[發明專利]用于垂直磁性隧道結(P-MTJ)的合成抗鐵磁(SAF)耦合自由層

在審

• 申請號: 201580035682.2
• 申請日: 2015-05-05
• 公開（公告）號: CN106663467A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: C·樸;M·G·戈特瓦爾德;K·李;S·H·康
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: G11C11/16
• 分類號: G11C11/16;H01L43/02;H01L43/08;H01L43/10;H01L43/12
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 楊麗

提供了一種磁阻式隨機存取存儲器(MRAM)中的磁性隧道結(MTJ)器件以及制造該器件的方法，以達成高隧道磁阻(TMR)、高垂直磁各向異性(PMA)、良好的數據留存、以及高水平的熱穩定性。MTJ器件包括第一自由鐵磁層、合成抗鐵磁(SAF)耦合層、以及第二自由鐵磁層，其中第一和第二鐵磁層具有相反的磁矩。

技術領域

本文描述的各實施例涉及磁阻式隨機存取存儲器(MRAM)，并且尤其涉及MRAM中的磁性隧道結(MTJ)。

背景技術

MRAM(磁阻式隨機存取存儲器)是可以利用MTJ(磁性隧道結)器件的非易失性存儲器，其中MTJ器件的狀態取決于其鐵磁層的磁性(電子自旋)取向。STT-MTJ(自旋矩轉移MTJ)通過使用開關電流來改變自旋取向。為了達成具有良好熱穩定性以及低切換電流的高密度MRAM，已經嘗試開發具有高垂直磁各向異性(PMA)的MTJ器件。在具有自由鐵磁層的垂直磁性隧道結(p-MTJ)中，自由鐵磁層中的磁場取向垂直于勢壘層與鐵磁層之間的界面。使p-MTJ器件具有高隧道磁阻(TMR)、高PMA、以及良好的數據留存是合乎期望的。

發明內容

本發明的示例性實施例涉及一種具有改善的隧道磁阻(TMR)、垂直磁各向異性(PMA)、數據留存、以及熱穩定性的磁性隧道結(MTJ)器件以及用于制造此類磁性隧道結的方法。此外，根據本發明的各實施例的MTJ器件的磁屬性和電屬性在高工藝溫度處可以被維持。

在一實施例中，一種磁阻式隨機存取存儲器(MRAM)器件，包括：具有第一磁矩的第一自由鐵磁層；置于該第一自由鐵磁層上的合成抗鐵磁(SAF)耦合層；以及置于SAF耦合層上的第二自由鐵磁層，該第二自由鐵磁層具有與第一自由鐵磁層的第一磁矩相對的第二磁矩。

在另一實施例中，一種磁性隧道結(MTJ)器件包括：具有第一磁矩的第一自由鐵磁層；置于該第一自由鐵磁層上的合成抗鐵磁(SAF)耦合層；以及置于SAF耦合層上的第二自由鐵磁層，該第二自由鐵磁層具有與第一自由鐵磁層的第一磁矩相對的第二磁矩。

在另一實施例中，一種用于制造磁性隧道結(MTJ)的方法，該方法包括用于執行以下操作的步驟：形成具有第一磁矩的第一自由鐵磁層；在該第一自由鐵磁層上形成合成抗鐵磁(SAF)耦合層；以及在SAF耦合層上形成第二自由鐵磁層，該第二自由鐵磁層具有與第一自由鐵磁層的第一磁矩相對的第二磁矩。

在又一實施例中，一種用于制造磁性隧道結(MTJ)的方法，該方法包括以下步驟：形成具有第一磁矩的第一自由鐵磁層；在該第一自由鐵磁層上形成合成抗鐵磁(SAF)耦合層，該SAF耦合層包括從釕(Ru)和鉻(Cr)組成的組中選擇的材料；以及在SAF耦合層上形成第二自由鐵磁層，該第二自由鐵磁層具有與第一自由鐵磁層的第一磁矩相對的第二磁矩。

附圖說明

給出附圖以幫助對本發明實施例進行描述，且提供附圖僅用于解說實施例而非對其進行限定。

圖1是根據本發明的各實施例的磁阻式隨機存取存儲器(MRAM)中的磁性隧道結(MTJ)的截面圖。

圖2是根據本發明的各實施例的勢壘層、合成抗鐵磁(SAF)耦合自由鐵磁層結構以及覆蓋層的更詳細的截面圖。

圖3A和3B是解說圖2的第一和第二自由鐵磁層的相對磁矩的圖示。

圖4是解說根據本發明的各實施例的制造MTJ器件的方法的流程圖。

圖5是解說根據本發明的各實施例的制造MTJ器件的方法的更詳細的流程圖。

具體實施方式

本發明的各方面在以下針對本發明具體實施例的描述和有關附圖中被公開。可以設計替換實施例而不會脫離本發明的范圍。另外，本發明的眾所周知的元素將不被詳細描述或將被省略以免湮沒本發明的有關系的細節。