[發(fā)明專利]磁性存儲器件和制造該磁性存儲器件的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610849477.6
• 申請日: 2016-09-23
• 公開（公告）號: CN106953003A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張榮萬;李俊明;金起園;樸容星
• 申請（專利權(quán)）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/12;G11C11/15;G11C11/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所11105
• 代理人: 弋桂芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明構(gòu)思的實施方式涉及半導(dǎo)體器件和用于制造該半導(dǎo)體器件的方法。更具體地，本發(fā)明構(gòu)思的實施方式涉及磁性存儲器件和用于制造該磁性存儲器件的方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體器件由于其小尺寸、多功能特性和/或低制造成本而被廣泛用于電子工業(yè)。在半導(dǎo)體器件中的半導(dǎo)體存儲器件可以存儲邏輯數(shù)據(jù)。在半導(dǎo)體存儲器件中的磁性存儲器件由于它們的高速度和/或非易失性特性而作為下一代半導(dǎo)體存儲器件受到關(guān)注。

通常，磁性存儲器件可以包括磁隧道結(jié)(MTJ)圖案。MTJ圖案可以包括兩個磁性層和設(shè)置在所述兩個磁性層之間的絕緣層。MTJ圖案的電阻值可以取決于所述兩個磁性層的磁化方向而變化。例如，如果所述兩個磁性層的磁化方向彼此反平行，則MTJ圖案可以具有相對高的電阻值。當(dāng)所述兩個磁性層的磁化方向彼此平行時，MTJ圖案可以具有相對低的電阻值。邏輯數(shù)據(jù)可以通過利用這些電阻值之差而被存儲在MTJ圖案中和/或從MTJ圖案中讀出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明構(gòu)思的實施方式可以提供磁性存儲器件，該磁性存儲器件具有改善的可靠性和相對低的開關(guān)電流。

本發(fā)明構(gòu)思的實施方式可以提供用于制造磁性存儲器件的方法，該磁性存儲器件具有改善的可靠性和相對低的開關(guān)電流。

在一方面，一種磁性存儲器件可以包括磁隧道結(jié)圖案，該磁隧道結(jié)圖案包括第一自由層、被釘扎層以及設(shè)置在第一自由層和被釘扎層之間的隧道勢壘層。第一自由層可以包括第一自由磁性圖案和第二自由磁性圖案，該第一自由磁性圖案具有與隧道勢壘層直接接觸的第一表面和與第一表面相反的第二表面，第二自由磁性圖案與第一自由磁性圖案的第二表面接觸。第二自由磁性圖案可以包括鐵-鎳(FeNi)，第二自由磁性圖案的鎳含量可以在從大約10at％到大約30at％的范圍內(nèi)。

在一方面，一種磁性存儲器件可以包括磁隧道結(jié)圖案，該磁隧道結(jié)圖案包括自由層、被釘扎層以及在自由層和被釘扎層之間的隧道勢壘層。自由層可以包括與隧道勢壘層相鄰的第一自由磁性圖案、以及與隧道勢壘層間隔開且第一自由磁性圖案插置于其間的第二自由磁性圖案。第二自由磁性圖案可以鄰近第一自由磁性圖案。第一自由磁性圖案可以包括鈷-鐵-硼(CoFeB)，第二自由磁性圖案可以包括鐵-鎳(FeNi)。第二自由磁性圖案的鎳含量可以在從大約10at％到大約30at％的范圍內(nèi)。

在一方面，一種用于制造磁性存儲器件的方法可以包括：在襯底上形成初步自由層、初步被釘扎層以及在初步自由層和初步自旋層之間形成的初步隧道勢壘層；以及在初步自由層、初步被釘扎層和初步隧道勢壘層的形成之后執(zhí)行熱處理工藝。初步自由層可以包括鄰近于初步隧道勢壘層的第一自由磁性層、以及與初步隧道勢壘層間隔開且第一自由磁性層夾置在其間的第二自由磁性層。第二自由磁性層可以鄰近于第一自由磁性層。第二自由磁性層可以包括鐵-鎳(FeNi)，且第二自由磁性層的鎳含量可以在從大約10at％到大約30at％的范圍內(nèi)。

在另一方面，一種磁性存儲器件包括磁隧道結(jié)圖案，該磁隧道結(jié)圖案包括自由層、被釘扎層以及在自由層和被釘扎層之間的隧道勢壘層。自由層包括第一自由磁性圖案和第二自由磁性圖案，該第二自由磁性圖案在第一自由磁性圖案上以使得第一自由磁性圖案在第二自由磁性圖案和隧道勢壘層之間，且第二自由磁性圖案具有大于第一自由磁性圖案的鎳含量的鎳含量。

附圖說明

鑒于附圖和伴隨的詳細(xì)描述，本發(fā)明構(gòu)思將變得更清楚。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施方式的磁性存儲器件的單位存儲單元的電路圖。

圖2A、2B、3A和3B是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施方式的磁隧道結(jié)圖案的示意圖。

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施方式的磁性存儲器件的截面圖。

圖5A和5B是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施方式的用于制造磁性存儲器件的方法的截面圖。

圖6-9是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施方式的磁性存儲器件的截面圖。

圖10是示出根據(jù)比較示例和根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施方式的試驗示例的自由層的飽和磁化的曲線。

圖11是示出根據(jù)比較示例和根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施方式的試驗示例的自由層的Gilbert阻尼參數(shù)的曲線。

圖12是示出根據(jù)比較示例和根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施方式的試驗示例的自由層的開關(guān)系數(shù)的曲線。

圖13是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施方式的自由層中的鎳含量的隧道磁阻(TMR)特性的曲線。

圖14是示出FeNi合金的相位圖的曲線。

具體實施方式