[發(fā)明專利]具有增強的垂直各向異性的垂直自旋轉移矩存儲器(pSTTM)器件及其形成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680091261.6
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN110024148A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設計）人: M·T·拉赫曼;C·J·維甘德;K·奧烏茲;D·G·韋萊特;B·梅茨;K·P·奧布萊恩;M·L·多齊;B·S·多伊爾;O·戈隆茨卡;T·加尼
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: H01L43/02
• 分類號: H01L43/02;H01L43/08;H01L43/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 舒雄文;蹇煒

用于pSTTM器件的材料層堆疊體包括固定磁性層，設置在固定磁性層上方的隧道勢壘和設置在隧道勢壘上的自由層。自由層還包括雙層的堆疊體，其中，最上面的雙層由包括鐵的磁性層覆蓋，并且其中，自由層中的每一個雙層包括設置在磁性層上的諸如鎢、鉬的非磁性層。在實施例中，非磁性層具有的組合厚度小于雙層的堆疊體中的磁性層的組合厚度的15％。包括自由層中的非磁性層的雙層的堆疊體可以降低用于pSTTM器件的材料層堆疊體的飽和磁化，并且隨后增加垂直磁各向異性。

技術領域

本發(fā)明的實施例屬于集成電路制造領域，并且特別是具有增強的垂直各向異性的垂直自旋轉移矩存儲器(pSTTM，perpendicular spin transfer torque memory)器件及其形成方法。

背景技術

在過去的幾十年中，集成電路中的特征的縮放已成為不斷增長的半導體工業(yè)背后的驅動力?？s小到越來越小的特征使得能夠增加半導體芯片的有限空間(real estate)上的功能單元的密度。例如，縮小晶體管尺寸允許在芯片上結合增大數(shù)量的存儲器器件，從而有助于制造具有增強功能的產品。然而，驅動更多功能并非沒有問題。嚴重依賴創(chuàng)新的制造技術來滿足縮放所施加的極其嚴格的公差要求變得越來越重要。

具有pSTTM器件的非易失性嵌入式存儲器使得能夠實現(xiàn)能量和計算效率。然而，組裝pSTTM堆疊體以形成功能器件的技術挑戰(zhàn)呈現(xiàn)了對當今該技術的商業(yè)化的難以克服的障礙。具體而言，降低pSTTM器件中的切換電流而不影響隧道磁阻(TMR)和電阻-面積(RA)是工藝開發(fā)的一些重要領域。因此，在解決這些挑戰(zhàn)的pSTTM堆疊體開發(fā)中需要進行重大改進。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于pSTTM器件的材料層堆疊的橫截面視圖。

圖2A-2C示出了各種pSTTM材料層堆疊體的橫截面視圖，其中存儲層包括由耦合層分開的兩個自由層，并且其中一個或多個自由層包括雙層的堆疊體。

圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于pSTTM器件的材料層堆疊體的橫截面視圖。

圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于pSTTM器件的材料層堆疊體的橫截面視圖。

圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于pSTTM器件的材料層堆疊體的橫截面視圖。

圖3示出了合成反鐵磁性層的各個層的橫截面視圖。

圖4A-4C示出了表示制造pSTTM材料層堆疊體的方法中的各種操作的橫截面視圖。

圖4A示出了在隧道勢壘上形成包括雙層的堆疊體的第一自由層的橫截面視圖。

圖4B示出了在第一自由層上方形成包括雙層的堆疊體的第二自由層的橫截面視圖。

圖4C示出了在第二自由層上形成保護層、氧化物層、覆蓋層和頂部電極的橫截面視圖。

圖5示出了形成于耦合到晶體管的導電互連上的pSTTM器件的橫截面視圖。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的計算設備。

具體實施方式

描述了具有增強的垂直各向異性的垂直自旋轉移矩存儲器(pSTTM)器件和制造方法。在以下描述中，闡述了許多具體細節(jié)，諸如新穎的結構方案和詳細的制造方法，以便提供對本發(fā)明的實施例的透徹理解。對于本領域技術人員顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明的實施例。在其他情況下，較不詳細地描述了眾所周知的特征，諸如與嵌入式存儲器相關的切換操作和晶體管操作，以免不必要地模糊本發(fā)明的實施例。此外，應理解，圖中所示的各種實施例是說明性表示，并且不一定按比例繪制。