CN105981105B - 用于垂直磁性隧道结的具有非晶盖层的双界面自由层 - Google Patents

Abstract

描述了磁性隧道结(MTJ)和用于制造MTJ的方法。MTJ(200)包括固定层(114)和该固定层(114)上的阻挡层(116)。此种MTJ(200)还包括与阻挡层(116)对接的自由层(118)。自由层(118)具有与阻挡层(116)一致的晶体结构。该MTJ(200)进一步包括与自由层(118)对接的非晶包覆层(120)。

Description

用于垂直磁性隧道结的具有非晶盖层的双界面自由层

背景

领域

本公开的诸方面涉及半导体器件，尤其涉及具有用于在垂直磁性隧道结(pMTJ)器件中使用的具有非晶盖层的双界面自由层。

背景技术

与常规的随机存取存储器(RAM)芯片技术不同，在磁性RAM(MRAM)中，数据由存储元件的磁极化来存储。这些存储元件是从由隧穿层分开的两个铁磁层形成的。这两个铁磁层之一(被称为固定(例如钉扎)层)具有固定在特定方向上的磁化。另一铁磁磁化层(被称为自由层)具有能更改至两种不同状态的磁化方向。具有固定层、隧穿层和自由层的一种此类器件是磁性隧道结(MTJ)。

在MTJ中，自由层的不同状态可被用于表示或逻辑“1”或逻辑“0”。具体地，MTJ的电阻取决于自由层磁化和固定层磁化是彼此平行还是彼此反平行。例如，在自由层磁化与固定层磁化反平行时表示逻辑“1”状态。在自由层磁化与固定层磁化平行时表示逻辑“0”状态。存储器设备(诸如MRAM)是从可个体寻址的MTJ阵列构建的。

为了将数据写入常规MRAM中，通过MTJ来施加超过临界切换电流的写电流。写电流应该超过切换电流足够量以改变自由层的磁化方向。当写电流在第一方向流动时，MTJ被置于或者保持在第一状态。在第一状态中，MTJ的自由层磁化方向和固定层磁化方向在平行取向上对齐。当写电流在与第一方向相反的第二方向流动时，MTJ被置于或者保持在第二状态。在第二状态中，MTJ的自由层磁化和固定层磁化处于反平行取向。

概述

在本公开的一方面，一种磁性隧道结(MTJ)包括固定层和该固定层上的阻挡层。此种MTJ还包括与阻挡层对接的自由层。自由层具有与阻挡层一致的晶体结构。该MTJ进一步包括与自由层对接的非晶包覆层。

在本公开的另一方面，一种制造磁性隧道结(MTJ)器件的方法包括沉积固定层。该方法还包括在固定层上沉积阻挡层。该阻挡层具有晶体结构。该方法进一步包括在阻挡层上沉积非晶自由层。该方法还包括在自由层上沉积非晶包覆层。该方法进一步包括使MTJ器件退火，以使得非晶自由层采用阻挡层的晶体结构。

根据本公开的另一方面的一种磁性隧道结(MTJ)包括固定层和该固定层上的阻挡层。该MTJ还包括用于与阻挡层对接的装置。该用于对接的装置具有与阻挡层一致的晶体结构。该MTJ进一步包括与自由层对接的非晶包覆层。

这已较宽泛地勾勒出本公开的特征和技术优势以便下面的详细描述可以被更好地理解。本公开的附加特征和优点将在下文描述。本领域的技术人员应该领会，本公开可容易地被用作修改或设计用于实施与本公开相同的目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应认识到，这样的等效构造并不脱离所附权利要求中所阐述的本公开的教导。被认为是本公开的特性的新颖特征在其组织和操作方法两方面连同进一步的目的和优点在结合附图来考虑以下描述时将被更好地理解。然而，要清楚理解的是，提供每一幅附图均仅用于解说和描述目的，且无意作为对本公开的限定的定义。

附图的简要说明

为了更全面地理解本公开，现在结合附图参阅以下描述。

图1解说了根据本公开的一个或多个方面的垂直磁性隧道结(pMTJ)的截面视图。

图2解说了根据本公开的一个或多个实施例的垂直磁性隧道结(pMTJ)的自由层。

图3解说了根据本公开的一个或多个方面的垂直磁性隧道结(pMTJ)的自由层中的插入层。

图4是解说本公开的一个或多个方面的过程流图。

图5是示出其中可有利地采用本公开的配置的示例性无线通信系统的框图。

图6是解说根据一种配置的被用于半导体组件的电路、布局以及逻辑设计的设计工作站的框图。

详细描述

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文中所描述的概念的仅有的配置。本详细描述包括具体细节以便提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出众所周知的结构和组件以便避免淡化此类概念。如本文中所描述的，术语“和/或”的使用旨在表示“包含性或”，而术语“或”的使用旨在表示“排他性或”。

用于形成磁性随机存取存储器(MRAM)的磁性隧道结(MTJ)的材料一般展现高隧穿磁阻(TMR)、高垂直磁各向异性(PMA)以及良好的数据保留性。MTJ结构可由垂直取向作出，称为垂直磁性隧道结(pMTJ)器件。具有介电阻挡层(例如，镁氧化物(MgO))的材料叠层(例如，钴铁硼(CoFeB)材料)可被用于pMTJ结构中。已经考虑在MRAM结构中使用包括材料叠层(例如，CoFeB/MgO/CoFeB)的pMTJ结构。

在pMTJ结构内的这种材料叠层(例如，CoFeB/MgO/CoFeB)可提供指定的垂直磁各向异性(PMA)。例如，包括CoFeB/MgO/CoFeB材料叠层的pMTJ的总PMA由MgO层与CoFeB层之间的界面所确定。往往较薄的CoFeB层有利于增加PMA。然而，pMTJ内较薄的CoFeB层降低了pMTJ结构的TMR和数据保留性。

pMTJ结构的数据保留能力由自由层提供。存储层(例如自由层)中的双界面(例如阻挡MgO/CoFeB/MgO盖)可改善TMR和数据保留性，但是仍然呈现出不足量的TMR。不足量的TMR是自由层内两个不同的MgO/CoFeB界面的结果。具体地，后退火期间两个不同的MgO/CoFeB界面可能导致薄CoFeB层中的晶向失配。

在本公开的一方面，磁性隧道结(MTJ)器件包括自由层、阻挡层和固定层。在一种配置中，自由层与阻挡层对接。具体地，自由层具有与阻挡层一致的晶体结构。非晶包覆层与自由层对接。在这种配置中，非晶包覆层防止与自由层的界面处的结晶化。相反，结晶化发生在自由层与阻挡层之间的界面处。结果，自由层的晶体结构由阻挡层的晶体结构来确定。

图1解说了根据本公开的一个方面的垂直磁性隧道结(pMTJ)结构的截面视图。代表性地，pMTJ结构100被形成在基板102上。pMTJ结构100可被形成在半导体基板(诸如硅基板)或任何其他替代的合适的基板材料上。pMTJ结构100可包括第一电极104、晶种层106、第一合成反铁磁性(SAF)层108、SAF耦合层110和第二SAF层112。pMTJ结构100还包括基准层114、阻挡层116、自由层118、盖层120(也称作包覆层)和第二电极122。pMTJ结构100可用于各种类型的器件，诸如半导体存储器器件(例如磁性随机存取存储器(MRAM))。

在这种配置中，第一电极104和第二电极122包括导电材料(例如，钽(Ta))。在其他配置中，第一电极104和/或第二电极122可包括其他适当的材料，包括但不限于铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、或其他类似的导电材料。第一电极104和第二电极122也可在pMTJ结构100内使用不同的材料。

晶种层106形成在第一电极104上。晶种层106可为第一SAF层108提供机械和晶体基板。晶种层106可以是复合材料，包括但不限于镍镉(NiCr)、镍铁(NiFe)、NiFeCr、或用于晶种层106的其他合适材料。当晶种层106生长或以其他方式耦合至第一电极104时，在晶种层106中得到平滑且密集的晶体结构。在这种配置中，晶种层106根据特定的晶向促进pMTJ结构100中后续形成的诸层的生长。晶种层106的晶体结构可被选择成密勒指数标记系统内的任一晶向，但通常被选取成(111)晶向。

