磁致電阻結(jié)構(gòu)及其制造方法、及磁隨機存取存儲器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了磁致電阻結(jié)構(gòu)及其制造方法、及磁隨機存取存儲器件。一種磁致電阻結(jié)構(gòu)包括：第一磁性層，其具有被固定的磁化方向；第二磁性層，其對應于第一磁性層，其中第二磁性層的磁化方向是可變的；以及磁致電阻（MR）增強層和中間層，二者都在第一磁性層和第二磁性層之間。一種磁隨機存取存儲器件可以包括前述磁致電阻結(jié)構(gòu)。
【專利說明】磁致電阻結(jié)構(gòu)及其制造方法、及磁隨機存取存儲器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]示例實施方式涉及磁致電阻結(jié)構(gòu)、包括該磁致電阻結(jié)構(gòu)的磁隨機存取存儲器件、和/或制造該磁致電阻結(jié)構(gòu)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著高真空狀態(tài)下的薄膜沉積技術(shù)和表面處理技術(shù)已快速發(fā)展，精確地生長制造磁隨機存取存儲器件中使用的在幾納米(nm)厚度內(nèi)的磁性薄膜已變得可能。磁性薄膜的厚度被生長以致于與磁隨機存取存儲器件的自旋之間的交換相互作用距離相匹配。相應地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了在塊體形式的磁性材料中沒有觀察到的若干現(xiàn)象，由此這些若干現(xiàn)象正被應用于家用器具和工業(yè)部件，例如，超高密度信息存儲設(shè)備中用于記錄信息的磁記錄頭或磁隨機存取存儲器(MRAM)。
[0003]磁隨機存取存儲器件是通過利用磁隧道結(jié)(MTJ)中的電阻變化存儲數(shù)據(jù)的存儲器件，磁隧道結(jié)是一種磁致電阻結(jié)構(gòu)。磁致電阻結(jié)構(gòu)形成為具有被釘扎層和自由層。磁致電阻結(jié)構(gòu)的電阻隨自由層的磁化方向而變化。例如，如果自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向相同，則磁致電阻結(jié)構(gòu)可具有低電阻值。如果自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向相反，則磁致電阻結(jié)構(gòu)可具有高電阻值。這樣，如果磁隨機存取存儲器件的磁致電阻結(jié)構(gòu)具有低電阻值，則該低電阻值可與例如數(shù)據(jù)“O”相應。如果磁隨機存取存儲器件的磁致電阻結(jié)構(gòu)具有高電阻值，則該高電阻值可與數(shù)據(jù)“ I ”相應。
[0004]有必要實現(xiàn)高的磁致電阻(MR)率，以獲得具有優(yōu)異特性的磁隨機存取存儲器件。為了實現(xiàn)此目的，正在進行大量的研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]磁致電阻結(jié)構(gòu)得以提供，所述磁致電阻結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的磁致電阻特性，并且可以允許高度的集成。
[0006]磁隨機存取存儲器件得以提供，其包括具有優(yōu)異的磁致電阻特性并且可允許高度的集成的磁致電阻結(jié)構(gòu)。
[0007]制造磁致電阻結(jié)構(gòu)的方法得以提供。
[0008]根據(jù)不例實施方式，一種磁致電阻結(jié)構(gòu)包括:第一磁性層，其具有被固定的磁化方向；第二磁性層，其對應于第一磁性層，其中第二磁性層的磁化方向是可變的；以及磁致電阻(MR)增強層和中間層，二者都在第一磁性層和第二磁性層之間。
[0009]第二磁性層的面積可以大于第一磁性層的面積。
[0010]MR增強層的面積和中間層的面積每個都可以大于第一磁性層的面積。
[0011]MR增強層可以覆蓋第一磁性層的上表面和側(cè)表面。
