TWI552398B - 具有地形平滑電極的自旋轉移扭矩記憶體（ｓｔｔｍ）裝置及其形成方法 - Google Patents

具有地形平滑電極的自旋轉移扭矩記憶體（ｓｔｔｍ）裝置及其形成方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI552398B
TWI552398B TW102132570A TW102132570A TWI552398B TW I552398 B TWI552398 B TW I552398B TW 102132570 A TW102132570 A TW 102132570A TW 102132570 A TW102132570 A TW 102132570A TW I552398 B TWI552398 B TW I552398B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
bottom electrode
topographically
magnetic layer
smooth bottom
Prior art date
Application number
TW102132570A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201429012A (zh
Inventor
馬克 達克西
肯恩 歐固茲
布萊恩 道爾
羅伯特 喬
Original Assignee
英特爾股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 英特爾股份有限公司 filed Critical 英特爾股份有限公司
Publication of TW201429012A publication Critical patent/TW201429012A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI552398B publication Critical patent/TWI552398B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/26—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by the substrate or intermediate layers
    • H01F10/30—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by the substrate or intermediate layers characterised by the composition of the intermediate layers, e.g. seed, buffer, template, diffusion preventing, cap layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/329—Spin-exchange coupled multilayers wherein the magnetisation of the free layer is switched by a spin-polarised current, e.g. spin torque effect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F41/305—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling
    • H01F41/307—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling insulating or semiconductive spacer
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/18—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
    • H01F10/193—Magnetic semiconductor compounds
    • H01F10/1936—Half-metallic, e.g. epitaxial CrO2 or NiMnSb films
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H10B61/20—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors
    • H10B61/22—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors of the field-effect transistor [FET] type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Description

具有地形平滑電極的自旋轉移扭矩記憶體(STTM)裝置及其形成方法
本發明實施例是在記憶體裝置領域中，並且尤其是，具有地形平滑電極的自旋轉移扭矩記憶體(STTM)裝置及製造具有地形平滑電極的STTM裝置的方法。
於過去數十年來，積體電路之特點尺寸已是至今所發展之半導體工業背後的驅動力。達到更小又更小特點的尺寸使半導體晶片的有限區域上之機能單元能夠增加密度。例如，縮小電晶體尺寸允許增加數目之記憶體裝置於晶片上的合併，提供增加容量之產品製造。但是，對於持續更多容量之推動，並非是無爭議性的。對於使各個裝置性能最佳化之需求性漸漸地變重要。
自旋扭矩裝置之操作是基於自旋轉移扭矩之現象。如果電流過一磁化層，被稱為固定磁層(fixed magnetic layer)，其將出現自旋極化。由於各電子之通過，其自旋(其為電子的角動量)將被增加至被稱為未固定磁層(free magnetic layer)的下一個磁層中之磁化強度，並且將導致其小改變。這實際上是一扭矩引起的磁化轉動。由於電子反射，一扭矩同時亦被施加至相關固定磁層之磁化上。最後，若電流超出某一關鍵性數值(藉由磁性材料以及其之環境所導致之阻尼所產生)，則未固定磁層之磁化將藉由電流波被切換，一般是大約1奈秒。因為由於幾何形狀或由於一相鄰抗鐵磁層，一相關電流是在其之臨界點之下，故固定磁層之磁化可保持不變。
自旋轉移扭矩可被使用以變動磁隨機存取記憶體中之作用元件。自旋轉移扭矩記憶體，或STTM，比使用磁場以變動作用元件之傳統磁隨機存取記憶體(MRAM)，具有較低功率消耗以及較佳擴展性的優點。但是，在製造以及使用STTM裝置領域中仍然是需要顯著之改進。
100‧‧‧材料層堆疊
102‧‧‧底部電極
102A‧‧‧釕層
102B‧‧‧鉭層
104‧‧‧抗鐵磁層
106‧‧‧固定磁層
106A‧‧‧硼鐵鈷化合物層
106B‧‧‧釕層
106C‧‧‧硼鐵鈷化合物層
108‧‧‧介電層
110‧‧‧未固定磁層
112‧‧‧頂部電極
112A‧‧‧釕層
112B‧‧‧接觸金屬層
120‧‧‧磁性穿隧接面
200A‧‧‧釕電極
200B‧‧‧堆疊
300‧‧‧穿透式電子顯微鏡影像
302‧‧‧底部電極
306‧‧‧電極
600‧‧‧自旋轉移扭矩記憶體位元胞
610‧‧‧自旋轉移扭矩元件
612‧‧‧未固定磁層電極
614‧‧‧未固定磁層
616‧‧‧固定磁層電極
618‧‧‧固定磁層
622‧‧‧穿隧障壁或介電層
623‧‧‧第一介電質元件
624‧‧‧第二介電質元件
632‧‧‧位元線
636‧‧‧字元線
638‧‧‧源線
700‧‧‧電子式系統
702‧‧‧微處理器
704‧‧‧處理器
706‧‧‧控制單元
708‧‧‧記憶體裝置
710‧‧‧輸入/輸出裝置
800‧‧‧計算裝置
802‧‧‧板
804‧‧‧處理器
806‧‧‧通訊晶片
第1圖顯示依據本發明一實施例之供用於一自旋轉移扭矩記憶體(STTM)裝置的一材料層堆疊之橫截面圖，其具有STTM裝置之三層的磁性穿隧接面(MTJ)層之展開圖。
第2A圖顯示傳統厚單金屬(Ru)電極之橫截面圖。
第2B圖顯示依據本發明一實施例之Ru/Ta交錯材料堆疊電極之橫截面圖。
第3圖為具有地形粗糙底部電極之MTJ的穿透式電子顯微鏡(TEM)影像。
第4A圖為傳統厚單金屬(Ru)電極之原子力顯微鏡(AFM)量測標繪圖。
第4B圖為依據本發明一實施例之Ru/Ta交錯材料堆疊電極之AFM量測輪廓。
第5A圖顯示依據本發明一實施例之對於不包含一半金屬材料之一磁層之作為狀態密度函數(DOS)的能量(E)之標繪圖。
第5B圖顯示依據本發明另一實施例之作為狀態密度函數(DOS)的能量(E)標繪圖，其分別地對於包含一半金屬材料之一固定磁層以及對於包含一半金屬材料之一未固定磁層，以及包含該等層之MTJ的讀取操作。
第6圖顯示依據本發明一實施例之包含一自旋轉移扭矩元件的自旋轉移扭矩記憶體位元胞之分解圖。
第7圖顯示依據本發明一實施例之電子系統的方塊圖。
第8圖顯示依據本發明一實施例之電腦裝置。
【發明內容及實施方式】
具有地形平滑電極之自旋轉移扭矩記憶體 (STTM)裝置以及製造具有地形平滑電極之STTM裝置的方法被說明。於下面的說明中，許多特定細節先前地被設定，例如，特定磁層整合以及材料體制，以便提供本發明實施例之全面了解。熟習本技術者應明白，本發明實施例可在不需這些特定細節下被實施。於其他實例中，已知的特點，例如，積體電路設計佈局，不詳細加以說明以免不必要地混淆本發明實施例。再者，應了解顯示於圖式中之各種實施例只是作展示的表示並且不必一定依其比例而繪製。
此處說明之一個或多個實施例是針對自旋轉移扭矩嵌入式記憶體。一或多個地形平滑電極可被包括於此記憶體裝置中。藉由形成介電層，如在地形平滑電極上方之氧化鎂(MgO)，相對應之磁性穿隧接面(MTJ)表現可被改善。例如，由於在其他地形粗糙電極上方形成之傳統MgO粗糙度可導致MTJ中之高臨界切換電流密度(Jc)及不利地低穿隧磁性-電阻比。許多粗糙來源於厚底部電極之使用，典型地是由釕(Ru)製成。釕(Ru)係較平滑金屬中之一者，且是使用其之理由，但是對於典型地只有1奈米厚的MgO膜來說仍然太粗糙。粗糙度起源於電極中之圓柱晶粒結構。
實施此處一或多個實施例的優點可包括地形平滑層或MTJ之介電層(如MgO)形成於其上的堆疊層的啟動。由於設置了較平滑的起始表面，介電層的品質與再生性可被改善，因此可製作出更平滑之介電層。於一實施 例中，交錯如鉭(Ta)之不同材料於Ru可抑制或至少緩和在Ru中的圓柱晶粒結構形成。此圓柱晶粒結構在其他只有Ru電極中導致只有Ru結構中的粗糙度。Ru典型地被選為用以製作以MTJ為基裝置的堆疊材料的底部電極，因其較大部分金屬平滑且亦高度導電。但是，此處實施例提供進一步之電極的地形平滑，如，藉由交錯不同材料以維持晶粒的小尺寸且因此粗糙度非常小。
電極的表面地形在需要相對較厚之電極時被考慮。例如，於一實施例中，在MTJ堆疊下的底部電極被用於裝置測試或高導電率接觸形成。如此，平滑表面粗糙度藉由僅維持電極厚度至最小值而可不一定係為可完成的，因厚電極可被需要。
因此，在一態樣中，地形平滑電極可被包括於材料堆疊中，其包括例如使用於記憶體裝置中的MTJ。例如，第1圖顯示依據本發明一實施例之供用於一自旋轉移扭矩記憶體(STTM)裝置的一材料層堆疊之橫截面圖，其具有STTM裝置之三層的磁性穿隧接面(MTJ)之展開圖。
參見第1圖，用於STTM裝置之材料層堆疊100包含底部電極102、抗鐵磁層104、固定磁層106、介電層108、未固定磁層110以及頂部電極112。如第1圖右手側上所示，材料層堆疊100之一MTJ部份120包含固定磁層106、介電層108以及未固定磁層110。
底部電極102由適用於電氣地接觸STTM裝 置之固定磁層側的一材料或材料堆疊所構成。於一實施例中，底部電極102是地形平滑電極。於一實施例中，底部電極102具有適用於良好導電率的厚度，但與導致粗糙上表面的圓柱結構形成關係不大。如此之地形平滑電極在結構中可以是非結晶的。在特定實施例中，底部電極由與Ta層交錯之Ru層所構成，如以上所述。
例如，請再參見第1圖，底部電極102是由Ru層102A與Ta層102B交錯所構成。應瞭解到該些層102A/102B之實際排列可與所示相反，或可以102A開始與結束，或可以102B開始與結束。實際上，參見第2A與2B圖，依據本發明一實施例，底部電極102非為傳統厚單金屬電極，如第2A圖中所示之Ru電極200A，取而代之的是Ru/Ta交錯材料堆疊，如第2B圖中所示之堆疊200B。
於一實施例中，地形平滑電極具有小於約3奈米之峰對峰表面粗糙度。於一實施例中，地形平滑底部電極具有小於約3.5埃(Angstrom)的均方根表面粗糙度(ZRMS)。於一實施例中，地形平滑底部電極由釕(Ru)與鉭(Ta)之交替層所構成，各層具有約在1至5奈米範圍中的厚度，且該地形平滑底部電極具有約50奈米之總厚度。於一實施例中，地形平滑底部電極為非晶的。於一實施例中，地形平滑底部電極實質上沒有圓柱結構。
於一實施例中，形成地形平滑底部電極包括形成第一金屬與相異的第二金屬之交替層。於一實施例 中，形成第一金屬與第二金屬之交替層包括於相同時間自鉭(Ta)與釕(Ru)兩不同靶材的共濺鍍。於此共濺鍍中，於一實施例中，膜中的原子(如Ta與Ru)被互混且無分開的分層。於另一實施例中，形成第一金屬與第二金屬之交替層包括依序自鉭(Ta)與釕(Ru)兩不同靶材的共濺鍍。
可被瞭解的是其他方法與材料可被使用以形成地形平滑電極。例如，於一實施例中，具有導電率的交替金屬可被使用只要其不會形成合金，其導致表面粗糙。不同金屬可被共濺鍍或可被互混，只要最後堆疊提供良好的導電率電極。於一實施例中，任何適宜的金屬或多個金屬可被使用，只要最後電極是非晶或實質上非晶。該些層之實際厚度可變動。零奈米層可代表為兩金屬之完全混合以形成Ru-X合金，其X可為Ta、Mo、W、Cu。且，Ru可被如亦為高度導電之銅(Cu)取代。如此，於一實施例中，Cu-X多層可被使用以形成MTJ堆疊電極。各層之厚度在一高末端可約為5奈米以防止大結晶晶粒之形成。
於一實施例中，抗鐵磁層104是由適合便於一相鄰固定磁層中(例如，固定磁層106)之自旋鎖定的材料所構成。於一實施例中，抗鐵磁層104是由一材料所構成，例如，但是不限定於，錳化銥(IrMn)或錳化鉑(PtMn)。
於一實施例中，固定磁層106是由適用於保持固定多數自旋之一材料或材料堆疊所構成。因此，固定磁層106(或參考層)可被稱為鐵磁層。於一實施例中，固 定磁層106是由硼鐵鈷化合物(CoFeB)之單一層所構成。然而，在另一實施例中，固定磁層106是由一硼鐵鈷化合物(CoFeB)層106A、釕(Ru)層106B、硼鐵鈷化合物(CoFeB)層106C堆疊所構成，如第1圖中所示。在一具體實施例中，固定磁層係為合成反鐵磁體(SAF)形式。從上往下方向，該堆疊為CoFeB/Ru/CoFe堆疊(如：在底層中沒有硼，但在其他實施例中可以有)。可瞭解到Ru厚度相當明確，如8-9埃以致CoFeB與CoFe間的耦合為反鐵磁性，其指向相對方向。底部電極之方向係藉由CoFeB層中的方向而決定。在一特定實施例中，如圖3下方所示，材料堆疊包括SAF及其下方之天然的AF(IrMn)兩者。
於一實施例中，介電層108是由適用於允許多數自旋電流通過該層之一材料所構成，而阻止至少一些限度之少數自旋電流通過該層。因此，介電層108(或自旋過濾層)可被稱為穿隧層。於一實施例中，介電層108是由一材料所構成，例如，但是不限定於，氧化鎂(MgO)或三氧化二鋁(Al2O3)。於一實施例中，介電層108具有約1奈米的厚度。
於一實施例中，介電層108為地形平滑介電層。於一實施例中，介電層108為地形平滑因其製作於包括如上所述之地形平滑底部電極102的材料堆疊上。為更佳地作示範，圖3為具有地形粗糙底部電極的穿透式電子顯微鏡(TEM)影像300。參照圖3，底部電極302包括鉭(Ta)之薄平滑層、釕(Ru)之厚層、及Ta之第二層。然而， Ru部分係足夠厚使柱狀成長發生於Ru層中。如此，Ru層之上表面係地形粗糙，且形成於其上或其上方之層亦為地形粗糙。例如，形成於電極306上方之MgO介電層306係地形粗糙，可見於影像300中。由於Ru層之粗糙度擴散至MgO層，而危及MgO層的實行品質。據此，如上所述，於一實施例中，MgO層係製作以為平滑因其形成於平滑底部電極上方。於一實施例中，對於包括平滑MgO層的裝置其磁阻改變較傳統粗糙電極裝置增加，改善了裝置的記憶體功效。再者，於一實施例中，相較於對較粗糙MgO材料所需較高電流，欲開關此種裝置所需之電流被減少。另請注意圖3包括抗鐵磁層(IrMn)及對應之種晶層(上方Ru)。
為量化對地形平滑電極之地形粗糙，圖4A為傳統厚單金屬(Ru)電極之原子力顯微鏡(AFM)量測相平面圖400A，圖4B為根據本發明一實施例之Ru/Ta交錯材料堆疊電極之AFM量測相平面圖400B。參照相平面圖400A，具有厚度約50奈米的單一Ru層具有約5.8奈米的峰對峰表面粗糙度及約5.4埃的均方根表面粗糙度(ZRMS)。參照相平面圖400B，Ru與Ta層(各層約2奈米厚且總堆疊厚度約24奈米)的交替堆疊具有約1.9奈米的峰對峰表面粗糙度及約2.2埃的均方根表面粗糙度(ZRMS)。於一實施例中，前者結構被認為地形粗糙電極，而後者結構被認為地形平滑電極。在任一情形中，根據本發明一實施例，表面地形(粗糙或平滑)係擴散至覆蓋介電 層，如MTJ的MgO介電層。
於一實施例中，未固定磁層110是依據應用而由適用於在多數自旋以及少數自旋之間轉變的材料所構成。因此，未固定磁層110(或記憶體層)可被稱為鐵磁記憶體層。於一實施例中，未固定磁層110是由鐵鈷化合物(CoFe)或硼鐵鈷化合物(CoFeB)之層所構成。
於一實施例中，頂部電極112是由適用於電氣地接觸STTM裝置之未固定磁層側的一材料或材料堆疊所構成。於一實施例中，頂部電極112是由釕(Ru)層112A、接觸金屬層112B之堆疊所構成，如第1圖中所示。釕層112A可被包含以防止氧遷移進入未固定磁層110。金屬接觸層可提供用於電流傳導之低阻抗路線，並且可由，例如，但是不限定於，銅、鋁，鎳以及鈷之材料所構成。於一實施例中，頂部電極112可由實質上相同於底部電極102之材料堆疊所構成，如交錯且非晶、厚、導電堆疊。因此，堆疊100中的電極兩者可以是地形平滑電極。然而，應瞭解到如此之拓撲學考量可只有在對在下面的電極是必要的，其可支配介電層108的平滑度。
於一實施例中，如在下面關聯於第8圖之另外的詳細說明中，非揮發性記憶體裝置包含第一電極以及配置在第一電極之上的固定磁層。未固定磁層配置在固定磁層上面，並且第二電極配置在未固定磁層上面。介電層係被配置於該未固定磁層以及該固定磁層之間。第一以及第二電極之一者或兩者為地形平滑電極。非揮發性記憶體 裝置同時也包含電氣地連接到未固定磁層電極、源線、以及字元線之電晶體。於一實施例中，非揮發性記憶體裝置進一步包含配置在固定磁層以及第一電極之間的抗鐵磁層。
於本發明之某些態樣以及至少一些實施例中，某些名詞保持某些可界定之意義。例如，一「不固定」磁層是儲存一計算變量之磁層。一「固定」磁層是具有永久磁性之磁層。一穿隧障壁，例如，穿隧介電質或穿隧氧化物，是被安置於不固定以及固定磁層間之一者。一固定磁層可被成型以產生至相關電路的輸入以及輸出。磁化可當經由該等輸入電極傳送電流時利用自旋轉移扭矩作用而被寫入。磁化可當施加電壓至該等輸出電極時經由穿隧磁阻作用而被讀取。於一實施例中，介電層108之作用是導致大的磁阻。該磁阻是當二個鐵磁層具有反平行、平行磁化時之磁阻以及具有平行磁化之狀態的磁阻之間的差量的比例。
請再次參見至第1圖的右手側，包含未固定磁層110、穿隧障壁層108以及固定磁層106之自旋轉移扭矩元件100之部份120是習知如磁性穿隧接面。未固定磁層110以及固定磁層106可以是鐵磁層，其可保持一磁場或極化。但是，固定磁層106被組態以保持多數自旋狀態(例如，被顯示如對於平面的自旋狀態自旋至右方或對於垂直自旋狀態之往上自旋)。分離未固定磁層110以及固定磁層106的穿隧障壁層108可具有一厚度，例如，在 該未固定磁層110以及該固定磁層106之間大約是1奈米或較少的距離，以至於如果一偏壓被施加在未固定磁層電極112以及固定磁層電極102之間，則電子可穿過穿隧障壁層108。
於一實施例中，MTJ 120作用實質上如一電阻器，其中經由MTJ 120之電氣路線之阻抗可存在二阻抗狀態中，「高」或「低」之任一者，取決於未固定磁層110中以及固定磁層106中之磁化方向或方位。請參見第1圖，於未固定磁層110中之自旋方向是向左(少數)的情況中，高阻抗狀態存在，其中未固定磁層110以及固定磁層106中之磁化方向實質上是相反或彼此反平行。這以箭號被顯示而於未固定磁層110中指向左方並且於固定磁層106中指向右方。請再次參見第1圖，於未固定磁層110中之自旋方向是向右(多數)的情況中，低阻抗狀態存在，其中未固定磁層110以及固定磁層106中的磁化方向實質上是排成直線或彼此平行。這以箭號被顯示而於未固定磁層110中指向右方並且於固定磁層106中指向右方。應了解，關於MTJ 120之阻抗狀態「低」以及「高」是彼此相對的。換句話說，高阻抗狀態僅是較高於低阻抗狀態的一可檢測阻抗，並且反之亦然。因此，藉由阻抗中之可檢測差量，低以及高阻抗狀態可代表不同的資訊位元(亦即，“0”或“1”)。
未固定磁層110中之磁化方向可使用自旋極化電流經由稱為自旋轉移扭矩(“STT”)之處理程序而被切 換。一電氣電流通常是非極化(例如，由大約50%上自旋以及大約50%下自旋電子所構成)。自旋極化電流是上自旋或下自旋任一者而具有較大電子數目之一者，其可藉由將電流通過固定磁層106而產生。自旋極化電流之電子自固定磁層106穿過穿隧障壁或介電層108並且轉移其之自旋角動量至未固定磁層110，其中未固定磁層110將其之磁化方向自反平行於固定磁層106之磁化方向而定向或平行。未固定磁層110可藉由倒轉電流被返回至其之原始方向。
因此，MTJ 120可藉由其磁化狀態而儲存資訊之單一位元(“0”或“1”)。儲存於MTJ 120中之資訊則藉由驅動電流通過MTJ 120而被感應。未固定磁層110不需要電力以維持其之磁化方向。如此，當裝置之電力被移除時，MTJ 120之狀態被保存。因此，於一實施例中，由第1圖之堆疊100所構成的自旋轉移扭矩記憶體位元胞是非揮發性。
雖然例如對於自旋轉移扭矩記憶體位元胞之堆疊層100的製造方法未於此處說明，應了解，用於製造之步驟可包含標準微電子製造處理程序，例如，光學照相製版、蝕刻、薄膜沈澱、平面化(例如，化學機械研磨(CMP))、擴散、計量、犧牲層之使用、蝕刻停止層之使用、平面化阻止層之使用及/或任何藉由微電子式構件製造之其他相關動作。
依據本發明一實施例，固定磁層106、未固定 磁層110之一者，或其二者，包含半金屬材料層。於第一範例中，於一實施例中，半金屬材料層被包含在固定磁層106與介電層108介面。於此一特定實施例中，固定磁層106是由半金屬材料所構成之單一層。但是，於另一特定實施例中，僅固定磁層106之一部份是由半金屬材料所構成，例如，取代上述之鐵鈷化合物(CoFe)或硼鐵鈷化合物(CoFeB)層106C。於第二範例中，於另一實施例中，半金屬材料層被包含在未固定磁層110以及介電層108介面。於此一特定實施例中，未固定磁層110是由半金屬材料所構成之單一層。但是，於另一特定實施例中，僅未固定磁層110之一部份是由半金屬材料所構成，例如，在介電層108介面之一附屬層。於第三範例中，於另一實施例中，一第一半金屬材料層被包含在固定磁層106以及介電層108介面，並且第二半金屬材料層被包含在未固定磁層110以及介電層108介面。於一實施例中，半金屬(例如，哈斯勒合金)可被包含以增加磁性穿隧接面(MTJ)裝置中反平行阻抗(RAP)以及平行阻抗(RP)之間的差量(亦即，△R)。
於一實施例中，上述之半金屬材料層被稱為哈斯勒(Heusler)合金，其是依據哈斯勒相位(Heusler phase)之鐵磁金屬合金。哈斯勒相位可以是具有特定成份以及面向中心立方形晶體結構之介金屬。該等材料是鐵磁性，即使由於在鄰近磁離子之間的雙重-交換機制，而構成元素不是鐵磁性。該等材料通常包含錳離子，其是在立方形結構體中心並且含有最多數合金磁動量。於一特定實 施例中，被包含在固定磁層106、未固定磁層110之任一層，或其二層中的半金屬材料層，是下列之材料層，例如，但是不限定於，鋁錳二銅合金(Cu2MnAl)、銦錳二銅合金(Cu2MnIn)、錫錳二銅合金(Cu2MnSn)、鋁錳二鎳合金(Ni2MnAl)、銦錳二鎳合金(Ni2MnIn)、錫錳二鎳合金(Ni2MnSn)、銻錳二鎳合金(Ni2MnSb)、鎵錳二鎳合金(Ni2MnGa)、鋁錳二鈷合金(Co2MnAl)、矽錳二鈷合金(Co2MnSi)、鎵錳二鈷合金(Co2MnGa)、鍺錳二鈷合金(Co2MnGe)、鋁錳二鈀合金(Pd2MnAl)、銦錳二鈀合金(Pd2MnIn)、錫錳二鈀合金(Pd2MnSn)、銻錳二鈀合金(Pd2MnSb)、矽鐵二鈷合金(Co2FeSi)、矽三鐵合金(Fe3Si)、鋁釩二鐵合金(Fe2VAl)、鎵釩二錳合金(Mn2VGa)、以及鍺鐵二鈷合金(Co2FeGe)。該些對應電極之一者或兩者包括半金屬材料在與介電層之介面。於一實施例中，僅固定磁層包含在介電層之介面的一半金屬材料。於此一特定實施例中，固定磁層更包含疏遠於固定磁層與介電層之介面、而相鄰於半金屬材料之鐵電材料。於此另一特定實施例中，未固定磁層包含鐵電材料。於此一特定實施例中，未固定磁層更包含疏遠於未固定磁層與介電層之介面、相鄰該鐵電材料之半金屬材料。於一實施例中，磁性穿隧接面更包含，疏遠於介電層與固定磁層的介面、而相鄰該固定磁層之抗鐵磁層。
因此，於另一態樣中，讀取或寫入操作可於包含具有半金屬層之MTJ的記憶體元件上被進行。第5A 圖顯示根據本發明一實施例之作為對於不包含一半金屬材料之一磁層的狀態密度函數(DOS)之能量(E)標繪圖500A。第5B圖顯示依據本發明一實施例之作為狀態密度函數(DOS)之能量(E)標繪圖500B及500C，其分別地對於包含一半金屬材料的一固定磁層以及對於包含一半金屬材料之一未固定磁層，以及包含該等層之磁性穿隧接面(MTJ)的讀取操作。
請參見第5A圖，在費米(Fermi)能階(EF)，不包含半金屬材料之磁層包含多數自旋(上自旋)以及少數自旋(下自旋)兩狀態。相對地，參看至第5B圖，於包含半金屬材料之固定磁材料以及包含半金屬材料之未固定磁材料兩者中，僅有(或至少實質上所有)自旋狀態是在費米能階之多數(上自旋)自旋狀態。
於MTJ中，當不固定以及固定磁層中之自旋是分別地反平行以及平行時，高阻以及低阻狀態發生。高阻可被稱為RAP，而低阻可被稱為RP。再次參見第5B圖，關於讀取其中包含半金屬材料之固定磁材料以及包含半金屬材料之未固定磁材料的一MTJ，半金屬在上自旋與向下自旋之間的傳導帶中具有一分割。因此，在費米能階中，有些電子僅具有一自旋方向。理想上，由於沒有穿隧通過進入之可用狀態，使RAP增加。增加的RAP導致在反平行以及平行狀態之間有較大的阻抗差量(△R)(例如，因為△R=RAP-RP)。這增加的△R可提高MTJ之讀取502。
請再參見第1、2A、2B、3、4A及4B圖之相 關敘述，包括磁性材料層及一或多個地形平滑電極之堆疊層，例如可被使用於磁性穿隧接面，可被使用以製作記憶體位元胞。例如，第6圖展示依據本發明一實施例包含自旋轉移扭矩元件610之自旋轉移扭矩記憶體位元胞600的分解圖。
參見第6圖，自旋轉移扭矩元件610可包含未固定磁層電極612，其具有相鄰該未固定磁層電極612之未固定磁層614、相鄰固定磁層618之固定磁層電極616、以及被配置在未固定磁層614以及固定磁層618之間的一穿隧障壁或介電層622。於一實施例中，未固定磁層電極612以及固定磁層電極616之一者或兩者為地形平滑電極。
一第一介電質元件623以及一第二介電質元件624可被形成而相鄰固定磁層電極616、固定磁層618、以及穿隧障壁或介電層622。固定磁層電極616可電氣式連接到位元線632。未固定磁層電極612可連接到電晶體634。電晶體634可以熟習本技術者所了解的一方式連接到字元線636以及源線638。自旋轉移扭矩記憶體位元胞600可進一步包含另外的讀取以及寫入電路(未顯示)、感應放大器(未顯示)、位元線參考(未顯示)以及其類似者，如那些熟習本技術者所明白地，以供用於自旋轉移扭矩記憶體位元胞600之操作。應了解到的是，複數個自旋轉移扭矩記憶體位元胞600可以是可操作地連接到另一者以形成記憶體陣列(未顯示)，其中該記憶體陣列可被包 含於一非揮發性記憶體裝置中。應了解的是，電晶體634可連接到固定磁層電極616或未固定磁層電極612，雖然僅後者被顯示。
圖7顯示依據本發明一實施例之電子式系統700的方塊圖。電子式系統700可對應至，例如，可攜式系統、電腦系統、處理控制系統或採用一處理器以及一相關記憶體之其他任何系統。電子式系統700可包含微處理器702(其具有處理器704以及控制單元706)、記憶體裝置708以及輸入/輸出裝置710(應了解，於各種實施例中，電子式系統700可具有複數個處理器、控制單元、記憶體裝置單元及/或輸入/輸出裝置)。於一實施例中，電子式系統700具有一組指令，該組指令界定利用處理器704在資料上被進行之操作，以及，在處理器704、記憶體裝置708、以及輸入/輸出裝置710之間的其他處理程序。控制單元706藉由在導致指令自記憶體裝置708被取得並且被執行的一組操作之循環，而協調處理器704、記憶體裝置708以及輸入/輸出裝置710之操作。記憶體裝置708可包含如於本說明中被說明的自旋轉移扭矩元件。於一實施例中，記憶體裝置708被嵌入微處理機702中，如第7圖中所示。
圖8顯示依據本發明一實作例之計算裝置800。計算裝置800外含著板802。板802可包含一些構件，包含，但是不限定於，處理器804以及至少一個通訊晶片806。處理器804是實際地以及電氣式耦接至該板 802。於一些實施例中至少一通訊晶片806亦實際地以及電氣式耦接至該板802。在進一步實施中，通訊晶片806係處理器804之一部份。
依據其應用，計算裝置800可包含可以或不可能實際地以及電氣式地耦接至板802的其他構件。這些其他構件包含，但是不限定於，揮發性記憶體(例如，DRAM)、非揮發性記憶體(例如，ROM)、快閃記憶體、圖形處理器、數位信號處理器、密碼處理器、晶片組、天線、顯示器、觸控螢幕顯示器、觸控螢幕控制器、電池、音訊編解碼器、視訊編解碼器、功率放大器、全球定位系統(GPS)裝置、羅盤、加速器、迴轉儀、擴音機、攝影機、以及大量儲存裝置(例如，硬碟機、光碟(CD)、多功能數位光碟(DVD)、以及其它者)。
通訊晶片806致能用於轉移資料至以及轉移資料自計算裝置800之無線通訊。「無線」名稱以及其之衍生詞可被使用以說明電路、裝置、系統、方法、技術、通訊頻道等等，其可經由非固態媒體以經由調變電磁發射之使用而通訊資料。該名稱不必然是不包含任何有線的相關裝置，雖然於一些實施例中它們可能不然。通訊晶片806可以一些無線標準或協定之任一者實作，包含，但是不限定於Wi-Fi(IEEE 802.11家族)、WiMAX(IEEE 802.16家族)、IEEE 802.20、長期進化(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、藍芽、其衍生性商品、以及被指定作為 3G、4G、5G以及更多之任何其他無線協定。計算裝置800可包含複數個通訊晶片806。例如，第一通訊晶片806可專用於較短範圍的無線通訊，例如，Wi-Fi以及藍芽，並且第二通訊晶片806可專用於較長範圍的無線通訊，例如，GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO以及其他者。
計算裝置800之處理器804包含封裝在處理器804內之一積體電路晶圓。於本發明一些實施例中，處理器之積體電路晶圓包含一個或多個裝置，例如，依據本發明實作例建構之自旋轉移扭矩記憶體。「處理器」名稱可關聯於處理來自暫存器及/或記憶體之電子式資料的任何裝置或裝置之部份，以轉換電子資料成為可儲存於暫存器及/或記憶體中之其他電子資料。
通訊晶片806也包含封裝在通訊晶片806之內的積體電路晶圓。依據本發明另一實作例，通訊晶片之積體電路晶圓包含一個或多個裝置，例如，依據本發明實作例建構之自旋轉移扭矩記憶體。
於進一步實作例中，被外罩在計算裝置800內之另一構件可包含一積體電路晶圓，其包含一個或多個裝置，例如，依據本發明實作例建構之自旋轉移扭矩記憶體。
於各種實作例中，計算裝置800可以是膝上型電腦、小筆電、筆記型電腦、超級電子書、智慧型手機、平板電腦、個人數位助理(PDA)、超端移動式電腦、 行動電話、桌上型電腦、伺服器、印表機、掃描器、監視器、機上盒、遊藝控制單元、數位攝影機、輕便型音樂播放機、或數位視訊記錄器。於進一步實作例中，計算裝置800可以是處理資料之任何其他電子式裝置。
因此，本發明之一個或多個實施例一般係關於微電子式記憶體之製造。此微電子式記憶體可以是非揮發性，其中即使當沒有電力時，記憶體也可保留儲存的資訊。一個或多個本發明實施例係有關用於非揮發性微電子式記憶體裝置之自旋轉移扭矩記憶體元件的製造。此一元件可被使用於嵌入式非揮發性記憶體中，不論是對於其之非揮發性，或作為用於嵌入式動態隨機存取記憶體(eDRAM)之取代。例如，此一元件可被使用於在所給予的技術節點內之競爭性胞式尺寸的1T-1X記憶體(X=電容器或電阻器)中。
因此，本發明之實施例包含具有地形平滑電極的自旋轉移扭矩記憶體(STTM)裝置以及製造具有地形平滑電極的STTM裝置。
於一實施例中，磁性穿隧接面(MTJ)之磁性層堆疊包括地形平滑底部電極、設置於底部電極上方之地形平滑介電層、以及設置於地形平滑介電層上方之未固定磁層。
於一實施例中，地形平滑底部電極具有小於約3奈米之峰對峰表面粗糙度。
於一實施例中，地形平滑底部電極具有小於 約3.5埃的均方根表面粗糙度(ZRMS)。
於一實施例中，地形平滑介電層之表面粗糙度約與地形平滑底部電極的表面粗糙度相同。
於一實施例中，地形平滑底部電極係由釕(Ru)與鉭(Ta)之交替層所構成，各層具有約在1至5奈米範圍中的厚度，且該地形平滑底部電極具有約50奈米之總厚度。
於一實施例中，地形平滑底部電極為非晶的。
於一實施例中，地形平滑底部電極實質上沒有圓柱結構。
於一實施例中，材料層堆疊更包含設置在地形平滑底部電極上、地形平滑介電層下的抗鐵磁層。
於一實施例中，材料層堆疊更包含設置在抗鐵磁層上的固定磁層，地形平滑介電層係設置在固定磁層上，且未固定磁層設置在地形平滑介電層上。
於一實施例中，材料層堆疊更包含設置在未固定磁層上方之頂部電極。
於一實施例中，未固定磁層及固定磁層之一者或兩者包括半金屬材料在與地形平滑介電層之介面。
於一實施例中，半金屬材料係依據哈斯勒相位(Heusler phase)之鐵磁金屬合金。
於一實施例中，非揮發性記憶體裝置包括地形平滑底部電極。抗鐵磁層係設置在地形平滑底部電極 上。固定磁層係設置在抗鐵磁層上。介電層係設置在固定磁層上。未固定磁層係設置在介電層上。頂部電極係設置在未固定磁層上。電晶體係電連接至頂部或底部電極、源線、以及字元線。
於一實施例中，地形平滑底部電極具有小於約3奈米之峰對峰表面粗糙度。
於一實施例中，地形平滑底部電極具有小於約3.5埃的均方根表面粗糙度(ZRMS)。
於一實施例中，介電層為具有表面粗糙度約與地形平滑底部電極的表面粗糙度相同之地形平滑介電層。
於一實施例中，地形平滑底部電極係由釕(Ru)與鉭(Ta)之交替層所構成，各層具有約在1至5奈米範圍中的厚度，且該地形平滑底部電極具有約50奈米之總厚度。
於一實施例中，地形平滑底部電極為非晶的。
於一實施例中，地形平滑底部電極實質上沒有圓柱結構。
於一實施例中，未固定磁層及固定磁層之一者或兩者在與介電層之介面包括半金屬材料。
於一實施例中，半金屬材料係依據哈斯勒相位(Heusler phase)之鐵磁金屬合金。
於一實施例中，電晶體係電連接至地形平滑 底部電極、源線、以及字元線。
於一實施例中，電晶體係電連接至頂部電極、源線、以及字元線。
於一實施例中，未固定磁層是由鐵電材料構成。
於一實施例中，製造用於磁性穿隧接面的材料層堆疊之法包括形成地形平滑底部電極於基板上方。地形平滑介電層係形成於該底部電極上方。未固定磁層係形成在地形平滑介電層上方。
於一實施例中，形成地形平滑底部電極包括形成第一金屬與相異的第二金屬之交替層。
於一實施例中，形成第一金屬與第二金屬之交替層包括於相同時間自鉭(Ta)與釕(Ru)兩不同靶材的共濺鍍。
於一實施例中，形成第一金屬與第二金屬之交替層包括依序自鉭(Ta)與釕(Ru)兩不同靶材的共濺鍍。
於一實施例中，形成地形平滑底部電極包括形成具有小於約3奈米之峰對峰表面粗糙度之電極。
於一實施例中，形成地形平滑底部電極包括形成具有小於約3.5埃的均方根表面粗糙度(ZRMS)之電極。
100‧‧‧材料層堆疊
102‧‧‧底部電極
102A‧‧‧釕層
102B‧‧‧鉭層
104‧‧‧抗鐵磁層
106‧‧‧固定磁層
106A‧‧‧硼鐵鈷化合物層
106B‧‧‧釕層
106C‧‧‧硼鐵鈷化合物層
108‧‧‧介電層
110‧‧‧未固定磁層
112‧‧‧頂部電極
112A‧‧‧釕層
112B‧‧‧接觸金屬層
120‧‧‧磁性穿隧接面

Claims (32)

  1. 一種用於磁性穿隧接面之材料層堆疊，該材料層堆疊包含：地形平滑底部電極，其中該地形平滑底部電極實質上沒有圓柱結構；設置在該底部電極上方之地形平滑介電層；以及設置在該地形平滑介電層上方之未固定磁層。
  2. 根據申請專利範圍第1項之材料層堆疊，其中該地形平滑底部電極具有小於約3奈米之峰對峰表面粗糙度。
  3. 根據申請專利範圍第1項之材料層堆疊，其中該地形平滑底部電極具有小於約3.5埃的均方根表面粗糙度(ZRMS)。
  4. 根據申請專利範圍第1項之材料層堆疊，其中該地形平滑介電層之表面粗糙度係約略相同於該地形平滑底部電極之表面粗糙度。
  5. 根據申請專利範圍第1項之材料層堆疊，其中該地形平滑底部電極包含釕(Ru)與鉭(Ta)之交替層。
  6. 根據申請專利範圍第5項之材料層堆疊，其中各層具有約在1至5奈米範圍中的厚度，且其中該地形平滑底部電極具有約50奈米之總厚度。
  7. 根據申請專利範圍第1項之材料層堆疊，其中該地形平滑底部電極包含釕(Ru)與鉭(Ta)之互混。
  8. 根據申請專利範圍第1項之材料層堆疊，其中該地形平滑底部電極為非晶的。
  9. 根據申請專利範圍第1項之材料層堆疊，更包含：設置在該地形平滑底部電極上的抗鐵磁層，其在該地形平滑介電層之下。
  10. 根據申請專利範圍第9項之材料層堆疊，更包含：設置在該抗鐵磁層上的固定磁層，其中該地形平滑介電層係設置在該固定磁層上，且其中該未固定磁層係設置在該地形平滑介電層上。
  11. 根據申請專利範圍第10項之材料層堆疊，更包含：設置在該未固定磁層上方之頂部電極。
  12. 根據申請專利範圍第10項之材料層堆疊，其中該未固定磁層及該固定磁層之一者或兩者包含半金屬材料在與該地形平滑介電層之介面。
  13. 根據申請專利範圍第12項之材料層堆疊，其中該半金屬材料係依據哈斯勒相位之鐵磁金屬合金。
  14. 一種非揮發性記憶體裝置，包含：地形平滑底部電極，其中該地形平滑底部電極實質上沒有圓柱結構；設置在該地形平滑底部電極上之抗鐵磁層；設置在該抗鐵磁層上之固定磁層；設置在該固定磁層上之介電層；設置在該介電層上之未固定磁層；設置在該未固定磁層上之頂部電極；以及電連接至該頂部或該底部電極、源線、以及字元線之電晶體。
  15. 根據申請專利範圍第14項之非揮發性記憶體裝置，其中該地形平滑底部電極具有小於約3奈米之峰對峰表面粗糙度。
  16. 根據申請專利範圍第14項之非揮發性記憶體裝置，其中該地形平滑底部電極具有小於約3.5埃的均方根表面粗糙度(ZRMS)。
  17. 根據申請專利範圍第14項之非揮發性記憶體裝置，其中該介電層為地形平滑介電層，其之表面粗糙度係約略相同於該地形平滑底部電極之表面粗糙度。
  18. 根據申請專利範圍第14項之非揮發性記憶體裝置，其中該地形平滑底部電極包含釕(Ru)與鉭(Ta)之交替層。
  19. 根據申請專利範圍第18項之非揮發性記憶體裝置，其中各層具有約在1至5奈米範圍中的厚度，且其中該地形平滑底部電極具有約50奈米之總厚度。
  20. 根據申請專利範圍第14項之非揮發性記憶體裝置，其中該地形平滑底部電極包含釕(Ru)與鉭(Ta)之互混。
  21. 根據申請專利範圍第14項之非揮發性記憶體裝置，其中該地形平滑底部電極為非晶的。
  22. 根據申請專利範圍第14項之非揮發性記憶體裝置，其中該未固定磁層及該固定磁層之一者或兩者包含半金屬材料在與該介電層之介面。
  23. 根據申請專利範圍第22項之非揮發性記憶體裝 置，其中該半金屬材料係依據哈斯勒相位之鐵磁金屬合金。
  24. 根據申請專利範圍第14項之非揮發性記憶體裝置，其中該電晶體係電連接至該地形平滑底部電極、該源線、以及該字元線。
  25. 根據申請專利範圍第14項之非揮發性記憶體裝置，其中該電晶體係電連接至該頂部電極、該源線、以及該字元線。
  26. 根據申請專利範圍第14項之非揮發性記憶體裝置，其中該未固定磁層包含鐵電材料。
  27. 一種製造用於磁性穿隧接面之材料層堆疊的方法，該方法包含：形成地形平滑底部電極於基板上方，其中該地形平滑底部電極實質上沒有圓柱結構；形成地形平滑介電層於該底部電極上方；以及形成未固定磁層於該地形平滑介電層上方。
  28. 根據申請專利範圍第27項之方法，其中形成該地形平滑底部電極包含形成第一金屬與相異的第二金屬之交替層。
  29. 根據申請專利範圍第28項之方法，其中形成該第一金屬與該第二金屬之該交替層包含於相同時間自鉭(Ta)與釕(Ru)兩不同靶材的共濺鍍。
  30. 根據申請專利範圍第28項之方法，其中形成該第一金屬與該第二金屬之該交替層包含依序自鉭(Ta)與釕 (Ru)兩不同靶材的共濺鍍。
  31. 根據申請專利範圍第27項之方法，其中形成該地形平滑底部電極包含形成具有小於約3奈米之峰對峰表面粗糙度之電極。
  32. 根據申請專利範圍第27項之方法，其中形成該地形平滑底部電極包含形成具有小於約3.5埃的均方根表面粗糙度(ZRMS)之電極。
TW102132570A 2012-09-27 2013-09-10 具有地形平滑電極的自旋轉移扭矩記憶體（ｓｔｔｍ）裝置及其形成方法 TWI552398B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/629,162 US20140084399A1 (en) 2012-09-27 2012-09-27 Spin transfer torque memory (sttm) device with topographically smooth electrode and method to form same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201429012A TW201429012A (zh) 2014-07-16
TWI552398B true TWI552398B (zh) 2016-10-01

Family

ID=50338044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102132570A TWI552398B (zh) 2012-09-27 2013-09-10 具有地形平滑電極的自旋轉移扭矩記憶體（ｓｔｔｍ）裝置及其形成方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20140084399A1 (zh)
TW (1) TWI552398B (zh)
WO (1) WO2014051970A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016048379A1 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 Intel Corporation Method of fabricating crystalline magnetic films for psttm applications
US9893271B2 (en) 2015-10-15 2018-02-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor memory device
KR101825318B1 (ko) * 2017-01-03 2018-02-05 고려대학교 산학협력단 스핀필터 구조체를 포함하는 자기 터널 접합 소자
JP7024914B2 (ja) * 2019-05-16 2022-02-24 Tdk株式会社 磁壁移動素子及び磁気記録アレイ
JP2023039792A (ja) * 2021-09-09 2023-03-22 キオクシア株式会社 磁気記憶装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020003684A1 (en) * 2000-07-06 2002-01-10 Eiji Nakashio Magnetic tunnel effect type magnetic head, and method of produciing same
US20040174740A1 (en) * 2003-03-03 2004-09-09 Kyu-Mann Lee Magnetic tunnel junction structures and methods of fabrication
US6960480B1 (en) * 2004-05-19 2005-11-01 Headway Technologies, Inc. Method of forming a magnetic tunneling junction (MTJ) MRAM device and a tunneling magnetoresistive (TMR) read head
US6974708B2 (en) * 2004-04-08 2005-12-13 Headway Technologies, Inc. Oxidation structure/method to fabricate a high-performance magnetic tunneling junction MRAM
US20050280958A1 (en) * 2004-06-18 2005-12-22 Alps Electric Co., Ltd. Dual type magnetic sensing element wherein deltaRxA in upstream part in flow direction of electric current is smaller than deltaRxA in downstream part
US20100065935A1 (en) * 2008-09-18 2010-03-18 Magic Technologies, Inc. Structure and method to fabricate high performance MTJ devices for spin-transfer torque (STT)-RAM
US20110235217A1 (en) * 2010-03-29 2011-09-29 Qualcomm Incorporated Fabricating A Magnetic Tunnel Junction Storage Element
US20120069647A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1391942A4 (en) * 2001-05-31 2007-08-15 Nat Inst Of Advanced Ind Scien TUNNEL MAGNETIC RESISTANCE ELEMENT
JP2003283000A (ja) * 2002-03-27 2003-10-03 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子およびこれを有する磁気メモリ
US7449345B2 (en) * 2004-06-15 2008-11-11 Headway Technologies, Inc. Capping structure for enhancing dR/R of the MTJ device
US7208807B2 (en) * 2005-03-15 2007-04-24 Headway Technologies, Inc. Structure and method to fabricate high performance MTJ devices for MRAM applications
US7672088B2 (en) * 2006-06-21 2010-03-02 Headway Technologies, Inc. Heusler alloy with insertion layer to reduce the ordering temperature for CPP, TMR, MRAM, and other spintronics applications

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020003684A1 (en) * 2000-07-06 2002-01-10 Eiji Nakashio Magnetic tunnel effect type magnetic head, and method of produciing same
US20040174740A1 (en) * 2003-03-03 2004-09-09 Kyu-Mann Lee Magnetic tunnel junction structures and methods of fabrication
US6974708B2 (en) * 2004-04-08 2005-12-13 Headway Technologies, Inc. Oxidation structure/method to fabricate a high-performance magnetic tunneling junction MRAM
US6960480B1 (en) * 2004-05-19 2005-11-01 Headway Technologies, Inc. Method of forming a magnetic tunneling junction (MTJ) MRAM device and a tunneling magnetoresistive (TMR) read head
US20050280958A1 (en) * 2004-06-18 2005-12-22 Alps Electric Co., Ltd. Dual type magnetic sensing element wherein deltaRxA in upstream part in flow direction of electric current is smaller than deltaRxA in downstream part
US20100065935A1 (en) * 2008-09-18 2010-03-18 Magic Technologies, Inc. Structure and method to fabricate high performance MTJ devices for spin-transfer torque (STT)-RAM
US20110235217A1 (en) * 2010-03-29 2011-09-29 Qualcomm Incorporated Fabricating A Magnetic Tunnel Junction Storage Element
US20120069647A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods

Also Published As

Publication number Publication date
TW201429012A (zh) 2014-07-16
US20140084399A1 (en) 2014-03-27
WO2014051970A1 (en) 2014-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9882123B2 (en) Perpendicular spin transfer torque memory (STTM) device with enhanced stability and method to form same
US9496486B2 (en) Perpendicular spin transfer torque memory (STTM) device having offset cells and method to form same
TWI590242B (zh) 具有耦合的自由磁性層之垂直自旋轉移力矩記憶體（ｓｔｔｍ）裝置
TWI529708B (zh) 具有半金屬的自旋轉移扭矩記憶體裝置以及用於寫入和讀取該裝置的方法
US9472748B2 (en) Balancing energy barrier between states in perpendicular magnetic tunnel junctions
TWI552398B (zh) 具有地形平滑電極的自旋轉移扭矩記憶體（ｓｔｔｍ）裝置及其形成方法
CN107667438A (zh) 具有减小的开关电流的垂直磁性存储器
KR20120023560A (ko) 기억 소자 및 기억 장치
WO2019005128A1 (en) JUNCTION DEVICE WITH MAGNETIC TUNNEL EFFECT WITH NANO-CONTACT TO A FREE MAGNET
WO2019005127A1 (en) JUNCTION DEVICE WITH MAGNETIC TUNNEL EFFECT WITH NANO-CONTACT TO A FREE LAYER

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees