专利名称：用于具有多部分自由层的磁性隧道结的调整固定层的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件，更具体地，涉及改进具有多部分自由层的磁性 隧道结中的开关性能。
背景技术：
磁阻式随机存取存储器(MRAM)使用-兹性隧道结(MTJ)存储数字信 息。MTJ通常包括由电介质阻挡层分开的固定^兹性层(pinned magnetic layer) 和自由磁性层。固定磁性层具有固定在优选的方向上的磁取向，而自由磁性 层允许在暴露于施加的磁场时转换方向。器件的阻抗取决于阻挡层任何一侧 上的层的磁取向。如果层的磁取向相对于彼此平行，跨过阻挡层的阻抗较低， 而如果层的磁取向相对于彼此反平行，则阻抗较高。阻抗的该相对变化称为 磁阻，并以相对于较低阻抗值的百分比变化表示。
为了转换MTJ(即，写存储器单元)，通过设置于器件附近的字线和位 线，使用芯片内电流施加^f兹场。 一种MTJ结构依赖于由单一材料构成的自 由层的转换，该自由层构图为亚微米岛。在此结构中，通过流经字线和位线 的电流施加沿两个平面内方向的电场来切换该单部分自由层。由于表征这些 器件的磁切换性能的星型切换曲线，半选择的位(即，受到沿两个方向中的 仅一个方向的电场影响的那些)不切换。然而，尽管这种结构可以对于较大 的MTJ可靠地工作，随着器件几何尺寸缩小会出现问题。随着单部分自由 层的横向尺寸减小，MTJ的激活能相对于热激活切换也减小了，即使对于半 选^^器件也是如此。这可能使得难于切换阵列中一个选择的MTJ而不会不 注意地切换其他器件。
最近，开发了一种避免这些问题并同时提供其他优点的MTJ结构，该 MTJ结构具有包括两个或者更多磁性子层的自由层。例如，当在该自由层中 使用两个磁性子层时，这些自由磁性子层大致相对于彼此反平行，并由薄的 非;兹性层隔开。才艮据该结构，通过以定时的脉冲的序列施加电流到字线和位 线，从而切换该多部分自由层，以便在该自由磁性层中引起直接写或者触发写(toggle-write)现象。至少部分由于半选择器件增强的切换激活能，该多 部分自由层结构具有提供写入阵列中的MTJ的高选择性方法的优点。
然而，尽管有这些优点，具有包括两个或者更多磁性子层的自由层的 MTJ容易受到几何尺寸效应的影响，这种几何尺寸效应在具有单部分自由层 的MTJ中是不存在的。更具体地，由于多部分自由层器件中的一个磁性子 层稍微更接近于固定层，它比其他自由磁性子层感受到来自固定层的更强的 磁场。在整个器件区域上平均的这种磁场差异可以是数十个奥斯特 (Oersted),并且随着器件变小而变得更为显著。作用于自由磁性子层上的 磁场中的这种不对称不利地影响器件的切换。因此，仅仅当减少这种不对称 性的时候，才能获得最大的触发窗口(即，触发写操作有效的最大磁场范围)。
因此，需要减少具有包括多个磁性子层的自由层的MTJ中存在的磁性 不对称。
发明内容
本发明通过在示例实施例中提供用于减少具有多部分自由层的MTJ中 的磁性不对称的装置和方法，致力于上述需求。通过配置，或调整一个或者 多个固定层从而从固定层产生并作用在自由层中的每个磁性子层上的平均 ^磁场基本相等，本发明部分实现了该需求。
根据本发明的一个方面， 一种半导体器件包括自由层；固定层；以及 形成在该自由层和该固定层之间的阻挡层。该自由层依次包括多个自由磁性 子层，而该固定层包括多个固定磁性子层。每个固定磁性子层对自由磁性子 层施加磁场。为了实现本发明的目标，每个固定磁性子层的尺寸选择为基本 使得作用在每个自由磁性子层上的平均磁场相等。
根据本发明的另一方面， 一种半导体器件包括自由层；具有第一侧面 和第二侧面的阻挡层；间隔层；以及第一和第二固定层。该自由层又包括多 个自由磁性子层。该阻挡层与该自由层的第一侧面接触而该间隔层与该自由 层的第二侧面接触。此外，该第一固定层通过阻挡层与自由层隔开，该第二 固定层通过间隔层与自由层隔开。该第一和第二固定层中的每个对自由磁性 子层施加磁场。再次地，为了实现本发明的目标，该第一和第二固定层配置 为基本使得作用在每个自由磁性子层上的平均磁场相等。
在一示例性实施例中， 一种MTJ包括自由层和固定层。该自由层又包
6括相同尺寸的两个自由磁性子层。该固定层也包括两个磁性子层，具体为下 部固定磁性子层和上部固定磁性子层，其中上部磁性子层与阻挡层相邻。两 个固定磁性子层都对两个自由磁性子层施加磁场。根据本发明的方面，使得 下部固定磁性子层厚度大于上部固定J兹性子层，以基本使得作用在每个自由
磁性子层上的平均磁场相等。有利地，这样增加了该MTJ的触发窗口。
从下面结合附图一起阅读的详细描述中，本发明的这些和其他特征和优 点将变得明显。
图1显示了根据本发明的第一示例性实施例的MTJ的筒化截面图。 图2显示了图1实施例的平面图。
图3显示了示例说明用于切换图1实施例的磁场脉沖序列的图示。 图4显示了范例MTJ响应于图3 f兹场脉冲序列的阻抗。 图5显示了根据本发明的第二示例性实施例的MTJ的简化截面图。 图6显示了根据本发明的第三示例性实施例的MTJ的简化截面图。
具体实施例方式
将参照才艮据本发明的方面的示例性实施例描述本发明。作为结果，可以 对这里描述的实施例进行各种修改和变化，并且其结果将仍然处于本发明的 范围之内。不期望或者不应推断为对于描述的特定实施例的任何限制。
还应当注意到附图中示出的各种层和/或区域并不是按比例绘制，并且为 了说明的方i更，集成电路中通用的类型的一个或者多个层和/或区域可能不在 给定的图中明确地示出。这不意味着没有明确示出的层和/或区域从实际的集 成电路中略去。
图1示出4艮据本发明的一示例性实施例的MTJ 100的简化截面图。该 MTJ夹在图中没有显示的字线和位线之间。字线位于MTJ的顶部，位线位 于MTJ的底部，尽管本发明预期字线和位线的替代结构。
MTJ 100包括固定层IIO和自由层130。阻挡层120位于固定层110和 自由层130之间。固定层110又包括下部固定磁性子层114和上部固定磁性 子层118,由反铁磁性耦合子层116隔开。自由层130也包括三个子层，具 体为下部自由磁性子层132和上部自由磁性子层136，由间隔子层134隔开。间隔子层134可以或者交换耦合自由磁性子层132、 136,或者仅仅作为非磁 性间隔层。反铁^f兹性层101位于固定层110之下。
在图l所示的实施例中，自由磁性子层132、 136具有基本相同的尺寸。 然而，根据本发明的一个方面，下部固定^f兹性子层114厚度大于上部固定》兹 性子层118。将在下面更详细地描述固定磁性子层之间厚度差异的原因。
反铁磁性耦合子层116将优选地包括元素Ru、 Os、 Re、 Cr、 Rh、和Cu 的至少一种。间隔子层134也可以包括这些相同的元素和诸如Ta、 TaN、 TiN 和W的导电材料中的至少一种。相反，磁性子层114、 118、 132、 136将优 选地包括元素Ni、 Fe、 Mn和Co中的至少一种，从而使得这些子层为铁石兹 的。由于它们的铁一磁特性，^兹性子层114、 118、 132、 136的每个将具相关 的^f兹矩矢量，在图1中分别显示为标号为115、 119、 133和137的箭头。此 外，由于偶极耦合和由间隔子层提供的任何交换耦合的组合，自由磁矩矢量 133、 137将趋向于相对于彼此保持反平行。类似地，由于部分通过反铁磁性 耦合子层116提供的反铁磁性交换耦合，固定磁矩矢量114、 118也将趋向 于相对于彼此保持反平行。
