專利名稱：半導(dǎo)體器件和制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有如TMR (隧道磁致電阻)那樣的存儲(chǔ)器件的 半導(dǎo)體器件，以及其制造方法。
背景技術(shù)：
MRAM是一種通過(guò)用電子具有的自旋來(lái)存儲(chǔ)信息而保持?jǐn)?shù)據(jù)的存 儲(chǔ)器，并且形成電路以便可能進(jìn)行隨機(jī)存取。有一種使用GMR(巨型 磁致電阻)、TMR和CMR(龐大磁致電阻)作為基本物理現(xiàn)象的類型。TMR是一種使用以兩層磁膜將一個(gè)絕緣層夾在中間的結(jié)構(gòu)中所 觀察的電阻變化現(xiàn)象的類型。在將一個(gè)絕緣層夾在中間的上和下磁 層的自旋狀態(tài)下，流過(guò)上磁層-絕緣層-底磁層的電流(即TMR的電 阻)發(fā)生變化。當(dāng)上和下磁層的兩個(gè)自旋狀態(tài)平行時(shí)，電阻變小， 而如果為逆平行時(shí)，電阻變大。電阻的這個(gè)變化能執(zhí)行信息存儲(chǔ)。 有作為文獻(xiàn)的專利參考1,它公開(kāi)了具有這樣TMR元件的磁存儲(chǔ)設(shè) 備，以及其制造方法。還有稱為如TMR元件相同結(jié)構(gòu)的元件的MTJ (磁致隧道結(jié))元件的結(jié)構(gòu)。在下文，"TMR元件"不僅包括TMR 元件，而且在本申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)內(nèi)廣泛地包括MTJ元件。[專利參考1]日本未審專利公開(kāi)No. 2003-243630

發(fā)明內(nèi)容
然而，當(dāng)對(duì)形成TMR元件的TMR膜(將一個(gè)絕緣層夾在中間的上 和下磁層)的下引出電極(LS (局部帶))進(jìn)行處理時(shí)，有一個(gè)問(wèn) 題，即發(fā)生通過(guò)TMR膜的上側(cè)和下側(cè)的磁層的漏泄電流，并且變得 不可能使TMR膜固定為預(yù)定電阻變化率，而且正常存儲(chǔ)操作變得不 可能，并且通過(guò)對(duì)TMR膜的上和下磁層的沉積材料進(jìn)行蝕刻，由于 外界物質(zhì)的沉積，將使存儲(chǔ)器精度退化。本發(fā)明為了解決上迷問(wèn)題而實(shí)現(xiàn)。它致力獲得具有一種存儲(chǔ)單元 的半導(dǎo)體器件，以及其制造方法，這種存儲(chǔ)單元包括TMR膜，利用它不會(huì)使存儲(chǔ)器精度退化。按照關(guān)于本發(fā)明的權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件具有一個(gè)存儲(chǔ)單元， 它在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上方形成，并且包括一個(gè)TMR膜及一個(gè)上電極 和一個(gè)下電極的層疊結(jié)構(gòu)，上電極在下電極上方的部分中形成；一個(gè)對(duì)于存儲(chǔ)單元至少覆蓋下電極的上表面和TMR膜的側(cè)表面而形成 的抗氧化膜；和一個(gè)在抗氧化膜上方形成的氧化膜。按照關(guān)于本發(fā)明的權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件具有一個(gè)存儲(chǔ)單元， 它在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上方形成，并且包括一個(gè)TMR膜及一個(gè)上電極 和一個(gè)下電極的層疊結(jié)構(gòu)，上電極在下電極上方的部分中形成；一 個(gè)在平面圖中與TMR膜分開(kāi)預(yù)定距離并且在下電極下方形成的讀線； 和一個(gè)在讀線上方形成并且將讀線和下電極電連接的金屬插件。按照關(guān)于本發(fā)明的權(quán)利要求8的半導(dǎo)體器件具有一個(gè)存儲(chǔ)單元， 它在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上方形成，并且包括一個(gè)TMR膜及一個(gè)上電極 和一個(gè)下電極的層疊結(jié)構(gòu)，上電極在下電極上方的部分中形成；其中上電極是一個(gè)使用與下電極相同的材料形成的硬掩模層，它具有 導(dǎo)電性，并且它的厚度為30nm至lOOnm。按照關(guān)于本發(fā)明的權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件的制造方法具有步 驟(a )在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上方形成一個(gè)TMR膜及一個(gè)上電極和一 個(gè)下電極的層疊結(jié)構(gòu)，上電極在下電極上方的部分中形成；(b)使 上電極和TMR膜構(gòu)圖；(c)形成一個(gè)覆蓋下電極、上電極和TMR膜 的第一抗氧化膜；(d)在第一抗氧化膜覆蓋上電極和TMR膜之后，4吏第一抗氧化膜和下電極構(gòu)圖；和(e)在整個(gè)表面中形成一個(gè)氧化 膜。按照關(guān)于本發(fā)明的權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件的制造方法具有步 驟(a )在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上方形成一個(gè)讀線；(b )在讀線上方 形成一個(gè)夾層絕緣膜；(c)形成一個(gè)穿透讀線上方的夾層絕緣膜的 通孔；(d)形成一個(gè)嵌入通孔的金屬插件；和(e)在包括通孔的 夾層絕緣膜上方形成一個(gè)下電極、 一個(gè)TMR膜和一個(gè)上電極的層疊 結(jié)構(gòu)；其中下電極通過(guò)金屬插件與讀線電連接，而且還包括步驟 (f )使上電極和TMT膜構(gòu)圖；其中使構(gòu)圖之后的TMR膜形成為在平 面圖中與讀線分開(kāi)預(yù)定距離。按照關(guān)于本發(fā)明的權(quán)利要求16的半導(dǎo)體器件的制造方法具有步 驟(a)在半導(dǎo)體襯底上方形成一個(gè)下電極、 一個(gè)TMR膜和一個(gè)上 電極的層疊結(jié)構(gòu)；(b)使上電極構(gòu)圖；和(c)將上電極用作一個(gè) 硬掩模層，使TMR膜構(gòu)圖。按照關(guān)于本發(fā)明的權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件具有一個(gè)第一夾層 絕緣膜，其在一個(gè)半導(dǎo)體襯底之上形成； 一個(gè)下層布線，穿透第一 夾層絕緣膜并且選擇地形成；和一個(gè)第二夾層絕緣膜，在包括下層 布線的第一夾層絕緣膜上方形成；其中第二夾層絕緣膜具有一個(gè)通 孔，在那里下層布線的至少一部分構(gòu)成底部；而且還包括一個(gè)下電 極，在通孔的底部和側(cè)表面及在第二夾層絕緣膜上方形成；其中下 電極通過(guò)通孔與下層布線電連接；而且還包括一個(gè)TMR元件，在下 電極上方的部分上方選擇地形成，并且包括一個(gè)TMR膜和一個(gè)上電 極的層疊結(jié)構(gòu)；和一個(gè)絕緣膜，在包括通孔的內(nèi)部的下電極上方形 成；其中絕緣膜和下電極兩者沿一致方向在第二夾層絕緣膜上方具 有一個(gè)側(cè)表面；并且下電極的側(cè)表面沿一致方向與絕緣膜的側(cè)表面 相對(duì)應(yīng)，或下電極的側(cè)表面由絕緣膜壓下。按照關(guān)于本發(fā)明的權(quán)利要求26的半導(dǎo)體器件的制造方法具有步 驟(a)在一個(gè)半導(dǎo)體襯底之上形成一個(gè)第一夾層絕緣膜；(b) 選擇地形成一個(gè)下層布線，穿透第一夾層絕緣膜；(c)在包括下層 布線的第一夾層絕緣膜上方形成一個(gè)第二夾層絕緣膜；和(d)形成一個(gè)通孔，穿透下層布線上方的第二夾層絕緣膜；其中通孔的底部 成為下層布線的至少一部分；而且還包括步驟(e)在通孔的底部 和側(cè)表面及第一夾層絕緣膜上方形成一個(gè)下電極；其中下電極通過(guò) 通孔與下層布線電連接；而且還包括步驟(f)在第二夾層絕緣膜 上方的下電極上方選擇地形成一個(gè)TMR元件，用作一個(gè)TMR膜和一 個(gè)上電極的層疊結(jié)構(gòu)；(g)在包括通孔的下電極上方形成一個(gè)絕緣 膜；(h)在絕緣膜上方形成一個(gè)構(gòu)圖的抗蝕劑；(i)通過(guò)將抗蝕 劑用作掩模而同時(shí)蝕刻下電極和絕緣膜，并且使下電極和絕緣膜構(gòu) 圖；和(j )除去抗蝕劑。因?yàn)橹辽俑采w下電極的上表面和TMR膜的側(cè)表面，并且形成抗氧 化膜，所以當(dāng)在一個(gè)抗氧化膜上形成一個(gè)氧化膜時(shí)，按照權(quán)利要求l 的半導(dǎo)體器件能確實(shí)地抑制下電極的上表面和TMR膜的側(cè)表面氧化。 結(jié)果，能得到具有一個(gè)TMR膜的存儲(chǔ)單元，利用它不會(huì)使存儲(chǔ)器精 度退化。因?yàn)樽x線和下電極通過(guò)一個(gè)金屬插件電連接，所以與讀線和下電 極直接、連接的情況比較，按照權(quán)利要求6的半導(dǎo)體.器件執(zhí)行這樣 效果，能以足夠平度形成一個(gè)下電極，并且能以足夠精度形成一個(gè) 存儲(chǔ)單元。按照權(quán)利要求8的半導(dǎo)體器件能將一個(gè)上電極用作一個(gè)硬掩模， 并且因?yàn)閱为?dú)地形成一個(gè)硬掩模的步驟變得不必要，所以它能致力 于簡(jiǎn)化制造過(guò)程。因?yàn)橐?0nm至100nm相對(duì)薄的厚度形成上電極， 所以能致力于使在上電極形成時(shí)施加于TMR膜的應(yīng)力得到釋放，并 且TMR膜的磁性不降級(jí)。因?yàn)槭褂孟嗤牧闲纬缮想姌O和下電極， 所以當(dāng)將上電極用作硬掩模層而蝕刻TMR膜時(shí)，下電極能操作為蝕 刻阻止器。按照權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件的制造方法在步驟(c)形成第一 抗氧化膜，其至少覆蓋下電極的上表面和側(cè)表面及TMR膜的側(cè)表面。 因此，當(dāng)在步驟(e)在第一抗氧化膜上形成一個(gè)氧化膜時(shí)，它能確
實(shí)地抑制下電極的上表面和側(cè)表面及TMR膜的側(cè)表面氧化。結(jié)果， 能得到具有一個(gè)TMR膜的存儲(chǔ)單元，利用它不會(huì)使存儲(chǔ)器精度退化。因?yàn)樵诎凑諜?quán)利要求14的半導(dǎo)體器件的制造方法中，在步驟(d) 將金屬插件嵌入通孔，所以執(zhí)行這樣的效果，能在一個(gè)夾層絕緣膜 上以足夠的平度形成一個(gè)下電極，而不受通孔的影響，并且能以足 夠精度形成一個(gè)存儲(chǔ)單元。在步驟(c),因?yàn)橥ㄟ^(guò)將一個(gè)上電極用作一個(gè)硬掩模層，使單 獨(dú)地形成一個(gè)硬掩模的步驟變得不必要，所以按照權(quán)利要求16的半 導(dǎo)體器件的制造方法能致力于簡(jiǎn)化制造過(guò)程。因?yàn)橐?0nm至100nm 的相對(duì)薄的厚度形成上電極，所以能致力于使在上電極形成時(shí)施加 于TMR膜的應(yīng)力得到釋放，并且TMR膜的磁特性不降級(jí)。因?yàn)槭褂?相同材料形成上電極和下電極，所以當(dāng)將上電極用作硬掩模層而蝕 刻TMR膜時(shí)，下電極能操作為一個(gè)蝕刻阻止器。關(guān)于按照本發(fā)明的權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，在一個(gè)通孔中的. 下電極上形成絕緣膜。因此，因?yàn)樵谙码姌O處理之后的制造過(guò)程中， 通過(guò)與處理絕緣膜同時(shí)地處理下電極，使通孔中的下電極受到絕緣 膜的保護(hù)，所以能避免對(duì)通孔下方的下層布線的損壞，并且能致力 于提高產(chǎn)量。因?yàn)橄码姌O的側(cè)表面沿 一 致方向與絕緣膜的側(cè)表面相對(duì)應(yīng)，或變 為從絕緣膜壓下，所以即使同時(shí)處理絕緣膜和下電極，也不會(huì)對(duì)下 電極的工作形狀有不良影響。在步驟(i ),按照本發(fā)明的權(quán)利要求26的半導(dǎo)體器件的制造方 法通過(guò)將抗蝕劑用作掩模而同時(shí)地蝕刻下電極和絕緣膜，并且使下 電極和絕緣膜構(gòu)圖。因此，因?yàn)樵诓襟E(i )執(zhí)行之后通孔中的下電 極受到絕緣膜保護(hù)，所以在步驟(j )運(yùn)行階段，能避免對(duì)通孔下方 的下層布線的損壞，并且能致力于提高所完成半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量。


圖1是表示MRAM的存儲(chǔ)單元部分的平面結(jié)構(gòu)的平面圖，它是本
發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件；圖2是表示圖1的A-A截面的橫截面圖；圖3是表示實(shí)施例1的MMM的全部層中的截面結(jié)構(gòu)的橫截面圖； 圖4 (a)至圖26 (d)是表示實(shí)施例1的MMM的制造方法的橫 截面圖；圖27是表示MRAM的存儲(chǔ)單元部分的平面結(jié)構(gòu)的平面圖，它是本 發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件；圖28是表示圖27的A-A截面的橫截面圖；圖29是表示實(shí)施例2的MRAM的全部層中的截面結(jié)構(gòu)的橫截面圖；圖30 (a)至圖44 (d)是表示實(shí)施例2的MRAM的制造方法的橫 截面圖；圖45是表示MRAM結(jié)構(gòu)的輪廓的說(shuō)明圖；圖46是表示與MRAM的存儲(chǔ)器件、上Cu布線和下Cu布線的連接 關(guān)系的細(xì)節(jié)的橫截面圖；圖47至圖49是表示用于獲得通孔LS連接結(jié)構(gòu)的LS步驟的橫截 面圖；圖50是表示MRAM的存儲(chǔ)單元部分的結(jié)構(gòu)的橫截面圖，它是本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件；圖51是表示實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件的效果的橫截面圖；圖5 2是表示T M R元件的抗磁力與絕緣膜的形成溫度的曲線圖；圖53是表示TMR元件的各向異性磁場(chǎng)與絕緣膜的形成溫度的曲線圖；圖54和圖55是表示實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件的效果的橫截面圖； 圖56是表示實(shí)施例3的其他方式的橫截面圖；和 圖57至圖63 (b)是表示實(shí)施例3的MRAM的制造方法的部分的 橫截面圖。
具體實(shí)施方式
(實(shí)施例1 ) (結(jié)構(gòu))圖1是表示MRAM的存儲(chǔ)單元部分的平面結(jié)構(gòu)的平面圖，它是本 發(fā)明的本實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件，以及圖2是表示圖1的A-A截面的橫截面圖。如圖l所示，TMR膜29假定為縱長(zhǎng)形，其中在平面圖中四角為 圓形。如圖2所示，在TMR膜29之下形成TMR下電極28，并且在 TMR膜29上形成TMR上電極31。存儲(chǔ)單元MC包括這些TMR下電極 28、 TMR膜29和TMR上電極31。為了說(shuō)明方便，在本說(shuō)明書(shū)中可能 將頂R膜29和TMR上電極31合并，并且可能將它表達(dá)為TMR元件5。 TMR膜29例如包括從上部開(kāi)始的一個(gè)鐵磁層、 一個(gè)非磁層和一個(gè)鐵 磁層的層疊結(jié)構(gòu)。鐵磁層包括磁膜，它例如包括N i Fe 、 CoFeB和CoFe ， 以及非磁層例如包括鋁膜或氧化鎂。圖3 (a)、圖3 (b)和圖3(c)是表示實(shí)施例1的MRAM的全 部層的截面結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖3 (a)與圖1的A-A截面等效，圖 3 (b)與圖1的B-B截面等效，以及圖3 (c)與圖1的C-C截面等 效。在下文，參考圖1至圖3 ( c)說(shuō)明實(shí)施例1的MRAM的結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體襯底100的上層部分中選擇地形成元件隔離區(qū)2，并且 元件隔離區(qū)2與2之間的阱區(qū)lw起晶體管形成區(qū)的作用。在上述晶 體管形成區(qū)中，跨越溝道區(qū)lc形成一對(duì)源/漏區(qū)14和14，在溝道區(qū) lc上層疊柵絕緣膜11和柵電極12,以及在柵電極12的側(cè)表面中形 成2層結(jié)構(gòu)的側(cè)壁13。分別在源/漏區(qū)14和柵電極12上形成硅化鈷 區(qū)15。通過(guò)這些溝道區(qū)lc、柵絕緣膜ll、柵電極12、側(cè)壁13和源/漏 區(qū)14,形成在讀出時(shí)候用于選擇的M0S晶體管Ql。將包括M0S晶體管Ql的全部半導(dǎo)體襯底IOO上部分表面覆蓋， 并且形成包括一個(gè)Si02等的氧化膜的夾層絕緣膜16。穿透夾層絕緣 膜16,形成接觸插件17,并且使它與一對(duì)源/漏區(qū)14和14中的一 個(gè)硅化鈷區(qū)15電連接。
在夾層絕緣膜l6上，層疊氮化膜"和包括一個(gè)氧化膜的夾層絕緣膜18,選擇地形成Cu布線19,其穿透氮化膜41和夾層絕緣膜18， 以及使1的Cu布線19與接觸插件17電連接。在包括Cu布線19的夾層絕緣膜18上，層疊氮化膜42及包括一 個(gè)氧化膜的夾層絕緣膜20和21。形成穿透氮化膜42和夾層絕緣膜 20的微孔52，和穿透夾層絕緣膜21的布線孔62,并且在微孔52 和布線孔62中嵌入形成Cu布線22。使Cu布線22與Cu布線19電 連接(以上1的Cu布線19與接觸插件17電連接)。在包括Cu布線22的夾層絕緣膜21上，層疊氮化膜43及包括一 個(gè)氧化膜的夾層絕緣膜23和24。穿透氮化膜43和夾層絕緣膜23 形成微孔53,穿透夾層絕緣膜24形成布線孔63，并且在微孔53和 布線孔63中嵌入形成Cu布線25 (讀線25r,數(shù)字線25d)。使讀線 25r與Cu布線22 ( Cu布線22位于接觸插件17上)電連接。在包括Cu布線25的夾層絕緣膜24上，層疊包括一個(gè)氮化膜的 夾層絕緣膜26a和包括一個(gè)氧化膜的夾層絕緣膜26b。在平面圖中與 讀線25r的形成區(qū)的一部分相對(duì)應(yīng)的夾層絕緣膜26a和26b中，形 成通孔9。通過(guò)在夾層絕緣膜26b及通孔9的底部和側(cè)表面上選擇地 形成TMR下電極28,使TMR下電極28與讀線25r電連接。因?yàn)門MR 下電極28包括鉭(Ta),其具有與TMR膜29的晶格相近的晶格距， 所以它能減小在TMR膜29上產(chǎn)生的畸變。TMR下電極28可以稱為引 出布線(LS (局部帶))，它與讀線25r和TMR膜29電連接。在平面圖中與數(shù)字線的25d的形成區(qū)的部分中的TMR下電極28 上相對(duì)應(yīng)的區(qū)中，選擇地形成TMR元件5( TMR膜29，TMR上電極31)。 TMR上電極31由30醒至100nm厚的鉭(Ta )形成，并且在制造過(guò)程 的時(shí)候也起一個(gè)硬掩模的作用。而且在TMR元件5的整個(gè)表面和TMR下電極28的上表面上形成 包括LT (低溫)-SiN的夾層絕緣膜30。形成覆蓋包括.TMR下電極 28的側(cè)表面的整個(gè)表面并且包括LT-SiN的夾層絕緣膜32。形成覆 蓋整個(gè)表面并且包括Si02的夾層絕緣膜33。
在夾層絕緣膜"的上層部分中逸擇地形成用作位線的Cu布線 34。在平面圖中其中形成TMR元件5的區(qū)的部分中，穿透夾層絕緣 膜30、夾層絕緣膜32和夾層絕緣膜33,并且形成通孔40。通過(guò)在 這個(gè)通孔40中也嵌入Cu布線34，使Cu布線34和TMR上電極31 電連接。而且在包括Cii布線34的夾層絕緣膜33上的整個(gè)表面上， 形成鈍化膜35。實(shí)施例1的MRAM假定為以上結(jié)構(gòu)，并且具有以下所示的第一和 第二特征。第一特征是除從LT-SiN形成的夾層絕緣膜30之外，它還用夾層 絕緣膜32覆蓋TMR下電極28的上表面和側(cè)表面的全部及TMR元件5 的側(cè)表面。雖然在沉積包括Si02的夾層絕緣膜33的時(shí)候，包括LT-SiN的 夾層絕緣膜30和32起抗氧化膜的作用，但是僅在夾層絕緣膜30的 情況下，當(dāng)TMR膜29的側(cè)表面變薄時(shí)，它有時(shí)難以足夠地起抗氧化 膜的作用。然而，在實(shí)施例l中，通過(guò)用兩層的夾層絕緣膜30和32 保護(hù)TMR膜29，能展示足夠的抗氧化功能。因?yàn)閷MR下電極28 的上表面和側(cè)表面覆蓋，并且形成夾層絕緣膜30和32,所以對(duì)于 TMR下電極28也能展示足夠的抗氧化功能。另外，因?yàn)樵谔幚鞹MR下電極28的時(shí)候夾層絕緣膜30覆蓋了 TMR元件5的全部側(cè)表面，所以通過(guò)確實(shí)地保護(hù)存儲(chǔ)單元MC的側(cè)表 面，特別是TMR膜29,它能防止由蝕刻沉積材料而引起外界物質(zhì)粘 附，以及漏泄電流發(fā)生。因?yàn)樵谛∮?00。C的比較低溫度下形成LT-SiN,所以在制造夾 層絕緣膜30和32的時(shí)候不會(huì)使TMR膜29的磁性降級(jí)。第二特征是在制造過(guò)程的時(shí)候通過(guò)將30nm至100nm厚的Ta用作 TMR上電極31，使得有可能用作一個(gè)硬掩模的要點(diǎn)。按照本第二特征，TMR上電極31能用作一個(gè)硬掩模，單獨(dú)地形 成一個(gè)硬掩模的步驟變得不必要，并且能致力于簡(jiǎn)化制造過(guò)程。因 為TMR上電極31的厚度由比較薄的30nm至100nm的厚度形成，所
