本公開內(nèi)容的實施例總體上涉及集成電路的領(lǐng)域，并且更具體而言涉及用于提高磁性隧道結(jié)的界面各向異性的配置和技術(shù)。

背景技術(shù)：

一些磁性存儲器(例如自旋轉(zhuǎn)移力矩存儲器(STTM))利用磁性隧道結(jié)(MTJ)以用于切換并且檢測存儲器的磁性狀態(tài)。這些存儲器的熱穩(wěn)定性是關(guān)注點；然而，用于提高MTJ中的熱穩(wěn)定性的當(dāng)前技術(shù)可以增大MTJ中的電阻。

附圖說明

通過結(jié)合附圖的以下具體實施方式將使得實施例易于理解。為了便于描述，類似的附圖標記標示類似的結(jié)構(gòu)元件。在附圖的圖中，通過示例的方式而不是通過限制的方式示出了實施例。除非另外明確指示，否則附圖并不按照比例繪制。

圖1示意性地示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的各個實施例的集成電路(IC)組件的截面?zhèn)纫晥D。

圖2-6示意性地示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的各個實施例的具有緩沖層的不同MTJ疊置體配置。

圖7是與各種材料之間的界面相關(guān)聯(lián)的界面各向異性常數(shù)(Ki)的圖形描繪。

圖8示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的各個實施例的用于制造MTJ的方法的流程圖。

圖9示意性地示出了可以包括具有根據(jù)本公開內(nèi)容的各個實施例配置的MTJ的存儲器單元的示例性系統(tǒng)。

具體實施方式

磁性隧道結(jié)可以由也被稱為隧道阻擋部的絕緣層分隔開的兩個鐵磁層形成。兩個鐵磁層中的一層可以是具有固定極性的強磁體，其也被稱為固定磁性層。另一個鐵磁層可以被配置為在向其施加自旋極化電流時經(jīng)歷極性變化，并且也被稱為自由磁性層。

自由磁性層的極性變化可以用于增大或減小跨MTJ的電阻。如果自由磁性層的極性與固定磁性層的極性相同(例如與其平行)，則MTJ可以處于低電阻狀態(tài)。在另一方面，如果自由磁性層的極性與固定磁性層的極性相反(例如與其反平行)，則MTJ可以處于高電阻狀態(tài)。在這種磁性存儲器中，磁性狀態(tài)可以使得數(shù)據(jù)存留在存儲器中，并且可以通過測量跨MTJ的電阻來讀取數(shù)據(jù)。結(jié)果，在不施加自旋極化電流時自由磁性層維持極性的穩(wěn)定性對于維持MTJ的狀態(tài)是必要的。

具體地關(guān)于STTM，STTM的一種形式包括垂直STTM(pSTTM)。其中，傳統(tǒng)的MTJ或非垂直MTJ產(chǎn)生“平面內(nèi)”磁化(由此設(shè)置“高”和“低”存儲器狀態(tài))，垂直MTJ(pMTJ)產(chǎn)生“平面外”磁化。這減小了在高電阻狀態(tài)與低電阻狀態(tài)之間切換所需的切換電流。這也允許更好地縮放(例如更小尺寸的存儲器單元)。例如通過在存在界面磁性各向異性時減薄自由層來將傳統(tǒng)的MTJ轉(zhuǎn)換為pMTJ，由此使得隧道阻擋部/自由層界面在磁場影響中更占優(yōu)勢(界面促進了各向異性的平面外磁化)。

本公開內(nèi)容的實施例描述了用于提高磁性隧道結(jié)的界面各向異性的配置和技術(shù)。在以下說明書中，將使用由本領(lǐng)域技術(shù)人員通常所采用以向本領(lǐng)域其他技術(shù)人員傳達它們的工作實質(zhì)的術(shù)語來描述說明性實施方式的各個方面。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以僅利用所述特征方面中的一些來實踐本公開內(nèi)容的實施例。為了解釋的目的，闡述了具體的數(shù)字、材料和配置以便于提供對說明性實施方式的全面理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是可以在沒有具體細節(jié)的情況下實踐本公開內(nèi)容的實施例。在其它實例中，省略或簡化了公知的特征以便于不使說明性實施方式難以理解。

在以下具體實施方式中，參考形成了本說明書的一部分的附圖，在整個附圖中，類似的附圖標記標示類似的部分，并且其中，通過說明性實施例的方式示出，在說明性實施例中可以實踐本公開內(nèi)容的主題。要理解的是，可以利用其它實施例，并且可以在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下作出結(jié)構(gòu)或邏輯變化。因此，不應(yīng)以限制性意義考慮以下具體實施方式，并且實施例的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。

出于本公開內(nèi)容的目的，短語“A和/或B”表示(A)、(B)、或(A和B)。出于本公開內(nèi)容的目的，短語“A、B、和/或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)、或者(A、B、和C)。

本說明書可以使用基于視角的描述，例如頂部/底部、中/外、之上/之下等等。這樣的描述僅用于便于討論并且不旨在在將本文中所述的實施例的應(yīng)用限制為任何特定的取向。

本說明書可以使用短語“在一實施例中”或“在實施例中”，這些短語均可以指的是相同或不同實施例中的一個或多個實施例。此外，如針對本公開內(nèi)容的實施例所使用的術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”等是同義的。

