磁存儲(chǔ)器器件及其制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 W02] 本申請(qǐng)要求于2014年7月30日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 10-2014-0097535的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容W引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例設(shè)及一種半導(dǎo)體器件，并且具體地說(shuō)，設(shè)及一種磁存儲(chǔ) 器器件。
【背景技術(shù)】
[0004] 由于對(duì)快速度和低功耗操作的電子裝置的需求增加，用于運(yùn)種電子裝置的半導(dǎo)體 器件必須在低操作電壓下快速操作。已經(jīng)提出了一種滿(mǎn)足該需求的磁存儲(chǔ)器器件。例如， 磁存儲(chǔ)器器件可提供諸如低延時(shí)和非易失性的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果，磁存儲(chǔ)器器件被看作是新 興的下一代存儲(chǔ)器器件。 陽(yáng)〇化]磁存儲(chǔ)器器件可包括磁隧道結(jié)（MTJ)。MTJ可包括兩個(gè)磁性層和介于它們之間的 隧道勢(shì)壘層。MTJ的電阻可根據(jù)磁性層的磁化方向而變化。例如，與磁性層的磁化方向平行 時(shí)相比，當(dāng)磁性層的磁化方向反向平行時(shí)，MTJ的電阻可更高。運(yùn)種電阻的差異可用于將數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)在磁存儲(chǔ)器器件中。然而，仍然需要更多的研究W能夠有效和可靠地批量生產(chǎn)磁存 儲(chǔ)器器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例提供了一種高度集成的磁存儲(chǔ)器器件。
[0007] 本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例還提供了一種高度可靠的磁存儲(chǔ)器器件。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例，提供了一種制造磁存儲(chǔ)器器件的方法。該方法可 包括步驟：在襯底上按次序形成第一磁性層、隧道勢(shì)壘層和第二磁性層；在第二磁性層上 形成掩模圖案，W將第二磁性層的一部分暴露出來(lái)；在掩模圖案的側(cè)壁和第二磁性層的所 述部分上形成封蓋絕緣層；通過(guò)封蓋絕緣層將氧離子注入到第二磁性層的所述部分中，W 形成氧化物層；各向異性地蝕刻封蓋絕緣層，W形成封蓋間隔件；W及利用掩模圖案和封 蓋間隔件將氧化物層、隧道勢(shì)壘層和第一磁性層圖案化。
[0009] 在示例實(shí)施例中，可利用等離子體執(zhí)行注入氧離子的步驟。
[0010] 在示例實(shí)施例中，所述方法在形成封蓋絕緣層的步驟之前還可包括步驟：利用掩 模圖案蝕刻第二磁性層的所述部分，W在掩模圖案的側(cè)壁和第二磁性層的所述部分上形成 再沉積間隔件層?？蓪⑽g刻第二磁性層的所述部分的步驟執(zhí)行為防止隧道勢(shì)壘層被暴露出 來(lái)。
[0011] 在示例實(shí)施例中，第一磁性層可具有固定的磁化方向，第二磁性層可具有可切換 的磁化方向。
[0012] 在示例實(shí)施例中，封蓋絕緣層可包括氧化娃和/或金屬氧化物。封蓋絕緣層還可 具有范圍從約30A至約50A的厚度。
[0013] 在示例實(shí)施例中，方法還可包括步驟：形成界面層，W接觸第二磁性層的頂表面。 可將封蓋絕緣層形成為覆蓋界面層的側(cè)壁。隧道勢(shì)壘層和界面層可包括MgO。第一磁性層 和第二磁性層的磁化方向可垂直于襯底的頂表面。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的其他示例實(shí)施例，一種磁存儲(chǔ)器器件可包括：下電極，其位于襯 底上；第一磁性圖案，其位于下電極上；第二磁性圖案，其位于第一磁性圖案上，第二磁性 圖案的寬度小于第一磁性圖案的寬度；隧道勢(shì)壘圖案，其位于第一磁性圖案與第二磁性圖 案之間；上電極，其設(shè)置在第二磁性圖案上，其中封蓋圖案介于上電極與第二磁性圖案之 間；封蓋間隔件，其位于封蓋圖案的側(cè)壁上；W及氧化物圖案，其從第二磁性圖案延伸至封 蓋間隔件與隧道勢(shì)壘圖案之間的區(qū)域。氧化物圖案可包括與第二磁性圖案的材料中的至少 一種相同的材料。
[0015] 在示例實(shí)施例中，封蓋間隔件可包括金屬氧化物。封蓋間隔件可具有范圍從約 30A至約50A的厚度。
[0016] 在示例實(shí)施例中，隧道勢(shì)壘圖案和第一磁性圖案的側(cè)壁可與封蓋間隔件的側(cè)壁自 對(duì)齊。
[0017] 在示例實(shí)施例中，封蓋間隔件可具有布置為與氧化物圖案的頂表面接觸的底表 面。
[0018] 在示例實(shí)施例中，第一磁性圖案與第二磁性圖案之間的寬度差可等于或大于封蓋 間隔件的寬度。
[0019] 在示例實(shí)施例中，該器件還可包括設(shè)置在封蓋圖案與封蓋間隔件之間的再沉積間 隔件。再沉積間隔件可包括與第二磁性圖案的材料中的至少一種相同的材料。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一示例實(shí)施例，一種磁存儲(chǔ)器器件可包括：下電極，其位于襯 底上；第一磁性圖案，其位于下電極上；第二磁性圖案，其位于第一磁性圖案上；隧道勢(shì)壘 圖案，其位于第一磁性圖案與第二磁性圖案之間；上電極，其設(shè)置在第二磁性圖案上，其中 封蓋圖案介于上電極與第二磁性圖案之間；封蓋間隔件，其位于封蓋圖案的側(cè)壁上；W及 金屬氧化物圖案，其從第二磁性圖案延伸至封蓋間隔件與隧道勢(shì)壘圖案之間的區(qū)域。第一 磁性圖案、隧道勢(shì)壘圖案和金屬氧化物圖案可具有與封蓋間隔件的側(cè)壁自對(duì)齊的側(cè)壁。
[0021] 在示例實(shí)施例中，第一磁性圖案與第二磁性圖案之間的寬度差可等于或大于封蓋 間隔件的寬度。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 通過(guò)W下結(jié)合附圖的簡(jiǎn)單描述，將更加清楚地理解示例實(shí)施例。如本文所述，附圖 代表非限制性示例實(shí)施例。
[0023] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器器件的示意性框圖。
[0024] 圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器器件的存儲(chǔ)器單元陣列的示意 性電路圖。
[0025] 圖3至圖9是磁存儲(chǔ)器器件在各個(gè)制造階段中的剖視圖，用于示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu) 思的示例實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器器件的制造方法。
[0026] 圖IOA和圖IOB是圖7的磁存儲(chǔ)器器件的剖視圖，進(jìn)一步示出了氧離子注入工藝。
[0027] 圖IlA是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器器件的平面圖。
[0028] 圖IlB是沿著圖IlA的線(xiàn)1-1'和11-11'截取的磁存儲(chǔ)器器件的剖視圖。
[0029] 圖IlC是圖IlB的磁存儲(chǔ)器器件的部分A的放大圖。
[0030] 圖12A至圖12D是沿著圖IlA的線(xiàn)1-1'和11-11'截取的磁存儲(chǔ)器器件的剖視圖，W進(jìn)一步示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的制造磁存儲(chǔ)器器件的方法。
[0031] 圖13是示出包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器器件的電子系統(tǒng)的示 意性框圖。
[0032] 圖14是示出包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器器件的存儲(chǔ)卡的示意 性框圖。
[0033] 圖15是示出包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的磁存儲(chǔ)器器件的信息處理系統(tǒng) 的示意性框圖。
[0034] 應(yīng)該注意，運(yùn)些附圖旨在示出在特定示例實(shí)施例中利用的方法、結(jié)構(gòu)和/或材料 的一般特征并且對(duì)下面提供的書(shū)面說(shuō)明進(jìn)行補(bǔ)充。然而，運(yùn)些附圖不一定按照比例，并且可 不反映任何給出的實(shí)施例的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)或性能特征，并且不應(yīng)被解釋為局限或限制通過(guò)本發(fā) 明構(gòu)思的示例實(shí)施例包含的值或特性的范圍。例如，為了清楚，可縮小或夸大分子、層、區(qū)域 和/或結(jié)構(gòu)性元件的相對(duì)厚度和定位。在各個(gè)附圖中使用相似或相同的附圖標(biāo)記旨在指示 存在相似或相同的元件或特征。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 現(xiàn)在，將參照示出了示例實(shí)施例的附圖更加完全地描述本發(fā)明構(gòu)思的各個(gè)實(shí)施 例。然而，本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例可按照許多不同的形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)理解為限于本文闡述 的示例實(shí)施例。相反，提供運(yùn)些示例實(shí)施例是為了使得本公開(kāi)將是徹底和完整的，并且將把 本發(fā)明構(gòu)思的范圍完全傳遞給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見(jiàn)，可夸大層和 區(qū)域的厚度。附圖中的相同附圖標(biāo)記指代相同元件，因此將省略對(duì)其的重復(fù)描述。
