磁存储器件及其形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明构思涉及磁存储器件及其形成方法。
【背景技术】
[0002] 半导体器件由于其小尺寸、多功能和低制造成本而被广泛地用于电子产业。半导 体器件可以包括存储逻辑数据的半导体存储器件、处理逻辑数据的半导体逻辑器件和/或 每个包括存储元件和逻辑元件的片上系统（S0C)。
[0003] 由于半导体器已经随着电子产业的发展而被高度集成，已经引起了各种问题。例 如，制造工艺的容限（margin)会减小并且半导体存储器件的单位单元的电阻会增大。因 而，进行了各种研究来解决这些问题。
【发明内容】
[0004] 本发明构思的实施方式可以提供能够改善磁隧道结的特性的磁存储器件。一些实 施方式针对一种半导体器件，该半导体器件包括：接触插塞图案，在形成于基板上的第一层 间电介质层中，接触插塞图案的顶表面和第一层间电介质层的顶表面实质上共平面；第一 电极图案，在接触插塞图案上并导电地联接到接触插塞图案；第一磁性导电图案，在第一电 极图案上；第二磁性导电图案，在第一磁性导电图案上；隧穿势皇图案，在第一磁性导电图 案与第二磁性导电图案之间并具有其上形成第二磁性导电图案的第一表面以及与第一表 面相反的第二表面；以及金属氧化物层，在隧穿势皇图案的第二表面的不与第一磁性导电 图案接触的部分上以及在第一磁性导电图案的侧表面上。
[0005] 在一些实施方式中，第一磁性导电图案包括第一部分和第二部分，该第一部分由 第一磁性导电层的一部分形成，该第二部分由磁性恢复层的一部分形成。一些实施方式提 供为，磁性恢复层包括与第一磁性导电层相同的材料并包括相对于第一磁性导电层减小的 硼（B)浓度。在一些实施方式中，金属氧化物层由磁性恢复层的一部分的氧化形成。一些 实施方式提供为，磁性恢复层包括在约1Λ至约丨0A的范围内的厚度。在一些实施方式中， 磁性恢复层包括在约丨A至约51的范围内的厚度。
[0006] -些实施方式包括在第一层间电介质层上的第二层间电介质层。在一些实施方式 中，金属氧化物层在第二层间电介质层上并包括磁性导电层的氧化物，并且第二层间电介 质层包括非金属氧化物、非金属氮化物和/或非金属氮氧化物。一些实施方式提供为，该非 金属氧化物、非金属氮化物和/或非金属氮氧化物包括硅氧化物、硅氮化物和/或硅氮氧化 物。
[0007] -些实施方式包括在第二磁性导电图案上的第二电极图案。在一些实施方式中， 第二电极图案、第二磁性导电图案和隧穿势皇图案的宽度大于第一电极图案和第一磁性导 电图案的宽度。
[0008] -些实施方式包括在第一电极图案的侧壁和第一磁性导电图案的侧壁上的绝缘 间隔物。在一些实施方式中，第二磁性导电图案包括在隧穿势皇图案上的第一被钉扎磁性 导电图案、在第一被钉扎图案上的交换耦合图案以及在交换耦合图案上的第二被钉扎磁性 导电图案。
[0009] 本发明构思的一些实施方式针对一种形成磁存储器件的方法。这样的方法可以包 括：在基板的包括导电区域的第一表面上形成下层间电介质层；在下层间电介质层中形成 接触插塞，该接触插塞导电地联接到导电区域；在下层间电介质层上顺序地形成底部电极 层和第一磁性导电层，底部电极层导电地联接到接触插塞；在第一磁性导电层上形成盖层； 以及图案化底部电极层、第一磁性导电层和盖层以分别形成每个在实质上平行于基板的第 一表面的方向上具有第一宽度的底部电极图案、第一磁性导电图案和盖图案。该方法还可 以包括：在下层间电介质层上形成上层间电介质层，上层间电介质层和盖图案的顶表面共 平面；进行蚀刻工艺以去除盖图案以及上层间电介质层的一部分；在上层间电介质层和第 一磁性导电图案上形成隧穿势皇层；在隧穿势皇层上形成第二磁性导电层；以及图案化隧 穿势皇层和第二磁性导电层以分别形成具有大于第一宽度的第二宽度的隧穿势皇图案和 第二磁性导电图案。在一些实施方式中，进行蚀刻工艺以去除盖图案是在真空中进行的。