以能致力于使在形成TMR上電極31時(shí)施加于TMR膜29的應(yīng)力得到 釋放，并且不會(huì)使TMR膜29的磁性降級(jí)。通過(guò)用相同材料(Ta)形成TMR下電極28和TMR上電極31，當(dāng) 通過(guò)將TMR上電極31用作掩模來(lái)處理TMR時(shí)，使TMR下電極28起 阻止器的作用，并且獲得能以足夠圖形形成精度而形成TMR膜29的 效果。(制造方法)圖4 (a)至圖26 (d)是表示實(shí)施例1的MRAM的制造方法的橫 截面圖。在這些圖中，"(a)"與圖1的A-A截面等效，"(b)" 與圖1的B-B截面等效以及"(c)"與圖1的C-C截面等效。圖 12 (a)至圖26 (d)中的"(d)"表示外圍電路部分的截面。在下 文，參考這些圖說(shuō)明實(shí)施例1的MRAM的制造方法。首先，如圖4 (a)至圖4 (c)所示，在半導(dǎo)體襯底100的上層 部分中選擇地形成元件隔離區(qū)2。元件隔離區(qū)2與2之間的半導(dǎo)體襯 底100的上層部分成為活性區(qū)1,其中形成晶體管等。而且如圖5 (a)至圖5 (c)所示，在半導(dǎo)體襯底100的上層部 分中通過(guò)引入第一導(dǎo)電型的雜質(zhì)，形成阱區(qū)lw。其次，如圖6 (a)至圖6 (c)所示，在阱區(qū)lw上形成柵絕緣膜 11,并且在柵絕緣膜11上選擇地形成柵電極12。在柵電極12之下 的阱區(qū)lw的前表面指定為溝道區(qū)lc。然后，如圖7 (a)至圖7 (c)所示，與柵電極12自對(duì)準(zhǔn)地注入 和擴(kuò)散第二導(dǎo)電型(與第一導(dǎo)電型相對(duì)的導(dǎo)電型)的雜質(zhì)，并且在 柵電極12的側(cè)表面中形成2層結(jié)構(gòu)的側(cè)壁13之后，與柵電極12和 側(cè)壁13自對(duì)準(zhǔn)地注入和擴(kuò)散第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)。這樣在溝道區(qū)lc 附近形成具有一個(gè)延伸區(qū)的源/漏區(qū)對(duì)14和14。結(jié)果，形成包括溝 道區(qū)lc、柵絕緣膜ll、柵電極12和源/漏區(qū)14的MOS晶體管Ql。其次，如圖8 (a)至8 (c)所示，分別在源/漏區(qū)14和14及柵 電極12的前表面上形成硅化鈷區(qū)15。然后，如圖9 (a)至圖9 (c)所示，在整個(gè)表面中形成夾層絕 緣膜16,穿透夾層絕緣膜16，并且選擇地形成接觸插件17。這個(gè)接 觸插件17與一對(duì)源/漏區(qū)14和14中的一個(gè)硅化鈷區(qū)15電連接。如圖10所示，在整個(gè)表面上層疊氮化膜41和夾層絕緣膜18(它 是一個(gè)氧化膜)，在其上穿透氮化膜41和夾層絕緣膜18,并且在其 中選擇地形成Cu布線19。結(jié)果，使Cu布線19的一部分與接觸插件 17電連接。因而，形成作為第一層金屬布線的Cu布線19。然后，如圖11 (a)至圖11 (c)所示，通過(guò)整個(gè)表面層疊氮化 膜42及夾層絕緣膜20和21 (它是一個(gè)氧化膜)，在其上穿透氮化 膜42和夾層絕緣膜20,并且在其中選擇地形成微孔52。穿透包括 微孔52的區(qū)上的夾層絕緣膜21,選擇地形成布線孔62，在此之后， 嵌入微孔52和布線孔62，并且形成Cu布線22。使Cu布線22與Cu 布線19電連接(Cu布線19與接觸插件17電連接)。因而，使用鑲 嵌技術(shù)形成作為第二層金屬布線的Cu布線22。然后，如圖12 (a)至圖12 (d)所示，形成氮化膜43及夾層絕 緣膜(它包括一個(gè)氧化膜)23和24,在整個(gè)表面上穿透氮化膜43 和夾層絕緣膜23,并且在其中選擇地形成微孔53。穿透包括微孔53 的區(qū)上的夾層絕緣膜24穿透，并且選擇地形成布線孔63。然后，嵌 入微孔53和布線孔63,并且形成Cu布線25(讀線25r,數(shù)字線25d)。 而且使讀線25r與Cu布線22電連接。因而，使用鑲嵌技術(shù)形成作 為第三層金屬布線的Cu布線25。如圖12(d)所示，而且在一個(gè)外圍區(qū)中，在半導(dǎo)體襯底100上 形成與M0S晶體管Ql等效的M0S晶體管Q2,在各第一至第三層金屬 布線中形成Cu布線19、 Cu布線22和Cu布線25。然后，如圖13 (a)至13 (d)所示，在整個(gè)表面中形成夾層絕 緣膜26a和26b,穿透存儲(chǔ)單元部分中讀線25r的區(qū)上的部分，并且 選擇地形成通孔9。而且如圖14 (a)至圖14 (d)所示，在整個(gè)表面上層疊應(yīng)該構(gòu) 成TMR下電極28、 TMR膜29和TMR上電極31的層。在這種情況下， 通過(guò)在通孔9的底部和側(cè)表面中形成TMR下電極28，使TMR下電極 28與讀線25r電連才妄。在這種情況下，通過(guò)形成30nm至100nm比較薄的厚度的上電極 31，能致力于使在TMR上電極31形成時(shí)施加于TMR膜29的應(yīng)力得 到釋放，并且不會(huì)使TMR膜29的磁性降級(jí)。如上所述，TMR下電極 28和TMR上電極31用Ta作為構(gòu)造材料，例如，它們由'減射技術(shù)形 成。然后，如圖15 (a)至圖15 (d)所示，在使用未說(shuō)明的構(gòu)圖的 抗蝕劑使TMR上電極31構(gòu)圖之后，通過(guò)使構(gòu)圖的TMR上電極31制 成一個(gè)^更掩才莫，對(duì)TMR膜29進(jìn)行蝕刻，并且完成TMR元件5。在蝕 刻情況下，包括如TMR上電極31相同Ta的TMR下電極28起蝕刻阻 止器的作用。因而，因?yàn)橥ㄟ^(guò)將TMR上電極31用作一個(gè)硬掩模而使單獨(dú)地形 成硬掩模的步驟變得不必要，所以能致力于簡(jiǎn)化制造過(guò)程。在用 一個(gè)抗蝕劑掩模進(jìn)行蝕刻的時(shí)候，通過(guò)灰化和凈化處理以使 TMR膜29的抗蝕劑除去，而不使破壞元件特性的有機(jī)物質(zhì)系的沉積 材料粘附在TMR膜29等的側(cè)壁上，也不會(huì)有磁膜的降級(jí)。其次，如圖16 (a)至圖16 (d)所示，通過(guò)小于300°C的低溫 條件在整個(gè)表面中形成包括LT-SiN的夾層絕緣膜30，并且如圖17 (a)至圖17 (d)所示，形成抗蝕劑45,其構(gòu)圖為可以僅覆蓋存儲(chǔ) 單元的形成區(qū)。而且如圖18 (a)至圖18 (d)所示，通過(guò)將構(gòu)圖的抗蝕劑45 用作一個(gè)掩膜，對(duì)TMR下電極28和夾層絕緣膜30進(jìn)行蝕刻，使TMR 下電極28構(gòu)圖，并且如圖19 (a)至圖19 (d)所示，除去抗蝕劑 45。這里，在將構(gòu)圖的抗蝕劑45用作一個(gè)掩膜而對(duì)夾層絕緣膜30 進(jìn)行蝕刻，并且除去抗蝕劑45之后，通過(guò)使夾層絕緣膜30作為一 個(gè)硬掩膜而可以使TMR下電極28構(gòu)圖。從而，能仍以高精度使TMR 下電極28構(gòu)圖。其次，如圖20 (a)至圖20 (d)所示，通過(guò)小于300。C的低溫 條件在整個(gè)表面中形成包括LT-SiN的夾層絕緣膜32。結(jié)果，用夾層
絕緣膜30和32覆蓋TMR膜29和TMR下電極28的側(cè)表面區(qū)。其次，如圖21 (a)至圖21 (d)所示，在整個(gè)表面中形成包括 Si02的夾層絕緣膜33。在這種情況下，因?yàn)門MR膜29的側(cè)表面區(qū)用 夾層絕緣膜30和32加以覆蓋，所以在形成夾層絕緣膜33的時(shí)候能 完全地展示抗氧化功能。因此，在形成夾層絕緣膜33的時(shí)候不會(huì)損 壞TMR膜29。因?yàn)門MR下電極28的上表面和側(cè)表面被覆蓋，并且形 成了夾層絕緣膜30和32,所以也對(duì)TMR下電極28展示出足夠的抗 氧化功能。因?yàn)樽鳛閵A層絕緣膜30和32的形成材料的LT-SiN是通過(guò)比較 低的低于300。C的低溫條件而形成的，所以不會(huì)使T織膜29的磁性 降級(jí)。然后，如圖22 (a)至圖22 (d)所示，通過(guò)對(duì)夾層絕緣膜33 執(zhí)行CMP處理而實(shí)行夾層絕緣膜33的整平。然后，如圖23 (a)至圖23 (d)所示，在TMR元件5的上部分 形成穿透夾層絕緣膜33的通孔39。如圖23(d)所示，在外圍區(qū)中 Cu布線25的部分的上層中形成通孔49。而且如圖24 (a)至圖24 (d)所示，對(duì)位線形成選擇地實(shí)行夾 層絕緣膜33的蝕刻除去。在這種情況下，還實(shí)行通孔39之下的來(lái) 層絕緣膜30和32的蝕刻除去，并且形成通孔40。實(shí)行通孔49之下 的夾層絕緣膜30和32的蝕刻除去，并且形成通孔50。其次，如圖25 (a)至圖25 (d)所示，通過(guò)對(duì)包括通孔40和 50的已經(jīng)實(shí)行蝕刻除去的夾層絕緣膜33的區(qū)嵌入Cu布線34，形成 位線。結(jié)果，在存儲(chǔ)電路區(qū)中，使Cu布線34通過(guò)通孔40與TMR元 件5 ( TMR上電極31 )電連接，并且使Cu布線34與外圍電路區(qū)中的 Cu布線25電連接。因而，形成作為第四層金屬布線的Cu布線34。最后，如圖26 (a:i至圖26 (d)所示，通過(guò)在整個(gè)表面中形成 鈍化膜35，完成實(shí)施例1的MRAM (包括一個(gè)外圍電路)。雖然在實(shí)施例1中表示了在第三層和第四層金屬布線中形成存 儲(chǔ)單元電路(存儲(chǔ)單元MC、位線(Cu布線34)等)的例子，但是它
可以制成為在第一層和第二層金屬布線部分的部分中形成存儲(chǔ)單元 電路。它可以由五層或更多層形成。(實(shí)施例2) (結(jié)構(gòu))圖27是表示MRAM的存儲(chǔ)單元部分的平面結(jié)構(gòu)的平面圖，它是本 發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件，以及圖28是表示圖27的A-A截面 的橫截面圖。圖29 ( a )至圖29 ( c)是表示在實(shí)施例2的MRAM的全部層中的 截面結(jié)構(gòu)的橫截面圖，圖29(a)與圖27的A-A截面等效，圖29(b) 與圖27的B-B截面等效，以及圖29 (c)與圖27的C-C截面等效。 在下文，參考圖27至圖29 (c)說(shuō)明實(shí)施例2的MRAM的結(jié)構(gòu)。因?yàn)?從半導(dǎo)體襯底100至作為第三層金屬布線的Cu布線25的結(jié)構(gòu)，和 從夾層絕緣膜33至鈍化膜35的結(jié)構(gòu)與如圖1至圖3 (c)所示的實(shí) 施例1的MRAM的那樣結(jié)構(gòu)相同，所以省略說(shuō)明。在包括Cu布線25的夾層絕緣膜24上，層疊夾層絕緣膜26a和 26b,在平面圖中與讀線25r的形成區(qū)的部分相對(duì)應(yīng)的夾層絕緣膜 26a和26b中，形成通孔9,將這個(gè)通孔9填滿，并且形成Cu插件 10。在包括Cu插件10的夾層絕緣膜26b上，選擇地形成TMR下電極 28。因此，使TMR下電極28通過(guò)Cu插件10與讀線25r電連接。TMR 下電極28包括鉭(Ta)，以便與TMR膜29取得晶格的一致性。TMR 下電極28可以稱為引出布線(LS(局部帶))，它將讀線25r和TMR 膜29電連接。在平面圖中在TMR下電極28上與數(shù)字線25d的形成區(qū)的部分相 對(duì)應(yīng)的區(qū)，選擇地形成TMR元件5 ( TMR膜29, TMR上電極31) 。 TMR 上電極31由30nm至lOOnm厚的鉭(Ta )形成，并且在制造過(guò)程時(shí) 也起硬掩模的作用。而且在TMR元件5的整個(gè)表面和TMR下電極28的上表面上，形 成由LT-SiN形成的夾層絕緣膜30。將包括TMR下電極28的側(cè)表面
的整個(gè)表面覆蓋，并且形成包括LT-SiN的夾層絕緣膜32。形成將整 個(gè)表面覆蓋并且包括Si02的夾層絕緣膜33。實(shí)施例2的MRAM假定以上結(jié)構(gòu)，具有與上述實(shí)施例l相同的第 一和第二特征，并且執(zhí)行如實(shí)施例1相同的效果。實(shí)施例2的MRAM具有以下第三特征。在通孔9中嵌入并形成Cu 插件10，并且第三特征是致力于通過(guò)這個(gè)Cu插件10而在TMR下電 才及28與讀線25r之間的電連接的要點(diǎn)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)具有第三特征而在通孔9中嵌入Cu插件10,所以執(zhí)行 這樣效果，能以足夠平度形成TMR下電極28，而不受通孔9影響， 并且能以足夠精度形成存儲(chǔ)單元MC。在下文，與實(shí)施例l的結(jié)構(gòu)比較，說(shuō)明上述效果。因?yàn)樵趯?shí)施例 1的情況下也在通孔9中形成TMR下電極28，隨著通孔9與TMR元 件5的形成位置之間的距離變近，TMR下電極28的平度在通孔9的 影響下而惡化。另一方面，應(yīng)用實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵谕?中嵌入Cu插件 10,并且在通孔9中不形成TMR下電極28,而與通孔9和TMR元件 5的距離無(wú)關(guān)，所以能以足夠的平度形成TMR下電極28。也就是， 實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)更適合微型制造。在Cu插件10右上(即讀線25r的上部)形成TMR元件5的其他 結(jié)構(gòu)認(rèn)為是與實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)接近的結(jié)構(gòu)。如在Cu插件10上形成 的具有上述其他結(jié)構(gòu)的TMR下電極28相對(duì)，應(yīng)用實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)， 在夾層絕緣膜26b上形成TMR下電極28，并且能使實(shí)施例2的結(jié)構(gòu) 以足夠的平度形成TMR下電極28。因?yàn)樵谏鲜銎渌Y(jié)構(gòu)的情況下， 與讀線25d直接位于TMR元件5之下有關(guān)，數(shù)字線25r和TMR元件5 的距離不可避免地變遠(yuǎn).所以也具有一個(gè)使寫入缺陷趨于產(chǎn)生的減 小表面。 (制造方法)圖30 ( a)至圖44 (d)是表示實(shí)施例2的MRAM的制造方法的橫 截面圖。在這些圖中，"(a)，，表示圖27的A-A截面，"(b)，，
表示圖27的B-B截面，"(c)"表示圖27的C-C截面，以及"(d)" 表示外圍電路部分的截面。在下文，參考這些圖說(shuō)明實(shí)施例2的MRAM 的制造方法。在經(jīng)過(guò)由實(shí)施例1的圖4 (a)至圖12 (d)所示的步驟之后，如 圖30所示，在整個(gè)表面中形成夾層絕緣膜26a和26b，穿透存儲(chǔ)單 元部分中讀線25r的區(qū)上的部分，并且選擇地形成通孔9。然后，如圖31 (a:!至圖31 (d)所示，使用鑲嵌技術(shù)將通孔9 填充，并且形成Cu插件10。而且如圖32 (a)至圖32 ()所示，在整個(gè)表面上層疊應(yīng)該構(gòu)成 T匿下電極28、 TMR膜29和頂R上電極31的層。在這種情況下，使 TMR下電極28通過(guò)Cu插件10與讀線25r電連接。通過(guò)形成30nm 至100nm比較薄的厚度的上電極31,能致力于使在形成TMR上電極 31時(shí)施加于TMR膜29的應(yīng)力得到釋放，并且不會(huì)使TMR膜29的磁 性降級(jí)。如上所述，TMR下電極28和TMR上電極31用Ta作為構(gòu)造 材料，例如，它們由'減射技術(shù)形成。因?yàn)槿缟纤鲈谕?中不形成TMR下電極28,所以在夾層絕 緣膜26b和Cu插件10上能以足夠平度形成TMR下電極28。然后，如圖33 (a)至圖33 (d)所示，在使TMR上電極31構(gòu)圖 之后，通過(guò)將構(gòu)圖的TMR上電極31作為一個(gè)硬掩模，對(duì)TMR膜29 進(jìn)行蝕刻，并且完成TMR元件5。在蝕刻情況下，與TMR上電極31 相同的Ta所形成的TMR下電極28起蝕刻阻止器的作用。因而，通過(guò)將TMR上電極31用作一個(gè)硬掩模，單獨(dú)地形成一個(gè) 硬掩模的步驟變得不必要，并且能致力于簡(jiǎn)化制造過(guò)程。在用抗蝕劑掩模進(jìn)行蝕刻的時(shí)候，通過(guò)灰化和凈化處理以使TMR 膜29的抗蝕劑除去，而沒(méi)有使元件特性惡化的有機(jī)物質(zhì)系的沉積材 料粘附在TMR膜29的側(cè)壁等上，則也不會(huì)有磁膜的降級(jí)。其次，如圖34 (a)至圖34 (d)所示，在整個(gè)表面中形成包括 LT-SiN的夾層絕緣膜30，并且如圖35 (a)至圖35 (d)所示，形 成抗蝕劑45,其被構(gòu)圖以僅將存儲(chǔ)單元MC的形成區(qū)覆蓋。
而且如圖36 (a)至圖36 (d)所示，通過(guò)將構(gòu)圖的抗蝕劑45 用作一個(gè)掩模，對(duì)TMR下電極28和夾層絕緣膜30進(jìn)行蝕刻，使TMR 下電極28構(gòu)圖，并且如圖37 U)至圖37 (d)所示，除去抗蝕劑 45。其次，如圖38 (a)至圖38 (d)所示，在整個(gè)表面中形成包括 LT-SiN的夾層絕緣膜32。結(jié)果，在用夾層絕緣膜30和32覆蓋TMR 膜29的側(cè)表面區(qū)的同時(shí)，用夾層絕緣膜32覆蓋TMR下電極28的側(cè) 表面區(qū)。其次，如圖39 (a:)至圖39 (d)所示，在整個(gè)表面中形成包括 Si02的夾層絕緣膜33。在這種情況下，因?yàn)橛脢A層絕緣膜30和32 覆蓋TMR膜29的側(cè)表面區(qū)，所以在形成夾層絕緣膜33時(shí)能完全地 展示抗氧化功能。因此，在形成夾層絕緣膜33時(shí)不會(huì)損壞TMR膜29。另外，因?yàn)樵谔幚鞹MR下電極28時(shí)夾層絕緣膜30覆蓋了 TMR 元件5的全部側(cè)表面，所以通過(guò)確實(shí)地保護(hù)存儲(chǔ)單元MC的側(cè)表面， 特別是TMR膜29，能防止由于蝕刻沉積材料而帶來(lái)的外界物質(zhì)粘附， 以及漏泄電流發(fā)生。然后，如圖4G (a)至40 (d)所示，通過(guò)對(duì)夾層絕緣膜33執(zhí)行 CMP處理，實(shí)行夾層絕緣膜33的整平。然后，如圖41所示，在TMR元件5的上部形成穿透夾層絕緣膜 33的通孔39。如圖41(d,)所示，在外圍區(qū)中Cu布線25的部分的 上層中形成通孔49。而且如圖42 (a)至圖42 (d)所示，對(duì)位線形成選擇地實(shí)行夾 層絕緣膜33的蝕刻除去。在這種情況下，實(shí)行將通孔39之下的夾 層絕緣膜30和32也蝕刻除去，形成通孔40，實(shí)行將通孔49之下的 夾層絕緣膜30和32蝕刻除去，并且形成通孔50。其次，如圖43所示，通過(guò)在對(duì)包括通孔40和50的夾層絕緣膜 33執(zhí)行了蝕刻除去的區(qū)嵌入Cu布線34，形成位線。結(jié)果，在存儲(chǔ) 電路區(qū)中，使Cu布線34通過(guò)通孔40與TMR元件5 ( TMR上電極31 ) 電連接，并且使Cu布線34與外圍電路區(qū)中的Cu布線25電連接。 因而，形成作為第四層金屬布線的Cu布線34。最后，如圖44 (a)至圖44 U)所示，通過(guò)在整個(gè)表面中形成 鈍化膜35，完成實(shí)施例2的MRAM (包括外圍電路)。(實(shí)施例3)(前提技術(shù))圖45是表示MRAM結(jié)構(gòu)的輪廓的說(shuō)明圖。如該圖所示，以矩陣形 式安排多個(gè)存儲(chǔ)器件1()2。沿列方向(圖中傾斜水平方向)形成兩個(gè) 或多個(gè)上Cu布線134，它將以列單元的存儲(chǔ)器件102電連接，沿行 方向(圖中傾斜縱向方向)形成兩個(gè)或多個(gè)下Cu布線125,并且它 將每行的TMR元件105電連接。圖46是表示存儲(chǔ)器件102與上Cu布線134和下Cu布線125(讀 線125r，數(shù)字線125d)的連接關(guān)系的細(xì)節(jié)的橫截面圖。如該圖所示， 穿透半導(dǎo)體襯底100(它沒(méi)有說(shuō)明但在圖3等中所見(jiàn))之上形成的氧 化膜124的內(nèi)部，并且選擇地形成下Cu布線125。在包括下Cu布線 125的氧化膜124上，層疊氮化硅膜126a和氧化膜126b。在平面圖 中與讀線125r的形成區(qū)的部分相對(duì)應(yīng)的夾層絕鄉(xiāng)彖膜126a和126b中， 形成通孔109 (局部通孔)。通過(guò)在夾層絕緣膜126b及通孔109的 底部和側(cè)表面上選擇地形成用作引出布線(LS (局部帶))的TMR 下電極158，使TMR下電極158與讀線125r電連接。在平面圖中TMR下電極158上與數(shù)字線125d的形成區(qū)的部分相 對(duì)應(yīng)的區(qū)中選擇地形成TMR元件105 ( TMR膜129, TMR上電極131 )。 存儲(chǔ)器件102包括TMR元件105和TMR下電極158。 TMR膜129具有 從上部開(kāi)始的鐵磁層129a、非磁層126b和鐵磁層129c的層疊結(jié)構(gòu)。而且形成氧化膜133，它將包括TMR元件105的整個(gè)表面覆蓋， 并且包4舌Si02。在氧化膜133的上層部分中選擇地形成用作位線的上Cu布線 134。穿透氧化膜133,并且在平面圖中其中形成TMR元件105的區(qū)， 形成通孔14G。通過(guò)將上Cu布線134也嵌入這個(gè)通孔140，使上Cu 布線134和TMR上電極131電連接。
