[发明专利]存储器件

说明书

本发明提供存储器件，在上述存储器件中，在基板上以层叠的方式形成有下部电极、种子层及磁隧道结，上述种子层至少由双重结构形成，至少一层由具有bcc结构的多结晶的导电物质形成。

本申请主张基于2015年03月18日申请的韩国专利申请第10-2015-0 037230的优先权，该韩国专利申请的文献中公开的全部内容包括在本说明书作为本说明书的一部分。

技术领域

本发明涉及存储元件，尤其，涉及利用磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)的磁性存储元件。

背景技术

进行对于与闪存器件相比，消耗电力少，集精度高的下一代非易失性存储器件的研究。这种下一代非易失性存储器件包括利用如硫族化合物合金(chalcogenide alloy)的相变化物质的状态变化的相变存储器(Phase change RAM，PRAM)、利用基于铁磁的磁化状态的磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)的阻抗变化的磁性存储器(MagneticRAM，MRAM)、利用铁电材料的分级现象的铁电存储器(Ferroelectric RAM)、利用可变阻抗物质的阻抗变化的阻抗变化存储器(Resistance change RAM，ReRAM)等。

作为磁性存储器，利用基于电子注入的自旋转矩(Spin-Transfer Torque，STT)现象来形成磁化，判别磁化反转前后的阻抗差的自旋转矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM，Spin-Transfer Torque Magnetic Random Access Memory)器件。自旋转矩磁性随机存取存储器器件分别包括由铁磁形成的固定层(pinned layer)及自由层和在这些之间形成隧道屏障(tunnel barrier)的磁隧道结。在磁隧道结中，自由层和固定层的磁化方向相同(即，平行(parallel))，则电流流动变得简单，从而具有低阻抗状态，若磁化方向不同(即，不平行(anti parallel))，则电流减少，从而呈现出高阻抗状态。并且，在磁隧道结中，磁化方向需要向与基板垂直的方向变化，因此，自由层及固定层需要具有垂直磁化值。根据磁场的强度及方向，若与垂直磁化值0为基准对称的方形(squareness，S)的形状变得鲜明(S＝1)，则垂直磁各向异性(perpendicular magnetic anisotropy，PMA)优秀。这种自旋转矩磁性随机存取存储器器件理论上实现1015以上的循环(cycling)，可通过纳秒(ns)程度的快速进行开关。尤其，积极进行垂直磁化型自旋转矩磁性随机存取存储器器件理论上没有缩放限制(Scaling Limit)，通过越进行缩放，电流的密度可降低的优点，可代替DRAM器件的下一代存储器件。这种自旋转矩磁性随机存取存储器器件的例在韩国授权专利第10-1040163中公开。

并且，自旋转矩磁性随机存取存储器器件在自由层下部形成种子层，在固定层上部形成覆盖层，在覆盖层上部形成合成交换半磁性层及上部电极。而且，自旋转矩磁性随机存取存储器器件在硅基板形成硅氧化膜之后，在上部形成种子层及磁隧道结。并且，在硅基板可形成三极管等的选择器件，硅氧化膜可覆盖选择器件。因此，自旋转矩磁性随机存取存储器器件在形成有选择器件的硅基板层叠硅氧化膜、种子层、自由层、磁隧道屏障、固定层、覆盖层、合成交换半磁性层及上部电极。其中，种子层及覆盖层利用钽(Ta)来形成，合成交换半磁性层呈磁性金属和非磁性金属交替层叠的下部磁性层及上部磁性层并在这些之间形成非磁性层的结构。

但是，形成于非晶质的硅氧化膜上部的种子层由非晶质形成，由此，磁隧道结也由非晶质形成，因此，磁隧道结的结晶性降低。即，固定层及自由层由非晶质的CoFeB形成，为了垂直各向异性，即使实施热处理，磁隧道结的结晶性不会提高太多。若磁隧道结的结晶性低，垂直磁各向异性会降低。因此，为了改变磁化方向，即使施加磁场，磁化方向也不会急剧改变，在平行状态下，流动的电流的量减少。由此，铅、光的时间可持续，从而很难体现高速存储器件，有可能发生铅、光的动作错误。