用於自旋轉移扭矩切換設備的耐熱垂直磁各向異性耦合元件的製作方法

2024-01-28 15:30:15 1

用於自旋轉移扭矩切換設備的耐熱垂直磁各向異性耦合元件的製作方法
【專利摘要】垂直磁各向異性（PMA）型磁性隨機存取存儲器單元被構造成具有複合PMA層以提供帶有可接受熱障的磁性隧道結（MTJ，102）。PMA耦合層（110）被沉積在第一PMA層（108）和第二PMA層（112）之間以形成該複合PMA層。該複合PMA層可被納入在PMA型MRAM單元或面內型MRAM單元中。
【專利說明】用於自旋轉移扭矩切換設備的耐熱垂直磁各向異性耦合元件
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求於2011年9月22日以CHEN等人的名義提交的美國臨時專利申請n0.61/537，778 的權益。
【技術領域】
[0003]本公開一般涉及磁性隧道結(MTJ)器件。具體而言，本公開涉及提高PMA型MTJ器件的熱穩定性。
[0004]背景
[0005]與常規隨機存取存儲器(RAM)晶片技術不同，在磁性RAM (MRAM)中，數據不是作為電荷來存儲，而是通過存儲元件的磁極化來存儲。這些存儲元件是從由隧穿層分開的兩個鐵磁層形成的。這兩個鐵磁層中被稱為固定層或釘扎(pinned)層的一個鐵磁層具有固定在特定方向上的磁化。被稱為自由層的另一鐵磁磁性層具有能更改的磁化方向，從而在自由層磁化反平行於固定層磁化代表「1」，或在自由層磁化平行於固定層磁化時代表「0」，反之亦然。具有固定層、隧穿層和自由層的一種此類器件是磁性隧道結(MTJ)。MTJ的電阻取決於自由層磁化和固定層磁化彼此平行還是反平行。存儲器設備(諸如MRAM)由可單獨尋址MTJ的陣列構建。
[0006]為了在常規MRAM中寫數據，超過臨界切換電流的寫電流被施加穿過MTJ。該超過臨界切換電流的寫電流足以改變自由層的磁化方向。當該寫電流在第一方向上流動時，MTJ可被置於或保持在第一狀態中，其中其自由層磁化方向和固定層磁化方向以平行取向對齊。當該寫電流在與第一方向相反的第二方向上流動時，MTJ可被置於或保持在第二狀態中，其中其自由層磁化和固定層磁化以反平行取向對齊。
[0007]為了在常規MRAM中讀數據，讀電流可經由與用於在MTJ中寫數據相同的電流路徑來流過該MTJ。如果MTJ的自由層和固定層的磁化被取向成彼此平行，那麼該MTJ呈現與在自由層和固定層的磁化是反平行取向的情況下MTJ將呈現的電阻不同的電阻。在常規MRAM中，MRAM的位單元中MTJ的兩種不同電阻定義了兩種不同的狀態。這兩種不同電阻代表由MTJ存儲的邏輯「O」和邏輯「I」值。
[0008]磁性隨機存取存儲器的各位單元可布置成包括一種模式的存儲器元件(例如，在MRAM的情況下是MTJ)的一個或多個陣列。STT-MRAM (自旋一轉移一扭矩磁性隨機存取存儲器)是一種新興的非易失性存儲器，其具有非易失性、與eDRAM (嵌入式動態隨機存取存儲器)可比擬的速度、與eSRAM (嵌入式靜態隨機存取存儲器)相比更小的晶片尺寸、無限制的讀/寫耐力和低陣列漏電流的優點。
[0009]簡要概述
[0010]根據本公開的一方面，磁性隧道結(MTJ)配置成具有參考層、隧道阻擋層和複合垂直磁各向異性(PMA)層，該複合垂直磁各向異性層包括第一 PMA層、第二 PMA層、以及第一PMA層和第二 PMA層之間的PMA耦合層。根據該方面，該隧道阻擋層配置在該參考層和該複合PMA層之間。