[0010] 在一些实施方式中，形成盖层包括：形成第一子盖层，该第一子盖层包括钌（Ru)、 铑（Rh)、钯（Pd)、银（Ag)、铼（Re)、锇（0s)、铱（Ir)、铂（Pt)、金（Au)、铜（Cu)以及其任何 组合中的至少一种。一些实施方式提供为，第一子盖层掺杂有非晶元素，该非晶元素包括硼 (B)、碳（C)、铍（Be)、硅（Si)、磷（P)、锗（Ge)、硒（Se)、锆（Zr)、锑（Sb)、碲（Te)和铪（Hf)中 的至少一种。在一些实施方式中，形成盖层还包括在第一磁性导电层与第一子盖层之间形 成第二子盖层，该第二子盖层包括镁（Mg)、镁钛（MgTi)、钛（Ti)、硼（B)、硅（Si)、铬（Cr)、 锆（Zr)、铪（Hf)、钽（Ta)、铝（A1)、钨（W)和/或其氧化物和/或氮化物中的至少一种。
[0011] -些实施方式提供为，形成第二磁性导电层包括：在隧穿势皇层上形成第一被钉 扎磁性导电层；在第一被钉扎磁性导电层上形成交换耦合层；以及在交换耦合层上形成第 二被钉扎磁性导电层。
[0012] -些实施方式包括，在形成盖层之后且在形成第二磁性导电层之前，应用破坏真 空的条件（vacuum break condition) 〇
[0013] -些实施方式包括，在图案化隧穿势皇层和第二磁性导电层之前，在上磁性导电 层上形成顶部电极层。在一些实施方式中，图案化隧穿势皇层和第二磁性导电层包括图案 化隧穿势皇层、第二磁性导电层和顶部电极层以分别形成隧穿势皇图案、第二磁性导电图 案和顶部电极图案。
[0014] -些实施方式包括在第一电极图案的侧壁和第一磁性导电图案的侧壁上形成绝 缘间隔物。在一些实施方式中，绝缘间隔物包括金属氧化物、非金属氧化物、氮化物和/或 氮氧化物。
[0015] -些实施方式提供为，进行蚀刻工艺以去除盖图案以及形成隧穿势皇层是在相同 的腔室环境中顺序地进行的。
[0016] -些实施方式包括，在形成隧穿势皇层之前，形成磁性恢复层，该磁性恢复层包括 与第一磁性导电图案相同的材料以及相对于第一磁性导电层减小的硼（B)浓度。在一些实 施方式中，图案化隧穿势皇层和第二磁性导电层还包括图案化磁性恢复层以形成具有第二 宽度的磁性恢复图案。一些实施方式包括进行热处理以将磁性恢复层的暴露部分从导电材 料转换成绝缘材料。在一些实施方式中，磁性恢复层包括从约1Λ至约i〇A的厚度。在一 些实施方式中，磁性恢复层包括从约至约5 A的厚度。
[0017] -些实施方式提供为，上层间电介质层包括非金属氧化物、非金属氮化物和/或 非金属氮氧化物。
[0018] 本发明构思的一些实施方式针对形成磁存储器件的方法。这样的方法可以包括： 在基板上顺序地形成第一磁性导电层和盖层；图案化盖层和第一磁性导电层以形成具有第 一宽度的第一磁性导电图案和盖图案；在基板上形成暴露盖图案的层间绝缘层；去除盖图 案以暴露第一磁性导电图案；在第一磁性导电图案的侧壁上形成绝缘间隔物；在第一磁性 导电图案和层间绝缘层上形成隧穿势皇层和第二磁性导电层；以及图案化第二磁性导电层 和隧穿势皇层以形成具有比第一宽度大的第二宽度的第二磁性导电图案和隧穿势皇图案。
[0019] -些实施方式包括，在形成隧穿势皇层之前，形成磁性恢复层，该磁性恢复层包括 与第一磁性导电图案相同的材料以及相对于第一磁性导电层减小的硼（B)浓度。在一些实 施方式中，图案化第二磁性导电层和隧穿势皇层还包括图案化磁性恢复层以形成磁性恢复 图案。一些实施方式包括进行热处理以将磁性恢复层的暴露部分从导电材料转换成绝缘材 料。在一些实施方式中，磁性恢复层包括从约1Λ至约5Λ的厚度。
