[发明专利]具有增强稳定性的垂直自旋转移扭矩存储器（pSTTM）器件及其形成方法

说明书

用于pSTTM存储器器件的材料层堆叠包括磁隧道结（MTJ）堆叠、氧化物层、保护层和覆盖层。MTJ包括固定磁性层、设置在固定磁性层的隧道势垒以及设置在隧道势垒上的自由磁性层。能够增加pSTTM材料层堆叠的垂直度的氧化物层设置在自由磁性层上。保护层设置在氧化物层上，并且在后续层沉积期间防止物理溅射损伤的对氧化物的保护屏障。在保护层上设置具有低氧亲和力的导电覆盖层，以减少自由磁性层与氧化物层之间的界面处的铁‑氧去混成。导电覆盖层的固有非氧清除性质增强了稳定性并降低了pSTTM器件中的保持力损失。

技术领域

本发明的实施例属于集成电路制作领域，具体来说，涉及具有增强稳定性的垂直自旋转移扭矩存储器（pSTTM）器件及其形成方法。

背景技术

在去过几十年内，集成电路中特征的缩放一直是日益增长的半导体行业背后的推动力。缩放到越来越小的特征使半导体芯片的有限面积（real estate）上功能单元的密度增加。例如，缩减晶体管尺寸允许在芯片上结合增加数量的存储器器件，给产品制作提供增加的功能。然而，对日益更多的功能性的推动并非毫无问题。严重依赖创新的制作技术来满足由缩放所施加的极其严格的公差要求变得越来越重要。

具有pSTTM器件的非易失性嵌入式存储器，例如具有非易失性的芯片上嵌入式存储器，能够实现能量和计算效率。然而，组装pSTTM堆叠以形成功能器件的技术难题为当今此技术的商业化造成了巨大的障碍。具体来说，增加热稳定性和降低pSTTM器件的保持力损失是工艺开发的一些重要方面。

因此，在pSTTM堆叠开发的方面中仍然需要重大改进。

附图说明

图1示出根据本发明实施例的用于垂直STTM器件的材料层堆叠的截面图。

图2A-2C示出用于制作垂直STTM器件的各种材料层堆叠的截面图，其中将附加层插入材料层堆叠中以改进磁属性。

图2A示出根据本发明实施例的用于垂直STTM器件的材料层堆叠的截面图。

图2B示出根据本发明实施例的用于垂直STTM器件的材料层堆叠的截面图。

图2C示出根据本发明实施例的用于垂直STTM器件的材料层堆叠的截面图。

图3示出合成反铁磁性层的各个层的截面图。

图4A-4D示出表示制作pSTTM材料层堆叠的方法中的各种操作的截面图。

图4A示出在底部电极层上形成的磁隧道结的截面图。

图4B示出在磁隧道结上形成氧化物的截面图。

图4C示出在氧化物上形成保护层的截面图。

图4D示出在保护层上形成覆盖层和在覆盖层上形成顶部电极的截面图。

图5示出在耦合到晶体管的导电互连上形成的pSTTM器件的截面图。

图6示出根据本发明实施例的计算装置。

具体实施方式

描述了具有增强稳定性的垂直自旋转移扭矩存储器（pSTTM）器件及其制作方法。在以下描述中，阐述了许多具体细节，例如新颖的结构方案和详细的制作方法，以便提供对本公开的实施例的透彻了解。对本领域的技术人员将明显的是，可在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其他示例中，较简略地描述了众所周知的特征，例如与嵌入式存储器相关的切换操作和晶体管操作，以免不必要地混淆对本发明的实施例的理解。此外，要理解，图中所示的各种实施例是说明性表示，并且不一定按比例绘制。