垂直磁性元件的杂散场的自补偿制造技术

垂直磁性隧道结(pMTJ)器件(500)包括：垂直基准层(314)、该垂直基准层的表面上的隧道势垒层(310)、以及该隧道势垒层的表面上的垂直自由层(308)。该pMTJ器件还包括在隧道势垒层上且围绕垂直自由层的电介质钝化层(312)。该pMTJ器件进一步包括电介质钝化层上的高磁导率材料(406)，该高磁导率材料被配置成由垂直基准层磁化以及向垂直自由层提供补偿来自该垂直基准层的杂散场的杂散场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般涉及磁性隧道结(MTJ)器件。更具体地，本公开涉及用于垂直磁性元件的杂散场的自补偿的方法。背景与常规的随机存取存储器(RAM)芯片技术不同，在磁性RAM(MRAM)中，通过存储元件的磁化来存储数据。存储元件的基本结构包括由薄的隧穿势垒分隔开的金属铁磁层。通常，势垒下方的铁磁层(例如，钉扎层)具有固定在特定方向上的磁化。隧穿势垒上方的铁磁磁性层(例如，自由层)具有可被更改以表示“1”或“0”的磁化方向。例如，在自由层磁化与固定层磁化反平行时可表示为“1”。另外，在自由层磁化与固定层磁化平行时可表示为“0”，反之亦然。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)。MTJ的电阻取决于自由层磁化和固定层磁化是彼此平行还是彼此反平行。存储器设备(诸如MRAM)是从可个体寻址的MTJ阵列构建的。为了将数据写入常规MRAM，通过MTJ来施加超过临界切换电流的写电流。施加超过临界切换电流的写电流改变自由层的磁化方向。当写电流以第一方向流动时，MTJ可被置于或者保持在第一状态，其中其自由层磁化方向和固定层磁化方向在平行取向上对准。当写电流以与第一方向相反的第二方向流动时，MTJ可被置于或者保持在第二状态，其中其自由层磁化和固定层磁化呈反平行取向。为了读取常规MRAM中的数据，读电流可经由用于将数据写入MTJ的相同电流路径来流经该MTJ。如果MTJ的自由层和固定层的磁化彼此平行地取向，则MTJ呈现平行电阻。该平行电阻不同于在自由层和固定层的磁化以反平行取向的情况下MTJ将呈现的电阻(反平行)。在常规MRAM中，由MRAM的位单元中的MTJ的这两个不同电阻定义两种相异的状态。这两个不同的电阻指示由该MTJ存储逻辑“0”值还是逻辑“1”值。自旋转移矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM)是具有非易失性优势的新兴非易失性存储器。具体地，STT-MRAM以比片下动态随机存取存储器(DRAM)更高的速度来操作。另外，STT-MRAM具有比嵌入式静态随机存取存储器(eSRAM)更小的芯片尺寸、无限读/写耐久性、以及低阵列漏泄电流。垂直磁性隧道结(pMTJ)可以是STT-MRAM内的元件。对于具有pMTJ的STT-MRAM的写入，切换的不对称性是生产的关键问题。对pMTJ的不平衡切换作出贡献的因素是销钉层(例如，基准层)的杂散场。合成反铁磁(SAF)销钉结构以及在势垒上停止MTJ蚀刻的方案被提议用于解决此问题。然而，那些办法不完全解决该问题并且导致MTJ堆叠变得过度地复杂。概述一种垂直磁性隧道结(pMTJ)器件包括：垂直基准层、该垂直基准层的表面上的隧道势垒层、以及该隧道势垒层的表面上的垂直自由层。该pMTJ器件还包括在隧道势垒层上且围绕垂直自由层的电介质钝化层。该pMTJ器件进一步包括电介质钝化层上的高磁导率材料，该高磁导率材料被配置成由垂直基准层磁化并且向垂直自由层提供补偿来自该垂直基准层的杂散场的杂散场。另一种pMTJ器件包括：垂直基准层、该垂直基准层的表面上的隧道势垒层、以及该隧道势垒层的表面上的垂直自由层。该pMTJ器件还包括在隧道势垒层上且围绕垂直自由层的电介质钝化层。该pMTJ器件进一步包括用于向垂直自由层提供杂散场的装置，该杂散场补偿来自垂直基准层的杂散场。一种制造pMTJ器件的方法包括沉积磁性隧道结(MTJ)堆叠，以及将MTJ堆叠的一部分蚀刻至隧道势垒层。该方法还包括在该隧道势垒层上沉积电介质钝化层，以及在该电介质钝化层上沉积高磁导率材料。一种用于制造pMTJ器件的计算机程序产品包括其上记录有非瞬态程序代码的非瞬态计算机可读介质。该程序代码包括用于沉积MTJ堆叠的程序代码、用于将该MTJ堆叠的一部分蚀刻至隧道势垒层的程序代码、用于在该隧道势垒层上沉积电介质钝化层的程序代码、以及用于在该电介质钝化层上沉积高磁率导材料的程序代码。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是连接至存取晶体管的磁性隧道结(MTJ)器件的示图。图2是包括MTJ的常规磁性随机存取存储器(MRAM)单元的概念图。图3是根据本公开的诸方面的经历不对称切换的MTJ器件的横截面图。图4是根据本公开的诸方面的配置成用于杂散场的自补偿的MTJ器件的横截面图。图5是根据本公开的诸方面的配置成用于杂散场的自补偿的MTJ器件的3D视图。图6A-6D是解说根据本公开的诸方面的制造具有杂散场的自补偿的MTJ器件的方法的横截面图。图7是解说根据本公开的诸方面的制造pMTJ器件的方法的过程流程图。图8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9是解说了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。如本文所述的，术语“和/或”的使用旨在表示“可兼性或”，而术语“或”的使用旨在表示“排他性或”。MRAM是使用磁性元件的非易失性存储器技术。例如，自旋转移矩磁阻随机存取存储器(STT-MRAM)使用当穿过薄膜(自旋过滤器)时变为自旋极化的电子。STT-MRAM也被称为自旋转移矩RAM(STT-RAM)、自旋矩转移磁化切换RAM(Spin-RAM)、以及自旋动量转移(SMT-RAM)。STT-MRAM还是具有非易失性的优点的新兴非易失性存储器。具体地，STT-MRAM以比片下动态随机存取存储器(DRAM)更高的速度来操作。另外，STT-MRAM具有比嵌入式静态随机存取存储器(eSRAM)更小的芯片尺寸、无限读/写耐久性、以及低阵列漏泄电流。磁性随机存取存储器的位单元可被布置成包括存储器元件(例如，MRAM情形中的MTJ)模式的一个或多个阵列。垂直磁性隧道结(pMTJ)可以是STT-MRAM内的元件。对于具有pMTJ的STT-MRAM的写入，切换的不对称性是生产的关键问题。对pMTJ的不平衡切换作出贡献的因素是销钉层(例如，基准层)的杂散场。根据本公开的一个方面，MTJ或pMTJ设计提供用于单个销钉层或合成反铁磁销钉层的杂散场的自补偿。设计的实现与当前MTJ器件集成兼容。另外，所公开的具有单个销钉层的pMTJ结构可由于其简单化的结构而改进该销钉层的热稳定性。图1解说了存储器设备的存储器单元100，其包括耦合至存取晶体管104的磁性隧道结(MTJ)102。该存储器设备可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直磁性隧道结(pMTJ)器件，包括：垂直基准层；所述垂直基准层的表面上的隧道势垒层；所述隧道势垒层的表面上的垂直自由层；在所述隧道势垒层上且围绕所述垂直自由层的电介质钝化层；以及所述电介质钝化层上的高磁导率材料，所述高磁导率材料被配置成由所述垂直基准层磁化并且向所述垂直自由层提供补偿来自所述垂直基准层的杂散场的杂散场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.07 US 14/454,5091.一种垂直磁性隧道结(pMTJ)器件，包括：垂直基准层；所述垂直基准层的表面上的隧道势垒层；所述隧道势垒层的表面上的垂直自由层；在所述隧道势垒层上且围绕所述垂直自由层的电介质钝化层；以及所述电介质钝化层上的高磁导率材料，所述高磁导率材料被配置成由所述垂直基准层磁化并且向所述垂直自由层提供补偿来自所述垂直基准层的杂散场的杂散场。2.如权利要求1所述的pMTJ器件，其特征在于，所述垂直基准层包括单个层。3.如权利要求1所述的pMTJ器件，其特征在于，所述垂直基准层包括合成反铁磁(SAF)层。4.如权利要求1所述的pMTJ器件，其特征在于，所述高磁导率材料包括：镍铁高磁导率合金、基于镍铁(NiFe)的材料、基于铁的材料、铁氧体、透磁合金、氧掺杂和氮化物掺杂。5.如权利要求1所述的pMTJ器件，其特征在于，所述垂直基准层在所述垂直自由层的外部横向延伸。6.如权利要求1所述的pMTJ器件，其特征在于，所述电介质钝化层包括氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON或SiOxNy)、氧化铝(AlOx)、和氧化硅(SiOx)。7.如权利要求1所述的pMTJ器件，其特征在于，所述pMTJ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/或固定位置的数据单元中。8.一种垂直磁性隧道结(pMTJ)器件，包括：垂直基准层；所述垂直基准层的表面上的隧道势垒层；所述隧道势垒层的表面上的垂直自由层；在所述隧道势垒层上且围绕所述垂直自由层的电介质钝化层；以及用于向所述垂直自由层提供杂散场的装置，所述杂散场补偿来自所述垂直基准层的杂散场。9.如权利要求8所述的pMTJ器件，其特征在于，所述垂直基准层包括单个层。10.如权利要求8所述的pMTJ器件，其特征在于，所述垂直基准层包括合成反铁磁(SAF)层。11.如权利要求8所述的pMTJ器件，其特征在于，所述提供装置包括：镍铁高磁导率合金、基于镍铁(NiFe)的材料、基于铁的材料、铁氧体、透磁合金、氧掺杂和氮化物掺杂。12.如权利要求8所述的pMTJ器件，其特征在于，所述垂直基准层在所述垂直自由层的外部横向延伸。13.如权利要求8所述的pMTJ器件，其特征在于，所述电介质钝化层包括氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON或SiOxNy)、氧化铝(AlOx)、和氧化硅(SiOx)。14.如权利要求8所述的pMTJ器件，其特征在于，所述pMTJ器件被集成到移动电话、机顶盒、音乐播放器、...

【专利技术属性】
技术研发人员：WC·陈，X·朱，X·李，Y·陆，C·朴，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