[发明专利]磁存储器设备和制造方法

说明书

一种存储器设备包括底部电极、在底部电极上方例如包括钌和钨的合金的导电层、以及在导电层上的垂直磁隧道结(pMTJ)。在实施例中，pMTJ包括固定磁体、固定磁体上方的隧道势垒和隧道势垒上的自由磁体。存储器设备还包括合成反铁磁(SAF)结构，其与固定磁体铁磁耦合以钉扎固定磁体的磁化。导电层具有晶体织构，其促进SAF结构中的高质量FCC<111>晶体织构并改善固定磁体的垂直磁各向异性。

背景技术

在过去的几十年中，特征尺寸减小一直是工业规模半导体工艺开发的 关键焦点。缩小到更小的尺寸能够使得每个芯片的功能元件密度更高，芯 片更小，并且还降低了成本。然而，随着行业接近传统缩放的物理限制， 寻找可提供新功能的非传统类型的设备变得越来越重要。一个这样的示例 是基于垂直磁隧道结(MTJ)的非易失性存储器。

具有磁隧道结(MTJ)的非易失性嵌入式存储器设备(例如，具有非易 失性的片上嵌入式存储器)可以实现能量和计算效率。然而，组装MTJ叠 层以形成功能设备的技术挑战对当今该技术的商业化呈现出强大的障碍。 具体地，增强固定磁性层中的垂直磁各向异性是组装可行的MTJ叠层的挑 战之一。

附图说明

本文描述的材料在附图中通过示例的方式而不是作为限制示出。为了 说明的简单和清楚，附图中示出的元件不一定按比例绘制。例如，为清楚 起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。而且，为了讨论的清 楚，各种物理特征可以以其简化的“理想”形式和几何形状表示，但是应 当理解，实际实施方式可能仅仅近似于所示的理想情况。例如，可以绘制 光滑表面和方形交叉，而不考虑由纳米加工技术形成的结构的有限粗糙度、 拐角圆化和不完美角度交叉特性。此外，在认为适当的情况下，在附图中 重复附图标记以指示对应或类似的元件。

图1A示出了根据本公开内容实施例的存储器设备的截面图。

图1B示出了根据本公开内容实施例的第一导电层上的合金的截面图。

图1C示出了根据本公开内容实施例的合金上的第二导电层的截面图。

图1D示出了根据本公开内容实施例的第一导电层上的合金和合金上 的第二导电层的截面图。

图1E示出了第二合金上的第一合金的截面图。

图1F示出了第二合金上的第一合金的多个双层的截面图。

图1G示出了根据本公开内容实施例的合成反铁磁结构的各个层的截 面图。

图1H示出了根据本公开内容实施例的描绘了相对于固定磁性层中的 磁化方向的自由磁体中的磁化方向的截面图。

图1I示出了根据本公开内容实施例的描绘了相对于固定磁性层中的磁 化方向的自由磁体中的磁化方向的截面图。

图2示出了制造存储器设备的方法的流程图。

图3A示出了在衬底上方形成的导电互连。

图3B示出了在形成合金层之后的图3A的结构。

图3C示出了在合金层上形成种子层之后的图3B的结构。

图3D示出了在形成pMTJ材料层堆叠体之后图3C中的结构的截面图。

图3E示出了在图案化pMTJ材料层堆叠体以形成存储器设备之后图3D 中的结构的截面图。

图3F示出了在形成与存储器设备相邻的电介质间隔体之后的图3E中 的结构的截面图。

图4示出了耦合到晶体管的存储器设备的截面图。

图5示出了根据本公开内容实施例的计算设备。

图6示出了包括本公开内容的一个或多个实施例的集成电路(IC)结 构。

具体实施方式