磁存储器装置制造方法及图纸

一种磁存储器装置包括：衬底上的缓冲层；磁隧道结结构，其包括在缓冲层上依次堆叠的固定层结构、隧道屏障和自由层的磁隧道结结构；以及自旋轨道扭矩(SOT)结构，其位于磁隧道结结构上并且包括拓扑绝缘体材料，其中，自由层包括哈斯勒材料。

Magnetic memory device

【技术实现步骤摘要】
磁存储器装置相关申请的交叉引用本申请要求于2018年12月11日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0159037的利益，该申请的公开以引用方式全部并入本文中。
本专利技术构思涉及一种磁存储器装置，并且更具体地，涉及一种包括磁隧道结(MTJ)的磁存储器装置。
技术介绍
已经对利用MTJ的磁致电阻特性的电子装置进行了研究。具体地，随着高度集成的磁随机存取存储器(MRAM)装置的MTJ单元小型化，提出了通过使用自旋轨道扭矩对MTJ单元进行编程来存储信息的MRAM装置。这种MRAM装置可能需要快速开关和低电流操作。
技术实现思路
本专利技术构思提供了一种能够快速进行开关和低电流操作的磁存储器装置。根据本专利技术构思的一方面，提供了一种磁存储器装置，该磁存储器装置包括：衬底上的缓冲层；磁隧道结结构，其包括在缓冲层上依次堆叠的固定层结构、隧道屏障和自由层；以及自旋轨道扭矩(SOT)结构，其位于磁隧道结结构上，并且包括拓扑绝缘体材料，其中，自由层包括哈斯勒(Heusler)材料。根据本专利技术构思的另一方面，提供了一种磁存储器装置，该磁存储器装置包括：衬底上的缓冲层；布置在缓冲层上的磁隧道结结构，磁隧道结包括在缓冲层上依次堆叠的固定层结构、隧道屏障和自由层；以及布置在磁隧道结结构上的自旋轨道扭矩(SOT)结构，所述SOT结构包括：第一电极层，其位于磁隧道结结构上，并且包括亚铁磁哈斯勒材料；以及第二电极层，其位于第一电极层上，并且包括拓扑绝缘体材料。<br>根据本专利技术构思的另一方面，提供了一种磁存储器装置，该磁存储器装置包括：衬底上的缓冲层；固定层结构，其位于缓冲层上，并且包括亚铁磁哈斯勒材料；隧道屏障，其位于固定层结构上；自由层，其位于隧道屏障上，并且包括亚铁磁哈斯勒材料；以及自旋轨道扭矩(SOT)结构，其位于自由层上，并且包括拓扑绝缘体材料。附图说明将从下面结合附图的详细描述中将更清楚地理解本专利技术构思的实施例，其中：图1是示出根据示例实施例的磁存储器装置的布局图；图2A是沿着图1中的线IIA-IIA'截取的剖视图，并且图2B是沿着图1中的线IIB-IIB'截取的剖视图；图3是图2A中的区CX的放大图；图4A至图4C分别是根据示例实施例的驱动磁存储器装置的方法的示意图；图5是示出根据示例实施例的磁存储器装置的剖视图；图6是示出根据示例实施例的磁存储器装置的剖视图；图7是示出根据示例实施例的磁存储器装置的剖视图；以及图8至图13分别是示出根据示例实施例的制造磁存储器装置的方法的剖视图。具体实施方式下文中，将参照附图详细描述本专利技术构思的实施例。图1是示出根据示例实施例的磁存储器装置100的布局图。图2A是沿着图1中的线IIA-IIA'截取的剖视图，图2B是沿着图1中的线IIB-IIB'截取的剖视图。图3是图2A中的区CX的放大图。参照图1至图3，磁存储器装置100可包括位于衬底110上/上方的字线WL、存储器单元MC以及自旋轨道扭矩(SOT)线SL和位线BL。字线WL和位线BL可布置为彼此交叉，并且多个存储器单元MC可位于字线WL与位线BL之间(或者可位于平面图中的字线WL与位线BL的交叉部分)。如图1所示，磁存储器装置100可具有交叉点阵列结构。例如，字线WL可在衬底110上在第一方向(X方向)上延伸，并且位线BL可在比字线WL的更高的水平高度处在第二方向(Y方向)上延伸。SOT线SL可位于位线BL与存储器单元MC之间，并且可在例如第一方向(X方向)上延伸。本文中可使用术语第一、第二等将一个元件与另一元件进行区分。SOT线SL可包括具有高的自旋轨道耦合特性的非磁性材料并且可以用作SOT型MRAM装置中的SOT的源极线。在SOT型MRAM装置中，当电流流过SOT线SL时，自由层170可通过自旋霍尔效应(即，垂直于电流方向出现自旋极化的现象，其中，电流方向与接触SOT线SL的SOT线SL晶格中的自旋相互作用)进行开关。如图2A所示，第一导线120可位于衬底110上，并且多个开关元件130可位于第一导线120上。还可将诸如层间绝缘层的中间层布置在衬底110上，并且层间绝缘层可位于衬底110与第一导线120之间。第一导线120可与图1中的字线WL对应。第一导线120可包括诸如掺杂多晶硅、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钛钨、钨、铝、钴和/或镍的导电材料。所述多个开关元件130可被构造为选择性地控制经过存储器单元MC的电流。在示例实施例中，所述多个开关元件130可包括PMOS晶体管或NMOS晶体管。在这种情况下，所述多个开关元件130中的一些可位于衬底110内(例如，可包括位于衬底110上或衬底110中的区)，并且还可形成用于将第一导线120电连接至所述多个开关元件130的布线结构。在其它实施例中，所述多个开关元件130可包括二极管或者双向阈值开关(OTS)装置。多个底电极132可分别位于所述多个开关元件130上。所述多个底电极132可将所述多个开关元件130电连接至所述多个存储器单元MC。例如，所述多个底电极132可包括TiN、Ti、TaN、Ta、Ru和W中的至少一个。使用术语“……中的至少一个”以及“或”所列的元件包括相关联的所列元件中的一个或多个的任何组合和所有组合，并且在本文中也可用术语“和/或”来指示。覆盖第一导线120、所述多个开关元件130和所述多个底电极132的第一层间绝缘层136可位于衬底110上。第一层间绝缘层136的顶表面可与所述多个底电极132的顶表面位于相同水平高度，并且第一层间绝缘层136可覆盖所述多个底电极132的侧壁。第一层间绝缘层136可具有包括多个绝缘层的堆叠结构。所述多个存储器单元MC中的每一个可包括按次序布置在所述多个底电极132中的每一个上的缓冲层140和MTJ结构(MTJS)。所述多个存储器单元MC可位于字线WL与位线BL之间。如图1所示，所述多个存储器单元MC的水平剖面可为圆形，但是实施例不限于此，所述多个存储器单元MC的水平剖面可具有诸如矩形、三角形、梯形或其他多边形的各种形状。所述多个存储器单元MC中的每一个在第一方向(X方向)上的宽度可大于所述多个底电极132中的每一个在第一方向(X方向)上的宽度，但是实施例不限于此。与图2A和图2B所示的不同，所述多个存储器单元MC中的每一个在第一方向(X方向)上的宽度可与所述多个底电极132中的每一个在第一方向(X方向)上的宽度相同。缓冲层140可位于所述多个底电极132中的每一个上。缓冲层140在形成MTJ结构MTJS的工艺中可用作生长模板，以获得优秀的晶体质量。缓冲层140可包括非磁性金属材料(诸如铬(Cr)、钌(Ru)和/或钽(Ta))、非磁性化合物(诸如钴镓(CoGa)和/或氮化锰镓(MnGaN))和/或非磁性合金(诸如镍铝合金(NiAl))。MTJ结构可包括按次序布置在缓冲层140上的固定层结构150、隧道屏障16本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁存储器装置，包括：/n衬底上的缓冲层；/n所述缓冲层上的磁隧道结结构，所述磁隧道结结构包括在所述缓冲层上依次堆叠的固定层结构、隧道屏障和自由层；以及/n所述磁隧道结结构上的自旋轨道扭矩结构，所述自旋轨道扭矩结构包括拓扑绝缘体材料，/n其中，所述自由层包括哈斯勒材料。/n

