[發(fā)明專利]磁性隧道結(jié)的熱預算增強

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580085159.0
• 申請日: 2015-12-07
• 公開（公告）號: CN108292700B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T.拉曼;C.J.魏甘德;D.B.伯格斯特龍
• 申請（專利權(quán)）人: 英特爾公司
• 主分類號: H01L43/02
• 分類號: H01L43/02;H01L43/08;H01L43/10;H01L43/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周學斌;申屠偉進

本公開內(nèi)容的實施例針對一種包括擴散勢壘的磁穿隧結(jié)（MTJ）。該擴散勢壘可以被設(shè)置在MTJ的兩個鐵磁層之間。更具體地，該擴散勢壘可以被設(shè)置在鄰近自然反鐵磁層的第一鐵磁層和第二鐵磁層之間；該第一和第二鐵磁層和擴散勢壘是合成反鐵磁體的一部分。該擴散勢壘可以由諸如鉭的難熔金屬制成。該擴散勢壘充當針對從天然反鐵磁層至合成反鐵磁體和MTJ的其他更高層的錳擴散的勢壘。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容涉及磁性隧道結(jié)，并且更特別地涉及增大磁性隧道結(jié)的熱穩(wěn)定性。

背景技術(shù)

諸如可以在磁性隨機存取存儲器（MRAM）器件中利用的磁性隧道結(jié)器件（MTJ）的制造通常包括被隧道勢壘層分開的頂部和底部鐵磁電極。該MRAM器件經(jīng)由通過兩個鐵磁電極之間的勢壘層的電子隧穿而操作。在MTJ的制造以及與互補金屬氧化物半導體（COMS）的集成期間，高溫熱過程可能導致隧穿磁阻的下降或損失以及電阻面積積（resistance-areaproduct）的增大。

附圖說明

圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的磁隧穿結(jié)（MTJ）的示意性框圖。

圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容的實施例的磁隧穿結(jié)（MTJ）的示意性框圖。

圖3-1是用于形成包括擴散層的磁隧穿結(jié)的工藝流程圖。

圖3-2是用于形成包括擴散層的磁隧穿結(jié)的圖3-1 的工藝流程圖的繼續(xù)。

圖4是實施本公開內(nèi)容的一個或多個實施例的內(nèi)插器（interposer）。

圖5是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施例構(gòu)建的計算設(shè)備。

圖6是磁隧穿結(jié)的兩個鐵磁層之間的擴散勢壘的示例傳輸電子顯微照片。

具體實施方式

現(xiàn)有技術(shù)的磁性隧道結(jié)（MTJ）器件中的熱降解（thermal degradation）的一個模式是經(jīng)由多層堆疊中的一個或多個元素的原子擴散。特別地，來自反鐵磁固定層（pinninglayer）的錳可以在超過400C的溫度下可移動。該公開內(nèi)容描述了在充當擴散勢壘的多層MTJ堆疊中的位置處添加確定厚度的難熔金屬層，而同時允許MTJ堆疊保持其功能所必需的關(guān)鍵磁性質(zhì)。

MTJ器件在含有錳的反鐵磁層與MTJ堆疊中的其他磁性層之間缺少擴散勢壘。因此，這些MTJ堆疊中的熱降解在400C左右開始，由此面積電阻上升且隧道磁阻率下降，這二者都是適當?shù)钠骷δ芩黄谕摹ｅi（Mn）擴散到合成反鐵磁層中可以減小耦合強度，這可以使得參考層不穩(wěn)定且促使TMR在某一切換場處降低。Mn擴散到隧道勢壘層中還可能促使MTJ的穿隧磁阻（TMR）的減小且增大MTJ的電阻面積積。這些結(jié)果可以使MTJ充當存儲器元件的能力降低。

在一些實施例中，作為耐熔金屬的鉭（Ta）的層可以充當擴散勢壘。Ta的擴散勢壘的厚度可以是大約1-10埃（?）。可以經(jīng)由能量色散X射線光譜學（EDX）或電子能量損失能譜學（EELS），使用具有元素過濾的透射電子顯微鏡(TEM)來檢測擴散勢壘。此類技術(shù)將揭示在MJT中使用難熔金屬或難熔金屬氮化物擴散勢壘，諸如在擴散勢壘設(shè)置于鄰近天然反鐵磁層的鐵磁層之間的實施例中。在此公開內(nèi)容中術(shù)語“設(shè)置”可以意指駐留、形成、濺射、沉積、存在、處在、安置、與…物理接觸、或以其他方式定位。

本文中描述的是增加磁性隧道結(jié)（MTJ）的熱穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。在下面的描述中，將使用本領(lǐng)域技術(shù)人員通常采用的術(shù)語來描述說明性實現(xiàn)的各個方面以便將他們的工作的實質(zhì)傳達給本領(lǐng)域中的其他技術(shù)人員。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可以僅利用所述方面中的一些來實踐本公開內(nèi)容。為了解釋的目的，闡述具體數(shù)字、材料和配置以便提供對說明性實現(xiàn)的透徹理解。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可以在沒有該具體細節(jié)的情況下實踐本公開內(nèi)容。在其他實例中，公知的特征被省略或簡化以便不使該說明性實現(xiàn)模糊。