用于垂直磁性隧道結(jié)的具有非晶蓋層的雙界面自由層的制作方法
【專(zhuān)利摘要】描述了磁性隧道結(jié)(MTJ)和用于制造MTJ的方法。MTJ(200)包括固定層(114)和該固定層(114)上的阻擋層(116)。此種MTJ(200)還包括與阻擋層(116)對(duì)接的自由層(118)。自由層(118)具有與阻擋層(116)一致的晶體結(jié)構(gòu)。該MTJ(200)進(jìn)一步包括與自由層(118)對(duì)接的非晶包覆層(120)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
用于垂直磁性隧道結(jié)的具有非晶蓋層的雙界面自由層[0001 ] 背景 [〇〇〇2] 領(lǐng)域[0003]本公開(kāi)的諸方面涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及具有用于在垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)器 件中使用的具有非晶蓋層的雙界面自由層。
【背景技術(shù)】
[0004]與常規(guī)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)芯片技術(shù)不同，在磁性RAM(MRAM)中，數(shù)據(jù)由存儲(chǔ)元件的磁極化來(lái)存儲(chǔ)。這些存儲(chǔ)元件是從由隧穿層分開(kāi)的兩個(gè)鐵磁層形成的。這兩個(gè)鐵磁層之一(被稱(chēng)為固定(例如釘扎)層)具有固定在特定方向上的磁化。另一鐵磁磁化層(被稱(chēng)為自由層)具有能更改至兩種不同狀態(tài)的磁化方向。具有固定層、隧穿層和自由層的一種此類(lèi)器件是磁性隧道結(jié)(MTJ)。
[0005]在MTJ中，自由層的不同狀態(tài)可被用于表示或邏輯“1”或邏輯“0”。具體地，MTJ的電阻取決于自由層磁化和固定層磁化是彼此平行還是彼此反平行。例如，在自由層磁化與固定層磁化反平行時(shí)表示邏輯“1”狀態(tài)。在自由層磁化與固定層磁化平行時(shí)表示邏輯“〇”狀態(tài)。存儲(chǔ)器設(shè)備(諸如MRAM)是從可個(gè)體尋址的MTJ陣列構(gòu)建的。
[0006]為了將數(shù)據(jù)寫(xiě)入常規(guī)MRAM中，通過(guò)MTJ來(lái)施加超過(guò)臨界切換電流的寫(xiě)電流。寫(xiě)電流應(yīng)該超過(guò)切換電流足夠量以改變自由層的磁化方向。當(dāng)寫(xiě)電流在第一方向流動(dòng)時(shí)，MTJ被置于或者保持在第一狀態(tài)。在第一狀態(tài)中，MTJ的自由層磁化方向和固定層磁化方向在平行取向上對(duì)齊。當(dāng)寫(xiě)電流在與第一方向相反的第二方向流動(dòng)時(shí)，MTJ被置于或者保持在第二狀態(tài)。在第二狀態(tài)中，MTJ的自由層磁化和固定層磁化處于反平行取向。[00〇7] 概述
[0008]在本公開(kāi)的一方面，一種磁性隧道結(jié)(MTJ)包括固定層和該固定層上的阻擋層。此種MTJ還包括與阻擋層對(duì)接的自由層。自由層具有與阻擋層一致的晶體結(jié)構(gòu)。該MTJ進(jìn)一步包括與自由層對(duì)接的非晶包覆層。
[0009]在本公開(kāi)的另一方面，一種制造磁性隧道結(jié)(MTJ)器件的方法包括沉積固定層。該方法還包括在固定層上沉積阻擋層。該阻擋層具有晶體結(jié)構(gòu)。該方法進(jìn)一步包括在阻擋層上沉積非晶自由層。該方法還包括在自由層上沉積非晶包覆層。該方法進(jìn)一步包括使MTJ器件退火，以使得非晶自由層采用阻擋層的晶體結(jié)構(gòu)。
[0010]根據(jù)本公開(kāi)的另一方面的一種磁性隧道結(jié)(MTJ)包括固定層和該固定層上的阻擋層。該MTJ還包括用于與阻擋層對(duì)接的裝置。該用于對(duì)接的裝置具有與阻擋層一致的晶體結(jié)構(gòu)。該MTJ進(jìn)一步包括與自由層對(duì)接的非晶包覆層。
[0011]這已較寬泛地勾勒出本公開(kāi)的特征和技術(shù)優(yōu)勢(shì)以便下面的詳細(xì)描述可以被更好地理解。本公開(kāi)的附加特征和優(yōu)點(diǎn)將在下文描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該領(lǐng)會(huì)，本公開(kāi)可容易地被用作修改或設(shè)計(jì)用于實(shí)施與本公開(kāi)相同的目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這樣的等效構(gòu)造并不脫離所附權(quán)利要求中所闡述的本公開(kāi)的教導(dǎo)。被認(rèn)為是本公開(kāi)的特性的新穎特征在其組織和操作方法兩方面連同進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)在結(jié)合附圖來(lái)考慮以下描述時(shí)將被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附圖均僅用于解說(shuō)和描述目的，且無(wú)意作為對(duì)本公開(kāi)的限定的定義。
[0012]附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0013]為了更全面地理解本公開(kāi)，現(xiàn)在結(jié)合附圖參閱以下描述。
[0014]圖1解說(shuō)了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)方面的垂直磁性隧道結(jié)(PMTJ)的截面視圖。 [〇〇15]圖2解說(shuō)了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)的自由層。
[0016]圖3解說(shuō)了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)方面的垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)的自由層中的插入層。
[0017]圖4是解說(shuō)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)方面的過(guò)程流圖。
