用于垂直磁性隧道結(jié)(mtj)的混合合成反鐵磁層的制作方法
【專利摘要】一種磁性隧道結(jié)(MTJ)器件包括自由層。該MTJ還包括耦合至自由層的阻擋層。該MTJ還具有耦合至阻擋層的固定層。固定層包括第一合成反鐵磁(SAF)多層，其具有第一垂直磁各向異性(PMA)和第一阻尼常數(shù)。固定層還包括第二SAF多層，其具有第二垂直磁各向異性(PMA)以及低于第一阻尼常數(shù)的第二阻尼常數(shù)。第一SAF多層比第二SAF多層更靠近阻擋層。固定層還包括第一和第二SAF多層之間的SAF耦合層。
【專利說明】用于垂直磁性隧道結(jié)(MTJ)的混合合成反鐵磁層
[0001 ] 背景
[0002]領(lǐng)域
[0003]本公開的諸方面涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及用于垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)器件的混合合成反鐵磁(SAF)層。
【背景技術(shù)】
[0004]與常規(guī)的隨機存取存儲器(RAM)芯片技術(shù)不同，在磁性RAM(MRAM)中，數(shù)據(jù)通過存儲元件的磁極化來存儲。這些存儲元件是從由隧穿層分開的兩個鐵磁層形成的。兩個鐵磁層中的一個(被稱為固定(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)可被用于表示邏輯“I”或邏輯“O”。具體地，MTJ的電阻取決于自由層磁化和固定層磁化是彼此并行還是彼此反并行。例如，在自由層磁化與固定層磁化反并行時表示邏輯“I”狀態(tài)。在自由層磁化與固定層磁化并行時表示邏輯“O”狀態(tài)。存儲器設(shè)備(諸如MRAM)是從可個體尋址的MTJ的陣列構(gòu)造的。
[0006]為了將數(shù)據(jù)寫入常規(guī)MRAM中，通過MTJ來施加超過臨界切換電流的寫電流。寫電流應(yīng)該超過切換電流足夠量以改變自由層的磁化方向。當(dāng)寫電流以第一方向流動時，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并行取向上對齊。當(dāng)寫電流以與第一方向相反的第二方向流動時，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并行取向。
[0007]概述
[0008]根據(jù)本公開的一方面的磁性隧道結(jié)(MTJ)器件包括自由層。該MTJ還包括耦合至自由層的阻擋層。該MTJ還包括耦合至阻擋層的固定層。固定層包括第一合成反鐵磁(SAF)多層，其具有第一垂直磁各向異性(PMA)和第一阻尼常數(shù)。固定層還包括第二 SAF多層，其具有第二垂直磁各向異性(PMA)以及低于第一阻尼常數(shù)的第二阻尼常數(shù)。第一SAF多層比第二SAF多層更靠近阻擋層。固定層還包括第一和第二 SAF多層之間的SAF耦合層。
[0009]根據(jù)本公開的另一方面的一種制造磁性隧道結(jié)(MTJ)器件的方法包括沉積具有第一垂直磁各向異性(PMA)和第一阻尼常數(shù)的第一合成反鐵磁(SAF)多層。該方法進一步包括在第一 SAF多層上沉積SAF耦合層。該方法還包括沉積具有第二垂直磁各向異性(PMA)以及低于第一阻尼常數(shù)的第二阻尼常數(shù)的第二 SAF多層。該方法還包括在第二 SAF多層上沉積阻擋層。該方法進一步包括在阻擋層上沉積自由層。
[0010]根據(jù)本公開的另一方面的一種磁性隧道結(jié)(MTJ)器件包括自由層、阻擋層、以及固定層。固定層包括用于提供第一垂直磁各向異性(PMA)和第一阻尼常數(shù)的裝置。固定層還包括用于提供第二垂直磁各向異性(PMA)以及低于第一阻尼常數(shù)的第二阻尼常數(shù)的裝置。第一提供裝置比第二提供裝置更靠近阻擋層。固定層還具有用于耦合該第一和第二提供裝置的裝置。
[0011]這已較寬泛地勾勒出本公開的特征和技術(shù)優(yōu)勢以便下面的詳細描述可以被更好地理解。本公開的附加特征和優(yōu)點將在下文描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該領(lǐng)會，本公開可容易地被用作修改或設(shè)計用于實施與本公開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的教導(dǎo)。被認(rèn)為是本公開的特性的新穎特征在其組織和操作方法兩方面連同進一步的目的和優(yōu)點在結(jié)合附圖來考慮以下描述時將被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附圖均僅用于解說和描述目的，且無意作為對本公開的限定的定義。
[0012]附圖簡述
[0013]為了更全面地理解本公開，現(xiàn)在結(jié)合附圖參閱以下描述。
[0014]圖1解說了根據(jù)本公開的一個方面的垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)的橫截面視圖。
[0015]圖2解說了根據(jù)本公開的一個或多個方面的垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)中的結(jié)構(gòu)。
[0016]圖3解說了根據(jù)本公開的一個或多個方面的垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)內(nèi)的結(jié)構(gòu)。
[0017]圖4是解說本公開的一個或多個方面的過程流圖。
[0018]圖5是示出其中可有利地采用本公開的配置的示例性無線通信系統(tǒng)的框圖。
[0019]圖6是解說根據(jù)一種配置的用于半導(dǎo)體組件的電路、布局、以及邏輯設(shè)計的設(shè)計工作站的框圖。
[0020]詳細描述
[0021]以下結(jié)合附圖闡述的詳細描述旨在作為各種配置的描述，而無意表示可實踐本文中所描述的概念的僅有的配置。本詳細描述包括具體細節(jié)以便提供對各種概念的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，沒有這些具體細節(jié)也可實踐這些概念。在一些實例中，以框圖形式示出眾所周知的結(jié)構(gòu)和組件以避免煙沒此類概念。如本文中所描述的，術(shù)語“和/或”的使用旨在表示“包含性或”，而術(shù)語“或”的使用旨在表示“排他性或”。
[0022]用于形成磁性隨機存取存儲器(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。具有垂直取向的MTJ結(jié)構(gòu)被稱為垂直磁性隧道結(jié)(PMTJ)器件。具有介電阻擋層(例如，氧化鎂(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)。
[0023]pMTJ可采用完全垂直磁化的釘扎層。可使用合成反鐵磁(SAF)層來形成pMTJ的垂直釘扎層。可由鈷/鉑(Co/Pt)或鈷/鎳(Co/Ni)的多層疊層形成pMTJ的SAF層。當(dāng)由鈷/鉑(Co/Pt)或鈷/鎳(Co/Ni)的多層疊層形成時，pMTJ的垂直釘扎層可能不會展現(xiàn)用于改善器件性能的高磁各向異性、良好熱穩(wěn)定性以及低阻尼常數(shù)。
[0024]例如，由鈷/鉑(Co/Pt)多層疊層形成的垂直釘扎層顯現(xiàn)高各向異性以及良好的熱穩(wěn)定性。然而，Co/Pt多層疊層的阻尼常數(shù)由于Pt的強自旋軌道耦合而非常高。垂直釘扎層的另一候選是鈷/鎳(Co/Ni)多層疊層。
[0025]在[Co/Pt]多層疊層中，Co/Pt周期的數(shù)目范圍可從2到30，并且通常可在4與15之間。[Co/Pt]多層疊層中鈷層的厚度范圍可在1.5埃與8埃之間，并且鉑層的厚度范圍可在
1.5埃與12埃之間。
[0026]在[Co/Ni]多層疊層中，Co/Ni周期的數(shù)目范圍可從2到30，并且通?？稍?與15之間。[Co/Ni]多層疊層中鈷層的厚度范圍可在1.5埃與8埃之間，并且鎳層的厚度范圍可在2埃與10埃之間。Co/Ni多層疊層由于完全鐵磁層的本質(zhì)而具有較低的阻尼常數(shù)，但其磁各向異性對于在pMTJ釘扎層中使用而言相對較小。Co/Pt多層疊層或Co/Ni多層疊層一般不滿足垂直釘扎層所期望的各向異性、熱穩(wěn)定性、以及阻尼常數(shù)。
[0027]在本公開的一方面，磁性隧道結(jié)(MTJ)器件包括自由層、阻擋層以及固定層。在一種配置中，固定層包括第一合成反鐵磁(SAF)多層，其具有第一垂直磁各向異性(PMA)和第一阻尼常數(shù)。固定層還包括第二SAF多層，其具有第二垂直磁各向異性(PMA)以及低于第一阻尼常數(shù)的第二阻尼常數(shù)。第一 SAF多層可被沉積成比第二 SAF多層更靠近阻擋層。固定層進一步包括第一和第二 SAF多層之間的SAF耦合層。
[0028]在一種配置中，固定層由耦合至鈷鎳(Co/Ni)多層疊層的鈷鉑(Co/Pt)多層疊層形成。Co/Pt多層疊層可通過釕(Ru)層(反鐵磁耦合)或通過在Co/Pt多層疊層上直接沉積Co/Ni多層疊層來親合至Co/Ni多層疊層。該混合Co/N1-Co/Pt多層結(jié)構(gòu)提供展現(xiàn)高磁各向異性、良好熱穩(wěn)定性、以及較低阻尼常數(shù)的垂直MTJ(pMTJ)，從而導(dǎo)致改善的器件性能。
[0029]圖1解說了根據(jù)本公開的一個方面的垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)的橫截面視圖。代表性地，pMTJ 100形成在基板102上。pMTJ 100可形成在半導(dǎo)體基板(諸如硅基板)或任何其他替換的合適基板材料上。PMTJ 100可包括第一電極104、晶種層106、第一合成反鐵磁(SAF)層108、SAF耦合層110、以及第二SAF層1124MTJ 100還包括參考層114、阻擋層116、自由層118、蓋層120(也被稱為覆蓋層)、以及第二電極122。?11\1 100可被用在各種類型的設(shè)備中，諸如半導(dǎo)體存儲器設(shè)備(例如，磁性隨機存取存儲器(MRAM))。
[0030]在該配置中，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可包括其他恰適材料，包括但不限于鉑(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、或其他類似的導(dǎo)電材料。第一電極104和第二電極122還可使用pMTJ 100內(nèi)的不同材料。
[0031]晶種層106形成在第一電極104上。晶種層106可為第一SAF層108提供機械和晶體基板。晶種層106可以是化合物材料，包括但不限于鎳鉻(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生長或以其他方式耦合至第一電極104時，在晶種層106中得到平滑且密集的晶體結(jié)構(gòu)。在該配置中，晶種層106促進pMTJ 100中后續(xù)形成的層根據(jù)特定晶體取向來生長。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)的任何晶向，但通常被選取成(111)晶向。
[0032]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的多層材料疊層可以是鐵磁材料或用于創(chuàng)建第一 SAF層108中的鐵磁力矩的諸材料的組合。用于形成第一 SAF層108的多層材料疊層包括但不限于鈷(Co)、鈷結(jié)合其他材料(諸如鎳(Ni)、鉑(Pt)、或鈀(Pd))、或其他類似的鐵磁材料。
[0033]SAF耦合層110形成在第一 SAF層108上，并且促進第一 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(Os)、銠(Rh)、鈮(Nb)、鋱(Tb)、或其他類似材料。SAF耦合層110還可包括用于提供對第一 SAF層108和第二 SAF層112的機械和/或晶體結(jié)構(gòu)支撐的材料。
[0034]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SAF結(jié)構(gòu)124，其通常被稱為pMTJ 100中的“釘扎層” O SAF結(jié)構(gòu)124通過反鐵磁耦合來固定或釘扎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。
[0035]參考層114形成在SAF結(jié)構(gòu)124上。參考層114為阻擋層116提供晶體取向。與晶種層106—樣，用于參考層114的材料提供模板以供后續(xù)層以特定晶體取向來生長。該取向可以是密勒指數(shù)系統(tǒng)內(nèi)的任何方向，但通常在(100)(或(001)))晶向上。參考層114也可以是第二 SAF層112的最后一層，但為便于解釋而被示為分開的層。
[0036]阻擋層116(也被稱為隧道阻擋層)形成在參考層114上。阻擋層116提供SAF結(jié)構(gòu)124與自由層118之間的電子穿行的隧道阻擋。阻擋層116(其可包括氧化鎂(MgO))形成在參考層114上，并且可具有晶體結(jié)構(gòu)。阻擋層的晶體結(jié)構(gòu)可在(100)方向上。阻擋層116可包括其他元素或其他材料，諸如氧化鋁(AlO)、氮化鋁(AlN)、氮氧化鋁(AlON)、或者其他非磁性或介電材料。阻擋層116的厚度被形成為使得在偏置電壓被施加于pMTJ 100時，電子能從SAF結(jié)構(gòu)124隧穿通過阻擋層116進入自由層118。
[0037]自由層118(其可以是鈷鐵硼(CoFeB))形成在阻擋層116上。當(dāng)最初被沉積在阻擋層116上時，自由層118是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。即，當(dāng)最初被沉積在阻擋層116上時，自由層118不具有晶體結(jié)構(gòu)。自由層118也是鐵磁層或多層材料，其可以是與SAF結(jié)構(gòu)124相同的鐵磁材料或可使用不同材料。
[0038]在該配置中，自由層118包括未被固定或釘扎在特定磁取向上的鐵磁材料。自由層118的磁化取向能夠旋轉(zhuǎn)成相對于SAF結(jié)構(gòu)124的釘扎磁化處于平行或反平行方向上。隧穿電流取決于SAF結(jié)構(gòu)124和自由層118的相對磁化方向而垂直地流經(jīng)阻擋層116。
[0039]蓋層120形成在自由層118上。蓋層120可以是允許遏制自由層118與SAF結(jié)構(gòu)124之間的磁場和電場的介電層、或其他絕緣層。蓋層120有助于降低用于將pMTJ 100從一個取向(例如，平行取向)切換到另一取向(例如，反平行取向)的切換電流密度。蓋層120(其也可被稱為覆蓋層)可以是氧化物，諸如舉例而言非晶態(tài)氧化鋁(AlOx)或非晶態(tài)氧化鉿(Η??χ)。蓋層120還可以是其他材料，諸如氧化鎂(MgO)或其他介電材料，而不脫離本公開的范圍。
[0040]第二電極122形成在蓋層120上。在一種配置中，第二電極122包括鉭。替換地，第二電極122包括用于將pMTJ 100電耦合至電路的其他器件或部分的其他合適導(dǎo)電材料。
[0041 ]在本公開的一個方面，第一 SAF層108包括交替的鈷和鉑(Co/Pt)層的多層疊層。由釕(Ru)形成的SAF耦合層110可將第一 SAF層108與第二 SAF層112磁耦合。第二 SAF層112可包括交替的鈷和鎳(Co/Ni)層的多層疊層。SAF耦合層110可針對第一 SAF層108和第二 SAF層112的不同磁耦合被置于第二SAF層112內(nèi)(S卩，多層Co/Ni疊層內(nèi))并控制SAF結(jié)構(gòu)124的各向異性、熱穩(wěn)定性、以及阻尼常數(shù)。
[0042]圖2解說了根據(jù)本公開的一個或多個方面的pMTJ中的結(jié)構(gòu)200。代表性地，第一SAF層108被示為多層材料疊層。在第一 SAF層108內(nèi)，第一層202和第二層204以具有周期206的交替模式被組合。在一種配置中，第一層202是鈷層且第二層204是鉑層。該配置包括由鈷鉑(Co/Pt)多層疊層形成的第一SAF層108?？赡艽嬖跀?shù)目“η”個周期206的Co/Pt疊層，其被指定為[Co/Pt]n以指示有多少周期206被用于創(chuàng)建第一 SAF層108。其他材料可被用于第一層202和第二層204而不脫離本公開的范圍。
[0043]類似地，圖2將第二SAF層112解說為多層材料疊層。在第二SAF層112內(nèi)，第一層208和第二層210以具有周期212的交替模式被組合。在本公開的一個方面，第一層208是鈷層且第二層210是鎳層。在一個示例中，第二SAF層112是鈷鎳(Co/Ni)多層疊層。可能存在數(shù)目“η”個周期212的Co/Ni疊層，其被指定為[Co/Ni]n以指示有多少周期212被用于創(chuàng)建第二SAF層112。其他材料可被用于第一層208和第二層210而不脫離本公開的范圍。進一步，取決于結(jié)構(gòu)200的總體設(shè)計以及用于層202、204、208、210、和110的材料，周期212的數(shù)目可不同于周期206的數(shù)目。
[0044]SAF耦合層110被置于第一 SAF層108與第二 SAF層112之間。SAF耦合層110有助于第一 SAF層108與第二 SAF層112之間的磁耦合。
[0045]本公開的一個方面提供第一SAF層108的指定質(zhì)量(例如，較高的PMA)。通過將鈷/鉑(Co/Pt)多層疊層置于第一SAF層108中，本公開的該方面將高各向異性和良好熱穩(wěn)定性納入到SAF結(jié)構(gòu)124中。進一步，通過使用更靠近阻擋層116的Co/Ni疊層，本公開的該方面降低了 SAF結(jié)構(gòu)124的阻尼常數(shù)。與排他地使用任一材料系統(tǒng)相比，SAF結(jié)構(gòu)124內(nèi)不同材料的組合提供了提高的磁各向異性以及較低的阻尼常數(shù)。通過組合對Co/Pt和Co/Ni多層疊層的使用，可根據(jù)本公開的該方面在PMTJ 100器件中控制磁各向異性、熱穩(wěn)定性、和阻尼常數(shù)。
[0046]圖3解說了根據(jù)本公開的另一方面的pMTJ內(nèi)的結(jié)構(gòu)300。圖3解說了第一SAF層108除圖2中所示的Co/Pt多層材料疊層以外還可包括附加的材料或多層疊層。作為示例而非限定，第一 SAF層108可包括Co/Pt多層疊層和第三材料302。第三材料302還可以是材料組合、或者材料304和材料306的多層疊層，而不脫離本公開的范圍。
[0047]在本公開的該方面，第三材料302可以是具有數(shù)個周期的Co/Ni多層疊層。第三材料可使用與第二 SAF層112中使用的材料相同的材料、或不同材料，或者提供第一層202和第二層204的不同安排。通過使用第三材料302，第一 SAF層108可進一步微調(diào)由結(jié)構(gòu)300中的SAF結(jié)構(gòu)124提供的PMA和阻尼常數(shù)。
[0048]進一步，第三材料302可允許在SAF耦合層110和/或第二SAF層112中使用不同的材料、或材料安排。例如，在第一 SAF層108中使用耦合至Co/Ni多層材料疊層的Co/Pt多層材料疊層可提供第一阻尼常數(shù)和第一 PMA值。采用結(jié)構(gòu)300的器件應(yīng)用可指定維持該PMA值，或者可指定相對于距阻擋層116的鄰近度來降低阻尼常數(shù)。如此，不同材料、或較小數(shù)目的周期212可被用于第二 SAF層112或SAF耦合層110以便為SAF結(jié)構(gòu)124提供期望的阻尼常數(shù)和期望的PMA值。使用Co/Ni多層疊層作為第三材料302還可改變用于SAF耦合層110的厚度和/或材料。
[0049]圖4是解說根據(jù)本公開的一個方面的形成用于垂直磁性隧道結(jié)(pMTJ)器件的混合合成反鐵磁(SAF)層的方法400的過程流圖。在過程框402，沉積第一合成反鐵磁(SAF)多層。第一 SAF多層具有第一垂直磁各向異性(PMA)和第一阻尼常數(shù)。在過程框404，在第一 SAF層上沉積SAF耦合層。例如，如圖1所示，在第一 SAF層108上沉積SAF耦合層110。在框406，在SAF耦合層上沉積第二SAF多層。第二SAF多層具有第二垂直磁各向異性(PMA)以及低于第一阻尼常數(shù)的第二阻尼常數(shù)。例如，如圖1所示，在SAF耦合層110上沉積第二 SAF層112。在過程框408，在第二 SAF多層上沉積阻擋層。在過程框410，在該阻擋層上沉積自由層。例如，如圖1所示，在沉積在第二SAF層112上的阻擋層116上沉積自由層118。
[0050]在一種配置中，磁性隧道結(jié)(MTJ)器件包括自由層、阻擋層、以及固定層。固定層包括用于提供第一垂直磁各向異性(PMA)和第一阻尼常數(shù)的裝置。在一方面，該提供裝置可以是第一 SAF層108。固定層還包括用于提供第二垂直磁各向異性(PMA)和第二阻尼常數(shù)的裝置。在一方面，該提供裝置可以是第二 SAF層112。固定層還包括用于耦合該第一和第二提供裝置的裝置。在一方面，該耦合裝置可以是SAF耦合層110。在另一方面，前述裝置可以是配置成執(zhí)行由前述裝置敘述的功能的任何結(jié)構(gòu)或安排。
[0051]圖5是示出其中可有利地采用本公開的一方面的示例性無線通信系統(tǒng)500的框圖。出于解說目的，圖5示出了三個遠程單元520、530和550以及兩個基站540。將認(rèn)識到，無線通信系統(tǒng)可具有遠多于此的遠程單元和基站。遠程單元520、530和550包括IC器件525A、525C和525B，這些IC器件包括所公開的pMT J器件。將認(rèn)識到，其他設(shè)備也可包括所公開的pMT J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到遠程單元520、530和550的前向鏈路信號580，以及從遠程單元520、530和550到基站540的反向鏈路信號590。
[0052]在圖5中，遠程單元520被示為移動電話，遠程單元530被示為便攜式計算機，而遠程單元550被示為無線本地環(huán)路系統(tǒng)中的固定位置遠程單元。例如，這些遠程單元可以是移動電話、手持式個人通信系統(tǒng)(PCS)單元、便攜式數(shù)據(jù)單元(諸如個人數(shù)據(jù)助理)、啟用GPS的設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、固定位置數(shù)據(jù)單元(諸如儀表讀數(shù)裝置)、或者存儲或取回數(shù)據(jù)或計算機指令的其他設(shè)備、或者其組合。盡管圖5解說了根據(jù)本公開的各方面的遠程單元，但本公開并不被限定于所解說的這些示例性單元。本公開的各方面可以合適地在包括所公開的PMTJ器件的許多設(shè)備中使用。
[0053]圖6是解說用于半導(dǎo)體組件(諸如以上公開的pMTJ器件)的電路、布局以及邏輯設(shè)計的設(shè)計工作站的框圖。設(shè)計工作站600包括硬盤601，該硬盤601包含操作系統(tǒng)軟件、支持文件、以及設(shè)計軟件(諸如Cadence或OrCAD)。設(shè)計工作站600還包括促成對電路610或半導(dǎo)體組件612(諸如pMTJ器件)的設(shè)計的顯示器602。提供存儲介質(zhì)604以用于有形地存儲電路610或半導(dǎo)體組件612的設(shè)計。電路610或半導(dǎo)體組件612的設(shè)計可以用文件格式(諸如GDSII或GERBER)存儲在存儲介質(zhì)604上。存儲介質(zhì)604可以是CD-R0M、DVD、硬盤、閃存、或者其他合適的設(shè)備。此外，設(shè)計工作站600包括用于從存儲介質(zhì)604接受輸入或者將輸出寫到存儲介質(zhì)604的驅(qū)動裝置603。
[0054]存儲介質(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)可進一步包括與邏輯仿真相關(guān)聯(lián)的邏輯驗證數(shù)據(jù)，諸如時序圖或網(wǎng)電路。在存儲介質(zhì)604上提供數(shù)據(jù)通過減少用于設(shè)計半導(dǎo)體晶片的工藝數(shù)目來促成電路610或半導(dǎo)體組件612的設(shè)計。
[0055]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、對象、可執(zhí)行件、執(zhí)行的線程、規(guī)程、函數(shù)等，無論其是用軟件、固件、中間件、微代碼、硬件描述語言、還是其他術(shù)語來述及皆是如此。軟件可駐留在計算機可讀介質(zhì)上。作為示例，計算機可讀介質(zhì)可包括存儲器，諸如磁存儲設(shè)備(例如，硬盤、軟盤、磁條)、光盤(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)動器)、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(R0M)、可編程ROM(PROM)、可擦式PROM(EPROM)、電可擦式PROM(EEPROM)、寄存器、或可移動盤。盡管在貫穿本公開給出的各種方面中將存儲器示為與處理器分開，但存儲器可在處理器內(nèi)部(例如，高速緩存或寄存器)。
[0056]對于固件和/或軟件實現(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)來實現(xiàn)。有形地體現(xiàn)指令的機器可讀介質(zhì)可被用來實現(xiàn)本文所述的方法體系。例如，軟件代碼可被存儲在存儲器中并由處理器單元來執(zhí)行。存儲器可以在處理器單元內(nèi)或在處理器單元外部實現(xiàn)。如本文所用的，術(shù)語“存儲器”是指長期、短期、易失性、非易失性類型存儲器、或其他存儲器，而并不限于特定類型的存儲器或存儲器數(shù)目、或記憶存儲在其上的介質(zhì)的類型。
[0057]如果以固件和/或軟件實現(xiàn)，則功能可作為一條或多條指令或代碼存儲在計算機可讀介質(zhì)上。示例包括編碼有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的計算機可讀介質(zhì)和編碼有計算機程序的計算機可讀介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)包括物理計算機存儲介質(zhì)。存儲介質(zhì)可以是能被計算機存取的可用介質(zhì)。作為示例而非限定，此類計算機可讀介質(zhì)可包括RAM、R0M、EEPR0M、⑶-ROM或其他光盤存儲、磁盤存儲或其他磁存儲設(shè)備、或能被用來存儲指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的期望程序代碼且能被計算機訪問的任何其他介質(zhì);如本文中所使用的盤(disk)和碟(disc)包括壓縮碟(CD)、激光碟、光碟、數(shù)字多用碟(DVD)、軟盤和藍光碟，其中盤常常磁性地再現(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)也被包括在計算機可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。
[0058]除了存儲在計算機可讀介質(zhì)上，指令和/或數(shù)據(jù)還可作為包括在通信裝置中的傳輸介質(zhì)上的信號來提供。例如，通信裝置可包括具有指示指令和數(shù)據(jù)的信號的收發(fā)機。這些指令和數(shù)據(jù)被配置成使一個或多個處理器實現(xiàn)權(quán)利要求中敘述的功能。
[0059]盡管已詳細描述了本公開及其優(yōu)勢，但是應(yīng)當(dāng)理解，可在本文中作出各種改變、替代和變更而不會脫離如由所附權(quán)利要求所定義的本公開的技術(shù)。例如，諸如“上方”和“下方”之類的關(guān)系術(shù)語是關(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，本申請的范圍并非旨在被限定于說明書中所描述的過程、機器、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領(lǐng)會到的，根據(jù)本公開，可以利用現(xiàn)存或今后開發(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)果的過程、機器、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程、機器、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟包括在其范圍內(nèi)。
[0060]技術(shù)人員將進一步領(lǐng)會，結(jié)合本文的公開所描述的各種解說性邏輯框、模塊、電路、和算法步驟可被實現(xiàn)為電子硬件、計算機軟件、或兩者的組合。為清楚地解說硬件與軟件的這一可互換性，各種解說性組件、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。此類功能性是被實現(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)計約束。技術(shù)人員可針對每種特定應(yīng)用以不同方式來實現(xiàn)所描述的功能性，但此類實現(xiàn)決策不應(yīng)被解讀為致使脫離本發(fā)明的范圍。
[0061]結(jié)合本文的公開所描述的各種解說性邏輯框、模塊、以及電路可用設(shè)計成執(zhí)行本文中描述的功能的通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其任何組合來實現(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。處理器還可被實現(xiàn)為計算設(shè)備的組合，例如DSP與微處理器的組合、多個微處理器、與DSP核心協(xié)同的一個或多個微處理器、或者任何其他此類配置。
[0062]結(jié)合本公開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存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動盤、⑶-ROM或者本領(lǐng)域中所知的任何其他形式的存儲介質(zhì)中。示例性存儲介質(zhì)耦合到處理器以使得該處理器能從/向該存儲介質(zhì)讀寫信息。在替換方案中，存儲介質(zhì)可以被整合到處理器。處理器和存儲介質(zhì)可駐留在ASIC中。ASIC可駐留在用戶終端中。替換地，處理器和存儲介質(zhì)可作為分立組件駐留在用戶終端中。
[0063]提供對本公開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。對本公開的各種修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將容易是顯而易見的，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脫離本公開的精神或范圍。由此，本公開并非旨在被限定于本文中所描述的示例和設(shè)計，而是應(yīng)被授予與本文中所公開的原理和新穎性特征相一致的最廣范圍。
[0064]應(yīng)該理解，所公開的方法中各步驟的具體次序或階層是示例性過程的解說?；谠O(shè)計偏好，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。
[0065]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。對這些方面的各種改動將容易為本領(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)利要求的語言相一致的全部范圍，其中對要素的單數(shù)形式的引述并非旨在表示“有且僅有一個”(除非特別如此聲明)而是“一個或多個”。除非特別另外聲明，否則術(shù)語“一些”指的是一個或多個。引述一列項目中的“至少一個”的短語是指這些項目的任何組合，包括單個成員。作為示例，“a、b或c中的至少一個”旨在涵蓋:a;b;c;a和b;a和c;b和c;以及a、b和C。本公開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，本文中所公開的任何內(nèi)容都并非旨在貢獻給公眾，無論這樣的公開是否在權(quán)利要求書中被顯式地敘述。權(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)定下來解釋，除非該要素是使用措辭“用于……的裝置”來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”來敘述的。
【主權(quán)項】
1.一種磁性隧道結(jié)(MTJ)器件，包括: 自由層； 耦合至所述自由層的阻擋層；以及 耦合至所述阻擋層的固定層，所述固定層包括: 第一合成反鐵磁(SAF)多層，其具有第一垂直磁各向異性(PMA)和第一阻尼常數(shù)； 第二SAF多層，其具有第二垂直磁各向異性(PMA)以及低于所述第一阻尼常數(shù)的第二阻尼常數(shù)，所述第一SAF多層比所述第二SAF多層更靠近所述阻擋層；以及 在所述第一 SAF多層與所述第二 SAF多層之間的SAF耦合層。2.如權(quán)利要求1所述的MTJ器件，其特征在于，所述第二垂直磁各向異性(PMA)低于所述第 一PMA03.如權(quán)利要求2所述的MTJ器件，其特征在于，所述SAF耦合層包括釕。4.如權(quán)利要求1所述的MTJ器件，其特征在于，所述第一 SAF多層包括鈷鉑多層疊層。5.