[發明專利]具有多層過濾器堆疊體的PSTTM器件

有效

• 申請號: 201580082564.7
• 申請日: 2015-09-25
• 公開（公告）號: CN108028313B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: K·奧烏茲;K·P·奧布萊恩;C·J·維甘德;MD·T·拉赫曼;B·S·多伊爾;M·L·多齊;O·戈隆茨卡;T·加尼;J·S·布羅克曼
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: H01L43/02
• 分類號: H01L43/02;H01L43/10;H01L43/12
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 林金朝;王英

MTJ材料堆疊體，采用這種堆疊體的pSTTM器件，以及采用這種pSTTM器件的計算平臺。在一些實施例中，垂直MTJ材料堆疊體包括設置在固定磁層與反鐵磁層或合成反鐵磁(SAF)堆疊體之間的多層過濾器堆疊體。在一些實施例中，過濾器堆疊體的非磁性層包括Ta、Mo、Nb、W或Hf中的至少一個。這些過渡金屬可以是純的形式或與其它成分形成合金。

相關申請的交叉引用

本申請包含的主題涉及于2015年9月25日提交的標題為“PSTTM DEVICE WITHFREE MAGNETIC LAYERS COUPLED THROUGH A METAL LAYER HAVING HIGH TEMPERATURESTABILITY”的PCT申請PCT/US15/52292(案卷號01.P87084PCT)，以及2015年9月25日提交的標題為“PSTTM DEVICE WITH BOTTOM ELECTRODE INTERFACE AMTERIAL”的PCT申請US15/XXXXXX(案卷號01.P87086PCT)。

背景技術

STTM器件是利用被稱為隧道磁阻(TMR)的現象的非易失性存儲器器件。對于包括由薄絕緣隧道層分隔的兩個鐵磁層的結構，當兩個磁層的磁化處于平行取向而不是非平行取向(非平行或反平行方向)時，電子將更可能穿過隧道層。這樣，典型地包括由隧道勢壘層分開的固定磁層和自由磁層的磁性隧道結(MTJ)可以在兩種電阻狀態之間切換，一種狀態具有低電阻并且一種狀態具有高電阻。電阻差異越大，TMR比率越高：(R_AP-R_P)/R_p*100％，其中R_P和R_AP分別是用于磁化的平行和反平行對準的電阻。TMR比率越高，與MTJ電阻狀態相關聯的位越容易被可靠地存儲。因此，給定MTJ的TMR比率是STTM的重要性能指標。

對于STTM器件，可以使用電流感應磁化切換來設置位狀態。一個鐵磁層的極化狀態可以通過自旋轉移矩現象而相對于第二鐵磁層的固定極化進行切換，使得MTJ的狀態能夠通過施加電流來設定。電子的角動量(自旋)可以通過一個或多個結構和技術(例如，直流，自旋霍爾效應等)被極化。這些自旋極化的電子可以將它們的自旋角動量轉移到自由層的磁化并使其進動。這樣，自由磁層的磁化可以通過超過某個臨界值的電流脈沖(例如在約1-10納秒)被切換，而固定磁層的磁化保持不變，只要電流脈沖低于與固定層架構相關聯的一些較高的閾值。

對于pSTTM器件，MTJ包括具有垂直(在襯底平面之外的)磁易軸的磁性電極并且可以實現比平面內變量體更高密度的存儲器。在固相外延期間通過由相鄰層促進的界面垂直各向異性，可以在固定磁層中獲得垂直磁各向異性(PMA)。

在MTJ堆疊體內的反鐵磁層或合成反鐵磁(SAF)結構可以通過抵消與固定磁性材料層相關聯的邊緣磁場來提高器件性能。典型地，在固定磁性材料層和SAF結構之間插入過濾器或勢壘材料層以使SAF中采用的材料的結晶度與固定磁性材料層的結晶度斷開聯系。在沒有過濾器層的情況下，在高退火溫度下難以在固定層中實現垂直各向異性。利用經過濾的SAF結構獲得的較高的TMR未被證明對于高溫處理(例如，400℃)是魯棒的，在熱處理超過300℃時TMR通常降低到100％或更低。TMR的這種損失使得這種MTJ材料堆疊體難以與MOS晶體管IC制造集成。因此，能夠提高固定層耐高溫處理的穩定性的過濾器是有利的。

附圖說明

在附圖中以示例而非限制的方式示出本文描述的材料。為了說明的簡單和清楚，圖中所示的元件不一定按比例繪制。例如，為了清楚起見一些元件的尺寸可能相對于其它元件被放大。此外，在認為適當的情況下，附圖之間重復附圖標記以指示對應的或類似的元件。在附圖中：

圖1是根據本發明的一些實施例的用于包括多層過濾器堆疊體的pSTTM器件的材料層堆疊體的橫截面圖；

圖2是根據一些實施例的作為所施加的磁場強度的函數的材料層堆疊體薄層電阻的曲線圖；