[發(fā)明專利]底部自由層磁隧道結(jié)和制造其的方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010511468.2 | 申請日： | 2020-06-08 |
| 公開（公告）號： | CN112071977A | 公開（公告）日： | 2020-12-11 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 鄭洪植;唐學(xué)體 | 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;H01L43/10;H01L43/12;H01L27/22 |
| 代理公司： | 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105 | 代理人： | 屈玉華 |
| 地址： | 韓國*** | 國省代碼： | 暫無信息 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 底部 自由 隧道 制造 方法 | ||
提供了底部自由層磁隧道結(jié)(BMTJ)和制造其的方法。該BMTJ包括復(fù)合金屬氧化物籽晶層和在復(fù)合金屬氧化物籽晶層上的包含硼(B)的自由層。復(fù)合金屬氧化物籽晶層包括第一金屬層、在第一金屬層上的金屬氧化物層以及在金屬氧化物層上的第二金屬層。第二金屬層已被氧處理。
技術(shù)領(lǐng)域
本公開總體上涉及半導(dǎo)體器件，具體地，涉及具有復(fù)合金屬氧化物籽晶層的垂直底部自由層自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存取存儲器(STT-MRAM)單元以及制造該垂直底部自由層STT-MRAM單元的方法。
背景技術(shù)
磁性存儲器，特別是磁性隨機(jī)存取存儲器(MRAM)，具有高讀/寫速度、高耐久性、非易失性(例如持久性)和低功耗的潛力。MRAM可以利用磁性材料作為信息記錄介質(zhì)來存儲信息。一種類型的MRAM是自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存取存儲器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用磁隧道結(jié)(MTJ)，磁隧道結(jié)至少部分地由通過磁性結(jié)驅(qū)動的電流寫入并具有堆疊在自由磁性層和被釘扎(或被固定)磁性層之間的隧穿勢壘。電流影響自由層的磁矩以使其與被釘扎層(其不受電流影響)的磁矩對齊或反對齊。由于磁矩的對齊在沒有充電電流的情況下保持不變，因此MTJ堆疊表現(xiàn)為適合于存儲器存儲的雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。
根據(jù)自由層的位置，MTJ包括頂部自由層MTJ(TMTJ)和底部自由層MTJ(BMTJ)。
圖1繪出了比較性底部自由層(或頂部被釘扎層)磁隧道結(jié)(BMTJ)10。比較性BMTJ10典型地在底部電極11上設(shè)置籽晶層堆疊12、自由層13、主隧穿勢壘層14、合成反鐵磁被釘扎層(SAF-PL)堆疊15和蓋層16。頂部電極17可以與蓋層16接觸。頂部電極17和底部電極11可以聯(lián)接到選擇器件(例如晶體管)。SAF-PL堆疊15可以包括頂部被釘扎層(PL)15-1、間隔物層15-2、底部被釘扎層15-3和極化增強(qiáng)層(PEL)15-4。間隔物層15-2在頂部被釘扎層15-1和底部被釘扎層15-3/PEL 15-4之間提供反鐵磁耦合。
在比較性BMTJ中，自由層13典型地由諸如FeCoB的含硼(B)材料形成，籽晶層堆疊12典型地由非晶金屬層12-1和堆疊在非晶金屬層12-1上的鎂氧化物(MgO)12-2的薄層形成。MgO 12-2的薄層典型地約為單層、被部分地晶化或是非晶的并具有許多針孔，這導(dǎo)致與主隧穿勢壘層14相比的在擴(kuò)散方面較低的熱穩(wěn)健性和低的電阻-面積乘積(RA)。它還對自由層中的硼具有相對低的硼(B)親和力，這導(dǎo)致更多的硼積累在MgO-自由層界面中，從而污染MgO-自由層界面。此外，需要針對BMTJ改善隧道磁阻(TMR)和品質(zhì)因數(shù)(FOM)。
在此背景技術(shù)部分中公開的以上信息僅用于增強(qiáng)對本發(fā)明背景的理解，因此其可能包含不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的信息。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式的一方面是針對具有改善的隧道磁阻(TMR)和品質(zhì)因數(shù)(FOM)以及在TMR和RA方面的晶片均一性的改善的工藝裕度的底部自由層STT-MRAM單元。
本發(fā)明的實(shí)施方式的另一方面是針對形成底部自由層STT-MRAM單元的方法。
根據(jù)本公開的一實(shí)施方式，一種底部自由層磁隧道結(jié)包括復(fù)合金屬氧化物籽晶層和在復(fù)合金屬氧化物籽晶層上的包含硼(B)的自由層，其中復(fù)合金屬氧化物籽晶層包括第一金屬層、在第一金屬層上的金屬氧化物層和在金屬氧化物層上的第二金屬層，其中第二金屬層已被氧處理。
在一實(shí)施方式中，金屬氧化物層可以包括MgO、MgAlO、MgAl2O4和/或(MgAl)3O4。
在一實(shí)施方式中，第二金屬層可以包括Nb、Ta、Hf、Zr或Zr-X，其中X可以是Nb、Ta或Hf。
在一實(shí)施方式中，第二金屬層可以包括金屬-Ox，其中x表示第二金屬層中氧原子與金屬原子之間的摩爾比，并且x小于值Y，Y通過將金屬原子的化合價除以2而獲得。
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