如上所述，圖46表示了通過(guò)在通孑L 109中形成TMR下電極158 而使下Cu布線125 (讀線125r)和TMR元件105 ( TMR膜129)電連 接的一般結(jié)構(gòu)(在下文將它寫作"通孔LS連接結(jié)構(gòu)")。為了獲得圖46所示的結(jié)構(gòu)，要通過(guò)一般包括以下(1)至(9) 的制造過(guò)程。(1 )在包括下Cu布線125的氧化膜124上沉積氮化硅膜126a 和氧化膜126b。(2 )選擇地形成穿透氮化硅膜126a和氧化膜126b的通孔109。 (3)在包括通孔109的氧化膜126b上沉積用作TMR下電極158的金屬薄膜。(4 )在氧化膜126b上的TMR下電極158上沉積TMR元件105的形成層。(5) 使TMR元件105構(gòu)圖。(6) 使以上(3)形成的金屬薄膜構(gòu)圖，并且形成TMR下電極158。(7 )在整個(gè)表面上沉積氧化膜l33。(8 )選擇地形成穿透氧化膜133的通孔140和上Cu布線134 的形成區(qū)。(9 )在嵌入和沉積上Cu布線134之后，實(shí)行CMP處理。 假定上述步驟(6 )稱為L(zhǎng)S步驟，并且在這個(gè)LS步驟有以下所 示的問(wèn)題。圖47至圖49是表示用于獲得通孔LS連接結(jié)構(gòu)(參考圖46)的 LS步驟的橫截面圖。在下文，參考這些圖說(shuō)明LS步驟。如圖47所示，在半導(dǎo)體襯底之上形成的氧化膜124形成之后， 選擇地形成穿透氧化膜124的下Cu布線125 (讀線125r，數(shù)字線 125d)。在整個(gè)表面中形成氮化硅膜126a和氧化膜126b之后，形 成穿透氮化硅膜126a和氧化膜126b，并且將讀線125r的一部分用 作底部的通孔109。在通孔109的底部和側(cè)表面及氧化膜126b上形 成TMR下電極158之后，得到TMR元件105 (TMR膜129, TMR上電
才及131)。在整個(gè)表面中形成抗蝕劑155之后，通過(guò)形成開(kāi)口 156 以將每個(gè)元件的TMR下電極158分開(kāi)，使抗蝕劑155構(gòu)圖。而且如閨48所示，通過(guò)將抗蝕劑155用作掩模而對(duì)TMR下電極 158進(jìn)行蝕刻，使TMR下電極158構(gòu)圖。然后，灰化處理除去抗蝕劑 155。如圖48所示，在這情況下，存在擔(dān)心源，即在TMR膜129的側(cè) 壁由于反應(yīng)而形成包括聚合物、磁膜等的側(cè)壁反應(yīng)部分159。如圖 49所示，在通孔109的通孔底端部分區(qū)171，存在擔(dān)心源，即在TMR 下電極158之下的下Cu布線125 (讀線125r )的一部分被腐蝕，并 且從TMR下電極158的超薄膜形成部分的部分或無(wú)膜形成部分168 產(chǎn)生Cu腐蝕部分160。這樣的擔(dān)心源是由于用于覆蓋特性的TMR下電極15 8沒(méi)有改進(jìn)通 孔109中的嵌入形成的能力，原因要點(diǎn)是在通孔109中嵌入和形成 TMR下電極158的部分，以及要點(diǎn)是TMR下電極158的厚度具有限制。 TMR下電極158的厚度發(fā)生限制是因?yàn)橛米鱐MR元件105的基礎(chǔ)層的 TMR下電極158的厚度限制為100nm或更小，這是因?yàn)殛P(guān)于在TMR 下電極158上形成的TMR元件105，特性受到作為基礎(chǔ)層的TMR下電 極158的粗糙度的影響。因此，因?yàn)樵谕椎锥瞬糠謪^(qū)171的TMR下電極158中將會(huì)發(fā)生 超薄膜形成部分或無(wú)膜形成部分168的可能性高，所以在對(duì)抗蝕劑 155進(jìn)行灰化的時(shí)候，從超薄膜形成部分或無(wú)膜形成部分168至下 Cu布線125的Cu腐蝕的擔(dān)心源不能忽視。結(jié)果，由于上述擔(dān)心源的現(xiàn)實(shí)，不能完全地實(shí)現(xiàn)TMR下電極158 與讀線125r之間的電連接，而存在導(dǎo)致布線失敗的問(wèn)題。實(shí)施例3 致力于解決這個(gè)問(wèn)題。 (實(shí)施例3的結(jié)構(gòu))圖50是表示MRAM的存儲(chǔ)單元部分的結(jié)構(gòu)的橫截面圖，它是本發(fā) 明的實(shí)施例3的一個(gè)半導(dǎo)體器件。在圖50中，表示了其中在兩個(gè)TMR 形成區(qū)103、 104 (第一和第二 TMR形成區(qū))中分別形成相同結(jié)構(gòu)的TMR元件105 (第一和第二TMR元件)的結(jié)構(gòu)。如該圖所示，穿透作為第一夾層絕緣膜的氧化膜124，并且在每 個(gè)TMR形成區(qū)103、 104中選擇地形成讀線125r和數(shù)字線125d,它 們形成下Cu布線125 (下層布線)。雖然通過(guò)層疊結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體襯 底100之上形成實(shí)施例3的MRAM以及實(shí)施例1的MRAM, ^旦是為了說(shuō) 明該圖僅表示和說(shuō)明從氧化膜124開(kāi)始的上部結(jié)構(gòu)。氧化膜124與 實(shí)施例1的夾層絕緣膜24 (例如參考圖3)等效。而且在包括下Cu布線125的氧化膜124上層疊包括Si02的氮化 硅膜126a (第一部分夾層絕緣膜)和氧化膜126b (第二部分夾層絕 緣膜)，并且氮化硅膜126a和氧化膜126b形成第二夾層絕緣膜。在每個(gè)TMR形成區(qū)103、 104中，在平面圖中與讀線125r的形成 區(qū)的部分相對(duì)應(yīng)的夾層絕緣膜126a和126b中，形成通孔109 (局部 通孔)。在每個(gè)TMR形成區(qū)103、 104中，通過(guò)在夾層絕緣膜126b 及通孔109的底部和側(cè)表面上選擇地形成用作LS的TMR下電極128, 使TMR下電才及128與讀線125r電連接。通過(guò)在TMR形成區(qū)103、 104邊界及其鄰近區(qū)中形成的開(kāi)口 147 (距離dl )，使TMR形成區(qū)103的TMR下電極128 (第一下電極) 和TMR形成區(qū)104的TMR下電極128 (第二下電極)相互分開(kāi)。在平面圖中在TMR形成區(qū)103、 104的各TMR下電極128上與數(shù) 字線125d的形成區(qū)的部分相對(duì)應(yīng)的區(qū)中，選擇地形成TMR元件105 (TMR膜129， TMR上電極131)。 TMR膜129例如包括從上部開(kāi)始的 鐵磁層129a、非磁層129b和鐵磁層129c的層疊結(jié)構(gòu)。而且將TMR下電極128的上表面及TMR元件105的側(cè)表面和上表 面覆蓋，并且形成絕緣膜130。作為絕緣膜130，可以考慮氮化膜 (SiN)、氧化膜(Si02, GeO， A 1203 )等。使用在小于300。C的低溫下形成的絕緣材料，形成絕緣膜130。 例如，在低溫下形成的氮化膜(LT (低溫)-SiN)等可以認(rèn)為是絕 緣膜130。而且將包括絕緣膜130的整個(gè)表面覆蓋，并且形成包括Si02且作為第三夾層絕緣膜的氧化膜133。在這種情況下，氧化膜133由和 氧化膜126b具有相同化學(xué)物類的材料形成。通過(guò)和氧化膜126b相 同內(nèi)容的制造過(guò)程，完全地制造氧化膜133。通過(guò)在開(kāi)口 147中也形成氧化膜133,徹底地實(shí)行TMR形成區(qū)103 的TMR下電極128和TMR形成區(qū)104的TMR下電極128的絕緣分開(kāi)。在氧化膜133的上層部分中選擇地形成用作位線的上Cu布線 134。在平面圖中在每個(gè)TMR形成區(qū)103、 104中，在其中形成TMR 元件105的區(qū)，穿透氧化膜133和絕緣膜130,并且形成通孔140。 通過(guò)在這個(gè)通孔140中也嵌入上Cu布線134,使上Cu布線134和 TMR上電極131電連接，如上所述，布支定通過(guò)在通孔109中形成TMR下電才及128而^f吏下 Cu布線125 (讀線125r)和TMR元件105 ( TMR膜129)電連接的通 孔LS連接結(jié)構(gòu)。 (效果)圖51是表示實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件的效果的橫截面圖。如該圖 所示，即使在通孔底端部分區(qū)107中的TMR下電極128的部分中發(fā) 生超薄膜形成部分或無(wú)膜形成部分148,因?yàn)樵谕?09中的TMR 下電極128上形成了絕緣膜130,所以在LS步驟之后對(duì)在LS步驟中 用于使TMR下電極128構(gòu)圖的抗蝕劑執(zhí)行灰化處理時(shí)，能確實(shí)地避 免在灰化處理時(shí)Cu腐蝕從超薄膜形成部分或無(wú)膜形成部分148進(jìn)展 到下Cu布線125 (讀線125r)。因此，不會(huì)出現(xiàn)如圖49所示的Cu腐蝕部分160，并且在TMR下 電極128與讀線125r之間擔(dān)保良好的電連接關(guān)系，而且執(zhí)行期望的提高產(chǎn)量的效果。上述效果也能用實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)(例如參考圖2)來(lái)示范，其中在TMR下電極28上形成夾層絕緣膜30。因?yàn)樵陂_(kāi)口 147的鄰近區(qū)中的TMR下電極128和絕緣膜130的側(cè) 表面幾乎匹配，所以執(zhí)行通過(guò)不擴(kuò)展且不損壞完整度而重新形成絕 緣膜130,在每個(gè)TMR形成區(qū)103、 104中形成的TMR下電極128之 間的距離dl的微型制造效果。也就是，因?yàn)門MR下電極128的側(cè)表面與絕緣膜130的側(cè)表面匹 配，即使同時(shí)對(duì)絕緣膜130和TMR下電極128構(gòu)圖也不會(huì)對(duì)TMR下 電極128的工作形狀有不良影響，這在后文可能提及。另外，因?yàn)閷⒃谛∮?00°C的低溫下形成的低溫絕緣膜用作絕緣 膜130，所以通過(guò)在小于300°C的低溫下形成絕緣膜130，能確實(shí)地 防止在形成絕緣膜130時(shí)TMR元件105的性能降級(jí)。也就是，在形 成絕緣膜130時(shí)對(duì)TMR元件105的特性無(wú)不良影響。結(jié)果，與其中 產(chǎn)生大于300°C的絕緣膜形成的情況比較，關(guān)于TMR膜129預(yù)期磁 性多層膜的自旋取向改進(jìn)、磁性多層膜之間的轉(zhuǎn)換連接改進(jìn)和熱應(yīng) 力的減小。在TMR下電極28上形成由LT-SiN形成的夾層絕緣膜30的實(shí)施 例1的結(jié)構(gòu)中(例如參考圖2),也能示范上述效果。圖52和圖53是表示在由低溫形成絕緣材料形成絕緣膜130時(shí)的 效果的曲線圖。圖52表示TMR元件105的抗磁力He的退火溫度從 屬性，以及圖53表示TMR元件105的各向異性磁場(chǎng)Hk的退火溫度 從屬性。這些溫度區(qū)也包括絕緣膜130的形成溫度的等效。在圖52 和圖53中，LI表示其中鐵磁層129a的厚度為3nm的情況，以及L2 表示其中鐵磁層129a的厚度為5nm的情況。如圖52所示，在其中絕緣膜130的形成超過(guò)300°C的區(qū)中，抗 磁力Hc對(duì)于TMR元件105的溫度變化的傾斜變陡，并且變得非常難 以足夠精度建立抗磁力Hc。如圖53所示，在其中絕緣膜130的形成 超過(guò)300。C的區(qū)中，各向異性磁場(chǎng)Hk對(duì)于TMR元件105的溫度變化 的傾斜變得較高，并且變得難以足夠精度建立各向異性磁場(chǎng)Hk。因而，當(dāng)在TMR元件105的形成之后執(zhí)行超過(guò)300。C的處理時(shí)， 變得難以足夠精度控制TMR元件105的磁性，并且作為結(jié)果，磁性 將會(huì)降級(jí)的可能性是高的。然而，在實(shí)施例3的MRAM中，通過(guò)使用低溫形成絕緣材料在小 于300。C的低溫下形成絕緣膜130,能有效地抑制TMR元件105的磁
性降級(jí)。如圖54所示，因?yàn)樵谄渲胁恍纬蒚MR元件105的氧化膜126b 上的TMR外圍區(qū)108中，也在全部TMR下電極128上部上形成絕緣 膜130,所以在LS步驟時(shí)預(yù)期有j TMR下電極128前表面中的抗氧化 效果，和TMR下電極128的電特性的改進(jìn)(電阻減小)效果。在不用其形成TMR元件5的夾層絕緣膜26b上的TMR下電極28 上，形成夾層絕緣膜30的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)中(例如參考圖2)，也 能示范上述效果。另外，如圖55所示，通過(guò)以化學(xué)物類相同的材料(Si02)形成 氧化膜126b和氧化膜133,在帶之間的絕緣區(qū)136中，形成使相同 材料的氧化膜126b和氣化膜133接觸的界面137。例如，預(yù)期當(dāng)存在氮化膜和氧化膜的界面時(shí)，將傳遞界面中的缺 陷，并且在TMR形成區(qū)103、 104中，漏泄電流流過(guò)相互鄰接的TMR 下電極128、 128之間。這個(gè)漏泄電流關(guān)于設(shè)備進(jìn)步的微型制造引起 顯著問(wèn)題。然而，通過(guò)用相同材料形成氧化膜126b和氧化膜133的化學(xué)物 類，能確實(shí)地減小實(shí)施例3中界面137的缺陷，所以能有效地減小 上述漏泄電流，并且能預(yù)期產(chǎn)量的提高。另外，執(zhí)行設(shè)備的微型制 造成為可能的效果。雖然在這些實(shí)施例兩者中作為例子提及了氧化膜126b和氧化膜 133為Si02的情況，當(dāng)然其他方式例如相同材料的低k膜也是足夠 的。因?yàn)樵趯?shí)施例3中通過(guò)相同內(nèi)容的制造過(guò)程分別形成氧化膜 126b和氧化膜133,所以能進(jìn)一步示范上述漏泄電流抑制效果，并 且能預(yù)期產(chǎn)量和微型制造設(shè)備效果的進(jìn)一步提高。 (其他方式)通過(guò)僅用低溫下形成的低k膜來(lái)形成氧化膜133,用其使TMR形 成區(qū)103、 104中TMR下電極128、 128之間絕緣，則減小TMR下電 極128、 128之間產(chǎn)生的布線之間的容量，并且使高速操作成為可能。
圖56是表示實(shí)施例3的其他方式的橫截面圖。如該圖所示，當(dāng) TMR下電極128的端部氧化時(shí)，在帶狀絕緣端部區(qū)138中，它是端部 氧化區(qū)132。因而，在實(shí)施例3的其他方式下，由于存在端部氧化區(qū)132,在 帶狀絕緣端部區(qū)138中的TMR下電極128的端部側(cè)表面將位于絕緣 膜130內(nèi)部。結(jié)果，執(zhí)行這樣效果，其能增加TMR形成區(qū)103、 104 中的TMR下電極128、 128之間(第一與第二下電極之間)的絕緣， 而不破壞設(shè)備的完整度< 因?yàn)槎瞬垦趸瘏^(qū)132對(duì)于TMR下電極128 足夠小，所以TMR下電極128的導(dǎo)電性不會(huì)由于端部氧化區(qū)132而 退化。當(dāng)形成端部氧化區(qū)132時(shí)，希望由具有高熔點(diǎn)金屬的材料，例如 鈦(Ti )和Ta來(lái)形成TMR下電極128，并且氧化物具有絕緣性。例 如，在灰化處理時(shí)由Ta形成TMR下電極128，能從TMR下電極128 的端部形成氧化鉭(Ta205 )，作為端部氧化區(qū)132。因而，通過(guò)形成上述特性的Ti、 Ta等的TMR下電極128,除通 過(guò)上述端部氧化區(qū)132達(dá)到TMR下電極128、 128之間的絕纟彖效果外， 還執(zhí)行在制造過(guò)程中TMR下電極128形成材料的防擴(kuò)散效果。 (制造方法)57至圖63 (b)是表示實(shí)施例3的MRAM的制造方法的一部分的 橫截面圖。圖62和圖63中的"(a)，，表示存儲(chǔ)電路區(qū)的截面，以 及這些圖的"(b)，，表示外圍電路區(qū)的截面。在下文，參考這些圖 說(shuō)明實(shí)施例3的MRAM的制造方法。首先，通過(guò)如實(shí)施例l相同方法獲得圖57所示的結(jié)構(gòu)。也就是， 得到下Cu布線125 (讀線125r，數(shù)字線125d),它穿透沒(méi)有說(shuō)明的 半導(dǎo)體襯底之上形成的氣化膜124,并且選擇地形成。然后，在整個(gè) 表面逐個(gè)地形成氮化硅膜126a和包括Si02的氧化膜126b,穿透存 儲(chǔ)電路區(qū)中讀線125r的區(qū)上的部分，并且選擇地形成通孔109。而且在整個(gè)表面上層疊應(yīng)該構(gòu)成TMR下電極128、 TMR膜129和 TMR上電極131的層。在這種情況下，通過(guò)在通孔108的底部和側(cè)表
面形成TMR下電極128,使TMR下電極128與讀線125r電連接。然 后，使TMR上電極131和TMR膜129構(gòu)圖，并且完成TMR元件105。 而且如圖58所示，在整個(gè)表面中通過(guò)小于300。C的低溫條件形 成包括LT-SiN的絕緣膜130之后，形成在TMR形成區(qū)103、 104邊 界相鄰區(qū)中具有開(kāi)口 146的構(gòu)圖的抗蝕劑145。在這種情況下，絕緣 膜130的厚度形成為與約為60nm的氮化硅膜126a的厚度是可比較 的厚度。因而，在實(shí)施例3的MRAM的制造方法中，因?yàn)樵谛∮?00。C的 低溫下形成絕緣膜130，所以在絕緣膜130形成時(shí)對(duì)TMR元件105 的特性(參考圖52和圖53)無(wú)不良影響。通過(guò)小于300。C的低溫條件在整個(gè)表面中形成包括LT-SiN的夾 層絕緣膜30中的實(shí)施例1的制造方法中(例如參考圖16 (a)至圖 16 (d)),也能示范上述效果。而且如圖59所示，通過(guò)將構(gòu)圖的抗蝕劑145用作掩膜而對(duì)絕緣 膜130和TMR下電極128執(zhí)行反應(yīng)離子蝕刻(反應(yīng)離子蝕刻RIE), 使絕緣膜130和TMR下電極128連續(xù)地構(gòu)圖。因而，因?yàn)橥ㄟ^(guò)抗蝕 劑145對(duì)絕緣膜130和TMR下電極128連續(xù)地進(jìn)行蝕刻，在緊接著 蝕刻之后，開(kāi)口 147中絕緣膜130和TMR下電極128的側(cè)表面幾乎 匹配。結(jié)果，將相互獨(dú)立地形成TMR形成區(qū)103 (第一TMR形成區(qū))中 的TMR下電極128、 TMR元件105和絕緣膜130 (第一下電極、第一 TMR原件、第一絕緣膜)，及TMR形成區(qū)104 (第二TMR形成區(qū))中 的TMR下電極128、 TMR元件105和絕緣膜130 (第二下電極、第二 TMR元件、第二絕緣膜)。而且以上第一和第二絕緣膜具有相互分開(kāi)距離dl (預(yù)定間隔) 并且面對(duì)的側(cè)表面。以上第一和第二下電極具有相互分開(kāi)距離dl并 且面對(duì)的側(cè)表面。也就是，關(guān)于以上第一絕緣膜和以上第一下電極 (TMR形成區(qū)103中的TMR下電極128和絕緣膜130 ),沿從TMR形 成區(qū)103至TMR形成區(qū)104的一致方向(第一方向)，側(cè)表面形成
