具有垂直磁隧道结的磁存储器件制造技术

本公开提供了具有垂直磁隧道结的磁存储器件。一种磁存储器件包括在基板上的第一磁结构、在基板和第一磁结构之间的第二磁结构、以及在第一磁结构和第二磁结构之间的隧道阻挡物。第一磁结构和第二磁结构中的至少一个包括垂直磁层以及插设在隧道阻挡物和垂直磁层之间的极化增强层。这里，极化增强层包含钴、铁和至少一种IV族元素，并且极化增强层具有垂直于或基本上垂直于基板的顶表面的磁化方向。

Magnetic storage device with vertical magnetic tunnel junction

The present disclosure provides a magnetic storage device having a vertical magnetic tunnel junction. A magnetic memory device includes a first magnetic structure on a substrate, a second magnetic structure between the substrate and the first magnetic structure, and a tunnel barrier between the first magnetic structure and the second magnetic structure. At least one of the first magnetic structure and the second magnetic structure comprises a vertical magnetic layer and a polarization enhancement layer interposed between the tunnel barrier and the vertical magnetic layer. Here, the polarization enhancement layer contains cobalt, iron, and at least one IV group element, and the polarization enhancement layer has a magnetization direction perpendicular to or substantially perpendicular to the top surface of the substrate.

