具有多层过滤器堆叠体的PSTTM器件制造技术

MTJ材料堆叠体，采用这种堆叠体的pSTTM器件，以及采用这种pSTTM器件的计算平台。在一些实施例中，垂直MTJ材料堆叠体包括设置在固定磁层与反铁磁层或合成反铁磁(SAF)堆叠体之间的多层过滤器堆叠体。在一些实施例中，过滤器堆叠体的非磁性层包括Ta、Mo、Nb、W或Hf中的至少一个。这些过渡金属可以是纯的形式或与其它成分形成合金。

PSTTM devices with multilayer filter stack

MTJ material stack, pSTTM device using this stack, and computing platform using this pSTTM device. In some embodiments, the vertical MTJ material stack consists of a multilayer filter stack set between the fixed magnetosphere and the antiferromagnetic layer or the synthetic antiferromagnetic (SAF) stack. In some embodiments, the nonmagnetic layer of the filter stack includes at least one of Ta, Mo, Nb, W or Hf. These transition metals can be pure forms or alloys formed with other components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多层过滤器堆叠体的PSTTM器件相关申请的交叉引用本申请包含的主题涉及于2015年9月25日提交的标题为“PSTTMDEVICEWITHFREEMAGNETICLAYERSCOUPLEDTHROUGHAMETALLAYERHAVINGHIGHTEMPERATURESTABILITY”的PCT申请PCT/US15/52292(案卷号01.P87084PCT)，以及2015年9月25日提交的标题为“PSTTMDEVICEWITHBOTTOMELECTRODEINTERFACEAMTERIAL”的PCT申请US15/XXXXXX(案卷号01.P87086PCT)。
技术介绍
STTM器件是利用被称为隧道磁阻(TMR)的现象的非易失性存储器器件。对于包括由薄绝缘隧道层分隔的两个铁磁层的结构，当两个磁层的磁化处于平行取向而不是非平行取向(非平行或反平行方向)时，电子将更可能穿过隧道层。这样，典型地包括由隧道势垒层分开的固定磁层和自由磁层的磁性隧道结(MTJ)可以在两种电阻状态之间切换，一种状态具有低电阻并且一种状态具有高电阻。电阻差异越大，TMR比率越高：(RAP-RP)/Rp*100％，其中RP和RAP分别是用于磁化的平行和反平行对准的电阻。TMR比率越高，与MTJ电阻状态相关联的位越容易被可靠地存储。因此，给定MTJ的TMR比率是STTM的重要性能指标。对于STTM器件，可以使用电流感应磁化切换来设置位状态。一个铁磁层的极化状态可以通过自旋转移矩现象而相对于第二铁磁层的固定极化进行切换，使得MTJ的状态能够通过施加电流来设定。电子的角动量(自旋)可以通过一个或多个结构和技术(例如，直流，自旋霍尔效应等)被极化。这些自旋极化的电子可以将它们的自旋角动量转移到自由层的磁化并使其进动。这样，自由磁层的磁化可以通过超过某个临界值的电流脉冲(例如在约1-10纳秒)被切换，而固定磁层的磁化保持不变，只要电流脉冲低于与固定层架构相关联的一些较高的阈值。对于pSTTM器件，MTJ包括具有垂直(在衬底平面之外的)磁易轴的磁性电极并且可以实现比平面内变量体更高密度的存储器。在固相外延期间通过由相邻层促进的界面垂直各向异性，可以在固定磁层中获得垂直磁各向异性(PMA)。在MTJ堆叠体内的反铁磁层或合成反铁磁(SAF)结构可以通过抵消与固定磁性材料层相关联的边缘磁场来提高器件性能。典型地，在固定磁性材料层和SAF结构之间插入过滤器或势垒材料层以使SAF中采用的材料的结晶度与固定磁性材料层的结晶度断开联系。在没有过滤器层的情况下，在高退火温度下难以在固定层中实现垂直各向异性。利用经过滤的SAF结构获得的较高的TMR未被证明对于高温处理(例如，400℃)是鲁棒的，在热处理超过300℃时TMR通常降低到100％或更低。TMR的这种损失使得这种MTJ材料堆叠体难以与MOS晶体管IC制造集成。因此，能够提高固定层耐高温处理的稳定性的过滤器是有利的。附图说明在附图中以示例而非限制的方式示出本文描述的材料。为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大。此外，在认为适当的情况下，附图之间重复附图标记以指示对应的或类似的元件。在附图中：图1是根据本专利技术的一些实施例的用于包括多层过滤器堆叠体的pSTTM器件的材料层堆叠体的横截面图；图2是根据一些实施例的作为所施加的磁场强度的函数的材料层堆叠体薄层电阻的曲线图；图3是根据一些实施例的对包括具有不同非磁性材料层的多层过滤器堆叠体的材料层堆叠体的TMR％进行比较的曲线图；图4是根据本专利技术的一些其它实施例的用于进一步包括多层磁性材料堆叠体的pSTTM器件的材料层堆叠体的横截面图；图5是根据本专利技术的一些其它实施例的用于进一步包括电极界面材料的pSTTM器件的材料层堆叠体的横截面图；图6是根据一些实施例的示出制造图1所示的pSTTM器件的方法的流程图；图7是根据本专利技术的实施例的包括自旋转移矩元件的STTM位单元的示意图；图8是根据本专利技术的实施例的示出采用STTM阵列的移动计算平台和数据服务器机器的示意图；以及图9是示出根据本专利技术的实施例的电子计算设备的功能框图。具体实施方式参考附图来描述一个或多个实施例。尽管详细描绘并讨论了具体的配置和布置，但应该理解这仅仅是为了说明的目的而完成的。相关领域的技术人员将认识到，其它配置和布置是可能的而不脱离本说明书的精神和范围。对于相关领域的技术人员来说显而易见的是，本文描述的技术和/或布置可以用于除了本文详细描述的那些之外的各种其它系统和应用。在下面的具体实施方式部分中参考附图，附图形成该具体实施方式的一部分并且示出示例性实施例。此外，应该理解的是可以利用其它实施例并且可以进行结构和/或逻辑改变而不脱离要求保护的主题的范围下。还应该注意的是，例如上、下、顶部、底部等方向和引用可以仅用于帮助描述附图中的特征。因此，下面的具体实施方式不应被视为具有限制意义并且要求保护的主题的范围仅由所附权利要求及其等同物限定。在下面的描述中，阐述了许多细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在一些情况下，公知的方法和设备以框图形式而不是详细地示出，以避免使本专利技术难以理解。在整个说明书中对“实施例”或“一个实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构、功能或特性被包括在本专利技术的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书各处出现的短语“在实施例中”或“在一个实施例中”不一定指代本专利技术的同一个实施例。此外，特定特征、结构、功能或特性可以以任何合适的方式被组合在一个或多个实施例中。例如，第一实施例可以与第二实施例组合，只要与两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不互相排斥。如在本专利技术的说明书和所附权利要求中所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”和“所述”旨在还包括复数形式。还将理解的是，本文所使用的术语“和/或”是指并且包含相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有可能组合。术语“耦合”和“连接”及其衍生词可以在本文中用于描述部件之间的功能或结构关系。应该理解的是这些术语并非旨在作为彼此的同义词。而是，在特定实施例中，“连接”可以用于指示两个或更多元件彼此直接物理接触、光学接触或电接触。“耦合”可以用于指示两个或更多元件彼此直接或间接地(在它们之间具有其它居间元件)物理或电接触，和/或两个或更多元件彼此协作或相互作用(例如，如在因果关系中)。本文使用的术语“在...之上”、“在...之下”、“在...之间”和“在...之上”指的是一个部件或材料相对于其它部件或材料的相对位置，其中这种物理关系是值得注意的。例如在材料的上下文中，一种材料或材料设置在另一材料之上或之下可以直接接触或可以具有一种或多种居间材料。此外，一种材料设置在两种材料或材料之间可以直接与两层接触，或者可以具有一个或多个居间层。相比之下，在第二材料或材料“上”的第一材料或材料与该第二材料/材料直接接触。在部件组装的上下文中进行类似的区分。如贯穿本说明书以及在权利要求中所使用的，通过术语“…中的至少一个”或“…中的一个或多个”连接的项目列表可以表示所列术语的任何组合。例如，短语“A、B或C中的至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设置在衬底之上的磁性隧道结(MTJ)材料层堆叠体，所述堆叠体包括：反铁磁层或堆叠体；多层过滤器堆叠体，其包括设置在两个非磁性材料层之间的第一磁性材料层，其中，至少一个所述非磁性材料层包括Ta、Mo、Nb或Hf中的至少一个；固定磁性材料层或堆叠体和自由磁性材料层或堆叠体，所述固定磁性材料层或堆叠体包括设置在所述过滤器堆叠体之间的一个或多个第二磁性材料层，所述自由磁性材料层或堆叠体包括一个或多个第三磁性材料层；以及第一电介质材料层，其设置在所述固定磁性材料层或堆叠体与所述自由磁性材料层或堆叠体之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设置在衬底之上的磁性隧道结(MTJ)材料层堆叠体，所述堆叠体包括：反铁磁层或堆叠体；多层过滤器堆叠体，其包括设置在两个非磁性材料层之间的第一磁性材料层，其中，至少一个所述非磁性材料层包括Ta、Mo、Nb或Hf中的至少一个；固定磁性材料层或堆叠体和自由磁性材料层或堆叠体，所述固定磁性材料层或堆叠体包括设置在所述过滤器堆叠体之间的一个或多个第二磁性材料层，所述自由磁性材料层或堆叠体包括一个或多个第三磁性材料层；以及第一电介质材料层，其设置在所述固定磁性材料层或堆叠体与所述自由磁性材料层或堆叠体之间。2.根据权利要求1所述的材料堆叠体，其中：所述磁性材料层具有垂直磁各向异性；所述反铁磁层或堆叠体包括合成反铁磁体(SAF)堆叠体；所述过滤器堆叠体中的第一非磁性材料层与所述第一磁性材料层和所述SAF堆叠体的材料层直接接触；所述过滤器堆叠体中的第二非磁性材料层与所述第二磁性材料层中的一个和所述第一磁性材料层直接接触。3.根据权利要求2所述的材料堆叠体，其中，所述过滤器堆叠体中的两个所述非磁性材料层都包括Ta并且每个所述非磁性材料层具有0.1nm到0.5nm之间的膜厚度。4.根据权利要求3所述的材料堆叠体，其中，所述过滤器堆叠体中的所述第二非磁性材料层具有比所述第一非磁性材料层更大的膜厚度。5.根据权利要求3所述的材料堆叠体，其中，所述过滤器堆叠体中的每个所述非磁性材料层至少主要是Ta并且具有0.2nm至0.5nm的膜厚度。6.根据权利要求5所述的材料堆叠体，其中，所述过滤器堆叠体中的每个所述非磁性材料层由Ta组成。7.根据权利要求2所述的材料堆叠体，其中，所述过滤器堆叠体中的两个所述非磁性材料层包括Ta、Mo、Nb、W或Hf中的至少一个，并且每个所述非磁性材料层具有0.1nm到0.5nm之间的膜厚度。8.根据权利要求7所述的材料堆叠体，其中，两个所述非磁性材料层都包括Mo并且每个所述非磁性材料层具有0.1nm到0.5nm之间的膜厚度。9.根据权利要求1所述的材料堆叠体，其中：所述第一磁性材料层、所述第二磁性材料层和所述第三磁性材料层包括CoFeB；所述第一电介质材料层包含MgO；并且所述第一磁性材料层具有在0.4到0.9nm之间的厚度。10.一种非易失性存储器单元，包括：第一电极；耦合到所述存储器阵列的第一互连金属化结构的第二电极；根据权利要求1-9中任一项所述的MTJ材料堆叠体；以及晶体管，其具有电耦合到所述第一电极的第一端子、电耦合到所述存储器阵列的第二互连金属化结构的第二端子、以及电耦合到所述存储器阵列的第三互连金属化结构的第三端子。11.根据权利要求10所述的存储器器件，其中：所述磁性材料层具有垂直磁各向异性；所述反铁磁层或堆叠体包括合成反铁磁体(SAF)堆叠体；每个所述磁性材料层包括富F...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·奥乌兹，K·P·奥布莱恩，C·J·维甘德，MD·T·拉赫曼，B·S·多伊尔，M·L·多齐，O·戈隆茨卡，T·加尼，J·S·布罗克曼，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US