第一SAF层108形成在晶种层106上。第一SAF层108可以是单层材料，或者可以是多层材料叠层，其形成在晶种层106上。用于第一SAF层108的所述多层材料叠层可以是铁磁材料或某种材料组合，以便在该第一SAF层108中创建铁磁矩。用于形成第一SAF层108的多层材料叠层包括但不限于钴(Co)、与其他材料(诸如镍(Ni)、铂(Pt)、或者钯(Pd))组合的钴、或者其他类似的铁磁材料。

SAF耦合层110形成在第一SAF层108上，并且促进第一SAF层108与第二SAF层112之间的磁耦合。SAF耦合层110包括辅助该耦合的材料，包括但不限于钌(Ru)、钽(Ta)、钆(Gd)、铂(Pt)、铪(Hf)、锇(Os)、铑(Rh)、铌(Nb)。铽(Tb)、或者其他类似材料。SAF耦合层110还可包括为第一SAF层108和第二SAF层112提供机械和/或晶体结构支持的材料。

第二SAF层112形成在SAF耦合层110上。第二SAF层112可使用与第一SAF层108类似的材料，但可包括其他材料。第一SAF层108、SAF耦合层110和第二SAF层112的组合形成了SAF结构124，该结构通常被称为pMTJ结构100中的“钉扎层”。SAF结构124通过反铁磁耦合来固定或钉扎SAF结构124的磁化方向。SAF结构124可包括钴铁硼(CoFeB)膜。SAF结构124还可包括其他铁磁材料层，诸如CoFeTa、NiFe、Co、CoFe、CoPt、CoPd、FePt，或者Ni、Co和Fe的任何合金。

基准层114形成在SAF结构124上。基准层114为阻挡层116提供晶向。和晶种层106一样，在基准层114中使用的材料为要在特定晶向生长的后续层提供模板。该取向可以是密勒指数系统内的任一方向，但是通常在(100)(或者(001))晶向上。基准层114也可以是第二SAF层112的最后一层，但是为了便于解释而被示为单独的层。

阻挡层116(也被称为隧道阻挡层)形成在基准层114上。阻挡层为SAF结构124与自由层118之间行进的电子提供隧道阻挡。可包括镁氧化物(MgO)的阻挡层116形成在基准层114上，并且可具有某种晶体结构。阻挡层的晶体结构可在(100)方向上。阻挡层116可包括其他元素或者其他材料，诸如铝氧化物(AlO)、铝氮化物(AlN)、铝氮氧化物(AlON)、或者其他无磁性或介电材料。阻挡层116的厚度被形成为使得当偏压被施加于pMTJ结构100时电子能从SAF结构124通过阻挡层116隧穿到自由层118。

可以是钴铁硼(CoFeB)的自由层118形成在阻挡层116上。当最初被沉积在阻挡层116上时，自由层118是非晶结构。也就是说，当最初被沉积在阻挡层116上时，自由层118不具有晶体结构。自由层118也是铁磁层或者多层材料，其可以是与SAF结构124相同的铁磁材料或者可使用不同的材料。

在这种配置中，自由层118包括未被固定或钉扎在指定磁性取向上的铁磁材料。自由层118的磁化取向能旋转成处于与SAF结构124的钉扎磁化平行或者反平行的方向。隧穿电流取决于SAF结构124和自由层118的相对磁化方向而垂直地流经阻挡层116。

盖层120形成在自由层118上。盖层120可以是介电层或其他绝缘层，以便允许磁场和电场被包含在自由层118与SAF结构124之间。盖层120帮助减少用于将pMTJ结构100从一个取向(例如平行)切换到另一取向(例如反平行)的开关电流密度。盖层120(也可被称作包覆层)可以是氧化物，诸如举例而言非晶铝氧化物(AlOx)或者非晶铪氧化物(HfOx))。盖层120还可以是其他材料，诸如镁氧化物(MgO)或者其他介电材料，而不脱离本公开的范围。

在这种配置中，在最初被沉积在自由层118上时，盖层120是非晶的。也就是说，在最初被沉积时，盖层120是非晶的，并且因此不具有整体晶体结构。尽管盖层120的一些部分可能是晶体的，盖层120的整体结构并不提供可在后续处理(例如退火)期间被转移至自由层118的模板或其他生长图案。

第二电极122形成在盖层120上。在一配置中，第二电极122包括钽。替换地，第二电极122包括用于pMTJ结构100与电路的其他器件或部分进行电连接的任何其他合适的导电材料。在盖层120上形成第二电极122完成了pMTJ结构100。