在图1所示的示例性实施例中，当存在通常会在MTJ 100中产生的幅度 的施加磁场时，固定磁矩矢量115、 119不能自由旋转。这种对于旋转的限 制的产生是因为固定层110和相邻的反铁磁性层101之间的耦合，以及由反 铁磁性耦合子层116引起的固定磁性子层114、 118之间的强交换耦合。因 此固定层作为基准。另一方面，自由磁矩矢量133、 137在字线和位线产生 的施加的磁场中自由旋转。自由层130内自由磁矩矢量的取向作用由此用于 为了存储数字信息的目的而建立MTJ的状态。
此外，每个石兹性子层114、 118、 132、 136优选地配置为具有一优选的 易磁轴(即，感应各向异性)，该优选的易磁轴以与字线和位线的方向大约 45度的角度取向。该取向允许使用字线和位线电流的特定序列切换自由磁矩 矢量133、 137,下面将详细描述。图2显示了具有位线220和字线240的 MTJ 100的简化平面图。字线和位线彼此垂直，尽管本发明不限制于显示的 特定结构。此外，该图清楚地显示了自由磁矩矢量和字线/位线之间的45度 角。字线和位线中的正电流的方向也分别在图2中示出为Iw和Ib。字线和位 线中的正电流分别产生环形;兹场Hw和Hb。
》兹性子层114、 118、 132、 136优选通过溅射淀积技术制作，该賊射淀积技术对于半导体工艺领域技术人员是熟悉的。然而，也可以使用其他淀积 技术并仍落入本发明的范围内。在賊射淀积中，产生离子并将其导向到由期 望淀积的材料形成的靶材。该些离子撞出靶材原子，撞出的靶材原子传输到 基底并在基底上凝结并形成薄膜。例如，在通过引用的方式结合到这里的
R. Bunshah的//aw^feooA: qf Z)epcwY/ow rec/7"0/0g/es _/br Fz7ws awo C0a^/"g5, Second Edition, Noyes Publication, 1994中进一步描述了这种淀积技术。可 以在溅射淀积中通过在淀积工艺中施加均匀的磁场设定磁性子层优选的易 ;兹寿由。
类似图l和2所示的自由层130的三层结构可以使用触发写操作来切换。 在通过引用的方式结合到这里的美国专利No. 6545906中详细描述了这种写 操作。简而言之，.通过在与该特定的MTJ相关联的字线和位线中使用特定 的电流脉冲时序来实现触发写操作。图3显示了由这些正电流极性和负电流 极性的两者的电流脉冲引起的施加的磁场Hw和Hb。在时间to,字线或位线 中都没有电流流过，自由磁矩矢量133、 137保持沿它们优选的易磁轴取向， 该优选的易^t轴处于与字线和位线成45度的方向。在时间t,,字线电流导 通，从而产生磁场Hw,自由磁矩矢量开始根据字线电流的方向或者顺时针 旋转或者逆时针旋转，使得将它们自身取向为名义上垂直于该施加的场方向 的剪刀状状态。稍后在时间t2,位线电流导通而字线电流保持导通。增加的 位线中的电流引起自由磁矩矢量沿与字线电流引起的旋转相同的方向进一 步旋转。在此时间点上，自由磁矩矢量名义上垂直于平均的施加的磁场方向， Hw+Hb，该平均的施加的万兹场方向相对于字线和位线成45度。
在时间t3,断开字线电流，从而自由磁矩矢量133、 137仅由位线产生 的施加的磁场Hb进一步旋转。此时，自由磁矩矢量133、 137通常已经被旋 转过了它们的难磁轴不稳定点。因此，在时间t4,当断开位线电流时，自由 磁矩矢量趋向于再次沿它们优选的易磁轴方向取向。在此时间点上，自由磁 矩矢量已经被旋转了 180度，触发了MTJ。
当存在自由磁矩矢量的幅度的不匹配时，自由磁矩矢量133、 137对于 图3所示的脉沖时序的响应变得更为复杂。这种不匹配趋向于增加通过直接 写模式发生切换的磁场值的区域。美国专利No. 6545906中也描述了这种直 接写模式。简而言之，当自由磁矩矢量幅度不同时，或者如果存在其他不对 称引起自由磁性层132、 136在施加的磁场下表现不同时，产生旋转这些状态中的一个的额外的能垒。这意味着类似图3所示的施加的磁场的序列将描 述两种方式。在第一低施加场方式，将发生直接写模式，其中切换将只发生 在一个方向。例如，在此方式下仅可以将高阻抗状态切换到低阻抗状态。在 高施加场方式中(即字线和位线上较高的电流)，可以克服由不平衡的自由 磁矩矢量产生的额外的能垒，并可以进行如上所述的常规的触发写操作。
图4显示包括多部分自由层的范例MTJ的切换实验。该实验以或者处 于高阻抗状态或者处于低阻抗状态的范例MTJ开始。为了说明目的，示出 了对于MTJ的结果，作用在形成自由层的自由磁性子层上的平均磁场不平 衡。在这些实验中，以逐渐变大的电流使字线和位线扫过图3所示的方形模 式。图4中标记为Hk的x轴显示了由字线和位线产生的磁场中每一个的幅 度。可以看到图4中的结果显示了切换的直接写和触发写两种;f莫式。例如， 当以高阻抗状态开始时，如前所述的字线和位线中的定时的电流脉冲，在 Hb。x达到等于直接写场Hd的幅度的情况下，使得范例MTJ从高阻抗状态切 换到低阻抗状态。此后，随着电流进一步增加，当Hb。x等于触发开始场Hst 时，范例MTJ开始在每次电流扫描下在阻抗状态之间来回切换。最后，在 更高的电流下，当Hb。x等于触发终止场Het时，触发饱和并停止。当以负方 向扫描电流时，以及当以处于低阻抗状态的范例MTJ开始时可以看到对应 的结果。
因此，确定对于给定的电流极性，直接写区域(即I Hst I - I Hd I )相 对于触发开始场I Hst I的比率的测量，是定量化具有多部分自由层的MTJ 中自由层结构中或者作用在自由磁性子层上的平均磁场中的任何不对称的 一种手段。将进一步认识到首先通过平衡自由层结构从而使自由磁性子层的 力矩相等，并接着通过使作用在每个自由磁性子层上的平均磁场相等从而使 直接写区域的宽度最小化，获得这种器件中最大的触发写窗口 (即I Het I -I Hst I )。
再次参照图1，通过以相同的材料和尺寸形成自由磁性子层132、 136, 使得自由磁性子层具有相同的各向异性易磁轴，并通过减少上部固定磁性子 层118和下部固定磁性子层之间的尼尔耦合(Ned Coupling),可以在一定 程度上实现自由磁矩矢量133、 137中的对称性。尼尔耦合可能会由于阻挡 层120与上部固定磁性子层和下部固定磁性子层之间的界面中的粗糙性而跨 过阻挡层120发生。虽然如此，已经发现了之前没有预测的新的不对称性的源头。两个固定;兹性子层114、 118都施加作用在每个自由》兹性子层上的-兹 场。由于磁场的幅度按照特性随着物体之间的距离的平方的倒数而降低，上 部固定磁性子层将趋向于比下部固定磁性子层对下部自由磁性子层施加更 大的磁场。因此，如果固定磁性子层的尺寸相同，会产生作用在每个自由不兹 性子层上的平均^磁场的明显的不平衡。
建模和实验结果也指出随着MTJ 100的最小横向尺寸减少，自由磁性子 层132、 136经受的磁场差异也越来越差。例如，在最小横向尺寸少于大约 200纳米的圆形或者椭圆形MTJ中感受到明显的影响。缩小器件的影响很大 程度上是由于随着层的尺寸减小，对于双极性场的依赖度越来越大，该双极 性场是固定磁性子层的平面上方的高度的函数。因此，从两个反平行的、磁 矩相等的固定磁性子层产生的对于两个自由磁性子层中每个的平均场不为 零。这种双极性场引起这样的状态，其中下部自由磁矩矢量133反平行于上 部固定磁矩矢量119以具有比两个矢量平行的状态更低的能态。
