器件便制成。此處，在由Al，Ru，Ta構(gòu)成的金屬層上，通過淀積氮化鋁層來形成金屬層，這是一個導電的氮化物層。然后，可防止包含在坡膜合金中的過渡金屬原子向外擴散而進入將在隨后形成的位線。
本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點通過參照附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例將會更加清楚地看出，其中圖1是按照本發(fā)明的磁阻隨機存取存儲器(RAM)的示意的透視圖；圖2是按照本發(fā)明的磁阻隨機存取存儲器的截面圖；圖3是磁存儲器件的放大的截面圖；圖4是用于解釋制造按照本發(fā)明的磁阻隨機存取存儲器的方法的流程圖；圖5到圖9是說明用于解釋制造按照本發(fā)明的磁阻隨機存取存儲器的方法的截面圖；以及圖10A，10B是表示磁阻比對溫度和施加的電壓的曲線，用于比較按照本發(fā)明的和現(xiàn)有技術(shù)的磁阻隨機存取存儲器。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。不過，本發(fā)明的實施例可以修改成許多其它的形式，并且本發(fā)明的范圍不應(yīng)當解釋為局限于這些實施例。提供這些實施例是為了對本領(lǐng)域的技術(shù)人員更完整地說明本發(fā)明。
圖1是按照本發(fā)明的磁阻隨機存取存儲器(RAM)的示意的透視圖，圖2是按照本發(fā)明的的磁阻隨機存取存儲器的截面圖。
參看圖1和圖2，磁阻隨機存取存儲器包括作為開關(guān)的多個金屬氧化物半導體(MOS)晶體管120，105a，105b，它們以矩陣的形式淀積在半導體襯底100上，以及磁阻存儲器件(圖1的140)。
其中，MOS晶體管包括柵極120，其由按順序疊置形成在半導體襯底100上的柵極介電層121，柵極導電層123，和封頂絕緣層127而成，以及形成在半導體襯底100內(nèi)的在柵極120之間的源結(jié)和漏結(jié)105a，105b。標號129表示柵極側(cè)壁絕緣膜。
磁阻存儲器件140是一個磁阻隧道結(jié)，其包括下電極141，第一磁層142，阻擋層143，第二磁層144和上電極145。下電極141形成用于和MOS晶體管的源結(jié)105a相連。第一磁層142形成在下電極141上。阻擋層143形成在第一磁層142上，其由包括鉿和鋁的氧化物層構(gòu)成。第二磁層144形成作為和第一磁層142相反的電極。上電極145被疊置到第二磁層144上。其中下電極141通過疊置由導電的金屬層構(gòu)成的下電極層(圖3的141a)和在下電極層141a上由反磁性材料構(gòu)成的緩沖層(圖3的141b)而構(gòu)成，從而形成磁阻存儲器件的一個電極。第一磁層142由鐵淦氧磁性材料構(gòu)成。阻擋層143由氧化物層構(gòu)成，其中混合有鋁和鉿。
第二磁層144在阻擋層143上由鐵磁性材料構(gòu)成，一般被稱為自由層膜。其中由于第二磁層144由坡膜合金構(gòu)成，這是一種包含在鐵磁性材料中的順磁性材料，第二磁層144總是在相同方向形成磁自旋。因而，第二磁層144和第一磁層142的鐵淦氧磁性材料構(gòu)成一對而形成預定的磁阻。其中，沿和第一磁層142的磁自旋方向相同的方向形成小的磁阻，而沿和第一磁層142的磁自旋方向相反的方向形成大的磁阻。因而，當檢測信號時，具有不同大小的電阻被檢測，使得能夠區(qū)別地存儲和檢測數(shù)據(jù)。換句話說，當電阻小時，因為電壓低，數(shù)據(jù)在截止狀態(tài)被寫入，而當電阻大時，因為電壓高，數(shù)據(jù)在導通狀態(tài)被讀出。結(jié)果，通過使用預定的電裝置和磁性的方向，通過使用第二柵極以磁方式寫入數(shù)據(jù)，而通過使用第一柵極，以電方式讀出數(shù)據(jù)。
利用物理蒸汽淀積(PVD)，通過濺射或蒸發(fā)導電金屬，例如鋁或鉿，形成上電極145。上電極145可以通過化學蒸汽淀積(CVD)、電鍍等方法制成。
