[发明专利]磁阻随机存取存储器单元及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁阻随机存取存储器单元及其制造方法。

背景技术

在集成电路（IC）器件中，磁阻随机存取存储器（MRAM）是一种用于下一代嵌入式存储器件的新兴技术。MRAM是一种包括MRAM单元阵列的存储器件，每一个该MRAM单元使用电阻值而非电荷存储数据位。每个MRAM单元包括磁隧道结（“MTJ”）单元，该磁隧道结（“MTJ”）单元的电阻可以被调整，以代表逻辑“0”或逻辑“1”。该MTJ单元包括反铁磁(“AFM”）固定层，铁磁固定层，或固定层，薄隧道层以及铁磁自由层。该MTJ单元的电阻，可以通过改变该铁磁自由层的磁矩相对于固定磁层的方向被调整。特别的，当铁磁自由层的磁矩与铁磁固定层的磁矩平行的时候，该MTJ单元的电阻是低的，对应于逻辑0，反之，当该铁磁自由层的磁矩与铁磁固定层的磁矩不平行的时候，该MTJ单元的电阻是高的，对应于逻辑1。该MTJ单元在顶部和底部电极之间连接，并且可以检测到从一个电极到另一个流过该MTJ单元的电流，以确定电阻，进而确定逻辑状态。然而，在制造的蚀刻过程中，对该MTJ单元的各种损坏，包括对该自由铁磁层和该隧道层的损坏，将导致该MTJ单元性能低下。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种半导体存储器件，包括：位于第一电极上方的固定层；设置在所述固定层上方的被固定层；设置在所述被固定层上方的隧道层；设置在所述隧道层上方的自由层；设置在所述自由层上方的保护层；以及设置在所述保护层上方的第二电极。

在上述器件中，其中，所述固定层包括选自由铂锰（PtMn），铱锰（IrMn），铑锰（RhMn）以及铁锰（FeMn）组成的组的反铁磁（AFM）材料。

在上述器件中，其中，所述被固定层包括选自由钴-铁-硼（CoFeB），钴-铁-钽（CoFeTa），镍铁（NiFe），钴（Co），钴铁（CoFe），钴铂（CoPt），钴钯（CoPd），铁铂（FePt）以及这些的合金组成的组的铁磁材料。

在上述器件中，其中，所述被固定层包括选自由钴-铁-硼（CoFeB），钴-铁-钽（CoFeTa），镍铁（NiFe），钴（Co），钴铁（CoFe），钴铂（CoPt），钴钯（CoPd），铁铂（FePt）以及这些的合金组成的组的铁磁材料，其中，所述被固定层包括：第一铁磁子层；设置在所述第一铁磁子层上的分隔子层；以及设置在所述分隔子层上的第二铁磁子层。

在上述器件中，其中，所述隧道层包括选自由镁（Mg），氧化镁（MgO），氧化铝(AlO），氮化铝（AlN）以及氮氧化铝(AlON）组成的组的材料。

在上述器件中，其中，所述自由层包括选自由钴-铁-硼（CoFeB），钴-铁-钽（CoFeTa），镍铁（NiFe），钴（Co），钴铁（CoFe），钴铂（CoPt），钴钯（CoPd），铁铂（FePt）以及这些的合金组成的组的铁磁材料。

在上述器件中，其中，所述保护层包括金属氧化物或者金属氮化物材料。

在上述器件中，其中，所述保护层包括金属氧化物或者金属氮化物材料，其中，所述金属氧化物材料或所述金属氮化物材料的金属选自由铍（Be），镁（Mg），铝（Al），钛（Ti），钨（W），锗（Ge），铂（Pt）以及这些的合金组成的组。

在上述器件中，其中，所述保护层包括金属氧化物或者金属氮化物材料，其中，所述金属氮化物材料的氮浓度由所述半导体存储器件的隧道磁电阻（TMR）和电阻区(RA）的目标决定。

在上述器件中，其中，所述保护层包括金属氧化物或者金属氮化物材料，其中，所述金属氧化物材料的氧浓度由所述半导体存储器件的隧道磁电阻（TMR）和电阻区（RA）的目标决定。

在上述器件中，其中，所述保护层形成的厚度在大约3埃至大约20埃的范围内。

在上述器件中，其中，所述第一电极和所述第二电极各自包括选自由钽（Ta），钛（Ti），铂（Pt），钌（Ru）和氮化钽（TaN）组成的组的材料。

根据本发明的另一方面，还提供了一种半导体存储器件，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上方的第一电极；位于所述第一电极上方的反铁磁层；具有设置在所述反铁磁层上方的多个膜的被固定层，所述被固定层具有铁磁材料；设置在所述被固定层上方的隧道层；设置在所述隧道层上方的自由层，所述自由层具有铁磁材料；以及设置在所述自由层上方的保护层。

在上述器件中，其中，所述保护层包括含有金属氧化物或金属氮化物的材料。