專利名稱：磁隧道結(jié)疊層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器裝置，并且更特別地，涉及基于自旋轉(zhuǎn)移的 (spin-transfer based) MRAM
背景技術(shù)：
磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)是一種非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，與使用電荷來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的較老式的RAM技術(shù)相反，其利用磁化來(lái)表示存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。MRAM的一個(gè)主要益處是其在不存在電的情況下保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，即，其是非易失性存儲(chǔ)器。通常，MRAM包括形成在半導(dǎo)體基板上的大量的磁單元，其中每一個(gè)單元表示一個(gè)數(shù)據(jù)比特。通過(guò)改變單元內(nèi)磁性元件的磁化方向來(lái)將比特寫(xiě)入到單元中，并且通過(guò)測(cè)量單元的電阻來(lái)讀取比特(典型地，低電阻表示〃 0〃比特，而高電阻表示〃 1〃比特)。磁電阻(magnetoresistive)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)組合磁性部件來(lái)實(shí)現(xiàn)非易失性、高速操作、以及優(yōu)異的讀/寫(xiě)耐久性。在標(biāo)準(zhǔn)的MRAM裝置100(諸如，圖1中對(duì)于單個(gè)比特示出的裝置)中，信息以單獨(dú)的磁隧道結(jié)(MTJ) 102的磁化方向(由箭頭示出)存儲(chǔ)。 MTJ 102通常包括在兩個(gè)鐵磁層之間的絕緣隧道阻擋物106，所述兩個(gè)鐵磁層即自由鐵磁層(或，簡(jiǎn)單地稱作“自由磁體”)104和固定鐵磁層(或，稱作“固定磁體” 108)。在標(biāo)準(zhǔn)的MRAM中，利用由沿相鄰導(dǎo)體流動(dòng)的電流產(chǎn)生的施加的磁場(chǎng)114和116將比特狀態(tài)編程為 “1”或“0”，所述相鄰導(dǎo)體例如，正交地設(shè)置的數(shù)字線118和位線110。所施加的磁場(chǎng)114和 116根據(jù)需要有選擇地切換自由磁體104的磁矩方向來(lái)編程比特狀態(tài)。當(dāng)層104和108在相同方向上對(duì)準(zhǔn)，并且例如，經(jīng)由具有被適當(dāng)控制的柵極121的隔離晶體管120跨MTJ102 施加電壓時(shí)，測(cè)量到比在層104和108被設(shè)置在相反方向上時(shí)低的電阻。圖1中所描述的傳統(tǒng)的MRAM切換技術(shù)在實(shí)踐上具有某些限制，特別是在設(shè)計(jì)要求將比特單元縮放到更小的尺度時(shí)。例如，由于該技術(shù)要求兩組磁場(chǎng)寫(xiě)入線，因此MRAM單元的陣列易于受比特?cái)_動(dòng)的影響，即，相鄰單元可能響應(yīng)于指向給定單元的寫(xiě)入電流而被不希望地改變。此外，減小MRAM單元的物理尺寸由于熱波動(dòng)而導(dǎo)致較低的對(duì)磁化切換的磁穩(wěn)定性?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)于自由層利用具有大的磁各向異性并因此具有大的切換場(chǎng)的磁性材料來(lái)增強(qiáng)比特的穩(wěn)定性，但是此時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)到足以使比特切換的磁場(chǎng)所需的電流在實(shí)際應(yīng)用中是不可行的。在自旋轉(zhuǎn)移型MRAM (ST-MRAM)裝置(諸如，圖2中所示的裝置)中，通過(guò)迫使電流直接通過(guò)構(gòu)成MTJ 102的材料的疊層(例如，通過(guò)經(jīng)由隔離晶體管120控制的電流202)來(lái)寫(xiě)入比特。一般地說(shuō)，寫(xiě)入電流Idc(其通過(guò)經(jīng)過(guò)一個(gè)鐵磁層(104或108)而被自旋極化) 對(duì)隨后的層施加自旋矩?？梢岳迷摼貋?lái)通過(guò)改變寫(xiě)入電流而使自由磁體104的磁化在兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)之間切換。ST-MRAM事實(shí)上消除了比特?cái)_動(dòng)的問(wèn)題，使得改善了數(shù)據(jù)保持，并使得能夠?qū)崿F(xiàn)更高密度和較低功率的操作以用于未來(lái)的MRAM。由于電流直接通過(guò)MTJ疊層，因此對(duì)用于 ST-MRAM的磁隧穿阻擋物的主要要求包括低電阻-面積積(RA)、高磁電阻(MR)、以及高擊穿電壓。對(duì)于這樣的裝置，需要自由層的適中的到低的磁化以及低的磁阻尼，以具有低的切換電流密度。在ST-MRAM中使用具有MgO隧道阻擋物以及Coi^eB (CFB)自由層的MTJ材料， 因?yàn)樗鼈冊(cè)诘偷腞A導(dǎo)致非常高的MR。然而，為了利用MgO獲得非常高的MR，裝置典型地必須在350°C或更高的溫度退火。但是，隨著隧穿阻擋物的退火溫度增加，擊穿電壓降低。在超過(guò)325°C的溫度處，隧穿阻擋物的擊穿電壓顯著劣化。這導(dǎo)致不理想的切換所需的關(guān)鍵電壓(critical voltage) (Vc)對(duì)隧道阻擋物層的擊穿電壓(Vbd)的比，這導(dǎo)致高比例的裝置不能夠在擊穿之前切換。此外，自由層的阻尼(其決定從進(jìn)動(dòng)磁矩到晶格的能量損失率) 隨著材料的退火溫度的增加而增加。這可能是在高溫下的金屬擴(kuò)散的結(jié)果，典型地從覆蓋自由層的頂電極擴(kuò)散。增加的阻尼導(dǎo)致高的切換電流。因此，盡管通過(guò)在高溫對(duì)MTJ疊層退火可以獲得非常高的MR，但是裝置的總體性能降低了。因此，期望提供一種用于獲得高的MR同時(shí)保持低阻尼以及理想的低的V。/Vbd比的結(jié)構(gòu)和方法。此外，從隨后的具體實(shí)施方式
和所附權(quán)利要求，結(jié)合附圖和背景技術(shù)，本發(fā)明的其它期望的特征和特性將變得明白。


下面將結(jié)合

本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。圖1是先前已知的標(biāo)準(zhǔn)的磁隧道結(jié)的概念性截面圖；圖2是先前已知的自旋轉(zhuǎn)移型磁隧道結(jié)的截面圖；圖3是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例配置的磁隧道結(jié)單元的橫截面圖；圖4是比較對(duì)于示例性實(shí)施例的根據(jù)不同退火溫度的MR的圖；圖5是比較在不同的溫度退火的自由層的阻尼常數(shù)(damping constant)的圖；圖6是比較對(duì)于示例性實(shí)施例的隧道阻擋物層的關(guān)鍵電壓對(duì)擊穿電壓(V。/Vbd)的比的圖；圖7是比較對(duì)于利用常規(guī)疊層制造的裝置材料的擊穿和切換電壓分布的圖；以及圖8是比較對(duì)于根據(jù)示例性實(shí)施例制造的裝置的擊穿和切換電壓分布的圖。
具體實(shí)施例方式下面的具體實(shí)施方式
在性質(zhì)上僅僅是示例性的，其意圖不是限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和用途。此外，不受前面的背景技術(shù)或下面的具體實(shí)施方式
中呈現(xiàn)的任何理論的限制。磁隧道結(jié)(MTJ)結(jié)構(gòu)包括要求低溫度退火(例如，小于300°C )的Coi^eB自由層和MgO隧道阻擋物，但是該結(jié)構(gòu)導(dǎo)致高的磁電阻(MR)、低的阻尼和改善的關(guān)鍵切換電壓對(duì)隧道阻擋物擊穿電壓的比，用于改善自旋矩產(chǎn)率和可靠性。通過(guò)在MgO隧穿阻擋物和CoFeB 自由層之間增加非常薄的純狗層，以及利用小于300°C的退火溫度，獲得了比常規(guī)疊層和處理過(guò)程(無(wú)狗并且350°C退火)高的MR值。這種改善的結(jié)構(gòu)還具有非常低的電阻-面積積(RA)，在Coi^eB自由層和頂部Ta電極或帽蓋之間的MgON擴(kuò)散阻擋物，以防止Ta擴(kuò)散到Coi^eB中，這有助于保持阻尼低并因此也保持切換電壓低。利用低于300°C的退火溫度， 擊穿電壓高，因此導(dǎo)致理想的V。/Vbd比，并導(dǎo)致高比例的裝置在擊穿之前切換，因此改善了裝置的產(chǎn)率和可靠性。盡管參考自旋轉(zhuǎn)移型MRAM(ST-MRAM)描述了 MTJ的示例性實(shí)施例，但是其也可以用在toggle-MRAM和磁傳感器中。圖3是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例配置的MRAM單元300的側(cè)截面圖。在實(shí)踐中， MRAM架構(gòu)或裝置將包括許多個(gè)MRAM單元300，典型地其以列和行的矩陣形式連接在一起。 MRAM單元300—般包括下面的元件第一電極302、固定磁元件304、絕緣體(或隧道阻擋物層)306、包含鐵(Fe)的薄層308的自由磁元件310、擴(kuò)散阻擋物312、和第二電極314。在該示例性實(shí)施例中，固定磁元件304包括模板/種子層316、釘扎層318、被釘扎層320、間隔物層322、和固定層324。應(yīng)當(dāng)理解，MRAM單元300的結(jié)構(gòu)可以以相反的順序制造，例如，首先或最后形成第一電極302。第一和第二導(dǎo)體302、314由任何能夠?qū)щ姷倪m當(dāng)材料形成。例如，導(dǎo)體302、314 可以由元素Al、Cu、Au、Ag、Ta或其組合中的至少一種形成。在所示出的實(shí)施例中，固定磁體元件304位于絕緣體306和電極302之間。固定磁體元件304具有固定的磁化，所述固定的磁化與自由磁元件310的磁化平行或反平行。 在實(shí)際的實(shí)施例中，固定磁體元件304包括在電極302上形成的模板或種子層316形成，以便于在其上形成釘扎層318 (例如IrMn、PtMn、FeMn)。模板/種子層316優(yōu)選是非磁性材料，例如Ta、Al、Ru，但是也可以是磁性材料，例如NiFe、Coi^。釘扎層318決定其上形成的被釘扎層320的磁矩的取向。在間隔物層322上形成固定層324。被釘扎磁性層320和固定磁性層3M具有反平行的磁化，并且可以由任何適當(dāng)?shù)拇判圆牧闲纬桑T如元素Ni、Fe、 Co、B、或其合金以及所謂的半金屬鐵磁體(諸如，NiMnSb、PtMnSb、Fe3CV或CrO2)中的至少一種形成。間隔物層322由任何適當(dāng)?shù)姆谴判圆牧闲纬?，包括元素Ru、Os、Re、Cr、Rh, Cu、 或其組合中的至少一種。合成的反鐵磁體結(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的，并且因此，此處將不詳細(xì)描述其操作。在固定磁性元件304上，并且更具體地，在固定磁性元件3M上，形成絕緣體層 306。絕緣體層306其上包括絕緣體材料，諸如A10x、Mg0x、Ru0x、Hf0x、&0x、Ti0x、或這些元素的氮化物和氧氮化物，如MgON。在該示例性實(shí)施例中，絕緣體306位于自由磁性元件310和固定磁體元件304之間。更具體地，絕緣體306位于自由磁性元件310和固定磁性層3M之間。絕緣體306由任何能夠作為電絕緣體的適當(dāng)材料形成。例如，優(yōu)選地，絕緣體306可以由MgO形成，或者由諸如Al、Si、Hf、Sr、Zr、Ru或Ti中的至少一個(gè)的氧化物或氮化物的材料形成。出于MRAM 單元300的目的，絕緣體306作為磁隧道阻擋物元件，并且自由磁性元件310、絕緣體306和固定磁體元件304的組合形成磁隧道結(jié)。在所示出的實(shí)施例中，自由磁性元件310位于絕緣體材料306和電極314之間。自由磁性元件310由具有可變磁化的磁性材料形成。例如，自由磁性元件310可以由元素Ni、 狗、Co、B或者其合金以及所謂的半金屬鐵磁體(諸如NiMnSb、PtMnSb、Fe304、或者CrO2)中的至少一種形成。