[发明专利]存储器件

说明书

本发明公开存储器件，在上述存储器件中，在基板层叠形成下部电极、缓冲层、种子层、磁隧道结、覆盖层、合成交换半磁性层及上部电极，上述合成交换半磁性层包括单层的第一磁性层、非磁性层及多层结构的第二磁性层。

本申请主张于2015年03月18日申请的韩国专利申请第10-2015-0037232号以及于2015年03月31日申请的韩国专利申请第10-2015-0045172号的优先权，在上述韩国专利申请文献中所公开的全部内容将作为本说明书的一部分来包含于本说明书中。

技术领域

本发明涉及存储器件，尤其，涉及利用磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)的磁性存储器件。

背景技术

进行对于与闪存器件相比，消耗电力少，集精度高的下一代非易失性存储器件的研究。这种下一代非易失性存储器件包括利用如硫族化合物合金(chalcogenide alloy)的相变化物质的状态变化的相变存储器(Phasechange RAM，PRAM)、利用基于铁磁的磁化状态的磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)的阻抗变化的磁性存储器(Magnetic RAM，MRAM)、利用铁电材料的分级现象的铁电存储器(Ferroelectric RAM)、利用可变阻抗物质的阻抗变化的阻抗变化存储器(Resistance change RAM，ReRAM)等。

作为磁性存储器，利用基于电子注入的自旋转矩(Spin-Transfer Torque，STT)现象来形成磁化，判别磁化反转前后的阻抗差的自旋转矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM，Spin-Transfer Torque Magnetic Random Access Memory)器件。自旋转矩磁性随机存取存储器器件分别包括由铁磁形成的固定层(pinned layer)及自由层和在这些之间形成隧道屏障(tunnel barrier)的磁隧道结。在磁隧道结中，自由层和固定层的磁化方向相同(即，平行(parallel))，则电流流动变得简单，从而具有低阻抗状态，若磁化方向不同(即，不平行(anti parallel))，则电流减少，从而呈现出高阻抗状态。并且，在磁隧道结中，磁化方向需要向与基板垂直的方向变化，因此，自由层及固定层需要具有垂直磁化值。根据磁场的强度及方向，若与垂直磁化值0为基准对称的方形(squareness，S)的形状变得鲜明(S＝1)，则垂直磁各向异性(perpendicular magnetic anisotropy，PMA)优秀。这种自旋转矩磁性随机存取存储器器件理论上实现1015以上的循环(cycling)，可通过纳秒(ns)程度的快速进行开关。尤其，积极进行垂直磁化型自旋转矩磁性随机存取存储器器件理论上没有缩放限制(Scaling Limit)，通过越进行缩放，电流的密度可降低的优点，可代替DRAM器件的下一代存储器件。另一方面，自旋转矩磁性随机存取存储器器件的例在韩国授权专利第10-1040163中公开。

并且，自旋转矩磁性随机存取存储器器件在自由层下部形成种子层，在固定层上部形成覆盖层，在覆盖层上部形成合成交换半磁性层及上部电极。而且，自旋转矩磁性随机存取存储器器件在硅基板形成硅氧化膜之后，在上部形成种子层及磁隧道结。并且，在硅基板可形成三极管等的选择器件，硅氧化膜可覆盖选择器件。因此，自旋转矩磁性随机存取存储器器件在形成有选择器件的硅基板层叠硅氧化膜、种子层、自由层、磁隧道屏障、固定层、覆盖层、合成交换半磁性层及上部电极。其中，种子层及覆盖层利用钽(Ta)来形成，合成交换半磁性层呈磁性金属和非磁性金属交替层叠的下部磁性层及上部磁性层并在这些之间形成非磁性层的结构。

而且，当前报告的磁隧道结基于SiO₂或MgO基板，没有下部电极，或者呈利用Ta、Ru下部电极的结构。但是，为了体现自旋转矩磁性随机存取存储器器件，以往DRAM的1T1C结构中，通过磁隧道结代替电容器。此时，利用用于三极管的阻抗减少和金属的扩散防止的材料来形成下部电极。但是，在利用以往的SiO₂或MgO来制造磁隧道结的情况下，考虑到与实际三极管的连接时，很难直接存储制造。