專利名稱：用于磁性器件的非晶形合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及磁電子學(xué)，更特別地涉及磁電子學(xué)元件的材料組成。
背景技術(shù)：
磁電子學(xué)、自旋電子學(xué)，以及電子自旋學(xué)是供主要地由電子自旋引起的效應(yīng)使用的同義術(shù)語。磁電子學(xué)在許多信息器件中使用，并且提供非易失性、可靠、耐輻射，以及高密度數(shù)據(jù)存儲和檢索。該許多磁電子學(xué)信息器件包括，但不局限于，磁性隨機存取存儲器(MRAM)、磁性傳感器，以及磁盤驅(qū)動器的讀出磁頭。
典型地，磁電子學(xué)器件，例如磁性存儲元件，具有包括由至少一個非磁性層分隔的多個鐵磁性層的結(jié)構(gòu)。在存儲元件中，信息存儲為磁性層中磁化矢量的方向。一個磁性層中的磁化矢量，例如在磁性上固定或受釘扎，而其他磁性層的磁化方向能夠自由在分別稱作“平行”與“反平行”狀態(tài)的相同和相反方向之間轉(zhuǎn)變。響應(yīng)于平行與反平行狀態(tài)，磁性存儲元件表現(xiàn)兩種不同電阻。當(dāng)兩個磁性層的磁化矢量分別指向基本上相同和相反方向時，電阻具有最小和最大值。因此，電阻變化的檢測使得器件，例如MRAM器件，可以提供存儲于磁性存儲元件中的信息。最小和最大電阻值之間的差，除以最小電阻被稱為磁阻率(MR)。
這些磁性元件的物理結(jié)構(gòu)典型地包括薄層，有些處于幾十埃厚的范圍。磁性元件的性能對磁性層沉積于其上的表面狀況也相對敏感。因此，一般地希望使表面盡可能平整，以便防止磁性元件的工作特性表現(xiàn)出不希望有的特性。
在典型的磁性元件制造過程中，例如在包括通過濺射沉積、蒸發(fā)或外延技術(shù)生長的金屬膜的MRAM元件制造過程中，薄膜表面不是絕對平整的，而是易于顯示出某些表面或界面粗糙性。這種鐵磁性層的表面和/或界面的粗糙性可以是自由鐵磁性層和其他鐵磁性層，例如固定層或受釘扎層之間的磁耦合的根源。這種磁耦合通常被稱為“拓撲耦合”或“Néel橙皮耦合”。這種耦合典型地是在磁性元件中是不希望有的，因為它可能在自由層對外部磁場的響應(yīng)中造成抵消。另外，粗糙性也可能通過散射導(dǎo)電電子或通過引起隧道結(jié)的隧道電流的變化而引入器件的電特性的某種程度退化。
一種磁性結(jié)構(gòu)被稱為底部受釘扎，當(dāng)固定層在分隔層之前形成，而自由層分隔層之后形成時。在這種底部受釘扎結(jié)構(gòu)中，反鐵磁性(AF)釘扎層包含于底部磁性電極中。常規(guī)的底部受釘扎磁性隧道結(jié)(MTJ)和自旋閥結(jié)構(gòu)典型地使用籽晶和模板層來制造用于強釘扎的定向的晶體AF層。
典型的底部受釘扎MTJ結(jié)構(gòu)的底部電極包括鉭、鎳鐵合金、銥錳和鈷鐵合金(Ta/NiFe/IrMn/CoFe)的堆疊層，一般地繼之以氧化鋁(AlOx)隧道勢壘以及典型地包括鎳鐵(NiFe)自由層的頂部電極，其中鉭鎳鐵(Ta/NiFe)籽晶/模板層誘導(dǎo)高度定向的銥錳(IrMn)層的生長。這種高度定向的IrMn層提供在AlOx隧道勢壘下方的CoFe層的強釘扎。但是，該IrMn層或其他類似的定向多晶AF層，典型地引起粗糙性，這可能導(dǎo)致受釘扎CoFe層和頂部自由NiFe層之間不希望有的Néel耦合的增加，以及其他不希望有的電特性。
在實際的MTJ元件中，底部電極一般地在提供與遂道結(jié)的相對低電阻接觸的基底金屬層上形成?；捉饘賹拥湫偷厥嵌嗑Р⒁鸫植谛?，該粗糙性又傳播進底部電極中并且也可能在分隔層界面處引起粗糙性，導(dǎo)致受釘扎CoFe層和頂部自由NiFe層之間不希望有的Néel耦合的增加。從基底金屬層和底部電極傳播來的粗糙性又是不利的，因為它可能限制當(dāng)保持與結(jié)面積成反比的高MR和器件電阻時能夠達到的最小隧道勢壘厚度。因此，一般地希望在可能做到的地方減小各個層的表面粗糙度。