如常規(guī)MRAM裝置那樣，自由磁性元件310的可變磁化的方向決定MRAM 單元300是表示“1”比特還是表示“0”比特。在實(shí)踐中，自由磁性元件310的磁化方向與固定磁體元件324的磁化方向平行或反平行。自由磁性元件310具有限定其磁化的自然或“默認(rèn)”取向的易磁軸。在MRAM單元300處于無(wú)電流3 施加(在晶體管3 未被激活時(shí))的穩(wěn)定狀態(tài)情形時(shí)，自由磁性元件 310的磁化將自然地沿其易軸指向。如下面更詳細(xì)地描述的，MRAM單元300被適當(dāng)?shù)嘏渲靡詾樽杂纱判栽?10建立特定的易軸方向。從圖3的角度，自由磁性元件310的易軸指向右或者指向左(例如，在箭頭330的方向)。在實(shí)踐中，MRAM單元300利用自由磁性元件 308中的各向異性(諸如，形狀或結(jié)晶各向異性)來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的易軸取向。電極314作為用于MRAM單元300的數(shù)據(jù)讀取導(dǎo)體。就此而言，能夠根據(jù)常規(guī)技術(shù)讀取MRAM單元300中的數(shù)據(jù)小的電流流過(guò)MRAM單元300和電極314，以及測(cè)量該電流以確定MRAM單元300的電阻是相對(duì)高還是相對(duì)低。讀取電流比通過(guò)自旋轉(zhuǎn)移使自由層切換所需的電流小得多，以避免單元的讀取導(dǎo)致的擾動(dòng)。在實(shí)踐中，MRAM單元300可以采用替代的和/或另外的元件，并且圖3中所描述的元件中的一個(gè)或更多個(gè)可以被實(shí)現(xiàn)為復(fù)合結(jié)構(gòu)或子元件的組合。圖3中所示的層的具體布置僅僅表示本發(fā)明的一個(gè)適當(dāng)?shù)膶?shí)施例。自旋轉(zhuǎn)移效應(yīng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。簡(jiǎn)要地說(shuō)，在電子通過(guò)磁體/非磁體/ 磁體三層結(jié)構(gòu)中的第一磁性層之后，電流變得自旋極化，其中第一磁性層基本上是較厚的， 或者具有基本上比所述第二磁層高的磁化。自旋極化的電子跨過(guò)非磁性間隔物，并然后，通過(guò)角動(dòng)量守恒，將轉(zhuǎn)矩置于第二磁性層上，這使第二層的磁取向切換為與第一層的磁取向平行。如果施加相反極性的電流，則代替地電子首先通過(guò)第二磁性層。在跨非磁性間隔物之后，轉(zhuǎn)矩施加于第一磁性層。然而，由于其較大的厚度或磁化，第一磁性層并不切換。同時(shí)，一部分電子然后將反射離第一磁性層并在與第二磁性層相互作用之前向回行進(jìn)跨過(guò)非磁性間隔物。在這種情況下，自旋轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)矩起作用以便使第二層的磁取向切換為與第一層的磁取向反平行。根據(jù)該示例性實(shí)施例，在絕緣體306和自由磁性元件310之間形成鐵(Fe)的薄層 308。層308的厚度可以在1_5人的范圍內(nèi)，但是優(yōu)選地，在2.5人-5人的范圍內(nèi)(有關(guān)高極化插入層見(jiàn)受讓給本申請(qǐng)的受讓人的美國(guó)專利7，098，495)。通過(guò)在絕緣體306和自由磁性元件310之間的界面處增加非常薄的純狗的層和利用小于350°C (優(yōu)選地，小于300°C， 以及更優(yōu)選地，在約265°C)的退火溫度，能夠獲得比常規(guī)疊層和處理過(guò)程(沒(méi)有狗并且 350°C退火)高的MR值。利用低于300°C的退火溫度，擊穿電壓高，因此導(dǎo)致理想的V。/Vbd 比，并導(dǎo)致高比例的裝置在擊穿之前切換，因此改善了裝置的產(chǎn)率和可靠性。另外，根據(jù)該示例性實(shí)施例，在自由層310和電極314之間形成擴(kuò)散阻擋物312(有關(guān)擴(kuò)散阻擋物，見(jiàn)受讓給本申請(qǐng)的受讓人的美國(guó)專利6，544, 801)。