在本文中可以使用術(shù)語“與……耦合”連同其派生詞?！榜詈稀笨梢砸庵敢韵轮械囊粋€或多個?！榜詈稀笨梢砸庵竷蓚€或更多個元件直接物理或電接觸。然而，“耦合”也可以意指兩個或更多個元件相互間接接觸，但是仍然相互協(xié)作或交互作用，并且可以意指一個或多個其它元件耦合或連接在被認為相互耦合的元件之間。術(shù)語“直接地耦合”可以意指兩個或更多個元件直接接觸。

在各個實施例中，短語“第一特征形成、沉積或以其它方式設(shè)置在第二特征上”可以意指第一特征形成、沉積或設(shè)置在第二特征之上，并且第一特征的至少一部分可以與第二特征的至少一部分直接接觸(例如直接物理和/或電接觸)或者間接接觸(例如在第一特征和第二特征之間具有一個或多個其它特征)。

如本文中所使用的，術(shù)語“模塊”可以指代以下項、以下項的部分、或包括以下項：專用集成電路(ASIC)、電子電路、片上系統(tǒng)(SoC)、處理器(共享的、專用的、或組)、和/或執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的存儲器(共享的、專用的、或組)、組合邏輯電路、和/或提供所述功能的其它適合的部件。

圖1示意性地示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的各個實施例的示例性集成電路(IC)組件100的截面?zhèn)纫晥D。在一些實施例中，如可以看到的，IC組件100可以包括與封裝襯底104電耦合和/或物理地耦合的一個或多個管芯(例如IC管芯102)。如可以看到的，封裝襯底104可以進一步與電路板116電耦合。

管芯102可以根據(jù)各種適合的配置附接到封裝襯底104，所述配置包括如所描繪的倒裝芯片配置，或者諸如嵌入在封裝襯底104中或者以引線接合布置而配置的其它配置。在倒裝芯片配置中，管芯102可以經(jīng)由管芯互連結(jié)構(gòu)106(例如凸塊、柱狀物、或可以將管芯102與封裝襯底104電耦合的其它適合的結(jié)構(gòu))附接到封裝襯底104的表面。

管芯102可以包括嵌入式存儲器單元(例如自旋轉(zhuǎn)移力矩隨機存取存儲器(STT-RAM)118)。STT-RAM 118可以包括磁性隧道結(jié)(MTJ)128。在一些實施例中，MTJ 128可以包括第一蓋帽層130、緩沖層132、鐵磁層134和138、將鐵磁層134和138分隔開的隧道阻擋部136、以及第二蓋帽層140。在實施例中，可以選擇緩沖層132以通過在與不具有緩沖層132的實施例相比較時增加MTJ 128的界面各向異性來提高熱穩(wěn)定性(在下文中僅稱作“穩(wěn)定性”)。界面各向異性是由兩種材料之間界面或接觸區(qū)域產(chǎn)生的定向能量。界面各向異性可以由界面的單位面積所產(chǎn)生的能量的量(例如毫焦每平方米(mJ/m²))來測量。兩種材料之間的界面各向異性基于所選擇材料而變化。界面各向異性是導(dǎo)致將平面內(nèi)MTJ轉(zhuǎn)換為平面外MTJ或垂直MTJ(pMTJ)的能量。另外，界面各向異性是累積的，因此MTJ的界面各向異性將是對于MTJ的每個界面的單個界面各向異性的總和。更大的MTJ的總界面各向異性對應(yīng)于自由磁性層中更大的極性穩(wěn)定性。

MTJ可以將位線(BL)120耦合到選擇開關(guān)126(例如晶體管)、字線(WL)122、以及感測線(SL)124?？梢酝ㄟ^對于鐵磁層134和138的不同相對磁化評估電阻的變化(例如隧穿磁阻(TMR))來讀取STT-RAM 118。更具體地，可以由層134和138的相對極化來確定MTJ電阻。當(dāng)層134和138的極化相反或反平行時，MTJ可以處于高電阻狀態(tài)。當(dāng)層134和138的極化相同或平行時，MTJ可以處于低電阻狀態(tài)。在實施例中，層138可以是固定磁性層，因為其極化可以是固定的。結(jié)果，磁性層134可以是自由磁性層。如以上所討論的，自由磁性層是可以被配置用于通過施加由固定層極化的驅(qū)動電流而經(jīng)歷極性變化的磁性層(例如，施加到層138的正電壓將層134的磁化方向旋轉(zhuǎn)為與層138的磁化方向相反，并且施加到層138的負電壓將層134的磁化方向旋轉(zhuǎn)為與層138的方向相同)。

如上所述，STT-RAM 118僅是“超越CMOS的”技術(shù)(或“非基于CMOS的”技術(shù))的一個示例，其涉及并未完全用互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)實施的器件和工藝。超越CMOS的技術(shù)可以依賴于自旋極化(其關(guān)注基本粒子的自旋或內(nèi)稟角動量與給定方向的對準程度)，并且更通常地依賴于自旋電子學(xué)(關(guān)注電子的內(nèi)稟自旋、其相關(guān)聯(lián)的磁矩、以及電子的基本電子電荷的電子學(xué)分支)。自旋電子器件可以關(guān)注TMR，其使用穿過薄絕緣體的電子的量子-機械隧穿來分離鐵磁層；以及STT，其中自旋極化電子的電流可以用于控制鐵磁電極的磁化方向。

超越CMOS的器件包括例如在存儲器(例如3端子STT-RAM)、自旋邏輯器件(例如邏輯門)、隧道場效應(yīng)晶體管(TFET)、撞擊離子化MOS(IMOS)器件、納米電子機械開關(guān)(NEMS)、負共柵極FET、諧振隧穿二極管(RTD)、單電子晶體管(SET)、自旋FET、納米磁邏輯(NML)、磁疇壁(domain wall)邏輯、磁疇壁存儲器等中實施的自旋電子器件。

管芯102可以表示由半導(dǎo)體材料制成的分立芯片，并且在一些實施例中可以是以下項、包括以下項、或是以下項的部分：處理器、存儲器或ASIC。在一些實施例中，電絕緣材料(例如模塑化合物或底部填充材料(未示出)可以部分地封裝管芯102和/或互連結(jié)構(gòu)106的一部分。管芯互連結(jié)構(gòu)106可以被配置為在管芯102與封裝襯底104之間傳送電信號。

封裝襯底104可以包括被配置為傳送電信號到管芯102或者從管芯102傳送電信號的電布線特征。電布線特征可以包括例如設(shè)置在封裝襯底104的一個或多個表面上的跡線和/或內(nèi)部布線特征(例如溝槽、過孔或用于穿過封裝襯底104傳送電信號的其它互連結(jié)構(gòu))。例如，在一些實施例中，封裝襯底104可以包括被配置為容納管芯互連結(jié)構(gòu)106并且在管芯102與封裝襯底104之間傳送電信號的電布線特征(例如管芯接合焊盤108)。

在一些實施例中，封裝襯底104是具有核心和/或內(nèi)建層(例如Ajinomoto內(nèi)建膜(ABF)襯底)的基于環(huán)氧樹脂的層壓襯底。在其它實施例中，封裝襯底104可以包括其它適合類型的襯底，襯底包括例如由玻璃、陶瓷或半導(dǎo)體材料形成的襯底。

電路板116可以是由諸如環(huán)氧樹脂層壓件之類的電絕緣材料組成的印刷電路板(PCB)。例如，電路板116可以包括由諸如聚四氟乙烯的材料、諸如阻燃劑4(RF-4)、FR1、棉紙之類的酚醛棉紙材料以及諸如CEM-1或CEM-3之類的環(huán)氧樹脂材料、或者使用環(huán)氧樹脂預(yù)浸材料層壓在一起的玻璃織物所組成的電絕緣材料。例如過孔之類的結(jié)構(gòu)(未示出)可以被形成為穿過電絕緣材料層以穿過電路板116傳送管芯102的電信號。在其它實施例中，電路板116可以由其它適合的材料組成。在一些實施例中，電路板116是母板(例如圖9的母板902)。

封裝級互連件(例如焊球112或連接盤柵格陣列(LGA)結(jié)構(gòu))可以耦合到封裝襯底104上的一個或多個連接盤(下文中為“連接盤110”)以及電路板116上的一個或多個焊盤114以形成被配置為進一步在封裝襯底104與電路板116之間傳送電信號的對應(yīng)的焊接接頭。可以在其它實施例中使用用于將封裝襯底104與電路板116物理地和/或電耦合的其它適合的技術(shù)。

圖2-6示意性地示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的各個實施例的具有緩沖層的不同MTJ配置。圖2示意性地描繪了MTJ 200，其為圖1的MTJ 128的實施例。如所描繪的，MTJ 200可以包括第一蓋帽層202、緩沖層204、鐵磁層206和210、將鐵磁層206和210分隔開的隧道阻擋部208、以及第二蓋帽層212。

在一些實施例中，如所描繪的，第一蓋帽層202和第二蓋帽層212可以由鉭(Ta)組成。在其它實施例中，第一蓋帽層202和第二蓋帽層212可以分別由其它材料(例如，鉿(Hf)、釕(Ru)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、鉻(Cr)、鈮(Nb)以及這些材料的合金)組成。在實施例中，鐵磁層206可以是自由磁性層，并且鐵磁層210可以是固定磁性層，在下文中分別被稱為自由磁性層206和固定磁性層210。自由磁性層206和固定磁性層210可以由鈷(Co)、鐵(Fe)、和硼(B)的組合組成。在一些實施例中，CoFeB可以是富含F(xiàn)e的，例如CoFeB可以由20％的Co、60％的Fe以及20％的B組成。在一些實施例中，CoFeB可以是富含Co的，例如CoFeB可以由60％的Co、20％的Fe和20％的B組成。如上所述，自由磁性層206和固定磁性層210可以由隧道阻擋部208分隔開。在一些實施例中，如所描繪的，隧道阻擋部208可以由氧化鎂(MgO)組成。在其它實施例中，隧道阻擋部208可以由其它材料(例如氧化鉿(HfO₂))組成。

在一些實施例中，緩沖層204可以設(shè)置在第一蓋帽層202與自由磁性層206之間。在實施例中，可以選擇或設(shè)計緩沖層204以使得在緩沖層204與第一蓋帽層202之間的界面具有比自由磁性層206和第一蓋帽層202的界面各向異性更大的界面各向異性(被描繪為K_i)。例如，如所描繪的，緩沖層204可以由Co組成，如以下參考圖7進一步討論的，緩沖層204具有比自由磁性層206所具有的更大的與Ta的界面各向異性。結(jié)果，通過添加緩沖層204提高了MTJ 200的總體或合計界面各向異性。在另外的實施例中，例如如上所討論的，緩沖層204可以是由富含Co的CoFeB組成的另一磁性層。因為富含Co的CoFeB具有更高的Co濃度，其將比富含F(xiàn)e的CoFeB具有與蓋帽層202的Ta的更高的界面各向異性，例如如上所討論的。在這種實施例中，自由磁性層206可以是富含F(xiàn)e的CoFeB，以增大與隧道阻擋部208的界面各向異性，并且自由磁性層206和緩沖層204可以磁性地耦合。在其它實施例中，緩沖層204可以設(shè)置在自由磁性層206與隧道阻擋部208之間。在這樣的實施例中，可以選擇或設(shè)計緩沖層204以使得在緩沖層204與隧道阻擋部208之間的界面具有比自由磁性層206和隧道阻擋部208的界面各向異性更大的界面各向異性。例如，參考圖7的示圖700，可以利用Fe或Co的緩沖層，其中隧道阻擋部208是MgO；然而，如示圖700中所描繪的，F(xiàn)e的緩沖層將對MTJ 200的總體界面各向異性具有大得多的影響。

圖3示意性地描繪了MTJ 300。MTJ 300描繪了類似于圖2的MTJ 200的配置。類似MTJ 200，MTJ 300分別包括第一蓋帽層302和第二蓋帽層302、由隧道阻擋部310分隔開的自由磁性層306和固定磁性層312。MTJ300也可以具有布置在第一蓋帽層302與自由磁性層306之間的第一緩沖層304，如參考圖2如上所討論的，其可以具有比自由磁性層306和第一蓋帽層302的界面各向異性更大的各向異性(被描繪為K_i1)。這些部件中的每一個可以由參考圖2如上所討論的相應(yīng)材料組成。

MTJ 300與圖2的MTJ 200的不同之處在于，MTJ 300具有設(shè)置在自由磁性層306與隧道阻擋部310之間的第二緩沖層308。在實施例中，可以選擇或設(shè)計第二緩沖層308以使得第二緩沖層308與隧道阻擋部310之間的界面具有比自由磁性層306和隧道阻擋部310的界面各向異性更大的界面各向異性(被描繪為K_i2)。例如，如所描繪的，第二緩沖層308可以由Fe組成，如參考圖7以下進一步討論的，其具有與MgO的高界面各向異性。結(jié)果，不僅通過添加第一緩沖層304，而且還通過添加第二緩沖層308提高了MTJ 300的界面各向異性，因此MTJ 300的總體界面各向異性可以由K_i1和K_i2的總和而增大。

圖4示意性地描繪了MTJ 400。MTJ 400可以由第一蓋帽層402、第一緩沖層408、自由磁性層410、第二緩沖層412、隧道阻擋部414、固定磁性層416以及第二蓋帽層418組成。第二蓋帽層418可以由如所描繪的Ta、Hf、或任何其它適合的材料組成。在實施例中，自由磁性層410和固定磁性層416可以由鈷(Co)、鐵(Fe)、和硼(B)的組合組成。如上所討論的，在一些實施例中，CoFeB可以是富含F(xiàn)e的，例如，CoFeB可以由20％的Co、60％的Fe、和20％的B、或者任何其它適合的組合組成。隧道阻擋部414可以由如所描繪的MgO、HfO₂、或任何其它適合的材料組成。

在一些實施例中，第一蓋帽層402可以由接觸子層404和氧化物子層406組成。在實施例中，氧化物子層406可以由MgO組成。在這樣的實施例中，第一緩沖層408可以由如所描繪的Fe、或Co組成；然而，如從圖7的示圖700可見，MgO/Fe界面將具有對MTJ 400的界面各向異性的更大影響。在其它實施例中，氧化物子層406可以由HfO₂組成。在這樣的實施例中，第一緩沖層408可以由如所描繪的Fe、或Co組成；然而，如從圖7的示圖700可見，HfO₂/Co界面將具有對MTJ 400的界面各向異性更大的影響。在還有其它實施例中，氧化物子層406可以由導(dǎo)電氧化物(例如氧化鎢(WO2)、氧化釩(VO和/或V₂O₂)、氧化銦(InO_x)、氧化鋁(Al₂O₃)、氧化釕(RuO_x)、和/或氧化鉭(TaO_x))組成。在以上所討論的任一實施例中，可以由K_i1和K_i2的總和來提高MTJ 400的總體界面各向異性。在利用氧化物子層(例如氧化物子層406)的實施例中，當(dāng)選擇用于氧化物子層的材料時也可以考慮所產(chǎn)生的MTJ的電阻面積(RA)乘積。

圖5示意性地描繪了MTJ 500。MTJ 500描繪了類似于圖4的MTJ 400的配置。類似于MTJ 400，MTJ 500包括具有接觸子層502和氧化物子層504的第一蓋帽層、第一緩沖層506、第二緩沖層516、隧道阻擋部518、固定磁性層520、以及第二蓋帽層522。這些部件中的每一個可以由如上所討論的相應(yīng)材料組成。MTJ 500與MTJ 400的不同之處在于自由磁性層508可以由可以磁性地耦合的許多子層510-514組成。如所描繪的，子層510-514可以包括但不限于第一CoFeB層510、Ta中間層512以及另一CoFeB層514。

圖6示意性地描繪了MTJ 600。MTJ 600描繪了類似于圖5的MTJ 500的配置。類似于MTJ 500，MTJ 600包括具有接觸子層602和氧化物子層604的第一蓋帽層、第一緩沖層606、第二緩沖層620、隧道阻擋部622、固定磁性層624、以及第二蓋帽層626。這些部件中的每一個可以由如上所討論相應(yīng)材料組成。MTJ 600也可以包括自由磁性層608，自由磁性層608可以由可以磁性地耦合的許多子層610-618組成。

MTJ 600與MTJ 500的不同之處在于子層610-618可以包括緩沖子層612和616?？梢赃x擇或設(shè)計緩沖子層612和616以使得緩沖子層612或616與相鄰子層614之間的界面具有比不具有緩沖子層612和616的MTJ的界面各向異性更大的界面各向異性(被描繪為K_i3和K_i4)。結(jié)果，可以由K_i1-K_i4的總和來提高MTJ 600的總體界面各向異性。在一些實施例中，可以僅利用單個緩沖子層612或616，而非利用612和616兩者。如所描繪的，在一些實施例中，緩沖子層612和616可以由Co組成，并且相鄰的子層614可以由Ta組成。在替代的實施例中，如在方框標注的替代608實施例中所描繪的，緩沖子層612和616可以由Fe組成，并且相鄰的子層614可以由Hf組成。將意識到的是這些僅是說明性實施例并且可以在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下利用任何其它適合的材料或材料的組合，例如參考圖7所討論的那些材料。在其它實施例中，在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，自由磁性層608可以包括任何數(shù)量的附加子層和/或緩沖子層。

圖7是與各種材料之間的界面相關(guān)聯(lián)的界面各向異性常數(shù)(Ki)的圖形描繪。如上所討論的，界面各向異性是由兩種材料之間界面或接觸區(qū)域產(chǎn)生的定向能量。兩種材料之間的界面各向異性基于所選擇的材料而變化。界面各向異性是累積的，因此MTJ的界面各向異性將是針對MTJ的每個界面的個體界面各向異性的總和。MTJ的總體界面各向異性越大，自由磁性層的極性越穩(wěn)定。K_i的正數(shù)值指示磁化的極性沿相反的垂直方向，負數(shù)值指示極性在平面內(nèi)。X軸線描繪各種材料，而Y軸線描繪單位為mJ/m²的、針對相應(yīng)材料與鐵(Fe)或鈷(Co)的其中之一的界面的對應(yīng)的K_i，如由圖例702所指示的。將意識到的是示圖700僅示出了可能的材料的子集，并且不應(yīng)僅基于從示圖700省略材料而從本公開內(nèi)容的范圍中排除未描繪的材料。

從左邊開始，描繪的第一種材料是鉿(Hf)。如在條柱704和條柱706處可見，當(dāng)與Fe或Co界面接合時Hf具有正K_i。結(jié)果，可以利用Fe或Co的緩沖層來與Hf界面接合；然而，Hf和Fe的界面明顯地產(chǎn)生更大的K_i，如由條柱704所描繪的。

所描繪的下一種材料是鉻(Cr)。如在條柱708和條柱710處可見，當(dāng)與Fe或Co界面接合時Cr具有負K_i。結(jié)果，可以不需要Fe或Co的緩沖層與Cr界面接合，其目的是提高總K_i。

轉(zhuǎn)至右邊，下一種描繪的材料是鉭(Ta)。如在條柱712處可見，Ta和Fe的界面具有相當(dāng)小的正K_i，而具有Ta和Co的界面具有大得多的正K_i，如由條柱714所描繪的。結(jié)果，可以利用Fe或Co的緩沖層來與Ta界面接合；然而，當(dāng)與Ta界面接合時Co明顯地具有比Fe對總體K_i更大的影響。

下一種描繪的材料是銅(Cu)。如在條柱716處可見，Cu和Fe的界面具有正K_i，而Cu和Co的界面具有小得多的正K_i，如由條柱718所描繪的。結(jié)果，可以利用Fe或Co的緩沖層來與Cu界面接合；然而，當(dāng)與Cu界面接合時Fe明顯地具有比Co更大的對總體K_i的影響。

下一種描繪的材料是氧化鎂(MgO)。如在條柱720和條柱722處可見，當(dāng)與Fe或Co界面接合時MgO具有正K_i。結(jié)果，可以利用Fe或Co的緩沖層來與MgO界面接合；然而，MgO和Fe的界面明顯地產(chǎn)生更大的K_i，如由720所描繪的。

進一步轉(zhuǎn)至右邊，下一種描繪的材料是氧化鉿(HfO₂)。如在條柱724和條柱726處可見，當(dāng)與Fe或Co界面接合時HfO₂具有正K_i。結(jié)果，可以利用Fe或Co的緩沖層來與HfO₂界面接合；然而，HfO₂和Co的界面明顯地產(chǎn)生更大的K_i，如由726所描繪的。

最后的兩種材料(條柱728-734)均包含釕(Ru)。如在條柱728和條柱730處可見，當(dāng)與Fe或Co的薄(例如0.4nm-0.5nm)層界面接合時Ru具有正K_i。結(jié)果，可以利用Fe或Co的薄緩沖層來與Ru界面接合；然而，Ru和Fe薄層的界面明顯地產(chǎn)生更大的K_i，如由728所描繪的。這與當(dāng)利用Ru層與Fe或Co的厚(例如＞4nm)層接觸時所描繪的結(jié)果相反。如由條柱732和734所描繪的，當(dāng)與Fe或Co界面接合時Ru層具有負K_i。結(jié)果，可以不需要Fe或Co的厚緩沖層以與Ru層界面接合，其目的在于提高總體K_i。

圖8示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的各個實施例的制造磁性隧道結(jié)(MTJ)的方法800的流程圖。方法可以開始于802，其中可以提供襯底。在方框804，可以在襯底之上形成第一磁性層。在方框806，可以在第一磁性層之上形成隧道阻擋部。在方框808可以在隧道阻擋部之上形成緩沖層，例如本文中所討論的緩沖層。在方框810，可以在緩沖層之上形成第二磁性層。最后，在812，可以形成蓋帽層。

這些層中的每一層可以由本文中所討論的任何材料或者任何其它適合的材料組成。另外，層可以以本領(lǐng)域中已知的任何方式(例如濺射和/或氣相沉積)形成。在一些實施例中，第一磁性層可以是固定磁性層，而第二磁性層可以是自由磁性層。在一些實施例中，可以在方框812形成蓋帽層之前在第二磁性層之上形成附加的緩沖層。替代在方框808所形成的緩沖層或者除了在方框808所形成的緩沖層以外，可以形成附加的緩沖層。

在一些實施例中，附加的子層可以被形成為單獨程序的部分。例如，為了在方框812形成蓋帽層，可以在第二磁性層之上形成氧化物子層，并且可以在氧化物子層之上形成接觸子層。在一些實施例中，在形成第一或第二磁性層中，可以形成可以磁性地耦合的許多磁性子層。在這些實施例中，緩沖子層也可以形成在磁性子層之間。

圖9示意性地示出了根據(jù)一些實施例的可以包括如本文中所述的磁性隧道結(jié)(MTJ)(例如圖1的MTJ 128，圖2的MTJ 200，圖3的MTJ 300，圖4的MTJ 400，圖5的MTJ 500，以及圖6的MTJ 600)的示例性計算設(shè)備900。母板902可以包括許多部件，包括但不限于處理器904和至少一個通信芯片906。處理器904可以物理地和電氣地耦合至母板902。在一些實施方式中，至少一個通信芯片906也可以物理地和電氣地耦合至母板902。在另外的實施方式中，通信芯片906可以是處理器904的部分。

根據(jù)其應(yīng)用，計算設(shè)備900可以包括可以或可以不物理地和電氣地耦合至母板902的其它部件。這些其它部件可以包括但不限于：易失性存儲器(例如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)908)、非易失性存儲器(例如只讀存儲器(ROM)910)、閃速存儲器、圖形處理器、數(shù)字信號處理器、密碼處理器、芯片集、天線、顯示器、觸摸屏顯示器、觸摸屏控制器、電池、音頻編解碼器、視頻編解碼器、功率放大器、全球定位系統(tǒng)(GPS)設(shè)備、羅盤、蓋格計數(shù)器、加速度計、陀螺儀、揚聲器、相機、以及大容量存儲設(shè)備(例如硬盤驅(qū)動器、光盤(CD)、數(shù)字多功能盤(DVD)等等)。

通信芯片906可以使能無線通信以用于將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到計算設(shè)備900以及從計算設(shè)備900轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。術(shù)語“無線”及其派生詞可以用于描述可以通過使用經(jīng)調(diào)制的電磁輻射來經(jīng)由非固體介質(zhì)傳送數(shù)據(jù)的電路、設(shè)備、系統(tǒng)、方法、技術(shù)、通信信道等。術(shù)語并不暗示相關(guān)聯(lián)的設(shè)備并不包含任何導(dǎo)線，盡管在一些實施例中，它們可以不包含導(dǎo)線。通信芯片906可以實施多種無線標準或協(xié)議中的任一種，其包括但不限于：電氣與電子工程師(IEEE)協(xié)會標準，包括Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、IEEE 802.16標準(例如，IEEE 802.16-2005修訂)、長期演進(LTE)計劃連同任何修訂、更新、和/或修正(例如，高級LTE計劃、超移動寬帶(UMB)計劃(也被稱為“3GPP2”)等)。與IEEE 802.16兼容的寬帶無線接入(BWA)網(wǎng)絡(luò)通常被稱為WiMAX網(wǎng)絡(luò)，即代表微波接入的全球互操作性的首字母縮略詞，其為通過IEEE 802.16標準的一致性和互操作性測試的產(chǎn)品的證明標志。通信芯片906可以根據(jù)全球移動通信(GSM)系統(tǒng)、通用分組無線服務(wù)(GPRS)、通用移動電信系統(tǒng)(UMTS)、高速分組接入(HSPA)、演進的HSPA(E-HSPA)、或LTE網(wǎng)絡(luò)來進行操作。通信芯片906可以根據(jù)增強數(shù)據(jù)的GSM演進(EDGE)、GSM EDGE無線接入網(wǎng)絡(luò)(GERAN)、通用陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)(UTRAN)、或演進的UTRAN(E-UTRAN)來進行操作。通信芯片906可以根據(jù)碼分多址接入(CDMA)、時分多址接入(TDMA)、數(shù)字增強無繩電信(DECT)、演進數(shù)據(jù)優(yōu)化(EV-DO)、其派生物、以及被指定為3G、4G、5G和更高代的任何其它無線協(xié)議來進行操作。在其它實施例中，通信芯片906可以根據(jù)其它無線協(xié)議來進行操作。

計算設(shè)備900可以包括多個通信芯片906。例如，第一通信芯片906可以專用于較短距離的無線通信，例如Wi-Fi和藍牙；并且第二通信芯片906可以專用于較長距離的無線通信，例如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、EV-DO等。

計算設(shè)備900的處理器904可以包括具有如本文中所述的MTJ(例如圖1的MTJ 128、圖2的MTJ 200、圖3的MTJ 300、圖4的MTJ 400、圖5的MTJ 500、以及圖6的MTJ 600)的管芯(例如圖1的管芯102)。例如，圖1的管芯102可以安裝在封裝組件中，所述封裝組件安裝在母板902上。術(shù)語“處理器”可以指代處理來自寄存器和/或存儲器的電子數(shù)據(jù)以將該電子數(shù)據(jù)變換為可以存儲在寄存器和/或存儲器中的其它電子數(shù)據(jù)的任何設(shè)備或者設(shè)備的部分。

通信芯片906也可以包括具有如本文中所述的MTJ(例如圖1的MTJ128、圖2的MTJ 200、圖3的MTJ 300、圖4的MTJ 400、圖5的MTJ 500、以及圖6的MTJ 600)的管芯(例如圖1的管芯102)。在另外的實施方式中，容納在計算設(shè)備900內(nèi)的另一部件(例如存儲器器件或其它集成電路器件)可以包含具有如本文中所述的晶體管電極結(jié)構(gòu)(例如圖1的MTJ 128、圖2的MTJ 200、圖3的MTJ 300、圖4的MTJ 400、圖5的MTJ 500、以及圖6的MTJ 600)的管芯(例如圖1的管芯102)。

在各個實施方式中，計算設(shè)備900可以是移動計算設(shè)備、膝上型電腦、上網(wǎng)本、筆記本、超級本、智能電話、平板電腦、個人數(shù)字助理(PDA)、超級移動PC、移動電話、臺式計算機、服務(wù)器、打印機、掃描儀、監(jiān)視器、機頂盒、娛樂控制單元、數(shù)字相機，便攜式音樂播放器、或數(shù)字視頻記錄器。在另外的實施方式中，計算設(shè)備900可以是處理數(shù)據(jù)的任何其它電子設(shè)備。

示例

根據(jù)各個實施例，本公開內(nèi)容描述了一種方法。示例1是磁性隧道結(jié)，其包括：蓋帽層；隧道阻擋部；被設(shè)置在蓋帽層與隧道阻擋部之間的磁性層；以及被設(shè)置在磁性層與蓋帽層或隧道阻擋部中所選擇的其中之一之間的緩沖層，其中，緩沖層與蓋帽層或隧道阻擋部中所選擇的其中之一的界面各向異性大于磁性層與蓋帽層或隧道阻擋部中所選擇的其中之一的界面各向異性。

示例2可以包括示例1的主題，其中，蓋帽層還包括接觸子層以及被設(shè)置在接觸子層與磁性層之間的氧化物子層，其中，氧化物子層與磁性層的界面各向異性大于磁性層與接觸子層的界面各向異性。

示例3可以包括示例2的主題，其中，氧化物子層包括導(dǎo)電氧化物。

示例4可以包括示例1的主題，其中，緩沖層是被設(shè)置在磁性層與蓋帽層之間的第一緩沖層，磁性隧道結(jié)還包括：被設(shè)置在磁性層與隧道阻擋部之間的第二緩沖層，其中，第二緩沖層與隧道阻擋部的界面各向異性大于磁性層與隧道阻擋部的界面各向異性。

示例5可以包括示例1的主題，其中，磁性層由磁性地耦合以形成單個磁體的多個磁性子層組成。

示例6可以包括示例5的主題，其中，多個磁性子層包括被設(shè)計為提高磁性層的界面各向異性的一個或多個緩沖子層。

示例7可以包括示例6的主題，其中，多個磁性子層包括被設(shè)置在第一外側(cè)磁性子層與第二外側(cè)磁性子層之間的中間子層，其中，中間子層包括鉭(Ta)或鉿(Hf)中的一種或多種，并且其中，第一和第二外側(cè)磁性子層包括鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)。

示例8可以包括示例7的主題，還包括被設(shè)置在中間子層與第一或第二外側(cè)磁性子層中所選擇的其中之一之間的緩沖子層，其中緩沖子層包括Co或Fe。

示例9可以包括示例7的主題，還包括被設(shè)置在中間子層與第一外側(cè)磁性子層之間的第一緩沖子層以及被設(shè)置在中間子層與第二外側(cè)磁性子層之間的第二緩沖子層，其中第一和第二緩沖子層包括Co或Fe。

示例10可以包括示例1的主題，其中，蓋帽層包括鉭(Ta)或鉿(Hf)。

示例11可以包括示例1的主題，其中，隧道阻擋部包括氧化鎂(MgO)或氧化鉿(HfO₂)。

示例12可以包括示例1的主題，其中，磁性層包括鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)。

示例13可以包括示例1的主題，其中，緩沖層包括鐵(Fe)或鈷(Co)。

示例14可以包括示例1的主題，其中，緩沖層包括富含鈷(Co)的鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)，CoFeB，并且其中，磁性層包括富含F(xiàn)e的CoFeB。

示例15可以包括示例1-14中的任一項的主題，其中，磁性層是自由磁性層。

示例16是一種形成磁性隧道結(jié)的方法，包括：提供襯底；在襯底之上形成第一磁性層；在第一磁性層之上形成隧道阻擋部；在隧道阻擋部之上形成第二磁性層；在第二磁性層之上形成蓋帽層；以及形成緩沖層，緩沖層被設(shè)置在第二磁性層與蓋帽層或隧道阻擋部中所選擇的其中之一之間，其中，緩沖層與蓋帽層或隧道阻擋部中所選擇的其中之一的界面各向異性大于第二磁性層與蓋帽層或隧道阻擋部中所選擇的其中之一的界面各向異性。

示例17可以包括示例16的主題，其中，形成蓋帽層還包括：在第二磁性層之上形成氧化物子層，以及在氧化物子層之上形成接觸子層。

示例18可以包括示例17的主題，其中，氧化物子層包括導(dǎo)電氧化物。

示例19可以包括示例16的主題，其中，緩沖層是被設(shè)置在第二磁性層與蓋帽層之間的第一緩沖層，該方法還包括：形成第二緩沖層，其中第二緩沖層被設(shè)置在第二磁性層與隧道阻擋部之間，其中第二緩沖層與隧道阻擋部的界面各向異性大于第二磁性層與隧道阻擋部的界面各向異性。

示例20可以包括示例16的主題，其中，形成第二磁性層還包括形成磁性地耦合的多個磁性子層。

示例21可以包括示例20的主題，其中，形成第二磁性層還包括形成被設(shè)置在多個磁性子層的兩個磁性子層之間的緩沖子層，其中，緩沖子層被設(shè)計為提高第二磁性層的界面各向異性。

示例22可以包括示例20的主題，其中，多個磁性子層包括形成在第一外側(cè)磁性子層與第二外側(cè)磁性子層之間的中間子層，其中，中間子層包括鉭(Ta)或鉿(Hf)中的一種或多種，并且其中，第一和第二外側(cè)磁性子層包括鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)。

示例23可以包括示例22的主題，還包括形成被布置在中間子層與第一或第二外側(cè)磁性子層中所選擇的其中之一之間的緩沖子層，其中緩沖子層包括Co或Fe。

示例24可以包括示例22的主題，還包括在中間子層與第一外側(cè)磁性子層之間形成第一緩沖子層以及在中間子層與第二外側(cè)磁性子層之間形成第二緩沖子層，其中第一和第二緩沖子層包括Co或Fe。

示例25可以包括示例16的主題，其中，蓋帽層包括鉭(Ta)或鉿(Hf)。

示例26可以包括示例16的主題，其中，隧道阻擋部包括氧化鎂(MgO)或氧化鉿(HfO₂)。

示例27可以包括示例16的主題，其中，第一磁性層和第二磁性層包括鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)。

示例28可以包括示例16的主題，其中，緩沖層包括鐵(Fe)或鈷(Co)。

示例29可以包括示例15的主題，其中，緩沖層包括富含鈷(Co)的鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)，CoFeB，并且其中，磁性層包括富含F(xiàn)e的CoFeB。

示例30可以包括示例15-27的主題，其中，第二磁性層是自由磁性層并且第一磁性層是固定磁性層。

示例31是一種自旋轉(zhuǎn)移力矩存儲器(STTM)，其包括：位線；感測線；將位線與感測線耦合的磁性隧道結(jié)，其中，磁性隧道結(jié)包括：蓋帽層，隧道阻擋部，以及被設(shè)置在蓋帽層與隧道阻擋部之間的磁性層；以及被設(shè)置在磁性層與蓋帽層或隧道阻擋部中所選擇的其中之一之間的緩沖層，其中，緩沖層與蓋帽層或隧道阻擋部中所選擇的其中之一的界面各向異性大于磁性層與蓋帽層或隧道阻擋部中所選擇的其中之一的界面各向異性。

示例32可以包括示例31的主題，其中，蓋帽層還包括接觸子層以及被設(shè)置在接觸子層與磁性層之間的氧化物子層，其中，氧化物子層與磁性層的界面各向異性大于磁性層與接觸子層的界面各向異性。

示例33可以包括示例32的主題，其中，氧化物子層包括導(dǎo)電氧化物。

示例34可以包括示例31的主題，其中，緩沖層是被設(shè)置在磁性層與蓋帽層之間的第一緩沖層，磁性隧道結(jié)還包括：被設(shè)置在磁性層與隧道阻擋部之間的第二緩沖層，其中第二緩沖層與隧道阻擋部的界面各向異性大于磁性層與隧道阻擋部的界面各向異性。

示例35可以包括示例31的主題，其中，磁性層由磁性地耦合以形成單個磁體的多個磁性子層組成。

示例36可以包括示例35的主題，其中，多個磁性子層包括被設(shè)計為提高磁性層的界面各向異性的一個或多個緩沖子層。

示例37可以包括示例36的主題，其中，多個磁性子層包括被設(shè)置在第一外側(cè)磁性子層與第二外側(cè)磁性子層之間的中間子層，其中，中間子層包括鉭(Ta)或鉿(Hf)中的一種或多種，并且其中第一和第二外側(cè)磁性子層包括鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)。

示例38可以包括示例37的主題，還包括被設(shè)置在中間子層與第一或第二外側(cè)磁性子層中所選擇的其中之一之間的緩沖子層，其中，緩沖子層包括Co或Fe。

示例39可以包括示例37的主題，還包括被設(shè)置在中間子層與第一外側(cè)磁性子層之間的第一緩沖子層以及被設(shè)置在中間子層與第二外側(cè)磁性子層之間的第二緩沖子層，其中，第一和第二緩沖子層包括Co或Fe。

示例40可以包括示例31的主題，其中，蓋帽層包括鉭(Ta)或鉿(Hf)。

示例41可以包括示例31的主題，其中，隧道阻擋部包括氧化鎂(MgO)或氧化鉿(HfO₂)。

示例42可以包括示例31的主題，其中，磁性層包括鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)。

示例43可以包括示例31的主題，其中，緩沖層包括鐵(Fe)或鈷(Co)。

示例44可以包括示例29的主題，其中，緩沖層包括富含鈷(Co)的鈷(Co)、鐵(Fe)和硼(B)，CoFeB，并且其中，磁性層包括富含F(xiàn)e的CoFeB。

示例45可以包括示例31-43的主題，其中，磁性層是自由磁性層。

示例46可以包括示例45的主題，其中，STTM是垂直STTM，其中磁性層具有平面外極化(pSTTM)。

示例47可以包括示例46的主題，其中，STTM是隨機存取存儲器(RAM)模塊的部分。