[发明专利]存储节点、包括该存储节点的磁存储器件及其制造方法

说明书

技术领域

本公开涉及存储器件，更具体地，涉及包括磁各向异性材料的自由磁性层的存储节点、包括该存储节点的磁性存储器件以及制造该存储节点和包括该存储节点的磁性存储器件的方法。

背景技术

在磁隧道结(MTJ)领域中，由于其诸如非易失性、高速运行和高耐久性，具有隧道磁致电阻(TMR)效应的磁随机存取存储器(MRAM)已经被广泛研究作为下一代非易失性存储器件之一。

初始的磁存储器件采用利用外部磁场转换MTJ的方法。另外，需要其中电流流动的分开的配线来产生外部磁场。考虑到存储器件的高度集成性，要求产生外部磁场的分开的配线的条件可能变为磁存储器件高度集成的障碍。

在近来引入的通过自旋电流的自旋转移矩来存储信息的自旋转移矩MRAM(STT-MRAM)的情况下，MTJ单元根据流过MTJ单元的电流的自旋状态转换。因而，不需要导线来产生外部磁场，与传统的磁存储器件不同。因此，STT-MRAM被评价为满足实现高集成度的目标的磁存储器件。

发明内容

本发明提供满足磁存储器件的高集成度且可实现具有非易失性或易失性的磁存储器的存储节点。

本发明提供包括该存储节点的磁存储器件。

本发明提供制造该存储节点的方法以及制造包括该存储节点的磁存储器件的方法。

其它的方面将在以下的描述中部分阐述，并将部分地从该描述而显然，或者可以通过实践呈现的实施例而习知。

根据本发明的一个方面，磁存储器件的存储节点包括：下磁性层；隧道阻挡层，形成下磁性层上；以及自由磁性层，形成在隧道阻挡层上且其中磁化方向通过自旋电流转换，其中自由磁性层具有盖子结构(cap structure)，该盖子结构围绕形成在自由磁性层下面的至少一个材料层。

隧道阻挡层可以具有盖子结构，该盖子结构围绕形成在隧道阻挡层下面的至少一个材料层。

自由磁性层可以由平面内磁各向异性材料或垂直磁各向异性材料形成。

间隔绝缘层可以提供在自由磁性层与形成在该自由磁性层下面的材料层的侧表面之间。

隧道阻挡层可以仅提供在下磁性层的上表面上。

下磁性层还可以包括顺序沉积的钉扎层和被钉扎层。

隧道阻挡层可以仅提供在被钉扎层的上表面上。

当自由磁性层包括垂直磁各向异性材料时，自由磁性层的平面形状可以为圆形，纵横比(aspect ratio)可以为1，并且其直径可以为约19nm或26nm。

当自由磁性层包括平面内磁各向异性材料时，自由磁性层的纵横比可以为约2或更高，并且单元布图的面积可以为约10nm×15nm。

当没有外部影响时，自由磁性层可以为其中确定的磁化方向保持不变的非易失性材料层，或者对于每个确定周期需要刷新以保持确定的磁化方向的易失性材料层。

间隔绝缘层可以提供在隧道阻挡层与形成在隧道阻挡层下面的材料层的侧表面之间。

间隔绝缘层的侧表面可以形成约70°-90°的倾斜角。

刷新周期可以长于DRAM的刷新周期，例如小于或等于1秒，或者大于或等于1秒。

根据本发明的另一个方面，磁存储器件包括开关器件以及连接到该开关器件的存储节点。存储节点可以为根据本发明实施例的存储节点。

根据本发明的另一个方面，制造磁存储器件的存储节点的方法包括：在基板的部分区域上形成磁性堆叠，该磁性堆叠包括下磁性层和隧道阻挡层；形成覆盖磁性堆叠的侧表面且具有倾斜表面的间隔绝缘层；以及形成覆盖磁性堆叠的上表面且延伸在间隔绝缘层的侧表面之上的自由磁性层。

磁性堆叠可以通过顺序沉积下磁性层和隧道阻挡层且以相反的顺序图案化所沉积的层而形成。

第二隧道阻挡层可以进一步形成在自由磁性层上。

下磁性层还可以包括钉扎层以及其中磁化方向被固定的被钉扎层。

形成间隔绝缘层可以包括：在基板上形成绝缘层以覆盖磁性堆叠；以及在该绝缘层的整个表面上进行各向异性蚀刻直到基板被暴露。

间隔绝缘层的侧表面可以形成约70°-90°的倾斜角。

自由磁性层可以由平面内磁各向异性材料或垂直磁各向异性材料形成。

当自由磁性层包括平面内磁各向异性材料时，在形成自由磁性层之后，自由磁性层的纵横比可以为约2或更高。

自由磁性层可以由化学气相沉积(CVD)法、原子层沉积(ALD)法或物理气相沉积(PVD)法形成。