專利名稱：半導(dǎo)體器件和形成該半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及集成電路，更具體而言涉及用于磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器電路的磁隧道結(jié)。
背景技術(shù)：
磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)是一種存儲(chǔ)器技術(shù)，常用磁隧道結(jié)(MTJ)存儲(chǔ)信息?；A(chǔ)MTJ包括被釘扎層、介入隧道阻擋層和自由層。通常，被釘扎層包括一層或多層沉積在反鐵磁體層上的被釘扎鐵磁體亞層。被釘扎層與反鐵磁體層的交互作用在被釘扎鐵磁體亞層中建立了穩(wěn)定的磁取向，盡管外加的磁場(chǎng)達(dá)到幾百或上千奧斯特。自由層包括簡(jiǎn)單的鐵磁材料薄層或含有鐵磁體和分隔件亞層的多層結(jié)構(gòu)。隧道阻擋層常通過(guò)生長(zhǎng)于被釘扎層和自由層之間的薄金屬亞層(通常為Al或Mg)的氧化或是氧化物或氮化物層的沉積而形成。另外，基礎(chǔ)MTJ也可以包括一層或多層覆蓋層和生長(zhǎng)層。覆蓋層可以用作多種用途。它可以用于改善自由層的磁特性，充當(dāng)熱擴(kuò)散阻擋層和/或允許對(duì)MTJ器件改善的粘附力。另一方面，生長(zhǎng)層通常在MTJ底端附近出現(xiàn)，并被設(shè)計(jì)成用于促進(jìn)隨后沉積的層的高質(zhì)量生長(zhǎng)。
MTJ的阻抗或高或低，取決于自由層對(duì)被釘扎層的相對(duì)極化(平行或反平行)。如果層的磁極化彼此相互平行，則通過(guò)隧道阻擋層的阻抗通常是比較低的，然而，如果層的磁極化是反平行的，阻抗通常較高。為了開(kāi)關(guān)MTJ器件(即寫(xiě)入存儲(chǔ)器單元)，利用穿過(guò)位于器件附近的字線和位線的芯片上電流脈沖，特定磁場(chǎng)脈沖序列施加到MTJ。該特定磁場(chǎng)脈沖序列取決于自由層含有一層還是多于一層鐵磁體亞層。例如，D.Worledge在2006年1月份第50卷第1期的IBM Journal ofResearch and Development上發(fā)表的起始頁(yè)為第69頁(yè)的“Single-Domain Mode for Toggle MRAM”一文中，對(duì)寫(xiě)入包含自由層的MTJ進(jìn)行了描述，該自由層具有單一鐵磁體亞層(通常利用Stoner-Wohlfarth方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換)，在此引用，作為參考。例如，在上述引用的雜志論文以及專利號(hào)為6,545,906題名為“Method of Writingto Scalable Magnetoresistance Random Access Memory Element”的美國(guó)專利中，對(duì)寫(xiě)入包含自由層的MTJ進(jìn)行了描述，該自由層具有兩層鐵磁體亞層(通常稱作觸發(fā)或旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換)，在此引用，作為參考。
在外部磁場(chǎng)存在情況下沉積的鐵磁體亞層的特征在于由外部磁場(chǎng)方向和強(qiáng)度決定的磁各向異性軸。即，當(dāng)隨后暴露在平行和垂直于亞層中某一磁各向異性軸而施加的外部磁場(chǎng)時(shí)，亞層顯示了行為上明顯的差別。亞層的磁力矩矢量在零外加磁場(chǎng)下沿著其磁各向異性軸指向。另外，當(dāng)外部磁場(chǎng)沿著平行于亞層各向異性軸的方向施加到亞層時(shí)，亞層更容易在磁極化之間轉(zhuǎn)換。因此，獲得MTJ中高質(zhì)量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵之一在于準(zhǔn)確地控制上述磁各向異性。
很明顯，發(fā)明人近來(lái)已觀察到MTJ中的生長(zhǎng)層可以影響隨后沉積的鐵磁體層中磁各向異性方向上的最終散布。在許多實(shí)例中，這種影響是相當(dāng)大的。因此，對(duì)具有允許準(zhǔn)確控制鐵磁體層中磁各向異性的結(jié)構(gòu)的觸發(fā)類型MTJ存在著需求。這樣，可以對(duì)MTJ的磁轉(zhuǎn)化特征進(jìn)行最優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)提供一種新型的觸發(fā)類型MTJ致力于上述認(rèn)定的需求，該MTJ包括具有準(zhǔn)確控制的磁各向異性軸的鐵磁體層。上述準(zhǔn)確控制有利地導(dǎo)致了最優(yōu)化的磁轉(zhuǎn)換特征。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，形成于字線與位線之間的半導(dǎo)體器件包括生長(zhǎng)層、形成于生長(zhǎng)層上的反鐵磁層、形成于反鐵磁層上的被釘扎層、形成于被釘扎層上的隧道阻擋層，以及形成于隧道阻擋層上的自由層。字線與位線基本上彼此垂直排列。依次地，生長(zhǎng)層包括鉭，其厚度大于大約75埃。另外，被釘扎層包括一層或多層被釘扎鐵磁體亞層。隧道阻擋層包括氧化鎂。最后，自由層包括兩層或多層自由鐵磁體亞層，每個(gè)自由鐵磁體亞層具有磁各向異性軸，其方向與字線和位線成大約45度。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，在字線與位線之間形成的MTJ包括(從底端到頂端)100氮化鉭/100鉭/120銥錳合金/15鈷鐵合金/13氧化鎂/40鈷鐵合金/60釕/50鈷鐵合金/100氮化鉭。鈷鐵合金層是鐵磁性的，且各層依共同的磁各向異性軸生成，該軸與字線和位線成大約45度。有利地，該TMJ顯示了優(yōu)良的觸發(fā)-轉(zhuǎn)換特征及高磁阻。
結(jié)合附圖閱讀下列詳述，本發(fā)明的上述及其他特性和優(yōu)勢(shì)將會(huì)顯而易見(jiàn)。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的MTJ的橫截面圖。
圖2顯示了圖1中MTJ的平面圖。
圖3顯示了闡明用于轉(zhuǎn)換圖1中MTJ的磁場(chǎng)脈沖序列的圖。
圖4A顯示了無(wú)鉭生長(zhǎng)層的測(cè)試薄膜堆疊(film stack)的Kerr磁力測(cè)定信號(hào)與平行于磁各向異性軸方向施加的外部磁場(chǎng)的函數(shù)關(guān)系。
圖4B顯示了無(wú)鉭生長(zhǎng)層的測(cè)試薄膜堆疊的Kerr磁力測(cè)定信號(hào)與垂直于磁各向異性軸方向施加的外部磁場(chǎng)的函數(shù)關(guān)系。
圖5A顯示了具有100鉭生長(zhǎng)層的測(cè)試薄膜堆疊的Kerr磁力測(cè)定信號(hào)與平行于磁各向異性軸方向施加的磁場(chǎng)的函數(shù)關(guān)系。
圖5B顯示了具有100鉭生長(zhǎng)層的測(cè)試薄膜堆疊的Kerr磁力測(cè)定信號(hào)與平行于磁各向異性軸方向施加的外部磁場(chǎng)的函數(shù)關(guān)系。
圖6顯示了當(dāng)垂直于測(cè)試薄膜堆疊磁各向異性軸方向施加的外部磁場(chǎng)存在時(shí)，Kerr磁力測(cè)定回路的開(kāi)口百分比與鉭生長(zhǎng)層厚度的函數(shù)關(guān)系。
圖7顯示了圖1中MTJ響應(yīng)圖3中磁場(chǎng)脈沖序列的磁阻。
具體實(shí)施例方式
參照本發(fā)明的說(shuō)明性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。因此，可以對(duì)此處描述的實(shí)施例進(jìn)行大量的修改和變動(dòng)，而結(jié)果仍屬于本發(fā)明的范疇。規(guī)定或應(yīng)當(dāng)推斷出對(duì)所描述的特殊實(shí)施例沒(méi)有限制。
還應(yīng)當(dāng)指出附圖中顯示的各層和/或區(qū)域可以不按比例，另外，通常用于集成電路中的一種類型的一層或多層和/或區(qū)域，為防止贅述，可以不在給定的圖中明確顯示。這不意味著沒(méi)有明確顯示的層和/或區(qū)域會(huì)從實(shí)際的集成電路中省略。
規(guī)定此處使用的“層”這個(gè)詞包括事物的任何分層。層可以包括單一材料或不同材料的幾個(gè)亞層。另外，當(dāng)通常產(chǎn)生于MRAM中的某一量級(jí)的外加磁場(chǎng)存在的情況下，鐵磁體薄膜被稱作“被釘扎”，此時(shí)其磁力矩基本上是不自由于旋轉(zhuǎn)。另一方面，鐵磁體薄膜被稱作“自由”，此時(shí)其磁力矩可以被通常產(chǎn)生于MRAM中某一量級(jí)的外加磁場(chǎng)所旋轉(zhuǎn)。
