半导体制造装置以及制造存储器件的方法与流程

发明构思涉及存储器件，更具体地，涉及包括磁隧道结结构的可变电阻存储器件，该磁隧道结结构包含磁性过渡金属。

背景技术：

由于电子产品以更高的速度运行并消耗更少的电力，对于嵌入在电子产品中的半导体器件希望快速的读/写操作和低的操作电压。对利用磁隧道结的磁电阻特性的可变电阻存储器件正积极地进行研究。具体地，可变电阻存储器件是非易失性的，因此被认为是下一代存储器件。当前，对能够提高记录密度的自旋转移矩-磁随机存取存储器(stt-mram)正在积极进行研究。

技术实现要素：

发明构思提供一种存储器件以及制造该存储器件的方法。

发明构思还提供一种用于制造存储器件的半导体制造装置。

根据发明构思的一个方面，一种半导体制造装置可以包括转移室、第一工艺室和第二工艺室。转移室可以配置为转移基板。第一工艺室可以连接到转移室并可以配置为执行第一氧化工艺，该第一氧化工艺用于在第一温度氧化基板上的第一金属层。第二工艺室可以连接到转移室并可以配置为执行第二氧化工艺，该第二氧化工艺用于在高于第一温度的第二温度氧化基板上的第二金属层。

根据发明构思的另一个方面，一种半导体制造装置可以包括第一工艺室、第二工艺室和转移室。第一工艺室可以配置为在第一温度操作。第二工艺室可以配置为在第二温度操作，第二温度可以高于第一温度。转移室可以连接到第一工艺室和第二工艺室。第一工艺室可以配置为执行第一氧化工艺，该第一氧化工艺用于通过将氧气注入到第一工艺室中而氧化基板上的第一金属层。转移室可以配置为将基板从第一工艺室转移到第二工艺室。第二工艺室可以配置为执行第二氧化工艺，该第二氧化工艺用于通过将氧气注入到第二工艺室中而氧化提供在被氧化的第一金属层上的第二金属层。第二金属层可以包括与第一金属层相同的材料。

根据发明构思的另一个方面，一种制造存储器件的方法可以包括：在基板上形成第一磁层；在第一磁层上形成第一金属层；在第一温度氧化第一金属层以形成被氧化的第一金属层；在被氧化的第一金属层上形成第二金属层；以及在高于第一温度的第二温度氧化第二金属层。第二金属层和第一金属层可以包括相同的材料。

附图说明

从以下结合附图的详细描述，发明构思的实施方式将被更清楚地理解，附图中：

图1是根据发明构思的某些实施方式的存储器件的磁隧道结层的截面图；

图2是示出包括图1的磁隧道结层的存储器件的配置的示意图；

图3是根据发明构思的某些实施方式的制造存储器件的磁隧道结层的方法的流程图；

图4a至图4f是用于描述根据发明构思的某些实施方式的制造存储器件的磁隧道结层的方法的截面图；

图5a和图5b是用于描述根据发明构思的另一些实施方式的制造存储器件的磁隧道结层的方法的一部分的截面图；

图6a和图6b是用于描述根据发明构思的另一些实施方式的制造存储器件的磁隧道结层的方法的一部分的截面图；

图7a至图7f是用于描述根据发明构思的某些实施方式的制造存储器件的方法的截面图；

图8是用于描述采用根据发明构思的某些实施方式的存储器件制造方法制造的存储器件的特性的曲线图；

图9是根据发明构思的某些实施方式的半导体制造装置的示意图；

图10是根据发明构思的另一些实施方式的半导体制造装置的示意图；

图11是根据发明构思的另一些实施方式的半导体制造装置的示意图；以及

图12是根据发明构思的某些实施方式的半导体制造装置的工艺室的截面图。

具体实施方式

在下文，通过参照附图说明发明构思的实施方式，发明构思将被详细地描述。附图中的相同的附图标记表示相同的元件，因此将省略其重复的描述。

图1是根据发明构思的某些实施方式的存储器件的磁隧道结层10的截面图。

参照图1，磁隧道结层10可以包括第一磁层20、第二磁层40以及设置在第一磁层20和第二磁层40之间的隧道势垒层30。

第一磁层20可以包括具有被固定的磁化方向的被钉扎层。例如，被钉扎层可以具有垂直磁各向异性或平面内磁各向异性，垂直磁各向异性表示磁化方向被固定在任何垂直方向(例如垂直于被钉扎层的延伸方向的方向)上，平面内磁各向异性表示磁化方向被固定在任何平面内方向(例如平行于被钉扎层的延伸方向的方向)上。

第二磁层40可以包括具有可变的磁化方向的自由层。自由层的磁化方向可以根据施加到其的磁场而变化。自由层可以具有垂直磁各向异性或平面内磁各向异性。

电阻值可以根据自由层的磁化方向和被钉扎层的磁化方向是彼此平行还是彼此反平行来确定。当外部施加到第二磁层40的磁场逐渐增大到对应于磁化反转的阈值的转换场时，电阻值可以由于磁化反转现象而立即改变。

自由层和被钉扎层可以具有相同类型的磁各向异性。例如，当自由层具有平面内磁各向异性时，被钉扎层也可以由具有平面内磁各向异性的材料制成。另外地，当自由层具有垂直磁各向异性时，被钉扎层也可以由具有垂直磁各向异性的材料制成。

隧道势垒层30可以设置在第一磁层20和第二磁层40之间，并且量子隧穿现象可以在其中发生。隧道势垒层30可以包括具有绝缘性质的金属氧化物。例如，隧道势垒层30可以包括镁氧化物(mgo)或铝氧化物(alox)。隧道势垒层30可以具有约至约的小的厚度，但是不限于此。

在某些实施方式中，隧道势垒层30可以由金属氧化物制成并可以具有在其厚度方向(例如垂直于隧道势垒层30的延伸方向的方向)上的氧密度梯度(其表示氧密度的变化)。例如，隧道势垒层30可以具有与第一磁层20接触的下部30l以及与第二磁层40接触的上部30u，并且上部30u的氧密度可以大于下部30l的氧密度。

图2是示出包括图1的磁隧道结层10的存储器件的配置的示意图。

参照图2，示出了配置为自旋转移矩-磁随机存取存储器(stt-mram)的单位存储单元mc。

单位存储单元mc可以包括磁隧道结层10和单元晶体管ct。单元晶体管ct的栅极可以连接到字线wl。单元晶体管ct的源极电极和漏极电极中的任一电极可以通过磁隧道结层10连接到位线bl，并且该单元晶体管ct的源极电极和漏极电极中的另一电极可以连接到源极线sl。

磁隧道结层10可以包括第一磁层20和第二磁层40，第一磁层20包括具有被固定的磁化方向的被钉扎层，第二磁层40包括具有根据条件可变的磁化方向的自由层。磁隧道结层10的电阻值可以根据自由层的磁化方向而变化。当自由层的磁化方向和被钉扎层的磁化方向彼此平行时，磁隧道结层10可以具有相对低的电阻值并可以存储数据“0”。否则，当自由层的磁化方向和被钉扎层的磁化方向彼此反平行时，磁隧道结层10可以具有相对高的电阻值并可以存储数据“1”。

在某些实施方式中，为了stt-mram的写操作，单位存储单元mc可以向字线wl施加逻辑高电压以导通单元晶体管ct，并在位线bl和源极线sl之间施加写电流wc1或wc2。自由层的磁化方向可以根据写电流wc1或wc2的方向来确定。磁隧道结层10中的自由层的磁化方向可以由于自旋转移矩而改变。也就是，磁隧道结层10可以通过利用自旋转移矩现象执行存储功能，在自旋转移矩现象中磁性物质的磁化方向根据输入电流而是可变化的。

在某些实施方式中，为了stt-mram的读操作，单位存储单元mc可以向字线wl施加逻辑高电压以导通单元晶体管ct，并从位线bl朝向源极线sl施加读电流以读取存储在磁隧道结层10中的数据。由于读电流的强度远小于写电流wc1或wc2的强度，所以自由层的磁化方向不由于读电流而改变。

尽管在图2中第一磁层20具有被钉扎层并且第二磁层40具有自由层，但是与此不同，第一磁层20可以具有自由层并且第二磁层40可以具有被钉扎层。

图3是根据发明构思的某些实施方式的制造存储器件的磁隧道结层10的方法的流程图，图4a至图4f是用于描述根据发明构思的某些实施方式的制造存储器件的磁隧道结层10的方法的截面图。

参照图3和图4a，第一磁层20形成在基板11上(s110)。为了形成第一磁层20，籽晶层21和被钉扎层23可以顺序地形成在基板11上。

籽晶层21可以包括钽(ta)、钌(ru)和其合金中的至少一种。例如，籽晶层21可以通过采用上述材料中的一种或通过堆叠上述材料中的两种或更多种而形成。籽晶层21可以帮助被钉扎层23的生长，并可以促进被钉扎层23的晶化。

被钉扎层23可以包括包含过渡金属的磁材料。被钉扎层23可以包括钯(pd)、钴(co)、铂(pt)、铁(fe)、钌(ru)、钽(ta)、镍(ni)、硼(b)、锰(mn)、锑(sb)、铝(al)、铬(cr)、钼(mo)、硅(si)、铜(cu)、铱(ir)和其合金中的至少一种。可用于被钉扎层23的材料可以包括例如钴-铁(cofe)、镍-铁(nife)和/或钴-铁-硼(cofeb)，但是不限于此。被钉扎层23可以通过采用上述材料中的一种或通过堆叠上述材料中的两种或更多种而形成。

参照图3和图4b，在形成第一磁层20之后，第一金属层31形成在第一磁层20上(s120)。第一金属层31可以包括用于形成隧道势垒层的金属，并可以由例如镁(mg)或铝(al)制成。在某些实施方式中，第一金属层31可以形成为具有在和之间的厚度。

为了形成第一金属层31，可以采用物理气相沉积(pvd)工艺或化学气相沉积(cvd)工艺。在某些实施方式中，第一金属层31可以通过溅射工艺形成。

参照图3和图4c，在形成第一金属层(图4b的31)之后，第一金属层在第一温度被氧化(s130)。由于第一金属层被氧化，可以形成包括金属氧化物的第一层间层31a，该金属氧化物由于包括在第一金属层中的金属的一部分的氧化而获得。

第一温度可以在大于或等于20℃且小于50℃的范围内，但是不限于此。例如，第一温度可以为室温。用于氧化第一金属层的氧化工艺可以在特定氧化气氛71中进行，该特定氧化气氛71包括氧气和用于控制氧化工艺的压力的惰性气体。在某些实施方式中，在用于氧化第一金属层的氧化工艺中，氧气可以以0.01sccm和10sccm之间的流速供应到用于氧化工艺的腔室中。

由于第一金属层在具有相对低的温度和相对低的氧流速的氧化气氛71氧化，所以包括在第一金属层中的金属的仅一部分可以被氧化。例如，当第一金属层由镁(mg)制成时，第一层间层31a可以包括镁(mg)和镁氧化物(mgo)。

参照图3和图4d，第二金属层35形成在被氧化的第一金属层(例如第一层间层31a)上(s140)。第二金属层35可以由例如镁(mg)和/或铝(al)制成。在某些实施方式中，第二金属层35可以由与第一金属层(图4b的31)的材料相同的材料制成。第二金属层35可以形成为具有比第一金属层31的厚度大的厚度，例如在和之间的厚度。

为了形成第二金属层35，可以采用pvd工艺或cvd工艺。在某些实施方式中，第二金属层35可以通过溅射工艺形成。

参照图3和图4e，在形成第二金属层(图4d的35)之后，第二金属层35在高于第一温度的第二温度被氧化(s150)。当第二金属层(图4d的35)被氧化时，可以形成包括金属氧化物的第二层间层35a，该金属氧化物由于包括在第二金属层35中的金属的一部分的氧化而获得。第二层间层35a和第一层间层31b可以形成隧道势垒层30。

第二温度可以例如在50℃和400℃之间。在某些实施方式中，第二温度可以在100℃和200℃之间。例如，为了在第二温度进行用于氧化第二金属层35的氧化工艺，可以向基板11施加热83。

用于氧化第二金属层35的氧化工艺可以在特定氧化气氛81中进行，该特定氧化气氛81包括氧气和用于控制氧化工艺的压力的惰性气体。在用于氧化第二金属层35的氧化工艺中，氧气可以以0.1sccm和100sccm之间的流速供应到用于氧化工艺的腔室中。

第二金属层35可以在具有相对高的温度和相对高的氧流速的氧化气氛81氧化。因此，包括在第二金属层35中的金属由于用于氧化第二金属层35的氧化工艺而被氧化成金属氧化物的速度可以高于包括在第一金属层(图4b的31)中的金属由于s130中的氧化工艺而被氧化成金属氧化物的速度。

在用于氧化第二金属层35的氧化工艺中，氧可以扩散到第二金属层35下面的第一层间层31b。因此，在用于氧化第二金属层35的氧化工艺期间，图4d的第一层间层31a中没有被氧化的金属可以被氧化成金属氧化物。由于第一层间层31b可以在高温氧化工艺期间被进一步氧化，所以可以提高隧道势垒层30的结晶性并可以提高隧穿磁阻比(tmr)特性。

根据发明构思，通过在用于提高隧道势垒层30的结晶性的高温氧化工艺之前形成具有低氧密度的第一层间层(图4c的31a)，可以减少和/或防止在高温氧化工艺期间氧扩散到第一磁层20。也就是，第一层间层可以用作氧化阻挡物，其能够在用于氧化第二金属层(图4d的35)的高温氧化工艺中减少和/或防止氧扩散到第一磁层20。因此，可以减少和/或防止第一磁层20在高温氧化工艺中的氧化，因此可以减少和/或防止基板11上的不同存储器件之间的差异(dispersion)。

参照图3和图4f，在执行用于氧化第二金属层(图4d的35)的氧化工艺之后，第二磁层40形成在被氧化的第二金属层(例如第二层间层35a)上(s160)。第一磁层20、隧道势垒层30和第二磁层40可以形成磁隧道结层10。

第二磁层40可以是自由层并可以包括包含过渡金属的磁材料。自由层可以包括钯(pd)、钴(co)、铂(pt)、铁(fe)、钌(ru)、钽(ta)、镍(ni)、硼(b)、锰(mn)、锑(sb)、铝(al)、铬(cr)、钼(mo)、硅(si)、铜(cu)、铱(ir)和其合金中的至少一种。可用于自由层的材料可以包括例如钴-铁(cofe)、镍-铁(nife)和钴-铁-硼(cofeb)。自由层可以通过采用上述材料中的一种或者通过堆叠上述材料中的两种或更多种而形成。

图5a和图5b是用于描述根据发明构思的另一些实施方式的制造存储器件的磁隧道结层的方法的一部分的截面图。

参照图5a，第一磁层20通过采用以上关于图4a描述的方法形成在基板11上，并且第一子层间层31sa形成在第一磁层20上。第一子层间层31sa可以通过如下形成：与以上关于图4b描述的用于形成第一金属层(图4b的31)方法类似地形成第一子金属层、然后与以上关于图4c描述的用于氧化第一金属层的方法类似地氧化第一子金属层。

在形成第一子层间层31sa之后，第二子金属层33s可以形成在第一子层间层31sa上。第二子金属层33s可以与以上关于图4b描述的用于形成第一金属层(图4b的31)方法类似地形成。

参照图5b，第二子层间层33sa可以通过在特定氧化气氛71中氧化第二子金属层(图5a的33s)而形成。用于氧化第二子金属层的氧化工艺可以在与用于形成图4c的第一层间层31a的氧化工艺的条件类似的条件下执行。第一子层间层31sa和第二子层间层33sa可以形成第一层间层31a'，其用于在随后的高温氧化工艺期间减少和/或防止氧扩散到第一磁层20。

通过重复执行金属层沉积工艺和金属层氧化工艺至少两次以形成第一层间层31a'，可以有效地阻挡高温氧化工艺中氧的扩散。

这里，金属层沉积工艺和金属层氧化工艺被顺序地且重复地执行两次以形成第一层间层31a'。然而，金属层沉积工艺和金属层氧化工艺可以顺序地且重复地执行三次或更多次。

在形成第一层间层31a'之后，第二层间层和第二磁层可以采用以上关于图4d至图4f描述的方法形成，从而形成磁隧道结层。

图6a和图6b是用于描述根据发明构思的另一些实施方式的制造存储器件的磁隧道结层的方法的一部分的截面图。

参照图6a，第一磁层20和被氧化的金属层通过采用以上关于图4a至图4c描述的方法形成在基板11上，并且第三子层间层35sa形成在被氧化的金属层上。第三子层间层35sa可以通过如下形成：与以上关于图4d描述的用于形成第二金属层(图4d的35)的方法类似地形成第三子金属层以及与以上关于图4e描述的用于氧化第二金属层35的方法类似地氧化第三子金属层。在用于氧化第三子金属层的氧化工艺期间，氧可以扩散到第三子金属层下面，并且被氧化的金属层可以被进一步氧化以形成第一层间层31b。

在形成第三子层间层35sa之后，第四子金属层37s可以形成在第三子层间层35sa上。第四子金属层37s可以与以上关于图4d描述的用于形成第二金属层(图4d的35)的方法类似地形成。

参照图6b，第四子层间层37sa可以通过在特定氧化气氛81中氧化第四子金属层(图6a的37s)而形成。用于氧化第四子金属层的氧化工艺可以在与以上关于图4e描述的用于形成第二层间层(图4e的35a)的氧化工艺的条件类似的条件下执行。在用于氧化第四子金属层的氧化工艺期间，氧可以扩散到第四子金属层下面，图6a的第三子层间层35sa可以被进一步氧化以形成第三子层间层35sb，图6a的第一层间层31b可以被进一步氧化以形成第一层间层31c。第三子层间层35sb和第四子层间层37sa可以形成第二层间层35a'。

这里，金属层沉积工艺和金属层氧化工艺被顺序地且重复地执行两次以形成第二层间层35a'。然而，金属层沉积工艺和金属层氧化工艺可以被顺序地且重复地执行三次或更多次。

在形成第二层间层35a'之后，第二磁层可以通过采用以上关于图4f描述的方法形成，从而形成磁隧道结层。

图7a至图7f是用于描述根据发明构思的某些实施方式的制造存储器件的方法的截面图。

参照图7a，有源区域act和字线wl可以形成在基板101中。基板101可以包括硅(si)，例如晶体硅、多晶硅或非晶硅。另外地，基板101可以包括半导体元素(诸如锗(ge))、硅锗(sige)、碳化硅(sic)、砷化镓(gaas)、砷化铟(inas)和磷化铟(inp)中的至少一种。可选地，基板101可以包括绝缘体上硅(soi)结构。可选地，基板101可以包括导电区域，例如掺杂有杂质的阱或掺杂有杂质的结构。

有源区域act可以通过在基板101中形成隔离层102而限定。隔离层102可以由绝缘材料制成。隔离层102可以通过例如浅沟槽隔离(sti)工艺形成。隔离层102可以由例如硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物或其组合制成。有源区域act可以包括通过将杂质离子注入到有源区域act的上部中至特定深度而形成的第一杂质区110a和第二杂质区110b。第一杂质区110a和第二杂质区110b可以形成至比字线wl的底表面小的深度。第一杂质区110a和第二杂质区110b可以用作例如由字线wl形成的晶体管的源极/漏极区域。

然后，字线wl可以形成在有源区域act中。多个沟槽103t可以形成在基板101中，然后栅极绝缘层104和由导电材料制成的字线wl可以顺序地形成在每个沟槽103t中。栅极盖层105可以形成在字线wl上以填充沟槽103t的剩余空间。字线wl可以形成在沟槽103t中，并且字线wl的顶表面的水平面可以低于有源区域act的顶表面的水平面。

这里，包括掩埋字线wl的掩埋沟道阵列晶体管(bcat)被描述为示例。然而，在另一些实施方式中，晶体管结构可以被修改为平面晶体管、凹陷沟道阵列晶体管(rcat)、球形凹陷沟道阵列晶体管(srcat)等，但是不限于此。

然后，第一层间电介质层120以及第一接触插塞123和第二接触插塞125可以形成在其中形成有源区域act和字线wl的基板101上。

第一层间电介质层120可以包括硅氧化物。可选地，第一层间电介质层120可以包括硼磷硅酸盐玻璃(bpsg)、东燃硅氮烷(tosz)、未掺杂的硅酸盐玻璃(usg)、旋涂玻璃(sog)、可流动的氧化物(fox)、四乙基原硅酸盐(teos)和高密度等离子体化学气相沉积(hdp-cvd)氧化物中的至少一种。

通过由曝光工艺和蚀刻工艺去除第一层间电介质层120的部分，可以形成穿过第一层间电介质层120的接触孔。之后，导电材料可以形成在第一层间电介质层120上以填充接触孔，并可以通过平坦化工艺(诸如化学机械抛光工艺或回蚀刻工艺)部分地去除，使得第一层间电介质层120的顶表面被暴露，从而形成分别接触第一杂质区110a和第二杂质区110b的第一接触插塞123和第二接触插塞125。第一接触插塞123和第二接触插塞125可以包括例如掺杂的硅、钨(w)、铝(al)、钛(ti)、钽(ta)、钛氮化物(tin)、钽氮化物(tan)、钨氮化物(wn)和金属硅化物的至少一种。