[0018]圖5是示出其中可有利地采用本公開(kāi)的配置的示例性無(wú)線通信系統(tǒng)的框圖。
[0019]圖6是解說(shuō)根據(jù)一種配置的被用于半導(dǎo)體組件的電路、布局以及邏輯設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工作站的框圖。
[0020]詳細(xì)描述
[0021]以下結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述旨在作為各種配置的描述，而無(wú)意表示可實(shí)踐本文中所描述的概念的僅有的配置。本詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)各種概念的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)的是，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐這些概念。在一些實(shí)例中，以框圖形式示出眾所周知的結(jié)構(gòu)和組件以便避免淡化此類(lèi)概念。如本文中所描述的，術(shù)語(yǔ)“和/或”的使用旨在表示“包含性或”，而術(shù)語(yǔ)“或”的使用旨在表示“排他性或”。[〇〇22]用于形成磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)的磁性隧道結(jié)(MTJ)的材料一般展現(xiàn)高隧穿磁阻(TMR)、高垂直磁各向異性(PMA)以及良好的數(shù)據(jù)保留性。MTJ結(jié)構(gòu)可由垂直取向作出， 稱(chēng)為垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)器件。具有介電阻擋層(例如，鎂氧化物(MgO))的材料疊層(例如，鈷鐵硼(CoFeB)材料)可被用于pMTJ結(jié)構(gòu)中。已經(jīng)考慮在MRAM結(jié)構(gòu)中使用包括材料疊層 (例如，CoFeB/MgO/CoFeB)的 pMTJ 結(jié)構(gòu)。[〇〇23]在pMTJ結(jié)構(gòu)內(nèi)的這種材料疊層(例如，CoFeB/MgO/CoFeB)可提供指定的垂直磁各向異性(PMA)。例如，包括CoFeB/MgO/CoFeB材料疊層的pMTJ的總PMA由MgO層與CoFeB層之間的界面所確定。往往較薄的CoFeB層有利于增加PMA。然而，pMT J內(nèi)較薄的CoFeB層降低了 pMTJ結(jié)構(gòu)的TMR和數(shù)據(jù)保留性。[〇〇24] pMTJ結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)保留能力由自由層提供。存儲(chǔ)層(例如自由層)中的雙界面(例如阻擋MgO/CoFeB/MgO蓋)可改善TMR和數(shù)據(jù)保留性，但是仍然呈現(xiàn)出不足量的TMR。不足量的 TMR是自由層內(nèi)兩個(gè)不同的MgO/CoFeB界面的結(jié)果。具體地，后退火期間兩個(gè)不同的MgO/ CoFeB界面可能導(dǎo)致薄CoFeB層中的晶向失配。
[0025]在本公開(kāi)的一方面，磁性隧道結(jié)(MTJ)器件包括自由層、阻擋層和固定層。在一種配置中，自由層與阻擋層對(duì)接。具體地，自由層具有與阻擋層一致的晶體結(jié)構(gòu)。非晶包覆層與自由層對(duì)接。在這種配置中，非晶包覆層防止與自由層的界面處的結(jié)晶化。相反，結(jié)晶化發(fā)生在自由層與阻擋層之間的界面處。結(jié)果，自由層的晶體結(jié)構(gòu)由阻擋層的晶體結(jié)構(gòu)來(lái)確定。
[0026]圖1解說(shuō)了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面的垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)結(jié)構(gòu)的截面視圖。代表性地，pMTJ結(jié)構(gòu)100被形成在基板102上。pMTJ結(jié)構(gòu)100可被形成在半導(dǎo)體基板(諸如硅基板)或任何其他替代的合適的基板材料上。pMTJ結(jié)構(gòu)100可包括第一電極104、晶種層106、第一合成反鐵磁性(SAF)層108、SAF耦合層110和第二SAF層1124MTJ結(jié)構(gòu)100還包括基準(zhǔn)層 114、阻擋層116、自由層118、蓋層120(也稱(chēng)作包覆層)和第二電極1224MTJ結(jié)構(gòu)100可用于各種類(lèi)型的器件，諸如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器器件(例如磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM))。[〇〇27]在這種配置中，第一電極104和第二電極122包括導(dǎo)電材料(例如，鉭(Ta))。在其他配置中，第一電極104和/或第二電極122可包括其他適當(dāng)?shù)牟牧?，包括但不限于鉑(Pt)、銅 (Cu)、金(Au)、鋁(A1)、或其他類(lèi)似的導(dǎo)電材料。第一電極104和第二電極122也可在pMTJ結(jié)構(gòu)100內(nèi)使用不同的材料。
[0028]晶種層106形成在第一電極104上。晶種層106可為第一 SAF層108提供機(jī)械和晶體基板。晶種層106可以是復(fù)合材料，包括但不限于鎳鎘(NiCr)、鎳鐵(NiFe)、NiFeCr、或用于晶種層106的其他合適材料。當(dāng)晶種層106生長(zhǎng)或以其他方式耦合至第一電極104時(shí)，在晶種層106中得到平滑且密集的晶體結(jié)構(gòu)。在這種配置中，晶種層106根據(jù)特定的晶向促進(jìn)pMTJ 結(jié)構(gòu)100中后續(xù)形成的諸層的生長(zhǎng)。晶種層106的晶體結(jié)構(gòu)可被選擇成密勒指數(shù)標(biāo)記系統(tǒng)內(nèi)的任一晶向，但通常被選取成(111)晶向。
[0029]第一 SAF層108形成在晶種層106上。第一 SAF層108可以是單層材料，或者可以是多層材料疊層，其形成在晶種層106上。用于第一 SAF層108的所述多層材料疊層可以是鐵磁材料或某種材料組合，以便在該第一SAF層108中創(chuàng)建鐵磁矩。用于形成第一SAF層108的多層材料疊層包括但不限于鈷(Co)、與其他材料(諸如鎳(Ni)、鉑(Pt)、或者鈀(Pd))組合的鈷、 或者其他類(lèi)似的鐵磁材料。
[0030]SAF耦合層110形成在第一 SAF層108上，并且促進(jìn)第一 SAF層108與第二SAF層112之間的磁耦合。SAF耦合層110包括輔助該耦合的材料，包括但不限于釕(Ru)、鉭(Ta)、釓(Gd)、 鉑(Pt)、鉿(Hf)、鋨(0s)、銠(Rh)、鈮(Nb)。鋱(Tb)、或者其他類(lèi)似材料。SAF耦合層110還可包括為第一 SAF層108和第二SAF層112提供機(jī)械和/或晶體結(jié)構(gòu)支持的材料。
[0031]第二SAF層112形成在SAF耦合層110上。第二SAF層112可使用與第一 SAF層108類(lèi)似的材料，但可包括其他材料。第一 SAF層108、SAF耦合層110和第二SAF層112的組合形成了 SAF結(jié)構(gòu)124，該結(jié)構(gòu)通常被稱(chēng)為pMTJ結(jié)構(gòu)100中的“釘扎層”。SAF結(jié)構(gòu)124通過(guò)反鐵磁耦合來(lái)固定或釘扎SAF結(jié)構(gòu)124的磁化方向。SAF結(jié)構(gòu)124可包括鈷鐵硼(CoFeB)膜。SAF結(jié)構(gòu)124還可包括其他鐵磁材料層，諸如CoFeTa、NiFe、Co、CoFe、CoPt、CoPd、FePt，或者N1、Co和Fe的任何合金。[〇〇32] 基準(zhǔn)層114形成在SAF結(jié)構(gòu)124上。基準(zhǔn)層114為阻擋層116提供晶向。和晶種層106 一樣，在基準(zhǔn)層114中使用的材料為要在特定晶向生長(zhǎng)的后續(xù)層提供模板。該取向可以是密勒指數(shù)系統(tǒng)內(nèi)的任一方向，但是通常在(1〇〇)(或者(001))晶向上?；鶞?zhǔn)層114也可以是第二 SAF層112的最后一層，但是為了便于解釋而被示為單獨(dú)的層。[〇〇33]阻擋層116(也被稱(chēng)為隧道阻擋層)形成在基準(zhǔn)層114上。阻擋層為SAF結(jié)構(gòu)124與自由層118之間行進(jìn)的電子提供隧道阻擋?？砂ㄦV氧化物(MgO)的阻擋層116形成在基準(zhǔn)層 114上，并且可具有某種晶體結(jié)構(gòu)。阻擋層的晶體結(jié)構(gòu)可在(100)方向上。阻擋層116可包括其他元素或者其他材料，諸如鋁氧化物(A10)、鋁氮化物(A1N)、鋁氮氧化物(A10N)、或者其他無(wú)磁性或介電材料。阻擋層116的厚度被形成為使得當(dāng)偏壓被施加于pMTJ結(jié)構(gòu)100時(shí)電子能從SAF結(jié)構(gòu)124通過(guò)阻擋層116隧穿到自由層118。
[0034]可以是鈷鐵硼(CoFeB)的自由層118形成在阻擋層116上。當(dāng)最初被沉積在阻擋層 116上時(shí)，自由層118是非晶結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，當(dāng)最初被沉積在阻擋層116上時(shí)，自由層118不具有晶體結(jié)構(gòu)。自由層118也是鐵磁層或者多層材料，其可以是與SAF結(jié)構(gòu)124相同的鐵磁材料或者可使用不同的材料。
[0035]在這種配置中，自由層118包括未被固定或釘扎在指定磁性取向上的鐵磁材料。自由層118的磁化取向能旋轉(zhuǎn)成處于與SAF結(jié)構(gòu)124的釘扎磁化平行或者反平行的方向。隧穿電流取決于SAF結(jié)構(gòu)124和自由層118的相對(duì)磁化方向而垂直地流經(jīng)阻擋層116。
[0036]蓋層120形成在自由層118上。蓋層120可以是介電層或其他絕緣層，以便允許磁場(chǎng)和電場(chǎng)被包含在自由層118與SAF結(jié)構(gòu)124之間。蓋層120幫助減少用于將pMTJ結(jié)構(gòu)100從一個(gè)取向(例如平行)切換到另一取向(例如反平行)的開(kāi)關(guān)電流密度。蓋層120(也可被稱(chēng)作包覆層)可以是氧化物，諸如舉例而言非晶鋁氧化物(AlOx)或者非晶鉿氧化物(HfOx))。蓋層 120還可以是其他材料，諸如鎂氧化物(MgO)或者其他介電材料，而不脫離本公開(kāi)的范圍。
[0037]在這種配置中，在最初被沉積在自由層118上時(shí)，蓋層120是非晶的。也就是說(shuō)，在最初被沉積時(shí)，蓋層120是非晶的，并且因此不具有整體晶體結(jié)構(gòu)。盡管蓋層120的一些部分可能是晶體的，蓋層120的整體結(jié)構(gòu)并不提供可在后續(xù)處理(例如退火)期間被轉(zhuǎn)移至自由層118的模板或其他生長(zhǎng)圖案。[〇〇38] 第二電極122形成在蓋層120上。在一配置中，第二電極122包括鉭。替換地，第二電極122包括用于pMTJ結(jié)構(gòu)100與電路的其他器件或部分進(jìn)行電連接的任何其他合適的導(dǎo)電材料。在蓋層120上形成第二電極122完成了pMTJ結(jié)構(gòu)100。[〇〇39]圖2解說(shuō)了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面的pMTJ結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)層(例如自由層)。圖1的pMTJ 結(jié)構(gòu)100的一部分200進(jìn)一步在圖2中解說(shuō)，該部分包括基準(zhǔn)層114、阻擋層116、自由層118和蓋層120。自由層118包括第一層202和第二層204。第一層202可以是自由層118內(nèi)的富鐵層。 第二層204可以是自由層118內(nèi)的富鈷層。在這種配置中，自由層118的晶化沿著晶體生長(zhǎng)方向206開(kāi)始于自由層118與阻擋層116之間的界面210處。
[0040]如圖1中所討論的，阻擋層116具有晶向。阻擋層116最初具有非晶結(jié)構(gòu)。阻擋層116 的晶向可以從基準(zhǔn)層114獲得。然而，阻擋層116的晶向也可以通過(guò)用于在基準(zhǔn)層114上形成阻擋層116的特性和/或沉積技術(shù)獲得。在這種配置中，阻擋層116的晶向以晶體生長(zhǎng)方向 206被轉(zhuǎn)移至自由層118。如圖2中所示，阻擋層116的晶向被轉(zhuǎn)移至第二層204。
[0041]由于第二層204(例如CoFeB層)在被沉積在阻擋層116上時(shí)是非晶的，因此后續(xù)處理步驟將阻擋層116的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至第二層204。這些后續(xù)處理步驟可以是用于控制晶向從阻擋層116轉(zhuǎn)移到第二層204的退火步驟或其他處理步驟。這些后續(xù)處理步驟還控制晶體生長(zhǎng)方向206。具體地，晶體生長(zhǎng)在晶體生長(zhǎng)方向206上持續(xù)穿過(guò)第二層204。[〇〇42]由于蓋層120和第一層202是非晶的，存在沿著晶體生長(zhǎng)方向208從蓋層120到第一層202的減弱的晶向轉(zhuǎn)移。如此，pMTJ結(jié)構(gòu)100的部分200的晶向源自于阻擋層116的晶體結(jié)構(gòu)，而晶化在晶體生長(zhǎng)方向206上從界面210進(jìn)行。由于在晶體生長(zhǎng)方向208上存在減弱的生長(zhǎng)或者沒(méi)有生長(zhǎng)，因此在自由層118內(nèi)(例如在第二層204和/或第一層202內(nèi))有較少的競(jìng)爭(zhēng)晶向或晶格失配。沿著晶體生長(zhǎng)方向206對(duì)通過(guò)自由層118的晶體生長(zhǎng)的這種控制允許增加的隧穿磁阻(TMR)。在這種配置中，由于蓋層120降低了偏移晶向模板(off setting crystalline orientat1n template)從蓋層 120到自由層 118中的傳播，pMTJ結(jié)構(gòu) 100的TMR得以增加。[〇〇43] 在第二層204是CoFeB層的一部分的配置中，第二層204由60%鐵、20%鈷和20%硼構(gòu)成。第二層204促進(jìn)了阻擋層116與第二層204之間的界面210中的垂直磁各向異性(PMA)。 促進(jìn)阻擋層116與第二層204之間的界面210中的PMA改善了pMTJ結(jié)構(gòu)100的性能。如在本公開(kāi)的范圍內(nèi)預(yù)想了 CoFeB的其他構(gòu)成，或者其他材料合金和構(gòu)成。[〇〇44]隨著自由層118在退火或其他后續(xù)處理步驟期間變?yōu)榫w結(jié)構(gòu)，第二層204還幫助維持阻擋層116的晶向。當(dāng)包含CoFeB時(shí)，由于鐵氧界面，第二層204產(chǎn)生更高的PMA。該鐵氧軌道雜化是CoFeB/Mgo界面的強(qiáng)PMA的起因。在本公開(kāi)的該方面，維持阻擋層116的取向增加了 pMTJ結(jié)構(gòu)100的TMR。阻擋層116的晶向可被轉(zhuǎn)移至自由層118的整個(gè)部分，包括第一層202 的一部分或者全部。替換地，阻擋層116的晶向僅被轉(zhuǎn)移至自由層118的一部分。當(dāng)采用諸如 A10x或HfOx之類(lèi)的材料時(shí)，蓋層120的非晶本質(zhì)不允許晶體結(jié)構(gòu)從蓋層120進(jìn)入到自由層 118中。結(jié)果，自由層118的晶體結(jié)構(gòu)在自由層118內(nèi)被終結(jié)。晶體結(jié)構(gòu)終結(jié)于自由層118也增加了自由層118與蓋層120之間的界面220處的PMA。[〇〇45] 在第一層202是CoFeB層的一部分的配置中，第一層202具有60%鈷、20%鐵和20% 硼的構(gòu)成。如在本公開(kāi)的范圍內(nèi)預(yù)想了 CoFeB的其他構(gòu)成，或者其他材料的合金和構(gòu)成。在這種配置中，第一層202促進(jìn)了蓋層120與第一層202之間的界面220中的PMA。促進(jìn)蓋層120 與第一層202之間的界面220中的PMA改善了pMTJ結(jié)構(gòu)100的性能。進(jìn)一步，第一層202具有比第二層204低的磁矩。第一層202的更低磁矩有助于降低pMTJ結(jié)構(gòu)100上的退磁效應(yīng)。這也增加了采用本公開(kāi)的該方面的pMTJ結(jié)構(gòu)100的PMA。[〇〇46]盡管被示為不同層，第二層204和第一層202可以是一漸變層。在這種配置中，鐵和鈷的百分含量因變于從界面210到阻擋層116的距離和/或因變于到蓋層120的距離而變化。 進(jìn)一步，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，可使用其他鐵磁材料來(lái)取代第二層204和第一層 202中的鐵。在這種配置中，在自由層118內(nèi)從第二層204到第一層202的變化不允許自由層 118內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)像在后續(xù)處理步驟期間般迅速發(fā)展。晶體轉(zhuǎn)移率的變化也降低了將晶向和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至蓋層120的機(jī)會(huì)。在自由層118內(nèi)晶化率的這種變化允許對(duì)自由層118的結(jié)構(gòu)的附加控制。對(duì)自由層118的這種附加控制也可增加pMTJ結(jié)構(gòu)100的TMR和PMA。[〇〇47]自由層118可具有約20到25埃的厚度。第二層204可以是約5埃厚，而第一層202可以是約20埃厚。其他厚度是可能的，而保持在本公開(kāi)的范圍內(nèi)。蓋層120可以是約10埃厚。隨著蓋層120厚度降低，采用A10x或者其他非晶材料的蓋層120保持非晶，且降低了到自由層 118中的晶體生長(zhǎng)。這增加了自由層118與蓋層120之間的界面220處的PMA。
