[发明专利]磁性隧道结

说明书

本发明揭示一种磁性隧道结，其具有包括磁性记录材料的导电第一磁性电极。导电第二磁性电极与所述第一电极隔开且包括磁性参考材料。非磁性隧道绝缘体材料在所述第一电极与第二电极之间。所述第一电极的所述磁性记录材料包括第一磁性区域、与所述第一磁性区域隔开的第二磁性区域、及与所述第一及第二磁性区域隔开的第三磁性区域。包括金属氧化物的第一非磁性绝缘体区域在所述第一与第二磁性区域之间。包括金属氧化物的第二非磁性绝缘体区域在所述第二与第三磁性区域之间。本发明揭示其它实施例。

技术领域

本文所揭示的实施例涉及磁性隧道结、形成磁性隧道结的磁性电极的方法、及形成磁性隧道结的方法。

背景技术

磁性隧道结是具有由薄的非磁性隧道绝缘体材料(例如电介质材料)分离的两个导电磁性电极的集成电路组件。绝缘体材料足够薄，使得电子可在适当条件下穿过绝缘体材料而从一个磁性电极穿隧到另一磁性电极。磁性电极中的至少一者可在正常操作写入或擦除电流/电压下使其总体磁化方向在两个状态之间切换，且通常指称“自由”或“记录”电极。另一磁性电极通常指称“参考”、“固定”或“钉扎”电极，且其总体磁化方向将不会在施加正常操作写入或擦除电流/电压之后切换。参考电极及记录电极电耦合到相应导电节点。通过参考电极、绝缘体材料及记录电极的那两个节点之间的电阻取决于相对于参考电极的磁化方向的记录电极的磁化方向。因此，可将磁性隧道结编程到至少两个状态中的一者中，且可通过测量通过磁性隧道结的电流来感测那些状态。由于可将磁性隧道结“编程”于两个导电状态之间，所以已提出将磁性隧道结用于存储器集成电路中。另外，磁性隧道结除用于存储器中之外，还可用于逻辑电路或其它电路中。

可由电流诱发的外部磁场或通过使用自旋极化电流来切换记录电极的总体磁化方向以导致自旋转移力矩(STT)效应。电荷载子(例如电子)具有称为“自旋”的性质，其是载子固有的少量角动量。电流一般是非极化的(具有约50％“向上自旋”电子及约50％“向下自旋”电子)。自旋极化电流是具有显著更多的任一自旋电子的电流。可通过使电流通过某一磁性材料(有时也指称极化体材料)来产生自旋极化电流。如果将自旋极化电流引导到磁性材料中，那么可将自旋角动量转移到所述材料，借此影响其磁化定向。此可在自旋极化电流具有足够量值时用于激发振荡或甚至翻转(即，切换)磁性材料的定向/域方向。

Co及Fe的合金或其它混合物是一种常见材料，其被提出用作为极化体材料及/或磁性隧道结中的记录电极的磁性记录材料的至少部分。更具体实例是Co_xFe_yB_z(其中x及y各自是10到80且z是0到50)，且可缩写为CoFe或CoFeB。MgO是用于非磁性隧道绝缘体的理想材料。理想地，此类材料是各自具有体心立方(bcc)001晶格的晶体。可使用任何适合技术(例如，通过物理气相沉积)来沉积此类材料。可用于最终产生此类材料的bcc 001晶格的一种技术包含：首先使CoFe形成为非晶的且将包括MgO的隧道绝缘体材料沉积于CoFe上。在沉积期间及/或在沉积之后，MgO隧道绝缘体、CoFe及隧道绝缘体理想地个别实现均匀bcc 001晶格结构。

硼通常经沉积为CoFe的部分以确保或提供CoFe的初始非晶沉积。可在MgO的沉积期间或在MgO的沉积之后通过在至少约250℃的温度下使衬底退火而发生CoFe的结晶。此将诱发B原子从经形成以允许结晶成bcc 001CoFe的CoFe基质扩散出。Bcc 001MgO在CoFe的结晶期间充当模板。然而，完成的磁性隧道结构造中的B，具体来说，CoFe/MgO界面处或MgO晶格内的B不合意地减小磁性隧道结的穿隧磁阻(TMR)。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的包括磁性隧道结的衬底片段的示意剖面图。

图2是根据本发明的实施例的包括磁性隧道结的衬底片段的示意剖面图。

图3是根据本发明的实施例的包括磁性隧道结的衬底片段的示意剖面图。

图4是根据本发明的实施例的包括磁性隧道结的衬底片段的示意剖面图。