【技术实现步骤摘要】

这里公开的示例实施方式涉及磁存储器件，具体地，涉及具有垂直磁隧道结的磁存储器件。
技术介绍
在电子装置中提供的半导体器件要求更快的运行速度和/或更低的运行电压。磁存储器件能够满足这样的要求。例如，磁存储器件能够提供诸如减少延迟和/或非易失性的技术优点。因而，磁存储器件正显现为下一代的存储其间。磁存储器件包括磁隧道结(MTJ)。MTJ可以包括两个磁层和插设在这两个磁层之间的绝缘层。MTJ的电阻可以根据这两个磁层的磁化方向而变化。例如，当这两个磁层的磁化方向反平行时MTJ的电阻可以大于当这两个磁层的磁化方向平行时MTJ的电阻。这样的电阻差异可以用于磁存储器件的数据存储操作。然而，仍需要更多的研究以批量制造高度集成的磁存储器件。
技术实现思路
这里公开的示例实施方式提供具有改善的磁致电阻(TMR)特性的磁隧道结(MTJ)和高度可靠的磁存储器件。根据这里公开的示例实施方式，一种磁存储器件可以包括在基板上的第一磁结构、在基板和第一磁结构之间的第二磁结构、以及在第一磁结构和第二磁结构之间的隧道阻挡物。第一磁结构和第二磁结构中的至少一个可以包括垂直磁层以及插设在隧道阻挡物和垂直磁层之间的极化增强层，该极化增强层包括钴、铁、以及至少一种IV族元素，极化增强层可以具有垂直于或基本上垂直于基板的顶表面的磁化方向。根据这里公开的示例实施方式，一种磁存储器件可以包括在基板上的第一磁结构、在基板和第一磁结构之间的第二磁结构、以及在第一磁结构和第二磁结构之间的隧道阻挡物。第一磁结构和第二磁结构中的至少一个可以包括与隧道阻挡物的表面接触的极化增强层，极化增强层包括钴、铁和至少一种IV族元素，并且极化增强层可以具有垂直于或基本上垂直于该基板的顶表面的磁化方向。附图说明通过以下结合附图的简要描述，示例实施方式将被更清楚地理解。附图表示如这里所描述的非限制的示例实施方式。图1是根据这里公开的示例实施方式的磁存储器件的方框图。图2是示出根据这里公开的示例实施方式的磁存储器件的存储单元阵列的电路图。图3是示出根据这里公开的示例实施方式的磁存储器件的单位存储单元的电路图。图4和图5是示出根据这里公开的示例实施方式的磁隧道结的示意图。图6是示出根据这里公开的示例实施方式的磁存储器件的截面图。图7是示出根据这里公开的示例实施方式的形成磁隧道结的第一磁结构的示例的截面图。图8是示出根据这里公开的示例实施方式的形成磁隧道结的第二磁结构的示例的截面图。图9是示出根据这里公开的示例实施方式的形成磁隧道结的第一磁结构的另一个示例的截面图。图10是示出根据这里公开的示例实施方式的形成磁隧道结的第二磁结构的另一个示例的截面图。图11和图12是示出包括根据这里公开的示例实施方式的磁存储器件的电子装置的示意性方框图。具体实施方式现在将参照附图更全面地描述示例实施方式，附图中示出了示例实施方式。图1是根据这里公开的示例实施方式的磁存储器件的方框图。参照图1，磁存储器件可以包括存储单元阵列10、行解码器20、列选择电路30、读写电路40和控制逻辑50。存储单元阵列10可以包括多个字线、多个位线以及提供在字线和位线之间的交叉处的多个存储单元。存储单元阵列10的结构将参照图2更详细地描述。行解码器20可以通过字线连接到存储单元阵列10。行解码器20可以配置为解码从磁存储器件的外面接收的地址信息输入，从而选择字线之一。列选择电路30可以通过位线连接到存储单元阵列10，并可以配置为解码从磁存储器件的外部接收的地址信息输入从而选择位线之一。由列选择电路30选择的位线可以连接到读写电路40。读写电路40可以响应于来自控制逻辑50的控制信号而提供存取所选择的存储单元的位线偏压。此外，读写电路40可以将位线电压提供到所选择的位线以写入数据到存储单元或从存储单元读取数据。控制逻辑50可以响应于从外面输入的指令信号而输出用于控制磁存储器件的控制信号。从控制逻辑50输出的控制信号可以用于控制读写电路40。图2是示出根据这里公开的示例实施方式的磁存储器件的存储单元阵列的电路图，图3是示出根据这里公开的示例实施方式的磁存储器件的单位存储单元的电路图。参照图2，存储单元阵列10可以包括多个第一导电线、多个第二导电线和多个单位存储单元MC。在示例实施方式中，第一导电线可以用作字线WL0-WL3，第二导电线可以用作位线BL0-BL3。单位存储单元MC可以提供为二维或三维的构造。字线WL和位线BL可以提供为彼此交叉，并且每个单位存储单元MC可以提供在字线WL和位线BL之间的交叉中的对应一个处。每个字线WL可以连接到多个单位存储单元MC。连接到特定一个字线WL的每个单位存储单元MC可以连接到相应的位线BL。每个位线BL可以连接到单位存储单元MC中的连接到特定一个字线WL的对应一个。因此，连接到字线WL的单位存储单元MC可以通过位线BL连接到参照图1描述的读写电路40。参照图3，每个单位存储单元MC可以包括存储元件ME和选择元件SE。存储元件ME可以提供在位线BL和选择元件SE之间，并且选择元件SE可以提供在存储元件ME和字线WL之间。存储元件ME可以是可变电阻器件，该可变电阻器件具有能够通过施加到其的电脉冲而切换到至少两个状态之一的电阻。在示例实施方式中，存储元件ME可以具有分层结构，该分层结构具有能够利用从其流过的电流通过自旋转移过程改变的电阻。例如，存储元件ME可以具有配置为表现出磁致电阻性质的分层结构，并可以包括至少一种铁磁材料和/或至少一种反铁磁材料。选择元件SE可以配置为选择性地控制经过存储元件ME的电流的流动。例如，选择元件SE可以是二极管、pnp双极晶体管、npn双极晶体管、n沟道金属氧化物半导体场效晶体管(NMOS-FET)和PMOS-FET中的一种。在选择元件SE是三端开关器件(例如，双极晶体管或MOSFET)的情况下，额外的互连线可以连接到选择元件SE的控制电极或栅极。具体地，存储元件ME可以包括第一磁结构MS1、第二磁结构MS2以及在第一磁结构MS1和第二磁结构MS2之间的隧道阻挡物TBR。第一磁结构MS1、第二磁结构MS2和隧道阻挡物TBR可以形成磁隧道结MTJ。第一磁结构MS1和第二磁结构MS2的每个可以包括由铁磁材料制成的至少一个磁层。存储元件ME可以包括插设在第二磁结构MS2和选择元件SE之间的底电极BE以及插设在第一磁结构MS1和位线BL之间的顶电极TE。图4和图5是示出根据这里公开的示例实施方式的磁隧道结的示意图。参照图4和图5，磁隧道结MTJ可以提供在基板100上。磁隧道结MTJ可以包括按顺序堆叠在基板100上的第一磁结构MS1、第二磁结构MS2以及在第一磁结构MS1和第二磁结构MS2之间的隧道阻挡物TBR。第二磁结构MS2可以提供在基板100和隧道阻挡物TBR之间，第一磁结构MS1可以与第二磁结构MS2间隔开而使隧道阻挡物TBR插设在其间。第一磁结构MS1和第二磁结构MS2的磁层之一可以配置为具有固定方向的磁化，其不被通常使用的环境中产生的外部磁场改变。在本说明书的后面的部分中，为了描述的方便起见，术语“固定或被钉扎层PNL”将用于表示具有这样的被固定磁化性质的磁层。第一磁结构MS1和第二磁结构MS2的磁层中的另一个可以配置为具有可变的磁化方向，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁存储器件，包括：第一磁结构，在基板上；第二磁结构，在所述基板和所述第一磁结构之间；以及隧道阻挡物，在所述第一磁结构和所述第二磁结构之间，其中所述第一磁结构和所述第二磁结构中的至少一个包括：垂直磁层；和极化增强层，插设在所述隧道阻挡物和所述垂直磁层之间，所述极化增强层包括钴、铁和至少一种IV族元素，并且其中所述极化增强层具有垂直于所述基板的顶表面的磁化方向。

