存储器件制造技术

本发明专利技术提供存储器件，上述存储器件包括磁隧道结，上述磁隧道结包括自由层、隧道结及固定层，上述自由层呈进行相互不同方向的磁化的至少两层。

Storage device

The invention provides a memory device, which comprises a magnetic tunnel junction. The above magnetic tunnel junction comprises a free layer, a tunnel junction and a fixed layer, and the free layer has at least two layers of magnetization in different directions.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】存储器件
本专利技术涉及存储器件，尤其，涉及利用磁隧道结(MagneticTunnelJunction，MTJ)的磁性存储器件。
技术介绍
进行对于与闪存器件相比，消耗电力少，集精度高的下一代非易失性存储器件的研究。这种下一代非易失性存储器件包括利用如硫族化合物合金(chalcogenidealloy)的相变化物质的状态变化的相变存储器(PhasechangeRAM，PRAM)、利用基于铁磁的磁化状态的磁隧道结(MagneticTunnelJunction，MTJ)的阻抗变化的磁性存储器(MagneticRAM，MRAM)、利用铁电材料的分级现象的铁电存储器(FerroelectricRAM)、利用可变阻抗物质的阻抗变化的阻抗变化存储器(ResistancechangeRAM，ReRAM)等。作为磁性存储器，利用基于电子注入的自旋转矩(Spin-TransferTorque，STT)现象来形成磁化，判别磁化反转前后的阻抗差的自旋转矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM，Spin-TransferTorqueMagneticRandomAccessMemory)器件。自旋转矩磁性随机存取存储器器件分别包括由铁磁形成的固定层(pinnedlayer)及自由层和在这些之间形成隧道屏障(tunnelbarrier)的磁隧道结。在磁隧道结中，自由层和固定层的磁化方向相同(即，平行(parallel))，则电流流动变得简单，从而具有低阻抗状态，若磁化方向不同(即，不平行(antiparallel))，则电流减少，从而呈现出高阻抗状态。并且，在磁隧道结中，磁化方向需要向与基板垂直的方向变化，因此，自由层及固定层需要进行垂直磁化值。根据磁场的强度及方向，若与垂直磁化值0为基准对称的方形(squareness，S)的形状变得鲜明(S＝1)，则垂直磁各向异性(perpendicularmagneticanisotropy，PMA)优秀。这种自旋转矩磁性随机存取存储器器件理论上实现1015以上的循环(cycling)，可通过纳秒(ns)程度的快速进行开关。尤其，积极进行垂直磁化型自旋转矩磁性随机存取存储器器件理论上没有缩放限制(ScalingLimit)，通过越进行缩放，电流的密度可降低的优点，可代替DRAM器件的下一代存储器件。另一方面，自旋转矩磁性随机存取存储器器件的例在韩国授权专利第10-1040163中公开。并且，自旋转矩磁性随机存取存储器器件在自由层下部形成种子层，在固定层上部形成覆盖层，在覆盖层上部形成合成交换半磁性层及上部电极。而且，自旋转矩磁性随机存取存储器器件在硅基板形成硅氧化膜之后，在上部形成种子层及磁隧道结。并且，在硅基板可形成三极管等的选择器件，硅氧化膜可覆盖选择器件。因此，自旋转矩磁性随机存取存储器器件在形成有选择器件的硅基板层叠硅氧化膜、种子层、自由层、磁隧道屏障、固定层、覆盖层、合成交换半磁性层及上部电极。其中，种子层及覆盖层利用钽(Ta)来形成，合成交换半磁性层呈磁性金属和非磁性金属交替层叠的下部磁性层及上部磁性层并在这些之间形成非磁性层的结构。但是，当前报告的磁隧道结基于SiO2或MgO基板，没有下部电极或者利用Ta、Ru下部电极的结构为主。但是，为了体现自旋转矩磁性随机存取存储器器件，以往DRAM的1T1C结构中，利用磁隧道结替代电容器。此时，需要利用用于防止三极管的阻抗减少和金属的扩散的材料来形成下部电极。但是，在利用以往的SiO2或MgO来制造磁隧道结的情况下，考虑到与实际三极管的连接时，很难直接存储制造。并且，为了体现自旋转矩磁性随机存取存储器器件，开光能量需要低至能够代替DRAM，但是，存在使自由层进行旋转的能量高的缺点，从而很难制造存储器。(现有技术文献)韩国授权专利第10-1040163号
技术实现思路
技术问题本专利技术提供可降低自由层的开关能量的存储器件。本专利技术提供可急剧改变磁隧道结的磁化方向的变化，从而可以使动作速度迅速的存储器件。本专利技术提供可提高磁隧道结的结晶性，由此，可改变磁化方向急剧变化的存储器件。技术方案本专利技术一实施例的存储器件包括具有自由层、隧道结及固定层的磁隧道结，上述自由层呈进行相互不同方向的磁化的至少两层结构。上述自由层与上述固定层相邻，并进行垂直磁化。[上述自由层包括：第一磁化层，进行水平磁化；分离层，不进行磁化；以及第二磁化层，进行垂直磁化。上述自由层的第一自由层及第二自由层利用相同的物质来形成不同的厚度。上述第一自由层及第二自由层由包含CoFeB的物质形成，上述第一自由层的厚度大于上述第二自由层的厚度。上述第一自由层的厚度为1nm至4nm，上述第二自由层的厚度为0.8nm至1.2nm。上述分离层利用bcc结构的物质来形成0.4nm至2nm的厚度。本专利技术还包括在上述自由层的下侧从下部起以层叠的方式形成电极、缓冲层及种子层。上述下部电极由多结晶导电物质形成。本专利技术的存储器件还包括在上述固定层的上侧层叠而成的覆盖层及合成交换半磁性层。上述覆盖层由bcc结构的物质形成。上述合成交换半磁性层由包含Pt的物质形成。技术效果在本专利技术的实施例中，利用多结晶导电物质，利用下部电极，以作为自旋转矩磁性随机存取存储器的基本结构的一个晶体管及一个磁隧道结适用于实际存储工序。并且，在下部电极形成多结晶的种子层，由此，形成于上部的非晶质磁隧道结根据种子层的结晶结构形成，之后，通过热处理，形成比以上进一步得到提高的结晶结构。因此，可使磁隧道结的磁化方向急剧变化，从而可加快动作速度。而且，以进行水平磁化的第一自由层、未进行磁化的分离层及进行垂直磁化的第二自由层的层叠结构形成自由层，由此，垂直磁化的第二自由层的旋转方向通过水平方向并向相反垂直方向改变时，与水平磁化的第一自由层发生磁共振，以此诱导磁隧道结的磁化特性和磁阻抗比并可降低自由层的开关能量。附图说明图1为本专利技术一实施例的存储器件的剖视图；图2及图3为示出以往的存储器件的磁特性的图；图4及图5为示出本专利技术的存储器件的磁特性的图；图6及图7为示出以往及本专利技术的存储器件的开关电流特性的图；图8为示出以往及本专利技术的存储器件的磁阻抗比的图。具体实施方式以下，参照附图，详细说明本专利技术的实施例。但是，本专利技术并不局限于以下公开的实施例，可以体现为多种形态，只是，本实施例使本专利技术的公开变得完整，并向本专利技术所属
的普通技术人员提供本专利技术的范畴。图1为本专利技术一实施例的存储器件的剖视图，自旋转矩磁性随机存取存储器器件的剖视图。参照图1，本专利技术一实施例的存储器件包括形成于基板100的下部电极110、缓冲层120、种子层130、自由层140、磁隧道屏障150、固定层160、覆盖层170、第二缓冲层180、及合成交换半磁性层190及上部电极200。其中，自由层140、磁隧道屏障150及固定层160形成磁隧道结。其中，自由层140具有第一自由层141、分离层142及第二自由层143的层叠结构，第一自由层141及第二自由层143具有不同方向的磁化。基板100可利用半导体基板。例如，基板100可利用硅基板、砷化镓基板、硅锗基板、氧化硅膜基板等，在本实施例中，利用硅基板。并且，在基板100可形成包括三极管的选择器件。这种，在基板100可形成绝缘层105。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器件，其特征在于，包括磁隧道结，上述磁隧道结包括自由层、隧道结及固定层，上述自由层呈进行相互不同方向的磁化的至少两层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.18 KR 10-2015-0037231;2015.03.31 KR 10-2011.一种存储器件，其特征在于，包括磁隧道结，上述磁隧道结包括自由层、隧道结及固定层，上述自由层呈进行相互不同方向的磁化的至少两层。2.根据权利要求1所述的存储器件，其特征在于，上述自由层与上述固定层相邻，并进行垂直磁化。3.根据权利要求1或2所述的存储器件，其特征在于，上述自由层包括：第一磁化层，进行水平磁化；分离层，不进行磁化；以及第二磁化层，进行垂直磁化。4.根据权利要求3所述的存储器件，其特征在于，上述自由层的第一自由层及第二自由层利用相同的物质来形成不同的厚度。5.根据权利要求4所述的存储器件，其特征在于，上述第一自由层及第二自由层由包含CoFeB的物质形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴在勤，李承垠，
申请(专利权)人：汉阳大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR