【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及一种存储器结构，并且更具体地涉及一种磁阻随机存取存储器(mram)结构，其包括具有故意分流(shunting)以克服电阻和隧道磁阻(tmr)不利后果(penalty)的增加的籽晶区域。
技术介绍
1、mram是一种非易失性随机存取存储器技术，其中数据由磁性存储元件存储。这些元件通常由两个铁磁板形成，每个铁磁板可以保持磁化，由薄电介质层(即，隧道势垒层)隔开。两个板中的一个(即，磁性参考或钉扎(pinned)层)是其磁矩方向被设置为特定方向的磁体；另一板(即，磁性自由层)的磁化可在至少两个不同方向上改变，从而表示用于存储器应用的不同数字状态，例如0和1。在mram中，此些元件可被称作磁性隧道结(mtj)结构。在典型的mtj结构中，磁性参考层的磁化固定在一个方向(例如指向上方)，而磁性自由层的方向可由某些外力“切换”，例如磁场或产生充电电流的自旋转移力矩。可以使用(任一极性的)较小电流来读取器件的电阻，这取决于磁性自由层和磁性参考层的磁化的相对取向。当磁化反平行时，电阻通常较高，而当它们平行时，电阻通常较低(尽管这可以颠倒，取决于材料)。
2、可使用mtj结构的一种类型的mram是自旋转移力矩(stt)mram。stt mram具有比使用磁场来翻转有源元件的常规mram低的功率消耗和较好的可缩放性的优点。在stt mram中，使用自旋转移力矩来翻转(切换)磁性自由层的定向。对于stt mram装置，使用穿过mtj结构的电流来切换或“写入”mtj存储器元件的位状态。向下通过mtj结构的电流使磁性自由层平行于磁性参
3、对于某些材料系统，例如有序磁性合金，为了更好的沉积控制，期望在相对厚的隧道势垒籽晶层的顶部上生长磁性叠层；薄隧道势垒籽晶层导致磁性或结晶无序化，从而导致建构于其上的存储器单元的不利磁性性质。然而，在常规存储器结构中使用厚隧道势垒籽晶层由于隧道势垒籽晶层所引起的电阻增加而对tmr具有负面影响。因此，需要提供一种克服电阻和tmr不利后果的存储器结构。
技术实现思路
1、提供了一种存储器结构，即mram结构，其包括籽晶区域，所述籽晶区域至少包括位于化学模板层下方的隧道势垒籽晶层，所述隧道势垒籽晶层比位所述于化学模板层上的mtj结构宽。再沉积的金属材料位于所述籽晶区域的所述隧道势垒籽晶层的至少侧壁上，以便对所述结构的所述区域进行分流。所述存储器结构具有降低的电阻，而具有最小tmr损失。
2、在本申请的一个方面中，提供了一种存储器结构。在本申请的一个实施例中，存储器结构包括嵌入在第一互连介电材料层中的底部电极。非磁性基座结构位于所述底部电极和所述第一互连介电材料层的一部分上。具有第一宽度的籽晶区域位于非磁性基座结构上，其中所述籽晶区域包括至少隧道势垒籽晶层。化学模板层位于所述籽晶区域上。具有第二宽度的mtj结构位于所述化学模板层上，其中所述第二宽度小于所述第一宽度。顶部电极位于所述mtj结构上，并且非氧化金属残留物层位于所述隧道势垒籽晶层的至少侧壁上并且有意地至少分流所述籽晶区域。
3、在本申请的实施例中，所述化学模板层具有上部和下部，其中所述下部的宽度大于所述上部，并与所述隧道势垒籽晶层形成界面。
4、在本专利技术的实施例中，存储器结构还包括介电间隔物，其位于所述mtj结构和所述顶部电极的侧壁上，并具有位于所述化学模板层的所述下部的最底部表面。
5、在本申请的实施例中，所述存储器结构还包括封装层，所述封装层横向地相邻于所述介电间隔物、所述籽晶区域和所述非磁性基座结构而定位，并且具有位于所述第一互连介电材料层的表面上的最底部表面。
6、在本申请的实施例中，存储器结构还包括第二互连介电材料层，其横向地位于所述封装层附近和所述封装层上方。在这样的实施例中，导电结构可以被嵌入在所述第二互连介电材料层中，并且所述导电结构接触所述顶部电极。一般来说，所述导电结构具有大于所述mtj结构的至少所述第二宽度的第三宽度。
7、在本申请的实施例中，所述非氧化金属残留物层延伸到所述非磁性基座结构的侧壁上，或者延伸到所述化学模板层的下部的侧壁上，并且可选地延伸到所述介电间隔物的侧壁上。在本申请的一些实施例中，所述非氧化金属残留物层延伸到所述非磁性基座结构、所述化学模板层的下部和所述介电间隔物中的每个的侧壁上。
8、在本专利技术的实施例中，所述mtj结构为上钉扎mtj结构，其由下至上包括磁性自由层、隧道势垒层以及磁性参考层。在一些实施例中，顶部钉扎mtj结构的磁性自由层包括有序磁性合金，例如赫斯勒合金或l10合金。在一些实施例中，所述顶部钉扎mtj结构的所述磁性参考层为单一磁性参考层，而在其它实施例中，所述顶部钉扎mtj结构的所述磁性参考层包括下部磁性参考层、合成反铁磁耦合层和上部磁性参考层。
9、在本申请的实施例中，所述非磁性基座结构具有至少大于所述mtj结构的所述第二宽度的宽度，并且所述顶部电极具有等于所述mtj结构的所述第二宽度的宽度。
10、在本申请的实施例中，所述非氧化金属残留物层包括存在于所述非磁性基座结构中的至少一种金属，例如ta。在本申请的实施例中，所述化学模板层是所述mtj结构的磁性自由层的结晶设置层。在本申请的实施例中，所述底部电极和所述第一互连介电材料层提供了多层互连结构的一个互连层。
11、在实施例中，所述隧道势垒籽晶层的厚度足以对所述mtj结构的磁性自由层诱发磁序或晶序。“磁序”是指磁性自由层具有形成局部或巡回磁矩的电子系统，并且在这些磁矩之间存在相互作用。“晶序”是指磁性自由层具有特定的晶体结构，例如面心立方(fcc)或体心立方(bcc)。
12、在本申请的另一方面中，提供一种形成存储器结构的方法。在本申请的一个实施例中，所述方法包括在互连级(interconnect level)上形成非磁性基座区域，所述互连级包括嵌入在第一互连介电材料层中的底部电极。接着，在所述非磁性基座区上形成籽晶金属层、隧道势垒籽晶材料层、化学模板材料、mtj堆叠及顶部电极层。然后使所述顶部电极层、所述mtj堆叠和所述化学模板材料层的上部经历第一图案化工艺，以分别提供顶部电极、mtj结构和化学模板层的上部，其中所述第一图案化工艺包括在所述化学模板材料层的下部的表面上停止的蚀刻。然后在所述化学模板材料层的下部上形成介电间隔物，其与所述顶部电极、所述mtj结构和所述化学模板层的上部横向相邻。然后，使用所述介电间隔物作为蚀刻掩模对化学模板材料层的下部、隧道势垒籽晶材料层、所述籽晶金属层和所述非磁性基座区域进行第二图案化工艺，以分别提供所述化学模板层的下部、隧道势垒籽晶层、籽晶金属层和非磁性基座结构，其中所述第二图案化工艺包括从所述非磁性基座区域溅射非氧化金属颗粒并将所述非氧化金属颗粒再沉积到至少所述隧道势垒籽晶层的侧壁上的蚀刻。
13、在本申请的实施例中，所述方法还可以包括形成横向邻近所述介电间隔物、所述化学模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种存储器结构，包括：
2.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述化学模板层包含上部和下部，其中该所述部具有大于所述上部的宽度，且与所述隧道势垒籽晶层形成界面。
3.根据权利要求2所述的存储器结构，还包括介电间隔物，所述介电间隔物位于所述MTJ结构和所述顶部电极的侧壁上，并且具有位于所述化学模板层的所述下部的最底部表面。
4.根据权利要求3所述的存储器结构，还包括封装层，所述封装层横向地相邻于所述电介质间隔物、所述籽晶区域和所述非磁性基座结构而定位，并且具有位于所述第一互连介电材料层的表面上的最底部表面。
5.根据权利要求4所述的存储器结构，还包括第二互连介电材料层，所述第二互连介电材料层横向地位于所述封装层附近并且在所述封装层上方。
6.根据权利要求5所述的存储器结构，还包括嵌入在所述第二互连介电材料层中并且接触所述顶部电极的导电结构。
7.根据权利要求6所述的存储器结构，其中所述导电结构具有大于所述MTJ结构的至少所述第二宽度的第三宽度。
8.根据权利要求1所述的存储器结构，其中，所述非
9.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述非氧化金属残留物层延伸到所述化学模板层的下部的侧壁上。
10.根据权利要求9所述的存储器结构，其中所述非氧化金属残余层延伸到横向邻近于至少所述MTJ结构而定位的介电间隔物的侧壁上。
11.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述非氧化金属残留物层延伸到所述非磁性基座结构、所述化学模板层的下部和横向相邻于至少所述MTJ结构而定位的介电间隔物中的每一个的侧壁上。
12.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述籽晶区域进一步包括位于所述隧道势垒籽晶层下方的籽晶金属层。
13.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述MTJ结构为顶部钉扎MTJ结构，所述顶部钉扎MTJ结构从下到上包括磁性自由层、隧道势垒层及磁性参考层。