[0048]圖3解說(shuō)了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面的自由層118中的插入層302。如果指定了對(duì)自由層118中晶向的形成的附加抵抗力，則圖3中示出的插入層302可被包括在自由層118中。 pMTJ結(jié)構(gòu)100可包括具有插入層302的結(jié)構(gòu)300。如果需要，插入層302可以是與自由層118中所使用的不同的材料。此類(lèi)材料可包括鉭(Ta)、釕(Ru)、銅(Cu)或者其他材料。[〇〇49]在這種配置中，插入層302被包括以便進(jìn)一步減緩任何晶向在晶體生長(zhǎng)方向208上從蓋層120穿過(guò)自由層118的前進(jìn)。插入層302也可或替換地被包括，以便停止在晶體生長(zhǎng)方向206上來(lái)自阻擋層116的任何晶向的生長(zhǎng)。進(jìn)一步，包括插入層302可通過(guò)維持阻擋層116 和自由層118的界面210處的晶向來(lái)增加pMTJ結(jié)構(gòu)100的PMA。包括插入層302也可防止阻擋層116的晶向前進(jìn)到自由層118的第一層202部分。包括插入層302也可降低總磁矩，并且可降低pMTJ結(jié)構(gòu)100內(nèi)的結(jié)構(gòu)300的退磁效應(yīng)。
[0050]圖4是解說(shuō)本公開(kāi)的一個(gè)方面的在pMTJ器件中形成具有非晶蓋層的雙界面自由層的方法400的過(guò)程流圖。在過(guò)程框402,沉積固定層。在過(guò)程框404,阻擋層被沉積在固定層上。該阻擋層具有晶體結(jié)構(gòu)。例如，如圖2所示，阻擋層116被沉積在固定層(例如基準(zhǔn)層114) 上。在過(guò)程框406，非晶自由層被沉積在阻擋層上。在過(guò)程框408，非晶包覆層被沉積在自由層上。例如，如圖2中所示，自由層118被沉積在阻擋層116上。另外，蓋層120被沉積在自由層 118 上。[〇〇51]在過(guò)程框410,執(zhí)行pMTJ的退火以使得自由層采用阻擋層的晶體結(jié)構(gòu)。再次參考圖 2,蓋層120是非晶的，由此防止在與自由層118的界面220處的晶化。相反，晶化發(fā)生在自由層118與阻擋層116之間的界面210處。結(jié)果，在本公開(kāi)的該方面，自由層118的晶體結(jié)構(gòu)由阻擋層116的晶體結(jié)構(gòu)來(lái)確定。[〇〇52]根據(jù)本公開(kāi)的進(jìn)一步方面，描述了磁性隧道結(jié)(MTJ)。在一種配置中，該MTJ包括固定層和該固定層上的阻擋層。此種MTJ還包括用于與阻擋層對(duì)接的裝置。該用于對(duì)接的裝置具有與阻擋層一致的晶體結(jié)構(gòu)。該對(duì)接裝置可以是如關(guān)于圖1描述的自由層118。該MTJ還包括與對(duì)接裝置對(duì)接的非晶包覆層。在另一方面，前述裝置可以是被配置成執(zhí)行由前述裝置所描述的功能的任何層、任何界面或結(jié)構(gòu)。[〇〇53]圖5是示出其中可有利地采用本公開(kāi)的一方面的示例性無(wú)線通信系統(tǒng)500的框圖。 出于解說(shuō)目的，圖5示出了三個(gè)遠(yuǎn)程單元520、530和550以及兩個(gè)基站540。將認(rèn)識(shí)到，無(wú)線通信系統(tǒng)可具有遠(yuǎn)多于此的遠(yuǎn)程單元和基站。遠(yuǎn)程單元520、530和550包括1C器件525A、525C 和525B，這些1C器件包括所公開(kāi)的pMTJ器件。將認(rèn)識(shí)到，其他設(shè)備也可包括所公開(kāi)的pMTJ器件，諸如基站、交換設(shè)備、和網(wǎng)絡(luò)裝備。圖5示出了從基站540到遠(yuǎn)程單元520、530和550的前向鏈路信號(hào)580,以及從遠(yuǎn)程單元520、530和550到基站540的反向鏈路信號(hào)590。[〇〇54] 在圖5中，遠(yuǎn)程單元520被示為移動(dòng)電話，遠(yuǎn)程單元530被示為便攜式計(jì)算機(jī)，而遠(yuǎn)程單元550被示為無(wú)線本地環(huán)路系統(tǒng)中的固定位置遠(yuǎn)程單元。例如，這些遠(yuǎn)程單元可以是移動(dòng)電話、手持式個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)單元、便攜式數(shù)據(jù)單元(諸如個(gè)人數(shù)據(jù)助理)、啟用GPS的設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、機(jī)頂盒、音樂(lè)播放器、視頻播放器、娛樂(lè)單元、固定位置數(shù)據(jù)單元(諸如儀表讀數(shù)裝置)、或者存儲(chǔ)或取回?cái)?shù)據(jù)或計(jì)算機(jī)指令的其他設(shè)備、或者其組合。盡管圖5解說(shuō)了根據(jù)本公開(kāi)的各方面的遠(yuǎn)程單元，但本公開(kāi)并不被限定于所解說(shuō)的這些示例性單元。本公開(kāi)的各方面可以合適地在包括所公開(kāi)的pMTJ器件的許多設(shè)備中使用。
[0055]圖6是解說(shuō)用于半導(dǎo)體組件(諸如以上公開(kāi)的pMTJ器件)的電路、布局以及邏輯設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工作站的框圖。設(shè)計(jì)工作站600包括硬盤(pán)601，該硬盤(pán)601包含操作系統(tǒng)軟件、支持文件、以及設(shè)計(jì)軟件(諸如Cadence或OrCAD)。設(shè)計(jì)工作站600還包括促成對(duì)電路610或半導(dǎo)體組件612(諸如pMTJ器件)的設(shè)計(jì)的顯示器602。提供存儲(chǔ)介質(zhì)604以用于有形地存儲(chǔ)電路 610或半導(dǎo)體組件612的設(shè)計(jì)。電路610或半導(dǎo)體組件612的設(shè)計(jì)可以用文件格式(諸如GDSII 或GERBER)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)604上。存儲(chǔ)介質(zhì)604可以是CD-R0M、DVD、硬盤(pán)、閃存、或者其他合適的設(shè)備。此外，設(shè)計(jì)工作站600包括用于從存儲(chǔ)介質(zhì)604接受輸入或者將輸出寫(xiě)到存儲(chǔ)介質(zhì)604的驅(qū)動(dòng)裝置603。
[0056]存儲(chǔ)介質(zhì)604上記錄的數(shù)據(jù)可指定邏輯電路配置、用于光刻掩模的圖案數(shù)據(jù)、或者用于串寫(xiě)工具(諸如電子束光刻)的掩模圖案數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可進(jìn)一步包括與邏輯仿真相關(guān)聯(lián)的邏輯驗(yàn)證數(shù)據(jù)，諸如時(shí)序圖或網(wǎng)電路。在存儲(chǔ)介質(zhì)604上提供數(shù)據(jù)通過(guò)減少用于設(shè)計(jì)半導(dǎo)體晶片的工藝數(shù)目來(lái)促成電路610或半導(dǎo)體組件612的設(shè)計(jì)。[〇〇57]軟件應(yīng)當(dāng)被寬泛地解釋成意為指令、指令集、代碼、代碼段、程序代碼、程序、子程序、軟件模塊、應(yīng)用、軟件應(yīng)用、軟件包、例程、子例程、對(duì)象、可執(zhí)行件、執(zhí)行的線程、規(guī)程、函數(shù)等，無(wú)論其是用軟件、固件、中間件、微代碼、硬件描述語(yǔ)言、還是其他術(shù)語(yǔ)來(lái)述及皆是如此。軟件可駐留在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。作為示例，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括存儲(chǔ)器，諸如磁存儲(chǔ)設(shè)備(例如，硬盤(pán)、軟盤(pán)、磁條)、光盤(pán)(例如，壓縮碟(CD)、數(shù)字多用碟(DVD))、智能卡、閃存設(shè)備(例如，記憶卡、記憶棒、鑰匙型驅(qū)動(dòng)器)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(R0M)、可編程ROM(PROM)、可擦式PROM(EPROM)、電可擦式PROM(EEPROM)、寄存器、或可移動(dòng)盤(pán)。盡管在貫穿本公開(kāi)給出的各種方面中將存儲(chǔ)器示為與處理器分開(kāi)，但存儲(chǔ)器可在處理器內(nèi)部(例如，高速緩存或寄存器)。
[0058]對(duì)于固件和/或軟件實(shí)現(xiàn)，這些方法體系可以用執(zhí)行本文所描述功能的模塊(例如，規(guī)程、函數(shù)等等)來(lái)實(shí)現(xiàn)。有形地體現(xiàn)指令的機(jī)器可讀介質(zhì)可被用來(lái)實(shí)現(xiàn)本文所述的方法體系。例如，軟件代碼可被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并由處理器單元來(lái)執(zhí)行。存儲(chǔ)器可以在處理器單元內(nèi)或在處理器單元外部實(shí)現(xiàn)。如本文所用的，術(shù)語(yǔ)“存儲(chǔ)器”是指長(zhǎng)期、短期、易失性、非易失性類(lèi)型存儲(chǔ)器、或其他存儲(chǔ)器，而并不限于特定類(lèi)型的存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)器數(shù)目、或記憶存儲(chǔ)在其上的介質(zhì)的類(lèi)型。
[0059]如果以固件和/或軟件實(shí)現(xiàn)，則功能可作為一條或多條指令或代碼存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。示例包括編碼有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和編碼有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括物理計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)。存儲(chǔ)介質(zhì)可以是能被計(jì)算機(jī)存取的可用介質(zhì)。作為示例而非限定，此類(lèi)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括盤(pán)存儲(chǔ)、磁盤(pán)存儲(chǔ)或其他磁存儲(chǔ)設(shè)備、或能被用來(lái)存儲(chǔ)指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的期望程序代碼且能被計(jì)算機(jī)訪問(wèn)的任何其他介質(zhì);如本文中所使用的盤(pán)(disk)和碟(disc)包括壓縮碟 (CD)、激光碟、光碟、數(shù)字多用碟(DVD)、軟盤(pán)和藍(lán)光碟，其中盤(pán)常常磁性地再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而碟用激光光學(xué)地再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述的組合應(yīng)當(dāng)也被包括在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。
[0060]除存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上之外，指令和/或數(shù)據(jù)可作為信號(hào)在包括于通信裝置的傳輸介質(zhì)上提供。例如，通信裝置可包括具有指示指令和數(shù)據(jù)的信號(hào)的收發(fā)機(jī)。這些指令和數(shù)據(jù)被配置成使一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中敘述的功能。
[0061]盡管已詳細(xì)描述了本公開(kāi)及其優(yōu)勢(shì)，但是應(yīng)當(dāng)理解，可在本文中作出各種改變、替代和變更而不會(huì)脫離如由所附權(quán)利要求所定義的本公開(kāi)的技術(shù)。例如，諸如“上方”和“下方”之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)是關(guān)于基板或電子器件使用的。當(dāng)然，如果該基板或電子器件被顛倒， 則上方變成下方，反之亦然。此外，如果是側(cè)面取向的，則上方和下方可指代基板或電子器件的側(cè)面。而且，本申請(qǐng)的范圍并非旨在被限定于說(shuō)明書(shū)中所描述的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法和步驟的特定配置。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易從本公開(kāi)領(lǐng)會(huì)到的， 根據(jù)本公開(kāi)，可以利用現(xiàn)存或今后開(kāi)發(fā)的與本文所描述的相應(yīng)配置執(zhí)行基本相同的功能或?qū)崿F(xiàn)基本相同結(jié)果的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求旨在將這樣的過(guò)程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟包括在其范圍內(nèi)。
[0062]技術(shù)人員將進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)，結(jié)合本文的公開(kāi)所描述的各種解說(shuō)性邏輯框、模塊、電路、和算法步驟可被實(shí)現(xiàn)為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件、或兩者的組合。為了清楚地解說(shuō)硬件與軟件的這一可互換性，各種解說(shuō)性組件、塊、模塊、電路、以及步驟在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此類(lèi)功能性是被實(shí)現(xiàn)為硬件還是軟件取決于具體應(yīng)用和施加于整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約束。技術(shù)人員可針對(duì)每種特定應(yīng)用以不同方式來(lái)實(shí)現(xiàn)所描述的功能性，但此類(lèi)實(shí)現(xiàn)決策不應(yīng)被解讀為致使脫離本發(fā)明的范圍。
[0063]結(jié)合本文的公開(kāi)所描述的各種解說(shuō)性邏輯框、模塊、以及電路可用設(shè)計(jì)成執(zhí)行本文中描述的功能的通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專(zhuān)用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、分立的門(mén)或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其任何組合來(lái)實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行。通用處理器可以是微處理器，但在替換方案中，處理器可以是任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器、或狀態(tài)機(jī)。處理器還可被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算設(shè)備的組合，例如DSP與微處理器的組合、多個(gè)微處理器、與DSP核心協(xié)同的一個(gè)或多個(gè)微處理器、或者任何其他此類(lèi)配置。
[0064]結(jié)合本公開(kāi)所描述的方法或算法的步驟可直接在硬件中、在由處理器執(zhí)行的軟件模塊中、或在這兩者的組合中體現(xiàn)。軟件模塊可駐留在RAM存儲(chǔ)器、閃存、ROM存儲(chǔ)器、EPROM 存儲(chǔ)器、EEPR0M存儲(chǔ)器、寄存器、硬盤(pán)、可移動(dòng)盤(pán)、⑶-ROM或者本領(lǐng)域中所知的任何其他形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。示例性存儲(chǔ)介質(zhì)耦合到處理器以使得該處理器能從/向該存儲(chǔ)介質(zhì)讀寫(xiě)信息。在替換方案中，存儲(chǔ)介質(zhì)可以被整合到處理器。處理器和存儲(chǔ)介質(zhì)可駐留在ASIC中。 ASIC可駐留在用戶終端中。替換地，處理器和存儲(chǔ)介質(zhì)可作為分立組件駐留在用戶終端中。
[0065]提供對(duì)本公開(kāi)的先前描述是為使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員皆能夠制作或使用本公開(kāi)。對(duì)本公開(kāi)的各種修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將容易是顯而易見(jiàn)的，并且本文中所定義的普適原理可被應(yīng)用到其他變型而不會(huì)脫離本公開(kāi)的精神或范圍。由此，本公開(kāi)并非旨在被限定于本文中所描述的示例和設(shè)計(jì)，而是應(yīng)被授予與本文中所公開(kāi)的原理和新穎特征一致的最廣義的范圍。
[0066]應(yīng)該理解，所公開(kāi)的方法中各步驟的具體次序或階層是示例性過(guò)程的解說(shuō)?；谠O(shè)計(jì)偏好，應(yīng)該理解，可以重新編排這些方法中各步驟的具體次序或階層。所附方法權(quán)利要求以樣本次序呈現(xiàn)各種步驟的要素，且并不意味著被限定于所呈現(xiàn)的具體次序或階層，除非在本文中有特別敘述。
[0067]提供先前描述是為了使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員均能夠?qū)嵺`本文中所描述的各種方面。對(duì)這些方面的各種改動(dòng)將容易為本領(lǐng)域技術(shù)人員所明白，并且在本文中所定義的普適原理可被應(yīng)用于其他方面。因此，權(quán)利要求并非旨在被限定于本文中所示出的各方面，而是應(yīng)被授予與權(quán)利要求的語(yǔ)言相一致的全部范圍，其中對(duì)要素的單數(shù)形式的引述并非旨在表示“有且僅有一個(gè)”(除非特別如此聲明)而是“一個(gè)或多個(gè)”。除非特別另外聲明，否則術(shù)語(yǔ) “一些”指的是一個(gè)或多個(gè)。引述一列項(xiàng)目中的“至少一個(gè)”的短語(yǔ)是指這些項(xiàng)目的任何組合，包括單個(gè)成員。作為示例，本公開(kāi)通篇描述的各種方面的要素為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員當(dāng)前或今后所知的所有結(jié)構(gòu)上和功能上的等效方案通過(guò)引述被明確納入于此，且旨在被權(quán)利要求所涵蓋。此外，本文中所公開(kāi)的任何內(nèi)容都并非旨在貢獻(xiàn)給公眾，無(wú)論這樣的公開(kāi)是否在權(quán)利要求書(shū)中被顯式地?cái)⑹觥?quán)利要求的任何要素都不應(yīng)當(dāng)在35U.S.C.§112第六款的規(guī)定下來(lái)解釋?zhuān)窃撘厥鞘褂么朕o“用于……的裝置”來(lái)明確敘述的或者在方法權(quán)利要求情形中該要素是使用措辭“用于……的步驟”來(lái)敘述的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁性隧道結(jié)(MTJ)，包括:固定層；所述固定層上的阻擋層；與所述阻擋層對(duì)接的自由層，所述自由層具有與所述阻擋層一致的晶體結(jié)構(gòu)；以及 與所述自由層對(duì)接的非晶包覆層。2.如權(quán)利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述阻擋層包括鎂氧化物(MgO)。3.如權(quán)利要求2所述的MTJ，其特征在于，所述非晶包覆層包括鋁氧化物(AlOx)。4.如權(quán)利要求2所述的MTJ，其特征在于，所述非晶包覆層包括鉿氧化物(HfOx)。5.如權(quán)利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述自由層包括第一層和第二層，所述第一層 具有比所述第二層更低的磁矩，所述第一層與所述非晶包覆層對(duì)接，而所述第二層與所述 阻擋層對(duì)接。6.如權(quán)利要求5所述的MTJ，其特征在于，所述自由層進(jìn)一步包括在所述第一層與所述 第二層之間的插入層。7.如權(quán)利要求5所述的MTJ，其特征在于，所述第一層和所述第二層包括鈷鐵硼 (CoFeB)〇8.如權(quán)利要求1所述的MTJ，所述MTJ被集成到移動(dòng)電話、機(jī)頂盒、音樂(lè)播放器、視頻播放 器、娛樂(lè)單元、導(dǎo)航設(shè)備、計(jì)算機(jī)、手持式個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)單元、便攜式數(shù)據(jù)單元、和/或 固定位置數(shù)據(jù)單元中。9.一種制造磁性隧道結(jié)(MTJ)器件的方法，包括:沉積固定層；在所述固定層上沉積阻擋層，所述阻擋層具有晶體結(jié)構(gòu)；在所述阻擋層上沉積非晶自由層；在所述非晶自由層上沉積非晶包覆層；以及使所述MTJ器件退火，以使得所述非晶自由層采用所述阻擋層的晶體結(jié)構(gòu)。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，沉積所述非晶自由層包括沉積第一層和沉 積第二層，所述第一層具有比所述第二層更低的磁矩，所述第一層與所述非晶包覆層對(duì)接， 而所述第二層與所述阻擋層對(duì)接。11.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括在所述第一層與所述第二層之間沉積插入層。12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一層和所述第二層包括鈷鐵硼 (CoFeB)〇13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述阻擋層包括鎂氧化物(MgO)。14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述非晶包覆層包括鋁氧化物(AlOx)。15.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述非晶包覆層包括鉿氧化物(HfOx)。16.如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括將所述MTJ器件集成到移動(dòng)電話、機(jī)頂盒、音 樂(lè)播放器、視頻播放器、娛樂(lè)單元、導(dǎo)航設(shè)備、計(jì)算機(jī)、手持式個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)單元、便攜 式數(shù)據(jù)單元、和/或固定位置數(shù)據(jù)單元中。17.—種制造磁性隧道結(jié)(MTJ)器件的方法，包括:沉積固定層的步驟；在所述固定層上沉積阻擋層的步驟，所述阻擋層具有晶體結(jié)構(gòu)；在所述阻擋層上沉積非晶自由層的步驟；在所述非晶自由層上沉積非晶包覆層的步驟；以及使所述MTJ器件退火以使得所述非晶自由層采用所述阻擋層的晶體結(jié)構(gòu)的步驟。18.如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括將所述MTJ器件集成到移動(dòng)電話、機(jī)頂盒、音 樂(lè)播放器、視頻播放器、娛樂(lè)單元、導(dǎo)航設(shè)備、計(jì)算機(jī)、手持式個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)單元、便攜 式數(shù)據(jù)單元、和/或固定位置數(shù)據(jù)單元中。19.一種磁性隧道結(jié)(MTJ)，包括:固定層；所述固定層上的阻擋層；用于與所述阻擋層對(duì)接的裝置，所述用于對(duì)接的裝置具有與所述阻擋層一致的晶體結(jié) 構(gòu)；以及與所述對(duì)接裝置對(duì)接的非晶包覆層。20.如權(quán)利要求19所述的MTJ，其特征在于，所述MTJ被集成到移動(dòng)電話、機(jī)頂盒、音樂(lè)播 放器、視頻播放器、娛樂(lè)單元、導(dǎo)航設(shè)備、計(jì)算機(jī)、手持式個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)單元、便攜式數(shù) 據(jù)單元、和/或固定位置數(shù)據(jù)單元中。
【文檔編號(hào)】G11C11/16GK105981105SQ201480075336
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2014年12月18日
【發(fā)明人】C·樸, K·李, S·H·康
【申請(qǐng)人】高通股份有限公司