图2解说了根据本公开的一个方面的pMTJ结构的存储层(例如自由层)。图1的pMTJ结构100的一部分200进一步在图2中解说，该部分包括基准层114、阻挡层116、自由层118和盖层120。自由层118包括第一层202和第二层204。第一层202可以是自由层118内的富铁层。第二层204可以是自由层118内的富钴层。在这种配置中，自由层118的晶化沿着晶体生长方向206开始于自由层118与阻挡层116之间的界面210处。

如图1中所讨论的，阻挡层116具有晶向。阻挡层116最初具有非晶结构。阻挡层116的晶向可以从基准层114获得。然而，阻挡层116的晶向也可以通过用于在基准层114上形成阻挡层116的特性和/或沉积技术获得。在这种配置中，阻挡层116的晶向以晶体生长方向206被转移至自由层118。如图2中所示，阻挡层116的晶向被转移至第二层204。

由于第二层204(例如CoFeB层)在被沉积在阻挡层116上时是非晶的，因此后续处理步骤将阻挡层116的晶体结构转移至第二层204。这些后续处理步骤可以是用于控制晶向从阻挡层116转移到第二层204的退火步骤或其他处理步骤。这些后续处理步骤还控制晶体生长方向206。具体地，晶体生长在晶体生长方向206上持续穿过第二层204。

由于盖层120和第一层202是非晶的，存在沿着晶体生长方向208从盖层120到第一层202的减弱的晶向转移。如此，pMTJ结构100的部分200的晶向源自于阻挡层116的晶体结构，而晶化在晶体生长方向206上从界面210进行。由于在晶体生长方向208上存在减弱的生长或者没有生长，因此在自由层118内(例如在第二层204和/或第一层202内)有较少的竞争晶向或晶格失配。沿着晶体生长方向206对通过自由层118的晶体生长的这种控制允许增加的隧穿磁阻(TMR)。在这种配置中，由于盖层120降低了偏移晶向模板(offsettingcrystalline orientation template)从盖层120到自由层118中的传播，pMTJ结构100的TMR得以增加。

在第二层204是CoFeB层的一部分的配置中，第二层204由60％铁、20％钴和20％硼构成。第二层204促进了阻挡层116与第二层204之间的界面210中的垂直磁各向异性(PMA)。促进阻挡层116与第二层204之间的界面210中的PMA改善了pMTJ结构100的性能。如在本公开的范围内预想了CoFeB的其他构成，或者其他材料合金和构成。

随着自由层118在退火或其他后续处理步骤期间变为晶体结构，第二层204还帮助维持阻挡层116的晶向。当包含CoFeB时，由于铁氧界面，第二层204产生更高的PMA。该铁氧轨道杂化是CoFeB/Mgo界面的强PMA的起因。在本公开的该方面，维持阻挡层116的取向增加了pMTJ结构100的TMR。阻挡层116的晶向可被转移至自由层118的整个部分，包括第一层202的一部分或者全部。替换地，阻挡层116的晶向仅被转移至自由层118的一部分。当采用诸如AlOx或HfOx之类的材料时，盖层120的非晶本质不允许晶体结构从盖层120进入到自由层118中。结果，自由层118的晶体结构在自由层118内被终结。晶体结构终结于自由层118也增加了自由层118与盖层120之间的界面220处的PMA。

在第一层202是CoFeB层的一部分的配置中，第一层202具有60％钴、20％铁和20％硼的构成。如在本公开的范围内预想了CoFeB的其他构成，或者其他材料的合金和构成。在这种配置中，第一层202促进了盖层120与第一层202之间的界面220中的PMA。促进盖层120与第一层202之间的界面220中的PMA改善了pMTJ结构100的性能。进一步，第一层202具有比第二层204低的磁矩。第一层202的更低磁矩有助于降低pMTJ结构100上的退磁效应。这也增加了采用本公开的该方面的pMTJ结构100的PMA。

尽管被示为不同层，第二层204和第一层202可以是一渐变层。在这种配置中，铁和钴的百分含量因变于从界面210到阻挡层116的距离和/或因变于到盖层120的距离而变化。进一步，在不脱离本公开的范围的情况下，可使用其他铁磁材料来取代第二层204和第一层202中的铁。在这种配置中，在自由层118内从第二层204到第一层202的变化不允许自由层118内的晶体结构像在后续处理步骤期间般迅速发展。晶体转移率的变化也降低了将晶向和结构转移至盖层120的机会。在自由层118内晶化率的这种变化允许对自由层118的结构的附加控制。对自由层118的这种附加控制也可增加pMTJ结构100的TMR和PMA。

自由层118可具有约20到25埃的厚度。第二层204可以是约5埃厚，而第一层202可以是约20埃厚。其他厚度是可能的，而保持在本公开的范围内。盖层120可以是约10埃厚。随着盖层120厚度降低，采用AlOx或者其他非晶材料的盖层120保持非晶，且降低了到自由层118中的晶体生长。这增加了自由层118与盖层120之间的界面220处的PMA。

图3解说了根据本公开的一个方面的自由层118中的插入层302。如果指定了对自由层118中晶向的形成的附加抵抗力，则图3中示出的插入层302可被包括在自由层118中。pMTJ结构100可包括具有插入层302的结构300。如果需要，插入层302可以是与自由层118中所使用的不同的材料。此类材料可包括钽(Ta)、钌(Ru)、铜(Cu)或者其他材料。

在这种配置中，插入层302被包括以便进一步减缓任何晶向在晶体生长方向208上从盖层120穿过自由层118的前进。插入层302也可或替换地被包括，以便停止在晶体生长方向206上来自阻挡层116的任何晶向的生长。进一步，包括插入层302可通过维持阻挡层116和自由层118的界面210处的晶向来增加pMTJ结构100的PMA。包括插入层302也可防止阻挡层116的晶向前进到自由层118的第一层202部分。包括插入层302也可降低总磁矩，并且可降低pMTJ结构100内的结构300的退磁效应。

图4是解说本公开的一个方面的在pMTJ器件中形成具有非晶盖层的双界面自由层的方法400的过程流图。在过程框402，沉积固定层。在过程框404，阻挡层被沉积在固定层上。该阻挡层具有晶体结构。例如，如图2所示，阻挡层116被沉积在固定层(例如基准层114)上。在过程框406，非晶自由层被沉积在阻挡层上。在过程框408，非晶包覆层被沉积在自由层上。例如，如图2中所示，自由层118被沉积在阻挡层116上。另外，盖层120被沉积在自由层118上。

在过程框410，执行pMTJ的退火以使得自由层采用阻挡层的晶体结构。再次参考图2，盖层120是非晶的，由此防止在与自由层118的界面220处的晶化。相反，晶化发生在自由层118与阻挡层116之间的界面210处。结果，在本公开的该方面，自由层118的晶体结构由阻挡层116的晶体结构来确定。

根据本公开的进一步方面，描述了磁性隧道结(MTJ)。在一种配置中，该MTJ包括固定层和该固定层上的阻挡层。此种MTJ还包括用于与阻挡层对接的装置。该用于对接的装置具有与阻挡层一致的晶体结构。该对接装置可以是如关于图1描述的自由层118。该MTJ还包括与对接装置对接的非晶包覆层。在另一方面，前述装置可以是被配置成执行由前述装置所描述的功能的任何层、任何界面或结构。

图5是示出其中可有利地采用本公开的一方面的示例性无线通信系统500的框图。出于解说目的，图5示出了三个远程单元520、530和550以及两个基站540。将认识到，无线通信系统可具有远多于此的远程单元和基站。远程单元520、530和550包括IC器件525A、525C和525B，这些IC器件包括所公开的pMTJ器件。将认识到，其他设备也可包括所公开的pMTJ器件，诸如基站、交换设备、和网络装备。图5示出了从基站540到远程单元520、530和550的前向链路信号580，以及从远程单元520、530和550到基站540的反向链路信号590。

在图5中，远程单元520被示为移动电话，远程单元530被示为便携式计算机，而远程单元550被示为无线本地环路系统中的固定位置远程单元。例如，这些远程单元可以是移动电话、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元(诸如个人数据助理)、启用GPS的设备、导航设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、固定位置数据单元(诸如仪表读数装置)、或者存储或取回数据或计算机指令的其他设备、或者其组合。尽管图5解说了根据本公开的各方面的远程单元，但本公开并不被限定于所解说的这些示例性单元。本公开的各方面可以合适地在包括所公开的pMTJ器件的许多设备中使用。

