CN106463168A - 具有磁性接触部的自旋转移矩存储器(sttm)器件 - Google Patents

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Abstract

公开了用于形成包括磁性隧道结(MTJ)(例如，具有磁性接触部的自旋转移矩存储器(STTM)器件)的集成电路结构的技术。该技术包括并入附加磁性层(例如，与磁性接触层类似或相同的层)，以使得该附加磁性层反铁磁地(或者以大体上反平行的方式)耦合。附加磁性层可以有助于平衡磁性接触层的磁场，以限制将以其它方式由磁性接触层引起的寄生边缘场。该附加磁性层可以例如通过在两个磁性层之间包括非磁性间隔体层来反铁磁地耦合到磁性接触层，由此创建合成的反铁磁体(SAF)。该技术可以例如有益于具有与MTJ叠置体的层大体上共线或大体上共面的磁性方向的磁性接触部。

Description

具有磁性接触部的自旋转移矩存储器(STTM)器件
背景技术
自旋转移矩存储器(STTM)器件(例如，自旋转移矩随机存取存储器(STT-RAM)器件)使用基于自旋的存储器技术并包括可以储存至少一比特信息的磁性隧道结(MTJ)。典型地，MTJ具有固定磁性层和自由磁性层，并且自由层中的磁化方向确定MTJ是处于高电阻率状态还是低电阻率状态(例如，其储存1还是0)。以此方式，STTM是非易失类型的存储器。切换MTJ的自由层的磁性方向(例如，在写周期期间)所需要的电流被称为临界电流。
附图说明
图1A示出了包括磁性接触部/过孔和非磁性接触部/过孔的示例性自旋转移矩存储器(STTM)器件。
图1B示出了由图1A的磁性接触部/过孔引起的边缘场。
图2示出了根据本公开内容的一个或多个实施例的形成具有至少一个磁性接触部的STTM器件的方法。
图3A-3I示出了根据各种实施例的当执行图2的方法时形成的示例性结构。
图3J示出了根据实施例的图3I的STTM器件，其示出了磁性层的磁矩(moments ofmagnetization)和边缘场。
图4示出了根据实施例的包括一个磁性接触部和一个非磁性接触部的示例性STTM器件。
图5示出了根据实施例的包括具有共面磁矩的磁性接触部的示例性STTM器件。
图6示出了根据各种示例性实施例的利用使用本文中所公开的技术和/或结构形成的集成电路结构或器件(例如，STTM器件)来实现的计算系统。
具体实施方式
公开了用于形成包括磁性隧道结(MTJ)(例如，具有磁性接触部的自旋转移矩存储器(STTM)器件)的集成电路结构的技术。该技术包括并入附加磁性层(例如，与磁性接触层类似或相同的层)，以使得该附加磁性层反铁磁地耦合(或者以大体上反平行的方式)。附加磁性层可以有助于平衡磁性接触层的磁场，以限制将以其它方式由磁性接触层引起的寄生边缘场。该附加磁性层可以例如通过在两个磁性层之间包括非磁性间隔体层来反铁磁地耦合到磁性接触层，由此创建了合成反铁磁体(SAF)。该技术可以例如有益于具有与MTJ叠置体的层大体上共线或大体上共面的磁性方向的磁性接触部。鉴于本公开内容，许多构造和变型将显而易见。
总体概述
在例如自旋转移矩存储器(STTM)中使用至磁性隧道结(MTJ)的磁性接触部出现了重大问题。图1A示出了包括磁性接触部/过孔和非磁性接触部/过孔的示例性STTM器件。如可以看到的，STTM器件包括由固定磁性层112和自由磁性层116、以及设置在它们之间的隧道阻挡层114构成的MTJ叠置体110。MTJ叠置体110电连接到磁性过孔102和非磁性过孔104，并且由此，过孔102和104是用于MTJ叠置体110的接触部。另外，结构如所示出的被层间电介质(ILD)100、101包围。图1B示出了由图1A的磁性接触部/过孔引起的边缘场。用箭头指示磁性过孔102和相关的边缘/偏离磁场140的磁矩。如可以看到的，边缘场140进入MTJ叠置体110，这会引起不期望的问题。这些问题可以包括例如干涉MTJ叠置体110的自由层116的磁性方向，使得其a)变弱并较容易切换(例如，当与磁性过孔102的方向相对时)，或者b)变强并较难切换(例如，当与磁性过孔102的方向平行时)。此外，在一些实例中，磁性过孔102的边缘场140可以使得切换自由层116如此容易从而仅仅是读取STTM器件的动作就可能引起自由层116的不期望的切换。其它示例性问题可以包括，边缘场140可以改变切换器件所需要的临界电流，并且还可以改变高电阻率状态和低电阻率状态的电阻比(例如，不管其正储存1还是储存0)。其它示例性问题可以包括，边缘场140可以干涉相邻的部件(例如，相邻的STTM器件中的其它MTJ叠置体)。
因此，并且根据本公开内容的一个或多个实施例，公开了用于形成具有磁性接触部的STTM器件的技术。如鉴于本公开内容将显而易见的，在一些实施例中，以上所述的使用用于STTM器件(或者用于包括MTJ的其它器件)的磁性接触部/过孔伴随的问题可以通过并入另一个磁性层(被插入的)来进行限制，从而附加磁性层反铁磁地耦合或者以大体上反平行的方式(例如，其中磁性层的磁矩大体上反平行)耦合。以此方式，来自附加磁性层的磁场可以平衡或者几乎平衡磁性接触层的磁场，因此限制了磁性接触层的寄生边缘场。在一些实施例中，两个磁性层可以被间隔体层(例如，钌(Ru)层)间隔开，该间隔体层有助于两个磁性层的反铁磁耦合。在一些实施例中，磁性层(例如，铁磁层)、和设置在它们之间的间隔体层创建了合成反铁磁体(SAF)。
在一些实施例中，至MTJ的仅一个接触部可以是磁性的(并且包括反铁磁地与其耦合的附加磁性层)，而在其它实施例中，至MTJ的两个接触部都可以是磁性的(其中，每个磁性接触部都包括反铁磁地与其耦合的对应的附加磁性层)。尽管完美的反铁磁耦合将对于减少由磁性接触部的磁场引起的寄生边缘场是优选的，但是与对应的附加磁性层的反铁磁耦合不需要是完美的。换句话说，所耦合的磁性层不需要被耦合，以使得磁性层的磁矩精确地反平行(或精确地平衡)。在一些实施例中，益处可以通过将磁性接触层与附加磁性层耦合以使得磁性层的磁矩大体上反平行(例如，在精确地反平行的15度内)来实现。在一些实施例中，STTM器件可以被配置为使得两个耦合的磁性层的磁矩大体上共线(例如，大体上朝向彼此指向或大体上远离彼此指向)。在一些实施例中，STTM器件可以被配置为使得两个耦合的磁性层的磁矩大体上共面(例如，在两个大体上平行的平面中远离彼此指向)。
在进行分析时(例如，使用扫描/透射电子显微镜法(SEM/TEM)和/或复合映射)，根据一个或多个实施例配置的结构将有效地示出包括具有至少一个磁性接触部和与其耦合的附加磁性层的MTJ(例如，STTM器件)的集成电路结构，如本文中以各种方式描述的。例如，在一些实施例中，磁性接触部可以与附加磁性层(例如，用于创建SAF)反铁磁地耦合，而在一些实施例中，磁性接触层的磁矩可以与附加磁性层的磁矩大体上反平行(或大体上平衡)。在一些实施例中，反铁磁地耦合磁性层(或者以大体上反平行的方式使它们耦合)可以有助于限制寄生边缘场负面地影响器件的MTJ(它们是该器件的一部分)和/或负面地影响相邻的器件。鉴于本公开内容，许多构造和变型将显而易见。
架构和方法
图2示出了根据本公开内容的一个或多个实施例的形成具有至少一个磁性接触部的自旋转移矩存储器(STTM)器件的方法200。如鉴于本公开内容将显而易见的，每个磁性接触部都包括对应的磁性过孔层，并且磁性层被间隔体层间隔开，间隔体层反铁磁地使磁性层耦合或者以大体上反平行的方式使它们耦合。图3A-3I示出了根据各种实施例的当执行图2的方法200时所形成的示例性结构。尽管本文中所公开的结构和技术在STTM器件的背景下进行了主要说明和描述，但是如本文中以各种方式公开的类似原理和技术可以用于其它集成电路结构。例如，本文中所描述的技术可以用于包括磁性隧道结(MTJ)的其它结构，例如，磁阻性随机存取存储器(MRAM)或热辅助的开关MRAM(TAS-MRAM)。换句话说，本文中所描述的技术可以在将受益于一个或多个SAF接触部的使用的任何适合的结构或器件中使用以例如有助于减少或消除来自与使用磁性接触部相关联的边缘场的影响。
如可以在图2中看到的，根据实施例，方法200包括提供202包括下部磁性过孔的衬底，例如图3A中所示出的衬底。图3A示出了可以形成具有SAF接触部的STTM器件于其上的示例性衬底。在该示例性实施例中，衬底包括第一(或下部)磁性过孔302，在磁性过孔302的任一侧上具有层间电介质(ILD)300。磁性过孔302可以是导向例如位线的互连件或者可以延伸到该互连件，如鉴于本公开内容将显而易见的。磁性过孔302可以使用任何适合的工艺、由任何适合的导电磁性材料(或者材料的组合)形成，并且如对于给定的目标应用或最终用途所期望的，可以定制磁性过孔302(例如，厚度、深度、等等)的尺寸。例如，在一些情况下，磁性过孔302可以由一种或多种铁磁材料(例如，铁(Fe)、钴(Co)、和/或(Ni))组成。在一些情况下，磁性过孔302可以包括锰(Mn)、CoFeB、或者任何其它适合的磁性材料。在一些实施例中，磁性过孔302可以电接地或电连接到电压源(例如，晶体管或二极管)。在一些这样的实施例中，磁性过孔302电接地还是电连接到电压源可以取决于随后沉积的MTJ叠置体的方位，如鉴于本公开内容将显而易见的。另外，根据MTJ叠置体的方位(例如，叠置体被形成为具有位于叠置体的底部还是顶部上的自由磁性层)，磁性过孔302可以电连接到位线或字线。ILD 300可以使用任何适合的技术、由任何适合的电介质或绝缘体材料(或这些材料的组合)组成。例如，在一些情况下，电介质300可以包括诸如二氧化硅(SiO2)或碳掺杂的氧化物(CDO)之类的氧化物、硅氮化物、诸如八氟环丁烷、聚四氟乙烯、氟硅酸盐玻璃(FSG)之类的有机聚合物、和/或诸如倍半硅氧烷、硅氧烷、或有机硅酸盐玻璃之类的有机硅酸盐。
如还可以在图3A中看到的，磁性过孔302在该示例性情况下包括位于任一侧上的可选层303，其中可选层303位于磁性过孔302与ILD 300之间。可选层303(和本文中所描述的其它可选层)可以呈现为有助于(如本文中以各种方式描述的磁性过孔和/或磁性接触部的)磁性材料不扩散到周围的ILD材料中；然而，在一些实施例中，可选层可以不包括在磁性层中的任何磁性层的任一侧上。可选层303可以包括非磁性包覆层，例如氮化钛(TiN)、钽(Ta)、或一些其它适合的材料。在一些实例中，可选层303可以是阻挡层以例如有助于为对应的相邻磁性层(例如，在该示例性情况下，磁性过孔202)提供磁性屏蔽。可选层303可以具有从1到15nm的范围的厚度(例如，磁性过孔302与ILD 300之间的尺寸)，或取决于给定的目标应用或最终用途的一些其它适合的厚度，。
根据实施例，方法200继续在图3A中示出的衬底上沉积204间隔体层322和磁性接触层332，以形成图3B中所示出的示例性结构。可以使用任何适合的工艺或技术来执行间隔体层322和磁性接触层332的沉积204。例如，可以使用物理气相沉积(PVD)工艺(例如溅射沉积)、化学气相沉积(CVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺、和/或分子束外延(MBE)工艺来执行沉积204。磁性接触层332最终成为至STTM器件的MTJ叠置体的磁性接触部，如鉴于本公开内容将显而易见的。间隔体层322(也被称为耦合层)是磁性过孔302与磁性接触层332之间的夹层，其允许两个磁性层具有大体上反平行的耦合和/或反铁磁的耦合。因此，间隔体层322的具体材料和/或尺寸(例如，厚度、深度、等等)可以由磁性过孔302和/或磁性接触层332来确定，以使得间隔体层322的选定材料/厚度允许两个磁性层反铁磁地耦合。例如，根据给定的目标应用或最终用途，间隔体层322可以包括以下材料中的至少一种：钌(Ru)、锇(Os)、铼(Re)、铬(Cr)、铑(Ru)、铜(Cu)、铌(Nb)、钼(Mo)、钨(W)、铱(Ir)、钒(V)、以及它们的合金、和/或任何其它适合的材料。根据给定的目标应用或最终用途，间隔体层322还可以具有在0.5至1.5nm的范围内的厚度。在示例性实施例中，间隔体层322包括/包含钌(Ru)并具有在0.7与1.0nm之间的厚度(例如，在该示例性情况下，磁性过孔302与磁性接触层332之间的尺寸)。
磁性接触层332可以由任何适合的导电磁性材料(或材料的组合)组成并且磁性接触层332的尺寸(例如，厚度、深度、等等)可以如对于给定的目标应用或最终用途所期望地来进行定制。例如，在一些情况下，磁性接触层332可以由一种或多种铁磁材料(例如，铁(Fe)、钴(Co)、和/或镍(Ni))组成。在一些情况下，磁性接触层332可以包括CoFeB、或者赫斯勒合金或者一半的赫斯勒合金(例如，MnxGa或Co2YZ，其中，Y＝Mn、Cr、Fe并且Z＝Al、Si、Ga)或任何其它适合的(多种)磁性材料。如本文中所描述的，在一些实施例中，磁性接触部332可以被选择为与磁性过孔302反铁磁地耦合。在一些这样的实施例中，磁性接触层332可以与磁性过孔302相同或类似，以使得磁性接触层332、间隔体层322、以及磁性过孔302创建合成反铁磁体(SAF)，如本文中参考例如图3J中的实施例更详细地讨论的。
根据实施例，方法200继续沉积206磁性隧道结(MTJ)层，其包括固定层312、隧道阻挡层314、以及自由层316以形成图3C中所示出的示例性结构。可以使用本文中所描述的示例性技术(例如，PVD、CVD、ALD、MBE等等)或使用任何其它适合的技术来执行MTJ层312、314、和316的沉积206。如鉴于本公开内容将显而易见的，MTJ层312、314、和316将被蚀刻以形成MTJ叠置体310，其中，隧道阻挡层314被设置在固定层312与自由层316之间。尽管MTJ叠置体310在本文中被讨论为仅具有三个层312、314、和316，但是MTJ叠置体可以包括附加层，例如间隔体或阻挡层、附加固定磁性层和/或自由磁性层等等。因此，本公开内容的MTJ叠置体不限于仅具有固定磁性层、隧道阻挡层、以及自由磁性层，而是为了说明性目的被提供为具有这样的层。例如，在一些情况下，固定磁性层和/或自由磁性层可以包括执行与相应的层相同的功能的多个层。应当指出，尽管在该示例性实施例中，MTJ叠置体被示出为具有位于固定层上方的自由层，但是本公开内容不需要被这样限制，并且在其它实施例中，自由层可以形成在固定层下方(例如，在示例性实施例中，固定层312和自由层316的位置可以切换)。
固定磁性层312(也被称为钉扎(pinned)磁性层)可以由任何适合的磁性材料(或这样的材料的组合)形成。在一些实施例中，固定磁性层312由用于保持固定的大多数自旋的材料或材料的叠置体组成。例如，根据一些实施例，固定磁性层312可以由以下材料形成：铁(Fe)；钽(Ta)；钌(Ru)；钴(Co)；一种或多种过渡材料的合金，例如，钴-钯(CoPd)或钴-铂(CoPt)；一种或多种过渡金属和非金属的合金，例如，钴-铁-硼(CoFeB)；和/或它们中任何一种或多种的合金。在一些实施例中，固定磁性层312由单个CoFeB层构成，而在其它实施例中，固定层312例如由CoFeB/Ru/CoFeB叠置体构成。固定磁性层312可以具有任何适合的厚度，例如在一些实施例中，诸如在20-30nm的范围内的厚度。用于固定层312的其它适合的材料和厚度将取决于给定的应用并且将鉴于本公开内容而显而易见。
隧道阻挡层314可以由任何适合的电绝缘材料(或这样的材料的组合)形成。在一些实施例中，隧道阻挡层314由适于允许多数自旋的电流穿过层而阻碍(至少到一些程度)少数自旋的电流穿过层的材料组成，因为通常是用于遂穿或隧道阻挡层的情况。例如，在一些情况下，隧道阻挡层314可以由诸如氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)或任何其它适合的隧道材料之类的氧化物形成。隧道阻挡层314可以具有任何适合的厚度，例如，在一些实施例中，诸如1nm或更小的厚度。用于隧道阻挡层214的其它适合的材料和厚度将取决于给定的应用并且将鉴于本公开内容而显而易见。