[0020] 应指出，关于一个实施方式描述的本发明构思的各方面可以被结合到不同的实施 方式中，虽然没有关于其特别说明。也就是，所有的实施方式和/或任何实施方式的特征可 以以任何方式/组合来结合。本发明构思的这些和其它的目的和/或方面在以下阐述的说 明书中被详细地解释。
【附图说明】
[0021] 考虑到附图以及伴随的详细说明，本发明构思将变得更加明显。
[0022] 图1是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的示意性方框图。
[0023] 图2至图8是示出根据本发明构思的一些实施方式的形成磁存储器件的方法的截 面图。
[0024] 图9是示出根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的平面图。
[0025] 图10是沿图9的线Ι-Γ和ΙΙ-ΙΓ截取的截面图。
[0026] 图11至图13、图14A和图15A是与图9的线Ι-Γ和ΙΙ-ΙΓ相对应的截面图，用 于示出根据本发明构思的一些实施方式的形成磁存储器件的方法。
[0027] 图14B和图15B分别是图14A和图15A的部分"A"的放大图。
[0028] 图16是示出根据本发明构思的一些其它实施方式的磁存储器件的平面图。
[0029] 图17是沿图16的线Ι-Γ和ΙΙ-ΙΓ截取的截面图。
[0030] 图18是示出根据本发明构思的一些其它实施方式的磁存储器件的平面图。
[0031] 图19是沿图18的线Ι-Γ和ΙΙ-ΙΓ截取的截面图。
[0032] 图20是示出根据本发明构思的一些其它实施方式的磁存储器件的平面图。
[0033] 图21是沿图20的线Ι-Γ和ΙΙ-ΙΓ截取的截面图。
[0034] 图22是示出包括根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的电子系统的示 例的示意性方框图。
[0035] 图23是示出包括根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的存储卡的示例 的示意性方框图。
[0036] 图24是示出包括根据本发明构思的一些实施方式的磁存储器件的信息处理系统 的示例的示意性方框图。
【具体实施方式】
[0037] 在下文将参照附图更全面地描述本发明构思，附图中示出了本发明构思的示例性 实施方式。本发明构思的优点和特征及其实现方法将从以下的示范性实施方式而变得明 显，将参照附图更详细地描述以下的示范性实施方式。然而，应当指出，本发明构思不限于 以下的示范性实施方式，而是可以以各种形式实现。因此，示范性实施方式仅被提供来公开 本发明构思并让本领域技术人员了解本发明构思的范畴。在附图中，本发明构思的实施方 式不限于这里提供的特定示例，并且为了清晰被夸大。
[0038] 这里使用的术语仅是为了描述特定实施方式的目的，而不意在限制本发明。当在 这里使用时，单数术语"一"、"一个"和"该"也旨在包括复数形式，除非上下文另外清晰地表 示。当在这里使用时，术语"和/或"包括一个或多个相关列举项目的任意和所有组合。将 理解，当一元件被称为"连接"或"联接"到另一元件时，它可以直接连接或联接到该另一元 件或者可以存在居间元件。
[0039] 类似地，将理解，当一元件诸如层、区域或基板被称为"在"另一元件"上"时，它可 以直接在该另一元件上，或者可以存在居间元件。相反，术语"直接"表示没有居间元件。还 将理解，当在这里使用时，术语"包括"、"含有"和/或"包含"指定