CN109037433B - 磁存储器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种磁存储器件及其制造方法。该磁存储器件包括：底电极，在衬底上；磁隧道结图案，包括顺序地堆叠在底电极上的第一磁性图案、隧道势垒图案和第二磁性图案；以及顶电极，在磁隧道结图案上。底电极包括第一底电极和在第一底电极上的第二底电极。第一底电极和第二底电极中的每个包括金属氮化物。第一底电极具有比第二底电极的结晶度高的结晶度。

Description

磁存储器件及其制造方法
技术领域
本发明构思涉及一种磁存储器件及其制造方法。
背景技术
磁存储器件已经作为存储器件被发展。磁存储器件以高速工作并具有非易失性。磁存储器件包括自旋转移力矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)器件，其写入电流随磁性单元的尺寸的减小而减小。
发明内容
根据本发明构思的示范性实施方式，一种磁存储器件被提供如下。底电极在衬底上。磁隧道结图案包括顺序地堆叠在底电极上的第一磁性图案、隧道势垒图案和第二磁性图案。顶电极在磁隧道结图案上。底电极包括第一底电极和在第一底电极上的第二底电极。第一底电极和第二底电极中的每个包括金属氮化物。第一底电极具有比第二底电极的结晶度高的结晶度。
根据本发明构思的示范性实施方式，一种磁存储器件被提供如下。底电极在衬底上。磁隧道结图案包括顺序地堆叠在底电极上的第一磁性图案、隧道势垒图案和第二磁性图案。顶电极在磁隧道结图案上。底电极包括第一底电极和在第一底电极上的第二底电极。第一底电极和第二底电极中的每个包括金属氮化物。第二底电极比第一底电极薄。
根据本发明构思的示范性实施方式，一种制造磁存储器件的方法被提供如下。接触插塞形成在衬底上。初始第一底电极层形成在接触插塞上。对初始第一底电极层执行平坦化工艺以形成第一底电极层。第二底电极层形成在第一底电极层上。磁隧道结层和顶电极层形成在第二底电极层上。第一底电极层和第二底电极层、磁隧道结层和顶电极层被图案化。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明构思的示范性实施方式，本发明构思的这些和其它的特征将变得更加明显，附图中：
图1示出概念图，示出根据本发明构思的示范性实施方式的包括磁隧道结图案的磁存储器件的单位存储单元；
图2示出截面图，示出根据本发明构思的示范性实施方式的包括磁隧道结图案的磁存储器件的单位存储单元；
图3示出放大图，示出图2的部分Q；
图4示出概念图，示出底电极的晶体结构；
图5示出流程图，示出根据本发明构思的示范性实施方式的制造磁存储器件的方法；
图6示出平面图，示出根据本发明构思的示范性实施方式的制造磁存储器件的方法；
图7、图8A至图10A和图11至图13示出沿着图6的线I-I'截取的截面图，示出根据本发明构思的示范性实施方式的制造磁存储器件的方法；
图8B、图9B和图10B示出放大图，分别示出图8A、图9A和图10A的部分R1、R2和R3；以及
图14和图15示出概念图，示出根据本发明构思的示范性实施方式的磁隧道结图案。
具体实施方式
如这里使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数“一”、“一个”和“该”旨在也涵盖复数形式。
图1示出概念图，示出根据本发明构思的示范性实施方式的包括磁隧道结图案的磁存储器件的单位存储单元。
参照图1，单位存储单元MC包括设置在彼此交叉的位线BL和字线WL之间的存储元件ME和选择元件SE。存储元件ME包括底电极BE、磁隧道结图案MTJP和顶电极TE。存储元件ME和选择元件SE彼此串联电连接。
选择元件SE可以选择性地控制流过磁隧道结图案MTJP的电荷流动。例如，选择元件SE可以是二极管、PNP双极晶体管、NPN双极晶体管、NMOS(N型金属氧化物半导体)场效应晶体管和PMOS(P型金属氧化物半导体)场效应晶体管中的一个。当选择元件SE配置为三端器件诸如双极晶体管或MOS场效应晶体管时，额外的互连线可以连接到选择元件SE。磁隧道结图案MTJP包括第一磁性图案MS1、第二磁性图案MS2以及在第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2之间的隧道势垒图案TBP。第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2中的每个可以包括至少一个磁性层。
第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2中的一个可以具有被固定的磁化方向，而与正常使用环境下的外部磁场无关。在本说明书中，被钉扎层旨在表示具有被固定的磁特性的磁性层。第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2中的另一个可以具有通过施加到其的外部磁场而切换的磁化方向。在本说明书中，自由层旨在表示具有可逆的磁特性的磁性层。磁隧道结图案MTJP可以具有取决于自由层的磁化方向和被钉扎层的磁化方向的相对取向的电阻。例如，磁隧道结图案MTJP的电阻可以在自由层的磁化方向和被钉扎层的磁化方向反平行时比在自由层的磁化方向和被钉扎层的磁化方向平行时大得多。因此，磁隧道结图案MTJP的电阻可以通过改变自由层的磁化方向来控制，并且此电阻差异可以用作根据本发明构思的示范性实施方式的磁存储器件的数据存储机制。将参照图14和图15更详细地讨论隧道势垒图案TBP以及第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2。
图2示出截面图，示出根据本发明构思的示范性实施方式的包括磁隧道结图案的磁存储器件的单位存储单元。图3示出放大图，示出图2的部分Q。图4示出概念图，示出底电极的晶体结构。
参照图2和图3，提供了衬底110。例如，衬底110可以是硅衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底或锗衬底。衬底110可以包括选择元件SE。例如，选择元件SE可以是包括字线的选择器件。
接触插塞CT连接到选择元件SE。选择元件SE的端子可以联接到穿过衬底110上的第一层间电介质层120的接触插塞CT。接触插塞CT可以包括掺杂的半导体材料(例如掺杂的硅)、金属(例如钨、钛或钽)、导电的金属氮化物(例如钛氮化物、钽氮化物或钨氮化物)或金属半导体化合物(例如金属硅化物)。底电极BE、磁隧道结图案MTJP和顶电极TE被顺序地提供在接触插塞CT上。
底电极BE包括第一底电极BE1和在第一底电极BE1上的第二底电极BE2。第一底电极BE1可以具有比第二底电极BE2的结晶度高的结晶度。在本说明书中，结晶度可以指的是结构有序的程度。例如，多晶结构比非晶结构更多地结晶；并且单晶结构比非晶结构更多地结晶。在多晶结构中，多晶结构的晶粒越大，结晶度越高。结晶度可以通过XRD(X射线衍射)的FWHM(半峰全宽)来测量。第一底电极BE1可以具有比第二底电极BE2的FWHM小的FWHM。
第一底电极BE1和第二底电极BE2可以包括金属氮化物。例如，第一底电极BE1和第二底电极BE2可以由金属氮化物形成。当第一底电极BE1包括第一金属的氮化物并且第二底电极BE2包括第二金属的氮化物时，第二金属可以是原子质量大于第一金属的原子质量的元素。
第一底电极BE1可以包括具有NaCl晶体结构的金属氮化物。例如，第一底电极BE1可以包括TiN。第一底电极BE1可以具有金属(例如Ti)与氮元素之间的化学计量比或非化学计量比。如图4所示，第一底电极BE1可以具有其主轴在垂直方向上延伸的柱状结构，其中底电极BE、磁隧道结图案MTJP和顶电极TE以列出的次序堆叠在接触插塞CT上。例如，第一底电极BE1的每个晶粒在第三方向D3上具有比第一方向D1上的宽度l1大的长度l2。第三方向可以平行于垂直方向，并且第一方向D1可以平行于衬底110的顶表面。例如，第三方向D3上的长度l2可以大于第一方向D1上的宽度l1的约三倍。在示范性实施方式中，取决于图2的在接触插塞CT上沉积第一底电极BE1的工艺条件，第一底电极BE1可以通过各种尺寸的晶粒(未示出)基本上由具有长度l2和宽度l1的晶粒形成。为了描述的方便，图4被放大从而示出单个尺寸的颗粒。
例如，第二底电极BE2可以是非晶的。例如，第二底电极BE2可以由包括TaN或WN的非晶金属氮化物形成。第二底电极BE2具有比第一底电极BE1的厚度T1小的厚度T2。例如，第一底电极BE1的厚度T1可以是底电极BE2的厚度T2的约2倍至约10倍。第一底电极BE1的厚度T1可以在从约
Figure BDA0001689613970000041
至约/>
Figure BDA0001689613970000042
的范围内。第二底电极BE2的厚度T2可以在从约/>
Figure BDA0001689613970000044
至约
Figure BDA0001689613970000043
的范围内。
磁隧道结图案MTJP包括第一磁性图案MS1、第二磁性图案MS2以及在第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2之间的隧道势垒图案TBP。底电极BE、磁隧道结图案MTJP和顶电极TE提供在第二层间电介质层124中。第一层间电介质层120和第二层间电介质层124可以包括例如硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。
顶电极TE可以包括金属氮化物图案141和在金属氮化物图案141上的金属图案144。位线BL提供在顶电极TE上。金属氮化物图案141可以增大金属图案144和磁隧道结图案MTJP之间的粘附力。金属图案144可以是包括金属元素诸如钨、钛或钽的层。例如，金属氮化物图案141可以是包括钨、钛或钽的氮化物的层。金属氮化物图案141可以包括与第一底电极BE1的材料相同并且与第二底电极BE2的材料不同的材料。例如，金属氮化物图案141可以包括TiN。金属氮化物图案141可以具有比第二底电极BE2的厚度T2大的厚度T3。金属氮化物图案141的厚度T3可以大于第一底电极BE1的厚度T1。例如，金属氮化物图案141的厚度T3可以在从约
Figure BDA0001689613970000051
至约/>
Figure BDA0001689613970000052
的范围内。
金属图案144可以比金属氮化物图案141厚。例如，金属图案144可以具有为金属氮化物图案141的厚度的约2倍至约7倍的厚度。金属图案144的厚度可以在从约
Figure BDA0001689613970000053
至约
Figure BDA0001689613970000054
的范围内。磁隧道结图案MTJP可以比金属图案144厚。例如，磁隧道结图案MTJP可以具有为金属图案144的厚度的约1.5倍至约2倍的厚度。磁隧道结图案MTJP的厚度可以在从约/>
Figure BDA0001689613970000056
至约/>
Figure BDA0001689613970000055
的范围内。
顶电极TE、磁隧道结图案MTJP和底电极BE可以每个具有从底电极BE到顶电极TE的减小的宽度。该宽度是在第一方向上测量的。第一层间电介质层120在其上部提供有凹陷区域RS，凹陷区域RS在接触插塞CT的顶表面下面凹陷。
图5示出示出根据本发明构思的示范性实施方式的制造磁存储器件的方法的流程图。图6示出平面图，示出根据本发明构思的示范性实施方式的制造磁存储器件的方法。图7、图8A至图10A和图11至图13示出沿着图6的线I-I'截取的截面图，示出根据本发明构思的示范性实施方式的制造磁存储器件的方法。图8B、图9B和图10B示出放大图，分别示出图8A、图9A和图10A的部分R1、R2和R3。
参照图6和图7，第一层间电介质层120被提供在衬底110上。衬底110可以是包括硅、绝缘体上硅(SOI)、硅-锗(SiGe)、锗(Ge)或镓-砷(GaAs)的半导体衬底。选择元件SE提供在衬底110上，并且第一层间电介质层120覆盖选择元件SE。选择元件SE可以是场效应晶体管或二极管。第一层间电介质层120可以包括氧化物、氮化物或氮氧化物。例如，第一层间电介质层120可以包括硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物或铝氧化物。
接触插塞CT提供在第一层间电介质层120中。接触插塞CT穿过第一层间电介质层120并因此电连接到选择元件SE。接触孔可以形成在第一层间电介质层120中，并且接触孔可以用导电材料填充以形成接触插塞CT。接触插塞CT可以包括掺杂的半导体(例如掺杂的硅)、金属(例如钨、钛或钽)、导电的金属氮化物(例如钛氮化物、钽氮化物或钨氮化物)和金属-半导体化合物(例如金属硅化物)。接触插塞CT在从衬底110的顶表面起的相同的高度处具有与第一层间电介质层120的顶表面基本上共面的顶表面。
参照图5、图6、图8A和图8B，初始第一底电极层131形成在接触插塞CT(S1)上。初始第一底电极层131形成为覆盖接触插塞CT。初始第一底电极层131可以是其结晶度高于将在下面讨论的第二底电极层的结晶度的导电层。例如，如图4所示，初始第一底电极层131可以具有其主轴在垂直方向上延伸的柱状结构。初始第一底电极层131可以具有在从约
Figure BDA0001689613970000061
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Figure BDA0001689613970000062
的范围内的厚度。
初始第一底电极层131的高结晶度可以允许初始第一底电极层131在其顶表面131_T上具有相对高的表面粗糙度。例如，当初始第一底电极层131具有柱状结构时，由于初始第一底电极层131的晶粒的顶表面之间的高度差，表面粗糙度可能增大。例如，表面粗糙度可以随着初始第一底电极层131中的晶粒的尺寸的增大而增大。
初始第一底电极层131可以是金属氮化物层。例如，初始第一底电极层131可以包括TiN。例如，初始第一底电极层131可以具有NaCl晶体结构。初始第一底电极层131可以通过溅射形成。
参照图5、图6、图9A和图9B，初始第一底电极层131可以经历平坦化工艺，从而形成第一底电极层132(S2)。例如，平坦化工艺可以包括化学机械抛光。如图9B所示，第一底电极层132可以具有其表面粗糙度小于初始第一底电极层131的顶表面131_T的表面粗糙度的顶表面132_T。第一底电极层132可以具有比还没有经历平坦化工艺的初始第一底电极层131的厚度小的厚度。例如，第一底电极层132的厚度可以在约
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Figure BDA0001689613970000064
的范围内。
参照图5、图6、图10A和图10B，第二底电极层134形成在第一底电极层132上(S3)。第二底电极层134可以是其结晶度比第一底电极层132的结晶度低的导电层。例如，第二底电极层134可以是非晶的。第二底电极层134的低结晶度可以允许第二底电极层134在其顶表面134_T上具有比第一底电极层132的表面粗糙度低的表面粗糙度。即使没有平坦化工艺，第二底电极层134也可以形成为具有平坦的表面。
第二底电极层134可以是金属氮化物层。例如，第二底电极层134可以包括TaN或WN。类似地，第一底电极层132、第二底电极层134可以包括金属氮化物层，从而可以在第一底电极层132与第二底电极层134之间的界面处提供高的界面粘附性。例如，当接触插塞CT由诸如钨的金属层而不是金属氮化物形成时，界面接合密度可以在第一底电极层132和第二底电极层134之间的界面处低于在接触插塞CT与第一底电极层132之间的界面处。因此，磁存储器件可以在电特性上提高。
第二底电极层134可以通过溅射形成。第二底电极层134可以形成得比第一底电极层132薄。例如，第二底电极层134可以具有在从约
Figure BDA0001689613970000071
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Figure BDA0001689613970000072
的范围内的厚度。
第一底电极层132和第二底电极层134可以彼此互补地起作用。第一底电极层132可以在与其下面的第一层间电介质层120的界面处产生容易蚀刻的化学稳定的化合物。例如，当在第一底电极层132与第一层间电介质层120之间的界面处产生第一金属氮氧化物并且在第二底电极层134与第一层间电介质层120之间的界面处产生第二金属氮氧化物时，第一金属氮氧化物可以具有比第二金属氮氧化物的化学稳定性高的化学稳定性。例如，第一金属氮氧化物可以是钛氮氧化物，第二金属氮氧化物可以是钽氮氧化物。当第一底电极层132和第二底电极层134经受将在下面讨论的图案化工艺时，通过第一金属氮氧化物的高化学稳定性，可以在相邻的单元之间容易地进行电极分离。此外，蚀刻副产物可以很少地重新沉积在磁隧道结图案的侧壁上。
构成磁隧道结图案的磁性层可以具有取决于磁性层的结晶特性的磁性质和电性质。第二底电极层134的低结晶度可以改善将在下面讨论的磁隧道结图案的结晶特性。例如，第二底电极层134可以对其上形成的磁性层的结晶度没有影响或影响很小。此外，第二底电极层134可以防止结晶特性从其结晶度相对高的第一底电极层132转移到磁性层。例如，第二底电极层134可以阻止柱状结构从第一底电极层132转移到磁性层。
参照图5、图6和图11，磁隧道结层160和顶电极层170形成在第二底电极层134上(S4)。如上所述，第二底电极层134可以防止第一底电极层132的结晶特性从第一底电极层132转移到磁隧道结层160。磁隧道结层160可以包括顺序地堆叠在第二底电极层134上的第一磁性层162、隧道势垒层164和第二磁性层166。例如，第一磁性层162、隧道势垒层164和第二磁性层166垂直地堆叠在接触插塞CT的顶表面和第一层间电介质层120的顶表面上。第一磁性层162和第二磁性层166中的一个可以是具有单向固定的磁化方向的参考层，并且第一磁性层162和第二磁性层166中的另一个可以是具有可改变为与固定的磁化方向平行或反平行的磁化方向的自由层。
例如，参考层的磁化方向和自由层的磁化方向可以基本上垂直于隧道势垒层164与第二磁性层166之间的界面。或者，参考层的磁化方向和自由层的磁化方向可以基本上平行于隧道阻挡层164和第二磁性层166之间的界面。下面将参照图14和图15更详细地讨论参考层的磁化方向和自由层的磁化方向。第一磁性层162、隧道势垒层164和第二磁性层166中的每个可以通过溅射、物理气相沉积或化学气相沉积来形成。
顶电极层170包括金属氮化物层172和金属层174。例如，金属氮化物层172可以由钨、钛或钽的氮化物形成。例如，金属层174可以由金属材料诸如钨、钛或钽形成。
参照图5、图6和图12，执行图案化工艺(S5)。图案化工艺可以包括离子束蚀刻工艺。顶电极层170可以被图案化以形成顶电极TE。顶电极TE包括金属氮化物图案141和在金属氮化物图案141上的金属图案144。顶电极TE可以用作掩模以图案化设置在顶电极TE下面的磁隧道结层160、第一底电极层132和第二底电极层134。因此，可以形成底电极BE和磁隧道结图案MTJP。底电极BE包括第一底电极BE1和第二底电极BE2。磁隧道结图案MTJP包括第一磁性图案MS1、隧道势垒图案TBP和第二磁性图案MS2。
当执行图案化工艺时，凹陷区域RS形成在第一层间电介质层120的上部处。如上所述，第一底电极层132可以在其下面的第一层间电介质层120之间的界面处产生容易蚀刻的化学稳定的化合物。结果，可以在图案化工艺中在相邻的存储单元之间实现容易的电极分离。凹陷区域RS的顶表面形成为平坦的。此外，图案化工艺的蚀刻副产物可以很少重新沉积在磁隧道结图案MTJP的侧壁上。
参照图5、图6和图13，形成第二层间电介质层124以覆盖底电极BE的侧壁、磁隧道结图案MTJP的侧壁和顶电极TE的侧壁。例如，第二层间电介质层124可以由例如硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物形成。第二层间电介质层124可以例如通过化学气相沉积形成。在一些实施方式中，在形成第二层间电介质层124之前，可以形成保护层以覆盖磁隧道结图案MTJP的侧壁。例如，保护层可以包括硅氮化物或铝氧化物。
位线BL形成在顶电极TE上。位线BL可以由金属、金属氮化物或掺杂的半导体形成。例如，位线BL可以通过溅射或化学气相沉积形成。
图14和图15示出概念图，示出根据本发明构思的示范性实施方式的磁隧道结图案。磁隧道结图案MTJP可以包括第一磁性图案MS1、隧道势垒图案TBP和第二磁性图案MS2。第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2中的一个可以是磁隧道结图案MTJ的自由图案，并且第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2中的另一个可以是磁隧道结图案MTJP的被钉扎图案。为了描述的简洁，将假定第一磁性图案MS1是被钉扎图案并且第二磁性图案MS2是自由图案。或者，第一磁性图案MS1可以是自由图案并且第二磁性图案MS2可以是被钉扎图案。磁隧道结图案MTJP的电阻可以取决于自由图案的磁化方向和被钉扎图案的磁化方向的相对取向。例如，磁隧道结图案MTJP的电阻可以在自由图案的磁化方向和被钉扎图案的磁化方向反平行时比在自由图案的磁化方向和被钉扎图案的磁化方向平行时大得多。总之，磁隧道结图案MTJP的电阻可以通过改变自由图案的磁化方向来控制，这可以用作根据本发明构思的示范性实施方式的磁存储器件的数据存储机制。
参照图14，第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2可以是用于形成具有与隧道势垒图案TBP的顶表面基本上平行的平面内磁化的结构的磁性层。在这些实施方式中，第一磁性图案MS1可以包括具有反铁磁材料的层和具有铁磁材料的层。具有反铁磁材料的层可以包括PtMn、IrMn、MnO、MnS、MnTe、MnF2、FeCl2、FeO、CoCl2、CoO、NiCl2、NiO或Cr。在一些实施方式中，具有反铁磁材料的层可以包括贵金属中的至少一种。贵金属可以包括钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、金(Au)或银(Ag)。包括铁磁材料的层可以包括CoFeB、Fe、Co、Ni、Gd、Dy、CoFe、NiFe、MnAs、MnBi、MnSb、CrO2、MnOFe2O3、FeOFe2O3、NiOFe2O3、CuOFe2O3、MgOFe2O3、EuO或Y3Fe5O12。
第二磁性图案MS2可以包括具有可改变的磁化方向的材料。第二磁性图案MS2可以包括铁磁材料。例如，第二磁性图案MS2可以包括CoFeB、Fe、Co、Ni、Gd、Dy、CoFe、NiFe、MnAs、MnBi、MnSb、CrO2、MnOFe2O3、FeOFe2O3、NiOFe2O3、CuOFe2O3、MgOFe2O3、EuO或Y3Fe5O12。
第二磁性图案MS2可以包括多个层。例如，第二磁性图案MS2可以包括具有多种铁磁材料的多个层以及在所述多个层之间的具有非磁性材料的层。在这种情况下，具有铁磁材料的层和具有非磁性材料的层可以构成合成反铁磁层。合成反铁磁层可以降低临界电流密度并增强磁存储器件的热稳定性。
隧道势垒图案TBP可以包括镁(Mg)的氧化物、钛(Ti)的氧化物、铝(Al)的氧化物、镁-锌(MgZn)的氧化物、镁-硼(MgB)的氧化物、钛(Ti)的氮化物和钒(V)的氮化物。例如，隧道势垒图案TBP可以是镁氧化物(MgO)的一个单层。或者，隧道势垒图案TBP可以包括多个层。隧道势垒图案TBP可以使用化学气相沉积(CVD)形成。
参照图15，第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2可以包括具有基本上垂直于隧道势垒图案TBP的顶表面的垂直磁化的结构。在这些实施方式中，第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2可以包括具有L10晶体结构的材料、具有六方密排晶格的材料和非晶RE-TM(稀土过渡金属)合金。例如，第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2可以包括具有L10晶体结构的材料，诸如Fe50Pt50、Fe50Pd50、Co50Pt50、Co50Pd50和Fe50Ni50。或者，第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2可以包括Co3Pt有序合金或钴-铂(CoPt)无序合金，其中铂(Pt)被包含以具有在从10at％至45at％的含量并具有六方密排晶格。或者，第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2可以包括非晶RE-TM合金，其含有铁(Fe)、钴(Co)或镍(Ni)和稀土金属诸如铽(Tb)、镝(Dy)和钆(Gd)。
第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2可以包括表现出界面垂直磁各向异性的材料。界面垂直磁各向异性可以指其中具有固有平面内磁化性质的磁性层由于来自与该磁性层相邻的另一层的界面的影响而具有垂直磁化方向的现象。术语“固有平面内磁化性质”可以表示当没有外部因素时磁性层具有平行于其最宽表面(或其纵向方向)的磁化方向。例如，当衬底在其上提供有具有固有平面内磁化性质的磁性层并且不施加外部因素时，磁性层的磁化方向可以基本上平行于衬底的顶表面取向。
例如，第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2可以包括钴(Co)、铁(Fe)或镍(Ni)。第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2还可以包括非磁性材料，该非磁性材料包括硼(B)、锌(Zn)、铝(Al)、钛(Ti)、钌(Ru)、钽(Ta)、硅(Si)、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、碳(C)、氮(N)或其任何组合。例如，第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2可以包括CoFe或NiFe，并且还可以包括硼(B)。此外，为了降低饱和磁化，第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2还可以包括钛(Ti)、铝(Al)、镁(Mg)、钽(Ta)或硅(Si)。第一磁性图案MS1和第二磁性图案MS2可以使用溅射或化学气相沉积(CVD)形成。
根据本发明构思的实施方式，可以容易地执行图案化工艺以形成第一底电极和第二底电极，同时增强形成在第一底电极和第二底电极上的磁性层的特性。
尽管已经参照本发明构思的示范性实施方式示出并描述了本发明构思，但是对于本领域普通技术人员将是显然的，可以在其中进行形式和细节上的各种改变，而没有脱离本发明构思的精神和范围，本发明构思的范围由权利要求书限定。
本申请要求于2017年6月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0072690号的优先权，其公开内容通过引用整体地结合于此。

Claims (21)

1.一种磁存储器件，包括：
底电极，在衬底上；
层间电介质层，在所述衬底和所述底电极之间；
接触插塞，在所述层间电介质层中，所述接触插塞的顶表面接触所述底电极的底表面并具有比所述底电极的所述底表面的宽度小的宽度；
磁隧道结图案，包括顺序地堆叠在所述底电极上的第一磁性图案、隧道势垒图案和第二磁性图案；以及
顶电极，在所述磁隧道结图案上，
其中所述底电极包括第一底电极和在所述第一底电极上的第二底电极，
所述第一底电极的底表面与所述接触插塞的所述顶表面和所述层间电介质层的顶表面接触，
其中所述第一底电极包括第一金属的氮化物，所述第二底电极包括不同于所述第一金属的第二金属的氮化物，
其中所述第一底电极具有比所述第二底电极的结晶度高的结晶度，
其中所述第一底电极具有比所述第二底电极的X射线衍射的半峰全宽小的X射线衍射的半峰全宽。
2.如权利要求1所述的磁存储器件，
其中所述第一底电极具有其粗糙度比所述第二底电极的顶表面粗糙度高的顶表面。
3.如权利要求1所述的磁存储器件，
其中所述第一底电极具有柱状结构，并且
其中所述第一底电极的晶粒具有在垂直方向上的主轴。
4.如权利要求1所述的磁存储器件，
其中所述第一底电极具有NaCl晶体结构。
5.如权利要求4所述的磁存储器件，
其中所述第一底电极包括TiN。
6.如权利要求1所述的磁存储器件，
其中所述第二底电极是非晶的。
7.如权利要求6所述的磁存储器件，
其中所述第二底电极包括TaN或WN。
8.如权利要求1所述的磁存储器件，
其中所述第二金属具有比所述第一金属的原子质量大的原子质量。
9.如权利要求1所述的磁存储器件，
其中所述第二底电极比所述第一底电极薄。
10.如权利要求9所述的磁存储器件，
其中所述第一底电极具有为所述第二底电极的厚度的约2倍至约10倍的厚度。
11.如权利要求9所述的磁存储器件，
其中所述顶电极包括金属氮化物图案，并且
其中所述第二底电极具有比所述金属氮化物图案的厚度小的厚度。
12.如权利要求9所述的磁存储器件，
其中所述第二底电极比所述隧道势垒图案厚。
13.一种磁存储器件，包括：
底电极，在衬底上；
层间电介质层，在所述衬底和所述底电极之间；
接触插塞，在所述层间电介质层中，所述接触插塞的顶表面接触所述底电极的底表面并具有比所述底电极的所述底表面的宽度小的宽度；
磁隧道结图案，包括顺序地堆叠在所述底电极上的第一磁性图案、隧道势垒图案和第二磁性图案；以及
顶电极，在所述磁隧道结图案上，
其中所述底电极包括第一底电极和在所述第一底电极上的第二底电极，
所述第一底电极的底表面与所述接触插塞的所述顶表面和所述层间电介质层的顶表面接触，
其中所述第一底电极包括第一金属的氮化物，所述第二底电极包括不同于所述第一金属的第二金属的氮化物，
其中所述第二底电极比所述第一底电极薄，
其中所述第一底电极具有比所述第二底电极的X射线衍射的半峰全宽小的X射线衍射的半峰全宽。
14.如权利要求13所述的磁存储器件，
其中所述第一底电极具有比所述第二底电极的结晶度高的结晶度。
15.如权利要求14所述的磁存储器件，
其中所述第二底电极是非晶的。
16.如权利要求13所述的磁存储器件，
其中所述第二底电极比所述隧道势垒图案厚。
17.如权利要求13所述的磁存储器件，
其中所述第一底电极的所述金属氮化物包括第一金属，
其中所述第二底电极的所述金属氮化物包括第二金属，
其中所述第二金属具有比所述第一金属的原子质量大的原子质量。
18.一种制造磁存储器件的方法，该方法包括：
在衬底上形成层间电介质层；
在所述层间电介质层中形成接触插塞；
在所述接触插塞上形成初始第一底电极层；
对所述初始第一底电极层执行平坦化工艺以形成第一底电极层；
在所述第一底电极层上形成第二底电极层；
在所述第二底电极层上形成磁隧道结层和顶电极层；以及
图案化所述第一底电极层和所述第二底电极层、所述磁隧道结层和所述顶电极层以分别形成第一底电极、第二底电极、磁隧道结图案和顶电极，
所述接触插塞的顶表面接触所述第一底电极的底表面并具有比所述第一底电极的所述底表面的宽度小的宽度，使得所述第一底电极的所述底表面与所述接触插塞的所述顶表面和所述层间电介质层的顶表面接触，
其中所述第一底电极包括第一金属的氮化物，所述第二底电极包括不同于所述第一金属的第二金属的氮化物，
其中所述第一底电极具有比所述第二底电极的X射线衍射的半峰全宽小的X射线衍射的半峰全宽。
19.如权利要求18所述的方法，
其中所述第一底电极层由结晶度比所述第二底电极层的结晶度高的材料形成。
20.如权利要求18所述的方法，
其中所述第二底电极层形成得比所述第一底电极薄。
21.如权利要求18所述的方法，
其中所述第二底电极层由非晶金属氮化物形成。
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