[发明专利]用于垂直磁性隧道结(P-MTJ)的合成抗铁磁(SAF)耦合自由层

说明书

提供了一种磁阻式随机存取存储器(MRAM)中的磁性隧道结(MTJ)器件以及制造该器件的方法，以达成高隧道磁阻(TMR)、高垂直磁各向异性(PMA)、良好的数据留存、以及高水平的热稳定性。MTJ器件包括第一自由铁磁层、合成抗铁磁(SAF)耦合层、以及第二自由铁磁层，其中第一和第二铁磁层具有相反的磁矩。

技术领域

本文描述的各实施例涉及磁阻式随机存取存储器(MRAM)，并且尤其涉及MRAM中的磁性隧道结(MTJ)。

背景技术

MRAM(磁阻式随机存取存储器)是可以利用MTJ(磁性隧道结)器件的非易失性存储器，其中MTJ器件的状态取决于其铁磁层的磁性(电子自旋)取向。STT-MTJ(自旋矩转移MTJ)通过使用开关电流来改变自旋取向。为了达成具有良好热稳定性以及低切换电流的高密度MRAM，已经尝试开发具有高垂直磁各向异性(PMA)的MTJ器件。在具有自由铁磁层的垂直磁性隧道结(p-MTJ)中，自由铁磁层中的磁场取向垂直于势垒层与铁磁层之间的界面。使p-MTJ器件具有高隧道磁阻(TMR)、高PMA、以及良好的数据留存是合乎期望的。

发明内容

本发明的示例性实施例涉及一种具有改善的隧道磁阻(TMR)、垂直磁各向异性(PMA)、数据留存、以及热稳定性的磁性隧道结(MTJ)器件以及用于制造此类磁性隧道结的方法。此外，根据本发明的各实施例的MTJ器件的磁属性和电属性在高工艺温度处可以被维持。

在一实施例中，一种磁阻式随机存取存储器(MRAM)器件，包括：具有第一磁矩的第一自由铁磁层；置于该第一自由铁磁层上的合成抗铁磁(SAF)耦合层；以及置于SAF耦合层上的第二自由铁磁层，该第二自由铁磁层具有与第一自由铁磁层的第一磁矩相对的第二磁矩。

在另一实施例中，一种磁性隧道结(MTJ)器件包括：具有第一磁矩的第一自由铁磁层；置于该第一自由铁磁层上的合成抗铁磁(SAF)耦合层；以及置于SAF耦合层上的第二自由铁磁层，该第二自由铁磁层具有与第一自由铁磁层的第一磁矩相对的第二磁矩。

在另一实施例中，一种用于制造磁性隧道结(MTJ)的方法，该方法包括用于执行以下操作的步骤：形成具有第一磁矩的第一自由铁磁层；在该第一自由铁磁层上形成合成抗铁磁(SAF)耦合层；以及在SAF耦合层上形成第二自由铁磁层，该第二自由铁磁层具有与第一自由铁磁层的第一磁矩相对的第二磁矩。

在又一实施例中，一种用于制造磁性隧道结(MTJ)的方法，该方法包括以下步骤：形成具有第一磁矩的第一自由铁磁层；在该第一自由铁磁层上形成合成抗铁磁(SAF)耦合层，该SAF耦合层包括从钌(Ru)和铬(Cr)组成的组中选择的材料；以及在SAF耦合层上形成第二自由铁磁层，该第二自由铁磁层具有与第一自由铁磁层的第一磁矩相对的第二磁矩。

附图说明

给出附图以帮助对本发明实施例进行描述，且提供附图仅用于解说实施例而非对其进行限定。

图1是根据本发明的各实施例的磁阻式随机存取存储器(MRAM)中的磁性隧道结(MTJ)的截面图。

图2是根据本发明的各实施例的势垒层、合成抗铁磁(SAF)耦合自由铁磁层结构以及覆盖层的更详细的截面图。

图3A和3B是解说图2的第一和第二自由铁磁层的相对磁矩的图示。

图4是解说根据本发明的各实施例的制造MTJ器件的方法的流程图。

图5是解说根据本发明的各实施例的制造MTJ器件的方法的更详细的流程图。

具体实施方式

本发明的各方面在以下针对本发明具体实施例的描述和有关附图中被公开。可以设计替换实施例而不会脱离本发明的范围。另外，本发明的众所周知的元素将不被详细描述或将被省略以免湮没本发明的有关系的细节。