具有垂直磁隧道結(jié)的磁存儲器件制造技術(shù)

本公開提供了具有垂直磁隧道結(jié)的磁存儲器件。一種磁存儲器件包括在基板上的第一磁結(jié)構(gòu)、在基板和第一磁結(jié)構(gòu)之間的第二磁結(jié)構(gòu)、以及在第一磁結(jié)構(gòu)和第二磁結(jié)構(gòu)之間的隧道阻擋物。第一磁結(jié)構(gòu)和第二磁結(jié)構(gòu)中的至少一個包括垂直磁層以及插設(shè)在隧道阻擋物和垂直磁層之間的極化增強層。這里，極化增強層包含鈷、鐵和至少一種IV族元素，并且極化增強層具有垂直于或基本上垂直于基板的頂表面的磁化方向。

Magnetic storage device with vertical magnetic tunnel junction

The present disclosure provides a magnetic storage device having a vertical magnetic tunnel junction. A magnetic memory device includes a first magnetic structure on a substrate, a second magnetic structure between the substrate and the first magnetic structure, and a tunnel barrier between the first magnetic structure and the second magnetic structure. At least one of the first magnetic structure and the second magnetic structure comprises a vertical magnetic layer and a polarization enhancement layer interposed between the tunnel barrier and the vertical magnetic layer. Here, the polarization enhancement layer contains cobalt, iron, and at least one IV group element, and the polarization enhancement layer has a magnetization direction perpendicular to or substantially perpendicular to the top surface of the substrate.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

這里公開的示例實施方式涉及磁存儲器件，具體地，涉及具有垂直磁隧道結(jié)的磁存儲器件。
技術(shù)介紹
在電子裝置中提供的半導(dǎo)體器件要求更快的運行速度和/或更低的運行電壓。磁存儲器件能夠滿足這樣的要求。例如，磁存儲器件能夠提供諸如減少延遲和/或非易失性的技術(shù)優(yōu)點。因而，磁存儲器件正顯現(xiàn)為下一代的存儲其間。磁存儲器件包括磁隧道結(jié)(MTJ)。MTJ可以包括兩個磁層和插設(shè)在這兩個磁層之間的絕緣層。MTJ的電阻可以根據(jù)這兩個磁層的磁化方向而變化。例如，當(dāng)這兩個磁層的磁化方向反平行時MTJ的電阻可以大于當(dāng)這兩個磁層的磁化方向平行時MTJ的電阻。這樣的電阻差異可以用于磁存儲器件的數(shù)據(jù)存儲操作。然而，仍需要更多的研究以批量制造高度集成的磁存儲器件。
技術(shù)實現(xiàn)思路
這里公開的示例實施方式提供具有改善的磁致電阻(TMR)特性的磁隧道結(jié)(MTJ)和高度可靠的磁存儲器件。根據(jù)這里公開的示例實施方式，一種磁存儲器件可以包括在基板上的第一磁結(jié)構(gòu)、在基板和第一磁結(jié)構(gòu)之間的第二磁結(jié)構(gòu)、以及在第一磁結(jié)構(gòu)和第二磁結(jié)構(gòu)之間的隧道阻擋物。第一磁結(jié)構(gòu)和第二磁結(jié)構(gòu)中的至少一個可以包括垂直磁層以及插設(shè)在隧道阻擋物和垂直磁層之間的極化增強層，該極化增強層包括鈷、鐵、以及至少一種IV族元素，極化增強層可以具有垂直于或基本上垂直于基板的頂表面的磁化方向。根據(jù)這里公開的示例實施方式，一種磁存儲器件可以包括在基板上的第一磁結(jié)構(gòu)、在基板和第一磁結(jié)構(gòu)之間的第二磁結(jié)構(gòu)、以及在第一磁結(jié)構(gòu)和第二磁結(jié)構(gòu)之間的隧道阻擋物。第一磁結(jié)構(gòu)和第二磁結(jié)構(gòu)中的至少一個可以包括與隧道阻擋物的表面接觸的極化增強層，極化增強層包括鈷、鐵和至少一種IV族元素，并且極化增強層可以具有垂直于或基本上垂直于該基板的頂表面的磁化方向。附圖說明通過以下結(jié)合附圖的簡要描述，示例實施方式將被更清楚地理解。附圖表示如這里所描述的非限制的示例實施方式。圖1是根據(jù)這里公開的示例實施方式的磁存儲器件的方框圖。圖2是示出根據(jù)這里公開的示例實施方式的磁存儲器件的存儲單元陣列的電路圖。圖3是示出根據(jù)這里公開的示例實施方式的磁存儲器件的單位存儲單元的電路圖。圖4和圖5是示出根據(jù)這里公開的示例實施方式的磁隧道結(jié)的示意圖。圖6是示出根據(jù)這里公開的示例實施方式的磁存儲器件的截面圖。圖7是示出根據(jù)這里公開的示例實施方式的形成磁隧道結(jié)的第一磁結(jié)構(gòu)的示例的截面圖。圖8是示出根據(jù)這里公開的示例實施方式的形成磁隧道結(jié)的第二磁結(jié)構(gòu)的示例的截面圖。圖9是示出根據(jù)這里公開的示例實施方式的形成磁隧道結(jié)的第一磁結(jié)構(gòu)的另一個示例的截面圖。圖10是示出根據(jù)這里公開的示例實施方式的形成磁隧道結(jié)的第二磁結(jié)構(gòu)的另一個示例的截面圖。圖11和圖12是示出包括根據(jù)這里公開的示例實施方式的磁存儲器件的電子裝置的示意性方框圖。具體實施方式現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述示例實施方式，附圖中示出了示例實施方式。圖1是根據(jù)這里公開的示例實施方式的磁存儲器件的方框圖。參照圖1，磁存儲器件可以包括存儲單元陣列10、行解碼器20、列選擇電路30、讀寫電路40和控制邏輯50。存儲單元陣列10可以包括多個字線、多個位線以及提供在字線和位線之間的交叉處的多個存儲單元。存儲單元陣列10的結(jié)構(gòu)將參照圖2更詳細地描述。行解碼器20可以通過字線連接到存儲單元陣列10。行解碼器20可以配置為解碼從磁存儲器件的外面接收的地址信息輸入，從而選擇字線之一。列選擇電路30可以通過位線連接到存儲單元陣列10，并可以配置為解碼從磁存儲器件的外部接收的地址信息輸入從而選擇位線之一。由列選擇電路30選擇的位線可以連接到讀寫電路40。讀寫電路40可以響應(yīng)于來自控制邏輯50的控制信號而提供存取所選擇的存儲單元的位線偏壓。此外，讀寫電路40可以將位線電壓提供到所選擇的位線以寫入數(shù)據(jù)到存儲單元或從存儲單元讀取數(shù)據(jù)。控制邏輯50可以響應(yīng)于從外面輸入的指令信號而輸出用于控制磁存儲器件的控制信號。從控制邏輯50輸出的控制信號可以用于控制讀寫電路40。圖2是示出根據(jù)這里公開的示例實施方式的磁存儲器件的存儲單元陣列的電路圖，圖3是示出根據(jù)這里公開的示例實施方式的磁存儲器件的單位存儲單元的電路圖。參照圖2，存儲單元陣列10可以包括多個第一導(dǎo)電線、多個第二導(dǎo)電線和多個單位存儲單元MC。在示例實施方式中，第一導(dǎo)電線可以用作字線WL0-WL3，第二導(dǎo)電線可以用作位線BL0-BL3。單位存儲單元MC可以提供為二維或三維的構(gòu)造。字線WL和位線BL可以提供為彼此交叉，并且每個單位存儲單元MC可以提供在字線WL和位線BL之間的交叉中的對應(yīng)一個處。每個字線WL可以連接到多個單位存儲單元MC。連接到特定一個字線WL的每個單位存儲單元MC可以連接到相應(yīng)的位線BL。每個位線BL可以連接到單位存儲單元MC中的連接到特定一個字線WL的對應(yīng)一個。因此，連接到字線WL的單位存儲單元MC可以通過位線BL連接到參照圖1描述的讀寫電路40。參照圖3，每個單位存儲單元MC可以包括存儲元件ME和選擇元件SE。存儲元件ME可以提供在位線BL和選擇元件SE之間，并且選擇元件SE可以提供在存儲元件ME和字線WL之間。存儲元件ME可以是可變電阻器件，該可變電阻器件具有能夠通過施加到其的電脈沖而切換到至少兩個狀態(tài)之一的電阻。在示例實施方式中，存儲元件ME可以具有分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)具有能夠利用從其流過的電流通過自旋轉(zhuǎn)移過程改變的電阻。例如，存儲元件ME可以具有配置為表現(xiàn)出磁致電阻性質(zhì)的分層結(jié)構(gòu)，并可以包括至少一種鐵磁材料和/或至少一種反鐵磁材料。選擇元件SE可以配置為選擇性地控制經(jīng)過存儲元件ME的電流的流動。例如，選擇元件SE可以是二極管、pnp雙極晶體管、npn雙極晶體管、n溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管(NMOS-FET)和PMOS-FET中的一種。在選擇元件SE是三端開關(guān)器件(例如，雙極晶體管或MOSFET)的情況下，額外的互連線可以連接到選擇元件SE的控制電極或柵極。具體地，存儲元件ME可以包括第一磁結(jié)構(gòu)MS1、第二磁結(jié)構(gòu)MS2以及在第一磁結(jié)構(gòu)MS1和第二磁結(jié)構(gòu)MS2之間的隧道阻擋物TBR。第一磁結(jié)構(gòu)MS1、第二磁結(jié)構(gòu)MS2和隧道阻擋物TBR可以形成磁隧道結(jié)MTJ。第一磁結(jié)構(gòu)MS1和第二磁結(jié)構(gòu)MS2的每個可以包括由鐵磁材料制成的至少一個磁層。存儲元件ME可以包括插設(shè)在第二磁結(jié)構(gòu)MS2和選擇元件SE之間的底電極BE以及插設(shè)在第一磁結(jié)構(gòu)MS1和位線BL之間的頂電極TE。圖4和圖5是示出根據(jù)這里公開的示例實施方式的磁隧道結(jié)的示意圖。參照圖4和圖5，磁隧道結(jié)MTJ可以提供在基板100上。磁隧道結(jié)MTJ可以包括按順序堆疊在基板100上的第一磁結(jié)構(gòu)MS1、第二磁結(jié)構(gòu)MS2以及在第一磁結(jié)構(gòu)MS1和第二磁結(jié)構(gòu)MS2之間的隧道阻擋物TBR。第二磁結(jié)構(gòu)MS2可以提供在基板100和隧道阻擋物TBR之間，第一磁結(jié)構(gòu)MS1可以與第二磁結(jié)構(gòu)MS2間隔開而使隧道阻擋物TBR插設(shè)在其間。第一磁結(jié)構(gòu)MS1和第二磁結(jié)構(gòu)MS2的磁層之一可以配置為具有固定方向的磁化，其不被通常使用的環(huán)境中產(chǎn)生的外部磁場改變。在本說明書的后面的部分中，為了描述的方便起見，術(shù)語“固定或被釘扎層PNL”將用于表示具有這樣的被固定磁化性質(zhì)的磁層。