[發明專利]磁性隧道結(MTJ)存儲元件和具有MTJ的自旋轉移力矩磁阻隨機存取存儲器(STT-MRAM)單元

在審

• 申請號: 201610169367.5
• 申請日: 2010-02-02
• 公開（公告）號: CN105702699A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 顧時群;升·H·康;朱曉春
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: H01L27/22
• 分類號: H01L27/22;H01L43/08;H01L43/12
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 宋獻濤

1.一種具有磁性隧道結(MTJ)存儲元件的存儲器裝置，所述MTJ存儲元件包含： 底部電極；

釘扎層，其鄰近于所述底部電極；

電介質層，其包封所述底部電極和所述釘扎層的一部分，其中所述電介質層包括 界定鄰近于所述釘扎層的一部分的孔的側壁；

穿隧勢壘，其鄰近于所述釘扎層；

自由層，其鄰近于所述穿隧勢壘，其中所述穿隧勢壘和所述自由層中的一者的一 部分沿著所述孔的側壁且垂直于所述底部電極和所述釘扎層而安置，且所述穿隧勢 壘和所述自由層中的一者的其余部分平行于所述底部電極和所述釘扎層而安置，其 中所述釘扎層橫向附接于所述底部電極，以使得所述釘扎層在沿所述孔的所述側壁 方向上與所述穿隧勢壘和所述自由層分離；以及

頂部電極，其鄰近于所述自由層，

其中所述底部電極和/或所述釘扎層在第一方向上的寬度大于所述釘扎層與所述 穿隧勢壘之間的接觸區域在所述第一方向上的寬度。

2.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中所述頂部電極填充所述孔在所述自由層上 方的一部分。

3.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中所述穿隧勢壘具有帶第一和第二支腿的U 形橫截面，且其中所述第一支腿沿著所述孔的所述側壁延伸。

4.根據權利要求3所述的存儲器裝置，其中所述自由層具有U形橫截面且嵌套于所 述U形穿隧勢壘內。

5.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中所述存儲器裝置應用于其中集成有所述存 儲器裝置的電子裝置中，所述電子裝置選自由以下各物組成的群組：機頂盒、音樂 播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航裝置、通信裝置、個人數字助理(PDA)、 固定位置數據單元和計算機。

6.根據權利要求1所述的存儲器裝置，其中所述存儲器裝置是自旋轉移力矩磁阻隨機 存取存儲器(STT-MRAM)。

7.一種形成具有磁性隧道結(MTJ)存儲元件的存儲器裝置的方法，所述方法包含： 在襯底上形成底部電極；

在所述底部電極上形成釘扎層；

在所述底部電極和所述釘扎層上沉積電介質層；

在所述電介質層中圖案化具有側壁的孔并將所述孔向下蝕刻到所述釘扎層；

在所述孔的第一部分中沉積穿隧勢壘層以在所述釘扎層上產生穿隧勢壘；

在所述孔的第二部分中沉積自由層以使得所述自由層位于所述穿隧勢壘上，其中 沿著所述孔的所述側壁且垂直于所述底部電極和所述釘扎層而形成所述穿隧勢壘 和所述自由層中的一者的一部分，且所述穿隧勢壘和所述自由層中的一者的其余部 分平行于所述底部電極和所述釘扎層而安置，其中所述釘扎層橫向附接于所述底部 電極，以使得所述釘扎層在沿所述孔的所述側壁方向上與所述穿隧勢壘和所述自由 層分離；以及

在所述自由層上沉積頂部層。

8.根據權利要求7所述的方法，其中所述底部電極和/或所述釘扎層在第一方向上的 寬度大于所述釘扎層與所述穿隧勢壘之間的接觸區域在所述第一方向上的寬度。

9.根據權利要求7所述的方法，其中所述頂部電極在所述自由層上填充所述孔的剩余 部分。

10.根據權利要求7所述的方法，其中所述穿隧勢壘具有帶第一和第二支腿的U形橫 截面，且其中所述第一支腿沿著所述孔的所述側壁延伸。

11.根據權利要求10所述的方法，其中所述自由層具有U形橫截面且嵌套于所述U形 穿隧勢壘內。

12.根據權利要求7所述的方法，其進一步包含：

在所述沉積所述電介質層之前清潔所述底部電極層和所述釘扎層。

13.根據權利要求12所述的方法，其進一步包含：

在所述清潔之前圖案化并蝕刻所述底部電極和所述釘扎層。

14.根據權利要求13所述的方法，其進一步包含：

在所述圖案化并蝕刻所述底部電極和所述釘扎層之前使所述底部電極和所述釘 扎層在真空中經受磁性退火工藝。