图6是解说用于半导体组件(诸如以上公开的pMTJ器件)的电路、布局以及逻辑设计的设计工作站的框图。设计工作站600包括硬盘601，该硬盘601包含操作系统软件、支持文件、以及设计软件(诸如Cadence或OrCAD)。设计工作站600还包括促成对电路610或半导体组件612(诸如pMTJ器件)的设计的显示器602。提供存储介质604以用于有形地存储电路610或半导体组件612的设计。电路610或半导体组件612的设计可以用文件格式(诸如GDSII或GERBER)存储在存储介质604上。存储介质604可以是CD-ROM、DVD、硬盘、闪存、或者其他合适的设备。此外，设计工作站600包括用于从存储介质604接受输入或者将输出写到存储介质604的驱动装置603。

存储介质604上记录的数据可指定逻辑电路配置、用于光刻掩模的图案数据、或者用于串写工具(诸如电子束光刻)的掩模图案数据。该数据可进一步包括与逻辑仿真相关联的逻辑验证数据，诸如时序图或网电路。在存储介质604上提供数据通过减少用于设计半导体晶片的工艺数目来促成电路610或半导体组件612的设计。

软件应当被宽泛地解释成意为指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行件、执行的线程、规程、函数等，无论其是用软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、还是其他术语来述及皆是如此。软件可驻留在计算机可读介质上。作为示例，计算机可读介质可包括存储器，诸如磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如，压缩碟(CD)、数字多用碟(DVD))、智能卡、闪存设备(例如，记忆卡、记忆棒、钥匙型驱动器)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦式PROM(EPROM)、电可擦式PROM(EEPROM)、寄存器、或可移动盘。尽管在贯穿本公开给出的各种方面中将存储器示为与处理器分开，但存储器可在处理器内部(例如，高速缓存或寄存器)。

对于固件和/或软件实现，这些方法体系可以用执行本文所描述功能的模块(例如，规程、函数等等)来实现。有形地体现指令的机器可读介质可被用来实现本文所述的方法体系。例如，软件代码可被存储在存储器中并由处理器单元来执行。存储器可以在处理器单元内或在处理器单元外部实现。如本文所用的，术语“存储器”是指长期、短期、易失性、非易失性类型存储器、或其他存储器，而并不限于特定类型的存储器或存储器数目、或记忆存储在其上的介质的类型。

如果以固件和/或软件实现，则功能可作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上。示例包括编码有数据结构的计算机可读介质和编码有计算机程序的计算机可读介质。计算机可读介质包括物理计算机存储介质。存储介质可以是能被计算机存取的可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质；如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘常常磁性地再现数据，而碟用激光光学地再现数据。上述的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。

除存储在计算机可读介质上之外，指令和/或数据可作为信号在包括于通信装置的传输介质上提供。例如，通信装置可包括具有指示指令和数据的信号的收发机。这些指令和数据被配置成使一个或多个处理器实现权利要求中叙述的功能。

尽管已详细描述了本公开及其优势，但是应当理解，可在本文中作出各种改变、替代和变更而不会脱离如由所附权利要求所定义的本公开的技术。例如，诸如“上方”和“下方”之类的关系术语是关于基板或电子器件使用的。当然，如果该基板或电子器件被颠倒，则上方变成下方，反之亦然。此外，如果是侧面取向的，则上方和下方可指代基板或电子器件的侧面。而且，本申请的范围并非旨在被限定于说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定配置。如本领域的普通技术人员将容易从本公开领会到的，根据本公开，可以利用现存或今后开发的与本文所描述的相应配置执行基本相同的功能或实现基本相同结果的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在其范围内。

技术人员将进一步领会，结合本文的公开所描述的各种解说性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为了清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、以及步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的范围。

结合本文的公开所描述的各种解说性逻辑框、模块、以及电路可用设计成执行本文中描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器、或者任何其他此类配置。

结合本公开所描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或者本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。替换地，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员而言将容易是显而易见的，并且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变型而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖特征一致的最广义的范围。

应该理解，所公开的方法中各步骤的具体次序或阶层是示例性过程的解说。基于设计偏好，应该理解，可以重新编排这些方法中各步骤的具体次序或阶层。所附方法权利要求以样本次序呈现各种步骤的要素，且并不意味着被限定于所呈现的具体次序或阶层，除非在本文中有特别叙述。