自由磁性层316(也被称为存储器层)例如可以由本文中关于固定磁性层312所讨论的示例性磁性材料中的任何磁性材料形成。在一些实施例中，根据应用，自由磁性层316由适于在多数自旋与少数自旋之间转换的材料组成。此外，自由磁性层316可以被允许经受其磁化中的变化，并且因此可以在通常的意义上被认为是自由磁性层或动态磁性层。因此，在一些实例中，自由层316可以被称为铁磁存储器层。在一些示例性情况下，自由磁性层316可以被形成为单层的CoFeB。自由磁性层316可以具有任何适合的厚度，例如，在一些实施例中，在1-2nm的范围内的厚度。用于自由磁性层316的其它适合的材料和厚度将取决于给定的应用并且将鉴于本公开内容而显而易见。
根据实施例，方法200继续沉积208附加磁性接触层334和间隔体层324以形成图3D中所示出的示例性结构。可以使用本文中所描述的示例性技术(例如，PVD、CVD、ALD、MBE等等)，或使用任何其它适合的技术来执行可选层334和324的沉积208。沉积208是可选的，这是因为至MTJ叠置体310的两个接触部不需要是SAF接触部，如将在本文中更详细地描述的，例如参照图4中的实施例。然而，在该示例性实施例中，磁性接触层334和间隔体层324被沉积以稍后形成附加SAF接触部(在该示例性情况下，为上部接触部)。磁性接触层334可以包括任何适合的磁性材料(或材料的组合)，例如本文中针对磁性接触层332所讨论的材料，或任何其它适合的(多种)材料。此外，磁性接触层334的尺寸(例如，厚度、深度等等)可以如对于给定的目标应用或最终用途所期望地进行定制，并可以具有如本文中针对磁性接触层332所讨论的厚度或厚度范围，或者任何其它适合的厚度。
如鉴于本公开内容将显而易见的，间隔体层324是磁性接触层334与磁性过孔304之间的夹层，并且间隔体层324允许两个磁性层反铁磁地耦合。因此，间隔体层324的具体材料和/或尺寸(例如，厚度、深度等等)可以由磁性接触层334和/或磁性过孔304来确定，以使得间隔体层324的选定材料厚度允许两个磁性层具有大体上反平行的耦合和/或反铁磁地耦合。间隔体层324可以包括任何适合的材料(或材料的组合)，例如本文中针对间隔体层322所讨论的材料，或任何其它适合的(多种)材料。此外，间隔体层324的尺寸(例如，厚度、深度等等)可以如对于给定的目标应用或最终用途所期望地进行定制，并可以具有如本文中针对间隔体层322所讨论的厚度或厚度范围，或者任何其它适合的厚度。如本文中参照例如图3J中的实施例更详细地讨论的，磁性接触部334、间隔体层324、和磁性过孔304可以被配置为创建用于MTJ叠置体310的SAF接触部。
根据实施例，方法200继续对沉积在衬底(例如，图3A中提供的衬底)上的所有层(例如，层322、332、312、314、316、334和324)进行蚀刻210，以形成图3E中所示出的示例性结构。可以使用任何适合的蚀刻技术来执行蚀刻210并且蚀刻210可以包括任何数量的适合的图案化工艺。例如，在一些实施例中，蚀刻210可以包括任何适合的干法或湿法蚀刻工艺。在一些实施例中，可以原位执行/在没有空气阻断的情况下执行蚀刻210，或者可以非原位执行蚀刻210。在一些这样的实施例中，可以执行原位蚀刻以有助于保护MTJ叠置体210的层，举例来说，例如以有助于防止自由层216的氧化。在一些实施例中，可以使用非挥发性的蚀刻产物(例如，使用氩和/或氪离子轰击)来执行蚀刻210。
根据实施例，方法200继续沉积212层间电介质(ILD)301以形成图3F中所示出的结构。可以使用本文中所描述的示例性技术(例如，PVD、CVD、ALD、MBE等等)或使用任何其它适合的技术来执行沉积212。ILD301可以由任何适合的电介质或绝缘体材料(或这样的材料的组合)形成。例如，在一些情况下，电介质301可以包括诸如二氧化硅(SiO2)或碳掺杂的氧化物(CDO)之类的氧化物、硅氮化物、诸如八氟环丁烷、聚四氟乙烯、氟硅酸盐玻璃(FSG)之类的有机聚合物、和/或诸如倍半硅氧烷、硅氧烷、或有机硅酸盐玻璃之类的有机硅酸盐。
根据实施例，方法200继续蚀刻214ILD 301以形成/创建用于待沉积的上部过孔的开口空间350。可以使用任何适合的蚀刻技术来执行蚀刻214并且蚀刻214可以包括任何数量的适合的图案化工艺。
根据一些实施例，方法200继续沉积216上部过孔材料。可以使用本文中所描述的示例性技术(例如，PVD、CVD、ALD、MBE等等)来执行或者使用任何其它适合的技术来执行沉积216。例如，在图3H中所示出的实施例中，上部过孔材料包括沉积216在图3G中所示出的结构上的可选层305和磁性过孔层304。然而，上部过孔可以是非磁性材料，例如，如本文中参照图4中的实施例所讨论的。在图3H中所示出的示例性实施例中，可选层305被沉积并随后被蚀刻以仅在ILD 301中的开口空间350的侧上保留可选层305，并且随后，磁性过孔层304沉积在其上。然而，由于层305是可选的，所以层不需要出现。如先前所讨论的，可选层305可以被形成为有助于使磁性材料(在这个示例性情况下，为磁性过孔304)不会扩散到周围的ILD材料(在这个示例性情况下，为ILD301)中。可选层305还可以被形成为有助于提供磁性屏蔽，以例如有助于将磁性过孔304的磁场与相邻的结构屏蔽开。
根据实施例，方法200继续可选性地对图3H中的结构进行平坦化和/或抛光218以形成图3I中所示出的结构。在该示例性实施例中，平坦化/抛光218被执行为从ILD 301的顶部上去除多余的磁性过孔304材料(以及任何剩余的可选层305材料)。可以使用任何适合的技术(例如，化学机械平坦化/抛光(CMP)或任何其它适合的工艺)来执行平坦化/抛光。
在替代的实施例中，方法200可以包括在例如图3D中所示出的结构上(例如，在间隔体层324的顶部上)沉积上部过孔材料(例如，磁性过孔层304)。在这种实施例中，上部过孔层随后可以被蚀刻为具有被覆盖式沉积在衬底上的层的剩余部分以形成与图3E中所示出的结构类似的结构，除了经蚀刻的叠置体将包括位于顶部上的上部过孔(例如，磁性过孔304)。此外，在这种实施例中，ILD材料随后可以沉积在该结构之上，并且ILD的一部分可以被打开以接近上部过孔来例如建立与MTJ叠置体的顶部的电连接。鉴于本公开内容，许多其它构造和变型将显而易见。
图3J示出了根据实施例的图3I的STTM器件，其示出了磁性层的磁矩和边缘场。如可以在图3J中的示例性实施例中看到的，磁性过孔302具有磁矩M1和边缘场341，磁性接触部332具有磁矩M2和边缘场342，磁性接触部334具有磁矩M3和边缘场343，并且磁性过孔304具有磁矩M4和边缘场344。出于说明性目的，用虚线箭头来指示每个磁性层的磁矩，并且用虚线的椭圆指示边缘场，该椭圆包括示出边缘场的磁性方向的箭头。此外，间隔体层322将磁性过孔302与磁性接触部332反铁磁地耦合，并且间隔体层324将磁性过孔304与磁性接触部334反铁磁地耦合。如还可以在该示例性实施例中看到的，M1与M2反平行并且共线，并且M3与M4反平行并且共线。应当指出，磁矩还与MTJ叠置体310共线。还应当指出，尽管在该示例性实施例中，经耦合的磁性层的共线磁矩(在该示例情况下，为M1/M2和M3/M4)朝向彼此指向，但是在另一个示例性实施例中，经耦合的磁性层的共线磁矩可以被定向为远离彼此指向。在一些实例中，磁性接触部可以与磁性过孔类似或相同(例如，类似或相同的材料)，除了磁性接触部可以在相对于磁性过孔反平行的方向上对齐(例如，如图3J中所示出的)。在一些实施例中，磁性过孔/磁性接触部的组合的磁矩(在该示例性情况下，为M1/M2和M3/M4)可以大体上反平行，以有助于减少它们的各自的边缘场的影响。因此，在一些实施例中，磁矩不需要精确地反平行或完美地反铁磁地耦合(例如，磁矩可以具有至少几乎平衡的反铁磁的耦合)以有助于限制或完全减少磁性层的寄生边缘场。
如可以在图3J中看到的，磁性过孔302、304的边缘场341、344分别不侵入MTJ叠置体310，这是因为磁性过孔302、304的磁场分别被磁性接触部332、334平衡。应当指出，边缘场341、344可以与图1B中的边缘场140进行比较，以看出边缘场位置相对于MTJ叠置体的区别。还应当指出，在该示例性实施例中，磁性接触部332、334的边缘场342、343不侵入MTJ叠置体310，这是因为磁性接触部332、334的磁场分别被磁性过孔302、304平衡。因此，将附加磁性层与磁性过孔/接触层反铁磁地(或者以大体上反平行的方式)耦合有助于限制寄生的边缘场。在一些实施例中，大体上反平行可以表示在精确地反平行的5、10、15、20、25、或30度内，或者在如鉴于本公开内容将显而易见的一些其它适合的度量内。
在该示例性实施例中，图3J中的磁性层被配置为使得302/322/332和304/322/332层叠置体均形成至MTJ叠置体310的合成反铁磁(SAF)接触部。换句话说，在该示例性实施例中，每个磁性过孔/间隔体层/磁性接触部叠置体形成至MTJ叠置体310的SAF接触部。在一些实施例中，如鉴于本公开内容将显而易见的，磁性过孔/间隔体层/磁性接触部叠置体可以包括Co/Ru/Co、Co/Ru/CoFeB、CoFeB/Ru/CoFeB、CoFeB/Ru/Co，或一些其它适合的组合。层的尺寸(例如，厚度、深度等等)可以基于所使用的材料和给定的目标应用或最终用途来进行调整。
图4示出了根据实施例的包括一个磁性接触部和一个非磁性接触部的示例性STTM器件。图4中所示出的结构与图3J中所示出的结构类似，除了上部接触部是图3J中的SAF接触部和图4中的非磁性材料。如可以看到的，图4包括上部非磁性过孔/接触部404。例如，可以使用图2的方法200来形成这种结构，其中，根据实施例，不执行可选的沉积208，并且上部过孔材料的沉积216是非磁性材料的沉积。这种结构被提供为示出两个接触部不需要是反铁磁地耦合(或者以大体上反平行的方式耦合)的磁性材料，如本文中以各种方式描述的。在这样的实施例中，上部或下部过孔/接触部可以是非磁性的材料(在该示例性情况下，被示出为上部过孔/接触部404)。例如，非磁性过孔404可以包括铜(Cu)或一些其它非磁性材料。此外，非磁性过孔/接触部可以电连接到MTJ叠置体的固定层或自由层(例如，MTJ叠置体310的固定层312或自由层316)，或者连接到如本文中以各种方式描述的任何其它适合的MTJ叠置体的一些其它(多个)层。
图5示出了根据实施例的包括具有共面磁矩的磁性接触部的示例性STTM器件。图5中所示出的结构与图3J中所示出的结构类似，并且因此使用类似的附图标记来描述结构的部件，其中，在图3J中用300+(300s)为部件编号，并且在图5中用500+(500s)为部件编号(例如，ILD 300与ILD 500类似，MTJ叠置体310与MTJ叠置体510类似等等)。因此，对本文中所提供的元件的讨论适用于图5中的元件。图5中的结构与图3J中的结构之间的区别在于：如与图3J中的磁性层的磁矩M1-4共线相比(例如，彼此共线并且与MTJ叠置体310共线)，图5中的磁性层的磁矩M5-8共面(例如，彼此共面，并且与MTJ叠置体510共面)。
如可以在图5的示例性实施例中看到的，磁性过孔502具有磁矩M5和边缘场545，磁性接触部532具有磁矩M6和边缘场346，磁性接触部534具有磁矩M7和边缘场347，并且磁性过孔504具有磁矩M8和边缘场348。出于说明性目的，用虚线箭头来指示每个磁性层的磁矩，并且用虚线的椭圆指示边缘场，该椭圆包括示出边缘场的磁性方向的箭头。此外，间隔体层522将磁性过孔502与磁性接触部532反铁磁地耦合，并且间隔体层524将磁性过孔504与磁性接触部534反铁磁地耦合。如还可以在该示例性实施例中看到的，M5与M6反平行并且共面，并且M7与M8反平行并且共面。如本文中所描述的，尽管磁性过孔/磁性接触部的组合的磁矩(在该示例性情况下，为M5/M6和M7/M8)可以精确地反平行以影响SAF的耦合，但是它们不需要精确地反平行或完美地反铁磁地耦合(例如，磁矩可以具有至少几乎平衡的反铁磁的耦合)以有助于限制或完全减少磁性层的寄生边缘场。在磁性层的磁矩共面的情况下(例如，如图5中所示出的)，将每个磁性层彼此反铁磁地耦合(或以大体上反平行的方式将它们耦合)可以有助于限制边缘场负面地影响附近的器件。
图5与图3J之间的另一个区别在于，图5中的磁性层(例如，磁性过孔502、504和磁性过孔532、534)将在每个磁性层的每侧上都具有可选的层(即，分别是可选的层503、505、533、535)。如本文中所描述的，可选的层可以位于磁性层中的任何磁性层、全部磁性层的任一侧上(或位于多侧上)，或者不位于磁性层上，并且它们可以提供一些益处，举例来说，例如有助于防止磁性材料扩散到ILD材料中和/或向周围的材料提供阻挡体(例如，提供磁性屏蔽)。
示例性系统
图6示出了根据各种示例性实施例的利用使用本文中所公开的技术形成的集成电路结构或器件(例如，自旋转移矩存储器(STTM)器件)来实现的计算系统1000。如可以看到的，计算系统1000容纳母板1002。母板1002可以包括多个部件，包括但不限于处理器1004和至少一个通信芯片1006，它们中的每个都可以物理和电气地耦合到母板1002，或者以其它方式集成在其中。如将意识到的，母板1002可以是例如任何印刷电路板，不管是主板、安装在主板上的子板、还是系统1000的唯一的板等等。
根据其应用，计算系统1000可以包括一个或多个其它部件，这些部件可以或可以不物理和电气耦合到母板1002。这些其它部件包括但不限于易失性存储器(例如，DRAM)、非易失性存储器(例如，ROM、STTM、STT-RAM等等)、图形处理器、数字信号处理器、密码协处理器、芯片组、天线、显示器、触摸屏显示器、触摸屏控制器、电池、音频编解码器、视频编解码器、功率放大器、全球定位系统(GPS)设备、罗盘、加速度计、陀螺仪、扬声器、照相机、以及大容量储存设备(例如硬盘驱动、光盘(CD)、数字多功能盘(DVD)等等)。包括在计算系统1000中的部件中的任何部件都可以包括使用根据示例性实施例的公开的技术而形成的一个或多个集成电路结构或器件。例如，在一些实施例中，计算系统的部件中的一个或多个部件可以包括STTM，该STTM包括一个或多个SAF接触部，如本文中以各种方式描述的。在一些实施例中，多种功能可以集成到一个或多个芯片中(例如，比如，应当指出，通信芯片1006可以是处理器1004的部分或者以其它方式集成到处理器1004中)。
通信芯片1006实现了用于数据往返于计算系统1000的传输的无线通信无线通信。术语“无线”及其派生词可以用于描述可以通过使用经调制的电磁辐射来经由非固态介质传送数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不暗示相关联的设备不包含任何导线，虽然在一些实施例中它们可能不含有。通信芯片1006可以实施多种无线标准或协议中的任何标准或协议，这些标准或协议包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙、其衍生物，以及被命名为3G、4G、5G及更高代的任何其它无线协议。计算系统1000可以包括多个通信芯片1006。例如，第一通信芯片1006可以专用于较短距离无线通信(例如Wi-Fi和蓝牙)，并且第二通信芯片1006可以专用于较长距离无线通信(例如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等)。
计算系统1000的处理器1004包括封装在处理器1004内的集成电路管芯。在一些实施例中，处理器的集成电路管芯包括利用使用所公开的技术形成的一个或多个集成电路结构或器件来实现的板上电路，如本文中以各种方式描述的。术语“处理器”可以指代例如对来自寄存器和/或存储器的电子数据进行处理以便将该电子数据转换成可以储存在寄存器和/或存储器中的其它电子数据的任何器件或器件的一部分。
通信芯片1006还可以包括封装在通信芯片1006内的集成电路管芯。根据一些这样的示例性实施例，通信芯片的集成电路管芯包括使用如本文中以各种方式描述的公开的技术而形成的一个或多个集成电路结构或器件。如鉴于本公开内容将意识到的，应当指出，多标准的无线能力可以被直接集成到处理器1004中(例如，其中任何芯片1006的功能被集成到处理器1004中，而不是具有单独的通信芯片)。还应当指出，处理器1004可以是具有这种无线能力的芯片组。简言之，可以使用任何数量的处理器1004和/或通信芯片1006。类似地，任何一个芯片或芯片组可以具有集成在其中的多种功能。
在各种实施方式中，计算设备1000可以是膝上型电脑、上网本、笔记本、智能电话、平板电脑、个人数字助理(PDA)、超级移动PC、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数码相机、便携式音乐播放器、数字视频录像机、或者处理数据或采用如本文中以各种方式描述的公开的技术而形成的一个或多个集成电路结构或器件的任何其它电子设备。
另外的示例性实施例
以下示例属于另外的实施例，根据这些实施例，许多变换和构造将显而易见。
示例1是一种自旋转移矩存储器(STTM)器件，其包括：磁性隧道结(MTJ)，该磁性隧道结包括固定磁性层、自由磁性层、以及被设置在固定磁性层与自由磁性层之间的遂穿阻挡层；接触部，该接触部位于MTJ的任一侧上，其中，至少一个接触部是磁性的；以及附加磁性层，该附加磁性层反铁磁地耦合到至少一个磁性接触部。
示例2包括示例1的主题，其中，至少一个磁性接触部和/或对应的附加磁性层包括至少一种铁磁材料。
示例3包括示例1-2中的任何示例的主题，其中，至少一个磁性接触部和/或对应的附加磁性层包括CoFeB。
示例4包括示例1-3中的任何示例的主题，其中，非磁性间隔体层被设置在每个磁性接触部与对应的附加磁性层之间。
示例5包括示例4的主题，其中，每个非磁性间隔体层具有介于0.7nm与1.0nm之间的厚度。
示例6包括示例4-5中的任何示例的主题，其中，每个非磁性间隔体层包括钌(Ru)。
示例7包括示例1-6中的任何示例的主题，其中，每个磁性接触部和对应的附加磁性层具有共线磁矩。
示例8包括示例1-6中的任何示例的主题，其中，每个磁性接触部和对应的附加磁性层具有共面磁矩。
示例9包括示例1-8中的任何示例的主题，还包括非磁性包覆层，该非磁性包覆层位于至少一个磁性接触部和/或对应的附加磁性层的任一侧上，其中，非磁性包覆层有助于防止磁性材料扩散到周围的材料中。
示例10包括示例9的主题，其中，非磁性包覆层包括氮化钛(TiN)或钽(Ta)。
示例11包括示例9-10中的任何示例的主题，其中，非磁性包覆层具有从2nm到10nm的范围的厚度。
示例12包括示例1-11中的任何示例的主题，其中，两个接触部都是磁性的，并且反铁磁地耦合到对应的附加磁性层。
示例13包括示例1-12中的任何示例的主题，其中，每个附加磁性层有助于防止来自对应的磁性接触部的边缘场侵入MTJ。
示例14是一种计算系统，其包括示例1-13中任何示例的主题。
示例15是一种集成电路，其包括：磁性隧道结(MTJ)，其包括固定磁性层、自由磁性层、以及被设置在固定磁性层与自由磁性层之间的遂穿阻挡层；磁性接触层，该磁性接触层电连接到MTJ的至少一侧；以及附加磁性层，该附加磁性层凭借间隔体层与磁性接触层间隔开；其中，磁性接触层和附加磁性层的磁矩是大体上反平行的。
示例16包括示例15的主题，其中，磁性接触层和/或附加磁性层包括至少一种铁磁材料。
示例17包括示例15-16中的任何示例的主题，其中，磁性接触层和/或附加磁性层包括CoFeB。
示例18包括示例15-17中的任何示例的主题，其中，间隔体层具有介于0.7nm与1.0nm之间的厚度。
示例19包括示例15-18中的任何示例的主题，其中，间隔体层包括非磁性材料。
示例20包括示例15-19中的任何示例的主题，其中，间隔体层包括钌(Ru)。
示例21包括示例15-20中的任何示例的主题，其中，磁性接触层和附加磁性层的磁矩大体上共线。
示例22包括示例15-20中的任何示例的主题，其中，磁性接触层和附加磁性层的磁矩大体上共面。
示例23包括示例15-22中的任何示例的主题，还包括非磁性包覆层，该非磁性包覆层位于磁性接触层和/或附加磁性层的任一侧上，其中，非磁性包覆层有助于防止磁性材料扩散到周围的材料中。
示例24包括示例23的主题，其中，非磁性包覆层包括氮化钛(TiN)或钽(Ta)。
示例25包括示例23-24中的任何示例的主题，其中，非磁性包覆层具有从2nm到10nm的范围的厚度。
示例26包括示例15-25中的任何示例的主题，其中，磁性接触层和附加磁性层创建合成的反铁磁体(SAF)。
示例27包括示例15-26中的任何示例的主题，其中，附加磁性层有助于防止来自磁性接触层的边缘场侵入MTJ。
示例28是一种嵌入式存储器器件，其包括示例15-27中的任何示例的主题。
示例29包括示例28的主题，其中，嵌入式存储器器件是自旋转移矩存储器(STTM)器件。
示例30是一种用于形成自旋转移矩存储器(STTM)器件的方法，该方法包括：提供包括磁性下部过孔的衬底；以及在衬底上形成多层叠置体，该叠置体包括间隔体层、磁性接触层、磁性隧道结(MTJ)层、以及上部过孔层。
示例31包括示例30的主题，其中，MTJ层包括固定磁性层、自由磁性层、以及遂穿阻挡层。
示例32包括示例30-31中的任何示例的主题，其中，叠置体具有与磁性下部过孔的宽度类似的宽度。
示例33包括示例30-32中的任何示例的主题，其中，上部过孔的材料是非磁性的。
示例34包括示例30-32中的任何示例的主题，还包括：在MTJ层上形成附加磁性接触层；以及在附加磁性接触层与上部过孔层之间形成间隔体层。
示例35包括示例34的主题，其中，上部过孔的材料是铁磁的。
示例36包括示例30-35中的任何示例的主题，其中，每个磁性接触层与对应的磁性过孔反铁磁地耦合。
示例37包括示例30-36中的任何示例的主题，其中，多层叠置体通过以下步骤形成：在衬底上沉积包括叠置体的层中的所有层；以及将包括叠置体的层中的所有层蚀刻到期望宽度。
示例38包括示例30-33中的任何示例的主题，其中，多层叠置体通过以下步骤形成：在衬底上沉积间隔体层、磁性接触层、以及MTJ层；将所沉积的间隔体层、磁性接触层、以及MTJ层蚀刻到期望的宽度；沉积层间电介质(ILD)材料；蚀刻ILD以在MTJ层上方创建空间；以及在MTJ层上方的空间中形成上部过孔层。
出于说明和描述的目的，已经呈现了对示例性实施例的前述描述。其并非旨在是详尽的或者将本公开内容限制为所公开的精确形式。鉴于本公开内容，许多修改和变型是可能的。本公开内容的范围并非旨在由该具体实施方式来限定，而是由所附权利要求来限定。要求保护本申请的优先权的将来提交的申请可以以不同的方式要求保护所公开的主题，并且可以通常包括如本文中以各种方式公开的或者以其它方式显示的一个或多个限制的任何组合。

Claims (25)

1.一种自旋转移矩存储器(STTM)器件，包括：
磁性隧道结(MTJ)，所述磁性隧道结包括：
固定磁性层；
自由磁性层；以及
遂穿阻挡层，所述遂穿阻挡层被设置在所述固定磁性层与所述自由磁性层之间；
接触部，所述接触部位于所述MTJ的任一侧上，其中，至少一个接触部是磁性的；以及
附加磁性层，所述附加磁性层反铁磁地耦合到所述至少一个磁性接触部。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述至少一个磁性接触部和/或对应的附加磁性层包括至少一种铁磁材料。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述至少一个磁性接触部和/或对应的附加磁性层包括CoFeB。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，非磁性间隔体层被设置在每个磁性接触部与对应的附加磁性层之间。
5.根据权利要求4所述的器件，其中，每个非磁性间隔体层具有介于0.7nm与1.0nm之间的厚度。
6.根据权利要求4所述的器件，其中，每个非磁性间隔体层包括钌(Ru)。
7.根据权利要求1所述的器件，其中，每个磁性接触部和对应的附加磁性层具有共线磁矩。
8.根据权利要求1所述的器件，其中，每个磁性接触部和对应的附加磁性层具有共面磁矩。
9.根据权利要求1所述的器件，还包括非磁性包覆层，所述非磁性包覆层位于至少一个磁性接触部和/或对应的附加磁性层的任一侧上，其中，所述非磁性包覆层有助于防止磁性材料扩散到周围的材料中。
10.根据权利要求9所述的器件，其中，所述非磁性包覆层包括氮化钛(TiN)或钽(Ta)。
11.根据权利要求9所述的器件，其中，所述非磁性包覆层具有从2nm到10nm的范围的厚度。
12.根据权利要求1所述的器件，其中，两个接触部都是磁性的，并且反铁磁地耦合到对应的附加磁性层。
13.根据权利要求1所述的器件，其中，每个附加磁性层有助于防止来自所述对应的磁性接触部的边缘场侵入所述MTJ。
14.一种计算系统，所述计算系统包括根据权利要求1-13中的任一项所述的STTM器件。
15.一种集成电路，包括：
磁性隧道结(MTJ)，所述磁性隧道结包括：
固定磁性层；
自由磁性层；以及
遂穿阻挡层，所述遂穿阻挡层被设置在所述固定磁性层与所述自由磁性层之间；
磁性接触层，所述磁性接触层电连接到所述MTJ的至少一侧；以及
附加磁性层，所述附加磁性层凭借间隔体层与所述磁性接触层间隔开；
其中，所述磁性接触层的磁矩与所述附加磁性层的磁矩是大体上反平行的。
16.根据权利要求15所述的集成电路，其中，所述间隔体层具有介于0.7nm与1.0nm之间的厚度。
17.根据权利要求15所述的集成电路，其中，所述磁性接触层和所述附加磁性层创建合成的反铁磁体(SAF)。
18.一种嵌入式存储器器件，所述嵌入式存储器器件包括根据权利要求15-17中的任一项所述的集成电路。
19.根据权利要求18所述的嵌入式存储器器件，其中，所述嵌入式存储器器件是自旋转移矩存储器(STTM)器件。
20.一种用于形成自旋转移矩存储器(STTM)器件的方法，所述方法包括：
提供包括磁性下部过孔的衬底；以及
在所述衬底上形成多层叠置体，所述叠置体包括：
间隔体层；
磁性接触层；
磁性隧道结(MTJ)层；以及
上部过孔层。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述MTJ层包括固定磁性层、自由磁性层、以及遂穿阻挡层。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括：
在所述MTJ层上形成附加磁性接触层；以及
在所述附加磁性接触层与所述上部过孔层之间形成间隔体层。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述上部过孔的材料是铁磁的。
24.根据权利要求20-23中的任一项所述的方法，其中，所述多层叠置体通过以下步骤来形成：
在所述衬底上沉积包括所述叠置体的所述层中的所有层；以及
将包括所述叠置体的所述层中的所有层蚀刻到期望宽度。
25.根据权利要求20-23中的任一项所述的方法，其中，所述多层叠置体通过以下步骤来形成：
在所述衬底上沉积所述间隔体层、所述磁性接触层、以及所述MTJ层；
将所沉积的间隔体层、磁性接触层、以及MTJ层蚀刻到期望的宽度；
沉积层间电介质(ILD)材料；
蚀刻所述ILD以在所述MTJ层上方创建空间；以及
在所述MTJ层上方的空间中形成所述上部过孔层。
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