第一磁結(jié)構(gòu)MS1和第二磁結(jié)構(gòu)MS2的磁層中的另一個可以配置為具有可變的磁化方向，其本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種磁存儲器件，包括：第一磁結(jié)構(gòu)，在基板上；第二磁結(jié)構(gòu)，在所述基板和所述第一磁結(jié)構(gòu)之間；以及隧道阻擋物，在所述第一磁結(jié)構(gòu)和所述第二磁結(jié)構(gòu)之間，其中所述第一磁結(jié)構(gòu)和所述第二磁結(jié)構(gòu)中的至少一個包括：垂直磁層；和極化增強層，插設(shè)在所述隧道阻擋物和所述垂直磁層之間，所述極化增強層包括鈷、鐵和至少一種IV族元素，并且其中所述極化增強層具有垂直于所述基板的頂表面的磁化方向。

【技術(shù)特征摘要】
2016.01.05 KR 10-2016-0001007;2015.10.21 US 14/9191.一種磁存儲器件，包括：第一磁結(jié)構(gòu)，在基板上；第二磁結(jié)構(gòu)，在所述基板和所述第一磁結(jié)構(gòu)之間；以及隧道阻擋物，在所述第一磁結(jié)構(gòu)和所述第二磁結(jié)構(gòu)之間，其中所述第一磁結(jié)構(gòu)和所述第二磁結(jié)構(gòu)中的至少一個包括：垂直磁層；和極化增強層，插設(shè)在所述隧道阻擋物和所述垂直磁層之間，所述極化增強層包括鈷、鐵和至少一種IV族元素，并且其中所述極化增強層具有垂直于所述基板的頂表面的磁化方向。2.如權(quán)利要求1所述的磁存儲器件，其中所述極化增強層與所述隧道阻擋物直接接觸。3.如權(quán)利要求1所述的磁存儲器件，其中所述極化增強層包括碳。4.如權(quán)利要求1所述的磁存儲器件，其中所述極化增強層還包括硼。5.如權(quán)利要求1所述的磁存儲器件，其中所述極化增強層包括CoFeC。6.如權(quán)利要求5所述的磁存儲器件，其中所述極化增強層包括(CoxFe100-x)100-zCz，其中x在從0％至50％的范圍內(nèi)，z在從2％至8％的范圍內(nèi)。7.如權(quán)利要求1所述的磁存儲器件，其中所述極化增強層還包括硼，并且所述極化增強層包括CoFeCB。8.如權(quán)利要求7所述的磁存儲器件，其中所述極化增強層包括(CoxFe100-x)100-z-aCzBa，其中x在從0％至50％的范圍內(nèi)，z+a在從2％至8％的范圍內(nèi)。9.如權(quán)利要求1所述的磁存儲器件，其中所述隧道阻擋物和所述極化增強層處于晶體狀態(tài)，并且所述極化增強層具有與所述隧道阻擋物的(100)晶面平行的(100)晶面。10.如權(quán)利要求9所述的磁存儲器件，其中所述極化增強層的(100)晶面和所述隧道阻擋物的(100)晶面平行于所述基板的所述頂表面。11.如權(quán)利要求9所述的磁存儲器件，其中所述極化增強層具有四方變形的晶體結(jié)構(gòu)。12.如權(quán)利要求1所述的磁存儲器件，其中所述第一磁結(jié)構(gòu)和所述第二磁結(jié)構(gòu)中的至少一個還包括在所述極化增強層和所述垂直磁層之間的交換耦合層以允許所述極化增強層和所述垂直磁層之間的交換耦合。13.如權(quán)利要求12所述的磁存儲器件，其中所述垂直磁層包括至少一個磁層，該至少一個磁層具有被固定在垂直于所述基板的所述頂表面的方向上的磁化方向，并且其中所述極化增強層的所述磁化方向被固定在與所述垂直磁層的所述磁化方向相同的方向上。14.如權(quán)利要求13所述的磁存儲器件，還包...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：金佑填，李俊明，樸容星，SSP帕金，
申請(專利權(quán))人：三星電子株式會社，國際商業(yè)機器公司，
類型：發(fā)明
國別省市：韓國;KR