[發明專利]磁存儲器設備和制造方法

在審

• 申請號: 201910457998.0
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110660903A
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: D·韋萊特;J·布羅克曼;T·拉赫曼;A·史密斯;安德魯·史密斯;C·維甘德;O·戈隆茨卡
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;H01L43/02;H01L43/12;H01L27/22
• 代理公司: 72002 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 韓宏;陳松濤

一種存儲器設備包括底部電極、在底部電極上方例如包括釕和鎢的合金的導電層、以及在導電層上的垂直磁隧道結(pMTJ)。在實施例中，pMTJ包括固定磁體、固定磁體上方的隧道勢壘和隧道勢壘上的自由磁體。存儲器設備還包括合成反鐵磁(SAF)結構，其與固定磁體鐵磁耦合以釘扎固定磁體的磁化。導電層具有晶體織構，其促進SAF結構中的高質量FCC<111>晶體織構并改善固定磁體的垂直磁各向異性。

背景技術

在過去的幾十年中，特征尺寸減小一直是工業規模半導體工藝開發的 關鍵焦點。縮小到更小的尺寸能夠使得每個芯片的功能元件密度更高，芯 片更小，并且還降低了成本。然而，隨著行業接近傳統縮放的物理限制， 尋找可提供新功能的非傳統類型的設備變得越來越重要。一個這樣的示例 是基于垂直磁隧道結(MTJ)的非易失性存儲器。

具有磁隧道結(MTJ)的非易失性嵌入式存儲器設備(例如，具有非易 失性的片上嵌入式存儲器)可以實現能量和計算效率。然而，組裝MTJ疊 層以形成功能設備的技術挑戰對當今該技術的商業化呈現出強大的障礙。 具體地，增強固定磁性層中的垂直磁各向異性是組裝可行的MTJ疊層的挑 戰之一。

附圖說明

本文描述的材料在附圖中通過示例的方式而不是作為限制示出。為了 說明的簡單和清楚，附圖中示出的元件不一定按比例繪制。例如，為清楚 起見，一些元件的尺寸可能相對于其他元件被夸大。而且，為了討論的清 楚，各種物理特征可以以其簡化的“理想”形式和幾何形狀表示，但是應 當理解，實際實施方式可能僅僅近似于所示的理想情況。例如，可以繪制 光滑表面和方形交叉，而不考慮由納米加工技術形成的結構的有限粗糙度、 拐角圓化和不完美角度交叉特性。此外，在認為適當的情況下，在附圖中 重復附圖標記以指示對應或類似的元件。

圖1A示出了根據本公開內容實施例的存儲器設備的截面圖。

圖1B示出了根據本公開內容實施例的第一導電層上的合金的截面圖。

圖1C示出了根據本公開內容實施例的合金上的第二導電層的截面圖。

圖1D示出了根據本公開內容實施例的第一導電層上的合金和合金上 的第二導電層的截面圖。

圖1E示出了第二合金上的第一合金的截面圖。

圖1F示出了第二合金上的第一合金的多個雙層的截面圖。

圖1G示出了根據本公開內容實施例的合成反鐵磁結構的各個層的截 面圖。

圖1H示出了根據本公開內容實施例的描繪了相對于固定磁性層中的 磁化方向的自由磁體中的磁化方向的截面圖。

圖1I示出了根據本公開內容實施例的描繪了相對于固定磁性層中的磁 化方向的自由磁體中的磁化方向的截面圖。

圖2示出了制造存儲器設備的方法的流程圖。

圖3A示出了在襯底上方形成的導電互連。

圖3B示出了在形成合金層之后的圖3A的結構。

圖3C示出了在合金層上形成種子層之后的圖3B的結構。

圖3D示出了在形成pMTJ材料層堆疊體之后圖3C中的結構的截面圖。

圖3E示出了在圖案化pMTJ材料層堆疊體以形成存儲器設備之后圖3D 中的結構的截面圖。

圖3F示出了在形成與存儲器設備相鄰的電介質間隔體之后的圖3E中 的結構的截面圖。

圖4示出了耦合到晶體管的存儲器設備的截面圖。

圖5示出了根據本公開內容實施例的計算設備。

圖6示出了包括本公開內容的一個或多個實施例的集成電路(IC)結 構。

具體實施方式