減小層和層界面的粗糙度的這種希望已導(dǎo)致在多層MTJ堆的各個層中非晶性或非晶形材料的使用。因為非晶形材料典型地沒有其他材料的晶界和尖銳特征，由具有非晶形材料的層產(chǎn)生的隧道勢壘典型地將提供增強的器件性能。但是，除了可用于形成隧道勢壘的有利性質(zhì)以外，許多非晶形材料也表現(xiàn)出某些不希望有的特性。特別地，大部分非晶形合金表現(xiàn)出至少一種不希望有的性質(zhì)，例如低的再結(jié)晶溫度、低的MR、高的分散、高的磁致伸縮，或不穩(wěn)定的各向異性。取決于特定磁阻元件所希望的性能特性，這些特性的一些可能導(dǎo)致器件具有相對差的性能。
因此，希望提供不僅減小構(gòu)成MTJ元件的各個層的表面粗糙度而且還不會把負面性能因素引入作為結(jié)果產(chǎn)生的磁電子學(xué)器件中的材料。此外，本發(fā)明的其他所希望有的特征和特性將結(jié)合附圖從隨后的說明書和附加權(quán)利要求書變得明白。


本發(fā)明將在下文結(jié)合附隨附圖而描述，其中相似數(shù)字表示相似元素，并且圖1是比較適合供MTJ應(yīng)用使用的某些合金的各種性質(zhì)的表格，包括根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選示范實施方案的被認(rèn)為最適合的一種特定合金。
圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選示范實施方案的具有改進磁響應(yīng)的磁性元件的橫截面視圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選示范實施方案的具有覆層的數(shù)字線的橫截面視圖。
具體實施例方式
下面優(yōu)選實施方案的詳細描述只是性質(zhì)上說明性的，并不打算限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和使用。此外，并不打算被在前述的發(fā)明背景或下面的優(yōu)選示范實施方案的詳細描述中給出的任何理論所限制。
下面的特性被認(rèn)為適合于在磁電子學(xué)器件中提供更平滑的層和增強的磁性能相對低的磁致伸縮；相對高的再結(jié)晶溫度(即大于300℃)；各向異性的最小分散(空間變化)；相對高的各向異性穩(wěn)定性；基本上無鎳(無Ni)組成以增加MTJ堆的耐熱度；接近零的磁致伸縮系數(shù)(λ)，以及為了高MR％的相對高的極化。雖然所希望有的特性的該列表并不是排他或無遺漏的，但它是當(dāng)選擇用于制造根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案的磁電子學(xué)器件中的鐵磁性層的材料時可能被考慮的某些更突出特性的指示。
因此，這里所公開的是以各種組合表現(xiàn)出上面所討論的所希望特性的各種非晶形合金。為了討論本發(fā)明的各種實施方案，這里所使用的術(shù)語“非晶形”是指這樣的材料，其中沒有例如使用常規(guī)x射線衍射測量將引起容易辨認(rèn)的峰的長程晶序。
現(xiàn)在參考圖1，表格100說明可能被考慮供磁電子學(xué)元件使用的各種類型的鐵磁性合金。這些各種合金在行110-170中列出。行110-170中所示的各種合金的被關(guān)注的某些特性在列105-155中顯示。應(yīng)當(dāng)注意，圖1的表格100中所示的數(shù)據(jù)關(guān)于在AlOx層上生長的合金，它是在通常用于制造磁電子學(xué)器件的各種隧道結(jié)中建立的AlOx隧道勢壘上生長的磁性層的典型。
為了提供具有良好轉(zhuǎn)變性質(zhì)的自由層，自由層合金最優(yōu)選地具有良好的軟磁性質(zhì)，包括矩形易磁化軸磁化回路；具有有著相對低或可忽略剩余磁化的邊界明確紐結(jié)場(Hk)的閉合難磁化軸回路；在易磁化和難磁化兩個方向上相對低的矯頑磁性(Hc)；以及低磁致伸縮系數(shù)(λ)例如λ＜10-6。另外，對于某些器件設(shè)計，例如與坡莫合金(Ni80Fe20)相比，希望具有大的Hk。在MRAM單元中，大的Hk增加材料對模式化位的轉(zhuǎn)變場的貢獻。這允許以較低長寬比，例如長度/寬度＜2來使用位，導(dǎo)致較小的器件。當(dāng)用來重要地控制轉(zhuǎn)變場時，相對高Hk的合金將最優(yōu)選地具有低的Hk分散(空間變化)以保持轉(zhuǎn)變場中位到位變化相對小。為了供MTJ器件的自由或固定層使用，相對高極化的合金被希望提供高的MR。因此，產(chǎn)生大于大約30％的MR的合金是優(yōu)選的并且產(chǎn)生大于大約40％的MR的合金是最合乎需要的。最后，為了在處理和隨后在各種器件應(yīng)用中使用的過程中合金的穩(wěn)定性，非晶形合金的再結(jié)晶溫度優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)至少大約為200℃，最優(yōu)選地至少大約300℃或更大。