然后，源极线sl可以通过在第一层间电介质层120上形成导电材料以接触第一接触插塞123并图案化该导电材料而形成。导电材料可以包括掺杂的多晶硅、金属硅化物、金属和金属氮化物中的至少一种。

然后，第二层间电介质层130可以形成在第一层间电介质层120上以覆盖源极线sl。第二层间电介质层130可以由与第一层间电介质层120的材料相同或类似的材料制成。通过去除第二层间电介质层130的部分，可以形成接触孔以暴露第二接触插塞125的顶表面的至少部分。第三接触插塞135可以通过在接触孔中形成导电材料并执行平坦化工艺而形成为接触第二接触插塞125。第三接触插塞135可以由与第二接触插塞125的材料相同或类似的材料制成。

然后，下电极145可以形成为覆盖第三接触插塞135和第二层间电介质层130。下电极145可以包括导电材料，诸如钛(ti)、钽(ta)、钌(ru)、钛氮化物(tin)、钽氮化物(tan)和钨(w)中的至少一种。在某些实施方式中，下电极145可以具有钌/钛、钌/钽、钌/钛氮化物、钌/钽氮化物、钛氮化物/钨等的双层结构。下电极145可以通过原子层沉积(ald)工艺、cvd工艺等形成。

然后，磁隧道结层150和覆盖电极层160可以顺序地形成在下电极145上。磁隧道结层150可以通过采用以上关于图4a至图4f描述的方法、以上关于图5a和图5b描述的方法或以上关于图6a和图6b描述的方法形成。

在某些实施方式中，在形成磁隧道结层150之后，可以对磁隧道结层150执行热处理工艺以设定磁隧道结层150的单一期望的磁化方向。例如，热处理工艺可以在等于或小于0.1mtorr的压力范围内和在300℃至400℃的温度范围内进行。热处理工艺可以在包括氢、氧和氮当中的至少一种气体的气体氛围中执行。此外，可以注入惰性气体以控制热处理工艺的压力。

参照图7b，掩模图案165p可以形成在覆盖电极层(图7a的160)上以对应于第三接触插塞135的位置。覆盖电极层(图7a的160)、第二磁层(图7a的155)、隧道势垒层(图7a的153)、第一磁层(图7a的151)和下电极层(图7a的145)可以通过采用掩模图案165p作为蚀刻掩模而顺序地图案化。由于图案化工艺，可以形成包括第二磁化图案155p、隧道势垒图案153p和第一磁化图案151p的磁隧道结结构150p。

掩模图案165p可以包括硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物等。图案化工艺可以通过干蚀刻工艺执行。具体地，图案化工艺可以通过离子束蚀刻工艺或反应离子蚀刻工艺执行。在蚀刻工艺期间，可以使第二层间电介质层130的顶表面在磁隧道结结构150p之间暴露的部分凹陷。这里，磁隧道结结构150p具有不变的横截面面积的蚀刻轮廓。在另一些实施方式中，磁隧道结结构150p可以具有从其上部到其下部逐渐增大的横截面面积的蚀刻轮廓。

参照图7c，钝化层170可以形成为覆盖下电极图案145p、磁隧道结结构150p、覆盖电极图案160p、掩模图案165p和第二层间电介质层130。钝化层170可以例如包括由于包含在磁隧道结结构150p中的金属的氧化而获得的金属氧化物。钝化层170可以通过氧化工艺、cvd工艺等形成。

覆盖磁隧道结结构150p的外壁的钝化层170可以限制和/或防止第一磁化图案151p和第二磁化图案155p的氧化。

参照图7d，隔离绝缘层180可以形成在钝化层170上以完全填充磁隧道结结构150p之间的空间。隔离绝缘层180可以由与第一层间电介质层120的材料相同或相似的材料制成。

参照图7e，可以形成隔离绝缘图案180p和钝化图案170p，并且覆盖电极图案160p的顶表面可以通过执行平坦化工艺以去除隔离绝缘层(图7d的180)的部分和钝化层(图7d的170)的部分而暴露。

平坦化工艺可以通过化学机械抛光工艺或回蚀刻工艺执行。由于平坦化工艺，覆盖电极图案160p的顶表面和隔离绝缘图案180p的顶表面可以具有相同的高度。也就是，覆盖电极图案160p可以用作蚀刻停止层。

参照图7f，在完成平坦化工艺之后，顶部覆盖层185和第三层间电介质层190可以顺序地形成以覆盖该覆盖电极图案160p的顶表面和隔离绝缘图案180p的顶表面两者。

随后，线形掩模图案可以形成在第三层间电介质层190上，然后第三层间电介质层190和顶部覆盖层185可以被部分地蚀刻，从而形成线形开口以暴露覆盖电极图案160p。

然后，导电材料可以形成为填充开口并且位线bl可以通过平坦化工艺形成。位线bl的顶表面的水平面可以与第三层间电介质层190的顶表面的水平面相同。位线bl可以由具有低电阻率的金属(例如铜(cu))制成。

