[發(fā)明專利]磁性隧道結(jié)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201680025720.0
• 申請(qǐng)日: 2016-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN107534084B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 強(qiáng)納森·D·哈瑪斯;陳偉;蘇尼爾·S·默西;維托·庫(kù)拉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 美光科技公司
• 主分類號(hào): H01L43/08
• 分類號(hào): H01L43/08
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 王龍

本發(fā)明揭示一種磁性隧道結(jié)，其具有包括磁性記錄材料的導(dǎo)電第一磁性電極。導(dǎo)電第二磁性電極與所述第一電極隔開且包括磁性參考材料。非磁性隧道絕緣體材料在所述第一電極與第二電極之間。所述第一電極的所述磁性記錄材料包括第一磁性區(qū)域、與所述第一磁性區(qū)域隔開的第二磁性區(qū)域、及與所述第一及第二磁性區(qū)域隔開的第三磁性區(qū)域。包括金屬氧化物的第一非磁性絕緣體區(qū)域在所述第一與第二磁性區(qū)域之間。包括金屬氧化物的第二非磁性絕緣體區(qū)域在所述第二與第三磁性區(qū)域之間。本發(fā)明揭示其它實(shí)施例。

技術(shù)領(lǐng)域

本文所揭示的實(shí)施例涉及磁性隧道結(jié)、形成磁性隧道結(jié)的磁性電極的方法、及形成磁性隧道結(jié)的方法。

背景技術(shù)

磁性隧道結(jié)是具有由薄的非磁性隧道絕緣體材料(例如電介質(zhì)材料)分離的兩個(gè)導(dǎo)電磁性電極的集成電路組件。絕緣體材料足夠薄，使得電子可在適當(dāng)條件下穿過絕緣體材料而從一個(gè)磁性電極穿隧到另一磁性電極。磁性電極中的至少一者可在正常操作寫入或擦除電流/電壓下使其總體磁化方向在兩個(gè)狀態(tài)之間切換，且通常指稱“自由”或“記錄”電極。另一磁性電極通常指稱“參考”、“固定”或“釘扎”電極，且其總體磁化方向?qū)⒉粫?huì)在施加正常操作寫入或擦除電流/電壓之后切換。參考電極及記錄電極電耦合到相應(yīng)導(dǎo)電節(jié)點(diǎn)。通過參考電極、絕緣體材料及記錄電極的那兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電阻取決于相對(duì)于參考電極的磁化方向的記錄電極的磁化方向。因此，可將磁性隧道結(jié)編程到至少兩個(gè)狀態(tài)中的一者中，且可通過測(cè)量通過磁性隧道結(jié)的電流來感測(cè)那些狀態(tài)。由于可將磁性隧道結(jié)“編程”于兩個(gè)導(dǎo)電狀態(tài)之間，所以已提出將磁性隧道結(jié)用于存儲(chǔ)器集成電路中。另外，磁性隧道結(jié)除用于存儲(chǔ)器中之外，還可用于邏輯電路或其它電路中。

可由電流誘發(fā)的外部磁場(chǎng)或通過使用自旋極化電流來切換記錄電極的總體磁化方向以導(dǎo)致自旋轉(zhuǎn)移力矩(STT)效應(yīng)。電荷載子(例如電子)具有稱為“自旋”的性質(zhì)，其是載子固有的少量角動(dòng)量。電流一般是非極化的(具有約50％“向上自旋”電子及約50％“向下自旋”電子)。自旋極化電流是具有顯著更多的任一自旋電子的電流。可通過使電流通過某一磁性材料(有時(shí)也指稱極化體材料)來產(chǎn)生自旋極化電流。如果將自旋極化電流引導(dǎo)到磁性材料中，那么可將自旋角動(dòng)量轉(zhuǎn)移到所述材料，借此影響其磁化定向。此可在自旋極化電流具有足夠量值時(shí)用于激發(fā)振蕩或甚至翻轉(zhuǎn)(即，切換)磁性材料的定向/域方向。

Co及Fe的合金或其它混合物是一種常見材料，其被提出用作為極化體材料及/或磁性隧道結(jié)中的記錄電極的磁性記錄材料的至少部分。更具體實(shí)例是Co_xFe_yB_z(其中x及y各自是10到80且z是0到50)，且可縮寫為CoFe或CoFeB。MgO是用于非磁性隧道絕緣體的理想材料。理想地，此類材料是各自具有體心立方(bcc)001晶格的晶體。可使用任何適合技術(shù)(例如，通過物理氣相沉積)來沉積此類材料。可用于最終產(chǎn)生此類材料的bcc 001晶格的一種技術(shù)包含：首先使CoFe形成為非晶的且將包括MgO的隧道絕緣體材料沉積于CoFe上。在沉積期間及/或在沉積之后，MgO隧道絕緣體、CoFe及隧道絕緣體理想地個(gè)別實(shí)現(xiàn)均勻bcc 001晶格結(jié)構(gòu)。

硼通常經(jīng)沉積為CoFe的部分以確保或提供CoFe的初始非晶沉積。可在MgO的沉積期間或在MgO的沉積之后通過在至少約250℃的溫度下使襯底退火而發(fā)生CoFe的結(jié)晶。此將誘發(fā)B原子從經(jīng)形成以允許結(jié)晶成bcc 001CoFe的CoFe基質(zhì)擴(kuò)散出。Bcc 001MgO在CoFe的結(jié)晶期間充當(dāng)模板。然而，完成的磁性隧道結(jié)構(gòu)造中的B，具體來說，CoFe/MgO界面處或MgO晶格內(nèi)的B不合意地減小磁性隧道結(jié)的穿隧磁阻(TMR)。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括磁性隧道結(jié)的襯底片段的示意剖面圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括磁性隧道結(jié)的襯底片段的示意剖面圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括磁性隧道結(jié)的襯底片段的示意剖面圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括磁性隧道結(jié)的襯底片段的示意剖面圖。