[发明专利]磁性隧道结器件及方法

权利要求书

1.一种半导体器件，包括：

衬底，包括有源器件；

第一金属间电介质IMD层；

第一导电特征，延伸穿过所述第一IMD层，所述第一导电特征电气地耦合到所述有源器件；

底部电极，位于所述第一导电特征之上；

磁性隧道结元件，包括：

基准层，位于所述底部电极之上；

隧道阻挡层，位于所述基准层之上，所述隧道阻挡层包括氧化镁；

自由层，位于所述隧道阻挡层之上；以及

帽盖层，位于所述自由层之上，所述帽盖层包括氧化镁，所述帽盖层的氧化镁比所述隧道阻挡层的氧化镁被更多地氧化；

顶部电极，位于所述帽盖层之上；

第二IMD层，位于所述顶部电极之上；以及

第二导电特征，延伸穿过所述第二IMD层，所述第二导电特征接触所述顶部电极。

2.根据权利要求1所述的器件，还包括：

间隔体，围绕所述底部电极和所述磁性隧道结元件；以及

第三IMD层，围绕所述间隔体和所述顶部电极；

第四IMD层，与所述第一IMD层和所述第三IMD层相邻；以及

第三导电特征，延伸穿过所述第四IMD层，所述第三导电特征电气地耦合到所述有源器件。

3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述隧道阻挡层具有相等的镁原子浓度和氧原子浓度。

4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述隧道阻挡层中的氧与镁之比在0.95至1.05的范围内，并且所述隧道阻挡层具有在0.6nm至1.2nm的范围内的厚度。

5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述帽盖层具有的氧原子浓度比镁原子浓度更高。

6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述帽盖层中的氧与镁之比在1.0至1.2的范围内，并且所述帽盖层具有在0.4nm至1.0nm的范围内的厚度。

7.一种半导体器件，包括：

磁阻式随机存取存储器单元，包括：

底部电极；

基准层，位于所述底部电极之上；

隧道阻挡层，位于所述基准层之上，所述隧道阻挡层包括镁和氧的第一组合物；

自由层，位于所述隧道阻挡层之上，所述自由层具有比所述基准层更小的矫顽力；

帽盖层，位于所述自由层之上，所述帽盖层包括镁和氧的第二组合物，所述镁和氧的第二组合物具有比所述镁和氧的第一组合物更高的氧原子浓度和更小的镁原子浓度；以及

顶部电极，位于所述帽盖层之上。

8.根据权利要求7所述的器件，还包括：

行解码器；

字线，将所述行解码器电气地耦合到所述底部电极；

列解码器；以及

位线，将所述列解码器电气地耦合到所述顶部电极。

9.根据权利要求7所述的器件，其中，所述镁和氧的第一组合物具有相等的镁原子浓度和氧原子浓度，并且其中，所述镁和氧的第二组合物具有的氧原子浓度高于镁原子浓度。

10.一种用于形成半导体器件的方法，包括：

在衬底之上形成底部电极层；

在所述底部电极层之上形成接地层；

在所述接地层之上形成晶种层；

在所述晶种层之上形成基准层；

通过射频RF溅射来溅射氧化镁，在所述基准层之上形成隧道阻挡层；

在所述隧道阻挡层之上形成自由层；

通过对镁进行重复沉积和氧化来在所述自由层之上形成帽盖层；

在所述帽盖层之上形成顶部电极层；以及

对所述顶部电极层、所述帽盖层、所述自由层、所述隧道阻挡层、所述基准层、所述晶种层、所述接地层和所述底部电极层进行图案化以形成磁阻式随机存取存储器单元。