用于垂直磁性隧道结(MTJ)的混合合成反铁磁层制造技术

技术编号:14804052 阅读:9 留言:0更新日期:2017-03-14 23:43
一种磁性隧道结(MTJ)器件包括自由层。该MTJ还包括耦合至自由层的阻挡层。该MTJ还具有耦合至阻挡层的固定层。固定层包括第一合成反铁磁(SAF)多层,其具有第一垂直磁各向异性(PMA)和第一阻尼常数。固定层还包括第二SAF多层,其具有第二垂直磁各向异性(PMA)以及低于第一阻尼常数的第二阻尼常数。第一SAF多层比第二SAF多层更靠近阻挡层。固定层还包括第一和第二SAF多层之间的SAF耦合层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景领域本公开的诸方面涉及半导体器件,尤其涉及用于垂直磁性隧道结(pMTJ)器件的混合合成反铁磁(SAF)层。
技术介绍
与常规的随机存取存储器(RAM)芯片技术不同,在磁性RAM(MRAM)中,数据通过存储元件的磁极化来存储。这些存储元件是从由隧穿层分开的两个铁磁层形成的。两个铁磁层中的一个(被称为固定(例如钉扎)层)具有固定在特定方向上的磁化。另一铁磁磁化层(被称为自由层)具有能更改至两种不同状态的磁化方向。具有固定层、隧穿层和自由层的一种此类器件是磁性隧道结(MTJ)。在MTJ中,自由层的不同状态可被用于表示逻辑“1”或逻辑“0”。具体地,MTJ的电阻取决于自由层磁化和固定层磁化是彼此并行还是彼此反并行。例如,在自由层磁化与固定层磁化反并行时表示逻辑“1”状态。在自由层磁化与固定层磁化并行时表示逻辑“0”状态。存储器设备(诸如MRAM)是从可个体寻址的MTJ的阵列构造的。为了将数据写入常规MRAM中,通过MTJ来施加超过临界切换电流的写电流。写电流应该超过切换电流足够量以改变自由层的磁化方向。当写电流以第一方向流动时,MTJ被置于或者保持在第一状态。在第一状态中,MTJ的自由层磁化方向和固定层磁化方向在并行取向上对齐。当写电流以与第一方向相反的第二方向流动时,MTJ被置于或者保持在第二状态。在第二状态中,MTJ的自由层磁化和固定层磁化处于反并行取向。概述根据本公开的一方面的磁性隧道结(MTJ)器件包括自由层。该MTJ还包括耦合至自由层的阻挡层。该MTJ还包括耦合至阻挡层的固定层。固定层包括第一合成反铁磁(SAF)多层,其具有第一垂直磁各向异性(PMA)和第一阻尼常数。固定层还包括第二SAF多层,其具有第二垂直磁各向异性(PMA)以及低于第一阻尼常数的第二阻尼常数。第一SAF多层比第二SAF多层更靠近阻挡层。固定层还包括第一和第二SAF多层之间的SAF耦合层。根据本公开的另一方面的一种制造磁性隧道结(MTJ)器件的方法包括沉积具有第一垂直磁各向异性(PMA)和第一阻尼常数的第一合成反铁磁(SAF)多层。该方法进一步包括在第一SAF多层上沉积SAF耦合层。该方法还包括沉积具有第二垂直磁各向异性(PMA)以及低于第一阻尼常数的第二阻尼常数的第二SAF多层。该方法还包括在第二SAF多层上沉积阻挡层。该方法进一步包括在阻挡层上沉积自由层。根据本公开的另一方面的一种磁性隧道结(MTJ)器件包括自由层、阻挡层、以及固定层。固定层包括用于提供第一垂直磁各向异性(PMA)和第一阻尼常数的装置。固定层还包括用于提供第二垂直磁各向异性(PMA)以及低于第一阻尼常数的第二阻尼常数的装置。第一提供装置比第二提供装置更靠近阻挡层。固定层还具有用于耦合该第一和第二提供装置的装置。这已较宽泛地勾勒出本公开的特征和技术优势以便下面的详细描述可以被更好地理解。本公开的附加特征和优点将在下文描述。本领域技术人员应该领会,本公开可容易地被用作修改或设计用于实施与本公开相同的目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到,这样的等效构造并不脱离所附权利要求中所阐述的本公开的教导。被认为是本公开的特性的新颖特征在其组织和操作方法两方面连同进一步的目的和优点在结合附图来考虑以下描述时将被更好地理解。然而,要清楚理解的是,提供每一幅附图均仅用于解说和描述目的,且无意作为对本公开的限定的定义。附图简述为了更全面地理解本公开,现在结合附图参阅以下描述。图1解说了根据本公开的一个方面的垂直磁性隧道结(pMTJ)的横截面视图。图2解说了根据本公开的一个或多个方面的垂直磁性隧道结(pMTJ)中的结构。图3解说了根据本公开的一个或多个方面的垂直磁性隧道结(pMTJ)内的结构。图4是解说本公开的一个或多个方面的过程流图。图5是示出其中可有利地采用本公开的配置的示例性无线通信系统的框图。图6是解说根据一种配置的用于半导体组件的电路、布局、以及逻辑设计的设计工作站的框图。详细描述以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述,而无意表示可实践本文中所描述的概念的仅有的配置。本详细描述包括具体细节以便提供对各种概念的透彻理解。然而,对于本领域技术人员将显而易见的是,没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中,以框图形式示出众所周知的结构和组件以避免湮没此类概念。如本文中所描述的,术语“和/或”的使用旨在表示“包含性或”,而术语“或”的使用旨在表示“排他性或”。用于形成磁性随机存取存储器(MRAM)的磁性隧道结(MTJ)的材料一般展现高隧穿磁阻(TMR)、高垂直磁各向异性(PMA)以及良好的数据保留性。具有垂直取向的MTJ结构被称为垂直磁性隧道结(pMTJ)器件。具有介电阻挡层(例如,氧化镁(MgO))的材料叠层(例如,钴铁硼(CoFeB)材料)可被用于pMTJ结构中。已经考虑在MRAM结构中使用包括材料叠层(例如,CoFeB/MgO/CoFeB)的pMTJ结构。pMTJ可采用完全垂直磁化的钉扎层。可使用合成反铁磁(SAF)层来形成pMTJ的垂直钉扎层。可由钴/铂(Co/Pt)或钴/镍(Co/Ni)的多层叠层形成pMTJ的SAF层。当由钴/铂(Co/Pt)或钴/镍(Co/Ni)的多层叠层形成时,pMTJ的垂直钉扎层可能不会展现用于改善器件性能的高磁各向异性、良好热稳定性以及低阻尼常数。例如,由钴/铂(Co/Pt)多层叠层形成的垂直钉扎层显现高各向异性以及良好的热稳定性。然而,Co/Pt多层叠层的阻尼常数由于Pt的强自旋轨道耦合而非常高。垂直钉扎层的另一候选是钴/镍(Co/Ni)多层叠层。在[Co/Pt]多层叠层中,Co/Pt周期的数目范围可从2到30,并且通常可在4与15之间。[Co/Pt]多层叠层中钴层的厚度范围可在1.5埃与8埃之间,并且铂层的厚度范围可在1.5埃与12埃之间。在[Co/Ni]多层叠层中,Co/Ni周期的数目范围可从2到30,并且通常可在4与15之间。[Co/Ni]多层叠层中钴层的厚度范围可在1.5埃与8埃之间,并且镍层的厚度范围可在2埃与10埃之间。Co/Ni多层叠层由于完全铁磁层的本质而具有较低的阻尼常数,但其磁各向异性对于在pMTJ钉扎层中使用而言相对较小。Co/Pt多层叠层或Co/Ni多层叠层一般不满足垂直钉扎层所期望的各向异性、热稳定性、以及阻尼常数。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性隧道结(MTJ)器件,包括:自由层;耦合至所述自由层的阻挡层;以及耦合至所述阻挡层的固定层,所述固定层包括:第一合成反铁磁(SAF)多层,其具有第一垂直磁各向异性(PMA)和第一阻尼常数;第二SAF多层,其具有第二垂直磁各向异性(PMA)以及低于所述第一阻尼常数的第二阻尼常数,所述第一SAF多层比所述第二SAF多层更靠近所述阻挡层;以及在所述第一SAF多层与所述第二SAF多层之间的SAF耦合层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.17 US 14/109,2341.一种磁性隧道结(MTJ)器件,包括:
自由层;
耦合至所述自由层的阻挡层;以及
耦合至所述阻挡层的固定层,所述固定层包括:
第一合成反铁磁(SAF)多层,其具有第一垂直磁各向异性(PMA)
和第一阻尼常数;
第二SAF多层,其具有第二垂直磁各向异性(PMA)以及低于所述
第一阻尼常数的第二阻尼常数,所述第一SAF多层比所述第二SAF多层
更靠近所述阻挡层;以及
在所述第一SAF多层与所述第二SAF多层之间的SAF耦合层。
2.如权利要求1所述的MTJ器件,其特征在于,所述第二垂直磁各向异
性(PMA)低于所述第一PMA。
3.如权利要求2所述的MTJ器件,其特征在于,所述SAF耦合层包括钌。
4.如权利要求1所述的MTJ器件,其特征在于,所述第一SAF多层包括
钴铂多层叠层。
5.如权利要求1所述的MTJ器件,其特征在于,所述第一SAF多层包括
钴钯多层叠层。
6.如权利要求1所述的MTJ器件,其特征在于,所述第二SAF多层包括
钴镍多层叠层。
7.如权利要求1所述的MTJ器件,其特征在于,所述第一SAF多层包括
钴铂多层叠层和钴镍多层叠层。
8.如权利要求7所述的MTJ器件,其特征在于,所述第二SAF多层包括
钴镍多层叠层。
9.如权利要求1所述的MTJ器件,其特征在于,所述MTJ器件被集成到
移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、
手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元、和/或位置固定的数据单
元中。
10.一种制造磁性隧道结(MTJ)器件的方法,包括:
沉积具有第一垂直磁各向异性(PMA)和第一阻尼常数的第一合成反铁
磁(SAF)多层;
在所述第一SAF多层上沉积SAF耦合层;
沉积具有第二垂直磁各向异性(PMA)以及低于所述第一阻尼常数的第
二阻尼常数的第二SAF多层;
在所述第二SAF多层上沉积阻挡层;以及
在所述阻挡层上沉积自由层。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述第二垂直磁各向异性
(PMA)低于所述第一PMA。
12.如权利要求10所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员:C·帕克K·李S·H·康
申请(专利权)人:高通股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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