有(001)晶體織構(gòu)，其中磁各向異性增強(qiáng)層包括具有(111)晶體織構(gòu)的材料層，并且其中結(jié)晶阻礙層包括具有非晶微觀結(jié)構(gòu)或(001)晶體織構(gòu)的材料層，與自由磁層形成界面。在實(shí)施例中，阻礙層包括Ta、Ru、W、V、Mo、Nb或Cr的至少其中之一。在實(shí)施例中，阻礙層還包括硼。在實(shí)施例中，阻礙層的厚度在0.1nm與1.3nm之間。在實(shí)施例中，磁各向異性增強(qiáng)層包括磁性和非磁性材料層的堆疊體，并且其中堆疊體的磁層比堆疊體的任何非磁性材料層更接近自由磁層。在實(shí)施例中，隧穿層包括MgO或A10x，其中自由磁層包括具有超過1.0nm的厚度的富鐵CoFeB，并且其中堆疊體的非磁性材料層包括Pd、Pt、Ru、Au或Ir的至少其中之一，并且其中堆疊體的磁性材料層包括Co、Ni或Fe的至少其中之一。在實(shí)施例中，結(jié)晶阻礙層還包括第二材料層，其具有不同于與自由磁層形成界面的材料層的成分。
[0046]在實(shí)施例中，非易失性存儲器器件包括:第一電極；設(shè)置在第一電極之上的固定磁層；設(shè)置在固定磁層之上的包括CoFeB的自由磁層，其中自由磁層具有(001)晶體織構(gòu)和大于1.0nm的厚度；設(shè)置在自由磁層與固定磁層之間的具有(001)晶體織構(gòu)的隧穿層；設(shè)置在自由磁層的與隧穿層相反的一側(cè)上的包括具有(111)晶體織構(gòu)的材料層的磁各向異性增強(qiáng)層；設(shè)置在磁各向異性增強(qiáng)層與自由磁層之間的結(jié)晶阻礙層，其中結(jié)晶阻礙層包括具有非晶微觀結(jié)構(gòu)或(001)晶體織構(gòu)的材料層，以與自由磁層形成界面；設(shè)置在磁各向異性增強(qiáng)層之上的第二電極；以及電連接到第一或第二電極、源線和字線的晶體管。在實(shí)施例中，磁各向異性增強(qiáng)層包括磁性和非磁性材料層的堆疊體，并且其中堆疊體的磁層比堆疊體的任何非磁性材料層更接近自由磁層。在實(shí)施例中，阻礙層包括Ta、Ru、W、V、Mo、Nb或Cr的至少其中之一，并且具有0.1nm與1.3nm之間的厚度。在實(shí)施例中，結(jié)晶阻礙層包括Ta和B并且具有小于0.7nm的厚度。在實(shí)施例中，結(jié)晶阻礙層還包括第二材料層，其具有不同于與自由磁層形成界面的材料層的成分。
[0047]在實(shí)施例中，形成垂直磁性隧道結(jié)(MTJ)的方法包括:沉積具有(001)晶體織構(gòu)的電介質(zhì)隧穿層；在隧穿層之上沉積非晶CoFeB自由磁層；在非晶CoFeB自由磁層之上沉積結(jié)晶阻礙層；在結(jié)晶阻礙層之上沉積具有(111)晶體織構(gòu)的磁各向異性增強(qiáng)層；以及在至少300°C的溫度下對電介質(zhì)隧穿層、自由磁層、結(jié)晶阻礙層和磁各向異性增強(qiáng)層進(jìn)行退火，以將(001)晶體織構(gòu)給予非晶CoFeB自由磁層。在實(shí)施例中，方法包括:沉積電介質(zhì)隧穿層、自由磁層、結(jié)晶阻礙層和磁各向異性增強(qiáng)層中的每一個還包括濺射沉積。在實(shí)施例中，沉積結(jié)晶阻礙層還包括:在自由磁層上直接沉積具有非晶微觀結(jié)構(gòu)或(001)晶體織構(gòu)的材料層。在實(shí)施例中，沉積磁各向異性增強(qiáng)層還包括:沉積交替的磁性和非磁性材料層的堆疊體，并且其中堆疊體的磁層直接沉積在結(jié)晶阻礙層上。在實(shí)施例中，沉積結(jié)晶阻礙層還包括:在自由磁層上直接沉積Ta、Ru、W、V、Mo、Nb或Cr的至少其中之一。
[0048]盡管已經(jīng)參考具體示例性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施例，而是可以在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)利用實(shí)施例的修改和改變來實(shí)踐本發(fā)明。因此，應(yīng)該參考所附權(quán)利要求、以及為這種權(quán)利要求賦予權(quán)利的等同物的全部范圍來確定本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種垂直磁性隧道結(jié)(MTJ)，包括: 具有垂直磁各向異性的自由磁層； 固定磁層； 設(shè)置在所述自由磁層與所述固定磁層之間的隧穿層； 設(shè)置在所述自由磁層的與所述隧穿層相反的一側(cè)上的磁各向異性增強(qiáng)層；以及 設(shè)置在所述磁各向異性增強(qiáng)層與所述自由磁層之間的結(jié)晶阻礙層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ，其中，所述結(jié)晶阻礙層與所述自由磁層直接接觸，并且所述結(jié)晶阻礙層具有與所述磁各向異性增強(qiáng)層不同的微觀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MTJ，其中，所述自由磁層和所述隧穿層具有(OOl)晶體織構(gòu)，其中，所述磁各向異性增強(qiáng)層包括具有(111)晶體織構(gòu)的材料層，并且其中，所述結(jié)晶阻礙層包括具有非晶微觀結(jié)構(gòu)、或(001)晶體織構(gòu)的材料層，與所述自由磁層形成界面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MTJ，其中，所述阻礙層包括Ta、Ru、W、V、Mo、Nb或Cr的至少其中之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MTJ，其中，所述阻礙層還包括B。