磁性装置制造方法及图纸

一种磁性装置包括种子图案、种子图案上的参考磁性结构、参考磁性结构上的自由磁性图案以及参考磁性结构与自由磁性图案之间的隧道势垒。参考磁性结构包括：合成反铁磁(SAF)结构，其包括与所述种子图案的上表面接触的第一固定图案、与所述第一固定图案的上表面接触的反铁磁耦合图案以及与所述反铁磁耦合图案的上表面接触的第二固定图案；非磁性图案，其与所述第二固定图案的上表面接触；以及极化增强磁性图案，其与所述非磁性图案的上表面接触。其与所述非磁性图案的上表面接触。其与所述非磁性图案的上表面接触。

【技术实现步骤摘要】
磁性装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于并要求于2021年9月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10
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2021
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0117948的优先权，该申请的公开内容以引用的方式全文并入本文中。


[0003]本专利技术构思涉及一种磁性装置，并且具体地说，涉及一种包括具有垂直磁性各向异性(PMA)的磁性层的磁性装置。

技术介绍

[0004]已经对利用磁性隧道结(MTJ)的磁阻特性的电子元件进行了研究。特别地，随着高度集成的磁性随机存取存储器(MRAM)装置中MTJ单元的小型化，自旋转移转矩磁阻随机存取存储器(STT
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MRAM)已经受到了关注。STT
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MRAM可以通过经由直接将电流施加到MTJ单元以诱发磁化反转的称为STT的物理现象存储信息来进行操作。鉴于对高度集成STT
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MRAM的高集成度和/或低功耗的增加的需求，已经进行了用于满足该需求的各种研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术构思提供了一种磁性装置，该磁性装置具有通过减小或最小化从固定层施加至固定层周围的磁场的负面影响而改善的可靠性。
[0006]根据本专利技术构思的一方面，一种磁性装置包括：衬底上的种子图案；种子图案上的参考磁性结构；参考磁性结构上的自由磁性图案；以及参考磁性结构与自由磁性图案之间的隧道势垒。参考磁性结构包括：合成反铁磁(SAF)结构，其包括与种子图案的上表面接触的第一固定图案、与第一固定图案的上表面接触的反铁磁耦合图案以及与反铁磁耦合图案的上表面接触的第二固定图案；非磁性图案，其与第二固定图案的上表面接触；以及极化增强磁性图案，其与非磁性图案的上表面接触。
[0007]根据本专利技术构思的另一方面，一种磁性装置包括：衬底上的种子图案；以及种子图案上的磁性隧道结(MTJ)结构。MTJ结构包括参考磁性结构、自由磁性图案以及参考磁性结构与自由磁性图案之间的隧道势垒。参考磁性结构由一个SAF结构、极化增强磁性图案和一个SAF结构与极化增强磁性图案之间的非磁性图案组成。一个SAF结构包括：第一固定图案，其包括钴(Co)并且与种子图案的上表面接触；反铁磁耦合图案，其与第一固定图案的上表面接触；以及第二固定图案，其包括Co，并且具有与反铁磁耦合图案的上表面接触的下表面和与非磁性图案的下表面接触的上表面。
[0008]根据本专利技术构思的另一方面，一种磁性装置包括：在衬底上并且在竖直方向上彼此分离的第一电极和第二电极；以及在第一电极与第二电极之间在竖直方向上按次序堆叠的种子图案和MTJ结构。MTJ结构包括参考磁性结构、自由磁性图案和参考磁性结构与自由磁性图案之间的隧道势垒。参考磁性结构由一个SAF结构、极化增强磁性图案和一个SAF结构与极化增强磁性图案之间的非磁性图案组成。一个SAF结构包括：第一固定图案，其包括
Co并且与种子图案的上表面接触；反铁磁耦合图案，其包括铱(Ir)层并且与第一固定图案的上表面接触；以及第二固定图案，其包括Co，并且具有与反铁磁耦合图案的上表面接触的下表面和与非磁性图案下表面接触的上表面。
附图说明
[0009]将从下面结合附图的详细描述中更加清楚地理解本专利技术构思的实施例，在附图中：
[0010]图1是示出根据本专利技术构思的实施例的磁性装置的立体图；
[0011]图2是更详细地示出图1所示的磁性装置的剖视图；
[0012]图3是示出根据本专利技术构思的其它实施例的磁性装置的剖视图；
[0013]图4是示出根据本专利技术构思的其它实施例的磁性装置的剖视图；
[0014]图5是示出根据本专利技术构思的其它实施例的磁性装置的剖视图；
[0015]图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F、图6G、图6H、图6I和图6J是为了描述根据本专利技术构思的实施例的磁性装置制造方法而按照工艺次序示出的剖视图；以及
[0016]图7是示出根据本专利技术构思的实施例的通过评估磁性装置的自由磁性图案中的数据保持特性而获得的结果的曲线图。
具体实施方式
[0017]下文中，参照附图详细地描述本专利技术构思的实施例。附图中的相同标号指示相同的元件，因此，将省略它们的重复描述。
[0018]图1是示出根据本专利技术构思的实施例的磁性装置100的立体图。图1示出了包括自旋转移转矩磁阻随机存取存储器(STT
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MRAM)的磁性装置100。
[0019]磁性装置100可包括存储器单元MC。存储器单元MC可包括在竖直方向(Z方向)上彼此分离的第一电极E1和第二电极E2、以及在第一电极E1和第二电极E2之间并且在竖直方向(Z方向)上按次序堆叠在第一电极E1上的种子图案102和磁性隧道结(MTJ)结构140。MTJ结构140可经第一电极E1连接至单元晶体管CT。单元晶体管CT的栅极可连接至字线WL，单元晶体管CT的一个电极可经MTJ结构140连接至位线BL，并且单元晶体管CT的另一电极可连接至源极线SL。
[0020]MTJ结构140可包括在竖直方向(Z方向)上按次序设置的参考磁性结构110、隧道势垒120和自由磁性图案130。隧道势垒120可介于参考磁性结构110与自由磁性图案130之间。参考磁性结构110可具有在竖直方向(Z方向)上的易磁化轴并且可具有固定磁化方向。自由磁性图案130可具有在竖直方向(Z方向)上的易磁化轴并且可具有根据条件可变化的磁化方向。参考磁性结构110和自由磁性图案130的排列不限于图1中所示的排列，并且参考磁性结构110和自由磁性图案130的对应位置可彼此交换。
[0021]MTJ结构140的电阻值可随着自由磁性图案130和参考磁性结构110相对于彼此的磁化方向而变化。当自由磁性图案130的磁化方向与参考磁性结构110的磁化方向平行时，MTJ结构140可具有低电阻值并且存储数据
‘
0'。当自由磁性图案130的磁化方向与参考磁性结构110的磁化方向反向平行时，MTJ结构140可具有高电阻值并且存储数据
‘
1'。
[0022]在参考磁性结构110中标记的单向箭头表示参考磁性结构110具有固定磁化，在自
由磁性图案130中标记的双向箭头表示自由磁性图案130被磁化为与参考磁性结构110的磁化方向平行或者与参考磁性结构110的磁化方向反向平行。自由磁性图案130的磁化方向可通过控制MTJ结构140中具有自旋转矩的隧道电流的方向来改变。
[0023]在图1所示的磁性装置100中，对于对STT
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MRAM的写操作，可将逻辑高电压施加至字线WL，以导通单元晶体管CT，并且可将写电流施加在位线BL与源极线SL之间。在这种情况下，自由磁性图案130的磁化方向可根据写电流的方向来确定。在MTJ结构140中，自由磁性图案130的磁化方向可通过STT来改变。
[0024]在磁性装置100中，对于对STT
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MRAM的读操本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性装置，包括：种子图案，其位于衬底上；参考磁性结构，其位于所述种子图案上；自由磁性图案，其位于所述参考磁性结构上；以及隧道势垒，其位于所述参考磁性结构与所述自由磁性图案之间，其中，所述参考磁性结构包括：合成反铁磁结构，其包括与所述种子图案的上表面接触的第一固定图案、与所述第一固定图案的上表面接触的反铁磁耦合图案以及与所述反铁磁耦合图案的上表面接触的第二固定图案；非磁性图案，其与所述第二固定图案的上表面接触；以及极化增强磁性图案，其与所述非磁性图案的上表面接触。2.根据权利要求1所述的磁性装置，其中，所述第一固定图案包括垂直于所述第一固定图案的上表面的固定磁化方向，并且所述第一固定图案在竖直方向上的第一厚度大于所述第二固定图案在所述竖直方向上的第二厚度。3.根据权利要求1所述的磁性装置，其中，所述反铁磁耦合图案包括铱、钌或它们的组合。4.根据权利要求1所述的磁性装置，其中，所述非磁性图案包括具有铁磁耦合特性的非磁性材料。5.根据权利要求1所述的磁性装置，其中，所述第一固定图案和所述第二固定图案中的每一个包括钴、钴铂、钴钯或它们的组合。6.根据权利要求1所述的磁性装置，其中，所述第一固定图案和所述第二固定图案中的每一个由包括钴的单层组成，并且所述反铁磁耦合图案由包括铱的单层组成。7.根据权利要求1所述的磁性装置，其中，所述种子图案的顶层与所述第一固定图案的下表面直接接触，并且所述第一固定图案和所述顶层中的每一个具有面心立方晶格结构。8.根据权利要求1所述的磁性装置，其中，所述第一固定图案由钴组成，其中，所述种子图案由铱组成，并且其中，所述种子图案的顶层与所述第一固定图案的下表面直接接触。9.一种磁性装置，包括：种子图案；以及磁性隧道结结构，其位于所述种子图案上，其中，所述磁性隧道结结构包括参考磁性结构、自由磁性图案以及所述参考磁性结构与所述自由磁性图案之间的隧道势垒，其中，所述参考磁性结构由一个合成反铁磁结构、极化增强磁性图案和所述一个合成反铁磁结构与所述极化增强磁性图案之间的非磁性图案组成，并且其中，所述一个合成反铁磁结构包括：第一固定图案，其包括钴并且与所述种子图案的上表面接触；反铁磁耦合图案，其与所述第一固定图案的上表面接触；以及第二固定图案，其包括钴，并且具有与所述反铁磁耦合图案的上表面接触的下表面和与所述非磁性图案的下表面接触的上表面。10.根据权利要求9所述的磁性装置，其中，所述种子图案包括按次序堆叠的钽层、钌层
和铱层，所述铱层与所述第一固定图案的下表面接触，并且所述钌层与所述第一固定图案分离，且所述铱层介于所述钌...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴相奂，金英铉，金哉勋，朴正宪，吴世忠，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：