半导体制造装置以及制造存储器件的方法制造方法及图纸

本公开提供了一种半导体制造装置以及制造存储器件的方法。该半导体制造装置包括转移室、连接到转移室的第一工艺室、以及连接到转移室的第二工艺室。转移室可以配置为转移基板。第一工艺室可以配置为在第一温度执行用于氧化基板上的金属层的第一氧化工艺。第二工艺室可以配置为在高于第一温度的第二温度执行用于氧化基板上的金属层的第二氧化工艺。

Semiconductor manufacturing devices and methods for manufacturing memory devices

【技术实现步骤摘要】
半导体制造装置以及制造存储器件的方法
专利技术构思涉及存储器件，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
专利技术构思提供一种存储器件以及制造该存储器件的方法。专利技术构思还提供一种用于制造存储器件的半导体制造装置。根据专利技术构思的一个方面，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。根据专利技术构思的另一个方面，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。根据专利技术构思的另一个方面，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，专利技术构思的实施方式将被更清楚地理解，附图中：图1是根据专利技术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是根据专利技术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是用于描述根据专利技术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是用于描述根据专利技术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是用于描述根据专利技术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是用于描述根据专利技术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专利技术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是根据专利技术构思的某些实施方式的半导体制造装置的示意图；图10是根据专利技术构思的另一些实施方式的半导体制造装置的示意图；图11是根据专利技术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是根据专利技术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，通过参照附图说明专利技术构思的实施方式，专利技术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是根据专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体制造装置，包括：转移室，配置为转移基板；第一工艺室，连接到所述转移室，所述第一工艺室配置为在第一温度执行用于氧化所述基板上的第一金属层的第一氧化工艺；以及第二工艺室，连接到所述转移室，所述第二工艺室配置为在高于所述第一温度的第二温度执行用于氧化所述基板上的第二金属层的第二氧化工艺。

【技术特征摘要】
2017.10.24 KR 10-2017-01384561.一种半导体制造装置，包括：转移室，配置为转移基板；第一工艺室，连接到所述转移室，所述第一工艺室配置为在第一温度执行用于氧化所述基板上的第一金属层的第一氧化工艺；以及第二工艺室，连接到所述转移室，所述第二工艺室配置为在高于所述第一温度的第二温度执行用于氧化所述基板上的第二金属层的第二氧化工艺。2.如权利要求1所述的半导体制造装置，其中所述第一工艺室配置为在室温操作。3.如权利要求1所述的半导体制造装置，其中所述第一工艺室还配置为执行用于在所述基板上沉积所述第一金属层的第一沉积工艺。4.如权利要求1所述的半导体制造装置，其中所述第一工艺室包括用于将氧气供应到所述第一工艺室中的第一气体供应器，并且所述第一气体供应器配置为以0.01sccm和10sccm之间的流速供应所述氧气以执行所述第一氧化工艺。5.如权利要求1所述的半导体制造装置，其中所述第二工艺室配置为以50℃和400℃之间的第二温度操作。6.如权利要求1所述的半导体制造装置，其中所述第二工艺室还配置为执行用于在所述基板上沉积所述第二金属层的第二沉积工艺。7.如权利要求1所述的半导体制造装置，其中所述第二工艺室包括用于将氧气供应到所述第二工艺室中的第二气体供应器，并且其中所述第二气体供应器配置为以0.1sccm至100sccm之间的流速供应所述氧气以执行所述第二氧化工艺。8.如权利要求1所述的半导体制造装置，其中所述第二工艺室包括用于支撑所述基板的基板支架，并且所述基板支架包括加热器。9.如权利要求1所述的半导体制造装置，还包括：第三工艺室，连接到所述转移室，其中所述第三工艺室配置为执行用于在所述基板上沉积所述第一金属层和/或所述第二金属层的沉积工艺。10.一种半导体制造装置，包括：第一工艺室，配置为在第一温度操作，所述第一工艺室配置为通过将氧气注入到所述第一工艺室中而执行用于氧化基板上的第一金属层的第一氧化工艺；第二工艺室，配置为在高于所述第一温度的第二温度操作，所述第二工艺室配置为通过将氧气注入到所述第二工艺室中而执行用于氧化提供在被氧化的第一金属层上的第二金属层的第二氧化工艺，所述第二金属层包括与所述第一金属层相同的材料；以及转移室，连接到所述第一工艺室和所述第二工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊明，金哉勋，朴容星，吴世忠，郑峻昊，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR