提供了优化具有多部分自由层的磁性隧道结（ＭＴＪ）的触发窗口的装置和方法。根据本发明专利技术的一个方面，一种ＭＴＪ包括：自由层；固定层；以及形成在该自由层和该固定层之间的阻挡层。该自由层又包括多个自由磁性子层，而该固定层包括多个固定磁性子层。每个固定磁性子层对自由磁性子层施加磁场。为了优化该器件的触发窗口，每个固定磁性子层的尺寸选择为基本使得作用在每个自由磁性子层上的平均磁场相等。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件，更具体地，涉及改进具有多部分自由层的磁性 隧道结中的开关性能。
技术介绍
磁阻式随机存取存储器(MRAM)使用-兹性隧道结(MTJ)存储数字信 息。MTJ通常包括由电介质阻挡层分开的固定^兹性层(pinned magnetic layer) 和自由磁性层。固定磁性层具有固定在优选的方向上的磁取向，而自由磁性 层允许在暴露于施加的磁场时转换方向。器件的阻抗取决于阻挡层任何一侧 上的层的磁取向。如果层的磁取向相对于彼此平行，跨过阻挡层的阻抗较低， 而如果层的磁取向相对于彼此反平行，则阻抗较高。阻抗的该相对变化称为 磁阻，并以相对于较低阻抗值的百分比变化表示。为了转换MTJ(即，写存储器单元)，通过设置于器件附近的字线和位 线，使用芯片内电流施加^f兹场。 一种MTJ结构依赖于由单一材料构成的自 由层的转换，该自由层构图为亚微米岛。在此结构中，通过流经字线和位线 的电流施加沿两个平面内方向的电场来切换该单部分自由层。由于表征这些 器件的磁切换性能的星型切换曲线，半选择的位(即，受到沿两个方向中的 仅一个方向的电场影响的那些)不切换。然而，尽管这种结构可以对于较大 的MTJ可靠地工作，随着器件几何尺寸缩小会出现问题。随着单部分自由 层的横向尺寸减小，MTJ的激活能相对于热激活切换也减小了，即使对于半 选^^器件也是如此。这可能使得难于切换阵列中一个选择的MTJ而不会不 注意地切换其他器件。最近，开发了一种避免这些问题并同时提供其他优点的MTJ结构，该 MTJ结构具有包括两个或者更多磁性子层的自由层。例如，当在该自由层中 使用两个磁性子层时，这些自由磁性子层大致相对于彼此反平行，并由薄的 非;兹性层隔开。才艮据该结构，通过以定时的脉冲的序列施加电流到字线和位 线，从而切换该多部分自由层，以便在该自由磁性层中引起直接写或者触发写(toggle-write)现象。至少部分由于半选择器件增强的切换激活能，该多 部分自由层结构具有提供写入阵列中的MTJ的高选择性方法的优点。然而，尽管有这些优点，具有包括两个或者更多磁性子层的自由层的 MTJ容易受到几何尺寸效应的影响，这种几何尺寸效应在具有单部分自由层 的MTJ中是不存在的。更具体地，由于多部分自由层器件中的一个磁性子 层稍微更接近于固定层，它比其他自由磁性子层感受到来自固定层的更强的 磁场。在整个器件区域上平均的这种磁场差异可以是数十个奥斯特 (Oersted),并且随着器件变小而变得更为显著。作用于自由磁性子层上的 磁场中的这种不对称不利地影响器件的切换。因此，仅仅当减少这种不对称 性的时候，才能获得最大的触发窗口(即，触发写操作有效的最大磁场范围)。因此，需要减少具有包括多个磁性子层的自由层的MTJ中存在的磁性 不对称。
技术实现思路
本专利技术通过在示例实施例中提供用于减少具有多部分自由层的MTJ中 的磁性不对称的装置和方法，致力于上述需求。通过配置，或调整一个或者 多个固定层从而从固定层产生并作用在自由层中的每个磁性子层上的平均 ^磁场基本相等，本专利技术部分实现了该需求。根据本专利技术的一个方面， 一种半导体器件包括自由层；固定层；以及 形成在该自由层和该固定层之间的阻挡层。该自由层依次包括多个自由磁性 子层，而该固定层包括多个固定磁性子层。每个固定磁性子层对自由磁性子 层施加磁场。为了实现本专利技术的目标，每个固定磁性子层的尺寸选择为基本 使得作用在每个自由磁性子层上的平均磁场相等。根据本专利技术的另一方面， 一种半导体器件包括自由层；具有第一侧面 和第二侧面的阻挡层；间隔层；以及第一和第二固定层。该自由层又包括多 个自由磁性子层。该阻挡层与该自由层的第一侧面接触而该间隔层与该自由 层的第二侧面接触。此外，该第一固定层通过阻挡层与自由层隔开，该第二 固定层通过间隔层与自由层隔开。该第一和第二固定层中的每个对自由磁性 子层施加磁场。再次地，为了实现本专利技术的目标，该第一和第二固定层配置 为基本使得作用在每个自由磁性子层上的平均磁场相等。在一示例性实施例中， 一种MTJ包括自由层和固定层。该自由层又包6括相同尺寸的两个自由磁性子层。该固定层也包括两个磁性子层，具体为下 部固定磁性子层和上部固定磁性子层，其中上部磁性子层与阻挡层相邻。两 个固定磁性子层都对两个自由磁性子层施加磁场。根据本专利技术的方面，使得 下部固定磁性子层厚度大于上部固定J兹性子层，以基本使得作用在每个自由磁性子层上的平均磁场相等。有利地，这样增加了该MTJ的触发窗口。从下面结合附图一起阅读的详细描述中，本专利技术的这些和其他特征和优 点将变得明显。附图说明图1显示了根据本专利技术的第一示例性实施例的MTJ的筒化截面图。 图2显示了图1实施例的平面图。图3显示了示例说明用于切换图1实施例的磁场脉沖序列的图示。 图4显示了范例MTJ响应于图3 f兹场脉冲序列的阻抗。 图5显示了根据本专利技术的第二示例性实施例的MTJ的简化截面图。 图6显示了根据本专利技术的第三示例性实施例的MTJ的简化截面图。具体实施例方式将参照才艮据本专利技术的方面的示例性实施例描述本专利技术。作为结果，可以 对这里描述的实施例进行各种修改和变化，并且其结果将仍然处于本专利技术的 范围之内。不期望或者不应推断为对于描述的特定实施例的任何限制。还应当注意到附图中示出的各种层和/或区域并不是按比例绘制，并且为 了说明的方i更，集成电路中通用的类型的一个或者多个层和/或区域可能不在 给定的图中明确地示出。这不意味着没有明确示出的层和/或区域从实际的集 成电路中略去。图1示出4艮据本专利技术的一示例性实施例的MTJ 100的简化截面图。该 MTJ夹在图中没有显示的字线和位线之间。字线位于MTJ的顶部，位线位 于MTJ的底部，尽管本专利技术预期字线和位线的替代结构。MTJ 100包括固定层IIO和自由层130。阻挡层120位于固定层110和 自由层130之间。固定层110又包括下部固定磁性子层114和上部固定磁性 子层118,由反铁磁性耦合子层116隔开。自由层130也包括三个子层，具 体为下部自由磁性子层132和上部自由磁性子层136，由间隔子层134隔开。间隔子层134可以或者交换耦合自由磁性子层132、 136,或者仅仅作为非磁 性间隔层。反铁^f兹性层101位于固定层110之下。在图l所示的实施例中，自由磁性子层132、 136具有基本相同的尺寸。 然而，根据本专利技术的一个方面，下部固定^f兹性子层114厚度大于上部固定》兹 性子层118。将在下面更详细地描述固定磁性子层之间厚度差异的原因。反铁磁性耦合子层116将优选地包括元素Ru、 Os、 Re、 Cr、 Rh、和Cu 的至少一种。间隔子层134也可以包括这些相同的元素和诸如Ta、 TaN、 TiN 和W的导电材料中的至少一种。相反，磁性子层114、 118、 132、 136将优 选地包括元素Ni、 Fe、 Mn和Co中的至少一种，从而使得这些子层为铁石兹 的。由于它们的铁一磁特性，^兹性子层114、 118、 132、 136的每个将具相关 的^f兹矩矢量，在图1中分别显示为标号为115、 119、 133和137的箭头。此 外，由于偶极耦合和由间隔子层提供的任何交换耦合的组合，自由磁矩矢量 133本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，包括： 自由层，该自由层包括多个自由磁性子层； 固定层，该固定层包括多个固定磁性子层，每个固定磁性子层对于所述自由磁性子层施加磁场；以及 阻挡层，形成在该自由层和该固定层之间； 其中每个固定磁性子层的 尺寸选择为基本使得施加在每个自由磁性子层上的平均磁场相等。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴维W亚伯拉罕，丹尼尔C沃利奇，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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