用于自旋转移扭矩切换设备的耐热垂直磁各向异性耦合元件的制作方法
【专利摘要】垂直磁各向异性（PMA）型磁性随机存取存储器单元被构造成具有复合PMA层以提供带有可接受热障的磁性隧道结（MTJ，102）。PMA耦合层（110）被沉积在第一PMA层（108）和第二PMA层（112）之间以形成该复合PMA层。该复合PMA层可被纳入在PMA型MRAM单元或面内型MRAM单元中。
【专利说明】用于自旋转移扭矩切换设备的耐热垂直磁各向异性耦合元件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2011年9月22日以CHEN等人的名义提交的美国临时专利申请n0.61/537，778 的权益。
【技术领域】
[0003]本公开一般涉及磁性隧道结(MTJ)器件。具体而言，本公开涉及提高PMA型MTJ器件的热稳定性。
[0004]背景
[0005]与常规随机存取存储器(RAM)芯片技术不同，在磁性RAM (MRAM)中，数据不是作为电荷来存储，而是通过存储元件的磁极化来存储。这些存储元件是从由隧穿层分开的两个铁磁层形成的。这两个铁磁层中被称为固定层或钉扎(pinned)层的一个铁磁层具有固定在特定方向上的磁化。被称为自由层的另一铁磁磁性层具有能更改的磁化方向，从而在自由层磁化反平行于固定层磁化代表“1”，或在自由层磁化平行于固定层磁化时代表“0”，反之亦然。具有固定层、隧穿层和自由层的一种此类器件是磁性隧道结(MTJ)。MTJ的电阻取决于自由层磁化和固定层磁化彼此平行还是反平行。存储器设备(诸如MRAM)由可单独寻址MTJ的阵列构建。
[0006]为了在常规MRAM中写数据，超过临界切换电流的写电流被施加穿过MTJ。该超过临界切换电流的写电流足以改变自由层的磁化方向。当该写电流在第一方向上流动时，MTJ可被置于或保持在第一状态中，其中其自由层磁化方向和固定层磁化方向以平行取向对齐。当该写电流在与第一方向相反的第二方向上流动时，MTJ可被置于或保持在第二状态中，其中其自由层磁化和固定层磁化以反平行取向对齐。
[0007]为了在常规MRAM中读数据，读电流可经由与用于在MTJ中写数据相同的电流路径来流过该MTJ。如果MTJ的自由层和固定层的磁化被取向成彼此平行，那么该MTJ呈现与在自由层和固定层的磁化是反平行取向的情况下MTJ将呈现的电阻不同的电阻。在常规MRAM中，MRAM的位单元中MTJ的两种不同电阻定义了两种不同的状态。这两种不同电阻代表由MTJ存储的逻辑“O”和逻辑“I”值。
[0008]磁性随机存取存储器的各位单元可布置成包括一种模式的存储器元件(例如，在MRAM的情况下是MTJ)的一个或多个阵列。STT-MRAM (自旋一转移一扭矩磁性随机存取存储器)是一种新兴的非易失性存储器，其具有非易失性、与eDRAM (嵌入式动态随机存取存储器)可比拟的速度、与eSRAM (嵌入式静态随机存取存储器)相比更小的芯片尺寸、无限制的读/写耐力和低阵列漏电流的优点。
[0009]简要概述
[0010]根据本公开的一方面，磁性隧道结(MTJ)配置成具有参考层、隧道阻挡层和复合垂直磁各向异性(PMA)层，该复合垂直磁各向异性层包括第一 PMA层、第二 PMA层、以及第一PMA层和第二 PMA层之间的PMA耦合层。根据该方面，该隧道阻挡层配置在该参考层和该复合PMA层之间。
[0011]本公开的其他方面包括用于构建垂直MTJ的方法。该方法包括沉积参考层、沉积隧道阻挡层以及沉积复合垂直磁各向异性(PMA)层。沉积该PMA层包括沉积第一 PMA层，沉积第二 PMA层以及在第一 PMA层和第二 PMA层之间沉积PMA耦合层。在该方面，该隧道阻挡层沉积在该参考层和该复合PMA层之间。
[0012]在另一方面，磁性隧道结(MTJ)具有用于在第一层中固定磁化的装置和在第二层中提供隧穿磁阻(TMR)的装置。该设备还具有用于在复合层中提高垂直磁各向异性(PMA)的装置。该复合层包括用于提高PMA的第一装置、用于提高PMA的第二装置和用于耦合该用于提高PMA的第一装置和该用于提高PMA的第二装置的装置。