[0036] 應(yīng)該理解，當(dāng)一個(gè)元件被稱(chēng)作"連接至"或"結(jié)合至"另一元件時(shí)，所述一個(gè)元件可 直接連接至或結(jié)合至所述另一元件，或者可存在中間元件。相反，當(dāng)一個(gè)元件被稱(chēng)作"直接 連接至"或"直接結(jié)合至"另一元件時(shí)，不存在中間元件。應(yīng)該按照相同的方式解釋其他用 于描述元件或?qū)又g的關(guān)系的其他詞語(yǔ)（例如，"在……之間"對(duì)"直接在……之間"、"鄰近" 對(duì)"直接鄰近"、"位于……上"對(duì)"直接位于……上"等）。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"和/或"包括 相關(guān)所列項(xiàng)之一或多個(gè)的任何和所有組合。
[0037] 應(yīng)該理解，雖然本文中可使用術(shù)語(yǔ)例如"第一"、"第二"等來(lái)描述多個(gè)元件、組件、 區(qū)域、層和/或部分，但是運(yùn)些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)被運(yùn)些術(shù)語(yǔ)限制。運(yùn)些 術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一元件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開(kāi)。因 此，下面討論的第一元件、第一組件、第一區(qū)域、第一層或第一部分可被稱(chēng)作第二元件、第二 組件、第二區(qū)域、第二層或第二部分，而不脫離示例實(shí)施例的教導(dǎo)。
[0038] 為了方便描述，本文中可使用諸如"在……下方"、"在……之下"、"下"、"在……之 上"、"上"等的空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，W描述附圖中所示的一個(gè)元件或特征與另一個(gè)（一些）元件 或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在涵蓋使用或操作中的裝置的除圖中所示的取 向之外的不同取向。例如，如果圖中的裝置顛倒，則被描述為"在其他元件或特征之下"或 "在其他元件或特征下方"的元件將因此被取向?yàn)?在其他元件或特征之上"。因此，示例性 術(shù)語(yǔ)"在……之下"可涵蓋"在……之上"和"在……之下"運(yùn)兩個(gè)取向。裝置也可按照其他 方式取向（旋轉(zhuǎn)90度或位于其他取向），并且將相應(yīng)地解釋本文所用的空間相對(duì)描述語(yǔ)。
[0039] 本文所用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述特定示例實(shí)施例，并且不旨在限制本發(fā)明構(gòu)思。如 本文所用，除非上下文清楚地指明不是運(yùn)樣，否則單數(shù)形式"一"、"一個(gè)"和"該"也旨在包 括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解，術(shù)語(yǔ)"包括"、"包括……的"、"包含"和/或"包含……的"當(dāng)用 于本說(shuō)明書(shū)中時(shí)，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(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0040] 本文參照作為示例實(shí)施例的理想實(shí)施例（和中間結(jié)構(gòu)）的示意圖的剖視圖來(lái)描述 本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例。運(yùn)樣，作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果，可W預(yù)見(jiàn)附圖中的 形狀的變化。因此，本發(fā)明構(gòu)思不應(yīng)被構(gòu)造為限于本文示出的區(qū)域的具體形狀，而是包括例 如由制造工藝導(dǎo)致的形狀的偏差。例如，示為矩形的注入?yún)^(qū)將通常具有圓形或彎曲特征和 /或在其邊緣具有注入濃度的梯度，而非從注入?yún)^(qū)至非注入?yún)^(qū)的二值變化。同樣地，通過(guò)注 入形成的掩埋區(qū)可在掩埋區(qū)與通過(guò)其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中導(dǎo)致一些注入。因此， 圖中示出的區(qū)域?qū)嶋H上是示意性的，并且它們的形狀不旨在示出裝置的區(qū)域的實(shí)際形狀， 或者不旨在限制本發(fā)明構(gòu)思的范圍。
[0041] 如通過(guò)本發(fā)明的實(shí)體應(yīng)該理解，根據(jù)本文所述的各個(gè)實(shí)施例的器件和形成器件的 方法可在諸如集成電路的微電子器件中實(shí)現(xiàn)，其中根據(jù)本文所述的各個(gè)實(shí)施例的多個(gè)器件 集成在相同的微電子器件中。因此，在微電子器件中，本文所示的剖視圖可沿著不一定正交 的兩個(gè)或更多個(gè)不同的方向復(fù)制。因此，實(shí)現(xiàn)根據(jù)本文所述的各個(gè)實(shí)施例的器件的微電子 器件的平面圖可包括按照基于微電子器件的功能性的陣列和/或二維圖案布置的多個(gè)器 件。也可提供器件的=維陣列或矩陣。具體地說(shuō)，通過(guò)沿著第=方向（例如，可與所述兩個(gè) 不同方向正交）復(fù)制根據(jù)本文所述的各個(gè)實(shí)施例的器件，可提