有利地，可以通过使用本发明的范围内的装置和方法减少这些不对称 性。根据本发明的一个方面，使得图1实施例的下部固定磁性子层114的厚 度大于上部固定磁性子层118，以使得作用在每个自由磁性子层132、 136 上的平均磁场基本相等。厚度差异使得下部固定磁性子层比上部固定磁性子 层具有更大的体积，从而具有更大的磁矩。接着利用该更大的磁矩来补偿下 部固定磁性子层和自由磁性子层之间较大的距离，以及下部固定磁性子层和 下部自由磁性子层之间显著耦合的屈服。
除了被建模之外，已经实验上验证了这种厚度差异的有益效果。对于结 构上类似于图1的MTJ 100的、直径为140和125纳米的MTJ进行了实验 测试。与图4中描述的测试相符，该测试由随着递增地增加Hb。x而测量直接 写的区域和触发的开启。正性和负性的方形场都进行了测量。如同所预测的， 随着相对于上部固定磁性子层118初始地增加下部固定磁性子层114的厚 度，直接写区域的宽度和触发开始场都降低。当下部固定磁性子层大约比上 部固定磁性子层厚20-30%时对于这些特定的MTJ观察到最佳的性能。在此 情况下，可以使得直接写区域的宽度低于触发开始场的大约10%。这种测量 结果表示作用在每个自由磁性子层上的平均磁场基本上彼此相等。
图5显示了根据本发明的方面的MTJ结构的另一个示例性实施例。在 图5中，MTJ 500包括反铁磁性层501和固定层510，固定层510包括下部
ii固定磁性子层514，反铁磁性耦合子层516，以及上部固定磁性子层518。此 外，MTJ 500包括自由层530，该自由层530包括下部自由^兹性子层532、 可以提供随机符号(sign)和幅度的交换耦合的间隔子层534、以及上部自 由;兹性子层536。阻挡层520位于固定层510和自由层530之间。
图5中的MTJ 500利用固定磁性子层514、 518之间的宽度差异来基本 上使得作用在自由磁性子层532、 536上的平均磁场相等。更具体地，在示 例性的实施例中，下部固定磁性子层宽于上部固定磁性子层。可以在通过定 向(即各向异性)蚀刻技术例如反应离子蚀刻(RIE)进行构图的过程中使 得MTJ膜叠层逐渐变细来在一定程度上实现这种结构。然而，这种RIE技 术可能难以用足够的精度来控制以形成宽度不同的子层。因此，该MTJ优
选通过在蚀刻上部固定磁性子层之后但是在蚀刻下部固定磁性子层之前在 该MTJ膜叠层的侧壁上形成侧壁间隔物特征来产生。在形成之后，该侧壁 间隔物特征可以在RIE工艺的剩余部分中作为硬掩模，得到具有不同宽度的 固定磁性子层的MTJ。
侧壁间隔物特征的形成对于半导体工艺领域的技术人员是熟知的。总 之，在图案化的叠层上沉积间隔物层并通常通过RIE对其进行各向异性蚀 刻，到从该膜叠层的所有水平表面去除该间隔物层所需要的程度。当完成 RIE工艺时，间隔物层的部分、侧壁间隔物特征仅存在于垂直或者接近垂直 的表面上。有利地，这种侧壁间隔物形成使用良好控制的淀积和RIE步骤。 因此，使用侧壁间隔物特征来产生下部和上部固定^f兹性子层的不同宽度比单 独使用R1E渐变角度，允许更好的控制。 对于图1和图2中所示的示例性实施例，应当注意到为了示例说明的目 的和方便理解，这些实施例仅具有两个固定磁性子层和两个自由磁性子层， 而这种结构不应当解释为限制本发明的范围。例如，自由层中可以包括超过 两个自由磁性子层。替代地，固定层中可以包括超过两个固定磁性子层。这 种结构具有进一步能够精细调整来使得作用于形成自由层的多个自由磁性 子层上的平均磁场相等的优点。本领域技术人员将认识到从示例性实施例的 这种变化和改进包括在这里。
