[发明专利]磁性隧道结及其制造方法

说明书

本公开内容的实施方式关于用于磁性隧道结堆叠的制造的系统及方法。此制造可经由包括以下步骤中的一或多个的方法发生：(1)在种晶层的沉积之前，在缓冲层沉积在基板上之后加热该基板；(2)在结构阻挡层的沉积之前，在第二钉扎层的沉积之后冷却该基板；(3)在隧道势垒层的沉积期间加热该基板且接着在该隧道势垒层的沉积完成之后冷却该基板；(4)在磁性存储层沉积在该隧道势垒层上之后加热该基板；及(5)在沉积覆盖层的第一夹层之前，在该磁性存储层的沉积之后冷却该基板。

技术领域

本公开内容的实施方式一般涉及制造用于磁性随机存取存储器(magneticrandom access memory；MARM)应用的磁性隧道结结构。

背景技术

自旋移送扭矩磁性随机存取存储器或STT-MRAM在其存储单元中采用磁性隧道结结构，其中两个铁磁层由薄的绝缘层或“介电”层彼此间隔开。这些磁层中的一层具有固定磁极，可称作自由层的另一层具有可选择性地在两种状态之间改变的磁极。在这些磁层具有垂直磁各向异性的情况下，可改变极性层的极性可在膜层的堆叠的深度方向上在与固定极性层相同的极性或与固定极性层的极性相反的极性之间切换，这些膜层的堆叠包括磁性隧道结或“MTJ”结构。跨MTJ的电阻为可改变极性层相对于固定极性层的极性的函数。在两个层的极性在MTJ的深度方向上相同的情况下，跨MTJ的电阻低，且当两个层的极性在MTJ之深度方向上彼此相反时，跨MTJ的电阻高。因此，跨单元的电阻可用以指示为0或1的值，且因此例如通过使用低电阻状态作为具有为0的数据值并使用高电阻状态作为为1的数据值来储存数据值。

为了形成MTJ堆叠，制造膜层堆叠，该膜层堆叠包括第一钉扎层及第二钉扎层，以及在该第一钉扎层与该第二钉扎层之间的合成反铁磁(SyF)耦合层。第一钉扎层及第二钉扎层的力矩通过层间交换耦合效应经由SyF耦合层进行耦合。具有一厚度的SyF耦合层维持第一钉扎层及第二钉扎层的磁矩的反平行对准。第一钉扎层通常具有较大磁矩，因为其较为远离自由层，此将有助于最小化针对来自堆叠的其余部分的自由层的偶极场。

在MTJs采用包括由非磁性层分离开的两个或两个以上铁磁层的合成反铁磁(SyF)层的情况下，在其高温处理、例如在约400℃或高于约400℃的温度下的处理之后，SyF耦合可能丢失。

因此，仍需要可承受处理温度的改良MTJ堆叠。

附图说明

以上简要概述本公开内容的上述详述特征可以被详细理解的方式、以及对本公开内容的更特定描述，可通过参照实施方式来获得，一些实施方式绘示在所附图式中。然而，应注意，所附图式仅图示示例性实施方式，因而不应视为对本公开内容的范围的限制，且可允许其他等同有效的实施方式。

图1A为根据本公开内容的实施方式制造的实例磁性隧道结(magnetic tunneljunction；MTJ)堆叠的示意图。

图1B为根据本公开内容的实施方式的制造包括磁性隧道结(MTJ)堆叠的存储器件的方法的流程图。

图2A为根据本公开内容的实施方式的MTJ堆叠的缓冲层的放大图。

图2B为根据本公开内容的实施方式的MTJ堆叠的第一钉扎层的放大图。

图2C为根据本公开内容的实施方式的MTJ堆叠的第二钉扎层的放大图。

图2D为根据本公开内容的实施方式的MTJ堆叠的实例隧道势垒层的放大图。

图2E为根据本公开内容的实施方式的MTJ堆叠的实例磁性存储层的放大图。

图2F为根据本公开内容的实施方式的实例覆盖层122的放大图。

图3为根据本公开内容的实施方式的经配置以制造MTJ堆叠的物理气相沉积(PVD)腔室的示意图。

图4为根据本公开内容的实施方式的用于PVD腔室中的实例靶匣。