圖1闡明了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例簡(jiǎn)化的MTJ100剖面圖。MTJ被夾在字線102和位線104之間。字線位于MTJ的頂端，位線位于MTJ的底端，盡管本發(fā)明還為字線和位線考慮其它可供選擇的結(jié)構(gòu)。
MTJ100包括被釘扎層110和自由層120。隧道阻擋層130位于上述兩層之間。依次地，自由層包括三個(gè)亞層，更具體而言，下自由鐵磁體亞層122和上自由鐵磁體亞層124，被分隔件亞層126所隔離。分隔件亞層可以交換耦合自由鐵磁體亞層或僅作為非磁性分隔件。反鐵磁層140位于被釘扎層110的下方。另外，MTJ進(jìn)一步包括了直接生成于反鐵磁層140下方的生長(zhǎng)層150，以及下和上覆蓋層160和170。下和上覆蓋層分別形成了位于MTJ和字線102及位線104之間的界面。
在MTJ1 00中，下和上覆蓋層160、170優(yōu)選包括大約100氮化鉭(TaN)。氮化鉭充當(dāng)許多金屬元素的熱擴(kuò)散阻擋層，包括用于字線和位線的普通元素銅。另一方面，分隔件層150優(yōu)選包括大約100鉭(Ta)。反鐵磁層140優(yōu)選包括大約120的銥和錳的組合(IrMn)。另外，分隔件亞層126優(yōu)選包括大約60釕(Ru)。被釘扎層110以及自由鐵磁體亞層122、124優(yōu)選包括摻硼鈷鐵合金(CoFeB)，因而使上述層具有鐵磁性。被釘扎層優(yōu)選厚度為大約15，而下和上自由鐵磁體亞層優(yōu)選厚度分別為大約40和大約50。這些鐵磁體層的磁各向異性軸可以在沉積過(guò)程中通過(guò)施加均勻的外部磁場(chǎng)建立。
MTJ 100中的隧道阻擋層130包括氧化鎂(MgO)。隧道阻擋層的厚度優(yōu)選為大約13，但其他適合的厚度仍屬于本發(fā)明范疇。MTJ中氧化鎂隧道阻擋層的使用和形成已經(jīng)在例如申請(qǐng)?zhí)枮?0/884,696題名為“Magnetic Tunnel Barriers and Associated Magnetic TunnelJunctions with High Tunneling Magnetoresistance”的美國(guó)專利中描述過(guò)了，在此引用，作為參考。氧化鎂隧道阻擋層的沉積可以通過(guò)例如首先沉積一層非常薄的鎂金屬(例如，大約3)，然后在有氧的情況下沉積附加的鎂。有利地，當(dāng)適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合入MTJ，氧化鎂隧道阻擋層顯示高磁阻特性。超過(guò)例如100％的隧道磁阻(即，MTJ電阻在較高和較低電阻狀態(tài)下的差)可通過(guò)使用MgO隧道阻擋層容易的達(dá)到。
應(yīng)該指出的是許多上述材料選擇、厚度和沉積方法僅僅說(shuō)明了優(yōu)選的實(shí)施例，因此，其他材料選擇、厚度和沉積方法將仍屬于本發(fā)明的范疇。例如，分隔件亞層126可以不包括釕，可能包括銅、鉻、鉬、鈮、鎢、鋨、銥或鉭，或是這些的組合。在本發(fā)明范疇內(nèi)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例可能的變更將為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。
以上所描述的元素的沉積方法將為半導(dǎo)體加工領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。元素的沉積可通過(guò)例如在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體加工中易于應(yīng)用的物理汽相沉積和/或離子束沉積技術(shù)。這些沉積技術(shù)在許多容易獲得參考資料進(jìn)行了詳細(xì)的描述，包括例如R.F.Bunshah編撰的在1994由NoyesPublications出版的Handbook of Deposition Technologies for Filmsand Coatings，Science，Technology and Applications一書(shū)第二版，在此引用，作為參考。
由于其鐵磁特性，每個(gè)被釘扎層110和自由鐵磁體亞層122、124具有一個(gè)關(guān)聯(lián)的磁力矩矢量，分別如圖1中箭頭111、123和125所示。在沒(méi)有外部磁場(chǎng)的影響下，這些磁力矩矢量趨向于平行于它們各自鐵磁體層的磁各向異性軸排列。由于兩極耦合與由分隔件亞層126提供的任何交換耦合二者的復(fù)合，自由磁力矩矢量123、125將彼此趨向于保持反平行。
圖1所示的優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)通常產(chǎn)生于MTJ 100中的某一量級(jí)的外加磁場(chǎng)存在的情況下，被釘扎磁力矩矢量111不自由旋轉(zhuǎn)。上述對(duì)旋轉(zhuǎn)限制的發(fā)生主要是因?yàn)楸会斣鷮?10與相鄰的反鐵磁層140之間的耦合。被釘扎層因此作為參考。另一方面，在有外加磁場(chǎng)存在的情況下，自由磁力矩矢量123、125自由旋轉(zhuǎn)，該磁場(chǎng)可以由字線102和位線104內(nèi)電流產(chǎn)生。因而，為了存儲(chǔ)數(shù)字信息，自由層120內(nèi)的自由磁力矩矢量的方向擔(dān)任起建立MTJ的狀態(tài)的任務(wù)。
而且，優(yōu)選配置被釘扎層110和自由鐵磁體亞層122，124，使其具有磁各向異性軸，其方向與字線102和位線104的方向成大約45度。該方向允許利用特定的字線和位線電流序列對(duì)自由磁力矩矢量123、125進(jìn)行轉(zhuǎn)換，詳細(xì)描述于下。圖2顯示了帶有字線和位線的MTJ100的簡(jiǎn)化平面圖。字線和位線優(yōu)選彼此垂直。另外，該圖清晰地顯示了自由磁力矩矢量與字線/位線之間的45度角。字線和位線中的正電流的方向在圖2中也分別以Iw和Ib顯示。字線和位線中的正電流分別產(chǎn)生了圓周磁場(chǎng)Hw和Hb。
類似于圖1所示自由層120的三層結(jié)構(gòu)可以利用觸發(fā)-寫(xiě)操作進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該寫(xiě)操作詳細(xì)描述于先前已經(jīng)引述并引用作為參考的美國(guó)專利，專利號(hào)為6,545,906。簡(jiǎn)單地說(shuō)，通過(guò)使用字線102與位線104中的特定同步電流脈沖序列實(shí)現(xiàn)觸發(fā)-寫(xiě)操作。圖3顯示了具有正和負(fù)電流極性的上述電流脈沖導(dǎo)致的外加磁場(chǎng)Hw和Hb。在時(shí)間to，字線和位線中無(wú)電流，自由磁力矩矢量123、125保持其方位沿著自由磁亞層122、124的磁各向異性軸的方向，并與字線102和位線104的方向成45度。在時(shí)間t1，字線電流開(kāi)啟，因而產(chǎn)生了磁場(chǎng)Hw，自由磁力矩矢量開(kāi)始沿順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這取決于字線電流的極性，使得自身的取向以剪形狀態(tài)與上述外加場(chǎng)方向名義垂直。稍后在時(shí)間t2，開(kāi)啟位線電流同時(shí)字線電流保持開(kāi)啟。位線中的附加電流導(dǎo)致自由磁力矩矢量與由字線電流誘發(fā)的旋轉(zhuǎn)相同方向進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。在上述時(shí)間點(diǎn)，自由磁力矩矢量與平均外加磁場(chǎng)方向Hw+Hb名義上垂直，該磁場(chǎng)方向與字線和位線成45度。
在時(shí)間t3，切斷字線電流，使得自由磁力矩矢量123、125只有通過(guò)位線104產(chǎn)生的外加磁場(chǎng)Hb才能進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，磁力矩矢量通常已經(jīng)被旋轉(zhuǎn)越過(guò)其難磁化軸不穩(wěn)定點(diǎn)(hard axis instabilitypoints)。因此，在時(shí)間t4，當(dāng)切斷位線電流，自由磁力矩矢量將趨向于再次沿著自由磁亞層122、124的磁各向異性軸排列。在上述時(shí)間點(diǎn)，自由磁力矩矢量已經(jīng)被旋轉(zhuǎn)180度，MTJ 100已經(jīng)被觸發(fā)。
如前所述，生長(zhǎng)層成分和厚度的認(rèn)真選擇將對(duì)隨后沉積的鐵磁體層中的磁各向異性方向上的散布產(chǎn)生重大影響。為了確定最優(yōu)的生長(zhǎng)層結(jié)構(gòu)，在與以上描述的優(yōu)選MTJ實(shí)施例相關(guān)的覆蓋(blanket)薄膜堆疊上進(jìn)行了Kerr磁力測(cè)定研究。一些薄膜堆疊不包括鉭生長(zhǎng)層，而其他的薄膜堆疊包括各種厚度的鉭生長(zhǎng)層。利用Kerr磁力測(cè)定研究MRAM器件中鐵磁體薄膜的磁各向異性在許多參考資料中進(jìn)行了描述包括，例如，D.W.Abraham等人在2006年1月份第50卷第1期的IBM Journal of Research and Development上發(fā)表的起始頁(yè)為第55頁(yè)的“Rapid-turnaround Characterization Methods for MRAMDevelopment”一文，在此引用，作為參考。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，Kerr磁力測(cè)定測(cè)量所研究的磁性材料表面反射光的極化旋轉(zhuǎn)與外加磁場(chǎng)的函數(shù)關(guān)系。Kerr信號(hào)與測(cè)試試樣的磁力矩成比例，盡管沒(méi)有可利用的基本標(biāo)定常數(shù)以給出試樣每極化旋轉(zhuǎn)量磁力矩的量化測(cè)量。然而，對(duì)于給定試樣或一組相似試樣，Kerr信號(hào)與平行于光束的試樣磁力矩成比例，并且系列內(nèi)所有試樣具有相同的標(biāo)定常數(shù)。有商業(yè)Kerr磁力計(jì)可以利用。某一商業(yè)制造商例如ADETechnologies(Westwood，Massachusetts)。
圖4A和4B顯示了無(wú)鉭生長(zhǎng)層薄膜堆疊的Kerr磁力測(cè)定測(cè)量結(jié)果。更具體而言，所研究的薄膜堆疊包括(從底端至頂端)100TaN/120 IrMn/15 CoFeB/18 MgO/35 CoFeB。比較而言，圖5A和5B顯示了含有100 Ta生長(zhǎng)層的薄膜堆疊相似的Kerr磁力測(cè)定測(cè)量結(jié)果。更具體而言，上述薄膜堆疊包括(從底端至頂端)100TaN/100 Ta/120 IrMn/15 CoFeB/18 MgO/35 CoFeB。在所有實(shí)例中，鐵磁體層(即，CoFeB層)是在外加磁場(chǎng)的影響下沉積的，以在上述薄膜中限定共同的磁各向異性軸。圖4A和5A顯示了Kerr信號(hào)與平行于鐵磁體層中磁各向異性軸方向施加到試樣的磁場(chǎng)的函數(shù)關(guān)系。另一方面，圖4B和5B顯示了相同試樣Kerr信號(hào)與沿著垂直于鐵磁體層中磁各向異性軸的軸施加的外部磁場(chǎng)的函數(shù)關(guān)系。在每個(gè)實(shí)例中，外加磁場(chǎng)從一極掃向另一極(正極向負(fù)極，負(fù)極向正極)反復(fù)幾次以產(chǎn)生所示的回路。
圖4A和5A中所示的回路的方形度以及圖4B和5B中所示回路的開(kāi)口尺寸暗示了相關(guān)樣品中磁各向異性的控制程度。圖4A中回路的圓角和圖4B回路中相對(duì)較大的開(kāi)口暗示了跨越無(wú)鉭生長(zhǎng)層試樣中鐵磁體層的磁各向異性方向上大的散布。因此，如果上述薄膜堆疊被采用于MTJ中，其特征將會(huì)是低劣的觸發(fā)-轉(zhuǎn)換特性。相反，圖5A中回路的方形度和圖5B中回路的緊密度暗示了在磁各向異性方向具有非常小散布的高質(zhì)量鐵磁體薄膜。當(dāng)上述薄膜堆疊結(jié)合入MTJ如MTJ100，將會(huì)因貫穿試樣的磁各向異性方向的一致性而顯示優(yōu)良的觸發(fā)-轉(zhuǎn)換特性。
圖6顯示了薄膜堆疊Kerr磁力測(cè)定測(cè)量結(jié)果的總結(jié)，薄膜堆疊包括100 TaN/x Ta/120 IrMn/15 CoFeB/18 MgO/35CoFeB，其中，x＝0、50、75、100、125和150。圖6中的y軸是Kerr信號(hào)回路中的開(kāi)口百分比，其中，外加磁場(chǎng)沿著垂直鐵磁體層中磁各向異性軸的軸施加。因此，圖6包含從圖4B(無(wú)鉭生長(zhǎng)層，x＝0)和圖5B(100 Ta生長(zhǎng)層，x＝100)中回路獲得的數(shù)據(jù)。圖6清楚地顯示了通過(guò)使用厚度大于大約75的鉭生長(zhǎng)層可以獲得磁各向異性方向基本上更好的散布控制。
