磁存储器设备和制造方法技术

一种存储器设备包括底部电极、在底部电极上方例如包括钌和钨的合金的导电层、以及在导电层上的垂直磁隧道结(pMTJ)。在实施例中，pMTJ包括固定磁体、固定磁体上方的隧道势垒和隧道势垒上的自由磁体。存储器设备还包括合成反铁磁(SAF)结构，其与固定磁体铁磁耦合以钉扎固定磁体的磁化。导电层具有晶体织构，其促进SAF结构中的高质量FCC<111>晶体织构并改善固定磁体的垂直磁各向异性。

Magnetic memory equipment and manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
磁存储器设备和制造方法
技术介绍
在过去的几十年中，特征尺寸减小一直是工业规模半导体工艺开发的关键焦点。缩小到更小的尺寸能够使得每个芯片的功能元件密度更高，芯片更小，并且还降低了成本。然而，随着行业接近传统缩放的物理限制，寻找可提供新功能的非传统类型的设备变得越来越重要。一个这样的示例是基于垂直磁隧道结(MTJ)的非易失性存储器。具有磁隧道结(MTJ)的非易失性嵌入式存储器设备(例如，具有非易失性的片上嵌入式存储器)可以实现能量和计算效率。然而，组装MTJ叠层以形成功能设备的技术挑战对当今该技术的商业化呈现出强大的障碍。具体地，增强固定磁性层中的垂直磁各向异性是组装可行的MTJ叠层的挑战之一。附图说明本文描述的材料在附图中通过示例的方式而不是作为限制示出。为了说明的简单和清楚，附图中示出的元件不一定按比例绘制。例如，为清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。而且，为了讨论的清楚，各种物理特征可以以其简化的“理想”形式和几何形状表示，但是应当理解，实际实施方式可能仅仅近似于所示的理想情况。例如，可以绘制光滑表面和方形交叉，而不考虑由纳米加工技术形成的结构的有限粗糙度、拐角圆化和不完美角度交叉特性。此外，在认为适当的情况下，在附图中重复附图标记以指示对应或类似的元件。图1A示出了根据本公开内容实施例的存储器设备的截面图。图1B示出了根据本公开内容实施例的第一导电层上的合金的截面图。图1C示出了根据本公开内容实施例的合金上的第二导电层的截面图。图1D示出了根据本公开内容实施例的第一导电层上的合金和合金上的第二导电层的截面图。图1E示出了第二合金上的第一合金的截面图。图1F示出了第二合金上的第一合金的多个双层的截面图。图1G示出了根据本公开内容实施例的合成反铁磁结构的各个层的截面图。图1H示出了根据本公开内容实施例的描绘了相对于固定磁性层中的磁化方向的自由磁体中的磁化方向的截面图。图1I示出了根据本公开内容实施例的描绘了相对于固定磁性层中的磁化方向的自由磁体中的磁化方向的截面图。图2示出了制造存储器设备的方法的流程图。图3A示出了在衬底上方形成的导电互连。图3B示出了在形成合金层之后的图3A的结构。图3C示出了在合金层上形成种子层之后的图3B的结构。图3D示出了在形成pMTJ材料层堆叠体之后图3C中的结构的截面图。图3E示出了在图案化pMTJ材料层堆叠体以形成存储器设备之后图3D中的结构的截面图。图3F示出了在形成与存储器设备相邻的电介质间隔体之后的图3E中的结构的截面图。图4示出了耦合到晶体管的存储器设备的截面图。图5示出了根据本公开内容实施例的计算设备。图6示出了包括本公开内容的一个或多个实施例的集成电路(IC)结构。具体实施方式描述了在固定磁性层中具有增强的垂直磁各向异性的垂直-MTJ(pMTJ)器件和制造方法。在以下说明中，阐述了许多具体细节，例如新颖的结构方案和详细的制造方法，以便提供对本专利技术实施例的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术的实施例。在其他情况下，不太详细地描述了众所周知的特征，例如晶体管操作和与嵌入式存储器相关联的切换操作，以免不必要地使本专利技术的实施例难以理解。此外，应理解，图中所示的各种实施例是说明性表示，并且不一定按比例绘制。某些术语也可以在以下说明中使用，仅用于参考目的，因此不旨在是限制性的。例如，诸如“上”、“下”、“上方”和“下方”的术语指的是进行参考的附图中的方向。诸如“前”、“后”、“后面”和“侧面”之类的术语在一致但任意的参照系内描述了部件的部分的取向和/或位置，其通过参考说明正在讨论的部件的文本和相关联的附图而变得清楚。这样的术语可以包括上面具体提到的词语、其派生词和类似含义的词语。在以下说明中，阐述了许多细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开内容。在一些情况下，众所周知的方法和设备以框图形式而不是详细地示出，以免使本公开内容难以理解。贯穿本说明书对“实施例”或“一个实施例”或“一些实施例”的提及意味着结合该实施例说明的特定特征、结构、功能或特性包括在本公开内容的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个部分出现的短语“在实施例中”或“在一个实施例中”或“一些实施例”不一定是指本公开内容的相同实施例。此外，特定特征、结构、功能或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。例如，第一实施例可以与第二实施例组合，只要与两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不是相互排斥的。如在说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。还应理解，本文所用的术语“和/或”是指代并包含一个或多个相关联所列项目的任何和所有可能的组合。术语“耦合”和“连接”及其派生词可在本文中用于描述部件之间的功能或结构关系。应该理解，这些术语并不旨在作为彼此的同义词。而是，在特定实施例中，“连接”可用于指示两个或更多个元件彼此直接物理、光学或电接触。“耦合”可用于指示两个或更多个元件直接或间接(在它们之间具有其他中间元件)彼此物理或电接触，和/或两个或更多个元件彼此协作或交互(例如，因为在一个因果关系中)。本文使用的术语“在……上方”、“在……下方”、“在……之间”和“在……上”是指一种部件或材料相对于其他部件或材料的相对位置，其中这种物理关系是值得注意的。例如，在材料的上下文中，设置在另一个上方或下方的一种材料或材料可以直接接触或者可以具有一种或多种居间材料。此外，设置在两种材料之间的一种材料可以直接与两层接触，或者可以具有一个或多个居间层。相反，第二材料“上”的第一材料与第二材料/材料直接接触。在部件装配的上下文中将进行类似的区分。如在整个说明书和权利要求中所使用的，由术语“至少一个”或“一个或多个”连接的项目列表可以表示所列项目的任何组合。除非在其使用的明确上下文中另有说明，否则术语“基本上相等”、“大致相等”和“近似相等”意味着在如此描述的两个事物之间仅存在偶然的变化。在本领域中，这种变化通常不超过预定目标值的+/-10％。MTJ器件用作存储器设备，其中MTJ器件的电阻在高电阻状态和低电阻状态之间切换。MTJ器件的电阻状态由自由磁体和固定磁体之间的磁化的相对取向来限定，固定磁体通过隧道势垒与自由磁体分离。当自由磁体和固定磁体的磁化具有在相同方向上的取向时，MTJ器件被称为处于低电阻状态。相反，当自由磁体的磁化和固定磁体的磁化彼此方向相反时，MTJ器件被称为处于高电阻状态。随着MTJ器件的缩放，需要更小的存储器元件以适应缩小的单元尺寸，这驱使行业朝着垂直MTJ(pMTJ)的方向发展。基于pMTJ的存储器设备具有固定磁体和自由磁体，固定磁体和自由磁体各自具有相对于自由磁体的水平面垂直的磁各向异性。通过使临界量的自旋极化电流通过pMTJ器件，以便影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种存储器设备，包括：/n底部电极；/n在所述底部电极上方包括钌和钨的合金的导电层；/n在所述导电层上的磁隧道结(MTJ)，所述MTJ包括：/n固定磁体；/n自由磁体；以及/n所述固定磁体和所述自由磁体之间的隧道势垒。/n