[0012]第二磁性層可以覆蓋中間層的上表面。
[0013]MR增強層可以具有大約0.1nm至1nm的厚度。
[0014]第一磁性層和第二磁性層每個都可以包括具有水平的磁各向異性的材料。
[0015]第一磁性層和第二磁性層每個都可以包括具有垂直的磁各向異性的材料。
[0016]根據(jù)示例實施方式，一種磁隨機存取存儲器件包括:開關(guān)結(jié)構(gòu)；以及連接到開關(guān)結(jié)構(gòu)的磁致電阻結(jié)構(gòu)，其中磁致電阻結(jié)構(gòu)包括:具有被固定的磁化方向的第一磁性層;第二磁性層，其對應于第一磁性層，其中第二磁性層的磁化方向是可變的；以及磁致電阻(MR)增強層和中間層，二者都在第一磁性層和第二磁性層之間。
[0017]根據(jù)示例實施方式，一種形成磁致電阻結(jié)構(gòu)的方法包括:形成第一磁性層；在第一磁性層上形成磁致電阻(MR)增強層和中間層；以及在中間層上形成第二磁性層，其中第二磁性層的面積大于第一磁性層的面積。
[0018]MR增強層可以覆蓋第一磁性層的上表面和側(cè)表面。
[0019]第一磁性層的形成可以包括:在第一磁性層的材料層上形成蓋層和犧牲層；在犧牲層上形成掩模層；以及在蝕刻工藝中使用掩模層形成第一磁性層。
[0020]第一磁性層的形成可以包括:在第一磁性層上施加絕緣材料以形成鈍化層；以及使用化學機械拋光(CMP)工藝去除犧牲層以暴露蓋層。
[0021]根據(jù)不例實施方式，一種磁隨機存取存儲器件包括:第一磁性層，其具有被固定的磁化方向；第二磁性層，其可操作地連接到第一磁性層；以及至少一個磁致電阻增強層和至少一個中間層，其將第一磁性層與第二磁性層分隔開。第二磁性層在第一磁性層上方延伸，第二磁性層具有可變的磁化方向。
[0022]第二磁性層的面積可以大于第一磁性層的面積。
[0023]第一磁性層和第二磁性層可以具有相同的磁各向異性。
[0024]所述至少一個磁致電阻增強層可以覆蓋第一磁性層的上表面和第一磁性層的側(cè)表面中的至少一個，且所述至少一個中間層具有與所述至少一個磁致電阻增強層的輪廓共形的輪廓。
[0025]該磁隨機存取存儲器件還可以包括至少一個鈍化層，所述至少一個鈍化層覆蓋第一磁性層的側(cè)表面。所述至少一個鈍化層和所述至少一個磁致電阻增強層可以共同形成第一磁性層上方的保護蓋。
[0026]所述至少一個中間層可以堆疊在所述至少一個磁致電阻增強層上方，所述至少一個磁致電阻增強層可以接觸第一磁性層。
[0027]第二磁性層的寬度可以大于第一磁性層的寬度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]由以下結(jié)合附圖做出的詳細描述，示例實施方式將被更清楚地理解。圖1-5表示如本文描述的非限制性示例實施方式。
[0029]圖1是示出根據(jù)示例實施方式的磁致電阻結(jié)構(gòu)的橫截面的示意圖；
[0030]圖2是示出根據(jù)另一實施方式的磁致電阻結(jié)構(gòu)的橫截面的示意圖；
[0031]圖3A至3K是示出根據(jù)示例實施方式的磁致電阻結(jié)構(gòu)的制造方法的圖；
[0032]圖4是曲線圖，該曲線圖示出根據(jù)示例實施方式和比較例形成的磁致電阻結(jié)構(gòu)的磁致電阻(MR)率；以及
[0033]圖5是示意圖，該示意圖示出根據(jù)示例實施方式的包括磁致電阻結(jié)構(gòu)的磁隨機存取存儲器件的結(jié)構(gòu)的橫截面。

【具體實施方式】
[0034]現(xiàn)在將參考其中示出一些示例實施方式的附圖更充分地描述若干示例實施方式。然而，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)僅是代表性的，用于描述示例實施方式。因此，本發(fā)明可以以許多替換形式實現(xiàn)，并且不應被解釋為僅限于在此闡述的示例實施方式。因此，應當理解，不旨在將示例實施方式限制于公開的具體形式，相反，示例實施方式將覆蓋落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有改進、等價物和替換。