【技术特征摘要】
2016.01.05 KR 10-2016-0001007;2015.10.21 US 14/9191.一种磁存储器件，包括：第一磁结构，在基板上；第二磁结构，在所述基板和所述第一磁结构之间；以及隧道阻挡物，在所述第一磁结构和所述第二磁结构之间，其中所述第一磁结构和所述第二磁结构中的至少一个包括：垂直磁层；和极化增强层，插设在所述隧道阻挡物和所述垂直磁层之间，所述极化增强层包括钴、铁和至少一种IV族元素，并且其中所述极化增强层具有垂直于所述基板的顶表面的磁化方向。2.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述极化增强层与所述隧道阻挡物直接接触。3.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述极化增强层包括碳。4.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述极化增强层还包括硼。5.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述极化增强层包括CoFeC。6.如权利要求5所述的磁存储器件，其中所述极化增强层包括(CoxFe100-x)100-zCz，其中x在从0％至50％的范围内，z在从2％至8％的范围内。7.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述极化增强层还包括硼，并且所述极化增强层包括CoFeCB。8.如权利要求7所述的磁存储器件，其中所述极化增强层包括(CoxFe100-x)100-z-aCzBa，其中x在从0％至50％的范围内，z+a在从2％至8％的范围内。9.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述隧道阻挡物和所述极化增强层处于晶体状态，并且所述极化增强层具有与所述隧道阻挡物的(100)晶面平行的(100)晶面。10.如权利要求9所述的磁存储器件，其中所述极化增强层的(100)晶面和所述隧道阻挡物的(100)晶面平行于所述基板的所述顶表面。11.如权利要求9所述的磁存储器件，其中所述极化增强层具有四方变形的晶体结构。12.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一磁结构和所述第二磁结构中的至少一个还包括在所述极化增强层和所述垂直磁层之间的交换耦合层以允许所述极化增强层和所述垂直磁层之间的交换耦合。13.如权利要求12所述的磁存储器件，其中所述垂直磁层包括至少一个磁层，该至少一个磁层具有被固定在垂直于所述基板的所述顶表面的方向上的磁化方向，并且其中所述极化增强层的所述磁化方向被固定在与所述垂直磁层的所述磁化方向相同的方向上。14.如权利要求13所述的磁存储器件，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：金佑填，李俊明，朴容星，SSP帕金，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR