用于具有氧吸收保护层的MRAM器件的结构和方法技术

本发明专利技术为用于具有氧吸收保护层的MRAM器件的结构和方法，提供了用于MRAM器件的MTJ叠层。MTJ叠层包括：固定铁磁层，位于牵制层上方；隧穿阻挡层，位于固定铁磁层上方；自由铁磁层，位于隧穿阻挡层上方；导电氧化物层，位于自由铁磁层上方；以及基于氧的保护层，位于导电氧化物层上方。本发明专利技术还提供了一种用于具有氧吸收保护层的MRAM器件的结构和方法。

【技术实现步骤摘要】
用于具有氧吸收保护层的MRAM器件的结构和方法
本专利技术一般地涉及半导体领域，更具体地来说，涉及一种用于具有氧吸收保护层的MRAM器件的结构和方法。
技术介绍
在集成电路(IC)器件中，磁性随机存取存储器(MRAM)是用于下一代嵌入式存储器件的新兴技术。MRAM是包括MRAM单元阵列的存储器件，其中，每个MRAM单元都使用阻抗值而不是电荷来存储数据位。每个MRAM单元都包括磁隧道结(“MTJ”)单元，可以将磁隧道结单元的阻抗调整为表示逻辑“O”或逻辑“I”。传统地，MTJ单元都包括反铁磁(“AFM”) 牵制层、铁磁固定(fixed,or pinned)层、薄遂穿阻挡层和自由铁磁层。MTJ单元的阻抗可以通过改变自由铁磁层的磁矩相对于固定磁性层的磁矩的方向来调整。具体地，当自由铁磁层的磁矩与铁磁固定层的磁矩平行时，MTJ单元的阻抗较低，这对应于逻辑0，而当自由铁磁层的磁矩与铁磁固定层的磁矩逆平行时，MTJ单元的阻抗较高，这对应于逻辑I。MTJ单元连接在顶部电极和底部电极之间，并且可以检测从一个电极到另一电极流经MTJ单元的电流以确定阻抗，因此确定其逻辑状态。然而，与自由层相邻的包含氧的材料层可以在后段工艺(“BE0L”)制造工艺期间实施的高温工艺过程中扩散到自由层。由于来自氧化物保护层的氧化效应，扩散的氧将大幅降低自由层的磁性能。具体地，来自氧的损害将显著增加电阻面积(“RA”)，并降低MTJ 单元的磁阻百分比(因此，期望提供没有上述缺陷的改进STT-MRAM结构及其制造方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本专利技术的一方面，提供了一种用于MRAM 器件的MTJ叠层，所述MTJ叠层包括固定铁磁层，位于牵制层上方；隧穿阻挡层，位于所述固定铁磁层上方；自由铁磁层，位于所述隧穿阻挡层上方；导电氧化物层，位于所述自由铁磁层上方；以及基于氧的保护层，位于所述导电氧化物层上方。该MTJ叠层还包括扩散阻挡层，夹置在所述自由铁磁层和所述导电氧化物层之间。在该MTJ叠层中，所述基于氧的保护层包括氧化镁(MgO)和氧化铝(AlO)中的一种。在该MTJ叠层中，所述导电氧化物层包括掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、氧化铝锌(AlZnO)和氧化铁(FeO)中的一种。在该MTJ叠层中，所述导电氧化物层具有大约50人或者更小的厚度。该MTJ叠层还包括扩散阻挡层。在该MTJ叠层中，所述扩散阻挡层包括钛和钽中的一种。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于MRAM器件的MTJ叠层的保护层，所述保护层设置在所述MTJ叠层的自由铁磁层的上方，并包括扩散阻挡层，具有金属；导电氧化物层，设置在所述扩散阻挡层的上方；以及基于氧的保护层，位于所述导电氧化物层的上方。在该保护层中，所述基于氧的保护层包括电介质氧化物层。在该保护层中，所述电介质氧化物层包括氧化镁(MgO)和氧化铝(AlO)中的一种。在该保护层中，所述导电氧化物层包括掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、氧化铝锌(AlZnO)和氧化铁(FeO)中的一种。在该保护层中，所述导电氧化物层包括金属的氧化物。在该保护层中，所述导电氧化物层具有大约50人或者更小的厚度。在该保护层中，所述扩散阻挡层包括钛和钽中的一种。根据本专利技术的又一方面，提供了一种制造用于MRAM器件的MTJ叠层的方法，包括 形成设置在牵制层上方的固定铁磁层；形成设置在所述固定铁磁层上方的隧穿阻挡层；形成设置在所述隧穿阻挡层上方的自由铁磁层；沉积设置在所述自由铁磁层上方的金属层； 以及形成设置在所述金属层上方的基于氧的保护层。该方法还包括实施高温工艺，将所述金属层的至少一部分转换为所述导电氧化物层。在该方法中，沉积所述金属层包括沉积掺杂锡的铟(IT)、钌(Ru)、钛(Ti)、钽 (Ta)、镓锌(GaZn)、 铝锌(AlZn)和铁(Fe)中的一种。在该方法中，转换所述金属层的至少一部分包括将所述金属层的至少一部分转换为掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、 氧化招锌(AlZnO)和氧化铁(FeO)中的一种。在该方法中，所述导电氧化物层具有大约50人或者更小的厚度。该方法还包括在所述自由铁磁层和所述金属层之间形成扩散阻挡层，所述扩散阻挡层包括另一种金属。在该方法中，所述扩散阻挡层包括钛和钽中的一种。在该方法中，形成所述基于氧的保护层包括沉积电介质氧化物层。在该方法中，形成所述基于氧的保护层包括沉积氧化镁(MgO)和氧化铝(AlO)中的一种。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本专利技术的各个方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。图1是根据本专利技术在各个实施例中的多个方面构造的半导体存储器件的制造方法的流程图。图2至图4是示出根据本专利技术在一个实施例中的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件的实施例的截面图。图5至图6是示出根据本专利技术在另一实施例中的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件的实施例的截面图。图7至图9是示出根据本专利技术在另一实施例中的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件的实施例的截面图。具体实施方式应该理解，以下专利技术提供了用于实施本专利技术不同特征的许多不同的实施例或实例。以下描述部件和配置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅是实例，而不用于限制的目的。此外，本专利技术可以在各个实例中重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的而且其本身没有规定所述各种实施例和/或结构之间的关系。另外，为了容易描述，本文可能使用空间相对术语，诸如“在...下方”、“在...以下”、“下部”、“上”、“上部”等，以描述如附图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。空间相对术语用于包括除图中所示定向之外的使用或操作中器件的不同定向。例如， 如果图中的器件被反转，则描述为的元件在其他元件或部件以下或下方的元件被定向为在其他元件或部件之上。因此，示例性术语“在...以下”可以包括之上和之下的定向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或者处于其他定向)，因此本文所使用的空间相对描述可类似地进行解释。图1是根据本专利技术在各个实施例中的多个方面构造的半导体存储器件的制造方法50的流程图。图2至图4是示出根据本专利技术的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件100的实施例的截面图。图5至图6是示出根据本公开的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件120的另一实施例的截面图。图7至图9是示出根据本公开的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件130的另一实施例的截面图。 参照图1至图9，根据各个实施例统一描述半导体存储器件及其制造方法。 参照图2，半导体存储器件100是一个自旋扭矩转移磁性随机存取存储器 (STT-MRAM)的一部分。在一个实施例中，半导体存储器件100包括被设计和配置为用作磁隧道结(MTJ)的材料层的叠层。半导体存储器件100形成在诸如硅衬底的半导体衬底上方或者可选地形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于MRAM器件的MTJ叠层，所述MTJ叠层包括：固定铁磁层，位于牵制层上方；隧穿阻挡层，位于所述固定铁磁层上方；自由铁磁层，位于所述隧穿阻挡层上方；导电氧化物层，位于所述自由铁磁层上方；以及基于氧的保护层，位于所述导电氧化物层上方。

【技术特征摘要】
2011.09.24 US 13/244,3491.一种用于MRAM器件的MTJ叠层，所述MTJ叠层包括 固定铁磁层，位于牵制层上方； 隧穿阻挡层，位于所述固定铁磁层上方； 自由铁磁层，位于所述隧穿阻挡层上方； 导电氧化物层，位于所述自由铁磁层上方；以及 基于氧的保护层，位于所述导电氧化物层上方。2.根据权利要求1所述的MTJ叠层，还包括扩散阻挡层，夹置在所述自由铁磁层和所述导电氧化物层之间。3.根据权利要求1所述的MTJ叠层，其中，所述基于氧的保护层包括氧化镁(MgO)和氧化铝(AlO)中的一种。4.根据权利要求1所述的MTJ叠层，其中，所述导电氧化物层包括掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、氧化铝锌(AlZnO)和氧化铁(FeO)中的一种。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志明，高雅真，刘明德，喻中一，蔡正原，林春荣，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：