[0035]在附圖中，為了清楚可以夸大層和區(qū)域的厚度，并且在對附圖的整個描述中相同的附圖標記指代相同的元件。
[0036]雖然術(shù)語第一、第二等可以在本文中用來描述各種元件，但是這些元件不應受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語只用于將一個元件與另一元件區(qū)分開。例如，第一元件能被稱為第二元件，類似地，第二元件能被稱為第一元件，而不背離示例實施方式的范圍。當在本文中使用時，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)列舉項目中的一個或更多個項目的任何和所有組合。
[0037]將理解，如果一元件被稱為“連接到”或“聯(lián)接到”另一元件，則它能直接連接到或聯(lián)接到另一元件，或者可以存在居間元件。相反，如果一元件被稱為“直接連接到”或“直接聯(lián)接到”另一元件，則沒有居間元件存在。用于描述元件之間的關(guān)系的其他詞語應當以類似的方式解釋(例如，“在......之間”與“直接在......之間”，“相鄰”與“直接相鄰”等)。
[0038]這里使用的術(shù)語僅為了描述【具體實施方式】的目的，不旨在限制示例實施方式。當這里使用時，單數(shù)形式“一”和“該”也旨在包括復數(shù)形式，除非上下文清楚地另有所示。將進一步理解，如果在此使用，則術(shù)語“包括”和/或“包含”表明所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組分的存在，但是不排除一個或更多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組分和/或其組合的存在或添加。
[0039]為了描述的方便，這里可以使用空間關(guān)系術(shù)語(例如“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等)來描述如圖所示的一個元件或者一個特征與另外的元件或特征之間的關(guān)系。將理解，空間關(guān)系術(shù)語旨在包含除了圖中所繪的取向之外的裝置在使用或操作中的不同取向。例如，如果圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其他元件或特征的“下方”或“下面”的元件于是將取向在所述其他元件或特征的“上方”。因此，例如，術(shù)語“下方”能包含下方和上方兩個取向。裝置也可以有其它取向(旋轉(zhuǎn)90度，或以其它取向觀看或參考)，這里使用的空間關(guān)系描述語應被相應地解釋。
[0040]在這里參考橫截面圖描述了示例實施方式，該圖是理想化實施方式(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖。這樣，可以預期作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果的相對于圖示的形狀的變化。因此，示例實施方式不應解釋為限于這里所示的區(qū)域的具體形狀，而是可以包括例如由制造引起的形狀的偏離。例如，被示為矩形的注入?yún)^(qū)可以具有圓化或彎曲的特征和/或在其邊緣處的梯度(例如注入濃度的梯度)，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的突然變化。相似地，由注入形成的埋入?yún)^(qū)可以引起埋入?yún)^(qū)和注入可經(jīng)過其發(fā)生的表面之間的區(qū)域中的某些注入。因此，圖中示出的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀不必然示出器件的區(qū)域的實際形狀，且不限制范圍。
[0041]還應當注意，在一些替代實施中，被注明的功能/行為可以不按圖中注明的順序發(fā)生。例如，接連示出的兩張圖實際上可以基本同時被執(zhí)行，或者有時可以按相反的順序被執(zhí)行，這取決于所涉及的功能/行為。