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MTJ，其中，所述阻礙層的厚度在0.1nm與1.3nm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MTJ，其中，所述磁各向異性增強(qiáng)層包括磁性和非磁性材料層的堆疊體，并且其中，所述堆疊體的磁層比所述堆疊體的任何非磁性材料層更接近所述自由磁層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MTJ，其中，所述隧穿層包括MgO或AlOx，其中，所述自由磁層包括具有超過1.0nm的厚度的富鐵CoFeB，并且其中，所述堆疊體的所述非磁性材料層包括Pd、Pt、Ru、Au或Ir的至少其中之一，并且其中，所述堆疊體的所述磁性材料層包括Co、Ni或Fe的至少其中之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MTJ，其中，所述結(jié)晶阻礙層還包括第二材料層，其具有不同于與所述自由磁層形成所述界面的所述材料層的成分。
10.一種非易失性存儲器器件，包括: 第一電極； 設(shè)置在所述第一電極之上的固定磁層； 設(shè)置在所述固定磁層之上的包括CoFeB的自由磁層，其中，所述自由磁層具有(001)晶體織構(gòu)和大于1.0nm的厚度； 設(shè)置在所述自由磁層與所述固定磁層之間的具有(001)晶體織構(gòu)的隧穿層； 設(shè)置在所述自由磁層的與所述隧穿層相反的一側(cè)上的包括具有(111)晶體織構(gòu)的材料層的磁各向異性增強(qiáng)層； 設(shè)置在所述磁各向異性增強(qiáng)層與所述自由磁層之間的結(jié)晶阻礙層，其中，所述結(jié)晶阻礙層包括具有非晶微觀結(jié)構(gòu)或(001)晶體織構(gòu)的材料層，與所述自由磁層形成界面；設(shè)置在所述磁各向異性增強(qiáng)層之上的第二電極；以及電連接到所述第一電極或所述第二電極、源線和字線的晶體管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的非易失性存儲器器件，其中，所述磁各向異性增強(qiáng)層包括磁性和非磁性材料層的堆疊體，并且其中，所述堆疊體的磁層比所述堆疊體的任何非磁性材料層更接近所述自由磁層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的非易失性存儲器器件，其中，所述阻礙層包括Ta、Ru、W、V、Mo、Nb或Cr的至少其中之一并且具有0.1nm與1.3nm之間的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性存儲器器件，其中，所述結(jié)晶阻礙層包括Ta和B并且具有小于0.7nm的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性存儲器器件，其中，所述結(jié)晶阻礙層還包括第二材料層，其具有不同于與所述自由磁層形成所述界面的所述材料層的成分。
15.—種移動計算平臺，包括: 根據(jù)權(quán)利要求10所述的非易失性存儲器器件； 顯不屏；以及 無線收發(fā)器。
16.一種形成垂直磁性隧道結(jié)(MTJ)的方法，包括: 沉積具有(001)晶體織構(gòu)的電介質(zhì)隧穿層； 在所述隧穿層之上沉積非晶CoFeB自由磁層； 在所述非晶CoFeB自由磁層之上沉積結(jié)晶阻礙層； 在所述結(jié)晶阻礙層之上沉積具有(111)晶體織構(gòu)的磁各向異性增強(qiáng)層；以及 在至少300°C的溫度下對所述電介質(zhì)隧穿層、所述自由磁層、所述結(jié)晶阻礙層和所述磁各向異性增強(qiáng)層進(jìn)行退火，以將(001)晶體織構(gòu)給予所述非晶CoFeB自由磁層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，沉積所述電介質(zhì)隧穿層、所述自由磁層、所述結(jié)晶阻礙層和所述磁各向異性增強(qiáng)層中的每一個還包括濺射沉積。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，沉積所述結(jié)晶阻礙層還包括:在所述自由磁層上直接沉積具有非晶微觀結(jié)構(gòu)或(001)晶體織構(gòu)的材料層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，沉積所述磁各向異性增強(qiáng)層還包括:沉積交替的磁性和非磁性材料層的堆疊體，并且其中，所述堆疊體的磁層直接沉積在所述結(jié)晶阻礙層上。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，沉積所述結(jié)晶阻礙層還包括:在所述自由磁層上直接沉積Ta、Ru、W、V、Mo、Nb或Cr的至少其中之一。
【專利摘要】本發(fā)明描述了適用于自旋轉(zhuǎn)移矩存儲器(STTM)器件的磁性隧道結(jié)(MTJ)，其包括垂直磁層、以及由結(jié)晶阻礙層而與自由磁層分開的一個或多個各向異性增強(qiáng)層。在實(shí)施例中，各向異性增強(qiáng)層改善所述自由磁層的垂直取向，而結(jié)晶障礙利用所述自由磁層的晶體織構(gòu)與隧穿層的晶體織構(gòu)的更好的對準(zhǔn)來改善隧道磁致電阻(TMR)比。
【IPC分類】H01L43-02
【公開號】CN104584250
【申請?zhí)枴緾N201380043271
【發(fā)明人】K·奧烏茲, M·L·多齊, B·多伊爾, U·沙阿, D·L·肯克, R·戈利扎德莫亞拉德, R·S·周
【申請人】英特爾公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年9月4日
【公告號】EP2901506A1, US8836056, US8980650, US20140084398, US20140349415, US20150194596, WO2014051943A1