專利名稱：磁性疊層設(shè)計(jì)的制作方法
磁性疊層設(shè)計(jì)
背景技術(shù)：
普及性計(jì)算和手持/通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展已引起對大容量非易失性固態(tài)數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的爆炸式需求。類似閃存的當(dāng)前技術(shù)具有若干缺點(diǎn)，例如低存取速度、有限的壽命、和集成難度。閃存(NAND或N0R)還面對縮放問題。同樣，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)存儲器(例如，盤驅(qū)動器)面對著面密度以及使類似讀取/記錄頭的組件更小和更可靠的挑戰(zhàn)。阻性感測存儲器(RSM)通過將數(shù)據(jù)位存儲為高阻態(tài)或低阻態(tài)，成為未來非易失性和通用存儲器的有前途候選。一種這樣的存儲器是MRAM，它的特征在于非易失性、快速寫入/讀取速度、幾乎無限制的編程壽命和零待機(jī)功率。MRAM的基本組件是磁性隧道結(jié)(MTJ)。MRAM通過使用電流感生磁場來切換MTJ的磁化，從而切換MTJ電阻。隨著MTJ尺寸縮小，磁 場切換振幅增大且切換的變化程度變得更劇烈。然而，在阻性感測存儲器進(jìn)入生產(chǎn)階段前必須克服許多產(chǎn)量限制因素。一個挑戰(zhàn)是阻性感測存儲器陣列中的切換電流的大小。在自旋扭矩轉(zhuǎn)移RAM (STRAM)中，這取決于包括阻擋層特性的若干因素。因此，需要那些便于較低切換電流的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本公開涉及磁性疊層(例如，諸如磁性隧道結(jié)單元之類的存儲器單元，以及讀取傳感器)。這些結(jié)構(gòu)具有被釘扎參考層，該釘扎參考層被配置為在參考層和自由層之間實(shí)現(xiàn)減少的層間耦合。利用這些結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)高隧道磁阻(TMR)。在一個特定實(shí)施例中，本公開描述具有自由層、參考層以及兩者之間的阻擋層的磁性疊層，其中自由層具有可切換的磁化取向，參考層具有被釘扎的磁化取向，自由層、參考層以及阻擋層中的每一個都具有中心。疊層包括具有中心的環(huán)形反鐵磁釘扎層，釘扎層的中心與自由層、參考層和阻擋層中的每一個的中心對齊，釘扎層與自由層電隔離且與參考層物理接觸。在另一特定實(shí)施例中，本公開描述具有自由層、參考層以及兩者之間的阻擋層的磁性疊層，其中自由層具有可切換的磁化取向，參考層具有被釘扎的磁化取向。疊層包括與自由層電隔離且與參考層物理接觸的反鐵磁釘扎層。自由層、參考層、阻擋層和釘扎層中的每一個都具有中心和外徑，參考層的外徑比自由層大。在又一特定實(shí)施例中，本公開描述具有自由層、合成反鐵磁(SAF)耦合參考層以及兩者之間的阻擋層的磁性疊層，其中自由層具有可切換的磁化取向，SAF參考層具有被釘扎的磁化取向。SAF參考層具有由金屬間隔件分開的第一鐵磁子層和第二鐵磁子層，第一子層與第二子層不同。通過閱讀以下詳細(xì)描述，這些以及各個其他特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。附圖
簡述考慮以下結(jié)合附圖對本公開的各個實(shí)施例的詳細(xì)描述，可更完整地理解本公開，在附圖中圖IA是具有面內(nèi)磁化取向的示例性磁性疊層的截面示意圖；圖IB是具有面外磁化取向的示例性垂直各向異性磁性疊層的截面示意圖；圖2是包括存儲器單元和半導(dǎo)體晶體管的示例性存儲器組件的示意圖；圖3是磁性單元的實(shí)施例的截面示意圖；圖4A-4J示出用于形成圖3的磁性單元的逐步法；圖5是磁性單元的實(shí)施例的截面示意圖；圖6是磁性單元的實(shí)施例的截面示意圖；圖7是磁性單元的實(shí)施例的截面示意圖； 圖8A-8H示出用于形成圖7的磁性單元的逐步法；以及圖9是磁性單元的實(shí)施例的截面示意圖。這些附圖不一定按比例示出。附圖中所使用的相同數(shù)字表示相同組件。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在給定附圖中使用數(shù)字表示組件并不旨在限制在另一附圖中用相同數(shù)字標(biāo)記該組件。詳細(xì)描述本公開涉及磁性疊層(例如，自旋扭矩存儲器(STRAM)單元，RRAM單元，以及其它阻性感測存儲器單元(RSM單元)和讀取傳感器)。這些結(jié)構(gòu)具有被釘扎鐵磁參考層(單層或者SAF三層)，該被釘扎鐵磁參考層比鐵磁自由層大且延伸超出鐵磁自由層。相比于參考層與自由層的大小相同的單元結(jié)構(gòu)，利用這種結(jié)構(gòu)，可減少被釘扎參考層與自由層之間的層間耦合。另外，抑制了鐵磁層邊緣處的任何電氣短路問題。利用這些結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)高隧道磁阻(TMR)。高TMR改善了包括這些存儲器單元的存儲器陣列的可讀性和可寫性。在一些實(shí)施例中，磁性單元包括與自由層隔離但與參考層物理接觸的環(huán)形反鐵磁釘扎層。在其它實(shí)施例中，磁性單元包括不對稱的SAF三層。在以下描述中，參考形成本說明書一部分的一組附圖，其中通過解說示出了若干具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，可構(gòu)想并可作出其他實(shí)施例而不背離本公開的范圍或精神。因此，以下詳細(xì)描述不具有限制性含義。本文中所提供的任何定義和描述有助于理解本文中頻繁使用的某些術(shù)語，而不旨在限制本公開的范圍。除非另外指示，否則在說明書和權(quán)利要求書中使用的表示特征大小、量和物理性質(zhì)的所有數(shù)字應(yīng)當(dāng)理解為在任何情況下均由術(shù)語“大約”修飾。因此，除非相反地指出，否則在說明書和所附權(quán)利要求中闡述的數(shù)值參數(shù)是近似值，這些近似值可利用本文中公開的教示根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員所尋求獲得的期望性質(zhì)而變化。如本說明書和所附權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”涵蓋具有復(fù)數(shù)引用物的實(shí)施例，除非該內(nèi)容另外明確地指出。如本說明書和所附權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“或”一般以包括“和/或”的含義來使用，除非該內(nèi)容另外明確地指出。要注意，諸如“頂”、“底”、“之上”、“之下”等術(shù)語可在本公開中使用。這些術(shù)語不應(yīng)當(dāng)解釋為限制了結(jié)構(gòu)的位置或方向，而是應(yīng)當(dāng)用來提供結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系。盡管本公開并非局限于此，但是對本公開及本發(fā)明各個方面的理解將通過下面提供的對附圖和示例的闡述而獲得。圖IA是包括軟鐵磁自由層12A和鐵磁參考(即，被釘扎的)層14A的磁性單元IOA的截面示意圖。鐵磁自由層12A與鐵磁參考層14A由氧化物阻擋層13A或非磁性隧道阻擋層分隔開。注意，諸如籽晶層或覆蓋層之類的其它層，為了清楚而不予以描述，但在有技術(shù)需要時可包括在內(nèi)。參考層14A在尺寸上比自由層12A大并且在至少一個方向上(通常在至少兩個相反方向上)延伸超出鐵磁自由層12A的邊緣。對于圓形或接近圓形的單元，每個層(例如，自由層12A、參考層14A等)具有中心點(diǎn)和外徑。在一些實(shí)施例中，參考層14A的直徑大于自由層12A的直徑，因此參考層14A在所有方向上延伸超出自由層12A。鐵磁層12A、14A可由任何有用的鐵磁(FM)材料制成，例如Fe、Co、或Ni及其諸如NiFe與CoFe之類的合金。諸如CoFeB之類的三元合金可能尤其有用，因?yàn)樗鼈兙哂休^低力矩與高極化比，這些對于自旋電流切換而言是合乎需要的。自由層12A與參考層14A中的任一個或兩者可以是單層 鐵磁層或合成反鐵磁(SAF)耦合結(jié)構(gòu)，即，由諸如Ru或Cu之類的金屬間隔件分隔開的兩個鐵磁子層，其中這些子層的磁化取向處于相反方向以便提供凈磁化。鐵磁自由層12A的磁化取向比鐵磁參考層14A的磁化取向更加容易切換。阻擋層13A可由例如氧化物材料(例如，Al203、Ti0x或MgO)之類的電絕緣材料來制成。也可使用其它適合的材料?？筛鶕?jù)工藝可行性和設(shè)備可靠性，任意選用自由層12A或參考層14A將阻擋層13A圖案化。第一電極或底電極18A與鐵磁參考層14A電接觸，而第二電極或頂電極19A與鐵磁自由層12A電接觸。電極18A、19A將鐵磁層12A、14A電連接至提供通過層12A、14A的讀寫電流的控制電路。隔離層16A至少徑向地圍繞自由層12A，該隔離層16A是電絕緣的。在該實(shí)施例中，隔尚層16A圍繞自由層12A、阻擋層13A和頂電極19A。隔尚層16A的厚度為大約2_30nm，并且由諸如氧化物和氮化物之類的電絕緣材料形成。隔離層16A的合適材料的示例包括Si3N4, SiO2, SiOxNy, SiOCN, Ta2O5, A1203、MgO、以及其它低K電介質(zhì)。在其它實(shí)施例中，隔離層16A圍繞自由層12A和頂電極19A。磁性單元IOA的電阻由鐵磁層12A、14A的磁化向量或磁化取向的相對取向來確定。鐵磁參考層14A的磁化方向被釘扎在預(yù)定方向而鐵磁自由層12A的磁化方向在自旋扭矩的影響下自由旋轉(zhuǎn)。對鐵磁參考層14A的釘扎可通過例如與諸如PtMruIrMn及其它材料等反鐵磁次序材料交換偏置來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)自由層12A的磁化取向與參考層14A的磁化取向處于同一方向(平行)時，磁性存儲器單元IOA處于低阻態(tài)。相反，當(dāng)自由層12A的磁化取向與參考層14A的磁化取向處于相反方向(逆平行)時，磁性存儲器單元處于高阻態(tài)。當(dāng)通過磁性單元IOA的磁性層的電流被自旋極化并對自由層12A施加自旋扭矩時，會發(fā)生自旋轉(zhuǎn)移，通過該自旋轉(zhuǎn)移，切換磁性單元IOA的阻態(tài)，進(jìn)而切換磁性單元IOA的數(shù)據(jù)狀態(tài)。當(dāng)足夠的自旋扭矩被施加于自由層12A時，自由層12A的磁化取向可在兩個相反方向之間切換，并且因此磁性單元IOA可在低阻態(tài)和高阻態(tài)之間切換。磁性存儲器單元IOA中自由層12A和參考層14A的磁化取向處于諸層的平面內(nèi)或“在面內(nèi)”。圖IB示出磁性存儲器單元的替換實(shí)施例，其中該磁性存儲器單元的自由層和被釘扎層的磁化取向與諸層的平面垂直或者“在面外”。與圖IA的磁性單元IOA類似，圖IB的磁性單元IOB具有由氧化物阻擋層13B或非磁性隧道阻擋層分隔開的軟鐵磁自由層12B和鐵磁參考(即被釘扎的)層14B。第一電極或底電極18B與鐵磁參考層14B電接觸，而第二電極或頂電極19B與鐵磁自由層12B電接觸。電極18B、19B將鐵磁層12B、14B電連接至提供通過層12B、14B的讀寫電流的控制電路。電絕緣徑向隔離層16B至少圍繞自由層12A和頂電極19B。單元IOB的各個元件類似于上述單元IOA的元件，除了層12B、14B的磁化取向被定向?yàn)榇怪庇趯友由於翘幱趯悠矫嬷?。自由?2B和參考層14B每個具有與自己相關(guān)聯(lián)的磁化取向，如圖IB所示。在一些實(shí)施例中，當(dāng)自由層12B的磁化取向與參考層14B的磁化取向處于同一方向(平行)時，磁性單元IOB處于低阻態(tài)。在其它實(shí)施例中，當(dāng)自由層12B的磁化取向與參考層14B的磁化取向處于相反方向(逆平行)時，磁性單元IOB處于高阻態(tài)。類似于圖IA的單元10A，當(dāng)通過磁性單元IOB的磁性層的電流被自旋極化并對自由層12B施加自旋扭矩時，會發(fā)生自旋轉(zhuǎn)移，通過該自旋轉(zhuǎn)移切換磁性單元IOB的阻態(tài)，進(jìn)而切換磁性單元IOB的數(shù)據(jù)狀態(tài)。當(dāng)足夠的自旋扭矩被施加于自由層12B時，自由層12B的磁化取向可在兩個相反方向之間切換，并且因此磁性單元IOB可在低阻態(tài)和高阻態(tài)之間切換。存儲器單元10AU0B兩者均被示為自由層12A、12B具有不確定的磁化取向。如以上所指出，當(dāng)自由層12A、12B的磁化取向與參考層14A、14B的磁化取向處于同一方向時,磁性存儲器單元處于低阻態(tài)。相反，當(dāng)自由層12A、12B的磁化取向與參考層14A、14B的磁化取向處于相反方向時，磁性存儲器單元處于高阻態(tài)。在一些實(shí)施例中，低阻態(tài)是“0”數(shù)據(jù)狀態(tài)而高阻態(tài)是“ I ”數(shù)據(jù)狀態(tài)，而在其它實(shí)施例中，低阻態(tài)是“ I ”而高阻態(tài)是“O”。圖IA和圖IB中存儲器單元10AU0B的磁性疊層經(jīng)過一些修改也可用作硬盤驅(qū)動器中的磁性讀取傳感器。在此類使用中，自由層12A、12B會受到相鄰記錄介質(zhì)上存儲的磁性狀態(tài)的影響，并且當(dāng)電流通過疊層時，可檢測到介質(zhì)中的磁化取向。圖2是示例性存儲器組件20的示意圖，它包括經(jīng)由導(dǎo)電元件電耦合到半導(dǎo)體晶體管22的存儲器元件21。存儲器元件21可以是本文描述的任何存儲器單元。晶體管22包括具有摻雜區(qū)域(例如，示為n摻雜區(qū)域)和在摻雜區(qū)域之間的溝道區(qū)域(例如，示為p摻雜溝道區(qū)域)的半導(dǎo)體襯底25。晶體管22包括電耦合至字線WL的柵極26，以允許選擇并且允許電流從源線SL流向存儲器元件21和位線BL?？删幊探饘倩鎯ζ鹘M件20的陣列可以與字線和位線一起利用半導(dǎo)體制造技術(shù)在半導(dǎo)體襯底上形成。圖IA的存儲器單元IOA和圖IB的存儲器單元IOB兩者被示為經(jīng)由它們的頂電極19A、19B連接到位線BL。圖3示出具有SAF三層被釘扎參考層的存儲器單元的第一實(shí)施例，該SAF三層被釘扎參考層比鐵磁自由層大且延伸超出鐵磁自由層。該實(shí)施例包括與自由層隔離但與參考層物理接觸的反鐵磁釘扎層。在一些實(shí)施例中，反鐵磁釘扎層是環(huán)形的。特別地，存儲器單元30具有由阻擋層33分隔開的軟鐵磁自由層32和SAF三層參考(即，被釘扎的)層
34。在一些實(shí)施例中，阻擋層33是氧化物阻擋層，在其它實(shí)施例中它可以是非磁性隧道阻擋層。在一個實(shí)施例中，三層34包括由Ru層分隔開的兩個鐵磁材料層(例如CoFeB)，且阻擋層33由MgO組成。第一電極或底電極38與三層34電接觸，而第二電極或頂電極39與鐵磁自由層32電接觸。電絕緣隔離層36圍繞自由層32和頂電極39。單元30的各個元件類似于上述單元10A、10B的元件，除非另外指明。 存儲器單元30還包括置于頂電極39之上的硬掩模37。在一些實(shí)施例中，硬掩模37導(dǎo)電且與頂電極39是一體的或者替代頂電極39。存儲器單元30還包括徑向圍繞包括阻擋層33、自由層32和頂電極39的疊層且通過隔離層36與該疊層電絕緣的反鐵磁釘扎層
35。在所示實(shí)施例中，隔離層36的一部分暴露且未由釘扎層35圍繞。自由層32與釘扎層35物理隔離且電隔離，釘扎層35在三層34的延伸區(qū)域(即，接近三層34的外徑)與三層34物理接觸并且為SAF三層34提供釘扎。對于存儲器單元30，SAF三層34比自由層32大且延伸超出自由層32 ;8卩，三層34的外徑比自由層32大。三層34還比阻擋層33大且延伸超出阻擋層33，而阻擋層33又比自由層32大且延伸超出自由層32。三層34、阻擋層33和自由層32被堆疊，其中它們的中心對齊。在圖4A-4J中示出將該存儲器單元制成疊層結(jié)構(gòu)的工藝流程。首先，在圖4A中，沉積適當(dāng)?shù)寞B層材料，形成底電極48、SAF三層44、阻擋層43、自由層42以及頂電極49。在 該階段，進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶穑砸l(fā)阻擋層43 (例如MgO阻擋層)中的外延形成以及鐵磁自由層42和SAF三層44的結(jié)晶化。在圖4B中，硬掩模47被沉積到頂電極49上并隨后被圖案化。隨后，通過銑削和蝕刻，將自由層42圖案化且在阻擋層43處停止蝕刻。在圖4C中沉積例如氮化硅之類的保護(hù)層46，以覆蓋圖4B的疊層。在對圖4C的結(jié)構(gòu)進(jìn)行銑削和蝕刻之后，在圖4D中暴露SAF三層44的延伸區(qū)域，同時阻擋層43仍被保護(hù)隔離層46所覆蓋。然后在圖4E中，在圖4D的結(jié)構(gòu)上沉積反鐵磁釘扎層45，該反鐵磁釘扎層45與SAF三層44在暴露區(qū)域接觸。在一些實(shí)施例中，在沉積反鐵磁釘扎層45之前可在圖4D的結(jié)構(gòu)上沉積非常薄的鐵磁層以增強(qiáng)釘扎效果。接下來在圖4F中，執(zhí)行銑削以修整反鐵磁釘扎層45,以在硬掩模47和反鐵磁釘扎層45之間實(shí)現(xiàn)物理、電氣和磁性隔離。在一些實(shí)施例中，例如，如果釘扎層45是絕緣體(例如，NiO)，則該隔離并不是必要的。然而，許多釘扎材料是金屬性的且是Mn的合金，因此該隔離是期望的。在圖4G中，在存在較強(qiáng)的外部面內(nèi)磁場的情況下，在升高的溫度下對整個疊層退火。如果在釘扎層45中存在Mn,則該退火應(yīng)處于一溫度范圍內(nèi)以便控制Mn擴(kuò)散。磁場將使SAF三層44的磁化與磁場方向?qū)R，并且還將引發(fā)三層44中的頂鐵磁層(其與反鐵磁釘扎層45相接觸)的交換偏置(釘扎)。當(dāng)完成該場退火時，所得SAF三層44由反鐵磁層45釘扎。通過在圖4H中沉積電介質(zhì)材料40以包圍該結(jié)構(gòu)來完成存儲器單元。在圖41中拋光該電介質(zhì)材料40以提供平坦表面，并且在圖4J中在頂電極49和硬掩模47上沉積和將位線BL圖案化。圖5示出具有被釘扎參考層且具有環(huán)形釘扎層的存儲器單元的另一實(shí)施例，該釘扎參考層比鐵磁自由層大且延伸超出鐵磁自由層。特別地，存儲器單元50具有由氧化物阻擋層53或非磁性隧道阻擋層分隔開的軟鐵磁自由層52和單層參考(S卩，被釘扎的)層54。第一電極或底電極58與參考層54電接觸,而第二電極或頂電極59與鐵磁自由層52電接觸。硬掩模57被放置在頂電極59之上。電絕緣徑向隔離層56圍繞自由層52、硬掩模57和頂電極59。反鐵磁釘扎層55徑向圍繞包括阻擋層53自由層52、頂電極59和硬掩模57的疊層以及隔離層56的至少一部分。單元50的各個元件類似于上述單元10A、10B、30的元件，除非另外指明。在存儲器單元50的該實(shí)施例中，參考層54比阻擋層53大且延伸超出阻擋層53，而阻擋層53又比自由層52大且延伸超出自由層52。參考層54、阻擋層53和自由層52被堆疊，其中它們的中心對齊。圖6示出具有被釘扎參考層的存儲器單元的另一實(shí)施例，該釘扎參考層比鐵磁自由層大且延伸超出鐵磁自由層，并且該釘扎參考層具有不對稱SAF三層而非釘扎層。特別地，存儲器單元60具有由氧化物阻擋層63或非磁性隧道阻擋層分隔開的軟鐵磁自由層62和SAF三層參考(即，被釘扎的)層64。第一電極或底電極68與三層64電接觸,而第二電極或頂電極69與鐵磁自由層62電接觸。硬掩模67被放置在頂電極69之上。電絕緣徑向隔離層66圍繞自由層62、硬掩模67和頂電極69。單元60的各個元件類似于上述單元10A、10B、30、50的元件，除非另外指明。與圖3的存儲器單元30以及圖5的單元50不同，存儲器單元60不具有用于釘扎的反鐵磁層。相反，三層64(由第一鐵磁層64A、金屬間隔件64B以及第二鐵磁層64C組成)在其各鐵磁層之間的物理厚度或矯頑力方面是不對稱的。即，鐵磁層64A和64C具有不同的物理厚度或者具有不同的矯頑力。在圖6中，層64A被示為其物理厚度比層64C厚。在、磁場設(shè)置之后確定了三層64的磁化配置和取向。由于單元60中沒有反鐵磁釘扎層，三層64的形狀被設(shè)計(jì)成引發(fā)形狀各向異性以應(yīng)對熱激發(fā)。圖7示出具有被釘扎參考層且具有環(huán)形釘扎層的存儲器單元的另一實(shí)施例，該釘扎參考層比鐵磁自由層大且延伸超出鐵磁自由層。特別地，存儲器單元70具有由氧化物阻擋層73或非磁性隧道阻擋層分隔開的軟鐵磁自由層72和SAF三層參考(即，被釘扎的)層74。第一電極或底電極78與三層74電接觸，而第二電極或頂電極79與鐵磁自由層72電接觸。硬掩模77被放置在頂電極79之上。電絕緣徑向隔離層76圍繞自由層72、硬掩模77和頂電極79。單元70的各個元件類似于上述單元10A、10B、30、50、60的元件，除非另外指明。存儲器單元70包括置于包括自由層72、阻擋層73和三層74的疊層下方的釘扎層75。在該實(shí)施例中，釘扎層75是處于底電極78之外圍的環(huán)形圈，它與三層74物理接觸且交換耦合。在該實(shí)施例中，釘扎層75以包括自由層72、阻擋層73和三層74的疊層為中心，并且不與該疊層垂直重疊或交叉。在圖8A-8H中示出制造存儲器單元70的工藝流程。首先，在圖8A中，沉積金屬層80，該金屬層80將形成最終的底電極。金屬層80被掩蔽且圖案化(例如被銑削)以形成圖8B的底電極88。在圖8C中，反鐵磁材料被沉積在圍繞底電極88的環(huán)中且隨后被拋光以形成釘扎層85。在圖8D中，在底電極88和釘扎層85上依次形成SAF三層84、阻擋層83、自由層82和頂電極89。在該步驟，疊層中的釘扎層85/底電極88、SAF三層84、阻擋層83、自由層82和頂電極89的各個層具有相同的直徑。在圖8E中，自由層82和頂電極89用硬掩模87掩蔽，然后圖案化，以具有與SAF三層84和阻擋層83相比減小的尺寸。在圖8F中沉積隔離材料86以覆蓋和包圍圖8E的結(jié)構(gòu)。該隔離材料86被任選地銑削并且隨后用電介質(zhì)材料覆蓋，該電介質(zhì)材料在圖8G中被拋光以提供硬掩模87和隔離材料86的平坦表面。在圖8H中，在頂電極89和硬掩模87上沉積字線BL，并將字線BL圖案化。在圖9中示出了用單層被釘扎參考層對圖7的存儲器單元70的一種變型。圖9的存儲器單元90具有由氧化物阻擋層93或非磁性隧道阻擋層分隔開的軟鐵磁自由層92和單層參考(即，被釘扎的)層94。第一電極或底電極98與層94電接觸，而第二電極或頂電極99與自由層92電接觸。硬掩模97被放置在頂電極99之上。電絕緣徑向隔離層96圍繞自由層92、硬掩模97和頂電極99。環(huán)形釘扎層95被置于包括自由層92、阻擋層93和層94的疊層下方。單元90的各個元件類似于上述單元10A、10B、30、50、60、70的元件，除非另外指明。本公開的各種結(jié)構(gòu)(包括任何或全部存儲器單元)可通過諸如化學(xué)汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)、以及原子層沉積(ALD)之類的薄膜技術(shù)制成?？赏ㄟ^蝕刻來進(jìn) 行材料移除，包括銑削、粒子束銑削、濕法蝕刻及類似方法。因此，公開了磁性疊層設(shè)計(jì)的多個實(shí)施例。上述實(shí)現(xiàn)及其他實(shí)現(xiàn)在以下權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本公開可用除所披露的實(shí)施例以外的實(shí)施例來實(shí)施。出于說明而非限制目的給出了所公開的實(shí)施例，且本發(fā)明僅受限于所附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.ー種磁性疊層，包括 鐵磁自由層、鐵磁參考層以及兩者之間的阻擋層，所述自由層具有可切換的磁化取向，所述參考層具有被釘扎的磁化取向，并且所述自由層、所述參考層和所述阻擋層中的每ー個都具有中心；以及 具有中心的環(huán)形反鐵磁釘扎層，所述釘扎層的中心與所述自由層、所述參考層和所述阻擋層中的每ー個的中心大體對齊，所述釘扎層與所述自由層電隔離且與所述參考層物理接觸。
2.如權(quán)利要求I所述的磁性疊層，其特征在于，所述參考層的面積比所述自由層大。
3.如權(quán)利要求I所述的磁性疊層，其特征在于，所述參考層是合成反鐵磁(SAF)三層。
4.如權(quán)利要求I所述的磁性疊層，其特征在于，所述參考層是單層鐵磁性被釘扎層。
5.如權(quán)利要求I所述的磁性疊層，其特征在于，所述環(huán)形釘扎層至少圍繞所述自由層。
6.如權(quán)利要求5所述的磁性疊層，其特征在于，還包括位于所述環(huán)形釘扎層和所述自由層之間的電絕緣隔離層。
7.如權(quán)利要求I所述的磁性疊層，其特征在于，所述環(huán)形釘扎層被放置在所述被釘扎層的與所述自由層相對的ー側(cè)。
8.如權(quán)利要求I所述的磁性疊層，其特征在于，所述阻擋層的面積比所述自由層大。
9.如權(quán)利要求I所述的磁性疊層，其特征在于，所述磁性疊層是磁性隧道結(jié)存儲器單J Li ο
10.ー種磁性疊層，包括 鐵磁自由層、鐵磁參考層以及兩者之間的阻擋層，所述自由層具有可切換的磁化取向，所述參考層具有被釘扎的磁化取向，以及 反鐵磁釘扎層，所述反鐵磁釘扎層與所述自由層電隔離且與所述參考層物理接觸； 其中所述自由層、所述參考層、所述阻擋層和所述釘扎層中的每ー個都具有中心和外徑，所述參考層的外徑比所述自由層大。
11.如權(quán)利要求10所述的磁性疊層，其特征在于，所述阻擋層的外徑比所述自由層大。
12.如權(quán)利要求10所述的磁性疊層，其特征在于，所述參考層是合成反鐵磁(SAF)三層。
13.如權(quán)利要求10所述的磁性疊層，其特征在于，所述釘扎層是環(huán)形的且具有內(nèi)徑。
14.如權(quán)利要求13所述的磁性疊層，其特征在于，所述釘扎層的內(nèi)徑比所述自由層的外徑大。
15.如權(quán)利要求10所述的磁性疊層，其特征在于，還包括位于所述環(huán)形釘扎層和所述自由層之間的電絕緣隔離層。
16.如權(quán)利要求10所述的磁性疊層，其特征在于，所述環(huán)形釘扎層被放置在所述被釘扎層的與所述自由層相對的ー側(cè)。
17.ー種磁性疊層，包括 鐵磁自由層、合成反鐵磁(SAF)耦合參考層以及兩者之間的阻擋層，所述自由層具有可切換的磁化取向，所述SAF參考層具有被釘扎的磁化取向，所述SAF參考層包括由金屬間隔件分隔開的第一鐵磁子層和第二鐵磁子層，且所述第一子層與所述第二子層不同。
18.如權(quán)利要求17所述的磁性疊層，其特征在于，所述第一子層比所述第二子層厚。
19.如權(quán)利要求17所述的磁性疊層，其特征在于，所述第一子層的矯頑カ與所述第二子層不同。
20.如權(quán)利要求17所述的磁性疊層，其特征在干，還包括圍繞所述自由層的電絕緣隔1 層。
全文摘要
磁性疊層具有自由層、參考層以及兩者之間的阻擋層，其中自由層具有可切換的磁化取向，參考層具有被釘扎的磁化取向。疊層包括與自由層電隔離且與參考層物理接觸的環(huán)形反鐵磁釘扎層。在一些實(shí)施例中，參考層比自由層大。
文檔編號H01F10/32GK102687215SQ201080032381
公開日2012年9月19日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者A·科伊爾, B·李, I·金, P·安德森, P·瑞安, 習(xí)海文 申請人:希捷科技有限公司