[0042]除非另有定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學術(shù)語)具有與示例實施方式所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。還可以理解，諸如通常使用的詞典中定義的那些術(shù)語的術(shù)語應被解釋為具有與它們在相關(guān)領(lǐng)域中的含義一致的含義，而不應在理想化或過于形式化的意義上被解釋，除非在這里明確地如此界定。
[0043]如本發(fā)明團體理解的那樣，根據(jù)此處描述的各種實施方式的器件和形成器件的方法可以在微電子器件諸如集成電路中實施，其中多個根據(jù)此處描述的各種實施方式的器件被集成在同一個微電子器件中。因而，此處示出的橫截面視圖可以在微電子器件中，在兩個不同的方向上被復制，這兩個方向不必正交。于是，實施根據(jù)此處描述的各種實施方式的器件的微電子器件的俯視圖可以包括成陣列和/或二維圖案的多個器件，該陣列和/或二維圖案以微電子器件的功能性為基礎(chǔ)。
[0044]根據(jù)此處描述的各種實施方式的器件可以根據(jù)微電子器件的功能性而被散布在其它器件之間。此外，根據(jù)此處描述的各種實施方式的微電子器件可以在第三方向上被復制，以提供三維集成電路，該第三方向可以正交于所述兩個不同的方向。
[0045]因而，此處示出的橫截面視圖為沿俯視圖中的兩個不同方向和/或在透視圖中的三個不同方向上延伸的，根據(jù)此處描述的各種實施方式的多個器件提供支持。例如，當在器件/結(jié)構(gòu)的橫截面視圖中示出單個有源區(qū)時，所述器件/結(jié)構(gòu)可以包括其上的多個有源區(qū)和晶體管結(jié)構(gòu)(或在適當?shù)那闆r下的存儲單元結(jié)構(gòu)、柵結(jié)構(gòu)等)，如將被所述器件/結(jié)構(gòu)的俯視圖所示的那樣。
[0046]關(guān)于根據(jù)示例實施方式的磁致電阻結(jié)構(gòu)和包括該磁致電阻結(jié)構(gòu)的磁隨機存取存儲器件，現(xiàn)在將詳細參考實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出。
[0047]圖1是示意圖，該示意圖示出根據(jù)示例實施方式的磁致電阻結(jié)構(gòu)的橫截面。
[0048]參考圖1，根據(jù)示例實施方式，磁致電阻結(jié)構(gòu)可包括第一磁性層13、被形成來對應于第一磁性層13的第二磁性層17、以及形成在第一磁性層13與第二磁性層17之間的磁致電阻(MR)增強層15和中間層16。
[0049]根據(jù)示例實施方式，第二磁性層17可以形成為具有比第一磁性層13更大的面積。另外，MR增強層15和中間層16均可形成為具有比第一磁性層13大的面積。MR增強層15和中間層16可以形成為具有三維(3D)結(jié)構(gòu)，該三維結(jié)構(gòu)圍繞第一磁性層13的上表面和側(cè)表面。中間層16可以形成為具有與MR增強層15的輪廓共形的輪廓。圖1示出第二磁性層17僅形成在中間層16的上表面上的結(jié)構(gòu)。然而，這僅是示例，第二磁性層17可以既形成在中間層16的側(cè)表面上，又形成在中間層16的上表面上；并且在此情形下，MR增強層15可以覆蓋第一磁性層13的上表面和第一磁性層13的側(cè)表面中的至少一個。另外，鈍化層14可以形成在第一磁性層13的側(cè)表面和MR增強層15之間。
[0050]第一磁性層13可以是其磁化方向被固定的被釘扎層。第一磁性層13可以由鐵磁材料形成，該鐵磁材料由包括鎳(Ni )、鈷(Co )和鐵(Fe )之中的至少一種材料的金屬或合金形成。此外，第一磁性層13還可包括硼(B)、鉻(Cr)、鉬(Pt)或鈀(Pd)。例如，第一磁性層13可以由鎳鐵(NiFe )、鈷鐵(CoFe )、鎳鐵硼(NiFeB )、鈷鐵硼(CoFeB )、鎳鐵硅硼(NiFeSiB )或鈷鐵娃硼(CoFeSiB)形成。另外，為了固定第一磁性層13的磁化方向，在第一磁性層13下面可以選擇性地還包括釘扎層12。釘扎層12可以用反鐵磁層或合成反鐵磁(SAF)結(jié)構(gòu)形成。如果反鐵磁層用作釘扎層12，則反鐵磁層可以用包括錳(Mn)的合金形成。例如，反鐵磁層可以用銥猛(IrMn)、鐵猛(FeMn)或鎳猛(NiMn)合金形成。代替使用釘扎層12,第一磁性層13的形狀各向異性也可被用來固定第一磁性層13的磁化方向。第一磁性層13可以形成在第一電極11上，使得電源可以施加到磁性層13。第一電極11可以形成在諸如襯底的下部結(jié)構(gòu)10上。第一電極11可以形成為包括導電材料，諸如金屬、導電金屬氧化物或?qū)щ娊饘俚铩?br> [0051]不同于第一磁性層13，第二磁性層17可以形成為使得第二磁性層17的磁化方向可以被改變。第二磁性層17可以由鐵磁材料形成，該鐵磁材料由包括N1、Co和Fe之中的至少一種材料的金屬或合金形成。此外，第二磁性層17還可包括B、Cr、Pt或Pd。例如，第二磁性層 17 可以由 NiFe、CoFe、NiFeB, CoFeB, NiFeSiB 或 CoFeSiB 形成。
[0052]MR增強層15用于提高磁致電阻結(jié)構(gòu)的MR率。MR增強層15由Co、Fe和Ni中的至少一種材料形成。另外，MR增強層15可以由進一步包括B、Si Jg(Zr)或鈦(Ti)的非晶磁性材料形成。MR增強層15可以被形成為具有大約0.1nm至1nm的厚度。
[0053]中間層16可以形成為包括絕緣材料，諸如鎂(Mg)氧化物或鋁(Al)氧化物。然而，中間層16不限于絕緣材料。中間層16可以由包括釕(Ru)、銅(Cu)、Al、金(Au)和銀(Ag)之中的至少一種材料的導電材料形成。中間層16可以形成為具有幾納米的厚度，例如Inm至 10nm。
[0054]鈍化層14可以由絕緣材料——一般是用于電子器件的層間絕緣層的材料——形成。鈍化層14可以由硅氧化物或硅氮化物形成。
[0055]圖2是示意圖，該示意圖示出根據(jù)示例實施方式的磁致電阻結(jié)構(gòu)的橫截面。
[0056]參考圖2，根據(jù)示例實施方式，磁致電阻結(jié)構(gòu)可包括第一磁性層23、被形成來對應于第一磁性層23的第二磁性層27、以及形成在第一磁性層23和第二磁性層27之間的MR增強層25和中間層26。另外，第一鈍化層24a和第二鈍化層24b可以形成在第一磁性層23的側(cè)面。
[0057]第一磁性層23可以是其磁化方向被固定的被釘扎層。為了固定第一磁性層23的磁化方向，在第一磁性層23下面可以選擇性地還包括釘扎層22。釘扎層22可以用反鐵磁層或SAF結(jié)構(gòu)形成。取代使用釘扎層22，第一磁性層23的形狀各向異性也可用來固定第一磁性層23的磁化方向。第一磁性層23可以形成在第一電極21上，使得電源可以被施加到第一磁性層23。第一電極21可以形成在諸如襯底的下部結(jié)構(gòu)20上。第二磁性層27可以形成為具有比第一磁性層23大的面積。另外，MR增強層25和中間層26均可形成為具有比第一磁性層23大的面積。
[0058]有關(guān)圖1所示的每個構(gòu)件的材料的說明也可以應用于有關(guān)圖2所示的具有相同名稱的每個構(gòu)件的材料的說明，諸如有關(guān)厚度的說明。
[0059]根據(jù)圖1和圖2所示的示例實施方式，作為示例，第一磁性層13和23以及第二磁性層17和27具有水平磁各向異性。然而，第一磁性層13和23以及第二磁性層17和27不限于此。第一磁性層13和23以及第二磁性層17和27也可具有垂直磁各向異性。如果第一磁性層13和23以及第二磁性層17和27具有垂直磁各向異性，則磁各向異性能可以是大約106至107erg/cc。在此情況下,第一磁性層13和23以及第二磁性層17和27可分別具有多層結(jié)構(gòu)，其中由Co和Co合金中的至少一種形成的第一層和由Pt、Ni和Pd之中的至少一種形成的第二層被交替堆疊。不同地，第一磁性層13和23以及第二磁性層17和27中的每個可以是具有LlO結(jié)構(gòu)的鐵鉬(FePt)或鈷鉬(CoPt)層,或者由稀土元素或過渡金屬形成的合金層。稀土元素可以是鋱(Tb)和釓(Gd)中的至少一個。過渡金屬可以是N1、Fe和Co中的至少一個。
[0060]下面，通過參考圖3A至圖3K，描述制造根據(jù)示例實施方式的磁致電阻結(jié)構(gòu)的方法。
[0061]圖3A至圖3K是示出制造根據(jù)示例實施方式的磁致電阻結(jié)構(gòu)的方法的圖。在下文，將描述制造圖1所示的磁致電阻結(jié)構(gòu)的方法。根據(jù)示例實施方式，可以用物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)法形成磁致電阻結(jié)構(gòu)的每個層。
[0062]參考圖3A,第一磁性層13的材料被施加到第一電極11的材料層上，第一電極11的材料層由諸如金屬的導電材料形成。第一磁性層13可以由鐵磁材料形成，該鐵磁材料由包括N1、Co和Fe之中的至少一種材料的金屬或合金形成。另外,第一磁性層13還可包括B、Cr、Pt 或 Pd。例如，第一磁性層 13 可以由 NiFe、CoFe、NiFeB、CoFeB、NiFeSiB 或 CoFeSiB形成。為了選擇性地固定第一磁性層13的磁化方向,在形成第一磁性層13之前,釘扎層12可以首先形成為位于第一磁性層13之下。如果反鐵磁層用作釘扎層12，則反鐵磁層可以用包括Mn的合金形成。例如，反鐵磁層可以用IrMruFeMn或NiMn合金形成。蓋層31形成在第一磁性層13的指定(或者預定)區(qū)域上，犧牲層32和掩模層33形成在蓋層31上。
[0063]參考圖3B，在除了被定義為磁致電阻結(jié)構(gòu)的第一磁性層13的區(qū)域之外的區(qū)域上執(zhí)行蝕刻工藝，使得第一磁性層13可具有與掩模層33和犧牲層32相同的寬度。離子束蝕亥Ij(IBE)法可以用于該蝕刻工藝。
[0064]參考圖3C,鈍化層14和34可以形成在第一電極11和第一磁性層13上。鈍化層14和34可以形成為包括第一鈍化層14和第二鈍化層34。鈍化層14和34可以由彼此不同的材料形成，但是不限于此。鈍化層14和34可以由諸如金屬氧化物或金屬氮化物的絕緣材料形成。例如，第一鈍化層14可以由Mg氧化物形成，第二鈍化層34可以由硅氧化物形成。
[0065]參考圖3D，用例如化學機械拋光(CMP)工藝去除鈍化層14和34的部分區(qū)域以及犧牲層32，從而露出蓋層31形成的區(qū)域。
[0066]另外，參考圖3E，用蝕刻工藝可以去除第二鈍化層34。例如，通過使用反應離子蝕亥Ij (RIE)工藝，可以去除第二鈍化層34，由此可以暴露出第一鈍化層14。如果執(zhí)行CMP工藝或蝕刻工藝，則需要形成蓋層31，以保護第一磁性層13。
[0067]參考圖3F，蓋層31被去除，然后可以順序沉積MR增強層15、中間層16和第二磁性層17的材料。此處描述的磁致電阻結(jié)構(gòu)根據(jù)針對圖1描述的示例實施方式制造。因此，MR增強層15、中間層16和第二磁性層17的材料可以被沉積來圍繞第一磁性層13的上表面和側(cè)表面。
[0068]如果要形成根據(jù)圖2所示的示例實施方式的磁致電阻結(jié)構(gòu)，則第二鈍化層34不被去除，僅蓋層31自圖3D所示的結(jié)構(gòu)去除。然后，MR增強層15、中間層16和第二磁性層17的材料可以順序地直接沉積在第一磁性層13和第二鈍化層34上。
[0069]參考圖3G，第二掩模層35形成在第二磁性層17上，以具有期望的寬度。然后，通過使用IBE法，可以再次執(zhí)行蝕刻工藝。
[0070]參考圖3H，中間層16和第二磁性層17可以通過用IBE法形成為具有期望的形狀。因此，可以形成具有如圖1所示的結(jié)構(gòu)的磁致電阻結(jié)構(gòu)。如果第二掩模層35形成為具有更寬的寬度，則第二磁性層17可以形成為圍繞中間層16的上表面和側(cè)表面。
[0071]另外，通過參考圖31至圖3K描述形成電極連接結(jié)構(gòu)的示例，該電極連接結(jié)構(gòu)可施加電源到第一磁性層13和第二磁性層17。
[0072]參考圖31，通過施加諸如硅氧化物或硅氮化物的材料形成絕緣層36。然后，通過使用CMP工藝等暴露第二掩模層35，然后通過去除第二掩模層35暴露第二磁性層17 (如圖3J所示)。
[0073]然后，參考圖3K，孔38穿過絕緣層36形成，由此第一電極11被暴露。然后，通過沉積導電材料，可以分別形成連接電極37和39。絕緣層可以進一步形成在孔38的側(cè)表面，使得可以保持MR增強層15與連接電極39之間的絕緣。
[0074]圖4是曲線圖，該曲線圖示出根據(jù)示例實施方式和比較示例形成的磁致電阻結(jié)構(gòu)的磁致電阻(MR)率。圖4所示的曲線圖示出取決于MR增強層是否形成的MR率。
[0075]圖4所示的對象樣本包括以下磁致電阻結(jié)構(gòu)，該磁致電阻結(jié)構(gòu)中，PtMn層被形成為反鐵磁層，CoFe層形成在PtMn層上作為第一磁性層，Ru層被形成為中間層，然后CoFeB層形成在Ru層上作為第二磁性層。在第二磁性層的表面上進一步形成Ru層。在圖4中，“A”和“B”是不包括附加的MR增強層的樣本，“C”和“D”是進一步包括MR增強層的樣本，該MR增強層被形成為第一磁性層和中間層之間的CoFeB層。圖4所示的曲線圖中的水平軸表示每個樣本的表面上形成的Ru層的厚度。射頻(RF)蝕刻在樣本“A”和“C”上執(zhí)行大約120秒。RF蝕刻在樣本“B”和“D”上執(zhí)行大約180秒。然后，測量MR率。
[0076]圖4表明，自包括MR增強層的“C”和“D”獲得的傳輸介質(zhì)要求(TMR)值極大地不同于自沒有額外地包括MR增強層的“A”和“B”獲得的TMR值。
[0077]根據(jù)示例實施方式，磁致電阻結(jié)構(gòu)可以應用于各種類型的電子器件或磁器件。例如，磁致電阻結(jié)構(gòu)可以應用于磁隨機存取存儲器件。
[0078]圖5是示意圖，該示意圖示出包括根據(jù)示例實施方式的磁致電阻結(jié)構(gòu)的磁隨機存取存儲器件的結(jié)構(gòu)的橫截面。
[0079]當前示例實施方式中的磁致電阻結(jié)構(gòu)可以連接到開關(guān)結(jié)構(gòu)。圖5示出其中磁致電阻結(jié)構(gòu)被連接到晶體管結(jié)構(gòu)的磁隨機存取存儲器件。
[0080]參考圖5，描述開關(guān)結(jié)構(gòu)。包括柵絕緣層51和柵電極52的柵極結(jié)構(gòu)形成在襯底50上。溝道可以形成在襯底50的在柵極結(jié)構(gòu)下面的區(qū)域中，源極53a和漏極53b的區(qū)域可以形成在溝道的兩側(cè)。源極53a和漏極53b的位置可以互換。開關(guān)結(jié)構(gòu)中的漏極53b也可經(jīng)由穿過層間絕緣層54的連接電極55連接到圖1所示的第一電極11。
[0081]如上所述，根據(jù)以上示例實施方式中的一個或更多個，提供了磁致電阻結(jié)構(gòu)，其中第二磁性層被形成為具有比第一磁性層更寬的面積，并且其中包括了 MR增強層；于是，該磁致電阻結(jié)構(gòu)具有高MR率。另外，提供了具有高集成度的磁器件，其通過形成具有3D結(jié)構(gòu)的磁致電阻結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。
[0082]應當理解，在此描述的示例實施方式應當僅在說明的意義上被考慮，不是為了限制。例如，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，圖1和2所示的磁致電阻結(jié)構(gòu)的諸多改進將會輕易地顯然，而不脫離主旨和范圍。例如，磁致電阻結(jié)構(gòu)可以包括至少一個MR增強層和至少一個中間層。再例如，鈍化層和MR增強層可以共同形成第一磁性層上方的保護蓋。另外，根據(jù)示例實施方式，磁致電阻結(jié)構(gòu)不僅可以應用于圖5所示的磁隨機存取存儲器件，還可以應用于具有不同結(jié)構(gòu)的存儲器件或除了存儲器件之外的磁器件。因此，本發(fā)明的范圍不是由發(fā)明的詳細說明限定，而是由所附權(quán)利要求限定，在該范圍內(nèi)的所有差異將被理解為被包括在本發(fā)明中。
[0083]本申請要求于2013年3月11日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請N0.10-2013-0025745的優(yōu)先權(quán)，其公開通過引用全部結(jié)合在此。
【權(quán)利要求】
1.一種磁致電阻結(jié)構(gòu),包括: 第一磁性層，其具有被固定的磁化方向； 第二磁性層，其對應于所述第一磁性層，其中所述第二磁性層的磁化方向是可變的磁化方向；以及 磁致電阻增強層和中間層，所述磁致電阻增強層和中間層都在所述第一磁性層和所述第二磁性層之間。
2.如權(quán)利要求1所述的磁致電阻結(jié)構(gòu)，其中所述第二磁性層的面積大于所述第一磁性層的面積。
3.如權(quán)利要求2所述的磁致電阻結(jié)構(gòu)，其中所述磁致電阻增強層的面積和所述中間層的面積每個都大于所述第一磁性層的面積。
4.如權(quán)利要求3所述的磁致電阻結(jié)構(gòu)，其中所述磁致電阻增強層覆蓋所述第一磁性層的上表面和側(cè)表面。
5.如權(quán)利要求4所述的磁致電阻結(jié)構(gòu)，其中所述第二磁性層覆蓋所述中間層的上表面。
6.如權(quán)利要求1 所述的磁致電阻結(jié)構(gòu)，其中所述磁致電阻增強層具有0.1nm至1nm的厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的磁致電阻結(jié)構(gòu)，其中所述第一磁性層和所述第二磁性層每個都包括具有水平磁各向異性的材料。
8.如權(quán)利要求1所述的磁致電阻結(jié)構(gòu)，其中所述第一磁性層和所述第二磁性層每個都包括具有垂直磁各向異性的材料。
9.如權(quán)利要求1所述的磁致電阻結(jié)構(gòu),其中所述磁致電阻增強層由Co、Fe和Ni中的至少一種材料形成。
10.如權(quán)利要求9所述的磁致電阻結(jié)構(gòu)，其中所述磁致電阻增強層由進一步包括B、S1、Zr或Ti的非晶磁性材料形成。
11.一種磁隨機存取存儲器件，包括: 開關(guān)結(jié)構(gòu)；以及 磁致電阻結(jié)構(gòu)，其被連接到所述開關(guān)結(jié)構(gòu)，其中所述磁致電阻結(jié)構(gòu)包括， 第一磁性層，其具有被固定的磁化方向； 第二磁性層，其對應于所述第一磁性層，所述第二磁性層的磁化方向是可變的；以及磁致電阻增強層和中間層，所述磁致電阻增強層和中間層都在所述第一磁性層和所述第二磁性層之間。
12.如權(quán)利要求11所述的磁隨機存取存儲器件，其中所述第二磁性層的面積大于所述第一磁性層的面積。
13.如權(quán)利要求12所述的磁隨機存取存儲器件，其中所述磁致電阻增強層的面積和所述中間層的面積每個都大于所述第一磁性層的面積。
14.如權(quán)利要求13所述的磁隨機存取存儲器件，其中所述磁致電阻增強層覆蓋所述第一磁性層的上表面和側(cè)表面。
15.如權(quán)利要求14所述的磁隨機存取存儲器件，其中所述第二磁性層覆蓋所述中間層的上表面。
16.如權(quán)利要求11所述的磁隨機存取存儲器件，其中所述磁致電阻增強層具有0.1nm至1nm的厚度。
17.如權(quán)利要求11所述的磁隨機存取存儲器件，其中所述第一磁性層和所述第二磁性層每個都包括具有水平的磁各向異性的材料。
18.如權(quán)利要求11所述的磁隨機存取存儲器件，其中所述第一磁性層和所述第二磁性層每個都包括具有垂直的磁各向異性的材料。
19.如權(quán)利要求11所述的磁隨機存取存儲器件，其中所述磁致電阻增強層由Co、Fe和Ni中的至少一種材料形成。
20.如權(quán)利要求19所述的磁隨機存取存儲器件，其中所述磁致電阻增強層由進一步包括B、S1、Zr或Ti的非 晶磁性材料形成。
【文檔編號】H01L43/08GK104051608SQ201410083532
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月11日
【發(fā)明者】金起園, 金洸奭, 李成喆, 張榮萬, 皮雄煥 申請人:三星電子株式會社