圖3是本發(fā)明的磁阻隨機存取存儲器的磁存儲器件的放大的截面圖。參看圖3，下電極141形成在半導體襯底100上。下電極141通過疊置由金屬層構(gòu)成的下電極層141a和在下電極層141a上由反磁層構(gòu)成的緩沖層141b而構(gòu)成。第一磁層142在緩沖層141上由鐵淦氧磁性材料構(gòu)成。阻擋層143在第一磁層142上通過氧化鋁和鉿的混合物而構(gòu)成。第二磁層144在阻擋層143上作為第一磁層142的相反電極而構(gòu)成。上電極145在第二磁層144上形成，用于和第二磁層144電連接。其中，因為阻擋層143，即鋁鉿氧化物(Al-Hf-O)層中沒有缺陷，所以鋁鉿氧化物層具有好的薄膜特性。具體地說，鋁鉿氧化物層143插在磁性材料之間，用于增加在磁性材料之間的隧道磁阻曲線的磁阻比。Al-Hf-O層143可以由兩種方法形成。在第一種方法中，在第一磁層142上涂覆鋁和鉿，利用自然氧化或者氧氣等離子體使所述鋁和鉿在低溫下氧化，從而使鋁和鉿和氧化合，并最后形成氧化物層。在第二種方法中，通過濺射鋁和鉿的合金的金屬靶在下電極141上形成鉿鋁混合物層，并同時制造一種氧化物環(huán)境，從而形成Al-Hf-O層。除去這些方法之外，還有一種方法是通過濺射Al-Hf-O靶而形成鋁鉿氧化物層。
第二磁層144形成在阻擋層143上。此外，第二磁層144由鐵淦氧磁性材料制成，其和第一磁層142的鐵磁性材料相對，使得阻擋層143插在第一磁層142和第二磁層144之間。換句話說，第二磁層144由鎳鐵合金制成，這是一種順磁性材料。因而，當預定的電磁場施加于第二磁層144上時，則圍繞第二磁層144沿預定方向建立磁自旋，使得第二磁層144被磁化。
上電極145由具有高導電率和高淀積速率的金屬制成。例如，上電極145通過使用預定的方法淀積金屬例如鋁，鉭或銣而制成。在上電極145和第二磁層144之間插入難于傳導的氮化物層，例如氮化鋁層，從而防止在磁性材料中包含的過渡金屬原子，即金屬離子，進入半導體襯底100。結(jié)果，可以改善存儲器件的可靠性。
在圖1中，第二柵極130形成在下電極141和第一柵極120之間，并且位于第一柵極120的上方，使得下電極141的緩沖層141b和第一磁層142具有預定的磁性。結(jié)果，可以改變存儲器件的磁阻，以便進行寫數(shù)據(jù)。
圖4是用于解釋制造按照本發(fā)明的磁阻隨機存取存儲器的方法的流程圖。圖5到圖9是表示用于解釋制造按照本發(fā)明的磁阻隨機存取存儲器的方法的截面圖。下面參照圖4所示的流程圖說明圖5到圖9所示的方法步驟。
參看圖4和圖5，在步驟S1，利用預定的器件形成處理在半導體襯底100上形成MOS晶體管。換句話說，形成一個限定器件形成區(qū)域的絕緣的介電層110，并在器件形成區(qū)域按順序疊置柵極介電層121、柵極導電層123、以及封頂絕緣層127。在半導體襯底100上涂覆光刻膠(未示出)，并被成形而形成第一柵極圖形。利用第一柵極圖形作為掩模對封頂絕緣層127和柵極導電層123進行干刻蝕，從而制成第一柵極120。接著，利用第一柵極120作為掩模在第一柵極120附近的襯底100上形成源結(jié)和漏結(jié)105a，105b。其中源結(jié)和漏結(jié)105a，1 05b通過在半導體襯底100中植入雜質(zhì)離子，然后進行預定的熱處理退火而制成。
參見圖6，在第一柵極120和源結(jié)和漏結(jié)105a，105b上形成第一中間層絕緣膜129，然后在第一中間層絕緣膜129上形成第二柵極130。換句話說，在半導體襯底100的整個表面上形成硅絕緣層作為第一中間層絕緣膜125。硅絕緣層是一種通過化學蒸汽淀積形成的氧化硅層或氮化硅層，其使第二柵極130和第一柵極120隔離。接著，形成第二柵極130，使其和第一柵極120平行。第二柵極130用于控制下電極141的緩沖層141b和在稍后形成的第一磁層142的磁場的磁化方向，使得在磁存儲器中以“0”導通和“1”截止寫入數(shù)據(jù)。此外，如果需要擦掉寫入的數(shù)據(jù)，可以在第二柵極130上施加一個預定的電壓來除去磁性，從而擦除寫入的數(shù)據(jù)。
此后，在形成有第二柵極130的半導體襯底100的整個表面上形成第二中間層絕緣膜135，然后對其進行平面化。其中第二中間層絕緣膜135是由CVD形成的硅絕緣層。此外，最好是使用硼-磷硅酸鹽玻璃(BPSG)和回流處理或CVD對中間層絕緣膜135平面化。
