[发明专利]磁存储器件及其制造方法、反应室

说明书

本申请是2005年1月31日提交的题为“磁存储器件及其制造方法”的发明专利申请200510006412.7的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种存储器件及其制造方法，特别是涉及一种磁存储器件和一种制造该磁存储器件的方法。

背景技术

磁存储器件，例如MRAM对因微弱读出信号引起的单元之间磁阻的变化非常敏感。因此，如果在单元之间有很大的磁阻偏离，可能会难以正确地读出记录在存储器件中的数据。

即使通过将磁阻偏离降到最低使读出误差降到了最小，当存储单元的稳定性得不到保证时，也就是说，当未达到充分的磁阻(MR)比时，不仅可能会难以正确读出数据，而且会难以将数据记录到磁存储器件中。

因此，已经有人研究了最小化单元之间的磁阻偏离及确保单元稳定性的问题。不过，仍未开发出更为可靠的磁存储器件。

磁存储器件单元之间的磁阻变化和MR比直接关系到隧穿膜的特性。

在传统存储器中，广泛使用氧化铝(Al₂O₃)膜作为隧穿膜。当隧穿膜为氧化铝膜时，为适合读出电路可以将其形成得薄于以便得到低至约10KΩμm²的磁阻，并令其具有均匀的厚度，以便单元之间的磁阻变化小于2％。当氧化铝膜的厚度偏离约为时，磁阻变动约为十的因子(一个数量级)。因此，优选氧化铝膜具有厚度均一性，以便单元之间的最大厚度变化小于

图1和图2为示出在制造传统MRAM的过程中形成氧化铝膜工序的横截面图，其中使用氧化铝膜作为隧穿膜。

参考图1，在合成反铁磁(SAF)膜10上形成Al膜12。图1中的附图标记12a表示晶粒间界。通过预定的氧化工艺氧化Al膜12。如图2所示，氧化的结果是在SAF膜10上形成了氧化铝膜14。Al膜12的氧化沿着晶粒间界12a开始并进入晶粒内部，如箭头所示。也就是说，Al膜12的氧化在邻近晶粒间界12a的区域12b开始并进展到晶粒内部。

在传统MRAM的情况下，因为Al膜12的氧化在Al膜12上的各处不是同时发生的，所以形成的隧穿膜的磁阻在区域和区域之间有所变化。

在氧化过程中Al膜12的厚度增大。不过，因为Al膜12的氧化在Al膜12的整个区域上不是同时发生的，所以氧化后Al膜12的厚度是不均匀的。

发明内容

本发明提供了一种具有低磁阻、均匀厚度、高磁阻(MR)比和大工艺裕量的磁存储器件。

本发明还提供了一种制造具有低磁阻、均匀厚度、高MR比和大工艺裕量的磁存储器件的方法。

本发明还提供了一种用于制造该磁存储器件的等离子体反应室。

根据本发明的一个方面，提供了一种磁存储器件，其包括开关装置和连接到该开关装置上的MTJ单元，其中MTJ单元包括连接到开关装置的下电极以及依次堆叠在该下电极上的下磁层、包含氟的隧穿膜、上磁层和盖帽层。

在包含氟的隧穿膜中，氟可以分布在接近隧穿膜上表面的区域中。隧穿膜可以是含有氟的氧化铝膜。

根据本发明的另一个方面，提供了一种制造包括开关装置和连接到该开关装置的MTJ单元的磁存储器件的方法，该方法包括：形成下电极，该下电极连接至开关装置并在覆盖开关装置的层间绝缘层上形成；在所述下电极上形成下磁层；在下磁层上形成金属膜；氧化并氟化所述金属膜；在经氟氧化过的金属膜上形成上磁层和盖帽层；按照相反的顺序构图依次堆叠在下电极上的层。

该金属膜可以是具有预定厚度的铝膜。

氧化和氟化金属膜的工艺可以包括：将金属膜在其上形成的生成产品装入反应室，该反应室包括氧等离子体产生构件和氟源供应构件，以及将氧等离子体和氟源供应到该金属膜上。

根据本发明的又一个方面，提供了一种用于形成该磁存储器件的反应室，该反应室包括一个工作台，包含在所述工作台上方的氟源供应构件，包含在所述氟源供应构件上方的氧等离子体生成构件。

该氟源供应构件可以是聚四氟乙烯环。

本发明能够通过最小化诸如MRAM的磁存储器件单元间的磁阻偏离而减少读出误差，并能保持低磁阻但却是高MR比。还可以减少氧化工序的裕量。

附图说明

通过参考附图详细描述本发明的示范性实施例，本发明的上述和其他特性和优势将会更加明显，在附图中：

图1和2为示出制造传统存储器件的磁隧穿结(MTJ)单元的方法的横截面图；

图3为示出依据本发明实施例的存储器件的MTJ单元的横截面图；