[发明专利]铁磁隧道结元件及其制造方法

说明书

[问题]提供一种铁磁隧道结元件及其制造方法，利用该方法可以避免增加元件占用面积和制造步骤的数量，同时还避免元件属性的变化并维持高的制造产量。[解决方案]提供了一种铁磁隧道结元件，包括以下：第一磁性层；第一绝缘层，设置在第一磁性层顶上；第二磁性层，设置在第一绝缘层顶上并包含磁性过渡金属；以及氧化镁膜，设置为覆盖第二磁性层的侧表面并包含磁性过渡金属。

技术领域

本公开涉及铁磁隧道结元件和制造铁磁隧道结元件的方法。

背景技术

随着从大容量服务器到移动终端的各种信息设备的快速发展，在构成那些信息设备的元件(诸如存储器和逻辑元件)中期望更高的性能，诸如更高的集成度、更高的速度和更低的功耗。特别地，非易失性半导体存储器的进步是显著的。例如，作为大容量文件存储器的闪存几乎与硬盘驱动器一样广泛传播。同时，考虑到代码存储使用和工作存储器的未来应用，诸如铁电随机存取存储器(FeRAM)、磁随机存取存储器(MRAM)和相变随机存取存储器(PCRAM)的各种半导体存储器正在被开发以替代当前用于通用目的的NOR闪存、动态随机存取存储器(DRAM)等。注意的是，这些存储器中的一些已经投入实际使用。

作为上述存储器之一的MRAM通过利用由改变MRAM的磁存储元件的磁性材料的磁化状态引起的电阻的变化来存储信息。因此，通过确定由磁化状态的变化确定的磁存储元件的电阻状态，或者更具体而言，磁存储元件的电阻的大小，可以读出存储的信息。这样的MRAM能够高速操作、几乎可以无限(10¹⁵次或更多次)地被重写，并且高度可靠。由于这些事实，MRAM已经用于诸如工业自动化和航空器之类的领域。除此之外，MRAM由于其高速操作和高可靠性，有望在未来进一步应用于代码存储和工作存储器。

此外，在MRAM中，使用自旋扭矩磁化反转来反转磁性材料的磁化的MRAM可以消耗更少的电力并且具有更大的容量，同时维持诸如高速操作之类的上述优点。因此，对这种MRAM的期望更高。注意的是，利用这种自旋扭矩磁化反转的MRAM被称为自旋转移扭矩-磁随机存取存储器(STT-MRAM)(自旋注入MRAM)。

具体而言，STT-MRAM包括作为磁存储元件的磁隧道结(MTJ)元件，其具有两个磁层和插入在这两个磁层之间的绝缘层。注意的是，MTJ元件也称为隧穿磁阻(TMR)元件。此外，在具有这种堆叠结构的MTJ元件经历精细处理的情况下，难以维持高的制造产量。更具体而言，由处理产生的残留物可能附着到MTJ元件，从而引起电短路，这可能降低MTJ元件的制造产量。为了解决这个问题，下面列出的专利文献1和2提出了减少这种产量降低的方法。

具体而言，根据下面列出的专利文献1，在形成MTJ元件之后，在包含碳和氧的气体气氛中对MTJ元件进行等离子体处理，以去除由处理产生的残留物。另外，根据下面列出的专利文献1，在去除上述残留物之后，MTJ元件的侧表面被氧化，使得形成覆盖MTJ元件的侧表面的氧化物膜。以这种方式，未去除的残留物被氧化和绝缘。从而，防止了短路。同时，根据下面列出的专利文献2，例如，形成具有覆盖MTJ元件的侧表面的双层结构的保护膜以防止短路。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开No.2016-164955

专利文献2：日本专利申请特开No.2015-179694

非专利文献

非专利文献1：Physical Review b，54,9353(1996)

非专利文献2：Journal of Magnetism and Magnetic Materials，159，L1(1996)

发明内容

本发明要解决的问题