磁随机存取存储器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种磁随机存取存储器（ＭＲＡＭ）及其制造方法。该ＭＲＡＭ包括开关器件和与该开关器件相连的ＭＴＪ单元，其特点是包括一被钉扎膜，该被钉扎膜包括一金属膜及围绕该金属膜的一磁性膜。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种存储器及其制造方法，特别是涉及包含磁隧道结(MTJ)单元的磁随机存取存储器(MRAM)及其制造方法。
技术介绍
MRAM是一种存储器件，其利用MTJ单元的电阻根据上和下磁膜的磁化方向而变化的现象读写数据，上和下磁膜在MTJ单元中由绝缘膜隔开。图1是传统MRAM中MTJ单元的横截面图。如图1所示，传统的MRAM M1包括下电极10上顺序形成的非晶缓冲膜12和钉扎膜14，该钉扎膜是半铁磁膜。在钉扎膜14上形成被钉扎膜16。被钉扎膜16包括第一铁磁膜16a、金属膜16b、第二铁磁膜16c，它们顺序形成在钉扎膜14的整个表面上。图1中，第一和第二铁磁膜16a和16c中的箭头表示磁场的方向。可以看出，第一铁磁膜16a中的磁场方向与第二铁磁膜16c中的磁场方向相反。通常，包括在其上和其下分别设置磁性膜的金属膜的膜，例如前述被钉扎膜16，被称为合成反铁磁(SAF)膜。在SAF膜中，因金属膜的厚度，上和下磁性膜的自旋方向被固定成反平行态。在SAF膜中，上和下磁性膜间的交换偏磁(exchange bias)超过了1000Oe。因此，SAF膜的热稳定性优于单层磁性膜的热稳定性。因此，SAF膜被广泛用作MTJ单元的被钉扎膜。图1中，在被钉扎膜16的第二铁磁膜16c上形成隧道膜22，然后在隧道膜22上顺序形成自由磁性膜24和覆盖膜26。自由磁性膜24的磁场方向由外部磁场决定，覆盖膜26保护自由磁性膜24。MTJ单元产生杂散磁场，其由第一铁磁膜16a和/或第二铁磁膜16c引起并影响自由铁磁膜24。当自由磁性膜24转变时杂散磁场引起扭折(kink)。特别地，当自由磁性膜24转变时，杂散磁场影响自由磁性膜24的一部分(特别是外部)。结果，自由磁性膜24的被杂散磁场影响到的部分异常操作，从而其比其它部分延后转变或者变成极为不同的磁化状态。杂散磁场的影响依赖于构成MTJ单元M1的元件的厚度。例如，图2到图5示出了根据MTJ单元M1的元件的厚度的杂散磁场对自由磁性膜24的转变特性的影响。图2示出当作为被钉扎膜16的下磁性膜的第一铁磁膜16a比作为上磁性膜的第二铁磁膜16c厚时(在下文，在第一情形中)，自由磁性膜24的转变特性。图2中，附图标记C1和C2表示第一磁化状态指示单元和第二磁化状态指示单元(在下文，第一和第二指示单元)，其指示第一情形中自由磁性膜24与第一和第二铁磁膜16a和16c的磁化状态。在第一和第二指示单元C1和C2中，最底下的两个箭头指出第一铁磁膜16a的磁化状态，中间的箭头指出第二铁磁膜16b的磁化状态，最上面的箭头指出自由磁性膜24的磁化状态。参照图2，在第一情形中，在自由磁性膜24的转变特性曲线中存在自由磁性膜24异常转变的区域P1，并且转变磁场移位。相反地，图3示出了当第二铁磁膜16c比第一铁磁膜16a厚时(在下文，在第二情形中)自由磁性膜24的转变特性。图3中，附图标记C3和C4表示第三磁化状态指示单元和第四磁化状态指示单元(在下文，第三和第四指示单元)，其指示第二情形中自由磁性膜24与第一和第二铁磁膜16a和16c的磁化状态。在第三和第四指示单元C3和C4中，最底下的箭头指出第一铁磁膜16a的磁化状态，中间的两个箭头指出第二铁磁膜16c的磁化状态，最上面的箭头指出自由磁性膜24的磁化状态。参见图3，在第二情形中，在自由磁性膜24的转变特性曲线的右下部分中存在自由磁性膜24异常转变的区域P4，并且转变磁场移位。图4示出当第一铁磁膜16a与第二铁磁膜16c同样厚且二者都较厚时(在下文，在第三情形中)自由磁性膜24的转变特性。图4中，附图标记C5和C6表示第五磁化状态指示单元和第六磁化状态指示单元(在下文，第五和第六指示单元)，其指示第三情形中自由磁性膜24与第一和第二铁磁膜16a和16c的磁化状态。在第五和第六指示单元C5和C6中，最底下的两个箭头指出第一铁磁膜16a的磁化状态，中间的两个箭头指出第二铁磁膜16c的磁化状态，最上面的箭头指出自由磁性膜24的磁化状态。参见图4，在第三情形中，在自由磁性膜24的转变特性曲线的左和右部分中存在自由磁性膜24异常转变的区域P2和P3，并且转变磁场移位。图5示出当第一铁磁膜16a与第二铁磁膜16c同样厚且二者都较薄时(在下文，在第四情形中)自由磁性膜24的转变特性。图5中，附图标记C7和C8表示第七磁化状态指示单元和第八磁化状态指示单元(在下文，第七和第八指示单元)，其指示自由磁化膜24与第一和第二铁磁膜16a和16c的磁化状态。在第七和第八指示单元C7和C8中，最底下的箭头指出第一铁磁膜16a的磁化状态，中间的箭头指出第二铁磁膜16c的磁化状态，最上面的箭头指出自由磁性膜24的磁化状态。参见图5，在第四情形中，尽管与第一至第三情形不同，在自由磁性膜24的转变特性曲线中没有自由磁性膜24异常转变的区域，但转变磁场依然移位。
技术实现思路
本专利技术提供一种MRAM，其在自由磁性膜的转变特性曲线中不包括扭折，即不包括自由磁性膜异常转变的区域，并防止了转变磁场的移位。本专利技术还提供一种制造前述MRAM的方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种MRAM，它包括开关器件和与开关器件连接的MTJ单元，MTJ单元包括被钉扎膜，其包括金属膜及围绕金属膜的磁性膜。磁性膜可包含第一磁性膜和第二磁性膜，其中第一磁性膜的外部与第二磁性膜的外部接触。这里，第一磁性膜和第二磁性膜可以由相同的磁性材料形成。同样，磁性膜的布置在金属膜上的部分的厚度与磁性膜的布置在金属膜下的部分的厚度不同。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造MRAM的方法，此方法包括在衬底上形成开关器件；在衬底上形成层间电介质来覆盖开关器件；通过顺序叠置下电极、缓冲膜、钉扎膜、第一磁性膜、金属膜、第二磁性膜、隧道膜、自由磁性膜和覆盖膜在层间电介质的预定区域上形成层叠结构(stackstructure)，以致层叠结构连接开关器件；以及使层叠结构中第一磁性膜与第二磁性膜接触。层叠结构的形成包含在层间电介质中形成接触孔以露出开关器件；以导电插塞填充接触孔；在层间电介质上顺序形成覆盖导电插塞的下电极、缓冲膜、钉扎膜、第一磁性膜、金属膜、第二磁性膜、隧道膜、自由磁性膜、以及覆盖膜；在覆盖膜上形成光致抗蚀剂图案，从而定义层间电介质的预定区域；利用光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模蚀刻层叠在层间电介质上的膜；以及除去光致抗蚀剂图案。将第一磁性膜设置成接触第二磁性膜包含除去金属膜的外部。利用对金属膜有高蚀刻选择性的蚀刻剂除去金属膜的外部。在层叠结构的形成中，第一磁性膜与第二磁性膜形成至不同厚度。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造MRAM的方法，该方法包含在衬底中形成开关器件；在衬底上形成层间电介质来覆盖层间电介质；通过顺序叠置下电极、缓冲膜、自由磁性膜、隧道膜、第一磁性膜、金属膜、第二磁性膜、钉扎膜和覆盖膜在层间电介质的预定区域上形成层叠结构，以致层叠结构连接开关器件；以及使层叠结构中第一磁性膜与第二磁性膜接触。其中，层叠结构的形成包含在层间电介质中形成接触孔以露出开关器件；以导电插塞填充接触孔；在层间电介质上顺序形成覆盖导电插塞的下电极、缓冲膜、自由磁性膜、隧道膜、第一磁性膜、金属膜、第二磁性膜、钉扎膜、以及覆盖膜；在覆盖膜上形成光致抗蚀剂图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＭＲＡＭ，其包括开关器件和与该开关器件连接的ＭＴＪ单元，该ＭＴＪ单元包含一被钉扎膜，该被钉扎膜包括金属膜和围绕该金属膜的磁性膜。

【技术特征摘要】
KR 2003-10-24 74663/031.一种MRAM，其包括开关器件和与该开关器件连接的MTJ单元，该MTJ单元包含一被钉扎膜，该被钉扎膜包括金属膜和围绕该金属膜的磁性膜。2.如权利要求1所述的MRAM，其中该磁性膜包含第一磁性膜和第二磁性膜，其中该第一磁性膜的外部与该第二磁性膜的外部接触。3.如权利要求2所述的MRAM，其中该第一磁性膜和该第二磁性膜由相同的磁性材料形成。4.如权利要求1所述的MRAM，其中该磁性膜的设置在该金属膜上的部分的厚度与该磁性膜的设置在该金属膜下的部分的厚度不同。5.一种制造MRAM的方法，该方法包括在衬底中形成开关器件；在该衬底上形成层间电介质从而覆盖该开关器件；通过顺序叠置下电极、缓冲膜、钉扎膜、第一磁性膜、金属膜、第二磁性膜、隧道膜、自由磁性膜和覆盖膜在该层间电介质的预定区域上形成层叠结构，从而该层叠结构连接所述开关器件；以及使该层叠结构中该第一磁性膜与该第二磁性膜接触。6.如权利要求5所述的方法，其中该层叠结构的形成包括在该层间电介质中形成接触孔，从而露出该开关器件；以导电插塞填充该接触孔；在该层间电介质上顺序形成覆盖该导电插塞的下电极、缓冲膜、钉扎膜、第一磁性膜、金属膜、第二磁性膜、隧道膜、自由磁性膜、以及覆盖膜；在该覆盖膜上形成光致抗蚀剂图案，从而定义该层间电介质的该预定区域；利用该光致抗蚀剂图案作为蚀刻掩模蚀刻叠置在该层间电介质上的所述膜；以及除去该光致抗蚀剂图案。7.如权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴祥珍，金泰完，朴玩濬，李将银，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]