[0013]这已较宽泛地勾勒出本公开的特征和技术优势以力图使下面的详细描述可以被更好地理解。本公开的其他特征和优点将在下文描述。本领域技术人员应该领会，本公开可容易地被用作改动或设计用于实施与本公开相同的目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到，这样的等效构造并不脱离所附权利要求中所阐述的本公开的教导。被认为是本公开的特性的新颖特征在其组织和操作方法两方面连同进一步的目的和优点在结合附图来考虑以下描述时将被更好地理解。然而要清楚理解的是，提供每一幅附图均仅用于解说和描述目的，且无意作为对本公开的限定的定义。
[0014]附图简要描述
[0015]为了更全面地理解本公开，现在结合附图参考以下描述。
[0016]图1是根据本公开的各方面的磁性隧道结(MTJ)结构的剖面图。
[0017]图2是根据本公开的各方面的磁性隧道结(MTJ)结构的剖面图。
[0018]图3是根据本公开的各方面的磁性隧道结(MTJ)结构的剖面图。
[0019]图4是解说根据本公开的各方面的用于提高PMA型MRAM单元的热稳定性的方法的工艺流程图。
[0020]图5是示出其中本公开的一方面可被有利地采用的示例性无线通信系统的框图。
[0021]图6是解说根据一个方面的用于半导体组件的电路、布局和逻辑设计的设计工作站的框图。
[0022]详细描述
[0023]在一类MRAM单元中，磁性隧道结(MTJ)的自由层和参考层的极化方向与相应层的平面平行。此类存储器单元被称为具有面内(in-plane)磁各向异性或纵向磁各向异性(LMA)0具有面内磁各向异性的MRAM单元的磁极化方向是通过构建具有拉长的形状(诸如椭圆)的存储器单元来提供的。该拉长的形状在每一端提供极点位置以供磁矩趋向或离开该极点位置。
[0024]在另一类MRAM单元中，MTJ的自由层和参考层的极化方向与相应层的平面垂直。此类存储器单元被称为具有垂直磁各向异性(PMA)。PMA型MRAM单元的层中的磁极化方向是固有定向的，即，与该层垂直。因此，PMA型MRAM单元可具有可比拉长的面内MRAM单元更容易制造的对称形状(诸如圆形)。
[0025]圆形PMA型MRAM单元具有比拉长的面内MRAM单元更小的面积并因此可促成更深尺度的存储器设备的发展。另外，因为MRAM单元的切换电流与其面积成比例，所以PM型MRAM单元可比面内型MRAM单元消耗更少功率。[0026]自由层和参考层的极化与相应层的材料中的磁矩相对应。PMA型MRAM的发展的一个挑战被呈现为:薄膜中的磁矩有沿着该膜层对齐的趋势，从而磁矩的至少一个分量大部分留在该层中。被称为“面内磁各向异性”的该趋势可通过施加强垂直磁各向异性来克服。一种施加强垂直磁各向异性的方式是使用展现非常强的晶体各向异性并具有与薄膜层的平面垂直的净磁矩的材料。此类晶体材料的净垂直磁矩可比面内磁各向异性更强。然而，展现强晶体各向异性的材料与现有CMOS (互补金属氧化物半导体)制造工艺不是非常兼容。
[0027]CoFeB是与CMOS工艺兼容且常用于面内型MRAM单元的材料。例如，面内型MRAM单元的自由层通常是2nm厚的CoFeB层。CoFeB不展现强晶体各向异性和/或表面各向异性，因此该材料中的磁化取向趋向于留在该膜层中且消失于退磁场。然而，已观察到，CoFeB的面内各向异性可通过降低膜厚度并提高铁含量来克服。通过使用非常薄的CoFeB层，通常由膜的表面各向异性所主导的膜属性转而由膜的块晶体各向异性所主导。与MgO阻挡层相结合使用的此类非常薄的CoFeB层已被观察到展现出PMA。
[0028]用此类非常薄的CoFeB层构建的MRAM单元的热障不期望地低，因为该热障基于存储器单元的体积。例如，在此类用非常薄的CoFeB层构建的PMA型存储器单元中已观察到约40kT的热障。该值远低于期望的约60kT的热障，约60kT的热障将足以确保大规模存储器阵列中的数据保持性。
[0029]垂直MTJ的切换电流可显著降低，因为垂直MTJ可图案化成圆形，由此与使用椭圆形图案化的MTJ以使面内MTJ具有足够形状各向异性相比，MTJ尺寸可减小。然而，具有非常薄的CoFeB自由层的垂直MTJ的切换电流密度(J。)趋向于增大，因为此类膜具有高阻尼常数(α )——这是直接对切换电流密度J。作贡献的参数。因为切换电流是切换电流密度J。乘以MTJ面积，所以增大的切换电流密度Jc抵消了来自减小的MTJ面积的切换电流降低。