通過使用這些各種性能標(biāo)準(zhǔn)作為系統(tǒng)闡述的基礎(chǔ)，表格100中所示的各種合金可以被比較并評估適用性。如圖1中所示，行130中所示的鈷鐵硼(CoFeB)合金特別好地適合于本應(yīng)用。合金的Co和Fe的比率影響層的磁致伸縮和極化兩方面。對于合金在MTJ自由層中的應(yīng)用，F(xiàn)e被選擇以給出零或接近零的磁致伸縮。包含于合金中的硼(B)的量控制作為結(jié)果產(chǎn)生的MTJ器件的再結(jié)晶和極化。更多的硼將導(dǎo)致相對更高的再結(jié)晶溫度但相對更低的極化。因此，合金的特定組成可以基于特定應(yīng)用對不同的性能標(biāo)準(zhǔn)而優(yōu)化。圖1的表格100中所示的值是實驗測量，并且范圍表示包括足夠Fe而提供所希望的MR的合金。除圖1的表格100中所示的CoFeB合金以外，其他新的CoFe合金也可以用來制造MTJ堆等。為了討論的目的，這些各種合金可以表示為CoFeX，其中X表示某種其他適合的元素，例如鉭(Ta)和鉿(Hf)。
現(xiàn)在參考圖2，適合于供本發(fā)明的優(yōu)選示范實施方案使用的磁性元件200被顯示。磁性元件200的結(jié)構(gòu)包括襯底212、第一電極多層堆214、包括被氧化的鋁的分隔層216，以及第二電極多層堆218。應(yīng)當(dāng)明白，分隔層216的具體組成取決于所制造的磁性元件的類型。更特別地，在MTJ結(jié)構(gòu)中，分隔層216優(yōu)選地由電介質(zhì)材料形成且最優(yōu)選地由氧化鋁(AlOx)形成，而在自旋閥結(jié)構(gòu)中，分隔層216由導(dǎo)電材料形成。第一電極多層堆214和第二電極多層堆218包含鐵磁性層。第一電極層214在形成于襯底212之上的基底金屬層213上形成。基底金屬層213被公開為由單個金屬材料或?qū)訕?gòu)成，或者可選地，基底金屬層213可以是多于一個金屬材料或?qū)拥亩鄬佣选Ｔ趦煞N情況下，基底金屬層213都提供與第一電極層214的電接觸。
第一電極層214包括沉積于基底金屬層213上的第一籽晶層220、模板層222、一層反鐵磁性釘扎層224、在下方反鐵磁性釘扎層224上形成并與之交換耦合的受釘扎鐵磁性層225，以及在金屬性耦合層223上形成的固定層226。金屬性耦合層223在受釘扎鐵磁性層225上形成。典型地，籽晶層220由氮化鉭(TaNx)形成，并且在其上形成有模板層222。在本具體實施方案中的模板層222由釕(Ru)形成。
鐵磁性層225和226由金屬性耦合層223隔開。金屬性耦合層223最優(yōu)選地由釕構(gòu)成，并且與鐵磁性層225和226結(jié)合，形成合成的反鐵磁性(SAF)自由層。通過金屬性耦合層223提供的反鐵磁耦合使磁性元件200在外加磁場中更穩(wěn)定。另外，通過改變鐵磁性層225和226的厚度，反鐵磁耦合可以被抵消并且磁滯回線可以集中。
鐵磁性層225和226被描述為受釘扎和固定，因為它們的磁矩被阻止在外加磁場的存在下旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的最優(yōu)選實施方案中，鐵磁性層225和/或鐵磁性層226是鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)的合金，其中按近似原子百分?jǐn)?shù)包含Co(71.2％)、Fe(8.8％)和B(20％)。該組成是B添加于其中的CoFe合金，并且可以表示為(Co89Fe11)80B20。對于鐵磁性層225和226，鐵的百分比可以處于大約10.5％-25％的范圍，而硼的百分比可以處于大約15％-25％的范圍。
應(yīng)當(dāng)注意，在該特定實施方案中，MR隨在本區(qū)域中鐵(Fe)含量相對快地增加。另外，做至少一種其他考慮，當(dāng)選擇硼或包含進CoFe合金的其他合適金屬例如鉿(Hf)或鉭(Ta)的量時。特別地，熱穩(wěn)定性趨向提高，當(dāng)硼的量增加時，但是相關(guān)信號(MR)趨向減小。因此，當(dāng)熱穩(wěn)定性被希望時，硼的含量可以增加，而當(dāng)更高的MR被希望時，硼的含量可以減少。硼的量可以處于大約10％-25％的范圍，并且本發(fā)明的最優(yōu)選地實施方案考慮處于大約15％-20％的范圍的硼。
第二電極堆218包括自由鐵磁性層228和保護接觸層230。自由鐵磁性層228的磁矩不通過交換耦合固定或受釘扎，而是在外加磁場的存在下能夠自由旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的最優(yōu)選實施方案中，自由鐵磁性層228也由鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)的合金形成，其中接近似原子數(shù)百分?jǐn)?shù)包含Co(71.2％)、Fe(8.8％)和B(20％)。這基本上是B添加于其中的CoFe合金，并且可以表示為(Co89Fe11)80B20。對于鐵磁性層228，鐵的百分比可以處于大約10.5％-13.5％的范圍，而硼的百分比可以處于大約15％-25％的范圍。
更特別地，具有過渡金屬例如釕(Ru)或銠(Rh)被夾在兩個CoFeB層之間的SAF自由層也可以提供兩個磁性層之間強的反鐵磁耦合。另外，包括額外的CoFeB層對和Ru或Rh的多層堆可用于各種自由層中。
除了上面所討論的CoFeB合金以外，其他穩(wěn)定的非晶形合金也可以成功地在圖2的受釘扎和固定鐵磁性層225和226中使用。特別地，因為鐵磁性層225和226的磁矩在正常工作過程中不旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)變，器件可以容許這些層中顯著的磁致伸縮。因此，鐵磁性層225和226中的Fe含量可以增加，以增加極化。適合于供受釘扎和固定鐵磁性層225和226使用的其他穩(wěn)定非晶形合金的例子包括CoFeTa和CoFeHf。
Ta和Hf都具有相對高的再結(jié)晶溫度(＞350℃)。一般地，本發(fā)明的發(fā)明性合金可以表示為(Co100-xFex)100-YDY，其表示具有摻雜劑D添加于其中的CoFe合金。在該方程式中，x表示CoFe合金中Fe的近似原子百分?jǐn)?shù)，而y是合金中摻雜劑D的近似原子百分?jǐn)?shù)。在本發(fā)明的最優(yōu)選實施方案中，這些合金將具有這樣的組成，其中x處于大約10.5％-25％的范圍，而y處于大約5％-15％的范圍。在本發(fā)明的最優(yōu)選實施方案中，D可以是Ta、Hf、TaHf、TaC、HfC或TaHfC的任何一種。
如可以從圖1的表格100中的數(shù)據(jù)看到，CoFeTa和CoFeHf合金與大部分鐵磁材料相比具有可測出的更高的Hk。當(dāng)這些特定合金用于圖2的層225和226時，相對大的固有各向異性允許至少本發(fā)明的一種實施方案其中不包含AF釘扎層224。在該實施方案中，層225和226具有相同的一般厚度，或更特別地相同的磁矩，使得它們形成平衡的SAF結(jié)構(gòu)。因為SAF是基本上平衡的，它在零場中具有很小或沒有凈力矩，而當(dāng)外加中等磁場時只有由于磁矩之間小的角度引起的小力矩。相對小的凈力矩，與相對大的固有各向異性結(jié)合，使得該SAF結(jié)構(gòu)在將施加以轉(zhuǎn)變自由層228的磁場中相對穩(wěn)定而沒有釘扎。因此通過使用本發(fā)明的CoFeTa和CoFeHf合金，沒有AF釘扎層224的簡化薄膜堆可以被實現(xiàn)。
應(yīng)當(dāng)明白，倒轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)也被本公開內(nèi)容所預(yù)料。更特別地，可以預(yù)料，所公開的磁性元件可以被形成以包括頂部被固定或釘扎層，從而被描述為頂部受釘扎結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的又一種優(yōu)選實施方案中，這里所公開的非晶形合金可以用來制造直接存取存儲器件(DASD)例如硬盤驅(qū)動器等上的讀出磁頭的磁阻(MR)傳感器。在該應(yīng)用中，多層堆200包含于標(biāo)準(zhǔn)讀出磁頭中并暴露于從動磁媒介例如旋轉(zhuǎn)磁盤中發(fā)出的磁場。為了制造傳感器，材料被處理，使得自由層的易磁化軸垂直于固定層的磁化。
在該環(huán)境中，包圍MR傳感器的磁場改變以反映已先前存儲于磁盤上的信息。磁場的改變將導(dǎo)致自由層的磁矩取決于存儲于磁盤上的信息的性質(zhì)以某個幅度和方向傾斜遠離其易磁化軸。通過監(jiān)測與自由層磁矩的力矩相關(guān)的電阻的改變，存儲于磁盤上的信息可以被解釋。
除了在上述磁阻器件中使用以外，具有良好軟性質(zhì)、低Hk分散，以及高極化合金的典型中-高磁化的穩(wěn)定非晶形合金也可以用于在MRAM元件中的寫入線上使用的通量集中材料(覆層)。通過允許具有更小的形成不希望有的磁疇壁或渦系的傾向性的更薄覆層，這些特性將提供與在現(xiàn)有技術(shù)中描述的NiFe或NiFeCo合金相比改進的包覆。材料的非晶形性質(zhì)也有利于促成平滑的側(cè)壁并進一步使在沉積過程中引起的不希望有的各向異性達到最小。本發(fā)明的CoFe基合金的這種應(yīng)用將結(jié)合圖3進一步描述。
現(xiàn)在參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選示范實施方案的包覆銅鑲嵌數(shù)字線和位結(jié)構(gòu)300被顯示。包覆銅鑲嵌數(shù)字線328包含特定CoFe組成，其被設(shè)計以達到比先前實現(xiàn)的包覆材料更好的包覆性能。在該特定實施方案中，MRAM位310是根據(jù)本領(lǐng)域中眾所周知的慣例形成的標(biāo)準(zhǔn)MRAM位。雖然標(biāo)準(zhǔn)的MRAM位在這里為了方便而被示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，許多其他類型的半導(dǎo)體器件也可以提供。同樣地，雖然只有單個MRAM位310被示例，應(yīng)當(dāng)明白，例如在磁性存儲位陣列外圍周圍的器件或控制/驅(qū)動電路的完整陣列可以被形成。此外，圖3包括將MRAM位310連接到晶體管(在本圖中沒有顯示)的接觸金屬層316，以及將位線和數(shù)字線328隔離的絕緣層330。
在制造過程中，該結(jié)構(gòu)是這樣形成的首先在電介質(zhì)層380中制圖并刻蝕溝道，隨后是第一阻擋層320、通量集中層322、第二阻擋層324、銅(Cu)籽晶層326的沉積，以及最后電鍍銅(Cu)層327的沉積，同時形成銅鑲嵌線328。在本發(fā)明的最優(yōu)選實施方案中，通量集中層322由非晶形磁性材料形成。通量集中層322具有將由導(dǎo)體中流動的電流產(chǎn)生的磁通量集中從而減小產(chǎn)生所希望效應(yīng)所需的電流量的特性。
在本發(fā)明的最優(yōu)選實施方案中，通量集中層322是具有高滲透性的非晶形CoFe-X合金，其足夠?qū)⑺Ｍ麉^(qū)域中的磁通量集中并且在冶金學(xué)上與其余材料結(jié)構(gòu)兼容。在本發(fā)明的最優(yōu)選實施方案中，通量集中層322是鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)的合金，其中按近似原子數(shù)百分?jǐn)?shù)包括Co(71.2％)、Fe(8.8％)和B(20％)。這表示具有B添加于其中的CoFe合金，并且可以表示為(Co89Fe11)80B20。鐵的百分比可以處于大約9.5％-13.5％的范圍，而硼的百分比可以處于大約10％-30％的范圍且最優(yōu)選地處于大約15％-25％的范圍。
