[發(fā)明專利]存儲元件和存儲元件的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780019005.0
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN108886022B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伊藤琢哉;嵯峨幸一郎
• 申請（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號: H10B61/00
• 分類號: H10B61/00;H10N50/10;H10N50/01;H01L29/82
• 代理公司: 中國貿(mào)促會專利商標事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 韓曉薇

[問題]為了提高存儲元件的元件可靠性。[解決方案]提供了一種存儲元件，其通過在基板上排列各自具有MTJ結(jié)構(gòu)的多個磁阻元件而構(gòu)成，其中，在每個磁阻元件中，在用作存儲層的磁體層中的除了用作磁阻元件的區(qū)域之外的區(qū)域中存在去磁區(qū)域，并且該去磁區(qū)域包括合金，該合金包括：形成磁體層的第一化學元素；以及第二化學元素，其當與第一化學元素一起形成合金時具有fcc結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及存儲元件，以及存儲元件的制造方法。

背景技術(shù)

隨著近年來信息社會的發(fā)展，各種電子裝置所處理的信息量急劇增加。因此，要求在這些電子裝置中使用的存儲器件具有進一步提高的性能。

在這些器件中，作為要替代目前通常使用的NOR閃存、DRAM等的存儲元件，磁性隨機存取存儲器(MRAM)，特別是使用自旋扭矩磁化反轉(zhuǎn)(也稱為自旋注入磁化反轉(zhuǎn))的磁性隨機存取存儲器(MRAM)(或者說自旋扭矩—磁性隨機存取存儲器(ST-MRAM))已獲得關(guān)注。ST-MRAM被認為能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗和大容量，同時保持MRAM的優(yōu)點，MRAM的優(yōu)點是高速操作和基本上無限數(shù)量的重寫操作。

盡管ST-MRAM被配置成使得多個存儲單元(各自包括用作存儲1/0的信息的存儲元件的磁阻元件)排列在其中，但是具有磁隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)的元件已被用作磁阻元件。MTJ結(jié)構(gòu)是其中非磁性材料層(隧道勢壘層)夾在兩個磁性材料層(磁化固定層和存儲層)之間的結(jié)構(gòu)。具有MTJ結(jié)構(gòu)的磁阻元件在下文中也將被稱為MTJ元件。在MTJ元件中，通過使用通過使電流在MTJ結(jié)構(gòu)中流動而產(chǎn)生的存儲層中的自旋扭矩磁化反轉(zhuǎn)來記錄1/0的信息。

這里，為了將具有MTJ結(jié)構(gòu)的存儲元件投入實際使用，將MTJ結(jié)構(gòu)圖案化的處理技術(shù)是必要的，以便不引起損壞、短路和電流泄漏。然而，難以通過蝕刻來將MTJ結(jié)構(gòu)圖案化。例如，由于在大多數(shù)情況下使用過渡金屬作為形成磁性材料層的材料，因此在使用在硅基半導體器件的蝕刻處理中廣泛使用的鹵素基氣體的金屬蝕刻技術(shù)中，不可能容易地蝕刻磁性材料層。如果使用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)方法或離子束蝕刻方法，盡管可以容易地蝕刻磁性材料層，但是嚴重關(guān)切由于蝕刻產(chǎn)物粘附到隧道勢壘層的側(cè)壁而發(fā)生短路或電流泄漏。

因此，在MTJ結(jié)構(gòu)的圖案化中，已經(jīng)提出了一種方法：其中，在中途停止對形成在比隧道勢壘層更高的層中的磁性材料層(下面也將稱為上部磁性材料層)的蝕刻，在上部磁性材料層留存的狀態(tài)下使上部磁性材料層的一部分氧化，從而形成具有中和的磁性和劣化的導電性的區(qū)域(下面也將稱為中和區(qū)域)。

在專利文獻1中公開的技術(shù)中，例如，上部磁性材料層的圖案化按以下步驟進行。即，首先，在基板上依次層疊第一磁性材料層、非磁性材料層、第二磁性材料層(其對應(yīng)于上部磁性材料層)以及用于連接蓋層和電極的連接層。接下來，在連接層上形成以預定形狀圖案化的掩膜層。接下來，將未被掩膜層覆蓋的區(qū)域蝕刻至第二磁性材料層的厚度為大約一半處的深度。接下來，留在蝕刻區(qū)域中的第二磁性材料層被氧化，從而形成具有劣化的磁性性質(zhì)和導電性的中和區(qū)域。然后，中和區(qū)域減少。

根據(jù)專利文獻1中公開的技術(shù)，由于蝕刻表面未到達隧道勢壘層，因此沒有蝕刻產(chǎn)物粘附到隧道勢壘層的側(cè)壁，因此可以避免發(fā)生短路和電流泄漏。此外，由于在通過氧化形成中和區(qū)域之后中和區(qū)域減少，因此可以解決留在中和區(qū)域中的過量氧氣由于接著的制造步驟中的熱處理而膨脹并損壞中和區(qū)域的問題。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：JP?2011-54873A

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

然而，在專利文獻1中公開的技術(shù)中，當從連接層蝕刻至第二磁性材料層的中間時，蝕刻產(chǎn)物可能粘附到被掩膜層覆蓋并且從而未被蝕刻的部分的側(cè)壁(即，第二磁性材料層、蓋層以及位于掩膜層正下方的連接層的層疊結(jié)構(gòu)的側(cè)壁)。蝕刻產(chǎn)物的這種粘附很可能導致MTJ元件之間的面積變化。擔心MTJ元件之間的面積變化引起電阻值的變化，這可能是損害存儲元件的可靠性的原因。