參看圖7，在第二中間層絕緣膜135上形成下電極141。換句話說，第二中間層絕緣膜135經(jīng)受預定的光/刻蝕處理而形成觸點140a，從而暴露MOS晶體管的源區(qū)105a。接著，在形成有觸點140a的半導體襯底100的整個表面上淀積下電極層141a。其中，下電極層141a利用物理蒸發(fā)淀積(PVD)或CVD由金屬制成，例如鋁、鉭、銣等。還可以在暴露半導體襯底100的一部分的觸點140a的內(nèi)部和下電極層141a之間形成硬氮化鋁層(AIN)，使得防止由于包含在后面將要形成的緩沖層141b的磁性材料中的過渡金屬原子進入半導體襯底100而使電性能變劣。其中，雜質(zhì)阻擋層例如氮化鋁層可以由金屬氮化物層構(gòu)成，例如具有和氮化鋁層(AIN)不同的導電率的氮化鎢層(WN)或氮化鈦層(TiN)。
在下電極層141形成之后，通過進行預定的光/刻蝕處理形成下電極圖形，從而制成下電極141。在形成有下電極層141a的半導體襯底100上形成由反磁性材料構(gòu)成的緩沖層141b。構(gòu)成緩沖層141b的反磁性材料是IrMn，PtMn，或FeMn。因而，形成由下電極層141a和緩沖層141b構(gòu)成的雙層作為下電極141。
此后，在下電極141上形成鐵淦氧磁性材料的第一磁層142。其中鐵淦氧磁性材料是CoFe，Co，或NiCoFe。
鉿鋁氧化物層，其是介電層，形成在第一磁層142上作為阻擋層143。換句話說，通過濺射鋁和鉿形成厚度大約為10-20埃的超薄膜層，然后形成氧氣環(huán)境，從而使鋁和鉿與氧化合，借以形成鉿-鋁-氧化物(Al-Hf-O)層。其中，形成氧氣環(huán)境的方法包括一種自然方法，即把半導體襯底暴露在環(huán)境大氣中一段預定的時間，以及利用氧的等離子體形成氧化層的方法。這兩個方法可以在低溫下進行。
Al-Hf-O層可以通過使用鉿和鋁的合金靶進行濺射期間形成氧氣環(huán)境來形成。Al-Hf-O層可以通過使用鉿鋁氧化物層作為濺射靶利用PVD來形成。
第二磁層144，其和第一磁層142相對，形成在阻擋層143上，然后在第二磁層144上形成上電極145。第二磁層(自由層膜)144由鐵磁性材料構(gòu)成，其是和由下電極141的緩沖層141b以及第一磁層142構(gòu)成的磁層相對的磁化電極。最好是，第二磁層144由被稱為坡膜合金的鐵磁性材料構(gòu)成，這是一種永磁體。接著，在第二磁層144上形成金屬層作為上電極145。為了降低制造成本和簡化工藝，最好是金屬層由Al，Ta，或Ru，通過PVD制成。
參見圖8，下電極層141、阻擋層143和上電極145的疊層被成形，從而完成存儲器件140。換句話說，涂覆光刻膠(未示出)，然后利用光刻法成形而形成存儲器圖形。接著，上電極145、第二磁層144、阻擋層143、第一磁層、和下電極141的緩沖層141a利用存儲器圖形作為掩模被干刻，借以完成磁存儲器件140。
參看圖9，在形成磁存儲器件140之后，形成位線150，用于在一系列的位線處理中和磁存儲器件140的上電極145相連。換句話說，在半導體襯底100的整個表面上形成第三中間層絕緣膜149，并形成預定的觸點(未示出)，使得在觸點形成處理中露出上電極145的上表面。形成具有預定厚度的用于位線的導電層(未示出)，使得完全充滿所述觸點。其中，導電層由金屬層(例如鋁、鎢等)或硅化物層(例如硅化鎢等)形成。導電層經(jīng)受光/刻蝕處理，從而形成位線150，其垂直于第一柵極120和第二柵極130。
如上所述，如果利用鋁鉿氧化物層作為磁存儲器件的阻擋層143，則在氧化鋁和鉿的過程中和鋁鉿化合的氧的數(shù)量被減小。結(jié)果，鋁鉿氧化物層的畸變被減小，因而鋁鉿氧化物層受的應(yīng)力極小，從而形成幾乎沒有缺陷的介電層。利用磁阻比讀寫數(shù)據(jù)的磁存儲器件的磁特性得以改進。