14.根据权利要求13所述的存储器结构，其中所述磁性自由层包括有序磁性合金。
15.根据权利要求14所述的存储器结构，其中所述有序磁性合金是赫斯勒合金或L10合金。
16.根据权利要求13所述的存储器结构，其中所述磁性参考层包括单个磁性参考层。
17.根据权利要求13所述的存储器结构，其中所述磁性参考层包括下部磁性参考层、合成反铁磁耦合层及上部磁性参考层。
18.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述非磁性基座结构具有大于所述MTJ结构的至少所述第二宽度的宽度，且所述顶部电极具有等于所述MTJ结构的所述第二宽度的宽度。
19.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述非氧化金属残留物层包括存在于非磁性基座结构中的至少一种金属。
20.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述化学模板层为用于所述MTJ结构的磁性自由层的结晶设置层。
21.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述隧道势垒籽晶层具有足以向所述MTJ结构的磁性自由层诱发磁序或晶序的厚度。
22.一种形成存储器结构的方法，所述方法包括
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括形成横向相邻于所述介电间隔物、所述化学模板层的下部、所述隧道势垒籽晶层、所述籽晶金属层以及所述非磁性基座结构的封装层。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括在所述封装层上形成第二互连介电材料层，其中所述第二互连介电材料层包括嵌入其中并接触顶部电极的最顶表面的导电结构。
25.根据权利要求22所述的方法，其中，在所述第二图案化中采用的所述蚀刻是离子束蚀刻，其中，所述离子束蚀刻的角度相对于所述互连级的平坦表面是从0°到45°。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种存储器结构，包括：
2.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述化学模板层包含上部和下部，其中该所述部具有大于所述上部的宽度，且与所述隧道势垒籽晶层形成界面。
3.根据权利要求2所述的存储器结构，还包括介电间隔物，所述介电间隔物位于所述mtj结构和所述顶部电极的侧壁上，并且具有位于所述化学模板层的所述下部的最底部表面。
4.根据权利要求3所述的存储器结构，还包括封装层，所述封装层横向地相邻于所述电介质间隔物、所述籽晶区域和所述非磁性基座结构而定位，并且具有位于所述第一互连介电材料层的表面上的最底部表面。
5.根据权利要求4所述的存储器结构，还包括第二互连介电材料层，所述第二互连介电材料层横向地位于所述封装层附近并且在所述封装层上方。
6.根据权利要求5所述的存储器结构，还包括嵌入在所述第二互连介电材料层中并且接触所述顶部电极的导电结构。
7.根据权利要求6所述的存储器结构，其中所述导电结构具有大于所述mtj结构的至少所述第二宽度的第三宽度。
8.根据权利要求1所述的存储器结构，其中，所述非氧化金属残留物层延伸到所述非磁性基座结构的侧壁上。
9.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述非氧化金属残留物层延伸到所述化学模板层的下部的侧壁上。
10.根据权利要求9所述的存储器结构，其中所述非氧化金属残余层延伸到横向邻近于至少所述mtj结构而定位的介电间隔物的侧壁上。
11.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述非氧化金属残留物层延伸到所述非磁性基座结构、所述化学模板层的下部和横向相邻于至少所述mtj结构而定位的介电间隔物中的每一个的侧壁上。
12.根据权利要求1所述的存储器结构，其中所述籽晶区域进一步包括位于所述隧道势垒籽晶层下方的籽晶金属层。
13.根据权利要求1所述的存储...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·哈希米，孙赞红，胡国菡，S·扎雷，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。