【技术特征摘要】
20181211 KR 10-2018-01590371.一种磁存储器装置，包括：
衬底上的缓冲层；
所述缓冲层上的磁隧道结结构，所述磁隧道结结构包括在所述缓冲层上依次堆叠的固定层结构、隧道屏障和自由层；以及
所述磁隧道结结构上的自旋轨道扭矩结构，所述自旋轨道扭矩结构包括拓扑绝缘体材料，
其中，所述自由层包括哈斯勒材料。


2.根据权利要求1所述的磁存储器装置，其中，所述哈斯勒材料包括亚铁磁哈斯勒材料，并且所述亚铁磁哈斯勒材料包括MnGa或MnGe中的至少一个。


3.根据权利要求1所述的磁存储器装置，其中，所述哈斯勒材料包括Mn基合金，所述Mn基合金包括四方晶相，并且包括四方晶相的所述Mn基合金具有D022晶体结构。


4.根据权利要求1所述的磁存储器装置，其中，所述拓扑绝缘体材料包括Bi1-xSbx和Bi1-ySey中的至少一个，其中，x为0.05至0.25，y为0.05至0.25。


5.根据权利要求1所述的磁存储器装置，其中，所述自旋轨道扭矩结构包括：
第一电极层，其位于所述磁隧道结结构上，并且包括亚铁磁哈斯勒材料；以及
第二电极层，其位于所述第一电极层上，并且包括所述拓扑绝缘体材料。


6.根据权利要求1所述的磁存储器装置，其中，所述自由层的整个顶表面接触所述自旋轨道扭矩结构的底表面。


7.根据权利要求1所述的磁存储器装置，其中，所述固定层结构包括：
底部固定层，其位于所述缓冲层上，并且包括二元亚铁磁哈斯勒材料；以及
顶部固定层，其位于所述底部固定层上，并且包括三元亚铁磁哈斯勒材料和亚铁磁哈斯勒材料中的至少一个，
其中，所述二元亚铁磁哈斯勒材料包括MnGa和MnGe中的至少一个，所述三元亚铁磁哈斯勒材料包括MnGaNi、MnGeNi、MnGaCo、MnGeCo、MnGaFe和MnGeFe中的至少一个，并且所述亚铁磁哈斯勒材料包括Co2MnSi、Co2MnAl、Co2MnGa、Co2MnGe、Co2NiGa、Co2FeSi、Co2FeAl、Fe2MnSi、Fe2VSi、Ni2MnAl、Ni2MnIn和Ni2MnGa中的至少一个。


8.根据权利要求1所述的磁存储器装置，其中，所述固定层结构包括多个固定层堆叠件，并且所述多个固定层堆叠件中的每一个包括：
底部固定层，其包括二元亚铁磁哈斯勒材料；以及
顶部固定层，其位于所述底部固定层上，并且包括三元亚铁磁哈斯勒材料和亚铁磁哈斯勒材料中的至少一个，所述三元亚铁磁哈斯勒材料和所述亚铁磁哈斯勒材料中的所述至少一个具有在所述隧道屏障的晶格常数与所述底部固定层的晶格常数之间的晶格常数。


9.根据权利要求1所述的磁存储器装置，其中，所述自由层包括：
底部自由层，其位于所述隧道屏障上；以及
顶部自由层，其位于所述底部自由层上并且接触自旋轨道扭矩结构的底表面，
其中，所述底部自由层包括三元亚铁磁哈勒斯材料和亚铁磁哈勒斯材料中的至少一个，所述三元亚铁磁哈斯勒材料和所述亚铁磁哈斯勒材料中的至少一个具有在所述隧道屏障的晶格常数与所述顶部自由层的晶格常数之间的晶格常数，并且所述顶部自由层包括二元亚铁磁哈斯勒材料。


10.根据权利要求1所述的磁存储器装置，还包括：
多条第一导线，其位于所述衬底与所述缓冲层之间，并且在平行于所述衬底的顶表面的第一方向上延伸；
多条第二导线，其位于所述多条第一导线上，并且在平行于所述衬底的顶表面并且垂直于所述第一方向的第二方向上延伸；以及
多个存储器单元，其分别布置在所述多条第一导线与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢恩仙，金柱显，李俊明，林佑昶，
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