圖10A，10B是表示磁阻比對溫度和施加的電壓的曲線，用于比較本發(fā)明的磁阻隨機存取存儲器和現(xiàn)有技術(shù)的磁阻隨機存取存儲器。在圖10A中，X軸和Y軸分別表示溫度和磁阻比。在圖10B中，X軸和Y軸分別表示施加的電壓和歸一化的磁阻比。參看圖10A，考慮溫度對磁阻比的影響，磁阻比隨溫度的增加而減少。可以看出，在本發(fā)明中，因為磁阻比隨溫度變化較小，所以磁阻比相對于溫度的改變是穩(wěn)定的。在圖10B中，可以看出，根據(jù)歸一化的磁阻比為50％的基準，現(xiàn)有的氧化鋁層和氧化鉿層的磁阻比分別大約是375毫伏和530毫伏，而鋁鉿氧化物層的磁阻比增加到625毫伏。
本發(fā)明的磁阻隨機存取存儲器及其制造方法具有如下的優(yōu)點在制造磁阻隨機存取存儲器的方法中，使用鋁鉿氧化物層作為阻擋層層。因而，磁阻隨機存取存儲器的磁存儲器件的磁阻比可以大大增加，從而改善磁阻隨機存取存儲器的數(shù)據(jù)存儲能力。
此外，因為在磁存儲器件中被用作被交替施加正負電壓的阻擋層層的鋁鉿氧化物層具有極小應(yīng)力的層結(jié)構(gòu)，所以可以改善阻擋層層的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種磁阻隨機存取存儲器，其包括MOS晶體管，其由在半導體襯底上的第一柵極和源結(jié)以及漏結(jié)構(gòu)成。下電極，其和源結(jié)相連；形成在下電極上的第一磁層；形成在第一磁層上并且至少包括鋁和鉿的介電阻擋層，其和第一磁層一道形成勢阱；形成在和第一磁層相對的介電阻擋層上的第二磁層；形成在第二磁層上的上電極；第二柵極，其插在第一柵極和下電極之間，用于控制第一和第二磁層中之一的磁數(shù)據(jù)；以及位線，其和第一柵極垂直，以便和上電極實現(xiàn)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的磁阻隨機存取存儲器，其中所述下電極包括形成用于和半導體襯底接觸的下電極層；以及在下電極上由反磁性材料構(gòu)成的緩沖層。
3.如權(quán)利要求2所述的磁阻隨機存取存儲器，其中下電極層由Al、Ru和Ta中的一種元素構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的磁阻隨機存取存儲器，其中下電極層包括阻擋層，所述阻擋層由氮化鋁層(AlN)，氮化鈦層(TiN)和氮化鎢層(WN)中之一構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求2所述的磁阻隨機存取存儲器，其中緩沖層由IrMn，PtMn，和FeMn中之一構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的磁阻隨機存取存儲器，其中第一磁層由CoFe，Co，和NiCoFe中之一構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的磁阻隨機存取存儲器，其中所述阻擋層是一個氧化物層，其中把鉿添加在氧化鋁(Al2O3)層中。
8.如權(quán)利要求1所述的磁阻隨機存取存儲器，其中第二磁層由順磁性材料制成。
9.如權(quán)利要求8所述的磁阻隨機存取存儲器，其中第二磁層是坡膜合金(Py(NiFe))。
10.如權(quán)利要求1所述的磁阻隨機存取存儲器，其中上電極層由Al、Ru和Ta中的一種元素構(gòu)成。
11.一種用于制造磁阻隨機存取存儲器的方法，所述方法包括(a)在半導體襯底上形成絕緣的介電層，從而形成器件的有源區(qū)；(b)在器件的有源區(qū)內(nèi)形成第一柵極區(qū)和源極區(qū)以及漏極區(qū)，從而形成MOS晶體管；(c)和第一柵極平行地形成第二柵極，并由導電材料形成用來和MOS晶體管的源極區(qū)相連的下電極；(d)在下電極上形成第一磁層，從而形成預定的磁疇的；(e)在第一磁層上形成由包括鉿和鋁的介電層構(gòu)成的阻擋層；(f)在阻擋層上形成第二磁層，使得其和第一磁層相對；以及(g)在第二磁層上形成上電極，使得上電極和第二磁層電氣相連。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在步驟(a)，所述絕緣介電層包括氧化物層。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中步驟(b)包括在器件的有源區(qū)形成薄的柵極介電層；在柵極介電層上按順序形成柵極導電層和作為掩模的封頂絕緣層；在作為掩模的封頂絕緣層內(nèi)形成第一柵極圖形和柵極導電層；以及在第一柵極的兩側(cè)形成源結(jié)和漏結(jié)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，后還包括在第一柵極圖形的側(cè)壁上由介電層構(gòu)成的隔離物。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中柵極介電層是氧化物層。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中柵極導電層由摻雜的多晶硅構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中作為掩模的封頂絕緣層是由化學蒸發(fā)淀積形成的硅介電層。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中源結(jié)和漏結(jié)由離子植入方法形成。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中步驟(C)包括在半導體襯底的整個表面上形成第一中間層絕緣膜；在第一中間層絕緣膜上形成第一柵極；在半導體襯底的整個表面上形成第二中間層絕緣膜；在第二中間層絕緣膜上形成下電極層；在下電極層上形成由反磁性材料構(gòu)成的緩沖層；以及在下電極層和緩沖層上形成下電極圖形。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述導電層由Al，Ta，Ru，和ALN中的至少一種構(gòu)成。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述緩沖層由IrMn，PtMn，和FeMn中的一種構(gòu)成。
22.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述步驟(d)，第一磁層是鐵磁性材料CoFe，Co，和NiCoFe中之一。
23.如權(quán)利要求11所述的方法，其中步驟(e)包括在下電極的表面上形成由薄的鋁/鉿構(gòu)成的多層膜；以及通過在所述多層膜中提供氧源，并以預定的處理工藝氧化鋁和鉿來形成氧化物層。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中多層膜通過物理蒸發(fā)淀積形成。
25.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在步驟(f)，第二磁層由作為鐵磁性材料的順磁性材料(Py(NiFe))構(gòu)成。
26.如權(quán)利要求11所述的方法，其中步驟(e)包括在第二磁層上形成用于上電極的金屬層；以及成形所述用于上電極的金屬層從而形成上電極。
全文摘要
一種磁阻隨機存取存儲器，包括MOS晶體管、下電極、第一磁層、介電阻擋層、第二磁層、上電極、第二柵極及位線。MOS晶體管由在半導體襯底上的第一柵極和源結(jié)及漏結(jié)構(gòu)成。下電極和源結(jié)相連。第一磁層形成在下電極上。介電阻擋層形成在第一磁層上，并至少包括鋁和鉿，和第一磁層一道形成勢阱。第二磁層形成在和第一磁層相對的介電阻擋層上。上電極形成在第二磁層上。第二柵極插在第一柵極和下電極之間，用于控制第一磁層和第二磁層中之一的磁數(shù)據(jù)。位線和第一柵極垂直，和上電極實現(xiàn)電連接。如添加有鉿的氧化鋁層這種氧化層作為阻擋層，則可改善阻擋層的特性，從而增加磁阻比?？筛纳拼抛桦S機存取存儲器的數(shù)據(jù)存儲能力。
文檔編號G11C11/34GK1462036SQ0310448
公開日2003年12月17日 申請日期2003年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月29日
發(fā)明者樸玩濬, 李宅東, 樸炳國, 金泰完, 宋利憲, 樸祥珍 申請人:三星電子株式會社