磁存储器和制造磁存储器的方法技术

根据一个实施例，磁存储器包括：包括第一金属的第一金属层；在第一金属层上的第二金属层，第二金属层包括比第一金属更易被氧化的第二金属，第二金属层具有接触第一金属层的第一侧壁部，第二金属层具有在第一侧壁部上面的第二侧壁部，第二侧壁部从第一侧壁部后退；在第二金属层上的磁阻元件；在磁阻元件上的第三金属层；以及接触磁阻元件的侧壁部和第二金属层的第二侧壁部的第一材料，第一材料包括第二金属的氧化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年3月11日提交的美国临时专利申请No.61/951,414的权益，其全部内容在此通过引用而被包含。
在此所述的实施例一般涉及磁存储器和制造磁存储器的方法。
技术介绍
在自旋注入写入类型的磁存储器中，例如自旋转移矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)，磁阻元件的磁化反转所需的电流通过电流密度限定。也就是说，该类型的磁存储器具有磁化反转所需的电流根据磁阻元件的尺寸的减小而减小的可伸缩性。另外，如果是垂直磁化类型，其中磁阻元件的剩余磁化强度的磁化方向垂直于薄膜表面，则磁化反转所需的电流可进一步减小。因此，自旋注入写入类型的磁存储器是下一代存储器的热门之一。然而，为了使自旋注入类型的磁存储器付诸实际应用，需要解决磁阻元件关于加工的问题。例如，磁阻元件包括具有可变磁化强度的磁层(存储层)、具有不变磁化强度的磁层(参考层)和在上述磁层之间的绝缘层(隧道势垒层)。这是磁阻元件的基本结构。附图说明图1是示出磁阻元件的示例的透视图；图2是沿着图1中的线II-II的剖视图；图3A和图3B是示出顶销式磁阻元件的剖视图；图4A和图4B是示出底销式磁阻元件的剖视图；图5-图10是示出磁阻元件的制造方法的示例的剖视图；图11是示出实施例与比较例之间的对比的图；图12是示出存储单元作为其应用的示例的剖视图；图13A和图13B是示出如图12所示的磁阻元件的示例的剖视图；图14是示出存储单元阵列的示例的平面图；图15是沿着图14中的线XV-XV的剖视图；图16是沿着图14中的线XVI-XVI的剖视图；图17是沿着图14中的线XVII-XVII的剖视图；图18是示出如图14-图17所示的存储单元阵列的等效电路的电路图；图19和图20是示出制造装置的示例的方框图。具体实施方式一般地，根据一个实施例，磁存储器包括：包括第一金属的第一金属层；在第一金属层上的第二金属层，第二金属层包括比第一金属更易被氧化的第二金属，第二金属层具有接触第一金属层的第一侧壁部，第二金属层具有在第一侧壁部上面的第二侧壁部，第二侧壁部从第一侧壁部分后退；在第二金属层上的磁阻元件；在磁阻元件上的第三金属层；接触磁阻元件的侧壁部和第二金属层的第二侧壁部的第一材料，第一材料包括第二金属；覆盖第一材料的间隔层；接触间隔层的侧壁部和第二金属层的第一侧壁部的第二材料，第二材料包括第一金属；以及覆盖第一金属层、第二金属层、磁阻元件、第三金属层、第一材料、间隔层和第二材料的保护层。1.磁阻元件将说明用作磁存储器中的存储单元的磁阻元件的示例。(1)结构图1示出磁阻元件的示例。图2是沿着图1中的线II-II的剖视图。然而，在图1中，为了阐明图1中用标号11-17表示的元件之间的位置关系，省略了图2中用标号18、19、20和标记PL表示的元件。更具体地，第一金属层11包括难于氧化的不易氧化金属，诸如W、Ta、Ru或Ti。第一金属层11可被提供为化合物，诸如TaN或TiN。另外，第一金属层11可被提供为接触插头、电极或互连器。第二金属层12被设置在第一金属层11上。而且，第二金属层包括比第一金属更容易被氧化的易氧化金属，诸如Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr或Hf。第二金属层11可被提供为化合物，诸如HfB、MgAlB、HfAlB、ScAlB、ScHfB或HfMgB。第二金属层12可包括堆叠结构。金属是不易氧化金属还是易氧化金属可基于例如它的标准电极电势来确定。更具体地，如果第二金属层12包括标准电极电势比第一金属层11中的第一金属的标准电极电势低的第二金属，则第二金属可被定义为易氧化金属。另一方面，如果第一金属层11包括标准电极电势比第二金属层12中的第二金属的标准电极电势高的第一金属，则第一金属可被定义为不易氧化金属。第二金属层12包括与第一金属层11接触的第一侧壁部A、以及位于第一侧壁部A的内侧并且在比第一侧壁部A更高的位置处的第二侧壁部B。第一侧壁部A和第二侧壁部B的每一个被定义为具有15°或更小的倾斜角θ的侧表面。通过这种方式，由于第二金属层12包括第一侧壁部A和第二侧壁部B，因此，在第二金属层12上提供的具有叠层结构的底部稳定。因此，可防止该叠层结构倒塌。底层13被提供在第二金属层12上。磁阻元件MTJ被提供在底层13上。提供底层13以使磁阻元件MTJ成形。优选地，底层13包括MgO或一种氮化物，例如，AlN、MgN、ZrN、NbN、SiN和AlTiN。磁阻元件MTJ包括第一磁层14、非磁层(隧道势垒层)15和第二磁层16，第一磁层14位于底层13上，非磁层15位于第一磁层14上，第二磁层16位于非磁层15上。第一磁层14和第二磁层16中的一个是具有不变磁化强度的参考层，另一个是具有可变磁化强度的存储层。应当注意，不变磁化强度意味着磁化强度的方向在写入前或写入后不变化，可变磁化强度意味着磁化强度的方向可在写入前或写入后相反地变化。另外，写入意味着自旋转移写入，其中，使自旋注入电流(自旋极化电子)流经磁阻元件MTJ，从而向存储层的磁化强度提供自旋力矩。在磁阻元件MTJ包括作为存储层的第一磁层14和作为参考层的第二磁层16的情况下，该磁阻元件MTJ被称为顶销式磁阻元件MTJ。图3A和图3B示出了顶销式磁阻元件MTJ的磁化状态。另一方面，在磁阻元件MTJ包括作为参考层的第一磁层14和作为存储层的第二磁层16的情况下，该磁阻元件MTJ被称为底销式磁阻元件MTJ。图4A和图4B示出了底销式磁阻元件MTJ的磁化状态。优选地，第一磁层14和第二磁层16具有垂直磁化强度，即，在第一磁层14和第二磁层16堆叠在一起的垂直方向上的剩余磁化强度。图3A和图4A示出了具有垂直磁化强度的磁阻元件MTJ的磁化状态。然而，第一磁层14和第二磁层16可具有面内磁化强度，即，在与第一磁层14和第二磁层16堆叠的方向垂直的方向上的剩余磁化强度。图3B和图4B示出了具有面内磁化强度的磁阻元件MTJ的磁化状态。磁阻元件MTJ的阻抗取决于存储层和参考层由于磁阻的影响而相对于彼此的磁化强度的方向。例如，如果存储层和参考层处于存储层和参考层的磁化强度的方向彼此相同的平行状态，则磁阻元件MTJ的阻抗低，如果存储层和参考层处于存储层和参考层的磁化强度方向彼此相反的反平行状态，则磁阻元件MTJ的阻抗高。第一磁层14和第二磁层16包括例如CoFeB、MgFeO或CoFeB和MgFeO的叠层。如果磁阻元件具有垂直磁化强度，则优选地，第一磁层14和第二磁层16具有：具有垂直磁各向异性的TbCoFe、其中Co和Pt被堆叠在一起并且具有垂直磁各向异性的人工晶格、被正则化成L1o并具有垂直磁各向异性的FePt等。在这种情况下，在第一磁层14和非磁层15之间或者在非磁层15和第二磁层16之间，可提供CoFeB作为接口层。非磁层15包括例如MgO或AlO。另外，非磁层15可被提供为氮化物，例如Al、Si、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr或Hf的氮化物。在磁阻元件MTJ上提供第三金属层17。另外，第三金属层17包括例如W、Ta、Ru、Ti、TaN或TiN。另外，第三金属层17用作电极，此外，当磁阻元件MTJ被图案化时用作掩膜。也就是说，优选地，第三金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁存储器，包括：第一金属层，其包括第一金属；在所述第一金属层上的第二金属层，所述第二金属层包括比所述第一金属更易被氧化的第二金属，所述第二金属层具有接触所述第一金属层的第一侧壁部，所述第二金属层具有在所述第一侧壁部上面的第二侧壁部，所述第二侧壁部从所述第一侧壁部后退；在所述第二金属层上的磁阻元件；在所述磁阻元件上的第三金属层；第一材料，其接触所述磁阻元件的侧壁部和所述第二金属层的第二侧壁部，所述第一材料包括所述第二金属；间隔层，其覆盖所述第一材料；以及第二材料，其接触所述间隔层的侧壁部和所述第二金属层的第一侧壁部，所述第二材料包括所述第一金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.11 US 61/951,4141.一种磁存储器，包括：第一金属层，其包括第一金属；在所述第一金属层上的第二金属层，所述第二金属层包括比所述第一金属更易被氧化的第二金属，所述第二金属层具有接触所述第一金属层的第一侧壁部，所述第二金属层具有在所述第一侧壁部上面的第二侧壁部，所述第二侧壁部从所述第一侧壁部后退；在所述第二金属层上的磁阻元件；在所述磁阻元件上的第三金属层；第一材料，其接触所述磁阻元件的侧壁部和所述第二金属层的第二侧壁部，所述第一材料包括所述第二金属；间隔层，其覆盖所述第一材料；以及第二材料，其接触所述间隔层的侧壁部和所述第二金属层的第一侧壁部，所述第二材料包括所述第一金属。2.如权利要求1所述的存储器，还包括：保护层，其覆盖所述第一金属层、所述第二金属层、所述磁阻元件、所述第三金属层、所述第一材料、所述间隔层和所述第二材料，所述保护层包括氮化物。3.如权利要求1所述的存储器，其中，所述第二金属具有比所述第一金属的标准电极电势低的标准电极电势。4.如权利要求1所述的存储器，其中，所述第一材料包括所述第二金属的氧化物。5.如权利要求1所述的存储器，其中，所述第二材料包括所述第一金属的氧化物。6.如权利要求1所述的存储器，其中，所述第一材料和所述第二材料的每一个在与所述第一金属层的上表面平行的方向上具有1nm或更小的厚度。7.如权利要求1所述的存储器，其中，所述第一侧壁部和所述第二侧壁部的每一个相对于与所述第一金属层的上表面垂直的轴线具有15°或更小的倾斜度。8.如权利要求1所述的存储器，其中，从所述第一侧壁部到所述第二侧壁部的宽度在与所述第一金属层的上表面平行的方向上基本等于所述间隔层的宽度。9.如权利要求1所述的存储器，其中，所述磁阻元件在与所述第一金属层的上表面平行的方向上具有比所述第一金属层的尺寸更小的尺寸。10.如权利要求1所述的存储器，其中，所述第二金属层在与所述第一金属层的上表面平行的方向上具有比所述第一金属层的尺寸更小的尺寸。11.如权利要求1所述的存储器，其中，所述第一金属层是与选择晶体管的源极/漏极区接触的接触插头。12.如权利要求1所述的存储器，其中，所述第一金属包括W、Ta、Ru和Ti之一。13.如权利要求1所述的存储器，其中，所述第二金属包括Al、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zr和Hf之一。14.如权利要求1所述的存储器，还包括：底层，其在所述第二金属层和所述磁阻元件之间，所述底层包括MgO、AlN、MgN、ZrN、...

【专利技术属性】
技术研发人员：园田康幸，中山昌彦，李敏硕，吉川将寿，杉浦邦晃，黄智焕，
申请(专利权)人：株式会社东芝，SK海力士公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP