磁性器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了磁性器件及其制造方法。所述器件包括磁隧道结，磁隧道结含有：下部磁性结构、上部磁性结构、以及插入它们之间的隧道势垒。所述隧道势垒的宽度大于所述下部磁性结构的宽度。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求于2012年7月20日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请N0.10-2012-0079269的优先权，该申请的公开内容以引用的方式结合于此。
本专利技术思想的各个实施例半导体器件，更具体来说涉及。
技术介绍
随着对便携式计算机设备和无线通信设备使用的增加，半导体器件需要更高密度、更低功率和/或非易失性特性。磁性器件能够满足上述技术需要。磁存储器件利用磁隧道结(MTJ)元件的隧道磁电阻(TMR)效应来存储数据。理想的是具有例如百分之几百到几千的高TMR比的MTJ元件。
技术实现思路
本专利技术思想的各个实施例提供了具有改进的可靠性和分散特性的磁性器件。在一个实施例中，磁性器件包括磁隧道结，该磁隧道结具有顺序层叠的下部磁性结构、隧道势垒和上部磁性结构。隧道势垒的宽度可大于下部磁性结构的宽度。隧道势垒可具有实质上为四边形的剖面。在另一个实施例中，磁性器件包括磁隧道结，该磁隧道结包括:第一磁性层；与第一磁性层相邻布置的非磁性隔离层；以及与非磁性隔离层相邻的第二磁性层。第一磁性层或第二磁性层的至少一个在截面图中大体具有U形形状。非磁性隔离层在截面图中可实质上沿直线延伸。【附图说明】通过结合附图作出的如下简要描述将能更清晰地理解各个示例实施例。图1至图37描绘了本文所述的各个非限制性的示例实施例。图1是根据本专利技术思想的示例实施例的磁存储器件的单位单元的示意电路图。图2至图6是举例示出根据本专利技术思想的示例实施例的选择器件的电路图。图7是示意性示出根据本专利技术思想的示例实施例的第一类型MTJ的示图。图8是示意性示出根据本专利技术思想的示例实施例的第二类型MTJ的示图。图9是示出根据本专利技术思想的示例实施例的制造磁存储器件的磁隧道结的方法的流程图。图10至图15是示出根据本专利技术思想的示例实施例的制造磁存储器件的磁隧道结的方法的截面图。图16至图18是示出根据本专利技术思想的示例实施例在形成磁隧道结的工艺中使用的大马士革工艺的截面图。图19至图22是示出根据本专利技术思想的示例实施例在形成磁隧道结的工艺中使用的图案化工艺的截面图。图23至图24是示意性示出分别由大马士革工艺和图案化工艺形成的多层图案的结构特征的截面图。图25至图28是示出根据本专利技术思想的示例性实施例的磁隧道结的截面图。图29是用来举例说明磁隧道结的结构特征的一方面的截面图。图30至图32是根据本专利技术思想的示例实施例的磁隧道结中的隧道势垒的示例的截面图。 图33是举例并示意性示出通过大马士革工艺形成的磁性结构的截面图。图34A至图34J是示出根据本专利技术思想的变型示例实施例的制造磁隧道结的方法的截面图。图35是示出根据本专利技术思想的变型示例实施例的制造磁隧道结的方法的截面图。图36A至图36C是示出根据一些实施例形成的磁性器件的截面图。图37是根据本专利技术思想的变型实施例的磁存储器件的单位单元的示意电路图。图38和图39是示意性示出包括了根据本专利技术思想的示例实施例的半导体器件的电子装置的框图。应当注意，这些附图旨在图示某些示例实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特征并对以下书面描述加以补充。然而这些附图并非按比例绘制，也不一定精确反映任意一个所给出的实施例的准确结构或性能特征，且不应解释为将各个值或性质的范围定义或限制在示例实施例所包含的范围内。例如，为了清楚起见可能减小或夸大了分子、层、区域和/或结构元件的相对厚度和定位。在附图中使用的类似或相同的附图标记意在表示类似或相同元件或部件的存在。【具体实施方式】下面将参照附图来更全面地描述示例实施例。但是本专利技术思想可以通过多种不同形式来具体实现，并且不应当被理解成限制到这里所阐述的实施例。相反，提供这些示例实施例是为了使得本公开内容透彻且完整，并且向本领域技术人员完全传达本专利技术思想的范围。在附图中，为了清楚起见夸大了各层和各个区域的厚度。相同的附图标记指代相同的元件并省略对它们的描述。应该了解的是，当某一元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可能被直接连接或耦合到另一元件，或者可能存在中间元件。相反，当某一元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，则不存在中间元件。文中相同编号指代相同元件。本文所使用的术语“和/或”包括所列一个或多个相关项目的任意和全部组合。用于描述几个元件或层之间关系的其它术语应以类似的方式对其进行解释(例如“在…之间”与“直接在…之间”，“相邻”与“直接相邻”，“在…之上”与“直接在…之上”)。应了解，尽管在本文中“第一”、“第二”等术语可用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应被这些术语所限制。这些术语仅仅是用来将某一元件、组件、区域、层和/或部分与另一元件、组件、区域、层和/或部分区分开。因此，在不脱离示例性实施例指教的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层和/或部分可被称为第二元件、组件、区域、层和/或部分。为了便于说明，诸如“在…之下”、“在…下面”，“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语可在本文中用来描述如附图所示的某一元件或特征与其它元件或特征间的关系。应理解的是，这些空间相对术语除了意在包含附图中所述方向，还意在包含正在使用或操作中的装置的不同方向。例如，若将附图中的装置翻转过来，描述为在另外的元件或特征“的下面”或“之下”的元件则将被定向为位于所述另外的元件或特征“之上”。因此，示例性术语“在…下面”可同时包含上方和下方两种方位。所述装置可按另外的方式定向(旋转90度角或其它角度)，应对本文所采用的空间相对描述符作相应解释。本文使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，并不意在限制示例实施例。文中使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”还意在包括其复数形式，除非文中另有明确说明。还应理解的是，若本文使用了术语“包括”和/或“包含”，意在指定所述部件、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个另外的部件、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合的存在或附加。本文参照作为示例实施例的理想化实施方式(以及中间结构)的示意图的截面图示描述了本专利技术思想的示例实施例。由此，例如由于制造技术和/或公差导致的图示形状的变化是可以预期的。因此，不应将本专利技术思想的示例实施例解释为限制于本文中示出的区域的特定性状，而应包括由于例如具体生产而导致的形状偏差。例如，示为矩形的注入区域可具有圆形或曲线形特征和/或在注入区域边缘的注入浓度具有一定梯度而不是从注入区到非注入区的二元变化。同样，通过注入形成的掩埋区可能导致在该掩埋区与发生注入所通过的表面之间的区域内也发生一些注入。因此，附图所示区域本质上为示意性的，它们的形状并不意在说明装置某一区域的真实形状，也不意在限制示例实施例的范围。除非另有其他定义，否则本文采用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的意思与本专利技术思想的示例实施例所属领域的技术人员通常理解的意思相同。还应理解，诸如那些在通用字典中已定义的术语，被解释成的意思应与它们在相关领域的文章中的意思一致，而不应被解释为理想化或过于正式的意思，除非在本文中对此有明确定义。图1是举例示出根据示例实施例的磁存储器件的单位单元的示意电路图。参考图1，单位单元100可被布置在彼此交叉的(未示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性器件，包括：磁隧道结，其包括：第一磁性层；与所述第一磁性层相邻布置的非磁性隔离层；以及与所述非磁性隔离层相邻布置的第二磁性层，其中所述第一磁性层或所述第二磁性层中的至少一个在横截面视图中具有U形，并且其中所述非磁性隔离层在横截面视图中沿直线延伸。

【技术特征摘要】
2012.07.20 KR 10-2012-0079269;2013.02.08 US 13/761.一种磁性器件，包括: 磁隧道结，其包括: 第一磁性层； 与所述第一磁性层相邻布置的非磁性隔离层；以及 与所述非磁性隔离层相邻布置的第二磁性层， 其中所述第一磁性层或所述第二磁性层中的至少一个在横截面视图中具有U形，并且 其中所述非磁性隔离层在横截面视图中沿直线延伸。2.权利要求1的磁性器件，其中所述非磁性隔离层的宽度大于所述第一磁性层的宽度。3.一种磁性器件，包括: 磁隧道结，其包含顺序层叠的下部磁性结构、隧道势垒以及上部磁性结构， 其中所述隧道势垒的宽度大于所述下部磁性结构的宽度，并且其中所述隧道势垒具有四边形横截面。4.权利要求3的磁性器件，其中所述下部磁性结构和所述上部磁性结构的每一个都具有包括多个层的多层结构。5.权利要求4的磁性器件，其中所述下部磁性结构的多个层中的至少一层具有U形横截面，并且其中所述上部磁性结构的多个层中的至少一层具有U形横截面。6.权利要求4的磁性器件，其中所述下部磁性结构的多个层中的至少一层具有U形横截面，并且 所述上部磁性结构的多个层中的每一层具有四边形横截面。7.权利要求4的磁性器件，其中所述下部磁性结构的多个层中的每一层具有四边形横截面，并且其中所述上部磁性结构的多个层中的至少一层具有U形横截面。8.权利要求4的磁性器件，其中所述下部磁性结构的多个层中的每一层是具有四边形横截面的平板形结构，并且 所述上部磁性结构的多个层中的每一层是具有四边形横截面的平板形结构。9.权利要求4的磁性器件，其中所述下部磁性结构的多个层中的至少一层包含底部和由所述底部连接的彼此相对的侧壁部，由此具有U形横截面，并且所述底部由磁性材料形成，而所述侧壁部由构成所述底部的所述磁性材料的氧化物形成。10.权利要求3的磁性器件，其中所述隧道势垒的宽度大于所述上部磁性结构的宽度。11.权利要求3的磁性器件，其中所述隧道势垒的宽度等于所述上部磁性结构的宽度。12.权利要求3的磁性器件，其中所述隧道势垒的下部宽度大于该隧道势垒的上部宽度，并且 所述下部磁性结构的上部宽度大于该下部磁性结构的下部宽度。13.权利要求3的磁性器件，其中所述隧道势垒的下部宽度大于该隧道势垒的上部宽度。14.权利要求13的半导体器件，其中所述上部磁性结构的上部宽度大于该上部磁性结构的下部宽度。15.权利要求3的磁性器件，其中所述隧道势垒的侧壁与所述下部磁性结构的侧壁之间的距离在所述隧道势垒的一侧与在所述隧道势垒的另一侧不同。16.权利要求15的磁性器件，其中所述隧道势垒的侧壁与所述上部磁性结构的侧壁之间的距离在所述隧道势垒的两侧相同。17.权利要求3的磁性器件，其中所述上部磁性结构和所述下部磁性结构之一包含反铁磁材料。18.权利要求3的磁性器件，其中所述隧道势垒包含一个氧化镁层或由含金属层隔开的一对氧化镁层。19.权利要求3的磁性器件，还包括直接覆盖所述隧道势垒的侧壁的封盖层， 其中所述封盖层与所述下部磁性结构间隔开。20.权利要求3的磁性器件，其中所述隧道势垒具有平板形结构。21.一种磁性元件，其包括: 底部电极触点； 位于第一区域中的第一固定层，该第一区域耦接到所述底部电极触点； 叠加在所述第一固定层 上的第一隧道势垒； 叠加在所述第一隧道势垒上的自由层； 叠加在所述自由层上的第二隧道势垒；以及 位于第二区域中的第二固定层，该第二区域叠加在所述第二隧道势垒上， 其中所述第一固定层和所述第二固定层中的每一个具有U形横截面，并且 其中所述第二区域被布置为整体位于所述第一区域之上或者位于所述第一区域的外侧。22.权利要求21的磁性元件，其中所述第一隧道势垒或所述第二隧道势垒中的至少一个被形成在所述第一区域中。23.权利要求21的磁性元件，其中所述第一隧道势垒或所述第二隧道势垒中的至少一个被布置在所述第一区域与所述第二区域之间。24.权利要求21的磁性元件，还包括布置在所述底部电极触点与所述第一固定层之间的种子层，其中所述种子层具有U形横截面。25.权利要求24的磁性元件，其中所述第一固定层形成在所述种子层的内侧壁上。26.—种制造磁性器件的方法，该方法包括步骤: 在衬底上选择性地形成下部磁性结构； 在所选择性形成的下部磁性结构上叠加地形成隧道势垒层； 在所述隧道势垒层上选择性地形成上部磁性结构；以及 对所述隧道势垒层进行图案化，以在所述上部磁性结构与所述下部磁性结构之间的选择区域中形成隧道势垒。27.权利要求26的方法，其中对所述隧道势垒层进行图案化的步骤包括使用刻蚀气体进行的干法刻蚀步骤，并且其中在所述干法刻蚀步骤期间...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴赞真，金佑填，权亨峻，朴淳五，朴钟撤，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：