磁性存储器件制造技术

公开了一种磁性存储器件，其包括依次堆叠在衬底上的被钉扎磁性图案和自由磁性图案、在被钉扎磁性图案和自由磁性图案之间的隧道势垒图案、在自由磁性图案上的顶电极、以及在自由磁性图案和顶电极之间的盖图案。盖图案包括下盖图案、在下盖图案和顶电极之间的上盖图案、在下盖图案和上盖图案之间的第一非磁性图案、以及在第一非磁性图案和上盖图案之间的第二非磁性图案。下盖图案和上盖图案中的每个包括非磁性金属。第一非磁性图案和第二非磁性图案包括彼此不同的金属。案包括彼此不同的金属。案包括彼此不同的金属。

【技术实现步骤摘要】
磁性存储器件


[0001]本专利技术构思涉及包括磁隧道结的磁性存储器件。

技术介绍

[0002]随着电子产品趋向于高速和/或低功耗，对于结合在电子产品中的半导体存储器件，越来越需要高速和低操作电压。为了满足上述需要，已开发了磁性存储器件作为半导体存储器件。因为磁性存储器件以高速操作并具有非易失性特性，所以它们作为下一代半导体存储器件已引起了相当大的关注。
[0003]一般，磁性存储器件可以包括磁隧道结(MTJ)图案。磁隧道结图案包括两个磁性结构和插置在其间的绝缘层。磁隧道结图案的电阻取决于两个磁性结构的磁化方向而变化。例如，当两个磁性结构的磁化方向反平行时，磁隧道结图案具有高电阻，当两个磁性结构的磁化方向平行时，磁隧道结图案具有低电阻。磁性存储器件可以使用磁隧道结的高电阻和低电阻之间的电阻差异来写入和读取数据。
[0004]随着电子工业的显著进步，对磁性存储器件的高集成和/或低功耗的需求不断增加。因此，已经进行了许多研究来满足这些需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术构思的一些示例实施方式提供了具有改善的电特性的磁性存储器件。
[0006]本专利技术构思的一些示例实施方式提供了具有改善的磁特性的磁性存储器件。
[0007]根据本专利技术构思的一些示例实施方式，一种磁性存储器件可以包括：依次堆叠在衬底上的被钉扎磁性图案和自由磁性图案；在被钉扎磁性图案和自由磁性图案之间的隧道势垒图案；在自由磁性图案上的顶电极；以及在自由磁性图案和顶电极之间的盖图案。盖图案可以包括：下盖图案；在下盖图案和顶电极之间的上盖图案；在下盖图案和上盖图案之间的第一非磁性图案；以及在第一非磁性图案和上盖图案之间的第二非磁性图案。下盖图案和上盖图案中的每个可以包括非磁性金属。第一非磁性图案和第二非磁性图案可以包括彼此不同的金属。
[0008]根据本专利技术构思的一些示例实施方式，一种磁性存储器件可以包括：在衬底上的顶电极；在衬底和顶电极之间的磁隧道结图案；在衬底和磁隧道结图案之间的底电极；以及在磁隧道结图案的侧表面上的保护层。磁隧道结图案可以包括：隧道势垒图案；在隧道势垒图案和顶电极之间的自由磁性图案；以及在自由磁性图案和顶电极之间的盖图案。盖图案可以包括：第一非磁性图案；以及在第一非磁性图案和顶电极之间的第二非磁性图案。第一非磁性图案可以包括第一金属。第二非磁性图案可以包括不同于第一金属的第二金属。保护层可以包括金属氧化物，该金属氧化物包含选自第一金属和第二金属的至少一种。
附图说明
[0009]图1示出了显示根据本专利技术构思的一些示例实施方式的磁性存储器件的单位存储
单元的电路图。
[0010]图2示出了显示根据本专利技术构思的一些示例实施方式的磁性存储器件的截面图。
[0011]图3示出了显示图2的部分A的放大图。
[0012]图4示出了显示根据本专利技术构思的一些示例实施方式的磁性存储器件的截面图。
[0013]图5示出了显示根据本专利技术构思的一些示例实施方式的磁性存储器件的平面图。
[0014]图6示出了沿着图5的线I
‑
I'截取的截面图。
[0015]图7示出了显示图6的部分B的放大图。
[0016]图8、图9和图11示出了沿着图5的线I
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I'截取的截面图，其显示了根据本专利技术构思的一些示例实施方式的制造磁性存储器件的方法。
[0017]图10示出了显示图9的部分C的放大图。
具体实施方式
[0018]下面将参照附图详细描述本专利技术构思的一些示例实施方式。
[0019]图1示出了显示根据本专利技术构思的一些示例实施方式的磁性存储器件的单位存储单元的电路图。
[0020]参照图1，单位存储单元MC可以包括存储元件ME和选择元件SE。存储元件ME和选择元件SE可以彼此串联电连接。存储元件ME可以连接在位线BL和选择元件SE之间。选择元件SE可以连接在存储元件ME和源极线SL之间，并由字线WL控制。选择元件SE可以包括例如双极晶体管或金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管。
[0021]存储元件ME可以包括磁隧道结图案MTJ，磁隧道结图案MTJ可以包括第一磁性图案MP1、第二磁性图案MP2以及在第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2之间的隧道势垒图案TBR。第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2中的一个可以是被钉扎磁性图案，其磁化方向在普通使用环境下被固定在单个方向上，而与外部磁场无关。第一磁性图案MP1和第二磁性图案MP2中的另一个可以是自由磁性图案，其磁化方向由于外部磁场而在两个稳定的磁化方向之间改变。磁隧道结图案MTJ可以具有电阻，该电阻的值在被钉扎磁性图案和自由磁性图案的磁化方向彼此反平行的情况下比在被钉扎磁性图案和自由磁性图案的磁化方向彼此平行的情况下大得多。例如，可以通过改变自由磁性图案的磁化方向来控制磁隧道结图案MTJ的电阻。因此，存储元件ME可以使用取决于被钉扎磁性图案和自由磁性图案的磁化方向的电阻差异，该机制可以使单位存储单元MC在其中存储数据。
[0022]图2示出了显示根据本专利技术构思的一些示例实施方式的磁性存储器件的截面图。图3示出了显示图2的部分A的放大图。
[0023]参照图2，第一层间电介质层110可以设置在衬底100上，下接触插塞115可以设置在第一层间电介质层110中。衬底100可以是包括硅、绝缘体上硅(SOI)、硅锗(SiGe)、锗(Ge)、镓砷(GaAs)等的半导体衬底。第一层间电介质层110可以包括例如氧化物、氮化物和氮氧化物中的一种或更多种。
[0024]下接触插塞115可以穿透第一层间电介质层110，并且可以与衬底100电连接。选择元件(见图1的SE)可以设置在衬底100中，并且选择元件可以是例如场效应晶体管。下接触插塞115可以电联接到选择元件的一个端子。下接触插塞115可以包括掺杂的半导体材料(例如，掺杂的硅)、金属(例如，钨、钛和/或钽)、金属
‑
半导体化合物(例如，金属硅化物)和
导电的金属氮化物(例如，钛氮化物、钽氮化物和/或钨氮化物)中的一种或更多种。
[0025]底电极BE、磁隧道结图案MTJ和顶电极TE可以依次堆叠在下接触插塞115上。底电极BE可以设置在下接触插塞115和磁隧道结图案MTJ之间，磁隧道结图案MTJ可以设置在底电极BE和顶电极TE之间。底电极BE可以电连接到下接触插塞115。底电极BE可以包括例如导电的金属氮化物(例如，钛氮化物或钽氮化物)。顶电极TE可以包括选自金属(例如，Ta、W、Ru或Ir)和导电的金属氮化物(例如，TiN)中的至少一种。
[0026]磁隧道结图案MTJ可以包括被钉扎磁性图案PMP、自由磁性图案FMP、以及在被钉扎磁性图案PMP和自由磁性图案FMP之间的隧道势垒图案TBR。被钉扎磁性图案PMP可以设置在底电极BE和隧道势垒图案TBR之间，自由磁性图案FMP可以设置在顶电极TE和隧道势垒图案TBR之间。磁隧道结图案MTJ还可以包括在底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性存储器件，包括：依次堆叠在衬底上的被钉扎磁性图案和自由磁性图案；在所述被钉扎磁性图案和所述自由磁性图案之间的隧道势垒图案；在所述自由磁性图案上的顶电极；以及在所述自由磁性图案和所述顶电极之间的盖图案，其中所述盖图案包括：下盖图案；在所述下盖图案和所述顶电极之间的上盖图案；在所述下盖图案和所述上盖图案之间的第一非磁性图案；以及在所述第一非磁性图案和所述上盖图案之间的第二非磁性图案，所述下盖图案和所述上盖图案中的每个包括非磁性金属，以及所述第一非磁性图案和所述第二非磁性图案包括彼此不同的金属。2.根据权利要求1所述的磁性存储器件，其中所述第一非磁性图案包括第一金属，所述第二非磁性图案包括第二金属，以及所述第二金属的氧化电位大于所述第一金属的氧化电位。3.根据权利要求2所述的磁性存储器件，其中所述第一金属和所述第二金属中的每种具有比所述下盖图案和所述上盖图案的每个中包括的所述非磁性金属的氧化电位大的氧化电位。4.根据权利要求2所述的磁性存储器件，其中所述第一金属和所述第二金属是非磁性金属，以及所述下盖图案和所述上盖图案中的每个的所述非磁性金属不同于所述第一金属和所述第二金属。5.根据权利要求1所述的磁性存储器件，其中所述第一非磁性图案包括第一金属或所述第一金属的合金，所述第一金属是Ta。6.根据权利要求5所述的磁性存储器件，其中所述第一金属的所述合金包括所述第一金属和硼(B)的合金。7.根据权利要求5所述的磁性存储器件，其中所述第二非磁性图案包括第二金属或所述第二金属的合金，以及所述第二金属是Hf、Zr、Sr、Sc、Y、Ca、Be、Ba或Ti。8.根据权利要求7所述的磁性存储器件，其中所述第二金属的所述合金包括所述第二金属和硼(B)的合金、所述第二金属和氮(N)的合金、或所述第二金属和硅(Si)的合金。9.根据权利要求1所述的磁性存储器件，其中所述第一非磁性图案和所述第二非磁性图案中的每个具有在垂直于所述衬底的顶表面的方向上的厚度，以及所述第二非磁性图案的所述厚度大于所述第一非磁性图案的所述厚度。10.根据权利要求1所述的磁性存储器件，还包括在所述自由磁性图案和所述盖图案之间的第一子图案，其中所述第一子图案在所述自由磁性图案和所述下盖图案之间并包括金属氧化物层。
11.根据权利要求10所述的磁性存储器件，还包括在所述第一子图案和所述下盖图案之间的第二子图案，其中所述第二子图案包括非磁性金属，以及其中所述第二子图案的所述非磁性金属不同于...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晥均，朴正宪，申喜珠，赵泳俊，李俊明，郑峻昊，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：