圖7顯示了MTJ 100的觸發(fā)-寫(xiě)數(shù)據(jù)。如上所述，上述MTJ具有厚度為100的鉭生長(zhǎng)層150。試驗(yàn)以高電阻狀態(tài)(即，被釘扎層磁力矩矢量111和下自由鐵磁體亞層磁力矩矢量123彼此反平行的狀態(tài))下的MTJ開(kāi)始。在這些試驗(yàn)中，字線102和位線104被沿著帶有逐漸增大的電流脈沖的正向被掃描穿過(guò)圖3所示的盒子圖樣。圖7中標(biāo)記為Hbox的x軸顯示了每個(gè)由字線和位線產(chǎn)生的磁場(chǎng)的量級(jí)。將會(huì)觀察到MTJ開(kāi)始在電流脈沖的每一掃描波的電阻狀態(tài)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換，此時(shí)Hbox等于大約125奧斯特。有利地，上述觸發(fā)-轉(zhuǎn)換行為暗示了上述MTJ設(shè)計(jì)可以成功地在現(xiàn)代集成電路中實(shí)施，同時(shí)不超過(guò)典型字線和位線驅(qū)動(dòng)電路電流產(chǎn)生能力。如上所述，如果鉭生長(zhǎng)層厚度小于75，與圖7顯示的特性比較，觸發(fā)特性將基本上是劣等的。
應(yīng)該指出的是可以采利用此處描述的設(shè)備和方法形成集成電路。在形成集成電路過(guò)程中，多個(gè)相同的單元片通常是在半導(dǎo)體晶片上以重復(fù)的圖形制成的。每個(gè)單元片包括根據(jù)此處所描述的本發(fā)明實(shí)例形成的器件，也可以包括其他結(jié)構(gòu)或電路。單個(gè)單元片從晶片上切割或切片，然后封裝成集成電路。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道怎樣切割晶片和封裝單元片以生產(chǎn)集成電路。這樣制造出來(lái)的集成電路被認(rèn)為是本發(fā)明的一部分。
另外，需要強(qiáng)調(diào)的是，盡管本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例已經(jīng)在此處參照附圖進(jìn)行了描述，還是要明白本發(fā)明不限于那些精確的實(shí)例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)行各種其他的變更和修改，而不會(huì)偏離附加權(quán)利要求書(shū)的范疇。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體器件，在字線和位線之間形成，字線和位線基本上彼此垂直排列，該半導(dǎo)體器件包括生長(zhǎng)層，生長(zhǎng)層包括鉭且厚度大于約75；反鐵磁體層，反鐵磁體層形成于生長(zhǎng)層上；被釘扎層，被釘扎層形成于反鐵磁體層上并包括一層或多層被釘扎鐵磁體亞層；隧道阻擋層，隧道阻擋層形成于被釘扎層上并包括氧化鎂；以及自由層，自由層形成于隧道阻擋層上并包括兩層或多層自由鐵磁體亞層，每個(gè)自由鐵磁體亞層具有與字線和位線成大約45度角取向的磁各向異性軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中該半導(dǎo)體器件包括磁隧道結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中數(shù)據(jù)可通過(guò)觸發(fā)-寫(xiě)操作寫(xiě)入半導(dǎo)體器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中反鐵磁體層包括銥和錳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中被釘扎層和自由層中至少一個(gè)包括鐵和鈷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中至少一個(gè)被釘扎層和自由層中至少一個(gè)包括硼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中自由層包括形成于隧道阻擋層上的下自由鐵磁體亞層以及通過(guò)分隔件亞層與下自由鐵磁體亞層隔離的上自由鐵磁體亞層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中當(dāng)沒(méi)有外部磁場(chǎng)施加到半導(dǎo)體器件時(shí)，下和上自由鐵磁體亞層的磁力矩矢量彼此反平行取向。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中分隔件亞層包括銅、鉻、鉬、釕、鈮、鎢、鋨、銥或鉭，或是它們的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中被釘扎層包括形成于反鐵磁層上的下被釘扎鐵磁體亞層以及通過(guò)反鐵磁耦合亞層與下被釘扎鐵磁體亞層隔離的上被釘扎鐵磁體亞層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，其中第一和第二被釘扎鐵磁體亞層的磁力矩矢量彼此反平行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中被釘扎層包括三層或多層被釘扎鐵磁體亞層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中與包含自由層和隧道阻擋層的界面的平面基本上平行的平面內(nèi)的自由層的最小尺度小于大約200納米。
14.集成電路，包括至少一個(gè)半導(dǎo)體器件，該至少一個(gè)半導(dǎo)體器件形成于字線與位線之間，字線和位線基本上彼此垂直排列，該至少一個(gè)半導(dǎo)體器件包括生長(zhǎng)層，生長(zhǎng)層包括鉭并且厚度大于約75；反鐵磁體層，反鐵磁體層形成于生長(zhǎng)層上；被釘扎層，被釘扎層形成于反鐵磁體層上并包括一層或多層被釘扎鐵磁體亞層；隧道阻擋層，隧道阻擋層形成于被釘扎層上并包括氧化鎂；以及自由層，自由層形成于隧道阻擋層上并包括兩層或多層自由鐵磁體亞層，每個(gè)自由鐵磁體亞層具有與字線和位線成大約45度角取向的磁各向異性軸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的集成電路，其中半導(dǎo)體器件包括磁隧道結(jié)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的集成電路，其中集成電路包括磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器電路。
17.形成字線與位線之間的半導(dǎo)體器件的方法，字線和位線基本上彼此垂直排列，該方法包括以下步驟形成生長(zhǎng)層，生長(zhǎng)層包括鉭并且其厚度大于大約75；在生長(zhǎng)層上形成反鐵磁體層；在反鐵磁體層上形成被釘扎層，被釘扎層包括一層或多層被釘扎鐵磁體亞層；在被釘扎層上形成隧道阻擋層，隧道阻擋層包括氧化鎂；以及在隧道阻擋層上形成自由層，自由層包括兩層或多層自由鐵磁體亞層，每個(gè)自由鐵磁體亞層具有與字線和位線成大約45度角取向的磁各向異性軸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中形成生長(zhǎng)層的步驟包括物理汽相沉積。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中形成兩層或多層自由鐵磁體亞層中的至少一層的步驟包括有外加磁場(chǎng)存在情況下的物理汽相沉積。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中形成隧道阻擋層的步驟包括離子束沉積。
全文摘要
半導(dǎo)體器件和形成該半導(dǎo)體器件的方法。形成于字線和位線之間的半導(dǎo)體器件，包括生長(zhǎng)層、形成于生長(zhǎng)層上的反鐵磁體層、形成于反鐵磁體層上的被釘扎層、形成于被釘扎層上的隧道阻擋層、形成于隧道阻擋層上的自由層。字線和位線基本上彼此垂直排列。依次地，生長(zhǎng)層包括鉭并且其厚度大于大約75。另外，被釘扎層包括一層或多層被釘扎鐵磁體亞層。隧道阻擋層包括氧化鎂。最后，自由層包括兩層或多層自由鐵磁體亞層，每個(gè)自由鐵磁體亞層具有與字線和位線成大約45度的磁各向異性軸。半導(dǎo)體器件可以包括，例如，用于磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)電路的磁隧道結(jié)。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101090129SQ20071009702
公開(kāi)日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者戴維·W.·亞伯拉罕, 斯圖亞特·S.·帕金, 丹尼爾·C.·沃爾里奇, 斯蒂芬·L.·布朗 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司