[发明专利]磁隧道结器件及其形成方法

说明书

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；顶部电极，位于磁隧道结结构上面；以及介电金属氧化物层，从柱结构的侧壁延伸至顶部电极的侧壁。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。顶部电极包括包含非磁性金属元素的金属材料。可以通过在聚焦离子束蚀刻工艺之后执行氧化残留金属膜的氧化工艺来形成介电金属氧化物层，并且从柱结构的表面消除导电路径。本发明的实施例还涉及磁隧道结器件的形成方法。

技术领域

本发明的实施例涉及磁隧道结器件及其形成方法。

背景技术

磁隧道结(MTJ)的隧道磁阻取决于参考磁化层和自由磁化层的磁化的相对对准。磁隧道结存储器器件利用这种特性来存储信息，该信息编码为参考磁化层和自由磁化层之间的磁化方向的平行对准，或参考磁化层和自由磁化层之间的磁化方向的反平行对准。良率和可靠性是磁隧道结存储器器件的制造期间的主要问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种磁隧道结器件，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。

本发明的另一实施例提供了一种磁隧道结器件，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。

本发明的又一实施例提供了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。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1是根据本发明的实施例的在形成互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管、嵌入介电材料层中的金属互连结构和连接通孔层级介电层之后的示例性结构的垂直截面图。

图2是根据本发明的实施例的在形成连接通孔结构的阵列之后的示例性结构的垂直截面图。

图3是根据本发明的实施例的在形成底部电极材料层、存储器材料层堆叠件和顶部电极材料层之后的示例性结构的垂直截面图。

图4是根据本发明的实施例的在将顶部电极材料层图案化为顶部电极之后的示例性结构的垂直截面图。

图5是根据本发明的实施例的在形成存储器单元的阵列的聚焦离子束蚀刻工艺之后的示例性结构的垂直截面图。