通量集中層322最優(yōu)選地是無鎳(無Ni)合金。這是重要的，因為在常規(guī)包覆應(yīng)用中使用Ni典型地需要包含擴散阻擋層324，以企圖防止包含于覆層中的Ni擴散進Cu鑲嵌位線中。另外，已知Ni相當(dāng)活潑并且在熱方面不穩(wěn)定，這兩者都被認(rèn)為是本應(yīng)用不希望有的性質(zhì)。最后，由本發(fā)明的合金所提供的更平滑的層當(dāng)沉積用于包覆時提供顯著更好的磁性性能。應(yīng)當(dāng)注意，通量向下集中的翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)也被這里所公開的包覆應(yīng)用所考慮。
從前面的描述中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這里所提供的磁電子學(xué)元件中包括CoFeB合金的某些CoFeX合金的各種應(yīng)用提供重要的好處，這些好處對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯然的。此外，雖然多種實施方案已在前面的描述中給出，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到存在實施方案中的大量變動。最后，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這些實施方案只是優(yōu)選示范實施方案，而并不打算以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適用性或配置。當(dāng)然，前面的詳細描述為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供用于實施本發(fā)明的優(yōu)選示范實施方案的方便路線圖。應(yīng)當(dāng)明白，可以不背離在附加權(quán)利要求書中陳述本發(fā)明的本質(zhì)和范圍而在示范優(yōu)選實施方案中描述的元件的功能和布局上作各種改變。
權(quán)利要求
1.一種磁性遂道結(jié)，包括第一鐵磁性層；在所述第一鐵磁性層上形成的分隔層；在所述分隔層上形成的第二鐵磁性層；其中所述第一鐵磁性層和所述第二鐵磁性層的至少一個是非晶形(Co100-XFeX)100-YDY合金，包括按原子百分?jǐn)?shù)處于大約10.5％-25％范圍的X；并且其中D包括硼(B)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、硼-碳(B-C)、鉭-碳(Ta-C)，以及鉿-碳(Hf-C)中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性遂道結(jié)，其中D包括硼，并且Y按原子百分?jǐn)?shù)處于大約15％-25％的范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性遂道結(jié)，其中Y按原子百分?jǐn)?shù)處于大約5％-15％的范圍，并且D包括Ta、Hf、TaC、HfC、TaHf和TaHfC中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性遂道結(jié)，其中所述第一鐵磁性層包含自由層，所述自由層具有在外加磁場的存在下能夠自由旋轉(zhuǎn)的自由磁矩；所述第二鐵磁性層包含固定層，所述固定層具有固定磁矩，所述固定磁矩在外加磁場的存在下固定；以及其中所述自由層包括非晶形(Co100-XFeX)100-YBY合金，所述非晶形合金包括按原子百分?jǐn)?shù)處于大約10.5％-13.5％范圍的X，并且包括按原子百分?jǐn)?shù)處于大約15％-25％范圍的Y。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性遂道結(jié)，其中所述第一鐵磁性層和所述第二鐵磁性層兩者都是按原子百分?jǐn)?shù)包括大約Co(71.2％)、Fe(8.8％)和B(20％)的非晶形合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性遂道結(jié)，還包括在所述第一鐵磁性層下方形成的耦合層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的磁性遂道結(jié)，其中所述耦合層包括釕和銠的