優(yōu)選地，擴(kuò)散阻擋物312由低RA的氧氮化鎂 (MgON)形成，并且具有在8-20A的范圍內(nèi)的厚度，但是優(yōu)選地，具有在12A-16A的范圍內(nèi)的厚度。擴(kuò)散阻擋物312防止鉭擴(kuò)散到自由層310中，從而保持阻尼低并降低關(guān)鍵電流。圖4示出了對(duì)于常規(guī)材料402和改進(jìn)的MTJ疊層404、406兩者的根據(jù)MTJ的退火溫度的MR的比較。利用在MgO和Coi^eB自由層的界面處的狗的薄層，即使在最低的退火溫度也能夠?qū)崿F(xiàn)比常規(guī)疊層402 (沒(méi)有！^界面層)高的MR。線404表示在MgO和CoFeB的界面處2.5人的Fe，而線406表示5人的狗。這些MR對(duì)于100納米χ 200納米面積器件具有4-7 Ω μ 2的RA的MTJ是典型的。圖5示出了對(duì)于沒(méi)有擴(kuò)散阻擋物的和具有Ta帽蓋的Coi^eB自由層的根據(jù)退火溫度的阻尼(有關(guān)CoFeB合金，見(jiàn)受讓給本申請(qǐng)的受讓人的美國(guó)專利6，831， 312和7，067，331)。以502表示常規(guī)疊層而504表示改進(jìn)的疊層。阻尼常數(shù)隨著溫度減小而降低， 并且隨著擴(kuò)散阻擋物的添加由于降低了 Ta在Coi^eB中的擴(kuò)散而進(jìn)一步降低?；诙喾N磁性測(cè)量結(jié)果，改進(jìn)的疊層504中的MgON擴(kuò)散阻擋物提供了優(yōu)化的擴(kuò)散阻擋物特性，同時(shí)對(duì)該疊層增加了最少的串聯(lián)電阻。通過(guò)Mg膜的薄層的自然氧化-氮化制造所述MgON擴(kuò)散阻擋物。圖6示出了與沒(méi)有狗、高溫退火并且沒(méi)有擴(kuò)散阻擋物的常規(guī)疊層604相比，對(duì)于具有2.5人厚的Fe層、低溫度退火、和MgON擴(kuò)散阻擋物的改進(jìn)的MTJ疊層602的、在用于切換的關(guān)鍵電壓(V。)對(duì)隧道阻擋物層的擊穿電壓(Vbd)的比方面的改進(jìn)。較低的V。/Vbd對(duì)于器件的良好產(chǎn)率和可靠性而言是優(yōu)選的。圖7和8示出了對(duì)于利用常規(guī)材料制造的器件(圖7)和利用改進(jìn)的MTJ疊層制造的器件(圖8)的擊穿(Vbd)702、802和關(guān)鍵切換電壓(V。)704、804的分布的比較。圖7中的對(duì)于常規(guī)材料的V。704和Vbd702的分布明顯交疊，對(duì)于存儲(chǔ)器導(dǎo)致差的產(chǎn)率和可靠性，這是因?yàn)樵趯?xiě)入處理過(guò)程期間許多比特將擊穿。圖8中的對(duì)于改進(jìn)的疊層的V。804和Vbd802 的分離由于改進(jìn)的比V。/Vbd而比圖7中的好，因此對(duì)于存儲(chǔ)器允許改善得多的產(chǎn)率和可靠性。盡管在前述的具體實(shí)施方式
中已經(jīng)呈現(xiàn)了至少一個(gè)示例性實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，存在大量的變型。還應(yīng)當(dāng)理解，示例性實(shí)施例僅是示例，并不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適用性、或配置。而是，前述的具體實(shí)施方式
將為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供方便的用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的路線圖，應(yīng)理解，在示例性實(shí)施例中描述的元件的功能和布置方面可以進(jìn)行多種改變而不偏離如所附權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1 一種磁隧道結(jié)，包括 第一電極；與所述第一電極鄰接的固定磁性元件； 自由磁性元件；設(shè)置在所述固定磁性元件和所述自由磁性元件之間的隧道阻擋物；以及鐵的第一層，其具有在0. 5至5.0人范圍內(nèi)的厚度，并且設(shè)置得與所述隧道阻擋物相鄰。