[0030]根据本公开的各方面，可使用相对较厚的CoFeB层，从而阻尼常数不大幅增加。本文中公开的CoFeB层可展现ΡΜΑ，即使其不具有如上所述的观察到展现PMA的非常薄的构造亦然。还由于增加的厚度，所描述的层提供足以提供可接受热障的增加的体积。
[0031]根据本公开的各方面，面内各向异性效应可被克服，从而可增加CoFeB层的厚度而不允许磁矩在该层的平面内对齐。根据一个方面，面内各向异性是通过向存储器单元添加可在较厚CoFeB层中施加垂直磁各向异性(Ku)的层来克服的。
[0032]在一个示例中，提供了相对较厚的CoFeB自由层。在不施加附加垂直磁各向异性的情况下，该相对较厚的层中的面内各向异性将使该层的磁矩留在膜平面内。根据本公开的各方面，可被垂直磁化的辅助层连同MRAM单元中的厚CoFeB层一起被添加到层堆叠。根据本公开的一方面，该辅助层可以是可被垂直磁化的非常薄的CoFeB层。该辅助层可通过在该辅助层和自由层之间提供PMA耦合层来耦合到该自由层。
[0033]根据本公开的各方面，辅助层提供与自由层垂直的附加界面各向异性以克服该相对较厚的层中的面内各向异性。由该配置提供的附加自由层厚度还提供足够的体积，其结果得到可接受的热障。
[0034]本公开的各方面提供一种用于提高热稳定性而不增大用CoFeB制成的PMA型MRAM单元的切换电流的方法。在一个示例中，40nmX40nm的MRAM单元中耦合到辅助层的2() A厚的CoFeB层的热障(Eb)被估计为约47kT。与为展现PMA的非常薄的CoFeB层估计的约29kT的热障Eb相比，这是一显著改进。除了提供可接受热障之外，该示例提供了改善的阻尼常数α以及与仅使用非常薄的CoFeB层来达成PMA所观察到的切换电流可比拟的相应切换电流。
[0035]图1是根据本公开的一方面的代表性磁性隧道结(MTJ)结构102的层布置的剖面图。MTJ结构102包括固定的PMA参考层104和沉积在PMA参考层104上的隧道阻挡层106。PMA 参考层 104 可以是例如单层的 PMA-CoFeB、PMA-FeB、PMA-CoFe、FePt、FePd 或 RE-TM 合金。替换地，PMA参考层104可以是例如Co和Pt、Co和Pd、或者Co和Ni的多层组合。PMA参考层104还可以是合成反铁磁(SAF)材料组合物,反铁磁或合成反铁磁材料,诸如CoFeB(和 / 或 CoFe)/Ru/CoFeB (和 / 或 CoFe)、CoCrPt/Ru/CoFeB、(诸 Co/Pt ML)/Ru/CoFeB、PMA多层/Ru/PMA多层/CoFeB (和/或CoFe)。PMA参考层104还可以是例如合成反铁磁(AF)/SAF层。隧道阻挡层106可以是MgO。底自由层108沉积在隧道阻挡层106上。底自由层
108可以是例如具有小于约人的厚度的PMA-CoFeB层，或者可以是PMA-FeB层。顶自由
层112沉积在底自由层108之上。顶自由层112可以是例如具有小于约20人的厚度的另一 PMA-CoFeB 层，或者可以是 PMA-FeB 或 PMA-CoFe 层。
[0036]PMA耦合层110沉积在底自由层108和顶自由层112之间。PMA耦合层110可以是在底自由层108和顶自由层112之间提供强层间耦合的Ru或Cr层。替换地，PMA耦合层110可以是在底自由层108和顶自由层112之间提供弱的间接层间耦合的Cu、Pd或Pt层。PMA耦合层110还可以是在底自由层108和顶自由层112之间提供层间耦合或静磁耦合的薄金属(诸如举例而言Ta、T1、Al或Hf)或薄绝缘体(诸如MgO、TaOx > TiOx > HfOx或AlOx)的层。PMA提升层114沉积在顶自由层112之上。PMA提升层114可以是后端制程(BEOL)耐热循环材料，诸如具有低电阻*面积(RA)的MgO或A10x、Ru、Ru/Mg0、Ta/Mg0、A10x/Mg0、Mg0/A10x、Cr、Cr/MgO, Pd、Pd/Mg0、Pt 或 Pt/Mg0。覆盖层 116 或硬掩模可沉积在 PMA 提升层114之上。
[0037]替换地，根据本公开的一个方面(未示出)，PMA提升层114可沉积在底自由层108和顶自由层112之间，而不是将PMA f禹合层110沉积在底自由层108和顶自由层112之间。
[0038]图2是根据本公开的另一方面的代表性磁性隧道结(MTJ)结构202的层布置的剖面图。MTJ结构202包括固定的PMA参考层204和沉积在PMA参考层204上的隧道阻挡层206。PMA 参考层 204 可以是例如单层的 PMA-CoFeB、PMA-CoFe、FePt、FePd 或 RE-TM 合金。替换地，PMA参考层204可以是例如Co和Pt、Co和Pd、或者Co和Ni的多层组合。PMA参考层204还可以是合成反铁磁(SAF)材料组合物,反铁磁或合成反铁磁材料,诸如CoFeB (和/或 CoFe) /Ru/CoFeB (和 / 或 CoFe), CoCrPt/Ru/CoFeB、(诸 Co/Pt ML) /Ru/CoFeB。PMA 参考层204还可以是例如合成反铁磁(AF) /SAF层。隧道阻挡层206可以是MgO。
[0039]自由层208沉积在隧道阻挡层206上。自由层208可以是例如具有小于约20人
的厚度的PMA-CoFeB或PMA-FeB层。具有带有高能障(KuV)的PMA材料的热稳定性增强层212沉积在自由层208之上。热稳定性增强层212例如可以是PMA-CoFeB层或者可以是带有高KuV的PMA-CoFe层，能障可通过改变其厚度或组成、或者藉由PMA提升层来调谐。
[0040]PMA耦合层210沉积在自由层208和热稳定性增强层212之间。PMA耦合层210可以是在自由层208和热稳定性增强层212之间提供强层间耦合的RiuCr或薄Ta层。PMA提升层214沉积在热稳定性增强层212之上。PMA提升层214可以是后端制程(BEOL)耐热循环材料，诸如具有低 RA 的 MgO 或 A10x、Ru、Ru/Mg0、Ta/Mg0、A10x/Mg0、Mg0/A10x、Cr、Cr/MgO、Pd、Pd/MgO、Pt或Pt/MgO。覆盖层216或硬掩模可沉积在PMA提升层214之上。
[0041]图3是根据本公开的另一方面的代表性磁性隧道结(MTJ)结构302的各层的剖面图。MTJ结构302包括纵向磁各向异性(LMA)固定参考层304和沉积在LMA参考层304上的隧道阻挡层306。LMA参考层304可以是AF/SAF多层，诸如PtMn/ (CoFe和/或CoFeB)/Ru/ (CoFeB和/或CoFe)。隧道阻挡层306可以是MgO。LMA自由层308沉积在隧道阻挡层306上。LMA自由层308可以是LMA-CoFeB层或其他LMA组合物层。Ta、Ru、Cu、Cr或薄绝缘体(诸如MgO或AlOx)的间隔层309可沉积在LMA自由层308之上。
[0042]底PMA切换辅助层311沉积在LMA自由层308和/或间隔层309之上。底PMA切
换辅助层311可以是例如具有小于约20人的厚度的PMA-CoFeB层。顶PMA切换辅助层313
沉积在底PMA切换辅助层311之上。PMA切换辅助层313例如可以是具有小于约20人的厚度的另一 PMA-CoFeB层，或者可以是PMA-CoFe层。
[0043]PMA耦合层312沉积在底PMA切换辅助层311和顶PMA切换辅助层313之间。PMA耦合层312可以是在底PMA切换辅助层311和顶PMA切换辅助层313之间提供强层间耦合的Ru或Cr层。替换地，PMA耦合层312可以是在底PMA切换辅助层311和顶PMA切换辅助层313之间提供弱的间接层间耦合的Cu、Pd或Pt层。PMA耦合层312还可以是在底PMA切换辅助层311和顶PMA切换辅助层313之间提供层间耦合或静磁耦合的薄金属(诸如举例而言Ta、T1、Al或Hf)或薄绝缘体(诸如MgO、TaOx > TiOx > HfOx或AlOx)的层。
[0044]PMA提升层314沉积在顶PMA切换辅助层313之上。PMA提升层314可以是后端制程(BEOL)耐热循环材料，诸如具有低RA的MgO或AlOx、Ru、Ru/Mg0、Ta/Mg0、A10x/Mg0、Mg0/A10x、Cr、Cr/MgO、Pd、Pd/MgO、Pt 或 Pt/MgO。覆盖层 316 或硬掩模可沉积在 PMA 提升层314之上。
[0045]替换地，根据本公开的一个方面(未示出)，PMA提升层314可沉积在底PMA切换辅助层311和顶PMA切换辅助层313之间，而不是将PMA耦合层312沉积在底PMA切换辅助层311和顶PMA切换辅助层313之间。
[0046]MTJ结构302中由PMA耦合层312耦合的两个PMA切换辅助层311、313降低了纵向磁各向异性(LMA)自由层308的切换电流密度。
[0047]在一种配置中，一 MTJ包括用于在第一层中固定磁化的装置、用于在第二层中提供隧穿磁阻(TMR)的装置和用于在复合层中提高垂直磁各向异性(PMA)的装置。在该配置中，该复合层包括用于提高PMA的第一装置、用于提高PMA的第二装置和用于耦合该用于提高PMA的第一装置和该用于提高PMA的第二装置的装置。该配置还可包括用于在耦合到该复合层的第四层中提升PMA的装置。
[0048]参照图1，用于固定磁化的装置可以是例如PMA参考层104。用于提供TMR的装置可以是例如隧道阻挡层106。用于提高PMA的装置可以是包括作为用于提高PMA的第一装置的底自由层108、作为用于提高PMA的第二装置的顶自由层112、和作为耦合用于提高PMA的第一装置和用于提高PMA的第二装置的装置的PMA耦合层110的复合层。用于提升PMA的装置可以是例如PMA提升层114。
[0049]尽管已经阐述了具体装置，但本领域技术人员将领会，并非所有所公开的装置都是实践所公开的配置所必需的。而且，某些众所周知的装置未被描述，以便专注于本公开。
[0050]图4是解说一种用于构造垂直MTJ的方法的工艺流程图。该方法包括在框402中沉积参考层，在框403中沉积隧道阻挡层以及在框404中沉积复合PMA层。该隧道阻挡层被沉积在该参考层和该复合PMA层之间。框404中沉积该复合PMA层包括在框406中沉积第一 PMA层，在框408中沉积第二 PMA层以及在框410中在第一 PMA层和第二 PMA层之间沉积PMA耦合层。
[0051]图5是示出其中可有利地采用本公开的一方面的示例性无线通信系统500的框图。出于解说目的，图5示出三个远程单元520、530和550以及两个基站540。将认识到，无线通信系统可具有更多的远程单元和基站。远程单元520、530和550包括包含所公开MRAM的IC设备525A、525C和525B。将认识到，其他设备(诸如基站、切换设备和网络装备)也可包括所公开MRAM。图5示出从基站540到远程单元520、530和550的前向链路信号580以及从远程单元520、530和550到基站540的反向链路信号590。
[0052]在图5中，远程单元520被示为移动电话，远程单元530被示为便携式计算机，并且远程单元550被示为无线本地环路系统中的固定位置远程单元。例如，远程单元可以是移动电话、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元(诸如个人数据助理)、有GPS能力的设备、导航设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、固定位置数据单元(诸如仪表读取装备)、或者存储或检索数据或计算机指令的其他设备、或其组合。尽管图5解说根据本公开的教导的远程单元，但本公开不限于这些示例性解说的单元。本公开的各方面可合适地在包括MRAM的许多设备中使用。
[0053]图6是解说用于半导体组件(诸如以上公开的MRAM)的电路、布局和逻辑设计的设计工作站的框图。设计工作站600包括硬盘601，其包含操作系统软件、支持文件和设计软件(诸如Cadence或OrCAD)。设计工作站600还包括显示器602以促成对电路610或半导体组件612 (诸如MRAM)的设计。存储介质604被提供以用于有形地存储电路设计610或半导体组件612。电路设计610或半导体组件612可以诸如⑶SII或GERBER之类的文件格式存储在存储介质604上。存储介质604可以是⑶-ROM、DVD、硬盘、闪存或其他合适设备。此外，设计工作站600包括用于从存储介质604接受输入或将输出写到存储介质604的驱动装置603。
[0054]记录在存储介质604上的数据可指定逻辑电路配置、用于光刻掩模的图案数据或用于串写工具(诸如电子束光刻)的掩模图案数据。该数据还可包括与逻辑仿真相关联的逻辑验证数据，诸如时序图或网电路。在存储介质604上提供数据通过减少用于设计半导体晶圆的工艺数目来促成对电路设计610或半导体组件612的设计。
[0055]对于固件和/或软件实现，这些方法体系可以用执行本文中所描述功能的模块(例如，规程、函数等等)来实现。有形地体现指令的机器可读介质可被用来实现本文所述的方法。例如，软件代码可存储于存储器中并由处理器单元执行。存储器可以实现在处理器单元内或在处理器单元外部。如本文所用的，术语“存储器”是指长期、短期、易失性、非易失性类型存储器、或其他存储器，而并不限于特定类型的存储器或存储器数目、或记忆存储在其上的介质的类型。
[0056]如果以固件和/或软件实现，则各功能可作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上。示例包括编码有数据结构的计算机可读介质和编码有计算机程序的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机访问的可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质；如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(⑶)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘常常磁性地再现数据，而碟用激光光学地再现数据。以上的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
[0057]除了存储在计算机可读介质上，指令和/或数据还可作为包括在通信装置中的传输介质上的信号来提供。例如，通信装置可包括具有指示指令和数据的信号的收发机。这些指令和数据被配置成致使一个或多个处理器实现权利要求中叙述的功能。
[0058]尽管已详细描述了本公开及其优点，但是应当理解，可在本文中作出各种改变、替代和变更而不会脱离如由所附权利要求所定义的本公开的技术。例如，关于基板或电子器件使用了诸如“上方”和“下方”之类的关系术语。当然，如果该基板或电子器件被颠倒，那么上方变成下方，反之亦然。此外，如果是侧面取向的，那么上方和下方可指代基板或电子器件的侧面。而且，本申请的范围并非旨在被限定于说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定配置。如本领域的普通技术人员将容易从本公开领会到的，可以利用根据本公开的现存或今后开发的与本文所描述的相应配置执行基本相同的功能或实现基本相同结果的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。相应地，所附权利要求旨在将这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在其范围内。
【权利要求】
1.一种磁性隧道结(MTJ)，包括: 参考层； 复合垂直磁各向异性(PMA)层，其包括第一 PMA层、第二 PMA层、以及所述第一 PMA层和所述第二 PMA层之间的PMA耦合层；以及 隧道阻挡层，其在所述参考层和所述复合PMA层之间。
2.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，还包括: 耦合到所述复合PMA层的PMA提升层。
3.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述第一PMA层和所述第二 PMA层中的至少一者是 CoFeB。
4.如权利要求3所述的MTJ，其特征在于，所述第一PMA层和所述第二 PMA层中的至少一者包括约小于20 A的厚度。
5.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述第一PMA层和所述第二 PMA层中的至少一者包括热稳定性增强层。
