磁存储器件及其制造方法技术

公开了一种磁存储器件及其制造方法。该磁存储器件包括：底电极，在衬底上；磁隧道结图案，包括顺序地堆叠在底电极上的第一磁性图案、隧道势垒图案和第二磁性图案；以及顶电极，在磁隧道结图案上。底电极包括第一底电极和在第一底电极上的第二底电极。第一底电极和第二底电极中的每个包括金属氮化物。第一底电极具有比第二底电极的结晶度高的结晶度。

【技术实现步骤摘要】
磁存储器件及其制造方法
本专利技术构思涉及一种磁存储器件及其制造方法。
技术介绍
磁存储器件已经作为存储器件被发展。磁存储器件以高速工作并具有非易失性。磁存储器件包括自旋转移力矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)器件，其写入电流随磁性单元的尺寸的减小而减小。
技术实现思路
根据本专利技术构思的示范性实施方式，一种磁存储器件被提供如下。底电极在衬底上。磁隧道结图案包括顺序地堆叠在底电极上的第一磁性图案、隧道势垒图案和第二磁性图案。顶电极在磁隧道结图案上。底电极包括第一底电极和在第一底电极上的第二底电极。第一底电极和第二底电极中的每个包括金属氮化物。第一底电极具有比第二底电极的结晶度高的结晶度。根据本专利技术构思的示范性实施方式，一种磁存储器件被提供如下。底电极在衬底上。磁隧道结图案包括顺序地堆叠在底电极上的第一磁性图案、隧道势垒图案和第二磁性图案。顶电极在磁隧道结图案上。底电极包括第一底电极和在第一底电极上的第二底电极。第一底电极和第二底电极中的每个包括金属氮化物。第二底电极比第一底电极薄。根据本专利技术构思的示范性实施方式，一种制造磁存储器件的方法被提供如下。接触插塞形成在衬底上。初始第一底电极层形成在接触插塞上。对初始第一底电极层执行平坦化工艺以形成第一底电极层。第二底电极层形成在第一底电极层上。磁隧道结层和顶电极层形成在第二底电极层上。第一底电极层和第二底电极层、磁隧道结层和顶电极层被图案化。附图说明通过参照附图详细描述本专利技术构思的示范性实施方式，本专利技术构思的这些和其它的特征将变得更加明显，附图中：图1示出概念图，示出根据本专利技术构思的示范性实施方式的包括磁隧道结图案的磁存储器件的单位存储单元；图2示出截面图，示出根据本专利技术构思的示范性实施方式的包括磁隧道结图案的磁存储器件的单位存储单元；图3示出放大图，示出图2的部分Q；图4示出概念图，示出底电极的晶体结构；图5示出流程图，示出根据本专利技术构思的示范性实施方式的制造磁存储器件的方法；图6示出平面图，示出根据本专利技术构思的示范性实施方式的制造磁存储器件的方法；图7、图8A至图10A和图11至图13示出沿着图6的线I-I'截取的截面图，示出根据本专利技术构思的示范性实施方式的制造磁存储器件的方法；图8B、图9B和图10B示出放大图，分别示出图8A、图9A和图10A的部分R1、R2和R3；以及图14和图15示出概念图，示出根据本专利技术构思的示范性实施方式的磁隧道结图案。具体实施方式如这里使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数“一”、“一个”和“该”旨在也涵盖复数形式。图1示出概念图，示出根据本专利技术构思的示范性实施方式的包括磁隧道结图案的磁存储器件的单位存储单元。参照图1，单位存储单元MC包括设置在彼此交叉的位线BL和字线WL之间的存储元件ME和选择元件SE。存储元件ME包括底电极BE、磁隧道结图案MTJP和顶电极TE。存储元件ME和选择元件SE彼此串联电连接。选择元件SE可以选择性地控制流过磁隧道结图案MTJP的电荷流动。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(N型金属氧化物半导体)场效应晶体管和PMOS(P型金属氧化物半导体)场效应晶体管中的一个。当选择元件SE配置为三端器件诸如双极晶体管或MOS场效应晶体管时，额外的互连线可以连接到选择元件SE。磁隧道结图案MTJP包括第一磁性图案MS1、第二磁性图案MS2以及在第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2之间的隧道势垒图案TBP。第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2中的每个可以包括至少一个磁性层。第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2中的一个可以具有被固定的磁化方向，而与正常使用环境下的外部磁场无关。在本说明书中，被钉扎层旨在表示具有被固定的磁特性的磁性层。第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2中的另一个可以具有通过施加到其的外部磁场而切换的磁化方向。在本说明书中，自由层旨在表示具有可逆的磁特性的磁性层。磁隧道结图案MTJP可以具有取决于自由层的磁化方向和被钉扎层的磁化方向的相对取向的电阻。例如，磁隧道结图案MTJP的电阻可以在自由层的磁化方向和被钉扎层的磁化方向反平行时比在自由层的磁化方向和被钉扎层的磁化方向平行时大得多。因此，磁隧道结图案MTJP的电阻可以通过改变自由层的磁化方向来控制，并且此电阻差异可以用作根据本专利技术构思的示范性实施方式的磁存储器件的数据存储机制。将参照图14和图15更详细地讨论隧道势垒图案TBP以及第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2。图2示出截面图，示出根据本专利技术构思的示范性实施方式的包括磁隧道结图案的磁存储器件的单位存储单元。图3示出放大图，示出图2的部分Q。图4示出概念图，示出底电极的晶体结构。参照图2和图3，提供了衬底110。例如，衬底110可以是硅衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底或锗衬底。衬底110可以包括选择元件SE。例如，选择元件SE可以是包括字线的选择器件。接触插塞CT连接到选择元件SE。选择元件SE的端子可以联接到穿过衬底110上的第一层间电介质层120的接触插塞CT。接触插塞CT可以包括掺杂的半导体材料(例如掺杂的硅)、金属(例如钨、钛或钽)、导电的金属氮化物(例如钛氮化物、钽氮化物或钨氮化物)或金属半导体化合物(例如金属硅化物)。底电极BE、磁隧道结图案MTJP和顶电极TE被顺序地提供在接触插塞CT上。底电极BE包括第一底电极BE1和在第一底电极BE1上的第二底电极BE2。第一底电极BE1可以具有比第二底电极BE2的结晶度高的结晶度。在本说明书中，结晶度可以指的是结构有序的程度。例如，多晶结构比非晶结构更多地结晶；并且单晶结构比非晶结构更多地结晶。在多晶结构中，多晶结构的晶粒越大，结晶度越高。结晶度可以通过XRD(X射线衍射)的FWHM(半峰全宽)来测量。第一底电极BE1可以具有比第二底电极BE2的FWHM小的FWHM。第一底电极BE1和第二底电极BE2可以包括金属氮化物。例如，第一底电极BE1和第二底电极BE2可以由金属氮化物形成。当第一底电极BE1包括第一金属的氮化物并且第二底电极BE2包括第二金属的氮化物时，第二金属可以是原子质量大于第一金属的原子质量的元素。第一底电极BE1可以包括具有NaCl晶体结构的金属氮化物。例如，第一底电极BE1可以包括TiN。第一底电极BE1可以具有金属(例如Ti)与氮元素之间的化学计量比或非化学计量比。如图4所示，第一底电极BE1可以具有其主轴在垂直方向上延伸的柱状结构，其中底电极BE、磁隧道结图案MTJP和顶电极TE以列出的次序堆叠在接触插塞CT上。例如，第一底电极BE1的每个晶粒在第三方向D3上具有比第一方向D1上的宽度l1大的长度l2。第三方向可以平行于垂直方向，并且第一方向D1可以平行于衬底110的顶表面。例如，第三方向D3上的长度l2可以大于第一方向D1上的宽度l1的约三倍。在示范性实施方式中，取决于图2的在接触插塞CT上沉积第一底电极BE1的工艺条件，第一底电极BE1可以通过各种尺寸的晶粒(未示出)基本上由具有长度l2和宽度l1的晶粒形成。为了描述的方便，图4被放大从而示出单个尺寸的颗粒。例如，第二底电极BE2可以是非晶的。例如，第二底电极BE2可以由包括TaN或WN的非晶金属氮化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁存储器件，包括：底电极，在衬底上；磁隧道结图案，包括顺序地堆叠在所述底电极上的第一磁性图案、隧道势垒图案和第二磁性图案；以及顶电极，在所述磁隧道结图案上，其中所述底电极包括第一底电极和在所述第一底电极上的第二底电极，其中所述第一底电极和所述第二底电极中的每个包括金属氮化物，其中所述第一底电极具有比所述第二底电极的结晶度高的结晶度。

【技术特征摘要】
2017.06.09 KR 10-2017-00726901.一种磁存储器件，包括：底电极，在衬底上；磁隧道结图案，包括顺序地堆叠在所述底电极上的第一磁性图案、隧道势垒图案和第二磁性图案；以及顶电极，在所述磁隧道结图案上，其中所述底电极包括第一底电极和在所述第一底电极上的第二底电极，其中所述第一底电极和所述第二底电极中的每个包括金属氮化物，其中所述第一底电极具有比所述第二底电极的结晶度高的结晶度。2.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一底电极具有比所述第二底电极的X射线衍射的半峰全宽小的X射线衍射的半峰全宽。3.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一底电极具有其粗糙度比所述第二底电极的顶表面粗糙度高的顶表面。4.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一底电极具有柱状结构，并且其中所述第一底电极的晶粒具有在垂直方向上的主轴。5.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一底电极具有NaCl晶体结构。6.如权利要求5所述的磁存储器件，其中所述第一底电极包括TiN。7.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第二底电极是非晶的。8.如权利要求7所述的磁存储器件，其中所述第二底电极包括TaN或WN。9.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第一底电极包括第一金属的氮化物，其中所述第二底电极包括第二金属的氮化物，其中所述第二金属具有比所述第一金属的原子质量大的原子质量。10.如权利要求1所述的磁存储器件，其中所述第二底电极比所述第一底电极薄。11.如权利要求10所述的磁存储器件，其中所述第一底电极具有为所述第二底电极的厚度的约2倍至约10倍的厚度。12.如权利要求10所述的磁存储器件，其中所述顶电极包括金属氮化物图案，并且其中所述第二底电极具有比所述金属氮化物图案的厚度小的厚度。13.如权利要求10所述的磁存储器件，其中所述第二底电极比所述隧道势垒图案厚。14.一种磁存储器件，包括：底电极，在衬底上；磁隧道结图案，包括顺序...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋胤宗，李吉镐，郑大恩，
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