[发明专利]磁隧道结器件及其形成方法

权利要求书

1.一种磁隧道结器件，包括：

柱结构，从底部到顶部包括底部电极和磁隧道结结构，所述磁隧道结结构包含包括第一铁磁材料的参考磁化层、隧道阻挡层和包括第二铁磁材料的自由磁化层；

顶部电极，位于所述磁隧道结结构上面并且包括包含非磁性金属元素的金属材料；以及

介电金属氧化物层，从所述柱结构的侧壁延伸至所述顶部电极的侧壁，其中，与所述柱结构的所述侧壁接触的所述介电金属氧化物层的下部包括复合介电金属氧化物材料，所述复合介电金属氧化物材料包含所述第一铁磁材料的金属氧化物、所述第二铁磁材料的金属氧化物和所述非磁性金属元素的金属氧化物。

2.根据权利要求1所述的磁隧道结器件，其中，所述介电金属氧化物层的所述下部内的所述非磁性金属元素的金属氧化物的平均摩尔分数在从0.001至0.5的范围内。

3.根据权利要求2所述的磁隧道结器件，其中，与所述顶部电极接触的所述介电金属氧化物层的上部包括平均摩尔分数在从0.9至1.0的范围内的所述非磁性金属元素的金属氧化物。

4.根据权利要求2所述的磁隧道结器件，其中：

所述介电金属氧化物层的所述下部沿着垂直方向具有组分调制；并且

所述介电金属氧化物层的所述下部内的所述非磁性金属元素的金属氧化物的摩尔分数的峰值在包括所述隧道阻挡层的顶面的水平面和包括所述隧道阻挡层的底面的水平面之间。

5.根据权利要求1所述的磁隧道结器件，还包括接触通孔结构，所述接触通孔结构与所述顶部电极的凸形顶面接触并且垂直延伸穿过所述介电金属氧化物层中的开口。

6.根据权利要求1所述的磁隧道结器件，还包括：

连接通孔层级介电层，位于所述柱结构下面，并且包括台面部分，所述台面部分从所述连接通孔层级介电层的平坦部分向上突出并且与所述柱结构的底面的环形部分接触；以及

连接通孔结构，嵌入所述台面部分内并且与所述柱结构的所述底面的中心部分接触。

7.根据权利要求6所述的磁隧道结器件，其中：

所述介电金属氧化物层的底部在所述连接通孔层级介电层的所述台面部分的锥形侧壁的上部上方延伸；并且

所述介电金属氧化物层的所述底部包括平均摩尔分数在从0.2至1.0的范围内的所述非磁性金属元素的金属氧化物。

8.根据权利要求1所述的磁隧道结器件，其中：

所述隧道阻挡层在垂直截面图中具有鸟喙轮廓，其中，所述隧道阻挡层的侧壁的部分向内横向凹进以提供环形横向凹槽；并且

所述介电金属氧化物层至少部分地填充所述环形横向凹槽，使得所述介电金属氧化物层的外侧壁在垂直截面轮廓中在所述隧道阻挡层上方的横向起伏小于与所述隧道阻挡层接触的所述介电金属氧化物的内侧壁在所述垂直截面轮廓中的横向起伏。

9.一种磁隧道结器件，包括：

柱结构，从底部到顶部包括底部电极和磁隧道结结构，所述磁隧道结结构包含包括第一铁磁材料的参考磁化层、隧道阻挡层和包括第二铁磁材料的自由磁化层；以及

顶部电极，位于所述磁隧道结结构上面并且包括锥形电极侧壁，所述锥形电极侧壁邻接所述柱结构并且相对于垂直方向具有第一平均锥角，所述垂直方向垂直于与所述柱结构的界面，其中：

所述柱结构具有从所述柱结构的顶面延伸至所述柱结构的底面的锥形柱侧壁；并且

所述锥形柱侧壁相对于所述垂直方向具有小于所述第一平均锥角的第二平均锥角。

10.一种形成磁隧道结器件的方法，包括：

在衬底上方形成包括底部电极材料层、磁隧道结材料层和顶部电极材料层的层堆叠件，其中，所述顶部电极材料层包括包含非磁性金属元素的金属材料；

将所述顶部电极材料层图案化为包括顶部电极的硬掩模结构；

使用聚焦离子束蚀刻工艺将所述磁隧道结材料层和所述底部电极材料层图案化为包括柱结构的图案化的结构，其中，所述柱结构包括底部电极和磁隧道结结构，在所述聚焦离子束蚀刻工艺期间蚀刻所述顶部电极的表面部分，并且在所述柱结构的侧壁上存在包含所述非磁性金属元素的残留金属膜；以及

通过执行氧化工艺来形成介电金属氧化物层，所述氧化工艺氧化所述残留金属膜和所述磁隧道结结构内的金属材料的表面部分。