[0011]本公開的其他方面包括用於構建垂直MTJ的方法。該方法包括沉積參考層、沉積隧道阻擋層以及沉積複合垂直磁各向異性(PMA)層。沉積該PMA層包括沉積第一 PMA層，沉積第二 PMA層以及在第一 PMA層和第二 PMA層之間沉積PMA耦合層。在該方面，該隧道阻擋層沉積在該參考層和該複合PMA層之間。
[0012]在另一方面，磁性隧道結(MTJ)具有用於在第一層中固定磁化的裝置和在第二層中提供隧穿磁阻(TMR)的裝置。該設備還具有用於在複合層中提高垂直磁各向異性(PMA)的裝置。該複合層包括用於提高PMA的第一裝置、用於提高PMA的第二裝置和用於耦合該用於提高PMA的第一裝置和該用於提高PMA的第二裝置的裝置。
[0013]這已較寬泛地勾勒出本公開的特徵和技術優勢以力圖使下面的詳細描述可以被更好地理解。本公開的其他特徵和優點將在下文描述。本領域技術人員應該領會，本公開可容易地被用作改動或設計用於實施與本公開相同的目的的其他結構的基礎。本領域技術人員還應認識到，這樣的等效構造並不脫離所附權利要求中所闡述的本公開的教導。被認為是本公開的特性的新穎特徵在其組織和操作方法兩方面連同進一步的目的和優點在結合附圖來考慮以下描述時將被更好地理解。然而要清楚理解的是，提供每一幅附圖均僅用於解說和描述目的，且無意作為對本公開的限定的定義。
[0014]附圖簡要描述
[0015]為了更全面地理解本公開，現在結合附圖參考以下描述。
[0016]圖1是根據本公開的各方面的磁性隧道結(MTJ)結構的剖面圖。
[0017]圖2是根據本公開的各方面的磁性隧道結(MTJ)結構的剖面圖。
[0018]圖3是根據本公開的各方面的磁性隧道結(MTJ)結構的剖面圖。
[0019]圖4是解說根據本公開的各方面的用於提高PMA型MRAM單元的熱穩定性的方法的工藝流程圖。
[0020]圖5是示出其中本公開的一方面可被有利地採用的示例性無線通信系統的框圖。
[0021]圖6是解說根據一個方面的用於半導體組件的電路、布局和邏輯設計的設計工作站的框圖。
[0022]詳細描述
[0023]在一類MRAM單元中，磁性隧道結(MTJ)的自由層和參考層的極化方向與相應層的平面平行。此類存儲器單元被稱為具有面內(in-plane)磁各向異性或縱向磁各向異性(LMA)0具有面內磁各向異性的MRAM單元的磁極化方向是通過構建具有拉長的形狀(諸如橢圓)的存儲器單元來提供的。該拉長的形狀在每一端提供極點位置以供磁矩趨向或離開該極點位置。
[0024]在另一類MRAM單元中，MTJ的自由層和參考層的極化方向與相應層的平面垂直。此類存儲器單元被稱為具有垂直磁各向異性(PMA)。PMA型MRAM單元的層中的磁極化方向是固有定向的，即，與該層垂直。因此，PMA型MRAM單元可具有可比拉長的面內MRAM單元更容易製造的對稱形狀(諸如圓形)。
[0025]圓形PMA型MRAM單元具有比拉長的面內MRAM單元更小的面積並因此可促成更深尺度的存儲器設備的發展。另外，因為MRAM單元的切換電流與其面積成比例，所以PM型MRAM單元可比面內型MRAM單元消耗更少功率。[0026]自由層和參考層的極化與相應層的材料中的磁矩相對應。PMA型MRAM的發展的一個挑戰被呈現為:薄膜中的磁矩有沿著該膜層對齊的趨勢，從而磁矩的至少一個分量大部分留在該層中。被稱為「面內磁各向異性」的該趨勢可通過施加強垂直磁各向異性來克服。一種施加強垂直磁各向異性的方式是使用展現非常強的晶體各向異性並具有與薄膜層的平面垂直的淨磁矩的材料。此類晶體材料的淨垂直磁矩可比面內磁各向異性更強。然而，展現強晶體各向異性的材料與現有CMOS (互補金屬氧化物半導體)製造工藝不是非常兼容。