6.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述参考层包括PMA参考层。
7.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，还包括: 所述隧道阻挡层和所述复合PMA层之间的纵向磁各向异性(LMA)自由层；以及 所述LMA自由层和所述复合PMA层之间的间隔层， 其中所述参考层包括LMA参考层。
8.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述MTJ集成在移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元和固定位置数据单元中的至少一者中。
9.一种用于构造垂直MTJ的方法,包括: 沉积参考层； 沉积复合垂直磁各向异性(PMA)层，其包括第一 PMA层、第二 PMA层、以及所述第一 PMA层和所述第二 PMA层之间的PMA耦合层；以及 在所述参考层和所述复合PMA层之间沉积隧道阻挡层。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括将所述MTJ集成在移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元和固定位置数据单元中的至少一者中。
11.一种磁性隧道结(MTJ)，包括: 用于在第一层中固定磁化的装置； 用于在第二层中提供隧穿磁阻(TMR)的装置；以及 用于在复合层中提高垂直磁各向异性(PMA)的装置，所述复合层包括用于提高PMA的第一装置、用于提高PMA的第二装置和用于耦合所述用于提高PMA的第一装置和所述用于提高PMA的第二装置的装置。
12.如权利要求11所述的MTJ，其特征在于，还包括: 用于在耦合到所述复合层的第四层中提升PMA的装置。
13.如权利要求11所述的MTJ，其特征在于，所述用于提高PMA的第一装置和所述用于提高PMA的第二装置中的至少一者包括CoFeB。
14.如权利要求13所述的MTJ，其特征在于，所述用于提高PMA的第一装置和所述用于提高PMA的第二装置中的至少一者包括约小于2U A I丨勺厚度。
15.如权利要求11所述的MTJ，其特征在于，所述用于提高PMA的第一装置和所述用于提高PMA的第二装置中的至少一者包括热稳定性增强层。
16.如权利要求11所述的MTJ，其特征在于，所述用于固定磁化的装置包括PMA参考层。
17.如权利要求11所述的MTJ，其特征在于，还包括: 用于在所述用于提供隧穿的装置和所述用于提高PMA的装置之间提供纵向磁各向异性(LMA)的装置；以及 用于在所述用于提供LMA的装置和所述用于提高PMA的装置之间进行间隔的装置， 其中所述用于固定磁化的装置包括LMA参考层。
18.如权利要求11所述的MTJ，其特征在于，所述MTJ集成在移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元和固定位置数据单元中的至少一者中。
19.一种用于构造垂 直MTJ的方法，包括以下步骤: 沉积参考层； 沉积复合垂直磁各向异性(PMA)层，其包括第一 PMA层、第二 PMA层、以及所述第一 PMA层和所述第二 PMA层之间的PMA耦合层；以及 在所述参考层和所述复合PMA层之间沉积隧道阻挡层。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括将所述MTJ集成在移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元和固定位置数据单元中的至少一者中的步骤。
【文档编号】H01L43/12GK103907156SQ201280046132
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年9月22日 优先权日:2011年9月22日
【发明者】W-C·陈, K·李, X·朱, S·H·康 申请人:高通股份有限公司