【技术特征摘要】
20180629 US 16/024,4271.一种存储器设备，包括：
底部电极；
在所述底部电极上方包括钌和钨的合金的导电层；
在所述导电层上的磁隧道结(MTJ)，所述MTJ包括：
固定磁体；
自由磁体；以及
所述固定磁体和所述自由磁体之间的隧道势垒。


2.根据权利要求1所述的存储器设备，其中，所述导电层包括5-70原子百分比的钨。


3.根据权利要求1-2中的任一项所述的存储器设备，其中，所述导电层的余量主要是钌。


4.根据权利要求1-2中的任一项所述的存储器设备，其中，所述导电层的余量是不大于50％的钨，并且所述余量基本上是钌。


5.根据权利要求1所述的存储器设备，其中，所述导电层位于主要为钨的层上。


6.根据权利要求1所述的存储器设备，还包括在所述导电层上的钌层。


7.根据权利要求1所述的存储器设备，还包括在所述导电层上的钌层，其中，所述导电层位于主要为钨的层上。


8.根据权利要求5所述的存储器设备，其中，所述主要为W的层是双层中的第一层，所述双层还包括第二层，所述第二层还主要包括钌。


9.根据权利要求8所述的存储器设备，其中，所述双层是多个双层中的一个，其中，所述双层的数量范围在1和10之间。


10.根据权利要求8-9中的任一项所述的存储器设备，其中，钨层的厚度在0.05nm和2nm之间，并且钌层的厚度在0.4nm和1nm之间。


11.根据权利要求1所述的存储器设备，还包括在所述第一电极上的种子层，其中，所述种子层具有FCC<111>晶体织构。


12.根据权利要求11所述的存储器设备，其中，所述种子层包...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·韦莱特，J·布罗克曼，T·拉赫曼，A·史密斯，安德鲁·史密斯，C·维甘德，O·戈隆茨卡，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US