CN117581370A - 磁性存储器元件和半导体器件 - Google Patents
磁性存储器元件和半导体器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117581370A CN117581370A CN202280045090.9A CN202280045090A CN117581370A CN 117581370 A CN117581370 A CN 117581370A CN 202280045090 A CN202280045090 A CN 202280045090A CN 117581370 A CN117581370 A CN 117581370A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- magnetic memory
- memory element
- magnetic
- application layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 172
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 76
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 34
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- UCNNJGDEJXIUCC-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)iron;iron Chemical compound [Fe].O[Fe]=O.O[Fe]=O UCNNJGDEJXIUCC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/10—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
- H01L27/105—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including field-effect components
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
Abstract
磁性存储器元件(10)设置有：其磁化方向固定的参考层(11)、在参考层(11)上设置的隧道势垒层(12)、在隧道势垒层(12)上设置并且其磁化方向可变的磁性存储层(13)、在磁性存储层(13)上设置并改善磁性存储层(13)的磁各向异性的高Hk施加层(14)，以及在高Hk施加层(14)上设置的盖层(15)。针对该磁性存储器元件，高Hk施加层(14)的材料与盖层(15)的材料不同，并且高Hk施加层(14)的材料是高熔点金属。
Description
技术领域
本公开涉及一种磁性存储器元件和半导体器件。
背景技术
例如，专利文献1公开了一种磁性存储器元件，该磁性存储器元件包括存储层和在存储层上设置的盖层。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP 2020-35976A
发明内容
技术问题
例如，在磁性存储器元件在半导体基板上设置的情况下，磁性存储器元件的矫顽力由于半导体工艺期间的热负载而降低。即使在矫顽力由于热负载而降低之后，也要求具有适当的矫顽力。
本公开的一方面提供了一种在矫顽力由于热负载而降低之后能够具有适当矫顽力的磁性存储器元件和半导体器件。
问题的解决方案
根据本公开的一个方面的磁性存储器元件包括：参考层，其磁化方向是固定的；隧道势垒层，在参考层上设置；磁性存储层，被配置为在隧道势垒层上设置并且其磁化方向可变；高Hk施加层，被配置为在磁性存储层上设置并改善磁性存储层的磁各向异性；以及盖层，在高Hk施加层上设置，其中高Hk施加层的材料与盖层的材料不同，并且高Hk施加层的材料是高熔点金属。
根据本公开的一个方面的半导体器件包括布置在半导体基板上的多个磁性存储器元件，其中磁性存储器元件包括其磁化方向是固定的参考层、在参考层上设置的隧道势垒层、在隧道势垒层上设置并且其磁化方向可变的磁性存储层、在磁性存储层上设置并改善磁性存储层的磁各向异性的高Hk施加层，以及在高Hk施加层上设置的盖层，高Hk施加层的材料与盖层的材料不同，并且高Hk施加层的材料是高熔点金属。
附图说明
图1是图示根据实施例的存储器元件的示意性构造的示例的图。
图2是图示通过高Hk施加层获得的矫顽力的示例的图。
图3是图示高Hk施加层的另一种形状的示例的图。
图4是图示根据实施例的半导体器件的示意性构造的示例的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。注意的是，在以下每个实施例中，通过对相同的元件标注相同的附图标记而省略冗余的描述。注意的是，附图中示出的每个元件的尺寸不一定精确。
将根据以下项目的次序来描述本公开。
1.实施例
1.1磁性存储器元件
1.2半导体器件
2.应用的示例
3.效果的示例
1.实施例
1.1磁性存储器元件
图1是图示根据实施例的磁性存储器元件的示意性构造的示例的图。磁性存储器元件是使用隧道磁阻效应(TMR)的磁隧道结(MTJ)元件并且具有层压结构。在图1中，图示了XYZ坐标系。Z轴方向与层压方向(垂直方向)对应。X轴方向和Y轴方向与层延伸方向(平面方向)对应。
磁性存储器元件10包括参考层11、隧道势垒层12、磁性存储层13、高Hk施加层14、盖层15和上电极16。在图1中所示的示例中，参考层11、隧道势垒层12、磁性存储层13、高Hk施加层14、盖层15和上电极16朝着Z轴正方向按此次序层压。
参考层11的磁化方向(磁矩的方向)被固定，并且参考层11给出作为参考的磁化方向。参考层11包括铁磁物质以具有高矫顽力。参考层11的材料的示例是Fe、Co、Ni、Mn等，并且更具体而言，是CoFeB、FeNiB、FeCoC、CoFe、CoPt、FePt、CoMnSi、MnAl等。此外，可以使用其中这些材料被层压的构造和其中这些材料经由Ru和Ir反向平行磁耦合的层压渡口构造。参考层11的厚度(层厚度)的示例是大约1nm至大约30nm。参考层11也被称为基准层、固定层等。
磁化方向可以是Z轴方向上的磁化方向。通过使用具有垂直磁各向异性的材料，与使用具有面内磁各向异性的材料的情况相比，有可能降低磁性存储器元件10的功率、增加其容量等。
隧道势垒层12在参考层11上设置。“在层上设置”基本上指示层在Z轴方向上彼此接触(例如，表面接触)的状态。但是，只要不损害每层的功能，各层就可以彼此分离(例如，可以在其间插入另一个元件)。隧道势垒层12通过隧道效应将参考层11与磁性存储层13耦合。隧道势垒层12包括非磁性体。隧道势垒层12的材料的示例是MgO、Al2O3、AlN、SiO2、Bi2O3、MgF2、CaF、SrTiO2、AlLaO3、AlNO等。在实施例中，隧道势垒层12的材料可以包括MgO。磁阻变化率(MR比)可以高于使用另一种材料的情况下的磁阻变化率。隧道势垒层12的层厚度的示例是大约0.3nm至大约5nm。
磁性存储层13在隧道势垒层12上设置。磁性存储层13包括铁磁物质。类似于参考层11，磁性存储层13的材料的示例是Fe、Co、Ni、Mn等，并且更具体而言，是CoFeB、FeNiB、FeCoC、CoFe、CoPt、FePt、CoMnSi、MnAl等。磁性存储层13的层厚度的示例是大约1nm至大约10nm。与参考层11不同，磁性存储层13是磁化方向可以改变(反转)的层。例如，为了反转磁矩，例如，使用自旋扭矩磁反转。通过反转磁性存储层13的磁矩，可以写入一或零的二进制信息。
高Hk施加层14在磁性存储层13上设置。将会描述高Hk施加层14。
盖层15在高Hk施加层14上设置。盖层15覆盖位于定位在盖层15下方(Z轴负方向侧)的(盖)层，即，高Hk施加层14、磁性存储层13、隧道势垒层12和参考层11。盖层15与隧道势垒层12一起具有促进磁性存储层13的结晶的效果。盖层15的材料的示例是非磁性氧化物。非磁性氧化物的示例是稀土氧化物，诸如MgO、Gd、Tb、Dy或Sc。盖层15的膜厚度的示例是大约0.5nm至大约10nm。
上电极16在盖层15上设置。上电极16提供与磁性存储器元件10外部的电连接。上电极16用作布线线或用作硬掩模。上电极的材料的示例是诸如Ru、Mo、Ta、TaN、TiN或CoFeB之类的金属材料。
注意的是，虽然未示出，但是磁性存储器元件10可以包括参考层11下方(Z轴负方向侧)的底层或下电极。例如，底层在参考层11与基板(例如，图4中将要描述的层中的半导体基板20)之间设置，并且改善参考层11的结晶取向控制以及相对于基板的粘合强度。底层的材料可以是具有与参考层11基本匹配的晶体取向的材料。下电极在底层下方设置，并且与上电极16一起在Z轴方向上将盖层15、高Hk施加层14、磁性存储层13、隧道势垒层12、参考层11和底层夹在中间，并且提供与磁性存储器元件10外部的电连接。
在本实施例中，高Hk施加层14在磁性存储层13和盖层15之间设置。高Hk施加层14提高磁性存储器元件10的矫顽力。在下文中，磁性存储器元件10的矫顽力被称为矫顽力Hc。矫顽力Hc的单位的示例是奥斯特(Oe)。矫顽力Hc与磁性存储层13的磁各向异性成比例。磁各向异性被称为磁各向异性Hk。高Hk施加层14通过向磁性存储器元件10提供高磁各向异性Hk来提高磁性存储器元件10的矫顽力Hc。
高Hk施加层14不阻止磁性存储层13在制造处理等中的热处理时的bcc(001)结晶，并且抑制来自盖层15的材料扩散。高Hk施加层14的示例是高熔点金属。高熔点金属材料的熔点的示例等于或高于2000℃。高熔点材料可以是具有bcc晶体或非晶结构的材料。高熔点金属材料的示例是W、Mo、Ta等。在这些材料中含有Co、Fe、B(硼)等的合金可以是高Hk施加层14。这种合金的示例是CoFeMo等。高Hk施加层14的层厚度的上限值的示例是1.0nm。高Hk施加层14具有等于或小于1.0nm的膜厚度，使得容易获得不阻止从盖层15结晶的效果。高Hk施加层14的层厚度的下限值的示例是0.2nm等。高Hk施加层14具有等于或大于0.2nm的层厚度，从而容易获得抑制从盖层15和上电极16的材料扩散的效果。
图2是图示由高Hk施加层获得的矫顽力的示例的图。曲线图的横轴指示高Hk施加层14的膜厚度并且纵轴指示磁性存储器元件10的矫顽力Hc(Oe)。曲线图中所指示的矫顽力Hc是矫顽力由于热负载而降低之后的矫顽力Hc。在这个示例中，热负载在400度下加热三个小时。隧道势垒层12的材料是MgO。磁性存储层13的材料是CoFeB。高Hk施加层14的材料是Mo。盖层15的材料是MgO。
曲线P指示磁性存储器元件10的矫顽力Hc的测得的值，并且曲线图线C穿过这些曲线P。曲线PE指示根据比较示例的磁性存储器元件的矫顽力Hc的测得的值，其中高Hk施加层14的层厚度是零，即，不包括高Hk施加层14。实际矫顽力Hc的范围的下限值1200Oe和上限值2400Oe由断线指示。
在不包括高Hk施加层14的情况下，如曲线PE所指示的，在矫顽力由于热负载而降低之后的矫顽力Hc仅为大约1000Oe，这超出了实际范围。不可能获得足够的矫顽力Hc来存储磁化信息。
在包括高Hk施加层14的情况下，如曲线P和曲线图线C所指示的，在矫顽力由于热负载而降低之后的矫顽力Hc位于实际范围内。随着高Hk施加层14的厚度减小，矫顽力Hc增加。虽然未示出，但如果厚度变得太小，那么矫顽力Hc减小并且接近由曲线PE指示的值。例如，通过调整高Hk施加层14的层厚度，获得等于或大于1200Oe的矫顽力Hc，此外，有可能获得等于或大于1800Oe的矫顽力Hc。虽然未示出，但在包括高Hk施加层14的情况下，获得比不包括高Hk施加层14的情况下更大的TMR。
如上所述，通过包括高Hk施加层14，磁性存储器元件10可以具有适当的矫顽力Hc，例如，即使在矫顽力由于热负载而降低之后，矫顽力Hc也在1200Oe至2400Oe的范围内。还可以获得适当的TMR。可以同时实现良好的矫顽力(热稳定性)和TMR。
作为应用示例，具有1200Oe的矫顽力Hc的磁性存储器元件10可以被用作具有高速写入特点的静态随机存取存储器(SRAM)替代型磁阻随机存取存储器(MRAM)。具有大于1800Oe的矫顽力Hc的磁性存储器元件10可以被用作可以磁化10年或更长时间的非易失性存储器。
注意的是，不设置高Hk施加层14以便实现承受热负载的结构，可以想到通过增加盖层15的层厚度来进一步抑制热扩散。但是，如果盖层15的层厚度变得太大，那么TMR由于寄生电阻而降低。常常难以设计同时实现大的磁各向异性和高的TMR的盖层15的层厚度。通过提供与盖层15分开的高Hk施加层14来解决这样的问题。
例如，通过如上所述的自旋扭矩磁反转，将信息写入磁性存储器元件10中。通过使电流在电极之间(上电极16和未示出的下电极之间)流动，磁性存储层13的磁化方向被反转，并且根据磁化方向的信息被写入(存储)在磁性存储层13中。
使用TMR效应从磁性存储器元件10读取信息。即，在磁性存储器元件10中，电极之间的电阻的量值根据参考层11的磁化方向与磁性存储层13的磁化方向之间的关系(例如，平行或反平行)而改变。通过检测电流来检测电阻，读取磁性存储层13的磁化方向，即，写入(存储)在磁性存储层13中的信息。注意的是，读取时的电流远小于写入时的电流，并且不影响磁性存储层13的磁化方向。因此，有可能以非破坏性方式读取信息。
将描述制造磁性存储器元件10的方法。例如，制造方法包括准备诸如硅基板(未示出)之类的半导体基板的处理、将包括在磁性存储器元件10中的多个层层压在所准备的半导体基板上以获得层压结构的处理等。在层压处理中，上述底层、下电极、参考层11、隧道势垒层12、磁性存储层13、高Hk施加层14、盖层15和上电极16例如通过成膜等按此次序层压。制造方法可以包括对层压结构进行加热的处理。加热可以在层压处理完成之后执行，或者可以在层压处理期间执行，例如每次在每层的膜形成之后执行。加热处理可以是半导体工艺期间的加热处理，并且是例如对如上所述的层压结构施加400度的热负载三小时的处理。如上所述，即使在施加这样的热负载之后也可以获得适当的矫顽力Hc。
注意的是，在制造处理中，一些层的边缘部分可以延伸到另一个层的位置。这将参考图3进行描述。
图3是图示磁性存储器元件的示意性构造的示例的图。在这个示例中，高Hk施加层14的边缘部分延伸到定位在高Hk施加层14下方的磁性存储层13的位置。边缘部分可以进入磁性存储层13。即使高Hk施加层14具有这种形状，自然也有可能提高磁性存储器元件10的矫顽力Hc，如上所述。在这种情况下高Hk施加层14的层厚度可以是除边缘部分以外的部分的厚度。
1.2半导体器件
图4是图示根据实施例的半导体器件的示意性构造的示例的图。示例性半导体器件1是磁性存储器(磁性存储设备)。半导体器件1包括磁性存储器元件10、半导体基板20和布线30。半导体基板20例如是诸如硅基板之类的半导体基板。作为布线30，例示了位线31、字线32和感测线33。位线31和字线32是彼此交叉的两种类型的地址线。在这个示例中，位线31在X轴方向上延伸，而字线32在Y轴方向上延伸。在这个示例中，感测线33在与字线32相同的方向上延伸。
磁性存储器元件10包括布置在半导体基板20上(在这个示例中是Z轴正方向侧)的多个磁性存储器元件10。每个磁性存储器元件10布置在位线31和字线32之间的交叉点附近(例如，以阵列形式)。磁性存储器元件10的一个端子电连接到位线31。例如，上述磁性存储器元件10的上电极16电连接到位线31。磁性存储器元件10的另一个端子电连接到后面描述的选择晶体管22。例如，上述磁性存储器元件10的下电极电连接到选择晶体管22。
半导体基板20包括元件隔离区域21和选择晶体管22。元件隔离区域21提供电隔离区域。选择晶体管22形成在由元件隔离区域21隔离的区域中。提供选择晶体管22以选择磁性存储器元件10。
单个磁性存储器元件10和用于选择磁性存储器元件10的单个选择晶体管22形成单个存储器单元。多个存储器单元布置在半导体基板20上。在图4中，示意性地图示了与四个存储器单元对应的部分。
例示的选择晶体管22是FET并且包括源极区域221、漏极区域222和栅极区域。源极区域221和漏极区域222形成在半导体基板20上。为栅极区域提供的栅极电极包括在字线32中。
源极区域221电连接到磁性存储器元件10的另一个端子。漏极区域222电连接到感测线33。注意的是，在这个示例中，漏极区域222与相邻的选择晶体管22的漏极区域222共同形成。
磁性存储器元件10在Z轴方向上电连接在选择晶体管22的源极区域221与位线31之间。例如，经由接触层等建立电连接。
位线31、字线32和感测线33连接到电源电路等(未示出)，以便使期望的电流流入磁性存储器元件10(在上电极和下电极之间)。在写入信息时，经由与期望的存储器单元对应的位线31和感测线33施加使电流流向磁性存储器元件10的电压。将电压施加到与期望的存储器单元对应的字线32，即，选择晶体管22的栅极，并且选择晶体管22接通(导通状态)，使得电流在磁性存储器元件10中流动。电流在磁性存储器元件10中流动，并且如上所述通过自旋扭矩磁反转来写入(存储)信息。在读取信息时，电压被施加到与期望的存储器单元对应的字线32，即，选择晶体管22的栅极电极，并且在位线31和感测线33之间流动的电流，即，流过磁性存储器元件10的电流被检测。电流的检测意味着电阻的量值的检测，并且通过这种检测来读取信息。
通过包括磁性存储器元件10，与磁性存储器元件10类似，即使在矫顽力由于热负载而降低之后，半导体器件1也可以具有适当的矫顽力Hc。在制造半导体器件1的方法中，半导体基板20用作上述制造磁性存储器元件10的方法中的半导体基板。制造半导体器件1的方法还包括在半导体基板20上形成元件隔离区域21和选择晶体管22的处理、形成布线30的处理等。
2.应用的示例
包括上述磁性存储器元件10的半导体器件1可以用于各种应用。例如，半导体器件1安装在要使用的电子设备上。电子设备的示例是游戏机、诸如智能电话或平板终端之类的移动设备、笔记本PC、可穿戴设备、音乐设备、视频设备、数码相机等。半导体器件1用作存储器、临时存储存储器等。磁性存储器元件10可以是用于磁头的MTJ元件。磁性存储器元件10可以应用于其上安装有磁头的硬盘驱动器、磁传感器设备等。
3.效果的示例
上述技术例如如下指定。所公开的技术之一是磁性存储器元件10。如参考图1至图3所述，磁性存储器元件10包括其磁化方向固定的参考层11、在参考层11上设置的隧道势垒层12、在隧道势垒层12上设置并且其磁化方向可以改变的磁性存储层13、在磁性存储层13上设置并且改善磁性存储层13的磁各向异性的高Hk施加层14，以及在高Hk施加层14上设置的盖层15。高Hk施加层14的材料与盖层15的材料不同。高Hk施加层14的材料是高熔点金属。
根据上述磁性存储器元件10，通过包括与盖层15分开的高Hk施加层14，有可能即使在矫顽力由于热负载(例如，半导体工艺期间的热负载)而降低之后，也具有适当的矫顽力Hc(例如，等于或大于1200Oe)。
高Hk施加层14的材料可以包括W、Mo和Ta中的至少一种。在那种情况下，高Hk施加层的材料还可以包括Co、Fe和B中的至少一种(即，可以是这样的合金)。此外，高Hk施加层14的层厚度可以等于或大于0.2nm且等于或小于1.0nm。例如，通过包括具有这样的材料和层厚度的高Hk施加层14，即使在矫顽力由于热负载而降低之后，也可以获得适当的矫顽力Hc。
盖层15的材料可以包括非磁性氧化物。在那种情况下，盖层15的材料可以包括MgO、Gd、Tb、Dy和Sc中的至少一种。例如，通过与这样的盖层15分开地包括高Hk施加层14，即使在矫顽力由于热负载而降低之后，也有可能获得适当的矫顽力Hc。
高Hk施加层14的材料可以包括Mo，并且盖层15的材料可以包括MgO。在那种情况下，隧道势垒层12的材料可以包括MgO，并且磁性存储层13的材料可以包括CoFeB。例如，通过包括这些层，即使在矫顽力由于热负载而降低之后，也有可能获得适当的矫顽力Hc。
参考图4等描述的半导体器件1是所公开的技术之一。半导体器件1包括布置在半导体基板20上的多个磁性存储器元件10。根据这种半导体器件1，如上所述，即使在矫顽力由于热负载而降低之后，也有可能获得适当的矫顽力Hc。
注意的是，本公开中描述的效果仅仅是示例并且不限于所公开的内容。还可以实现其它效果。
虽然上面已经描述了本公开的实施例，但是本公开的技术范围不限于上述实施例，并且可以在不脱离本公开的主旨的情况下做出各种修改。
注意的是，本技术可以具有以下配置。
(1)一种磁性存储器元件，包括：
参考层，其磁化方向是固定的；
隧道势垒层，设置在参考层上；
磁性存储层，被配置为设置在隧道势垒层上并且其磁化方向可变；
高Hk施加层，被配置为设置在磁性存储层上并改善磁性存储层的磁各向异性；以及
盖层，设置在高Hk施加层上，其中
高Hk施加层的材料与盖层的材料不同，以及
高Hk施加层的材料是高熔点金属。
(2)根据(1)的磁性存储器元件，其中
高Hk施加层的材料包括W、Mo和Ta中的至少一种。
(3)根据(2)的磁性存储器元件，其中
高Hk施加层的材料还包括Co、Fe和B中的至少一种。
(4)根据(1)至(3)中的任一项的磁性存储器元件，其中
高Hk施加层的层厚度等于或大于0.2nm且等于或小于1.0nm。
(5)根据(1)至(4)中的任一项的磁性存储器元件，其中
盖层的材料是非磁性氧化物。
(6)根据(1)至(5)中的任一项的磁性存储器元件，其中
盖层的材料包括MgO、Gd、Tb、Dy和Sc中的至少一种。
(7)根据(1)至(6)中的任一项的磁性存储器元件，其中
高Hk施加层的材料包括Mo，以及
盖层的材料包括MgO。
(8)根据(1)至(7)中的任一项的磁性存储器元件，其中
隧道势垒层的材料包括MgO，
磁性存储层的材料包括CoFeB，
高Hk施加层的材料包括Mo，以及
盖层的材料包括MgO。
(9)根据(1)至(8)中的任一项的磁性存储器元件，其中
由于半导体工艺期间的热负载而被降低之后的矫顽力等于或大于1200Oe。
(10)一种半导体器件，包括
布置在半导体基板上的多个磁性存储器元件，其中
磁性存储器元件包括
参考层，其磁化方向是固定的；
隧道势垒层，设置在参考层上；
磁性存储层，被配置为设置在隧道势垒层上并且其磁化方向可变；
高Hk施加层，被配置为设置在磁性存储层上并改善磁性存储层的磁各向异性；以及
盖层，设置在高Hk施加层上，以及
高Hk施加层的材料与盖层的材料不同，以及
高Hk施加层的材料是高熔点金属。
附图标记列表
1半导体器件
10磁性存储器元件
11参考层
12隧道势垒层
13磁性存储层
14高Hk施加层
15盖层
16上电极
20半导体基板
21元件隔离区域
22选择晶体管
221源极区域
222漏极区域
30布线
31位线
32字线
33感测线。
Claims (10)
1.一种磁性存储器元件，包括：
参考层，其磁化方向是固定的；
隧道势垒层，设置在所述参考层上；
磁性存储层，被配置为设置在所述隧道势垒层上并且其磁化方向可变；
高Hk施加层，被配置为设置在所述磁性存储层上并且改善所述磁性存储层的磁各向异性；以及
盖层，设置在所述高Hk施加层上，其中
所述高Hk施加层的材料与所述盖层的材料不同，以及
所述高Hk施加层的所述材料是高熔点金属。
2.根据权利要求1所述的磁性存储器元件，其中
所述高Hk施加层的所述材料包括W、Mo和Ta中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的磁性存储器元件，其中
所述高Hk施加层的所述材料还包括Co、Fe和B中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的磁性存储器元件，其中
所述高Hk施加层的层厚度等于或大于0.2nm且等于或小于1.0nm。
5.根据权利要求1所述的磁性存储器元件，其中
所述盖层的所述材料是非磁性氧化物。
6.根据权利要求1所述的磁性存储器元件，其中
所述盖层的所述材料包括MgO、Gd、Tb、Dy和Sc中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的磁性存储器元件，其中
所述高Hk施加层的所述材料包括Mo，以及
所述盖层的所述材料包括MgO。
8.根据权利要求1所述的磁性存储器元件，其中
所述隧道势垒层的材料包括MgO，
所述磁性存储层的材料包括CoFeB，
所述高Hk施加层的所述材料包括Mo，以及
所述盖层的所述材料包括MgO。
9.根据权利要求1所述的磁性存储器元件，其中
由于半导体工艺期间的热负载而被降低之后的矫顽力等于或大于1200Oe。
10.一种半导体器件，包括：
布置在半导体基板上的多个磁性存储器元件，其中
所述磁性存储器元件包括：
参考层，其磁化方向是固定的；
隧道势垒层，设置在所述参考层上；
磁性存储层，被配置为设置在所述隧道势垒层上并且其磁化方向可变；
高Hk施加层，被配置为设置在所述磁性存储层上并且改善所述磁性存储层的磁各向异性；以及
盖层，设置在所述高Hk施加层上，以及
所述高Hk施加层的材料与所述盖层的材料不同，以及
所述高Hk施加层的所述材料是高熔点金属。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021-110141 | 2021-07-01 | ||
| JP2021110141 | 2021-07-01 | ||
| PCT/JP2022/008789 WO2023276273A1 (ja) | 2021-07-01 | 2022-03-02 | 磁気メモリ素子及び半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117581370A true CN117581370A (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=84692256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202280045090.9A Pending CN117581370A (zh) | 2021-07-01 | 2022-03-02 | 磁性存储器元件和半导体器件 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPWO2023276273A1 (zh) |
| CN (1) | CN117581370A (zh) |
| DE (1) | DE112022003362T5 (zh) |
| TW (1) | TW202318629A (zh) |
| WO (1) | WO2023276273A1 (zh) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101831931B1 (ko) * | 2011-08-10 | 2018-02-26 | 삼성전자주식회사 | 외인성 수직 자화 구조를 구비하는 자기 메모리 장치 |
| JP5895610B2 (ja) * | 2012-03-07 | 2016-03-30 | 富士通株式会社 | 磁気抵抗メモリおよび磁気抵抗メモリの製造方法 |
| KR102076086B1 (ko) * | 2013-03-28 | 2020-02-11 | 인텔 코포레이션 | 고안정성 스핀트로닉 메모리 |
| DE112019003363T5 (de) * | 2018-07-04 | 2021-03-18 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Element mit magnetischem tunnelübergang und halbleitervorrichtung |
| JP2020035976A (ja) | 2018-08-31 | 2020-03-05 | キオクシア株式会社 | 磁気記憶装置 |
-
2022
- 2022-03-02 DE DE112022003362.2T patent/DE112022003362T5/de active Pending
- 2022-03-02 WO PCT/JP2022/008789 patent/WO2023276273A1/ja active Application Filing
- 2022-03-02 CN CN202280045090.9A patent/CN117581370A/zh active Pending
- 2022-03-02 JP JP2023531393A patent/JPWO2023276273A1/ja active Pending
- 2022-06-13 TW TW111121833A patent/TW202318629A/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202318629A (zh) | 2023-05-01 |
| DE112022003362T5 (de) | 2024-05-02 |
| JPWO2023276273A1 (zh) | 2023-01-05 |
| WO2023276273A1 (ja) | 2023-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10217501B2 (en) | Memory element and memory apparatus | |
| JP5623507B2 (ja) | スピントルクの切換を補助する層を有する、スピントルクの切換を持つ磁気積層体 | |
| TWI530945B (zh) | Memory elements and memory devices | |
| US8637947B2 (en) | Memory element and memory apparatus | |
| CN106953005B (zh) | 磁性元件和存储装置 | |
| TWI639155B (zh) | 儲存元件、儲存裝置及磁頭 | |
| JP6244617B2 (ja) | 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド | |
| TWI487155B (zh) | Memory elements and memory devices | |
| US10431275B2 (en) | Method and system for providing magnetic junctions having hybrid oxide and noble metal capping layers | |
| US9196336B2 (en) | Storage cell, storage device, and magnetic head | |
| US20140169087A1 (en) | Memory element and memory apparatus | |
| US20130163317A1 (en) | Memory element and memory apparatus | |
| JP2014072394A (ja) | 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド | |
| US11038100B1 (en) | Magnetoresistive element having a perpendicular AFM structure | |
| US20130163315A1 (en) | Memory element and memory apparatus | |
| WO2023276273A1 (ja) | 磁気メモリ素子及び半導体装置 | |
| KR102684723B1 (ko) | 자기접합 및 하이브리드 캡핑층을 갖는 자기장치, 이를 이용하는 자기메모리 및 자기장치의 제공방법 | |
| JP2017212464A (ja) | 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド | |
| JPWO2010125641A1 (ja) | トンネル磁気抵抗効果素子、それを用いた磁気メモリセル及びランダムアクセスメモリ | |
| JP2008300622A (ja) | 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |