CN103022342A - 用于具有氧吸收保护层的mram器件的结构和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为用于具有氧吸收保护层的MRAM器件的结构和方法，提供了用于MRAM器件的MTJ叠层。MTJ叠层包括：固定铁磁层，位于牵制层上方；隧穿阻挡层，位于固定铁磁层上方；自由铁磁层，位于隧穿阻挡层上方；导电氧化物层，位于自由铁磁层上方；以及基于氧的保护层，位于导电氧化物层上方。本发明还提供了一种用于具有氧吸收保护层的MRAM器件的结构和方法。

Description

用于具有氧吸收保护层的MRAM器件的结构和方法
技术领域
本发明一般地涉及半导体领域，更具体地来说，涉及一种用于具有氧吸收保护层的MRAM器件的结构和方法。
背景技术
在集成电路(IC)器件中，磁性随机存取存储器(MRAM)是用于下一代嵌入式存储器件的新兴技术。MRAM是包括MRAM单元阵列的存储器件，其中，每个MRAM单元都使用阻抗值而不是电荷来存储数据位。每个MRAM单元都包括磁隧道结(“MTJ”)单元，可以将磁隧道结单元的阻抗调整为表示逻辑“0”或逻辑“1”。传统地，MTJ单元都包括：反铁磁(“AFM”)牵制层、铁磁固定(fixed，or pinned)层、薄遂穿阻挡层和自由铁磁层。MTJ单元的阻抗可以通过改变自由铁磁层的磁矩相对于固定磁性层的磁矩的方向来调整。具体地，当自由铁磁层的磁矩与铁磁固定层的磁矩平行时，MTJ单元的阻抗较低，这对应于逻辑0，而当自由铁磁层的磁矩与铁磁固定层的磁矩逆平行时，MTJ单元的阻抗较高，这对应于逻辑1。MTJ单元连接在顶部电极和底部电极之间，并且可以检测从一个电极到另一电极流经MTJ单元的电流以确定阻抗，因此确定其逻辑状态。
然而，与自由层相邻的包含氧的材料层可以在后段工艺(“BEOL”)制造工艺期间实施的高温工艺过程中扩散到自由层。由于来自氧化物保护层的氧化效应，扩散的氧将大幅降低自由层的磁性能。具体地，来自氧的损害将显著增加电阻面积(“RA”)，并降低MTJ单元的磁阻百分比(“MR％”)。
因此，期望提供没有上述缺陷的改进STT-MRAM结构及其制造方法。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种用于MRAM器件的MTJ叠层，所述MTJ叠层包括：固定铁磁层，位于牵制层上方；隧穿阻挡层，位于所述固定铁磁层上方；自由铁磁层，位于所述隧穿阻挡层上方；导电氧化物层，位于所述自由铁磁层上方；以及基于氧的保护层，位于所述导电氧化物层上方。
该MTJ叠层还包括：扩散阻挡层，夹置在所述自由铁磁层和所述导电氧化物层之间。
在该MTJ叠层中，所述基于氧的保护层包括氧化镁(MgO)和氧化铝(AlO)中的一种。
在该MTJ叠层中，所述导电氧化物层包括掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、氧化铝锌(AlZnO)和氧化铁(FeO)中的一种。
在该MTJ叠层中，所述导电氧化物层具有大约
Figure BDA0000151059940000021
或者更小的厚度。
该MTJ叠层还包括扩散阻挡层。
在该MTJ叠层中，所述扩散阻挡层包括钛和钽中的一种。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于MRAM器件的MTJ叠层的保护层，所述保护层设置在所述MTJ叠层的自由铁磁层的上方，并包括：扩散阻挡层，具有金属；导电氧化物层，设置在所述扩散阻挡层的上方；以及基于氧的保护层，位于所述导电氧化物层的上方。
在该保护层中，所述基于氧的保护层包括电介质氧化物层。
在该保护层中，所述电介质氧化物层包括氧化镁(MgO)和氧化铝(AlO)中的一种。
在该保护层中，所述导电氧化物层包括掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、氧化铝锌(AlZnO)和氧化铁(FeO)中的一种。
在该保护层中，所述导电氧化物层包括金属的氧化物。
在该保护层中，所述导电氧化物层具有大约或者更小的厚度。
在该保护层中，所述扩散阻挡层包括：钛和钽中的一种。
根据本发明的又一方面，提供了一种制造用于MRAM器件的MTJ叠层的方法，包括：形成设置在牵制层上方的固定铁磁层；形成设置在所述固定铁磁层上方的隧穿阻挡层；形成设置在所述隧穿阻挡层上方的自由铁磁层；沉积设置在所述自由铁磁层上方的金属层；以及形成设置在所述金属层上方的基于氧的保护层。
该方法还包括：实施高温工艺，将所述金属层的至少一部分转换为所述导电氧化物层。
在该方法中，沉积所述金属层包括：沉积掺杂锡的铟(IT)、钌(Ru)、钛(Ti)、钽(Ta)、镓锌(GaZn)、铝锌(AlZn)和铁(Fe)中的一种。
在该方法中，转换所述金属层的至少一部分包括：将所述金属层的至少一部分转换为掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、氧化铝锌(AlZnO)和氧化铁(FeO)中的一种。
在该方法中，所述导电氧化物层具有大约或者更小的厚度。
该方法还包括：在所述自由铁磁层和所述金属层之间形成扩散阻挡层，所述扩散阻挡层包括另一种金属。
在该方法中，所述扩散阻挡层包括钛和钽中的一种。
在该方法中，形成所述基于氧的保护层包括沉积电介质氧化物层。
在该方法中，形成所述基于氧的保护层包括沉积氧化镁(MgO)和氧化铝(AlO)中的一种。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的各个方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。
图1是根据本发明在各个实施例中的多个方面构造的半导体存储器件的制造方法的流程图。
图2至图4是示出根据本发明在一个实施例中的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件的实施例的截面图。
图5至图6是示出根据本发明在另一实施例中的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件的实施例的截面图。
图7至图9是示出根据本发明在另一实施例中的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件的实施例的截面图。
具体实施方式
应该理解，以下发明提供了用于实施本发明不同特征的许多不同的实施例或实例。以下描述部件和配置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅是实例，而不用于限制的目的。此外，本发明可以在各个实例中重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的而且其本身没有规定所述各种实施例和/或结构之间的关系。
另外，为了容易描述，本文可能使用空间相对术语，诸如“在...下方”、“在...以下”、“下部”、“上”、“上部”等，以描述如附图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。空间相对术语用于包括除图中所示定向之外的使用或操作中器件的不同定向。例如，如果图中的器件被反转，则描述为的元件在其他元件或部件以下或下方的元件被定向为在其他元件或部件之上。因此，示例性术语“在...以下”可以包括之上和之下的定向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或者处于其他定向)，因此本文所使用的空间相对描述可类似地进行解释。
图1是根据本发明在各个实施例中的多个方面构造的半导体存储器件的制造方法50的流程图。图2至图4是示出根据本发明的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件100的实施例的截面图。图5至图6是示出根据本公开的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件120的另一实施例的截面图。图7至图9是示出根据本公开的多个方面构造的处于各个制造阶段的半导体存储器件130的另一实施例的截面图。参照图1至图9，根据各个实施例统一描述半导体存储器件及其制造方法。
参照图2，半导体存储器件100是一个自旋扭矩转移磁性随机存取存储器(STT-MRAM)的一部分。在一个实施例中，半导体存储器件100包括被设计和配置为用作磁隧道结(MTJ)的材料层的叠层。
半导体存储器件100形成在诸如硅衬底的半导体衬底上方或者可选地形成在其他适当的半导体衬底上方。半导体存储器件100包括导电材料的第一电极(或底部电极)102。在一个实施例中，第一电极102包括钽(Ta)。在其他实施例中，第一电极可包括用于形成这种电极的其他适当材料，诸如铂(Pt)或钌(Ru)。第一电极102可通过物理气相沉积(PVD或溅射)形成，或者可选地通过其他适当工艺形成。在另一个实施例中，第一电极102具有范围在大约100埃至大约300埃之间的厚度。
参照图1和图2，方法50开始于步骤52，其中，在第一电极102的上方形成牵制层104。在一个实施例中，牵制层104包括反铁磁(AFM)材料。在反铁磁材料中，原子或分子的磁矩通过指向相反方向的相邻自旋以规则图案对准。在一个实例中，反铁磁层104包括铂镁(PtMn)。在其他实例中，反铁磁层104包括：铱镁(“IrMn”)、铑镁(“RhMn”)和铁镁(“FeMn”)。在另一实例中，反铁磁层具有范围在大约100埃至大约200埃之间的厚度。牵制层104通过适当的沉积技术(诸如PVD)来形成。
仍然参照图1和图2，方法50前进到步骤54，其中，在牵制层104的上方形成固定层106。在一个实施例中，固定层106包括铁磁材料层，因此还被称为固定铁磁层。铁磁材料可以形成永久磁铁和/或显示出与磁铁较强的相互作用。在一个实施例中，铁磁材料106包括钴-铁-硼(CoFeB)膜。铁磁材料层可以可选地包括其他材料，诸如CoFeTa、NiFe、Co、CoFe、CoPt、CoPd、FePt或者Ni、Co和Fe的合金。作为一个实例，通过PVD形成CoFeB膜，或者可选地通过其他适当工艺来形成。
固定层106可以可选地包括具有三层结构的合成反铁磁(SAF)层。在一个实施例中，固定层106包括：中间插入隔离层的第一固定层(或底部固定层)和第二固定层(或顶部固定层)。在该实施例中，第一固定层被设置在牵制层104上。在又一实施例中，第一固定层包括铁磁材料。在一个实例中，第一固定层中的铁磁材料包括CoFeB膜。铁磁材料层可以可选地包括其他材料，诸如CoFeTa、NiFe、Co、CoFe、CoPt、CoPd、FePt或者Ni、Co和Fe的合金。第一固定层可具有范围在大约15埃和大约35埃之间的厚度。
隔离层设置在第一固定层上方。在一个实施例中，隔离层包括钌(Ru)。可选地，隔离层可包括其他适当的材料，诸如Ti、Ta、Cu或Ag。在一个实例中，隔离层具有范围在大约5埃和大约10埃之间的厚度。隔离层可以通过CVD工艺或另一种适当工艺来形成。
第二固定层被设置在隔离层上方。作为一个实施例，第二固定层包括基本上类似于第一固定层的铁磁材料层。例如，第二固定层包括钴-铁-硼(CoFeB)膜。在一个实例中，第二固定层具有范围在大约15埃和大约35埃之间的厚度。第二固定层可通过PVD或其他可选处理方法来形成。
在另一可选实施例中，固定层106包括具有多层膜的SAF层。固定层106包括中间插入隔离层的第一固定层和第二固定层。第一固定层和第二固定层中的至少一个包括两层或多层铁磁膜。具体地，第一固定层包括：第一铁磁材料的第一膜和第二铁磁材料的第二膜。第二固定层包括：第一铁磁材料的第三膜和第二铁磁材料的第四膜。
因此，利用合成AFM形成的固定层提供了较大的交换偏置(exchangebias)。在一个实施例中，固定层106包括叠层的一起的CoFeB膜(第一膜)、CoFe(第二膜)、Ru层(隔离层)、CoFeB膜(第四膜)和CoFe层(第四膜)的组合。在一个实例中，第一膜至第四膜的每一个都具有范围在大约10埃至大约30埃之间的厚度。每个膜都具有不同于其他膜的厚度，用于增强固定层的性能。然而，应该意识到，固定层106可使用其他类型的材料以及适合于实施固定铁磁层的材料组合来实施。
本领域的技术人员应该意识到，牵制层104的目的在于通过反铁磁耦合固定(fix or pin)固定铁磁层106的磁化方向。
仍然参照图1和图2，方法50前进到步骤56，其中，在固定层106上方形成遂穿阻挡层(或阻挡层)108。阻挡层108包括非磁材料。在一个实施例中，阻挡层108包括氧化镁(MgO)。可选地，阻挡层108可包括：氧化铝(AlO)、氮化铝(AlN)、氮氧化铝(AlON)或其他适当的非磁材料。在另一实施例中，阻挡层108包括第一膜(MgO)和第一膜上方的第二膜(Mg)，其可以通过Mg沉积、Mg氧化和Mg沉积来形成。阻挡层108足够薄，使得当施加偏压时，电子可以隧道贯通阻挡层。在一个实施例中，阻挡层108具有范围在大于5埃至大约15埃之间的厚度。阻挡层108可通过PVD形成。例如，使用设置在溅射室中的镁靶材和氧气以形成氧化镁。可选地，首先通过溅射形成镁膜，然后通过应用氧等离子体将镁膜转换为MgO膜。在阻挡层的另一实施例中，通过溅射形成第一镁膜，然后通过施加氧气将第一镁膜转换为MgO膜，然后通过溅射在MgO层上方沉积第二Mg层。
仍然参照图1和图2，方法前进到步骤58，其中，在阻挡层108上方形成自由层110。自由层110还包括铁磁层但其不固定。因此，层的磁性取向是自由的，因此被称为自由层或者自由铁磁层。自由层110可包括铁磁材料，诸如在固定层106中使用的铁磁材料。如本领域技术人员意识的，自由铁磁层110的磁化方向与固定层106的固定磁化方向平行或逆平行地自由旋转。隧道电流根据两个铁磁层106和110的相对磁化方向而垂直地流经隧道阻挡层108。
在一个实施例中，自由层110包括CoFeB膜。在一个实例中，CoFeB可具有以(CoxFe1-x)80B20表示的组成成分，其中，x为合金摩尔分数并且范围在0和100之间。下标“80”和“20”也是摩尔分数。在另一实例中，CoFeB可具有以Co20Fe60B20表示的组成成分。自由层110可具有范围在大约10埃和大约20埃之间的厚度。自由层110可通过诸如PVD的工艺来形成。
自由层可包括不同材料的两层或多层铁磁膜，并且可以通过相邻铁磁膜之间的隔离层夹置在中间。在一个可选实施例中，自由层110包括：设置在阻挡层108上方的第一铁磁膜和设置在第一铁磁膜上方的第二铁磁膜。具体地，第一铁磁膜包括具有第一矫顽性的硬铁磁材料。在一个实例中，第一铁磁膜包括CoFeB膜。硬铁磁材料层可具有范围在大约10埃和大约20埃之间的厚度。第一铁磁膜可通过诸如PVD的工艺形成。第二铁磁膜包括具有第二矫顽性的软铁磁材料，其中，第二矫顽性小于第一铁磁膜的第一矫顽性。在一个实例中，第二铁磁膜包括镍铁(NiFe)膜。软铁磁材料层可具有小于第一铁磁膜的厚度的厚度。第二铁磁膜可通过诸如PVD的工艺形成。隔离层可以附加地形成在第一铁磁膜和第二铁磁膜之间。隔离层可包括：Ta、Ru、铜(Cu)、其他适当材料或它们的组合。
参照图1和图3，方法50前进到步骤60，其中，在自由层110的上方形成氧吸收层112。氧吸收层112设置在自由层110上方。在一个实施例中，氧吸收层112包括诸如纯金属或金属合金的金属，其能够吸收氧并避免氧扩散到自由层110，从而保护自由层110免受氧的劣化。此外，氧吸收层112包括能够在后续高温工艺中吸收氧之后转换为导电氧化物的金属(纯金属或金属合金)。在各个实施例中，氧吸收层112包括掺杂锡的铟(IT)、钌(Ru)、钛(Ti)、钽(Ta)、镓锌(GaZn)、铝锌(AlZn)或铁(Fe)。
仍然参照图1和图3，方法50前进到步骤62，其中，在氧吸收层112的上方形成基于氧的保护层114。基于氧的保护层114包括基于氧的化合物。在本实施例中，例如，基于氧的保护层114包括诸如氧化镁(MgO)或氧化铝(AlO)的电介质氧化物层。基于氧的保护层可以可选地包括氧化钽(TaO)或氧化钛(TiO)。基于氧的保护层114可以有效地减小开关电流密度，然而，由于在BEOL制造工艺期间所施加的高温引起的来自氧化物保护层的氧化效应通常导致MRAM的自旋扭矩转移(“STT”)性能的严重劣化，尤其导致自由层的磁性能的严重劣化。
氧吸收层112和基于氧的保护层114形成保护层。包括氧吸收层112可以有效地减小MTJ叠层的Rhigh、Rlow、Vsw+和Vsw-特性，并在BEOL高温工艺期间提供良好的界面稳定性。
仍然参照图1和图3，方法50前进到步骤64，其中，在基于氧的保护层114上方形成顶部电极116。在一个实施例中，顶部电极116包括钽。可选地，顶部电极116包括其他适当的导电材料以将器件电连接至用于电布线的互连结构的其他部分。在一个实施例中，顶部电极可通过PVD工艺形成。
参照图1和图4，在各个BEOL高温工艺66之后，氧吸收层112被转换为导电氧化物层118。由此形成的存储器件100包括夹置在自由层110和基于氧的保护层114之间的导电氧化物层118。在各个实施例中，导电氧化物层118包括掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、氧化铝锌(AlZnO)或氧化铁(FeO)。在一个实施例中，导电氧化物层118可具有大约
Figure BDA0000151059940000091
或者更小的厚度。应该注意，氧吸收层112将沉积作为导电膜，并且在BEOL高温工艺之后从金属膜转换为导电氧化物层118。
可以在方法50之前、之间和/或之后实施其他步骤。在一个实例中，将上面形成的材料叠层进一步进行图案化以形成一个或多个MTJ。在另一实例中，诸如场效应晶体管的各种有源器件可以通过离子注入、退火和其他工艺形成在衬底中。在另一实例中，包括金属线和通孔/接触的各种互连部件可以形成在衬底上方以向包括一个或多个MTJ的各种器件提供电布线，形成功能集成电路。
以下参照图5和图6提供方法50和由此形成的半导体存储器件120的另一实施例。参照图1和图5，形成各种MTJ材料层，包括牵制层104、固定层106、阻挡层108、自由层110和基于氧的保护层114。因此，氧吸收层112a形成在自由层110和基于氧的保护层114之间。氧吸收层112a的厚度大于氧吸收层112的厚度。参照图1和图6，在各个BEOL高温工艺66之后，仅氧吸收层112a的一部分被转换为导电氧化物层122。氧吸收层112a的另一部分112b保留在导电氧化物层122和自由层110之间。如此形成的存储器件120包括氧吸收层112b和氧吸收层112b上方的导电氧化物层122。氧吸收层112b和导电氧化物层122夹置在自由层110和基于氧的保护层114之间。具体地，氧吸收层112b包括金属或金属合金，而导电氧化物层122包括对应金属或金属合金的氧化物。例如，当氧吸收层112b包括掺杂锡的铟(IT)时，导电氧化物层122包括掺杂锡的氧化铟(ITO)。在另一实例中，当氧吸收层112b包括钌时，然后，导电氧化物层122包括氧化钌
下面参照图7至图9提供了方法50和由此形成的半导体存储器件130的另一实施例。在本实施例中，通过步骤68和70替换步骤60。参照图1和图7，通过对应的步骤52至58形成各种MTJ材料层，包括牵制层104、固定层106、阻挡层108和自由层110。然后，方法50前进到步骤68，其中，在自由层110上方形成扩散阻挡层132。在一个实施例中，扩散阻挡层132可包括诸如钛(Ti)或钽(Ta)的金属。扩散阻挡层132可以通过PVD沉积。
参照图1和图8，方法100前进到步骤70，其中，在扩散阻挡层132的上方形成氧吸收层112。氧吸收层112类似于器件100中的氧吸收层112。在一个实施例中，氧吸收层112包括能够吸收氧的金属或金属合金。此外，氧吸收层112包括金属或金属合金，在随后的高温工艺中吸收氧之后该金属或金属合金能够转换为导电氧化物。在各个实施例中，氧吸收层112包括IT、Ru、Ti、Ta、GaZn、AlZn或Fe。
仍然参照图1和图8，方法50前进到步骤62，其中，在氧吸收层112的上方形成基于氧的保护层114，之后是步骤64，其中，在基于氧的保护层114上方形成顶部电极116。这些步骤类似于根据组成成分和沉积形成器件100的相应步骤。
参照图1和图9，在各个BEOL高温工艺66之后，氧吸收层112被转换为导电氧化物层118。由此形成的存储器件130包括夹置在自由层110和基于氧的保护层114之间的导电氧化物118。在各个实施例中，导电氧化物层118包括ITO、RuO、TiO、TaO、GaZnO、AlZnO或FeO。在一个实施例中，导电氧化物层118可具有大约
Figure BDA0000151059940000101
或者更小的厚度。
上面公开了MRAM器件及其制造方法的各个实施例。例如，各个实施例中通过所公开方法制造的MTJ导致对应的结构，诸如图4中的存储器件100、图6中的存储器件120或者图9中的存储器件130。具体地，MTJ叠层包括自由层上方的保护层。在一个实施例中，保护层包括基于氧的保护层和导电氧化物层。在另一实施例中，保护层包括基于氧的保护层、导电氧化物层和扩散阻挡层。在另一实施例中，保护层包括导电氧化物层和导电氧化物层上方的电介质氧化物层。在另一实施例中，保护层包括金属层、金属层上方的导电氧化物层和导电氧化物上方的电介质氧化物层。应该意识到，MTJ叠层中包括基于氧的保护层减小了其中包括的写电流密度(Jc+和Jc-)；然而，保护层还增加了高阻抗(Rap)和低阻抗(Rp)，并降低了MRAM器件的MR％。氧吸收层(诸如层112)有效地吸收从基于氧的保护层114扩散的氧并改善了MR％，同时由于层的导电性而保持低Rap和Rp。设置在自由层110上方的扩散阻挡层132进一步改善了MR％和Hc。本发明提供了用于MRAM器件的MTJ叠层的一个实施例。MTJ叠层包括：牵制层上方的固定铁磁层、固定铁磁层上方的隧穿阻挡层、隧穿阻挡层上方的自由铁磁层、自由铁磁层上方的导电氧化物层和导电氧化物层上方的基于氧的保护层。
在一个实例中，MTJ叠层还包括扩散阻挡层，设置在自由铁磁层和导电氧化物层之间。
在另一实例中，基于氧的保护层包括氧化镁(MgO)和氧化铝(AlO)中的一种。
在又一实例中，导电氧化物层包括掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、氧化铝锌(AlZnO)和氧化铁(FeO)中的一种。
在又一实例中，导电氧化物层具有大约或者更小的厚度。
在又一实例中，MTJ叠层还包括扩散阻挡层。
在又一实例中，扩散阻挡层包括钛和钽中的一种。
本公开还提供了用于MARM器件的MTJ叠层的保护层的实施例。保护层设置在MTJ叠层的自由铁磁层的上方并包括具有金属的扩散阻挡层；导电氧化物层设置在扩散阻挡层的上方；以及导电氧化物层的上方的基于氧的保护层。
在一个实例中，基于氧的保护层包括电介质氧化物层。在另一实例中，电介质氧化物层包括氧化镁(MgO)和氧化铝(AlO)中的一种。
在另一实例中，导电氧化物层包括掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、氧化铝锌(AlZnO)和氧化铁(FeO)中的一种。
在另一实例中，导电氧化物层包括在扩散阻挡层中使用的金属的氧化物。在另一实例中，导电氧化物层具有大约
Figure BDA0000151059940000112
或者更小的厚度。
在另一实例中，扩散层包括钛和钽中的一种。
本发明还提供了制造用于MRAM器件的MTJ叠层的方法。该方法包括：形成设置在牵制层上方的固定铁磁层；形成设置在固定铁磁层上方的遂穿阻挡层；形成设置在遂穿阻挡层上方的自由铁磁层；沉积设置在自由铁磁层上方的金属层；以及形成设置在金属层上方的基于氧的保护层。
在一个实例中，该方法还包括：实施高温工艺，将金属层的至少一部分转换为导电氧化物层。
在另一实例中，沉积金属层包括：沉积掺杂锡的铟(IT)、钌(Ru)、钛(Ti)、钽(Ta)、镓锌(GaZn)、铝锌(AlZn)和铁(Fe)中的一种。
在另一实例中，转换金属层的至少一部分包括：将金属层的至少一部分转换为掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、氧化铝锌(AlZnO)和氧化铁(FeO)中的一种。
在另一实例中，导电氧化物层具有大约
Figure BDA0000151059940000121
或者更小的厚度。
在另一实例中，该方法还包括：在自由铁磁层和金属层之间形成扩散阻挡层，扩散阻挡层包括另一金属，诸如钛和钽中的一种。
在另一实例中，形成基于氧的保护层包括沉积电介质氧化物层。在另一实例中，形成基于氧的保护层包括沉积氧化镁(MgO)和氧化铝(AlO)中的一种。
上文概述了多个实施例的特征。本领域的技术人员应该理解，他们可以容易地将本发明作为基础来设计或修改用于执行与本文所引入实施例相同的目的和/或实现相同优点的其他工艺和结构。本领域的技术人员还应该意识到，这种等效构造没有背离本发明的主旨和范围，并且他们可以进行各种改变、替换和修改而不背离本发明的主旨和范围。

Claims (10)

1.一种用于MRAM器件的MTJ叠层，所述MTJ叠层包括：
固定铁磁层，位于牵制层上方；
隧穿阻挡层，位于所述固定铁磁层上方；
自由铁磁层，位于所述隧穿阻挡层上方；
导电氧化物层，位于所述自由铁磁层上方；以及
基于氧的保护层，位于所述导电氧化物层上方。
2.根据权利要求1所述的MTJ叠层，还包括：扩散阻挡层，夹置在所述自由铁磁层和所述导电氧化物层之间。
3.根据权利要求1所述的MTJ叠层，其中，所述基于氧的保护层包括氧化镁(MgO)和氧化铝(AlO)中的一种。
4.根据权利要求1所述的MTJ叠层，其中，所述导电氧化物层包括掺杂锡的氧化铟(ITO)、氧化钌(RuO)、氧化钛(TiO)、氧化钽(TaO)、氧化镓锌(GaZnO)、氧化铝锌(AlZnO)和氧化铁(FeO)中的一种。
5.根据权利要求1所述的MTJ叠层，其中，所述导电氧化物层具有大约
Figure FDA0000151059930000011
或者更小的厚度。
6.根据权利要求1所述的MTJ叠层，还包括扩散阻挡层。
7.根据权利要求6所述的MTJ叠层，其中，所述扩散阻挡层包括钛和钽中的一种。
8.一种用于MRAM器件的MTJ叠层的保护层，所述保护层设置在所述MTJ叠层的自由铁磁层的上方，并包括：
扩散阻挡层，具有金属；
导电氧化物层，设置在所述扩散阻挡层的上方；以及
基于氧的保护层，位于所述导电氧化物层的上方。
9.根据权利要求8所述的保护层，其中，所述基于氧的保护层包括电介质氧化物层。
10.一种制造用于MRAM器件的MTJ叠层的方法，包括：
形成设置在牵制层上方的固定铁磁层；
形成设置在所述固定铁磁层上方的隧穿阻挡层；
形成设置在所述隧穿阻挡层上方的自由铁磁层；
沉积设置在所述自由铁磁层上方的金属层；以及
形成设置在所述金属层上方的基于氧的保护层。
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