[发明专利]磁性随机存取存储器及其制造方法

说明书

本发明的实施例提供了磁性随机存取存储器及其制造方法。磁性随机存取存储器的存储单元包括设置在第一金属层与第二金属层之间的多层。多层中的至少一层包括从由铱层、铱层和氧化铱层的双层结构、铱‑钛氮化物层、铱层和钽层的双层结构、以及铱和钽的二元合金层组成的组中选择的一种。

技术领域

本发明的实施例涉及磁性随机存取存储(MRAM)器件，并且更具体地涉及基于由半导体器件形成的磁性隧道结型单元的磁性RAM器件及其形成方法。

背景技术

MRAM提供与易失性静态随机存取存储器(SRAM)相当的性能和相对于易失性动态随机存取存储器(DRAM)的相当的密度和较低的功耗。与非易失性存储器(NVM)闪存相比，MRAM提供更快的存取时间并且随着时间的推移遭受最小的劣化，而闪存只能重写有限的次数。MRAM单元由包括两个铁磁层的磁性隧道结型(MTJ)形成，所述两个铁磁层通过薄绝缘阻挡层间隔开，并且通过电子在两个铁磁层之间穿过绝缘阻挡层的隧穿来进行操作。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种磁性随机存取存储器的存储单元，所述存储单元包括设置在第一金属层与第二金属层之间的多层，其中，所述多层中的至少一层包括从由铱层、铱层和氧化铱层的双层结构、铱-钛氮化物层、铱层和钽层的双层结构、以及铱和钽的二元合金层组成的组中选择的一种。

根据本发明的另一个方面，提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括具有多个磁性存储单元的磁性随机存取存储器(MRAM)，其中：所述多个磁性存储单元中的每一个均包括设置在第一金属层与第二金属层之间的多层，以及所述多层中的至少一层包括从由铱层、铱层和氧化铱层的双层结构、铱-钛氮化物层、铱层和钽层的双层结构、以及铱和钽的二元合金层组成的组中选择的一种。

根据本发明的又一个方面，提供了一种制造磁性随机存取存储器的方法，所述方法包括：形成第一电极层；在所述第一电极层上方形成晶种层；在所述晶种层上方形成钉扎磁性层；在所述钉扎磁性层上方形成隧穿阻挡层；在所述隧穿阻挡层上方形成自由磁性层；在所述自由磁性层上方形成覆盖层；在所述覆盖层上方形成扩散阻挡层；以及在所述扩散阻挡层上方形成第二电极层，其中：所述第一电极层、所述晶种层、所述扩散阻挡层和所述第二电极层中的至少一个包括从由铱层、铱层和氧化铱层的双层结构、铱-钛氮化物层、铱层和钽层的双层结构以及铱和钽的二元合金层组成的组中选择的一种。

附图说明

图1A是根据本发明的实施例的MTJ MRAM单元的示意图。

图1B是根据本发明的实施例的MTJ膜堆叠件的示意性截面图。

图2A、图2B和图2C示出根据本发明的实施例的MTJ膜堆叠件的磁性层的示意性截面图。

图3是根据本发明的另一实施例的MTJ膜堆叠件的示意性截面图。

图4A和图4B示出MTJ单元的存储操作。

图4C和图4D示出MTJ单元的存储操作。

图5示出MRAM阵列。

图6A、图6B和图6C示出根据本发明的实施例的包括MRAM的半导体器件的顺序制造工艺的各个阶段。

图7A和图7B示出根据本发明的实施例的包括MRAM的半导体器件的顺序制造工艺的各个阶段。

图8A和图8B示出根据本发明的实施例的包括MRAM的半导体器件的顺序制造工艺的各个阶段。

图9A和图9B示出根据本发明的实施例的包括MRAM的半导体器件的顺序制造工艺的各个阶段。

具体实施方式