[发明专利]具有多层过滤器堆叠体的PSTTM器件

说明书

MTJ材料堆叠体，采用这种堆叠体的pSTTM器件，以及采用这种pSTTM器件的计算平台。在一些实施例中，垂直MTJ材料堆叠体包括设置在固定磁层与反铁磁层或合成反铁磁(SAF)堆叠体之间的多层过滤器堆叠体。在一些实施例中，过滤器堆叠体的非磁性层包括Ta、Mo、Nb、W或Hf中的至少一个。这些过渡金属可以是纯的形式或与其它成分形成合金。

相关申请的交叉引用

本申请包含的主题涉及于2015年9月25日提交的标题为“PSTTM DEVICE WITHFREE MAGNETIC LAYERS COUPLED THROUGH A METAL LAYER HAVING HIGH TEMPERATURESTABILITY”的PCT申请PCT/US15/52292(案卷号01.P87084PCT)，以及2015年9月25日提交的标题为“PSTTM DEVICE WITH BOTTOM ELECTRODE INTERFACE AMTERIAL”的PCT申请US15/XXXXXX(案卷号01.P87086PCT)。

背景技术

STTM器件是利用被称为隧道磁阻(TMR)的现象的非易失性存储器器件。对于包括由薄绝缘隧道层分隔的两个铁磁层的结构，当两个磁层的磁化处于平行取向而不是非平行取向(非平行或反平行方向)时，电子将更可能穿过隧道层。这样，典型地包括由隧道势垒层分开的固定磁层和自由磁层的磁性隧道结(MTJ)可以在两种电阻状态之间切换，一种状态具有低电阻并且一种状态具有高电阻。电阻差异越大，TMR比率越高：(R_AP-R_P)/R_p*100％，其中R_P和R_AP分别是用于磁化的平行和反平行对准的电阻。TMR比率越高，与MTJ电阻状态相关联的位越容易被可靠地存储。因此，给定MTJ的TMR比率是STTM的重要性能指标。

对于STTM器件，可以使用电流感应磁化切换来设置位状态。一个铁磁层的极化状态可以通过自旋转移矩现象而相对于第二铁磁层的固定极化进行切换，使得MTJ的状态能够通过施加电流来设定。电子的角动量(自旋)可以通过一个或多个结构和技术(例如，直流，自旋霍尔效应等)被极化。这些自旋极化的电子可以将它们的自旋角动量转移到自由层的磁化并使其进动。这样，自由磁层的磁化可以通过超过某个临界值的电流脉冲(例如在约1-10纳秒)被切换，而固定磁层的磁化保持不变，只要电流脉冲低于与固定层架构相关联的一些较高的阈值。

对于pSTTM器件，MTJ包括具有垂直(在衬底平面之外的)磁易轴的磁性电极并且可以实现比平面内变量体更高密度的存储器。在固相外延期间通过由相邻层促进的界面垂直各向异性，可以在固定磁层中获得垂直磁各向异性(PMA)。

在MTJ堆叠体内的反铁磁层或合成反铁磁(SAF)结构可以通过抵消与固定磁性材料层相关联的边缘磁场来提高器件性能。典型地，在固定磁性材料层和SAF结构之间插入过滤器或势垒材料层以使SAF中采用的材料的结晶度与固定磁性材料层的结晶度断开联系。在没有过滤器层的情况下，在高退火温度下难以在固定层中实现垂直各向异性。利用经过滤的SAF结构获得的较高的TMR未被证明对于高温处理(例如，400℃)是鲁棒的，在热处理超过300℃时TMR通常降低到100％或更低。TMR的这种损失使得这种MTJ材料堆叠体难以与MOS晶体管IC制造集成。因此，能够提高固定层耐高温处理的稳定性的过滤器是有利的。

附图说明

在附图中以示例而非限制的方式示出本文描述的材料。为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大。此外，在认为适当的情况下，附图之间重复附图标记以指示对应的或类似的元件。在附图中：

图1是根据本发明的一些实施例的用于包括多层过滤器堆叠体的pSTTM器件的材料层堆叠体的横截面图；

图2是根据一些实施例的作为所施加的磁场强度的函数的材料层堆叠体薄层电阻的曲线图；