如權(quán)利要求1所述的MTJ器件，其特征在于，所述第一SAF多層包括鈷鈀多層疊層。6.如權(quán)利要求1所述的MTJ器件，其特征在于，所述第二SAF多層包括鈷鎳多層疊層。7.如權(quán)利要求1所述的MTJ器件，其特征在于，所述第一 SAF多層包括鈷鉑多層疊層和鈷鎳多層疊層。8.如權(quán)利要求7所述的MTJ器件，其特征在于，所述第二 SAF多層包括鈷鎳多層疊層。9.如權(quán)利要求1所述的MTJ器件，其特征在于，所述MTJ器件被集成到移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航設(shè)備、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)(PCS)單元、便攜式數(shù)據(jù)單元、和/或位置固定的數(shù)據(jù)單元中。10.—種制造磁性隧道結(jié)(MTJ)器件的方法，包括: 沉積具有第一垂直磁各向異性(PMA)和第一阻尼常數(shù)的第一合成反鐵磁(SAF)多層； 在所述第一 SAF多層上沉積SAF耦合層； 沉積具有第二垂直磁各向異性(PMA)以及低于所述第一阻尼常數(shù)的第二阻尼常數(shù)的第二 SAF多層； 在所述第二SAF多層上沉積阻擋層；以及 在所述阻擋層上沉積自由層。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二垂直磁各向異性(PMA)低于所述第 一PMA012.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一SAF多層包括鈷鉑多層疊層。13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二SAF多層包括鈷鎳多層疊層。14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一SAF多層包括鈷鉑多層疊層和鈷鎳多層疊層，并且所述第二 SAF多層包括鈷鎳多層疊層。15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，進一步包括將所述MTJ器件集成到移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航設(shè)備、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)(PCS)單元、便攜式數(shù)據(jù)單元、和/或位置固定的數(shù)據(jù)單元中。16.—種制造磁性隧道結(jié)(MTJ)器件的方法，包括: 沉積具有第一垂直磁各向異性(PMA)和第一阻尼常數(shù)的第一合成反鐵磁(SAF)多層的步驟； 在所述第一 SAF多層上沉積SAF耦合層的步驟； 沉積具有第二垂直磁各向異性(PMA)以及低于所述第一阻尼常數(shù)的第二阻尼常數(shù)的第二 SAF多層的步驟； 在所述第二SAF多層上沉積阻擋層的步驟；以及 在所述阻擋層上沉積自由層的步驟。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，進一步包括將所述MTJ器件集成到移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航設(shè)備、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)(PCS)單元、便攜式數(shù)據(jù)單元、和/或位置固定的數(shù)據(jù)單元中的步驟。18.一種磁性隧道結(jié)(MTJ)器件，包括: 自由層； 耦合至所述自由層的阻擋層；以及 耦合至所述阻擋層的固定層，所述固定層包括: 用于提供第一垂直磁各向異性(PMA)和第一阻尼常數(shù)的裝置； 用于提供第二垂直磁各向異性(PMA)以及低于所述第一阻尼常數(shù)的第二阻尼常數(shù)的裝置，所述第一提供裝置比所述第二提供裝置更靠近所述阻擋層；以及 用于耦合所述第一提供裝置和所述第二提供裝置的裝置。19.如權(quán)利要求18所述的MTJ器件，其特征在于，所述第二垂直磁各向異性(PMA)低于所述第一 PMA。20.如權(quán)利要求18所述的MTJ器件，其特征在于，所述MTJ器件被集成到移動電話、機頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、導(dǎo)航設(shè)備、計算機、手持式個人通信系統(tǒng)(PCS)單元、便攜式數(shù)據(jù)單元、和/或位置固定的數(shù)據(jù)單元中。
【文檔編號】G11B5/66GK105830155SQ201480069456
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年11月19日
【發(fā)明人】C·帕克, K·李, S·H·康
【申請人】高通股份有限公司