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性遂道結(jié)，還包括在所述第一鐵磁性層下方形成的釘扎層，其中所述釘扎層是包括銥錳(IrMn)、鐵錳(FeMn)、銠錳(PhMn)、鉑錳(PtMn)和鉑鈀錳(PtPdMn)中的至少一種的合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性遂道結(jié)，其中所述分隔層包括氧化鋁層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性遂道結(jié)，其中所述第二鐵磁性層是自由層，并且包括(Co89Fe11)80B20合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性遂道結(jié)，還包括襯底；在所述襯底上形成的基底金屬層；在所述基底金屬層上形成的釘扎層；在所述釘扎層上形成的受釘扎鐵磁性層；在所述受釘扎層上形成的耦合層，所述第一鐵磁性層在所述耦合層上形成；以及其中所述第一鐵磁性層和所述第二鐵磁性層的每個包括非晶形(Co100-XFeX)100-YBY合金，所述非晶形合金包括按原子百分?jǐn)?shù)處于大約10.5％-13.5％范圍的X，并且包括按原子百分?jǐn)?shù)處于大約15％-25％范圍的Y。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的磁性遂道結(jié)，其中所述耦合層包括釕(Ru)層。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的磁性遂道結(jié)，其中所述分隔層包括氧化鋁(AlOx)層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的磁性遂道結(jié)，還包括在所述第二鐵磁性層上形成的第二耦合層；在所述第二耦合層上形成的第三鐵磁性層；以及其中所述第二鐵磁性層和所述第二耦合層以及所述第三鐵磁性層構(gòu)成合成的反鐵磁性自由層。
15.一種方法，包括步驟在第一鐵磁性層上形成分隔層；在所述電介質(zhì)分隔層上形成第二鐵磁性層；其中所述第一鐵磁性層和所述第二鐵磁性層的至少一個包括非晶形(Co100-XFeX)100-YDY合金，包括按原子百分?jǐn)?shù)處于大約10.5％-25％范圍的X；并且其中D包括B、Ta、Hf、BC、TaC和HfC中的至少一種。
16.一種MRAM寫入線，包括導(dǎo)電線；以及通量集中層，所述通量集中層在至少一側(cè)上基本上覆蓋所述導(dǎo)電線，所述通量集中層包括非晶形CoFeX合金。
17.一種磁阻傳感器，包括第一鐵磁性層，所述第一鐵磁性層包括固定磁矩；在所述第一鐵磁性層上形成的分隔層；在所述分隔層上形成的第二鐵磁性層，所述第二鐵磁性層包括自由磁矩，其具有大約垂直于所述第一鐵磁性層的所述固定磁矩的易磁化軸。其中所述第一鐵磁性層和所述第二鐵磁性層的至少一個是非晶形(Co100-XFeX)100-YDY合金，包括按原子百分?jǐn)?shù)處于大約10.5％-25％范圍的X；以及其中D包括硼(B)、鉭(Ta)、鉿(Hf)、硼-碳(B-C)、鉭-碳(Ta-C)和鉿-碳(Hf-C)中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開一種適合于供磁電子學(xué)器件使用的鈷鐵基(CoFe基)磁性合金的非晶形層。在本發(fā)明的最優(yōu)選實施方案中，至少一種非晶形層在MTJ堆中提供，以增加MTJ堆中各個層的平滑度，同時也增強作為結(jié)果產(chǎn)生的器件的磁性性能。另外，本發(fā)明的合金也可用于包覆應(yīng)用，以提供磁電子學(xué)器件中信號線的電通量容器，并作為用于制造寫入磁頭的材料。
文檔編號H01L27/105GK1679122SQ03820541
公開日2005年10月5日 申請日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者約翰·M·斯勞特, 雷紐·W·戴夫, 斯里尼瓦斯·V·皮耶塔姆巴蘭 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司