[發明專利]磁性隨機存取存儲器及其制造方法

有效

• 申請號: 201810823818.1
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN109768156B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 牛寶華;應繼鋒
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/10;H01L43/12;H01L27/22;G11C11/16
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

本發明的實施例提供了磁性隨機存取存儲器及其制造方法。磁性隨機存取存儲器的存儲單元包括設置在第一金屬層與第二金屬層之間的多層。多層中的至少一層包括從由銥層、銥層和氧化銥層的雙層結構、銥?鈦氮化物層、銥層和鉭層的雙層結構、以及銥和鉭的二元合金層組成的組中選擇的一種。

技術領域

本發明的實施例涉及磁性隨機存取存儲(MRAM)器件，并且更具體地涉及基于由半導體器件形成的磁性隧道結型單元的磁性RAM器件及其形成方法。

背景技術

MRAM提供與易失性靜態隨機存取存儲器(SRAM)相當的性能和相對于易失性動態隨機存取存儲器(DRAM)的相當的密度和較低的功耗。與非易失性存儲器(NVM)閃存相比，MRAM提供更快的存取時間并且隨著時間的推移遭受最小的劣化，而閃存只能重寫有限的次數。MRAM單元由包括兩個鐵磁層的磁性隧道結型(MTJ)形成，所述兩個鐵磁層通過薄絕緣阻擋層間隔開，并且通過電子在兩個鐵磁層之間穿過絕緣阻擋層的隧穿來進行操作。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種磁性隨機存取存儲器的存儲單元，所述存儲單元包括設置在第一金屬層與第二金屬層之間的多層，其中，所述多層中的至少一層包括從由銥層、銥層和氧化銥層的雙層結構、銥-鈦氮化物層、銥層和鉭層的雙層結構、以及銥和鉭的二元合金層組成的組中選擇的一種。

根據本發明的另一個方面，提供了一種半導體器件，所述半導體器件包括具有多個磁性存儲單元的磁性隨機存取存儲器(MRAM)，其中：所述多個磁性存儲單元中的每一個均包括設置在第一金屬層與第二金屬層之間的多層，以及所述多層中的至少一層包括從由銥層、銥層和氧化銥層的雙層結構、銥-鈦氮化物層、銥層和鉭層的雙層結構、以及銥和鉭的二元合金層組成的組中選擇的一種。

根據本發明的又一個方面，提供了一種制造磁性隨機存取存儲器的方法，所述方法包括：形成第一電極層；在所述第一電極層上方形成晶種層；在所述晶種層上方形成釘扎磁性層；在所述釘扎磁性層上方形成隧穿阻擋層；在所述隧穿阻擋層上方形成自由磁性層；在所述自由磁性層上方形成覆蓋層；在所述覆蓋層上方形成擴散阻擋層；以及在所述擴散阻擋層上方形成第二電極層，其中：所述第一電極層、所述晶種層、所述擴散阻擋層和所述第二電極層中的至少一個包括從由銥層、銥層和氧化銥層的雙層結構、銥-鈦氮化物層、銥層和鉭層的雙層結構以及銥和鉭的二元合金層組成的組中選擇的一種。

附圖說明

圖1A是根據本發明的實施例的MTJ MRAM單元的示意圖。

圖1B是根據本發明的實施例的MTJ膜堆疊件的示意性截面圖。

圖2A、圖2B和圖2C示出根據本發明的實施例的MTJ膜堆疊件的磁性層的示意性截面圖。

圖3是根據本發明的另一實施例的MTJ膜堆疊件的示意性截面圖。

圖4A和圖4B示出MTJ單元的存儲操作。

圖4C和圖4D示出MTJ單元的存儲操作。

圖5示出MRAM陣列。

圖6A、圖6B和圖6C示出根據本發明的實施例的包括MRAM的半導體器件的順序制造工藝的各個階段。

圖7A和圖7B示出根據本發明的實施例的包括MRAM的半導體器件的順序制造工藝的各個階段。

圖8A和圖8B示出根據本發明的實施例的包括MRAM的半導體器件的順序制造工藝的各個階段。

圖9A和圖9B示出根據本發明的實施例的包括MRAM的半導體器件的順序制造工藝的各個階段。

具體實施方式