最后，可变电阻存储器件100可以包括基板101、在基板101中的隔离层102、由隔离层102限定在基板101中的有源区域act、掩埋在基板101中的字线wl以及提供在基板101之上的源极线sl和磁隧道结结构150p。

可变电阻存储器件100还可以包括用于将源极线sl连接到有源区域act的第一接触插塞123、用于将有源区域act连接到磁隧道结结构150p的第二接触插塞125、提供为与磁隧道结结构150p接触的下电极图案145p和覆盖电极图案160p、用于将下电极图案145p连接到第二接触插塞125的第三接触插塞135、以及连接到覆盖电极图案160p的位线bl。磁隧道结结构150p可以包括第一磁化图案151p、隧道势垒图案153p和第二磁化图案155p。

图8是用于描述采用根据发明构思的某些实施方式的存储器件制造方法制造的存储器件的特性的曲线图。

参照图8，示出了根据比较示例1、比较示例2和实施方式的存储器件的tmr特性。这里，比较示例1表示包括在对应于相对低的温度的第一温度仅通过氧化工艺形成的隧道势垒层的存储器件，比较示例2表示包括在对应于相对高的温度的第二温度仅通过氧化工艺形成的隧道势垒层的存储器件。例如，根据实施方式的存储器件可以通过以上参照图3至图7f描述的制造方法制造。示出了，与比较示例1和2相比，根据实施方式的存储器件具有改善的tmr特性。

图9是根据发明构思的某些实施方式的半导体制造装置1000的示意图。

参照图9，示出了能够处理多个基板s的簇型半导体制造装置1000。簇型半导体制造装置1000可以指多腔室基板处理系统，其包括传输机器人(或机械手)以及提供在传输机器人周围的多个基板处理模块。

半导体制造装置1000可以包括装载口1100、设备前端模块1200和制造工艺设备1300。

装载口1100可以包括提供在设备前端模块1200的前端处的容器1113、用于支撑容器1113的容器支架1111。容器1113用作容纳基板s的器皿，并且封闭的前开口统一吊舱(foup)可以用于保护基板s免于空气中的外来物质或化学污染影响。

设备前端模块1200可以包括在大气压力操作的第一传输机器人1210。第一传输机器人1210可以在容器1113和制造工艺设备1300之间传输每个基板s。

制造工艺设备1300可以包括载荷锁定室1310、转移室1320以及多个工艺室(例如第一至第三工艺室1410、1420和1430)。

转移室1320可以包括在真空环境下操作并自由旋转的第二传输机器人1321。转移室1320可以在第一至第三工艺室1410、1420和1430之间转移基板s以及在第一至第三工艺室1410、1420和1430与载荷锁定室1310之间转移基板s。第一至第三工艺室1410、1420和1430以及载荷锁定室1310可以连接到转移室1320的侧部。

载荷锁定室1310可以通过在真空状态和大气压力之间自主地转换而保持压力以便限制和/或防止转移室1320的压力状态的变化。尽管没有在图9中示出，但是用于临时保持基板s的缓冲平台可以安装在载荷锁定室1310中。当转移室1320的第二传输机器人1321加载或卸载基板s时，载荷锁定室1310可以形成等于或接近转移室1320的真空环境的真空环境并从设备前端模块1200接收未处理的基板s。可选地，载荷锁定室1310可以在处理过的基板s转移到设备前端模块1200时保持大气压力状态。由制造工艺设备1300处理的基板s可以由转移室1320的第二传输机器人1321转移到真空状态的载荷锁定室1310中。转移到载荷锁定室1310中的基板s可以通过采用第一传输机器人1210转移到容器1113中。

第一至第三工艺室1410、1420和1430可以执行用于制造存储器件的各种半导体工艺，并可以提供为多个。

第一工艺室1410可以在第一温度操作并可以执行用于氧化基板s的氧化工艺。第一工艺室1410可以包括用于执行氧化工艺的氧化单元1411，并且氧化单元1411可以执行氧化工艺诸如等离子体氧化、自由基氧化和自然氧化中的一种。例如，氧化单元1411可以包括等离子体发生装置，诸如用于产生o2等离子体的磁控管。

第一工艺室1410可以配置为执行以上关于图4c描述的用于氧化第一金属层(图4b的31)的氧化工艺。为了执行用于氧化第一金属层的氧化工艺，第一工艺室1410可以形成第一温度的温度环境(例如在大于或等于20℃且小于50℃的范围内的温度)。第一温度可以例如为室温。

第一工艺室1410可以包括用于将工艺气体供应到第一工艺室1410中的第一气体供应器(例如见图12的1540)。在某些实施方式中，第一气体供应器可以以0.01sccm和10sccm之间的流速将氧气供应到第一工艺室1410中以执行用于氧化第一金属层的氧化工艺。

第二工艺室1420可以在高于第一温度的第二温度操作并可以执行用于氧化基板s的氧化工艺。第二工艺室1420可以包括用于执行氧化工艺的氧化单元1421，并且氧化单元1421可以执行氧化工艺诸如等离子体氧化、自由基氧化和自然氧化中的一种。例如，氧化单元1421可以包括等离子体发生装置，诸如用于产生o2等离子体的磁控管。

第二工艺室1420可以配置为执行以上关于图4e描述的用于氧化第二金属层(图4d的35)的氧化工艺。也就是，为了执行用于氧化第二金属层35的氧化工艺，第二工艺室1420可以形成第二温度的温度环境。第二温度可以高于第一温度并可以例如在50℃和400℃之间。在某些实施方式中，第二温度可以在100℃和200℃之间。

第二工艺室1420可以包括用于在第二工艺室1420中形成高温环境或者加热基板s的加热器(例如见图12的1520)。加热器可以例如提供在用于支撑基板s的吸盘装置中。

第二工艺室1420可以包括用于将工艺气体供应到第二工艺室1420中的第二气体供应器(例如见图12的1540)。在某些实施方式中，第二气体供应器可以以0.1sccm和100sccm之间的流速将氧气供应到第二工艺室1420中以执行用于氧化第二金属层35的氧化工艺。

第三工艺室1430可以配置为执行用于制造存储器件的沉积工艺。第三工艺室1430可以在基板s上沉积金属层，并可以执行沉积工艺例如pvd工艺或cvd工艺。第三工艺室1430可以包括用于形成各种类型的材料层的多个腔室。在某些实施方式中，第三工艺室1430可以包括用于执行直流(dc)溅射工艺的溅射装置。

第三工艺室1430可以配置为例如执行以上关于图4b描述的用于沉积第一金属层(图4b的31)的沉积工艺和/或以上关于图4d描述的用于沉积第二金属层(图4d的35)的沉积工艺。在某些实施方式中，当第三工艺室1430包括溅射装置时，溅射装置可以包括mg靶。

采用半导体制造装置1000的磁隧道结层制造工艺可以作为原位工艺执行。也就是，在保持真空环境的半导体制造装置1000中，基板s可以通过转移室1320在第一至第三工艺室1410、1420和1430之间转移。

在某些实施方式中，为了形成隧道势垒层，基板s可以通过转移室1320顺序地移动到第三工艺室1430、第一工艺室1410、第三工艺室1430和第二工艺室1420。根据基板s的路径，在第三工艺室1430中用于沉积第一金属层(图4b的31)的沉积工艺、在第一工艺室1410中用于氧化第一金属层的氧化工艺、在第三工艺室1430中用于沉积第二金属层(图4d的35)的沉积工艺、以及在第二工艺室1420中用于氧化第二金属层35的氧化工艺可以作为原位工艺执行。

根据发明构思，用于在相对低的温度氧化第一金属层的氧化工艺和用于在相对高的温度氧化第二金属层35的氧化工艺可以在不同的腔室中执行。由于低温氧化工艺和高温氧化工艺在每个保持均一温度的不同腔室中执行，所以可以减少和/或防止由于氧化工艺的不均一温度引起的基板s上的不同存储器件之间的差异。此外，与当低温氧化工艺和高温氧化工艺在相同的腔室中执行时的情况相比，由于不需要用于控制腔室中的温度的加热和冷却过程，所以可以提高设备的生产率。

图10是根据发明构思的另一些实施方式的半导体制造装置1000a的示意图。除了第一工艺室1410a的配置之外，图10所示的半导体制造装置1000a可以具有与图9所示的半导体制造装置1000的配置相同或相似的配置。在图10中，将省略或简要地提供以上关于图9给出的描述。

参照图10，第一工艺室1410a可以在第一温度操作，并可以执行用于在基板s上沉积金属层的沉积工艺以及用于氧化基板s的氧化工艺。第一工艺室1410a可以包括用于执行氧化工艺的氧化单元1411和用于执行沉积工艺的沉积单元1413。在某些实施方式中，沉积单元1413可以执行dc溅射工艺。

第一工艺室1410a可以配置为执行以上关于图4b描述的用于沉积第一金属层(图4b的31)的沉积工艺以及以上关于图4c描述的用于氧化第一金属层的氧化工艺。也就是，用于沉积第一金属层的沉积工艺和用于氧化第一金属层的氧化工艺可以在相同的腔室中执行。此外，第一工艺室1410a可以配置为执行以上关于图4d描述的用于沉积第二金属层(图4d的35)的沉积工艺。

在某些实施方式中，为了形成隧道势垒层，转移室1320可以将基板s顺序地移动到第一工艺室1410a和第二工艺室1420。根据基板s的路径，在第一工艺室1410a中用于沉积第一金属层的沉积工艺、用于氧化第一金属层的氧化工艺和用于沉积第二金属层35的沉积工艺以及在第二工艺室1420中用于氧化第二金属层35的氧化工艺可以作为原位工艺执行。

图11是根据发明构思的另一些实施方式的半导体制造装置1000b的示意图。除了第二工艺室1420a的配置之外，图11所示的半导体制造装置1000b可以具有与图10所示的半导体制造装置1000a的配置相同或相似的配置。在图11中，将省略或简要提供以上关于图10给出的描述。

参照图11，第二工艺室1420a可以在第二温度操作，并可以执行在基板s上沉积金属层的沉积工艺和用于氧化基板s的氧化工艺。第二工艺室1420a可以包括用于执行氧化工艺的氧化单元1421和用于执行沉积工艺的沉积单元1423。在某些实施方式中，沉积单元1423可以执行dc溅射工艺。

第二工艺室1420a可以配置为执行以上关于图4d描述的用于沉积第二金属层(图4d的35)的沉积工艺以及以上关于图4e描述的用于氧化第二金属层35的氧化工艺。也就是，用于沉积第二金属层35的沉积工艺和用于氧化第二金属层35的氧化工艺可以在相同的腔室中执行。

由于第一工艺室1410a和第二工艺室1420a的每个配置为执行沉积工艺和氧化工艺，所以可以减少半导体制造装置1000的占地面积。

在某些实施方式中，为了形成隧道势垒层，转移室1320可以将基板s顺序地移动到第一工艺室1410a和第二工艺室1420a。根据基板s的路径，在第一工艺室1410a中用于沉积第一金属层(图4b的31)的沉积工艺和用于氧化第一金属层的氧化工艺以及在第二工艺室1420a中用于沉积第二金属层35的沉积工艺和用于氧化第二金属层35的氧化工艺可以作为原位工艺执行。

在某些实施方式中，如以上关于图5a和图5b描述的，第一工艺室1410a可以通过重复地执行金属层沉积工艺和金属层氧化工艺至少两次而形成第一层间层。

在某些实施方式中，如以上关于图6a和图6b描述的，第二工艺室1420a可以通过重复地执行金属层沉积工艺和金属层氧化工艺至少两次而形成第二层间层。

图12是根据发明构思的某些实施方式的半导体制造装置的工艺室1500的截面图。

参照图12，工艺室1500可以包括处理器皿1501、基板支架1510、加热器1520、金属靶1530和气体供应器1540。工艺室1500可以是以上关于图9至图11描述的第一工艺室1410或1410a、或者以上关于图9至图11描述的第二工艺室1420或1420a。

处理器皿1501可以在其中提供处理空间，并且要处理的基板s通过其进入的门1503可以提供在处理器皿1501的侧壁中。

基板支架1510可以提供在处理空间中，并可以支撑基板s。基板支架1510可以包括基座1511和提供在基座1511上的吸盘1513以支撑基板s。吸盘1513可以配置为静电吸盘，用于利用静电力吸引其上的基板s。

基板支架1510可以配置为与驱动机构1515有关地旋转或升降。驱动机构1515可以包括驱动轴1517和驱动电机1519，驱动电机1519连接到驱动轴1517的一端以产生用于旋转或升降驱动轴1517的驱动力。

加热器1520可以提供在处理空间中，并可以加热基板s。加热器1520可以提供在基板支架1510中。加热器1520可以配置为根据例如灯辐射、焦耳电阻加热、感应加热或微波加热而加热基板s。例如，加热器1520可以包括用于电阻加热的电路。例如，加热器1520可以配置为在以上关于图4e描述的用于氧化第二金属层(图4d的35)的氧化工艺中加热基板s。加热器1520可以在某些情况下省略，例如当基板s如在图11所示的第一工艺室1410a中在室温被处理时。

金属靶1530可以提供在基板支架1510之上。金属靶1530可以根据要沉积的金属层来选择。例如，金属靶1530可以用于形成磁隧道结层的隧道势垒层，并可以包括例如mg靶。金属靶1530的数量不限于两个，可以提供一个或更多个金属靶1530。

金属靶1530可以电连接到靶电极1531。电源1533可以连接到靶电极1531，并可以是直流(dc)电源。能够产生磁场的磁铁1535可以提供在靶电极1531的与金属靶1530相反的一侧，并可以连接到磁铁驱动器1537。

气体供应器1540可以通过提供在处理器皿1501上的进气口1505将气体供应到处理器皿1501中。气体供应器1540可以包括气体源1541和诸如质量流量控制器的流速控制器1543。气体源1541的气体可以通过流速控制器1543供应到进气口1505。

在某些实施方式中，气体供应器1540可以将特定气体供应到处理器皿1501中以执行溅射工艺。气体供应器1540可以在溅射工艺期间供应可在处理器皿1501中被激发的气体，例如惰性气体。当气体由气体供应器1540供应到处理器皿1501中并且电压由电源1533供应到金属靶1530时，可以激发供应到处理器皿1501中的气体。此外，当磁铁1535由磁铁驱动器1537驱动时，磁场可以在金属靶1530周围产生，因此等离子体可以集中在金属靶1530附近。当等离子体中的阳离子与金属靶1530碰撞时，金属靶1530的材料可以被释放。从金属靶1530释放的材料可以沉积在基板s上。

在某些实施方式中，气体供应器1540可以将特定气体供应到处理器皿1501中以执行氧化工艺。气体供应器1540可以将氧气和用于控制氧化工艺的压力的惰性气体供应到处理器皿1501中。

尽管没有示出，但是半导体制造装置1000、1000a和/或1000b的每个还可以包括通过总线连接的控制器和存储器。存储器可以是非易失性存储器或易失性存储器，非易失性存储器诸如为闪存、相变随机存取存储器(pram)、磁阻ram(mram)、电阻ram(reram)或铁电ram(fram)，易失性存储器诸如为静态ram(sram)、动态ram(dram)或同步dram(sdram)。控制器可以是中央处理器(cpu)、处理器、专用集成电路(asic)或另外的适合的硬件处理单元，其在执行存储在存储器中的指令时将控制器配置为特定用途的控制器，用于控制半导体制造装置1000、1000a和/或1000b以及工艺室1500，以执行以上关于半导体制造装置1000、1000a和/或1000b以及图12中的工艺室1500描述的上述隧道结层制造工艺中的一个或多个。

尽管已经参照其实施方式具体示出和描述了发明构思，但是将理解，可以在其中进行形式和细节上的各种变化，而没有脱离权利要求书的精神和范围。

本申请要求于2017年10月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0138456号的权益，其公开内容通过引用整体地结合于此。