具有垂直磁隧道結(jié)構(gòu)的磁存儲器裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年11月18日在韓國知識產(chǎn)權(quán)提交的韓國專利申請 No. 10-2013-0140135的優(yōu)先權(quán)，該申請的公開全文以引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明構(gòu)思涉及磁存儲器裝置，并且更具體地說，涉及在其中具有垂直磁隧道結(jié) 的磁存儲器裝置。
【背景技術(shù)】
[0004] 隨著包括半導體存儲器裝置的高速和/或低功耗電子裝置的發(fā)展，需要高速和/ 或低電壓半導體存儲器裝置。為了滿足這些需要，已提出了磁存儲器裝置。磁存儲器裝置 具有高速和/或非易失性特性，從而作為下一代半導體存儲器裝置而備受關(guān)注。
[0005] 通常，磁存儲器裝置可包括磁隧道結(jié)（MTJ)圖案。MTJ圖案可包括兩個磁層和介于 它們之間的絕緣層。MTJ圖案的電阻值可根據(jù)所述兩個磁層的磁化方向而變化。例如，如果 所述兩個磁層的磁化方向彼此反向平行，則MTJ圖案可具有高電阻值。如果所述兩個磁層 的磁化方向彼此平行，則MTJ圖案可具有低電阻值?？衫肕TJ圖案的高電阻值和低電阻 值之間的差寫/讀邏輯數(shù)據(jù)。
[0006] 隨著電子工業(yè)的發(fā)展，越來越多地需要高度集成和/或低功耗的磁存儲器裝置。 因此，已經(jīng)針對能夠滿足需要的磁存儲器裝置進行了各種研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的實施例的磁存儲器裝置包括電連接至對應(yīng)的字線和位線的磁存儲 單元的陣列。根據(jù)本發(fā)明的這些實施例中的一些，磁存儲單元可包括磁隧道結(jié)（MTJ)和通 過第一導電結(jié)構(gòu)電耦合至磁隧道結(jié)的第一電極。該第一導電結(jié)構(gòu)可包括阻擋層和在阻擋層 與磁隧道結(jié)之間延伸的晶種層。阻擋層可形成為或至少包括非晶金屬化合物材料。
[0008] 在本發(fā)明的一些實施例中，將阻擋層沉積、圖案化和熱處理。另外，優(yōu)選地在熱處 理期間和之后保持阻擋層的非晶狀態(tài)。阻擋層可包括例如鐵磁元素、非金屬元素和非磁性 金屬元素。非金屬元素可選自于由硼和氮以及它們的組合組成的組。阻擋層中的非磁性金 屬元素的含量比可在約15wt%至約50wt%的范圍內(nèi)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的磁存儲器裝置可包括第一垂直磁結(jié)構(gòu)和第二垂直磁 結(jié)構(gòu)（MS1、MS2)，在它們之間具有隧道勢皇層。提供通過第一垂直磁結(jié)構(gòu)與隧道勢皇層分離 的電極。提供在第一垂直磁結(jié)構(gòu)與電極之間延伸的阻擋層。阻擋層包括非晶金屬化合物。 該阻擋層通常為經(jīng)熱處理的層，并且在熱處理期間和熱處理之后得到保持阻擋層的非晶狀 態(tài)。阻擋層可由鐵磁元素、非金屬元素和非磁性金屬元素形成。
[0010] 在本發(fā)明的一些實施例中，鐵磁元素選自于由鈷、鐵和鎳以及它們的組合組成的 組，而非金屬元素選自于由硼和氮以及它們的組合組成的組。非磁性金屬元素可選自于由 以下元素以及它們的組合組成的組：鉭（Ta)、鎢（W)、鈮（Nb)、鈦（Ti)、鉻（Cr)、鋯（Zr)、鉿 (Hf)、鉬（Mo)、鋁（Al)、鎂（Mg)、釕（Ru)和釩（V)。例如，在本發(fā)明的一些實施例中，阻擋層 可形成為鈷鐵硼鉭（CoFeBTa)層。在本發(fā)明的另一些實施例中，阻擋層中的非磁性金屬元 素的含量比在約15wt%至約50wt%的范圍內(nèi)。阻擋層可形成為具有約〇. IA至約20 A的 范圍內(nèi)的厚度。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一些實施例，可提供在第一垂直磁結(jié)構(gòu)與阻擋層之間延伸的晶種 層。阻擋層可與晶種層接觸。第一垂直磁結(jié)構(gòu)還可包括：（i)交換耦合層，其在隧道勢皇層 與晶種層之間延伸；（ii)第一磁層，其具有固定磁化方向，并且在隧道勢皇層與交換耦合 層之間延伸；以及（iii)第二磁層，其具有固定磁化方向，并且在交換耦合層與晶種層之間 延伸。在本發(fā)明的另外的實施例中，第一垂直磁結(jié)構(gòu)包括在隧道勢皇層與晶種層之間延伸 的具有可變磁化方向的磁層。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，所述電極是第一電極并且阻擋層是第一阻擋層，并且 存儲器裝置還包括：（i)第二電極，其與隧道勢皇層間隔開，第二垂直磁結(jié)構(gòu)在第二電極與 隧道勢皇層之間延伸；以及（ii)第二阻擋層，其在第二垂直磁結(jié)構(gòu)與第二電極之間延伸。 第二阻擋層可包括非晶金屬化合物。該存儲器裝置還可包括：晶種層，其在第一垂直磁結(jié)構(gòu) 與第一阻擋層之間延伸；以及覆蓋層，其在第二垂直磁結(jié)構(gòu)與第二阻擋層之間延伸。第一阻 擋層可與晶種層的一個表面接觸，并且第二阻擋層可與覆蓋層的一個表面接觸。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的其它實施例的磁存儲器裝置可包括：磁隧道結(jié)，其包括自由層、被釘 扎層和處于自由層與被釘扎層之間的隧道勢皇；在磁隧道結(jié)上的電極；以及在磁隧道結(jié)與 電極之間的阻擋層。阻擋層的飽和磁化值小于構(gòu)成磁隧道結(jié)的磁層的飽和磁化值。
【附圖說明】
[0014] 鑒于附圖和下面的詳細說明，本發(fā)明構(gòu)思將變得更加清楚。
[0015] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施例的磁存儲器裝置的單位存儲單元的電 路圖；
[0016] 圖2和圖3是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施例的磁隧道結(jié)的示圖；
[0017] 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實施例的磁存儲器裝置的剖視圖；
[0018] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其它實施例的磁存儲器裝置的剖視圖；
[0019] 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另外一些實施例的磁存儲器裝置的剖視圖；
[0020] 圖7和圖8是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的構(gòu)成磁隧道結(jié)的一部分的第一垂直 磁結(jié)構(gòu)的示例的剖視圖；
[0021] 圖9和圖10是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的構(gòu)成磁隧道結(jié)的一部分的第二垂 直磁結(jié)構(gòu)的示例的剖視圖；以及
[0022] 圖11和圖12是示出包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實施例的磁存儲器裝置的電子裝置的 示意性框圖。
【具體實施方式】
[0023] 下文中將參照其中示出了本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例的附圖更加充分地描述本 發(fā)明構(gòu)思。通過以下將參照附圖更加詳細地描述的示例性實施例，本發(fā)明構(gòu)思和實現(xiàn)它們 的方法的優(yōu)點和特點將變得清楚。然而，應(yīng)該注意的是本發(fā)明構(gòu)思不限于以下示例性實施 例，而是可按照各種形式實現(xiàn)。因此，提供示例性實施例僅用于公開本發(fā)明構(gòu)思并讓本領(lǐng)域 技術(shù)人員知道本發(fā)明構(gòu)思的范疇。在圖中，本發(fā)明構(gòu)思的實施例不限于本文提供的特定示 例，并且為了清楚起見可進行夸大。
[0024] 本文所用的術(shù)語僅是為了描述特定實施例的目的，并且不旨在限制本發(fā)明。如本 文所用，除非上下文清楚地指明不是這樣，否則單數(shù)形式"一個"、"一"和"該"也旨在包括 復(fù)數(shù)形式。如本文所用，術(shù)語"和/或"包括相關(guān)所列項之一或多個的任何和所有組合。應(yīng) 該理解，當元件被稱作"連接至"或"耦合至"另一元件時，其可直接連接至或耦合至所述另 一元件，或者可存在中間元件。
[0025] 相似地，應(yīng)該理解，當諸如層、區(qū)或襯底的元件被稱作"位于"另一元件"上"時，其 可直接位于所述另一元件上，或者可存在中間元件。相反，術(shù)語"直接"意指不存在中間元 件。還應(yīng)該理解，當本文使用術(shù)語"包括"、"包括……的"、"包含"和/或"包含……的"時， 其指明存在所列特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或添加一個或多個 其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0026] 另外，將參照作為本發(fā)明構(gòu)思的理想示例性示圖的剖視圖來描述【具體實施方式】中 的實施例。因此，可根據(jù)制造技術(shù)和/或容許誤差修改示例性示圖的形狀。因此，本發(fā)明構(gòu) 思的實施例不限于示例性示圖中示出的特定形狀，而是可包括可根據(jù)制造工藝生成的其它 形狀。圖中例示的區(qū)域具有一般性質(zhì)，并且用于示出元件的具體形狀。因此，不應(yīng)將它們理 解為限制本發(fā)明構(gòu)思的范圍。
[0027] 還應(yīng)該理解，本文可使用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各種元件，但是這些元件 不應(yīng)由這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將一個元件與另一元件區(qū)分開。因此，一些實施例 中的第一元件可在其它實施例中被稱作第二元件，而不脫離本發(fā)明的教導的范圍。本文解 釋和示出的本發(fā)明構(gòu)思的各方面的示例性實施例包括它們的互補對應(yīng)部分。相同的標號或 相同的指示符在說明書中始終指代相同的元件。
[0028] 另外，本文參照作為理想的示例性示圖的剖視圖和/或平面圖描述示例性實施 例。因此，能夠預(yù)見作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果的所述示圖的形狀的變形形式。因 此，不應(yīng)該將示例性實施例理解為限于本文示出的區(qū)的形狀，而是包括由例如制造導致的 形狀的偏離。例如，示為矩形的蝕刻區(qū)將通常具有圓形或彎曲特征。因此，圖中示出的區(qū)實 際上是示意性的，并且它們的形狀不旨在示出裝置的區(qū)的實際形狀，并且不旨在限制示例 實施例的范圍。
[0029] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施例的磁存儲器裝置的單位存儲單元的電 路圖。參照圖1，單位存儲單元UMC設(shè)置在彼此交叉的第一互連部分Ll和第二互連部分L2 之間。單位存儲單元UMC連接至第一互