[0027]CoFeB是與CMOS工藝兼容且常用於面內型MRAM單元的材料。例如，面內型MRAM單元的自由層通常是2nm厚的CoFeB層。CoFeB不展現強晶體各向異性和/或表面各向異性，因此該材料中的磁化取向趨向於留在該膜層中且消失於退磁場。然而，已觀察到，CoFeB的面內各向異性可通過降低膜厚度並提高鐵含量來克服。通過使用非常薄的CoFeB層，通常由膜的表面各向異性所主導的膜屬性轉而由膜的塊晶體各向異性所主導。與MgO阻擋層相結合使用的此類非常薄的CoFeB層已被觀察到展現出PMA。
[0028]用此類非常薄的CoFeB層構建的MRAM單元的熱障不期望地低，因為該熱障基於存儲器單元的體積。例如，在此類用非常薄的CoFeB層構建的PMA型存儲器單元中已觀察到約40kT的熱障。該值遠低於期望的約60kT的熱障，約60kT的熱障將足以確保大規模存儲器陣列中的數據保持性。
[0029]垂直MTJ的切換電流可顯著降低，因為垂直MTJ可圖案化成圓形，由此與使用橢圓形圖案化的MTJ以使面內MTJ具有足夠形狀各向異性相比，MTJ尺寸可減小。然而，具有非常薄的CoFeB自由層的垂直MTJ的切換電流密度(J。)趨向於增大，因為此類膜具有高阻尼常數(α )——這是直接對切換電流密度J。作貢獻的參數。因為切換電流是切換電流密度J。乘以MTJ面積，所以增大的切換電流密度Jc抵消了來自減小的MTJ面積的切換電流降低。
[0030]根據本公開的各方面，可使用相對較厚的CoFeB層，從而阻尼常數不大幅增加。本文中公開的CoFeB層可展現ΡΜΑ，即使其不具有如上所述的觀察到展現PMA的非常薄的構造亦然。還由於增加的厚度，所描述的層提供足以提供可接受熱障的增加的體積。
[0031]根據本公開的各方面，面內各向異性效應可被克服，從而可增加CoFeB層的厚度而不允許磁矩在該層的平面內對齊。根據一個方面，面內各向異性是通過向存儲器單元添加可在較厚CoFeB層中施加垂直磁各向異性(Ku)的層來克服的。
[0032]在一個示例中，提供了相對較厚的CoFeB自由層。在不施加附加垂直磁各向異性的情況下，該相對較厚的層中的面內各向異性將使該層的磁矩留在膜平面內。根據本公開的各方面，可被垂直磁化的輔助層連同MRAM單元中的厚CoFeB層一起被添加到層堆疊。根據本公開的一方面，該輔助層可以是可被垂直磁化的非常薄的CoFeB層。該輔助層可通過在該輔助層和自由層之間提供PMA耦合層來耦合到該自由層。
[0033]根據本公開的各方面，輔助層提供與自由層垂直的附加界面各向異性以克服該相對較厚的層中的面內各向異性。由該配置提供的附加自由層厚度還提供足夠的體積，其結果得到可接受的熱障。
[0034]本公開的各方面提供一種用於提高熱穩定性而不增大用CoFeB製成的PMA型MRAM單元的切換電流的方法。在一個示例中，40nmX40nm的MRAM單元中耦合到輔助層的2 A厚的CoFeB層的熱障(Eb)被估計為約47kT。與為展現PMA的非常薄的CoFeB層估計的約29kT的熱障Eb相比，這是一顯著改進。除了提供可接受熱障之外，該示例提供了改善的阻尼常數α以及與僅使用非常薄的CoFeB層來達成PMA所觀察到的切換電流可比擬的相應切換電流。
[0035]圖1是根據本公開的一方面的代表性磁性隧道結(MTJ)結構102的層布置的剖面圖。MTJ結構102包括固定的PMA參考層104和沉積在PMA參考層104上的隧道阻擋層106。PMA 參考層 104 可以是例如單層的 PMA-CoFeB、PMA-FeB、PMA-CoFe、FePt、FePd 或 RE-TM 合金。替換地，PMA參考層104可以是例如Co和Pt、Co和Pd、或者Co和Ni的多層組合。PMA參考層104還可以是合成反鐵磁(SAF)材料組合物,反鐵磁或合成反鐵磁材料,諸如CoFeB(和 / 或 CoFe)/Ru/CoFeB (和 / 或 CoFe)、CoCrPt/Ru/CoFeB、(諸 Co/Pt ML)/Ru/CoFeB、PMA多層/Ru/PMA多層/CoFeB (和/或CoFe)。PMA參考層104還可以是例如合成反鐵磁(AF)/SAF層。隧道阻擋層106可以是MgO。底自由層108沉積在隧道阻擋層106上。底自由層
108可以是例如具有小於約人的厚度的PMA-CoFeB層，或者可以是PMA-FeB層。頂自由
層112沉積在底自由層108之上。頂自由層112可以是例如具有小於約20人的厚度的另一 PMA-CoFeB 層，或者可以是 PMA-FeB 或 PMA-CoFe 層。
[0036]PMA耦合層110沉積在底自由層108和頂自由層112之間。PMA耦合層110可以是在底自由層108和頂自由層112之間提供強層間耦合的Ru或Cr層。替換地，PMA耦合層110可以是在底自由層108和頂自由層112之間提供弱的間接層間耦合的Cu、Pd或Pt層。PMA耦合層110還可以是在底自由層108和頂自由層112之間提供層間耦合或靜磁耦合的薄金屬(諸如舉例而言Ta、T1、Al或Hf)或薄絕緣體(諸如MgO、TaOx > TiOx > HfOx或AlOx)的層。PMA提升層114沉積在頂自由層112之上。PMA提升層114可以是後端製程(BEOL)耐熱循環材料，諸如具有低電阻*面積(RA)的MgO或A10x、Ru、Ru/Mg0、Ta/Mg0、A10x/Mg0、Mg0/A10x、Cr、Cr/MgO, Pd、Pd/Mg0、Pt 或 Pt/Mg0。覆蓋層 116 或硬掩模可沉積在 PMA 提升層114之上。
[0037]替換地，根據本公開的一個方面(未示出)，PMA提升層114可沉積在底自由層108和頂自由層112之間，而不是將PMA f禹合層110沉積在底自由層108和頂自由層112之間。
[0038]圖2是根據本公開的另一方面的代表性磁性隧道結(MTJ)結構202的層布置的剖面圖。MTJ結構202包括固定的PMA參考層204和沉積在PMA參考層204上的隧道阻擋層206。PMA 參考層 204 可以是例如單層的 PMA-CoFeB、PMA-CoFe、FePt、FePd 或 RE-TM 合金。替換地，PMA參考層204可以是例如Co和Pt、Co和Pd、或者Co和Ni的多層組合。PMA參考層204還可以是合成反鐵磁(SAF)材料組合物,反鐵磁或合成反鐵磁材料,諸如CoFeB (和/或 CoFe) /Ru/CoFeB (和 / 或 CoFe), CoCrPt/Ru/CoFeB、(諸 Co/Pt ML) /Ru/CoFeB。PMA 參考層204還可以是例如合成反鐵磁(AF) /SAF層。隧道阻擋層206可以是MgO。
[0039]自由層208沉積在隧道阻擋層206上。自由層208可以是例如具有小於約20人
的厚度的PMA-CoFeB或PMA-FeB層。具有帶有高能障(KuV)的PMA材料的熱穩定性增強層212沉積在自由層208之上。熱穩定性增強層212例如可以是PMA-CoFeB層或者可以是帶有高KuV的PMA-CoFe層，能障可通過改變其厚度或組成、或者藉由PMA提升層來調諧。
[0040]PMA耦合層210沉積在自由層208和熱穩定性增強層212之間。PMA耦合層210可以是在自由層208和熱穩定性增強層212之間提供強層間耦合的RiuCr或薄Ta層。PMA提升層214沉積在熱穩定性增強層212之上。PMA提升層214可以是後端製程(BEOL)耐熱循環材料，諸如具有低 RA 的 MgO 或 A10x、Ru、Ru/Mg0、Ta/Mg0、A10x/Mg0、Mg0/A10x、Cr、Cr/MgO、Pd、Pd/MgO、Pt或Pt/MgO。覆蓋層216或硬掩模可沉積在PMA提升層214之上。
[0041]圖3是根據本公開的另一方面的代表性磁性隧道結(MTJ)結構302的各層的剖面圖。MTJ結構302包括縱向磁各向異性(LMA)固定參考層304和沉積在LMA參考層304上的隧道阻擋層306。LMA參考層304可以是AF/SAF多層，諸如PtMn/ (CoFe和/或CoFeB)/Ru/ (CoFeB和/或CoFe)。隧道阻擋層306可以是MgO。LMA自由層308沉積在隧道阻擋層306上。LMA自由層308可以是LMA-CoFeB層或其他LMA組合物層。Ta、Ru、Cu、Cr或薄絕緣體(諸如MgO或AlOx)的間隔層309可沉積在LMA自由層308之上。
[0042]底PMA切換輔助層311沉積在LMA自由層308和/或間隔層309之上。底PMA切
換輔助層311可以是例如具有小於約20人的厚度的PMA-CoFeB層。頂PMA切換輔助層313
沉積在底PMA切換輔助層311之上。PMA切換輔助層313例如可以是具有小於約20人的厚度的另一 PMA-CoFeB層，或者可以是PMA-CoFe層。
[0043]PMA耦合層312沉積在底PMA切換輔助層311和頂PMA切換輔助層313之間。PMA耦合層312可以是在底PMA切換輔助層311和頂PMA切換輔助層313之間提供強層間耦合的Ru或Cr層。替換地，PMA耦合層312可以是在底PMA切換輔助層311和頂PMA切換輔助層313之間提供弱的間接層間耦合的Cu、Pd或Pt層。PMA耦合層312還可以是在底PMA切換輔助層311和頂PMA切換輔助層313之間提供層間耦合或靜磁耦合的薄金屬(諸如舉例而言Ta、T1、Al或Hf)或薄絕緣體(諸如MgO、TaOx > TiOx > HfOx或AlOx)的層。
[0044]PMA提升層314沉積在頂PMA切換輔助層313之上。PMA提升層314可以是後端製程(BEOL)耐熱循環材料，諸如具有低RA的MgO或AlOx、Ru、Ru/Mg0、Ta/Mg0、A10x/Mg0、Mg0/A10x、Cr、Cr/MgO、Pd、Pd/MgO、Pt 或 Pt/MgO。覆蓋層 316 或硬掩模可沉積在 PMA 提升層314之上。
[0045]替換地，根據本公開的一個方面(未示出)，PMA提升層314可沉積在底PMA切換輔助層311和頂PMA切換輔助層313之間，而不是將PMA耦合層312沉積在底PMA切換輔助層311和頂PMA切換輔助層313之間。
[0046]MTJ結構302中由PMA耦合層312耦合的兩個PMA切換輔助層311、313降低了縱向磁各向異性(LMA)自由層308的切換電流密度。
[0047]在一種配置中，一 MTJ包括用於在第一層中固定磁化的裝置、用於在第二層中提供隧穿磁阻(TMR)的裝置和用於在複合層中提高垂直磁各向異性(PMA)的裝置。在該配置中，該複合層包括用於提高PMA的第一裝置、用於提高PMA的第二裝置和用於耦合該用於提高PMA的第一裝置和該用於提高PMA的第二裝置的裝置。該配置還可包括用於在耦合到該複合層的第四層中提升PMA的裝置。
[0048]參照圖1，用於固定磁化的裝置可以是例如PMA參考層104。用於提供TMR的裝置可以是例如隧道阻擋層106。用於提高PMA的裝置可以是包括作為用於提高PMA的第一裝置的底自由層108、作為用於提高PMA的第二裝置的頂自由層112、和作為耦合用於提高PMA的第一裝置和用於提高PMA的第二裝置的裝置的PMA耦合層110的複合層。用於提升PMA的裝置可以是例如PMA提升層114。
[0049]儘管已經闡述了具體裝置，但本領域技術人員將領會，並非所有所公開的裝置都是實踐所公開的配置所必需的。而且，某些眾所周知的裝置未被描述，以便專注於本公開。
[0050]圖4是解說一種用於構造垂直MTJ的方法的工藝流程圖。該方法包括在框402中沉積參考層，在框403中沉積隧道阻擋層以及在框404中沉積複合PMA層。該隧道阻擋層被沉積在該參考層和該複合PMA層之間。框404中沉積該複合PMA層包括在框406中沉積第一 PMA層，在框408中沉積第二 PMA層以及在框410中在第一 PMA層和第二 PMA層之間沉積PMA耦合層。
[0051]圖5是示出其中可有利地採用本公開的一方面的示例性無線通信系統500的框圖。出於解說目的，圖5示出三個遠程單元520、530和550以及兩個基站540。將認識到，無線通信系統可具有更多的遠程單元和基站。遠程單元520、530和550包括包含所公開MRAM的IC設備525A、525C和525B。將認識到，其他設備(諸如基站、切換設備和網絡裝備)也可包括所公開MRAM。圖5示出從基站540到遠程單元520、530和550的前向鏈路信號580以及從遠程單元520、530和550到基站540的反向鏈路信號590。
[0052]在圖5中，遠程單元520被示為行動電話，遠程單元530被示為可攜式計算機，並且遠程單元550被示為無線本地環路系統中的固定位置遠程單元。例如，遠程單元可以是行動電話、手持式個人通信系統(PCS)單元、可攜式數據單元(諸如個人數據助理)、有GPS能力的設備、導航設備、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、固定位置數據單元(諸如儀表讀取裝備)、或者存儲或檢索數據或計算機指令的其他設備、或其組合。儘管圖5解說根據本公開的教導的遠程單元，但本公開不限於這些示例性解說的單元。本公開的各方面可合適地在包括MRAM的許多設備中使用。
[0053]圖6是解說用於半導體組件(諸如以上公開的MRAM)的電路、布局和邏輯設計的設計工作站的框圖。設計工作站600包括硬碟601，其包含作業系統軟體、支持文件和設計軟體(諸如Cadence或OrCAD)。設計工作站600還包括顯示器602以促成對電路610或半導體組件612 (諸如MRAM)的設計。存儲介質604被提供以用於有形地存儲電路設計610或半導體組件612。電路設計610或半導體組件612可以諸如⑶SII或GERBER之類的文件格式存儲在存儲介質604上。存儲介質604可以是⑶-ROM、DVD、硬碟、快閃記憶體或其他合適設備。此外，設計工作站600包括用於從存儲介質604接受輸入或將輸出寫到存儲介質604的驅動裝置603。
[0054]記錄在存儲介質604上的數據可指定邏輯電路配置、用於光刻掩模的圖案數據或用於串寫工具(諸如電子束光刻)的掩模圖案數據。該數據還可包括與邏輯仿真相關聯的邏輯驗證數據，諸如時序圖或網電路。在存儲介質604上提供數據通過減少用於設計半導體晶圓的工藝數目來促成對電路設計610或半導體組件612的設計。
[0055]對於固件和/或軟體實現，這些方法體系可以用執行本文中所描述功能的模塊(例如，規程、函數等等)來實現。有形地體現指令的機器可讀介質可被用來實現本文所述的方法。例如，軟體代碼可存儲於存儲器中並由處理器單元執行。存儲器可以實現在處理器單元內或在處理器單元外部。如本文所用的，術語「存儲器」是指長期、短期、易失性、非易失性類型存儲器、或其他存儲器，而並不限於特定類型的存儲器或存儲器數目、或記憶存儲在其上的介質的類型。
[0056]如果以固件和/或軟體實現，則各功能可作為一條或多條指令或代碼存儲在計算機可讀介質上。示例包括編碼有數據結構的計算機可讀介質和編碼有電腦程式的計算機可讀介質。計算機可讀介質包括物理計算機存儲介質。存儲介質可以是能被計算機訪問的可用介質。作為示例而非限定，此類計算機可讀介質可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟存儲、磁碟存儲或其他磁存儲設備、或能被用來存儲指令或數據結構形式的期望程序代碼且能被計算機訪問的任何其他介質；如本文中所使用的盤(disk)和碟(disc)包括壓縮碟(⑶)、雷射碟、光碟、數字多用碟(DVD)、軟盤和藍光碟，其中盤常常磁性地再現數據，而碟用雷射光學地再現數據。以上的組合也應被包括在計算機可讀介質的範圍內。
[0057]除了存儲在計算機可讀介質上，指令和/或數據還可作為包括在通信裝置中的傳輸介質上的信號來提供。例如，通信裝置可包括具有指示指令和數據的信號的收發機。這些指令和數據被配置成致使一個或多個處理器實現權利要求中敘述的功能。
[0058]儘管已詳細描述了本公開及其優點，但是應當理解，可在本文中作出各種改變、替代和變更而不會脫離如由所附權利要求所定義的本公開的技術。例如，關於基板或電子器件使用了諸如「上方」和「下方」之類的關係術語。當然，如果該基板或電子器件被顛倒，那麼上方變成下方，反之亦然。此外，如果是側面取向的，那麼上方和下方可指代基板或電子器件的側面。而且，本申請的範圍並非旨在被限定於說明書中所描述的過程、機器、製造、物質組成、裝置、方法和步驟的特定配置。如本領域的普通技術人員將容易從本公開領會到的，可以利用根據本公開的現存或今後開發的與本文所描述的相應配置執行基本相同的功能或實現基本相同結果的過程、機器、製造、物質組成、裝置、方法或步驟。相應地，所附權利要求旨在將這樣的過程、機器、製造、物質組成、裝置、方法或步驟包括在其範圍內。
【權利要求】
1.一種磁性隧道結(MTJ)，包括: 參考層； 複合垂直磁各向異性(PMA)層，其包括第一 PMA層、第二 PMA層、以及所述第一 PMA層和所述第二 PMA層之間的PMA耦合層；以及 隧道阻擋層，其在所述參考層和所述複合PMA層之間。
2.如權利要求1所述的MTJ，其特徵在於，還包括: 耦合到所述複合PMA層的PMA提升層。
3.如權利要求1所述的MTJ，其特徵在於，所述第一PMA層和所述第二 PMA層中的至少一者是 CoFeB。
4.如權利要求3所述的MTJ，其特徵在於，所述第一PMA層和所述第二 PMA層中的至少一者包括約小於20 A的厚度。
5.如權利要求1所述的MTJ，其特徵在於，所述第一PMA層和所述第二 PMA層中的至少一者包括熱穩定性增強層。
6.如權利要求1所述的MTJ，其特徵在於，所述參考層包括PMA參考層。
7.如權利要求1所述的MTJ，其特徵在於，還包括: 所述隧道阻擋層和所述複合PMA層之間的縱向磁各向異性(LMA)自由層；以及 所述LMA自由層和所述複合PMA層之間的間隔層， 其中所述參考層包括LMA參考層。
8.如權利要求1所述的MTJ，其特徵在於，所述MTJ集成在行動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航設備、計算機、手持式個人通信系統(PCS)單元、可攜式數據單元和固定位置數據單元中的至少一者中。
9.一種用於構造垂直MTJ的方法,包括: 沉積參考層； 沉積複合垂直磁各向異性(PMA)層，其包括第一 PMA層、第二 PMA層、以及所述第一 PMA層和所述第二 PMA層之間的PMA耦合層；以及 在所述參考層和所述複合PMA層之間沉積隧道阻擋層。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，還包括將所述MTJ集成在行動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航設備、計算機、手持式個人通信系統(PCS)單元、可攜式數據單元和固定位置數據單元中的至少一者中。
11.一種磁性隧道結(MTJ)，包括: 用於在第一層中固定磁化的裝置； 用於在第二層中提供隧穿磁阻(TMR)的裝置；以及 用於在複合層中提高垂直磁各向異性(PMA)的裝置，所述複合層包括用於提高PMA的第一裝置、用於提高PMA的第二裝置和用於耦合所述用於提高PMA的第一裝置和所述用於提高PMA的第二裝置的裝置。
12.如權利要求11所述的MTJ，其特徵在於，還包括: 用於在耦合到所述複合層的第四層中提升PMA的裝置。
13.如權利要求11所述的MTJ，其特徵在於，所述用於提高PMA的第一裝置和所述用於提高PMA的第二裝置中的至少一者包括CoFeB。
14.如權利要求13所述的MTJ，其特徵在於，所述用於提高PMA的第一裝置和所述用於提高PMA的第二裝置中的至少一者包括約小於2U A I丨勺厚度。
15.如權利要求11所述的MTJ，其特徵在於，所述用於提高PMA的第一裝置和所述用於提高PMA的第二裝置中的至少一者包括熱穩定性增強層。
16.如權利要求11所述的MTJ，其特徵在於，所述用於固定磁化的裝置包括PMA參考層。
17.如權利要求11所述的MTJ，其特徵在於，還包括: 用於在所述用於提供隧穿的裝置和所述用於提高PMA的裝置之間提供縱向磁各向異性(LMA)的裝置；以及 用於在所述用於提供LMA的裝置和所述用於提高PMA的裝置之間進行間隔的裝置， 其中所述用於固定磁化的裝置包括LMA參考層。
18.如權利要求11所述的MTJ，其特徵在於，所述MTJ集成在行動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航設備、計算機、手持式個人通信系統(PCS)單元、可攜式數據單元和固定位置數據單元中的至少一者中。
19.一種用於構造垂 直MTJ的方法，包括以下步驟: 沉積參考層； 沉積複合垂直磁各向異性(PMA)層，其包括第一 PMA層、第二 PMA層、以及所述第一 PMA層和所述第二 PMA層之間的PMA耦合層；以及 在所述參考層和所述複合PMA層之間沉積隧道阻擋層。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，還包括將所述MTJ集成在行動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導航設備、計算機、手持式個人通信系統(PCS)單元、可攜式數據單元和固定位置數據單元中的至少一者中的步驟。
【文檔編號】H01L43/12GK103907156SQ201280046132
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年9月22日 優先權日:2011年9月22日
【發明者】W-C·陳, K·李, X·朱, S·H·康 申請人:高通股份有限公司