2.如權(quán)利要求1所述的磁隧道結(jié)，其中所述鐵的第一層包括在2.5至5.0人范圍內(nèi)的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的磁隧道結(jié)，其中所述鐵的第一層包括約2.5人的厚度。
4.如權(quán)利要求1所述的磁隧道結(jié)，其中所述鐵的第一層包括約1.0人的厚度。
5.如權(quán)利要求1所述的磁隧道結(jié)，進(jìn)一步包括 第二電極；以及擴(kuò)散阻擋物，設(shè)置在所述第二電極和所述自由磁性元件之間，具有在4至7 Ω μ 2的范圍內(nèi)的電阻-面積積。
6.如權(quán)利要求5所述的磁隧道結(jié)，其中所述擴(kuò)散阻擋物包括MgON。
7.如權(quán)利要求5所述的磁隧道結(jié)，其中所述擴(kuò)散阻擋物包括在12.0人和16.0人之間的厚度。
8.如權(quán)利要求5所述的磁隧道結(jié)，其中所述擴(kuò)散阻擋物選自由氧化物、氮化物、和氧氮化物構(gòu)成的組，其中所選擇的氧化物、氮化物、和氧氮化物包括Al、Mg、Ru、Hf、&、Ti、Cu、Nb、 Ta、B、或Mo中的至少一種。
9.如權(quán)利要求5所述的磁隧道結(jié)，其中所述隧道阻擋物包括MgO。
10.如權(quán)利要求5所述的磁隧道結(jié)，其中所述隧道阻擋物由MgO構(gòu)成并且所述自由層由 CoFeB構(gòu)成，并且所述固定磁性元件包括與所述第一電極鄰接的由( 構(gòu)成的被釘扎層， 與所述隧道阻擋物鄰接的由CoFeB構(gòu)成的固定層，以及設(shè)置在所述固定層和所述被釘扎層之間的由Ru構(gòu)成的間隔物層。
11.如權(quán)利要求5所述的磁隧道結(jié)，其中所述隧道阻擋物由MgO構(gòu)成并且所述自由層由 CoFeB構(gòu)成，并且所述固定磁性元件包括與所述第一電極鄰接的由( 構(gòu)成的被釘扎層， 與所述隧道阻擋物鄰接的由CoFeB構(gòu)成的固定層，以及設(shè)置在所述固定層和所述被釘扎層之間的由Ru構(gòu)成的間隔物層，其中所述鐵的第一層被設(shè)置在所述隧道阻擋物和所述自由層之間。
12.如權(quán)利要求5所述的磁隧道結(jié)，其中所述隧道阻擋物由MgO構(gòu)成并且所述固定層由 CoFeB構(gòu)成，并且所述固定磁性元件包括與所述第一電極鄰接的由( 構(gòu)成的被釘扎層， 與所述隧道阻擋物鄰接的由CoFeB構(gòu)成的固定層，以及設(shè)置在所述固定層和所述被釘扎層之間的由Ru構(gòu)成的間隔物層，其中所述鐵的第一層被設(shè)置在所述隧道阻擋物和所述固定層之間。
13.如權(quán)利要求11所述的磁隧道結(jié)，進(jìn)一步包括鐵的第二層，其被設(shè)置在所述隧道阻擋物和所述固定層之間，具有0. 5至5.0人的厚度。
14.一種磁隧道結(jié)，包括 固定磁性元件；自由磁性元件；隧道阻擋物，其設(shè)置在所述固定磁性元件和所述自由磁性元件之間；鐵的層，其被設(shè)置為與所述隧道阻擋物鄰接，具有在0. 5至5.0人的范圍內(nèi)的厚度；電極；以及擴(kuò)散阻擋物，其設(shè)置在所述電極和所述自由磁性元件之間，具有在4至7 Ω μ 2的范圍內(nèi)的電阻-面積積。
15.一種形成磁隧道結(jié)的方法，包括形成固定磁性元件，其具有與第一電極鄰接的第一界面； 形成隧道阻擋物，其具有與所述固定磁性元件的第二界面鄰接的第一界面； 形成自由層，其具有與所述隧道阻擋物的第二界面鄰接的第一界面； 形成鐵的第一層，其具有在1.0人至5.0人的范圍內(nèi)的厚度，并被設(shè)置得與所述隧道阻擋物的第一界面和第二界面中的一個(gè)相鄰；以及在所述自由層的第二界面上形成第二電極。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述鐵的第一層包括在2.5至5.0人的范圍內(nèi)的厚度。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述鐵的第一層包括約2.5人的厚度。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述鐵的第一層包括約1.0人的厚度。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在所述自由層和所述第二電極之間形成擴(kuò)散阻擋物，其具有在4至7 Ω μ 2的范圍內(nèi)的電阻-面積積。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述擴(kuò)散阻擋物包括MgON。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述擴(kuò)散阻擋物包括在12.0Λ和16.0人之間的厚度。