提供先前描述是为了使本领域任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。对这些方面的各种改动将容易为本领域技术人员所明白，并且在本文中所定义的普适原理可被应用于其他方面。因此，权利要求并非旨在被限定于本文中所示出的各方面，而是应被授予与权利要求的语言相一致的全部范围，其中对要素的单数形式的引述并非旨在表示“有且仅有一个”(除非特别如此声明)而是“一个或多个”。除非特别另外声明，否则术语“一些”指的是一个或多个。引述一列项目中的“至少一个”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。作为示例，本公开通篇描述的各种方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效方案通过引述被明确纳入于此，且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文中所公开的任何内容都并非旨在贡献给公众，无论这样的公开是否在权利要求书中被显式地叙述。权利要求的任何要素都不应当在35U.S.C.§112第六款的规定下来解释，除非该要素是使用措辞“用于……的装置”来明确叙述的或者在方法权利要求情形中该要素是使用措辞“用于……的步骤”来叙述的。

Claims (16)

1.一种磁性隧道结MTJ，包括：

固定层；

所述固定层上的阻挡层；

包括第一层和第二层以及所述第一层与所述第二层之间的插入层的非晶自由层，其中所述第二层与所述阻挡层对接，所述第二层具有与所述阻挡层一致的晶体结构，其中所述插入层由不同于所述非晶自由层的材料构成；以及

与所述第一层对接的非晶包覆层，

其中所述插入层被配置成减缓任何晶向从所述非晶包覆层穿过所述自由层的前进和/或停止来自所述阻挡层的任何晶向的生长。

2.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述阻挡层包括镁氧化物(MgO)。

3.如权利要求2所述的MTJ，其特征在于，所述非晶包覆层包括铝氧化物(AlOx)。

4.如权利要求2所述的MTJ，其特征在于，所述非晶包覆层包括铪氧化物(HfOx)。

5.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述第一层具有比所述第二层更低的磁矩。

6.如权利要求1所述的MTJ，其特征在于，所述第一层和所述第二层包括钴铁硼(CoFeB)。

7.如权利要求1所述的MTJ，所述MTJ被集成到移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元、和/或固定位置数据单元中。

8.一种制造磁性隧道结MTJ器件的方法，包括：

沉积固定层；

在所述固定层上沉积阻挡层，所述阻挡层具有晶体结构；

在所述阻挡层上沉积非晶自由层，其中沉积所述非晶自由层包括沉积第一层和沉积第二层，所述第二层与所述阻挡层对接；

在所述第一层与所述第二层之间沉积插入层，其中所述插入层由不同于所述非晶自由层的材料构成；

在所述非晶自由层的所述第一层上沉积非晶包覆层，所述第一层与所述非晶包覆层对接；以及

使所述MTJ器件退火，以使得所述非晶自由层采用所述阻挡层的晶体结构，

其中所述插入层被配置成减缓任何晶向从所述非晶包覆层穿过所述自由层的前进和/或停止来自所述阻挡层的任何晶向的生长。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一层具有比所述第二层更低的磁矩。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一层和所述第二层包括钴铁硼(CoFeB)。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述阻挡层包括镁氧化物(MgO)。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述非晶包覆层包括铝氧化物(AlOx)。

13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述非晶包覆层包括铪氧化物(HfOx)。

14.如权利要求8所述的方法，进一步包括将所述MTJ器件集成到移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元、和/或固定位置数据单元中。

15.一种磁性隧道结MTJ，包括：

固定层；

所述固定层上的阻挡层；

包括第一层和用于与所述阻挡层对接的装置以及所述第一层与所述用于与所述阻挡层对接的装置之间的插入层的非晶自由层，所述用于与所述阻挡层对接的装置具有与所述阻挡层一致的晶体结构，其中所述插入层由不同于所述非晶自由层的材料构成；以及

与所述第一层对接的非晶包覆层，

其中所述插入层被配置成减缓任何晶向从所述非晶包覆层穿过所述自由层的前进和/或停止来自所述阻挡层的任何晶向的生长。

16.如权利要求15所述的MTJ，其特征在于，所述MTJ被集成到移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、计算机、手持式个人通信系统(PCS)单元、便携式数据单元、和/或固定位置数据单元中。