[發明專利]磁存儲器件及其制造方法

無效

• 申請號: 201110384063.8
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102916124A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 鄭東河;樸基善;金國天
• 申請（專利權）人: 海力士半導體有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12;H01L27/22;G11C11/15
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 郭放;許偉群

相關申請的交叉引用

本申請要求在2011年8月5日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請號為10-2011-0078269的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明的示例性實施例涉及一種半導體存儲器件，更具體而言涉及一種磁存儲器件及其制造方法。

背景技術

磁存儲器件利用磁場來儲存信息，且顯示出低功耗、耐久性和操作速度快的特點。另外，磁存儲器件是即使在斷電之后仍保留數據的非易失性器件，被認為是下一代存儲器件。

示例出的磁存儲器件是磁阻隨機存取存儲(MRAM)器件，所述磁阻隨機存取存儲器件是利用隧道磁阻(TMR)效應形成千兆比特容量的非易失性存儲器。

這里，TMR效應出現在包括一對鐵磁層和位于這一對鐵磁層之間的隧道絕緣層的結構中。由于鐵磁層之間很少存在交換耦合，因此即使在低磁場的情況下也可以獲得較大的磁阻。相比于巨磁阻(GMR)器件，在儲存信息時TMR器件具有良好的磁阻特性和較低的開關電流。

由于磁存儲器件的開關電流特性是決定電流消耗總量的參數，因此減少開關電流對于提高磁存儲器件的集成密度而言是有幫助的。即使通過增加隧道絕緣層的厚度而減少了TMR器件的開關電流，但當隧道絕緣層的厚度增加時磁阻也會減小。另一方面，當降低隧道絕緣層的厚度以增加磁阻時，產品的可靠性和耐久性變差且編程電流增加。需要一種解決上述問題的方法，其中，例如可以優化自由層的組成和體積以減少開關電流。這樣，通過減少自由層的體積，可以減少開關電流，但是TMR效應和熱穩定性可能變差。

發明內容

根據示例性實施例的一個方面，一種磁存儲器件包括：第一固定層；第一隧道勢壘，所述第一隧道勢壘與第一固定層耦合；自由層，所述自由層與第一隧道勢壘耦合，且具有包括第一鐵磁層、氧化物隧道間隔件和第二鐵磁層的層疊結構；第二隧道勢壘，所述第二隧道勢壘與自由層耦合；以及第二固定層，所述第二固定層與第二隧道勢壘耦合。

根據示例性實施例的另一個方面，一種磁存儲器件，包括：第一固定層；第一隧道勢壘，所述第一隧道勢壘與第一固定層耦合，且包括氧化鎂(MgO)；自由層，所述自由層與第一隧道勢壘耦合，且具有包括第一鐵磁層、氧化物隧道間隔件和第二鐵磁層的層疊結構；第二隧道勢壘，所述第二隧道勢壘與自由層耦合且包括氧化鎂；以及第二固定層，所述第二固定層與第二隧道勢壘耦合。

根據示例性實施例的又一個方面，提供一種制造磁存儲器件的方法。所述方法包括以下步驟：在半導體襯底上形成種層，所述半導體襯底上形成有下導電層；在種層上形成第一固定層；在第一固定層上形成第一隧道勢壘；通過在第一隧道勢壘上層疊第一鐵磁層、氧化物隧道間隔件和第二鐵磁層來形成自由層，其中，所述自由層包括所述第一鐵磁層、所述氧化物隧道間隔件和所述第二鐵磁層；在自由層上形成第二隧道勢壘；在第二隧道勢壘上形成第二固定層；以及在第二固定層上形成覆蓋層。

下面將在標題為“具體實施方式”的部分中描述以上這些和其它的特征、方面和實施例。

附圖說明

從以下結合附圖的詳細描述中將更加清楚地理解本發明主題的上述和其它的方面、特征和其它的優點，其中：

圖1是圖示根據第一示例性實施例的磁存儲器件的配置的圖；

圖2是圖示根據第二示例性實施例的磁存儲器件的配置的圖；

圖3是圖示根據第三示例性實施例的磁存儲器件的配置的圖；

圖4是圖示根據第四示例性實施例的磁存儲器件的配置的圖；

圖5是圖示圖4的磁存儲器件中的自由層之間的耦合特性的圖；以及

圖6是圖示根據第五示例性實施例的磁存儲器件的配置的圖。

具體實施方式

本文參照示例性實施例的截面圖(以及中間結構)來描述示例性實施例。然而，附圖中所示的部分和形狀僅僅是示例性的，可以根據各種制造技術和/或設計考慮而變化。在附圖的部分中，為了圖示清楚，示例性實施例中的層和區域的長度和大小可以是經夸大處理的。在全部附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件。在說明書中，當提及一個層在另一個層或襯底“上”時，其可以是直接在所述另一個層或襯底上，或者還可以存在中間層。

下面參照附圖來描述本發明的示例性實施例。

圖1是根據第一示例性實施例的磁存儲器件的配置圖。