[發(fā)明專利]用于垂直MTJ的非晶態(tài)合金間隔物

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380039270.7
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN104488102B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: K·李;W-C·陳;S·H·康
• 申請（專利權(quán)）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: H01L43/08
• 分類號: H01L43/08;G11C11/15
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 唐杰敏

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2012年7月27日Lee等人提交的美國臨時專利申請No.61/676,487的權(quán)益，其公開內(nèi)容通過援引全部明確納入于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開一般涉及磁性隧道結(jié)(MTJ)器件。更具體地，本公開涉及改進垂直磁性隨機存取存儲器(MRAM)器件中的隧道磁阻(TMR)和熱穩(wěn)定性。

背景技術(shù)

與常規(guī)的隨機存取存儲器(RAM)芯片技術(shù)不同，在磁性RAM(MRAM)中，數(shù)據(jù)不是作為電荷來存儲的，而是取而代之藉由存儲元件的磁化來存儲。存儲元件的基本結(jié)構(gòu)包括由薄的隧道勢壘分隔開的金屬鐵磁層。通常，位于勢壘下方的鐵磁層(其被稱為固定層)具有固定在特定方向上的磁化。位于隧道勢壘上方的鐵磁磁性層(其被稱為自由層)具有能被變更的磁化方向，以在自由層磁化與固定層磁化呈反向平行時表示“1”或者在自由層磁化與固定層磁化呈平行時表示“0”，或反之。具有固定層、隧道層和自由層的一種此類器件是磁性隧道結(jié)(MTJ)。MTJ的電阻性取決于自由層磁化和固定層磁化是彼此平行還是彼此反向平行。存儲器設(shè)備(諸如MRAM)是由可個體尋址的MTJ的陣列構(gòu)造的。

為了將數(shù)據(jù)寫入常規(guī)MRAM，通過MTJ來施加超過臨界切換電流的寫電流。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(dāng)寫電流在第一方向上流動時，MTJ可被置于或者保持在第一狀態(tài)，其中其自由層磁化方向和固定層磁化方向?qū)R在平行取向上。當(dāng)寫電流在與第一方向相反的第二方向上流動時，MTJ可被置于或者保持在第二狀態(tài)，其中其自由層磁化和固定層磁化呈反向平行取向。

為了讀取常規(guī)MRAM中的數(shù)據(jù)，讀電流可經(jīng)由與用于將數(shù)據(jù)寫入MTJ的電流路徑相同的電流路徑來流經(jīng)該MTJ。如果MTJ的自由層和固定層的磁化彼此平行地取向，則MTJ所呈現(xiàn)的電阻不同于在自由層和固定層的磁化呈反向平行取向的情況下該MTJ所將呈現(xiàn)的電阻。在常規(guī)MRAM中，由MRAM的位單元中的MTJ的兩個不同電阻定義兩種相異的狀態(tài)。這兩個不同的電阻表示由該MTJ存儲的邏輯“0”值和邏輯“1”值。

磁性隨機存取存儲器的位單元可被布置成包括存儲器元件(例如，MRAM情形中的MTJ)范型的一個或多個陣列。STT-MRAM(自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機存取存儲器)是新興的非易失性存儲器，其具有以下優(yōu)點：非易失性、與eDRAM(嵌入式動態(tài)隨機存取存儲器)相當(dāng)?shù)乃俣取⑴ceSRAM(嵌入式靜態(tài)隨機存取存儲器)相比較小的芯片尺寸、不受限制的耐讀/寫性、以及低陣列漏泄電流。

概述

根據(jù)本公開的一個方面，一種垂直磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置包括沉積在自由層與參考層之間的隧道勢壘層。該MTJ還包括沉積在該隧道勢壘層與該參考層之間的隧道磁阻(TMR)增強緩沖層，以及沉積在該TMR增強緩沖層與該參考層之間的非晶態(tài)合金TMR增強間隔物。

根據(jù)本公開的另一方面，一種用于構(gòu)造垂直磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法包括在自由層與參考層之間沉積隧道勢壘層，在該隧道勢壘層與該參考層之間沉積隧道磁阻(TMR)增強緩沖層，以及在該TMR增強緩沖層與該參考層之間沉積非晶態(tài)合金TMR增強間隔物。

根據(jù)本公開的另一方面，一種垂直磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置包括沉積在底部自由層與參考層之間的隧道勢壘層。該裝置還具有沉積在該底部自由層上的非晶態(tài)合金垂直磁各向異性(PMA)增強間隔物，以及沉積在該PMA增強間隔物上的頂部自由層。

根據(jù)本公開的另一方面，一種用于構(gòu)造垂直磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法包括在底部自由層與參考層之間沉積隧道勢壘層。該方法還包括在該底部自由層上沉積非晶態(tài)合金垂直磁各向異性(PMA)增強間隔物；以及在該PMA增強間隔物上沉積頂部自由層。

根據(jù)本公開的另一方面的垂直磁性隧道結(jié)(MTJ)設(shè)備包括用于增進至TMR增強緩沖層的交換耦合的裝置。該設(shè)備還具有用于增進頂部自由層與底部自由層之間的表面各向異性的裝置。

根據(jù)本公開的一個方面的用于構(gòu)造垂直磁性隧道結(jié)(MTJ)裝置的方法包括在自由層與參考層之間沉積隧道勢壘層的步驟。該方法還包括在該隧道勢壘層與該參考層之間沉積隧道磁阻(TMR)增強緩沖層，以及在該TMR增強緩沖層與該參考層之間沉積非晶態(tài)合金TMR增強間隔物的步驟。