替代地，在根据本发明的另一示例性实施例中，使用附加的固定层来基 本上使得作用在MTJ中的每个自由磁性子层上的平均磁场相等。这种实施 例示于图6中。图6显示了MTJ600，其包括反铁磁性层601和第一固定层610，该第一固定层610又包括下部固定石兹性子层614、反《力磁性耦合层616、 以及上部固定^f兹性子层618。此外，MTJ 600包括形成在第一固定层610之 上的自由层630，阻挡层620位于自由层和第一固定层之间。自由层630包 括下部自由磁性子层632,可以提供任意符号和幅度的交换耦合的间隔物子 层634,以及上部自由/f兹性子层636。然而，与之前的实施例相比，MTJ600 还包括形成在自由层630之上的反转固定层650。反转固定层650分别包括 由反铁磁性耦合子层654隔开的下部固定磁性子层652和上部固定磁性子层 656。如同对于其他固定层的情况，反转固定层650中的下部固定磁性子层 652和上部固定磁性子层656的磁矩矢量由于反转固定层650和形成在反转 固定层上的反铁磁性层651之间的耦合而不能自由旋转。
此外，图6显示了附加的间隔物层640位于自由层630和反转固定层650 之间。该间隔物层应当优选地配置为提供自由层和反转固定层之间很少的耦 合或者没有耦合。用于间隔物层的候选物包括导电的非磁性材料，例如但不 限制于TaN、 Ta和TiN。为了保持几何对称性，间隔物层应当与阻挡层的厚 度大致相等。此外，用于限定MTJ600的构图步骤例如RIE，应当优选地在 整个叠层上提供垂直的轮廓以保持对称性。
图6显示了自由磁性子层632、 636均等地位于四个固定磁性子层614、 618、 652、 656之间。本领域技术人员将认识到这种几何对称性将作用于使 得施加在这些自由磁性子层中的每个上的平均磁场相等。有利地，根据本发 明可以通过增加反转固定层650到MTJ600，由此可以实现所寻求的触发开 启场的降低。
应当注意，这里描述的装置和方法可以被用来形成集成电路。在集成电 路的形成中，通常以重复图案在半导体晶片的表面制造多个相同的棵芯 (die)。每个棵芯包括根据这里描述的本发明的方面形成的器件，并且可以 包括其他结构或者电路。从晶片上切或者切片单独的棵芯，然后将其封装为 集成电路。本领域技术人员知道如何切片晶片并封装芯片来制造集成电路。 认为这样制造的集成电路是本发明的部分。
此外，应当强调，尽管这里参照附图描述了本发明的示例性实施例，应 当理解不限制于这些确切的实施例，本领域技术人员在不偏离所附的权利要 求的范围下可以进行各种其他变化和修改。
1权利要求
1. 一种半导体器件，包括自由层，该自由层包括多个自由磁性子层；固定层，该固定层包括多个固定磁性子层，每个固定磁性子层对于所述自由磁性子层施加磁场；以及阻挡层，形成在该自由层和该固定层之间；其中每个固定磁性子层的尺寸选择为基本使得施加在每个自由磁性子层上的平均磁场相等。
2. 如权利要求1所述的半导体器件，其中该半导体器件为磁性隧道结。
3. 如权利要求l所述的半导体器件，其中该自由层在一平面内的最小尺 寸小于大约200纳米，该平面基本平行于包括该自由层和该阻挡层的界面的 平面。
4. 如权利要求1所述的半导体器件，其中该器件的直接写区域的宽度小 于该器件的触发开始场的大约百分之十。
5. 如权利要求1所述的半导体器件，其中所述自由磁性子层具有相对于 彼此基本相同的尺寸。
6. 如权利要求1所述的半导体器件，还包括对应于该器件的字线和位 线，该字线和该位线配置为基本上彼此垂直，其中所述自由磁性子层每个都 具有取向为与该字线和该位线成大约45度的优选的易磁轴方向。
7. 如权利要求1所述的半导体器件，其中该固定层包括第一固定磁性子 层和第二固定磁性子层，该第一固定磁性子层与该阻挡层相邻，该第二固定 磁性子层通过反铁磁性耦合层与该第 一 固定磁性子层隔开。
8. 如权利要求7所述的半导体器件，其中该第 一 固定磁性子层和该第二 固定磁性子层的磁矩矢量相对于彼此反平行。
9. 如权利要求7所述的半导体器件，其中该第一固定磁性子层和该第二 固定》兹性子层具有相对于彼此明显不同的磁矩。
10. 如权利要求7所述的半导体器件，其中该第一固定磁性子层和该第 二固定磁性子层具有相对于彼此明显不同的尺寸。
11. 如权利要求7所述的半导体器件，其中该第二固定磁性子层厚度大 于该第一固定磁性子层。
12. 如权利要求7所述的半导体器件，其中该第二固定磁性子层厚度大 于该第 一 固定磁性子层大约百分之二十到三十。
13. 如权利要求7所述的半导体器件，其中该第二固定磁性子层宽于该 第一固定;兹性子层。
14. 如权利要求1所述的半导体器件，其中该固定层包括三个或者更多 固定磁性子层。
15. 如权利要求1所述的半导体器件，其中该半导体器件还包括与该固 定层接触的反铁磁性层。
16. —种半导体器件，包括具有第一侧面和与该第一侧面相对的第二侧面的自由层，该自由层包括 多个自由;兹性子层;阻挡层，与该自由层的该第一侧面接触； 间隔层，与该自由层的该第二侧面接触；第一固定层，该第一固定层通过该阻挡层与该自由层隔开并对所述自由 》兹性子层施加f兹场；以及第二固定层，该第二固定层通过该间隔层与该自由层隔开并对所述自由 磁性子层施加磁场；其中该第一固定层和该第二固定层中的至少一个配置为基本上使得施 加在每个自由磁性子层上的平均磁场相等。
17. 如权利要求16所述的半导体器件，其中该间隔层包括导电材料。
18. 如权利要求16所述的半导体器件，其中该间隔层具有基本上与该阻 挡层相等的厚度。
19. 一种集成电路，包括至少一个半导体器件，该至少一个半导体器件 包括自由层，该自由层包括多个自由磁性子层；固定层，该固定层包括多个固定磁性子层，每个固定磁性子层对于所述 自由磁性子层施加磁场；以及阻挡层，形成在该自由层和该固定层之间；其中每个固定磁性子层的尺寸选择为基本使得作用在每个自由磁性子 层上的平均磁场相等。
20. 如权利要求19所述的集成电路，其中该集成电路包括磁阻随机存取存储器。
21. —种半导体器件的形成方法，该方法包括步骤 形成自由层，该自由层包括多个自由磁性子层；形成固定层，该固定层包括多个固定磁性子层，每个固定磁性子层对于 所述自由i兹性子层施加》兹场；以及形成位于该自由层和该固定层之间的阻挡层；其中每个固定磁性子层的尺寸选择为基本使得作用在每个自由磁性子 层上的平均^f兹场相等。
全文摘要
提供了优化具有多部分自由层的磁性隧道结(MTJ)的触发窗口的装置和方法。根据本发明的一个方面，一种MTJ包括自由层；固定层；以及形成在该自由层和该固定层之间的阻挡层。该自由层又包括多个自由磁性子层，而该固定层包括多个固定磁性子层。每个固定磁性子层对自由磁性子层施加磁场。为了优化该器件的触发窗口，每个固定磁性子层的尺寸选择为基本使得作用在每个自由磁性子层上的平均磁场相等。
文档编号G11C11/00GK101548330SQ200680038631
公开日2009年9月30日 申请日期2006年5月4日 优先权日2005年10月28日
发明者丹尼尔·C·沃利奇, 戴维·W·亚伯拉罕 申请人:国际商业机器公司