22.如權(quán)利要求19所述的磁隧道結(jié)，其中所述擴(kuò)散阻擋物選自由氧化物、氮化物、和氧氮化物構(gòu)成的組，其中所選擇的氧化物、氮化物、和氧氮化物包括Al、Mg、Ru、Hf、Zr、Ti、Cu、 Nb、Ta、B、或Mo中的至少一種。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括以小于350°C的溫度退火。
24.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括以小于300°C的溫度退火。
25.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括以約265°C的溫度退火。
26.如權(quán)利要求19所述的磁隧道結(jié)，其中所述隧道阻擋物包括MgO。
27.如權(quán)利要求15所述的磁隧道結(jié)，其中所述隧道阻擋物由MgO構(gòu)成并且所述自由層由CoFeB構(gòu)成，并且形成所述固定磁性元件的步驟包括形成與所述第一電極鄰接的由 CoFe構(gòu)成所述被釘扎層，形成與所述隧道阻擋物鄰接的由CoFeB構(gòu)成的固定層，以及形成設(shè)置在所述固定層和所述被釘扎層之間的由Ru構(gòu)成的間隔物層。
28.如權(quán)利要求15所述的磁隧道結(jié)，其中所述隧道阻擋物由MgO構(gòu)成并且所述自由層由CoFeB構(gòu)成，并且形成所述固定磁性元件的步驟包括形成與所述第一電極鄰接的由 CoFe構(gòu)成所述被釘扎層，形成與所述隧道阻擋物鄰接的由CoFeB構(gòu)成的固定層，以及形成設(shè)置在所述固定層和所述被釘扎層之間的由Ru構(gòu)成的間隔物層，所述鐵的第一層設(shè)置在所述隧道阻擋物和所述自由層之間。
29.如權(quán)利要求15所述的磁隧道結(jié)，其中所述隧道阻擋物由MgO構(gòu)成并且所述自由層由CoFeB構(gòu)成，并且形成所述固定磁性元件的步驟包括形成與所述第一電極鄰接的由 CoFe構(gòu)成所述被釘扎層，形成由CoFeB構(gòu)成的固定層，以及形成設(shè)置在所述固定層和所述被釘扎層之間的由Ru構(gòu)成的間隔物層，所述鐵的第一層設(shè)置在所述隧道阻擋物和所述固定層之間。
30.如權(quán)利要求觀所述的磁隧道結(jié)，進(jìn)一步包括在所述隧道阻擋物和所述固定層之間形成鐵的第二層，其具有0. 5至5.0人的厚度。
全文摘要
一種磁隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，包括鐵的層，其設(shè)置在隧道阻擋物和自由磁性元件之間，具有在10至的范圍內(nèi)的厚度，導(dǎo)致高的磁電阻、低的阻尼、和改善的關(guān)鍵切換電壓對(duì)隧道阻擋物擊穿電壓的比Vc/Vbd，以改善自旋矩產(chǎn)率和可靠性，同時(shí)要求僅低溫度退火。該改善的結(jié)構(gòu)還具有非常低的電阻-面積積，在自由磁性元件和電極之間的MgON擴(kuò)散阻擋物，以防止電極到自由層中的擴(kuò)散，這有助于保持阻尼低，并因此也保持切換電壓低。利用低退火溫度，擊穿電壓高，導(dǎo)致理想的比Vc/Vbd，并導(dǎo)致高比例的器件在擊穿之前切換，因此改善了器件的產(chǎn)率和可靠性。
文檔編號(hào)G11C11/00GK102282620SQ200980154682
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者F·B·曼考夫, N·D·里佐, P·G·瑪澤, R·韋格 申請(qǐng)人:艾沃思賓技術(shù)公司