磁存储器件以及用于制造其的方法技术

提供了一种磁存储器件，其包括具有自由图案、参考图案、以及在自由图案与参考图案之间的隧道势垒图案的磁隧道结图案。自由图案包括第一子自由图案、第二子自由图案和第三子自由图案。第一子自由图案在隧道势垒图案与第三子自由图案之间，第二子自由图案在第一子自由图案与第三子自由图案之间。第二子自由图案包括镍‑钴‑铁‑硼(NiCoFeB)，第三子自由图案包括镍‑铁‑硼(NiFeB)。还提供了相关的制造方法。

Magnetic memory parts and methods used to make them

A magnetic storage device is provided, which includes a magnetic tunnel junction pattern with a free pattern, a reference pattern, and a tunneling barrier pattern between the free pattern and the reference pattern. The free pattern includes the first free pattern, the second free pattern and the third free pattern. The first sub free pattern is between the tunneling barrier pattern and the third sub free pattern, and the second sub free pattern is between the first sub free pattern and the third sub free pattern. Second free patterns including nickel cobalt iron boron (NiCoFeB), third sub patterns including iron nickel free boron (NiFeB). The related manufacturing methods are also provided.

【技术实现步骤摘要】
磁存储器件以及用于制造其的方法
本专利技术构思的实施方式总体上涉及半导体器件，更具体地，涉及包括磁隧道结图案的磁存储器件，及制造其的方法。
技术介绍
高速、低电压存储器件被用于提供包括存储器件的高速和低功率电子器件。这样的器件的一个示例是磁存储器件。磁存储器件已经由于其高速运行特性和/或非易失性特性作为下一代存储器件受到关注。磁存储器件是利用磁隧道结(MTJ)的存储器件。磁隧道结可以包括两个磁性层和设置在该两个磁性层之间的绝缘层，并且磁隧道结的电阻可以根据该两个磁性层的磁化方向而改变。当该两个磁性层的磁化方向彼此反平行时，磁隧道结可以具有高电阻。相反，当该两个磁性层的磁化方向彼此平行时，磁隧道结可以具有低电阻。磁存储器件可以通过利用磁隧道结的电阻之间的差异而写/感测数据。
技术实现思路
本专利技术构思的一些实施方式提供能够减小转换电流同时保持热稳定性的磁存储器件。本专利技术构思的另一些实施方式还提供用于制造能够减小转换电流同时保持热稳定性的磁存储器件的方法。在又一些实施方式中，一种磁存储器件包括含自由图案、参考图案、以及在自由图案与参考图案之间的隧道势垒图案的磁隧道结图案。自由图案包括第一子自由图案、第二子自由图案和第三子自由图案。第一子自由图案设置在隧道势垒图案与第三子自由图案之间，第二子自由图案设置在第一子自由图案与第三子自由图案之间。第二子自由图案包括镍-钴-铁-硼(NiCoFeB)，第三子自由图案包括镍-铁-硼(NiFeB)。在一些实施方式中，一种磁存储器件包括含自由图案、参考图案、以及在自由图案与参考图案之间的隧道势垒图案的磁隧道结图案。自由图案包括第一子自由图案和第二子自由图案。第一子自由图案设置在隧道势垒图案与第二子自由图案之间。第一子自由图案包括钴-铁-硼(CoFeB)，第二子自由图案包括镍-钴-铁-硼(NiCoFeB)。第二子自由图案的镍含量在从10原子百分比到40原子百分比的范围。在另一些实施方式中，一种用于制造磁存储器件的方法包括在基板上形成自由层、参考层、以及在自由层与参考层之间的隧道势垒层。形成自由层包括形成第一子自由层、第二子自由层和第三子自由层。第一子自由层在隧道势垒层与第三子自由层之间形成，第二子自由层在第一子自由层与第三子自由层之间形成。第二子自由层包括镍-钴-铁-硼(NiCoFeB)，第三子自由层包括镍-铁-硼(NiFeB)。在又一些实施方式中，提供了一种磁隧道结图案的自由图案。该自由图案包括第一子自由图案、第二子自由图案和第三子自由图案。第一子自由图案在磁隧道结图案的隧道势垒图案与第三子自由图案之间。第二子自由图案在第一子自由图案与第三子自由图案之间并包括镍-钴-铁-硼(NiCoFeB)。第三子自由图案包括镍-铁-硼(NiFeB)。附图说明鉴于附图和伴随的详细描述，本专利技术构思将变得更加明显。图1是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁存储器件的示意性框图。图2是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁存储器件的存储单元阵列的电路图。图3是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁存储器件的单位存储单元的电路图。图4A和4B是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁隧道结图案的示意图。图5A和5B是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁存储器件的剖视图。图6A和6B是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁存储器件的制造中的处理步骤的剖视图。图7A和7B是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁存储器件的剖视图。图8A和8B是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁存储器件的制造中的处理步骤的剖视图。图9是示出根据比较示例和本专利技术构思的一些实施方式的磁隧道结图案的热稳定性和转换电流的曲线图。具体实施方式在下文中，将通过参照附图说明本专利技术的示例实施方式而详细描述本专利技术构思。附图中相同的附图标记表示相同的元件，因而其详细描述将为了简洁而被省略。首先参照图1，将论述示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁存储器件的示意性框图。如图1中所示，磁存储器件可以包括存储单元阵列10、行解码器20、列选择器30、读/写电路40和控制逻辑50。存储单元阵列10可以包括多条字线和多条位线，存储单元可以连接到字线和位线的交叉点。将参照图2论述存储单元阵列10的部件。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可以解码从外部系统输入的地址信号以选择字线当中的一条。列选择器30可以通过位线连接到存储单元阵列10并且可以解码从外部系统输入的地址信号以选择位线当中的一条。所选择的位线可以通过列选择器30连接到读/写电路40。读/写电路40可以响应于控制逻辑50的控制信号而提供用于访问所选择的存储单元的位线偏压。读/写电路40可以提供位线电压到所选择的位线以将数据写入到存储单元中或者从存储单元读取数据。控制逻辑50可以响应于提供自外部系统的命令信号而输出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控制读/写电路40。图2是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁存储器件的存储单元阵列的电路图。图3是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁存储器件的单位存储单元的电路图。现在参照图2，存储单元阵列10可以包括多条第一导电线、多条第二导电线和多个单位存储单元MC。第一导电线可以是字线WL，第二导电线可以是位线BL。单位存储单元MC可以二维地或者三维地布置。字线WL可以在第一方向上延伸，位线BL可以在交叉第一方向的第二方向上延伸。单位存储单元MC可以分别连接到字线WL和位线BL的交叉点。因此，连接到字线WL的单位存储单元MC的每个可以通过位线BL的每条连接到参照图1论述的读/写电路40。现在参照图3，单位存储单元MC的每个可以包括存储元件ME和选择元件SE。存储元件ME可以连接在位线BL与选择元件SE之间，选择元件SE可以连接在存储元件ME与字线WL之间。存储元件ME可以是其电阻状态通过施加到其的电脉冲而在两个不同的电阻状态之间可转换的可变电阻元件。存储元件ME可以具有显示出磁阻特性的结构并且可以包括至少一种铁磁材料和/或至少一种反铁磁材料。在一些实施方式中，存储元件ME可以具有其电阻利用穿过其的编程电流的电子的自旋转移力矩而可变的结构。选择元件SE可以控制穿过存储元件ME的电荷的流动。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、NMOS场效应晶体管或PMOS场效应晶体管。当选择元件SE是三端子元件(例如双极晶体管或MOS场效应晶体管)时，额外的互连线(未示出)可以连接到选择元件SE。在一些实施方式中，存储元件ME可以包括第一磁结构MS1、第二磁结构MS2以及设置在第一磁结构MS1与第二磁结构MS2之间的隧道势垒图案TBP。第一磁结构MS1、第二磁结构MS2和隧道势垒图案TBP可以构成磁隧道结图案MTJP。第一磁结构MS1和第二磁结构MS2的每个可以包括由磁性材料形成的至少一个磁性层。存储元件ME还可以包括底电极图案BEP和顶电极图案TEP。底电极图案BEP可以设置在第一磁结构MS1与选择元件SE之间，顶电极图案TEP可以设置在第二磁结构MS2与位线BL之间。现在参照图4A和4B，将论述示出根据本专利技术构思的一些实施方式的磁隧道结图案的示意图。如图4A和4B中所示，磁隧道结图案MTJP1或MTJ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁存储器件，包括：磁隧道结图案，其包括自由图案、参考图案、以及在所述自由图案与所述参考图案之间的隧道势垒图案，所述自由图案包括：第一子自由图案；第二子自由图案；以及第三子自由图案，其中所述第一子自由图案在所述隧道势垒图案与所述第三子自由图案之间；其中所述第二子自由图案在所述第一子自由图案与所述第三子自由图案之间并包括镍‑钴‑铁‑硼(NiCoFeB)；以及其中所述第三子自由图案包括镍‑铁‑硼(NiFeB)。

【技术特征摘要】
2016.08.04 KR 10-2016-00995311.一种磁存储器件，包括：磁隧道结图案，其包括自由图案、参考图案、以及在所述自由图案与所述参考图案之间的隧道势垒图案，所述自由图案包括：第一子自由图案；第二子自由图案；以及第三子自由图案，其中所述第一子自由图案在所述隧道势垒图案与所述第三子自由图案之间；其中所述第二子自由图案在所述第一子自由图案与所述第三子自由图案之间并包括镍-钴-铁-硼(NiCoFeB)；以及其中所述第三子自由图案包括镍-铁-硼(NiFeB)。2.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第二子自由图案的镍含量在从10原子百分比到40原子百分比的范围。3.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第三子自由图案的镍含量在从10原子百分比到40原子百分比的范围。4.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一子自由图案的镍含量小于所述第二子自由图案的镍含量和所述第三子自由图案的镍含量。5.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一子自由图案包括钴-铁-硼(CoFeB)。6.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第三子自由图案的钴含量小于所述第二子自由图案的钴含量。7.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第二子自由图案具有与所述第一子自由图案接触的第一表面、以及与所述第三子自由图案接触的不同于所述第一表面的第二表面。8.如权利要求7所述的磁存储器件，其中所述第一子自由图案与所述隧道势垒图案接触。9.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一子自由图案的厚度大于所述第二子自由图案的厚度和所述第三子自由图案的厚度。10.如权利要求9所述的磁存储器件：其中所述第一子自由图案的所述厚度在从到的范围；其中所述第二子自由图案的所述厚度在从到的范围；以及其中所述第三子自由图案的所述厚度在从到的范围。11.如权利要求1所述的磁存储器件，还包括覆盖图案，所述覆盖图案与所述隧道势垒图案间隔开，其间具有所述自由图案，其中所述覆盖图案包括金属氧化物。12.如权利要求11所述的磁存储器件，其中所述覆盖图案与所述第三子自由图案接触。13.如权利要求1所述的磁存储器件：其中所述磁隧道结图案在基板上；以及其中所述自由图案的磁化方向和所述参考图案的磁化方向基本上垂直于所述基板的顶表面。14.一种磁存储器件，包括：磁隧道结图案，其包括自由图案、参考图案、以及在所述自由图案与所述参考图案之间的隧道势垒图案，所述自由图案包括第一子自由图案和第二子自由图案，其中所述第一子自由图案在所述隧道势垒图案与所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：金哉勋，金柱显，
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