位置相對(duì)應(yīng)。關(guān)于以上第二絕緣膜和以上第二下電極(TMR形成區(qū) 104中的TMR下電極128和絕緣膜130)，沿從TMR形成區(qū)104至TMR 形成區(qū)103的一致方向(第二方向)，側(cè)表面形成位置相對(duì)應(yīng)。在 本實(shí)施例中，當(dāng)使用相同掩模圖形連續(xù)地蝕刻時(shí)形成的側(cè)表面意味 側(cè)表面匹配。也就是，第一上述絕緣膜和第一上述下電極的側(cè)表面 沿第一方向的距離(當(dāng)在TMR形成區(qū)103中的TMR下電極128和絕 緣膜130的側(cè)表面上發(fā)生水平差時(shí)，沿從TMR形成區(qū)103至TMR形 成區(qū)104的相同方向(第一方向)的側(cè)表面之間的距離)，例如比 TMR元件129的開(kāi)口 147側(cè)的側(cè)表面和使用不同掩模圖形形成的TMR 下電極128的側(cè)表面之間的距離要小。然后，如圖60所示，灰化處理除去抗蝕劑145。結(jié)果，分別在 TMR形成區(qū)103、 104中，能獲得其TMR下電極128和絕緣膜130的 側(cè)表面沿相同方向幾乎匹配的結(jié)構(gòu)。如圖61所示，另一方面當(dāng)用具有高熔點(diǎn)的金屬材料例如Ti和 Ta形成TMR下電極128,并且氧化物具有絕緣時(shí)，在灰化處理階段， TMR下電極128從開(kāi)口 147中的暴露側(cè)表面氧化，并且形成端部氧化 區(qū)132。也就是，通過(guò)灰化處理從以上第一和第二下電極的側(cè)表面部分氧 化，分別在TMR形成區(qū)103和104中形成端部氧化區(qū)132 (第一和第 二端部氧化區(qū))。形成了端部氧化區(qū)132,第一和第二下電極的以上 側(cè)表面沿第 一和第二方向變得被壓下并且形成到以上第 一和第二絕 緣膜的側(cè)表面。因而，因?yàn)樵诔タ刮g劑145時(shí)通過(guò)灰化處理使以上第一和第二 下電極的側(cè)表面的部分氧化，形成以上第一和第二端部氧化區(qū)，所 以能進(jìn) 一 步增加第 一 和第二上述下電極之間的絕緣。在灰化處理之后通過(guò)執(zhí)行濕篩選，可確實(shí)地除去抗蝕劑145。在 這種情況下，因?yàn)樵赥MR下電極128上形成絕緣膜130，所以在濕清 洗(凈化)時(shí)在TMR下電極128中不會(huì)發(fā)生故障。因而，因?yàn)殛P(guān)于抗蝕劑145的除去處理執(zhí)行灰化處理和濕凈化處
理，所以可以以足夠精度除去抗蝕劑145。在這種情況下，因?yàn)樵?TMR下電極128上形成絕緣膜130,所以在進(jìn)行灰化處理和濕清洗的 執(zhí)行時(shí)間對(duì)TMR下電極128和通孔109底部的讀線125r沒(méi)有不良影響。如上所述，因?yàn)閷?shí)施例3的半導(dǎo)體器件的制造方法將抗蝕劑145 用作掩模，連續(xù)地蝕刻TMR下電極128和絕緣膜130,并且使TMR 下電極128和絕緣膜130構(gòu)圖，結(jié)果在TMR下電極128的處理之后 通過(guò)絕緣膜130來(lái)保護(hù)通孔109的TMR下電極128，在抗蝕劑145 的除去處理(灰化處理，濕凈化處理)階段，能避免對(duì)通孔109之 下的讀線125r的損壞，并且能致力于提高所完成的半導(dǎo)體器件的產(chǎn) 量。上述效果在實(shí)施例1的制造方法(例如參考圖18 (a)至圖18 (d)和圖19 (a)至圖19 (d))中也能得到示范，其中在將抗蝕 劑45用作掩模對(duì)TMR下電極28和夾層絕緣膜30同時(shí)蝕刻之后，在 除去抗蝕劑45時(shí)在TMR下電極28上形成夾層絕緣膜30。其次，如圖62(a)所示，在整個(gè)表面中形成包括Si02的氧化膜 133之后，在存儲(chǔ)電路區(qū)中TMR元件105的上部形成穿透氧化膜133 的通孔139 (TMR的部分通孔)。如圖62 (b)所示，形成通孔149 (周圍的部分通孔)，它穿透外圍區(qū)中下Cu布線125的部分的上層 中的氧化膜133和氧化膜126b。在這種情況下，絕緣膜130起通孔 139形成的阻擋器的作用，并且氮化硅膜126a起通孔149形成的阻 擋器的作用。因而，因?yàn)橛没瘜W(xué)物類不同于絕緣膜130和氮化硅膜126a的材 料形成氧化膜133，絕緣膜130和氮化硅膜126a是氮化硅膜，而133 是用化學(xué)物類與氧化膜126b相同的材料(Si02)形成的，通過(guò)將化 學(xué)物類不同于氧化膜133和氧化膜126b的材料(不同材料)的絕緣 膜130和氮化硅膜126a操作為阻擋器，即使同時(shí)形成通孔139和通 孔149,也能以足夠精度分別形成通孔139和149。如圖63 (a)所示，在TMR元件105的上部，形成通孔140 (TMR
的通孔)，它在存儲(chǔ)電路區(qū)中從通孔139也穿透絕鄉(xiāng)彖膜130。如圖 63(b)所示，在外圍區(qū)中，與通孔140同時(shí)地形成通孔150 (周圍 的通孔)，它從通孔149也穿透氮化硅膜126a。在這種情況下，形成相同程度的作為氮化硅膜的絕緣膜130的厚 度和化學(xué)物類為相同材料的氮化硅膜126a的厚度，即使同時(shí)地形成 通孔140和150，也能分別以足夠精度形成通孔140和150。結(jié)果，因?yàn)槟芡瑫r(shí)形成通孔140和150，所以伴隨簡(jiǎn)化制造過(guò)程， 能致力于減小制造成本。而且通過(guò)在通孔140和150中嵌入上Cu布線134而形成位線。 結(jié)果，在存儲(chǔ)電路區(qū)中，使上Cu布線134通過(guò)通孔140與TMR元件 105( TMR上電極131 )電連接，并且在外圍電路區(qū)中使上Cu布線134 與下Cu布線125電連接。因而，完成實(shí)施例3的MMM (包括外圍電 路)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括存儲(chǔ)單元，在半導(dǎo)體襯底上方形成，并且包括TMR膜及上電極和下電極的層疊結(jié)構(gòu)，所述上電極在所述下電極上方的部分中形成；抗氧化膜，關(guān)于所述存儲(chǔ)單元至少覆蓋所述下電極的上表面和所述TMR膜的側(cè)表面而形成；和氧化膜，在所述抗氧化膜上方形成。
2. 按照權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中 所述抗氧化膜還覆蓋所述下電極的側(cè)表面。
3. 按照權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中 所述抗氧化膜包括多個(gè)抗氧化膜。
4. 按照權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括讀線，在平面圖中與所述TMR膜分開(kāi)預(yù)定距離，并且在所述下電 才及下方形成；和金屬插件，在所述讀線上方形成，并且將所述讀線和所述下電極電連接。
5. 按照權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述上電極包括使用與所述下電極相同的材料形成的硬掩膜層， 所述上電極具有導(dǎo)電性，并且其厚度為30nm至100nm。
6. —種半導(dǎo)體器件，包括存儲(chǔ)單元，在半導(dǎo)體襯底上方形成，并且包括TMR膜及上電極和 下電極的層疊結(jié)構(gòu)，所述上電極在所述下電極上方的部分中形成；讀線，在平面圖中與所述TMR膜分開(kāi)預(yù)定距離，并且在所述下電 才及下方形成；和金屬插件，在所述讀線上方形成，并且將所述讀線和所述下電極電連接。
7. 按照權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件，其中所述上電極包括使用與所述下電極相同的材料形成的硬掩膜層， 所述上電才及具有導(dǎo)電性，并且其厚度為30nm至100nm。
8. —種半導(dǎo)體器件，包括存儲(chǔ)單元，在半導(dǎo)體襯底上方形成，并且包括TMR膜及上電極和 下電極的層疊結(jié)構(gòu)，所述上電極在所述下電極上方的部分中形成；其中所述上電極是使用與所述下電極相同的材料形成的硬掩膜 層，所述上電極具有導(dǎo)電性，并且其厚度為30nm至100nm。
9. 一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟(a) 在半導(dǎo)體襯底上方形成TMR膜層及上電極層和下電極層的 層疊結(jié)構(gòu)，所述上電極層在所述下電極層上方形成；(b) 使所述上電極層和所述TMR膜層構(gòu)圖；(c) 形成覆蓋所述下電極層、所述上電極和所述TMR膜的第一 抗氧化膜；(d )在所述第一抗氧化膜覆蓋所述上電極和所迷TMR膜之后， 使所述第一抗氧化膜和所述下電極層構(gòu)圖；和(e) 在整個(gè)表面中形成氧化膜。
10. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括步驟(f) 在所述步驟(d)之后和所述步驟(e)之前執(zhí)行，并且形成覆蓋所述第一抗氧化膜和所述下電極的第二抗氧化膜；其中所述步驟(e)包括在所包括的全部所述第二抗氧化膜上方形成氧化膜的步驟。
11. 按照權(quán)利要求9的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中 所述步驟(a )包括步驟(a-l)在所述半導(dǎo)體襯底上方形成讀線；(a-2)在所述讀線上方形成夾層絕緣膜；(a-3)形成穿透所述讀線上方的所述夾層絕緣膜的通孔；(a-4)形成嵌入所述通孔的金屬插件；和U-5 )在包括所述通孔的所述夾層絕緣膜上方形成所述層疊結(jié)構(gòu)；其中通過(guò)所述金屬插件將所述層疊結(jié)構(gòu)中的所述下電極與所述讀線電連接；和在所述步驟(b)，將構(gòu)圖之后的所述TMR膜形成為在平面圖中 與所述讀線分開(kāi)預(yù)定距離。
12. 按照權(quán)利要求9的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述上電極包括使用與所述下電極相同的材料形成，并且其厚度 為30nm至lOOnm的電才及；和 所述步驟(b)包括步驟 (b-1)使所述上電極層構(gòu)圖；和(b-2)將所述上電極用作硬掩模層，使所述TMR膜層構(gòu)圖。
13. 按照權(quán)利要求9的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中 所述抗氧化膜包括在低于或等于300。C下形成的氮化硅膜。
14. 一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟(a) 在半導(dǎo)體襯底上方形成讀線；(b) 在所述讀線上方形成夾層絕緣膜；(c) 形成穿透所述讀線上方的所述夾層絕緣膜的通孔；(d) 形成嵌入所述通孔的金屬插件；和(e) 在包括所述通孔的所述夾層絕緣膜上方，形成下電極、TMR 膜和上電極的層疊結(jié)構(gòu)；其中所述下電極通過(guò)所述金屬插件與所述讀線電連接，而且還包括步驟(f) 使所述上電極層和所述TMR膜層構(gòu)圖； 其中使構(gòu)圖之后的所述TMR膜形成為在平面圖中與所述讀線分開(kāi)預(yù) 定距離。
15. 按照權(quán)利要求14的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中 所述上電極包括使用與所述下電極相同的材料形成的其厚度為30nm至100nm的電極；和所述步驟(f )包4舌步驟 (f-l)使所述上電極層構(gòu)圖；和(f-2)將所述上電極用作硬掩模層，使所述TMR膜層構(gòu)圖。
16. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟(a) 在半導(dǎo)體襯底上方形成下電極層、TMR膜層和上電極層的 層疊結(jié)構(gòu)；(b) 使所述上電極層構(gòu)圖；和(c) 將所述上電極用作硬掩模層，使所述TMR膜層構(gòu)圖。
17. —種半導(dǎo)體器件，包括 第一夾層絕緣膜，在半導(dǎo)體村底之上形成；下層布線，穿透所述第一夾層絕緣膜，并且選擇地形成；和 第二夾層絕緣膜，在包括所述下層布線的所述第一夾層絕緣膜上 方形成；其中所述第二夾層絕緣膜具有通孔，在那里所述下層布線的至少 一部分構(gòu)成底部；而且還包括下電極，在所述通孔的底部和側(cè)表面 及所述第二夾層絕緣膜上方形成；其中所述下電極通過(guò)所述通孔與 所述下層布線電連接；而且還包括TMR元件，在所述下電極上方的 一部分的上方選擇地形成，并且包括TMR膜和上電極的層疊結(jié)構(gòu)； 和絕緣膜，在包括所述通孔的內(nèi)部的所述下電極上方形成；其中所 述絕緣膜和所述下電極兩者在所述第二夾層絕緣膜上方沿一致方向 具有側(cè)表面；并且所述下電極的側(cè)表面沿一致方向與所述絕緣膜的 側(cè)表面相對(duì)應(yīng)，或所述下電極的側(cè)表面從所述絕緣膜壓下。
18. 按照權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中 所述絕緣膜包括在小于或等于300°C的低溫下形成的低溫絕緣膜。
19. 按照權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中 所述絕緣膜在所述第二夾層絕緣膜上方的所述下電極上方的整個(gè)表面上形成。
20. 按照權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中 所述下電纟及的側(cè)表面形成為沿 一 致方向與所述絕纟彖膜的側(cè)表面 相對(duì)應(yīng)。
21. 按照權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體器件具有第 一和第二 TMR形成區(qū)；并且所述TMR元件、 所述下電極和所述絕緣膜在每個(gè)所述第一 TMR形成區(qū)和所述第二 TMR形成區(qū)中形成；而且還包括第三夾層絕緣膜，在包括所述第一 TMR形成區(qū)和所述第二 TMR形成區(qū)的所述第二夾層絕緣膜上方的整 個(gè)表面上方形成；其中利用在所述第二夾層絕緣膜上方直接形成的 所述第三夾層絕緣膜，實(shí)行所述第一 TMR形成區(qū)和所述第二 TMR形成區(qū)的下電極的相互的絕緣分開(kāi)；并且關(guān)于所述第二夾層絕緣膜和 所述第三夾層絕緣膜，在界面及其鄰近區(qū)，至少以相同材料形成化學(xué)物類。
22. 按照權(quán)利要求21的半導(dǎo)體器件，其中所述第二夾層絕緣膜和所述第三夾層絕緣膜由相同內(nèi)容的制造 過(guò)程形成。
23. 按照權(quán)利要求22的半導(dǎo)體器件，其中 所述第二夾層絕緣膜和所述第三夾層絕緣膜至少在界面及其鄰近由小于300。C的低溫下形成的低溫絕緣膜形成。
24. 按照權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中 所述半導(dǎo)體器件具有第一 TMR形成區(qū)和第二 TMR形成區(qū)；所述TMR元件包括在所述第一 TMR形成區(qū)和所述第二 TMR形成區(qū) 中形成的第一 TMR元件和第二 TMR元件；所述絕緣膜包括在所述第一 TMR形成區(qū)和所述第二 TMR形成區(qū)中 形成的第一絕緣膜和第二絕緣膜，并且所述第一絕緣膜和所述第二 絕緣膜具有分開(kāi)第 一間隙而且相互面對(duì)的側(cè)表面；所述下電極包括在所述第一 TMR形成區(qū)和所述第二 TMR形成區(qū)中 形成的第一下電極和第二下電極，并且所述第一下電極和所述第二 下電極具有分開(kāi)第二間隙而且相互面對(duì)的側(cè)表面；和所述第一絕緣膜和所述第一下電極以從所述第一 TMR形成區(qū)延至所述笫二 TMR形成區(qū)的方向?yàn)橐恢路较?，并且所述第二絕纟皋膜和 所述第二下電極以從所述第二 TMR形成區(qū)延至所述第一 TMR形成區(qū) 的方向?yàn)橐恢路较?；而且還包括第三夾層絕緣膜，在包括所述第一 TMR形成區(qū)和所述第二 TMR形成區(qū)的所述第二夾層絕緣膜上方的整 個(gè)表面上形成；其中通過(guò)在所述第一下電極和所述第二下電極之間 形成，使所述第三夾層絕緣膜絕緣分開(kāi)所述第一下電極和所述第二 下電纟及；和所述第一下電極和所述第二下電極的側(cè)表面形成為沿一致方向 被壓下到所述第一絕緣膜和所述第二絕緣膜的側(cè)表面；而且還包括 端部氧化區(qū)，鄰接所述第一下電極和所述第二下電極的側(cè)表面，并 且在所述第一絕緣膜下部和所述第二絕緣膜下部中形成。
25. 按照權(quán)利要求24的半導(dǎo)體器件，其中 所述第一下電極和所述第二下電極包括具有高熔點(diǎn)的金屬材料，并且氧化物具有絕緣性c
26. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟(a) 在半導(dǎo)體襯底之上形成第一夾層絕緣膜；(b) 選擇地形成下層布線，穿透所述第一夾層絕緣膜；(c) 在包括所述下層布線的所述第一夾層絕緣膜上方，形成第 二夾層絕緣膜；和(d )形成通孔，穿透所述下層布線上方的所述第二夾層絕緣膜; 其中所述通孔的底部成為所述下層布線的至少一部分；而且還包 括步驟(e) 在所述通孔的底部和側(cè)表面及所述第一夾層絕緣膜上方， 形成下電極；括步驟(f) 在所述第二夾層絕緣膜上方的所述下電極上方選擇地形成 TMR元件，用作TMR膜和上電極的層疊結(jié)構(gòu)；(g) 在包括所述通孔的所述下電極上方形成絕緣膜；(h) 在所述絕纟彖膜上方形成構(gòu)圖的抗蝕劑；(i) 通過(guò)將所述抗蝕劑用作掩模，蝕刻所述下電極和所述絕緣膜，并且使所述下電極和所述絕緣膜構(gòu)圖；和 (j )除去所述抗蝕劑。
27. 按照權(quán)利要求26的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中 所述絕緣膜包括低溫絕緣膜；和所述步驟(g)包括在小于或等于300。C的低溫下形成所述絕緣 膜的步驟。
28. 按照權(quán)利要求26的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中 所述步驟(j)包括灰化處理和濕凈化處理中的至少一個(gè)處理。
29. 按照權(quán)利要求26的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中 所述半導(dǎo)體器件具有所述第一 TMR形成區(qū)和所述第二 TMR形成區(qū)；所述TMR元件包括在所述第一 TMR形成區(qū)和所述第二 TMR形成區(qū) 中形成的第一 TMR元件和第二 TMR元件；所述絕緣膜包括在所述第一 TMR形成區(qū)和所述第二 TMR形成區(qū)中 形成的第一絕緣膜和第二絕緣膜，并且所述第一絕緣膜和所述第二 絕緣膜在所述步驟(i )執(zhí)行之后，具有分開(kāi)預(yù)定間隔并且相互面對(duì) 的側(cè)表面；所述下電極包括在所述第一TMR形成區(qū)和所述第二TMR形成區(qū)中 形成的第一下電極和第二下電極，并且所述第一下電極和所述第二 下電極在所述步驟(i)執(zhí)行之后，具有分開(kāi)預(yù)定間隔并且相互面對(duì) 的側(cè)表面；和所述步驟(j)包括灰化處理，并且通過(guò)灰化處理從所述第一下 電極和所述第二下電極的側(cè)表面的部分氧化，形成第一端部氧化區(qū) 和第二端部氧化區(qū)。
30. 按照權(quán)利要求26的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中 所述半導(dǎo)體器件包括元件形成區(qū)和外圍區(qū)，所述元件形成區(qū)中形成所述TMR元件，所述外圍區(qū)中中不形成所述TMR元件； 所述第二夾層絕緣膜包括第 一部分夾層絕緣膜，和在所述第 一部分夾層絕緣膜上方形成的第二部分夾層絕緣膜；和所述絕緣膜以與所述第二部分夾層絕緣膜可比較的厚度和相同化學(xué)物類的材料形成，而且還包括步驟(k)形成第三夾層絕緣膜，全部在所述步驟(j)之后執(zhí)行，并且包括所述元件形成區(qū)和所述外圍區(qū)；(1)在形成穿透所述元件形成區(qū)中的所述第三夾層絕緣膜的用于TMR的部分通孔的同時(shí)，在外圍區(qū)中形成穿透所述第三夾層絕緣膜和所述第二部分夾層絕緣膜的用于外圍的通孔；和(m)形成用于外圍的通孔，它在所述外圍區(qū)中使所述笫一部分夾層絕緣膜從用于外圍的所述部分通孔穿透，同時(shí)使所述絕緣膜而且從用于TMR的所述部分通孔穿透，并且在所述元件形成區(qū)中形成用于TMR的所述通孔；其中所述第三夾層絕緣膜用一種使所述絕緣膜和所述第二部分夾層絕緣膜化學(xué)物類不同的材料形成，并且所述第三夾層絕緣膜用化學(xué)物類與所述第二部分夾層絕緣膜相同的材料形成。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，這種半導(dǎo)體器件具有包括TMR膜的存儲(chǔ)單元，利用它不會(huì)使存儲(chǔ)器精度退化。在平面圖中數(shù)字線的形成區(qū)的部分中的TMR下電極上相對(duì)應(yīng)的區(qū)內(nèi)，選擇地形成TMR元件(TMR膜、TMR上電極)。TMR上電極由30nm至100nm的Ta形成，并且在制造過(guò)程時(shí)還起硬掩模的作用。在TMR元件的整個(gè)表面和TMR下電極的上表面上形成由LT-SiN形成的夾層絕緣膜，并且形成覆蓋包括TMR下電極的側(cè)表面的整個(gè)表面而且包括LT-SiN的夾層絕緣膜。形成覆蓋整個(gè)表面而且包括SiO₂的夾層絕緣膜。
文檔編號(hào)H01L43/08GK101162755SQ200610147028
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者上野修一, 古田陽(yáng)雄, 松田亮史, 黑巖丈晴 申請(qǐng)人:株式會(huì)社瑞薩科技