CN111937170A - 磁阻堆叠及其方法 - Google Patents

Abstract

一种磁阻设备(100)，可以包括隧道势垒区域、位于隧道势垒区域(30)的一侧上的磁固定区域(20)，以及位于隧道势垒区域的相对侧上的磁自由区域(50)。磁自由区域可以包括多个铁磁区域(34,36)和至少一个非磁性插入区域(38)。所述多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域可以包括多层结构，该多层结构包括钴的第一层和包括铂或钯中的至少一种的第二层。

Description

磁阻堆叠及其方法

技术领域

除其它以外，本公开尤其涉及磁阻堆栈以及用于制造和使用所公开的磁阻堆栈的方法。

背景技术

存在本文描述和说明的许多发明，以及那些发明的许多方面和实施例。一方面，本公开涉及磁阻堆叠或结构(例如，磁阻存储器设备的一部分、磁阻传感器/换能器设备等)，以及制造和/或使用所描述的磁阻堆叠的方法。在一个实施例中，本公开的示例性磁阻堆栈(例如，用在磁隧道结(MTJ)磁阻设备中)包括被配置为改善可靠性、热稳定性和/或磁阻设备的耐热性的一层或多层磁性或铁磁材料。

简而言之，在存储器设备(例如，磁阻随机存取存储器(MRAM))中使用的磁阻堆叠包括部署在“固定”磁性区域和“自由”磁性区域之间的至少一个非磁性层(例如，至少一个介电层或非磁性但导电的层)，每个非磁性层包括一层或多层铁磁材料。通过切换、编程和/或控制“自由”磁性区域的(一个或多个)磁性层中的磁化向量的方向，将信息存储在磁阻存储器堆栈中。可以经由通过或邻近磁阻存储器堆叠施加写信号(例如，一个或多个电流脉冲)来切换和/或编程(例如，通过自旋传递扭矩(STT)或自旋轨道扭矩(SOT))“自由”磁性区域的磁化向量的方向。相反，“固定”磁性区域的磁性层中的磁化向量在预定方向上磁性固定。当与非磁性层相邻的“自由”磁性区域的磁化向量与和非磁性层相邻的“固定”磁性区域的磁化向量在同一方向上时，磁阻存储器堆叠具有第一磁状态。相反，当与非磁性层相邻的“自由”磁性区域的磁化向量与和非磁性层相邻的“固定”磁性区域的磁化向量的方向相反时，磁阻存储器堆叠具有第二磁状态，与第一磁状态相比，该第二磁状态具有相对较高的电阻。响应于读取的电流，基于堆叠的电阻来确定或读取磁阻存储器堆叠的磁状态。

在一些应用中，结合了磁阻堆叠的设备(例如，诸如MRAM之类的MTJ设备)可能经受高温(例如，在制造、测试、操作等期间)。已知对于设备的高温数据保留能力而言，磁阻堆叠的强垂直磁各向异性(PMA)是期望的。为了改善设备的高温性能，期望拥有具有足够高PMA和磁矩的“自由”磁性区域，以使设备能够在升高的温度下(例如，260℃，用于将包封的设备焊接到印刷电路板(PCB)上的典型温度)对于热逆转具有高能势垒，并且在操作温度范围内还具有合理的开关电压或电流，因此设备将具有有用的循环耐久特点(例如，至少10000次循环，或优选地多于一百万次，并且更优选地超过10⁸次循环)。所公开的磁阻堆叠可以具有这些期望的特点中的一些或全部。但是，本公开的范围由所附权利要求定义，而不是由所得设备或方法的任何特点定义。

附图说明

可以结合附图中示出的各方面来实现本公开的实施例。这些附图示出了本发明的不同方面，并且在适当的地方，在不同附图中图示相似的结构、组件、材料和/或元件的附图标记被相似地标记。应该理解的是，除了具体示出的那些以外的结构、组件和/或元件的各种组合是预期的并且在本公开的范围内。

为了图示的简单和清楚，附图描绘了本文描述的各种实施例的总体结构和/或构造方式。为了便于说明，附图将所示的磁阻堆叠的不同层/区域描绘为具有均匀的厚度和具有直边缘的界限分明的边界。但是，本领域技术人员将认识到的是，实际上，不同的层通常具有不均匀的厚度。并且，在相邻层之间的界面处，这些层的材料合金在一起，或迁移到一种或另一种材料中，从而使其边界不明确。可以省略众所周知的特征(例如，互连等)和技术的描述和细节，以避免使其它特征模糊。图中的元素不一定按比例绘制。一些特征的维度可以相对于其它特征被夸大，以改善对示例性实施例的理解。横截面图是为了帮助说明各种区域/层的相对位置并描述各种处理步骤而提供的简化。本领域技术人员将认识到的是，这些横截面图不是按比例绘制的，并且不应当被视为表示不同区域/层之间的比例关系。而且，虽然某些区域/层和特征被示为具有直的90度边缘，但实际上或在实践中，这些区域/层可能更“圆”并逐渐倾斜。

另外，本领域技术人员将理解的是，虽然在附图中示出了具有不同界面的多个层，但是在一些情况下，随着时间的流逝和/或暴露于高温，其中一些层的材料会迁移到其它层中或与其它层的材料相互作用，以在这些层之间提供更分散的界面。应当注意的是，即使没有具体提及，参考一个实施例描述的各方面也可以适用于其它实施例，并且可以与其它实施例一起使用。

而且，存在本文描述和说明的许多实施例。本公开既不限于任何单个方面或其实施例，也不限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，本公开的每个方面和/或其实施例可以被单独采用，或者与本公开的一个或多个其它方面和/或其实施例结合使用。为了简洁起见，本文不单独讨论和/或说明某些置换和组合。值得注意的是，本文描述为“示例性”的实施例或实施方式不应被解释为例如相对于其它实施例或实施方式是优选或有利的；而是旨在反映或指示(一个或多个)实施例是(一个或多个)“示例”实施例。另外，尽管附图和本书面公开看起来以特定的构造次序(例如，从底部到顶部)描述了所公开的磁阻堆叠，但是应该理解的是，所描绘的磁阻堆叠可以具有不同的次序(例如，相反的次序(即，从顶部到底部)。例如，“固定”磁性区域可以在“自由”磁性区域或层上或上方形成，“自由”磁性区域或层进而可以在本公开的插入层上或上方形成。

图1图示了描绘示例性磁阻堆叠的各个区域的横截面图；

图2A-2D图示了图1的示例性磁阻堆叠的示例性“自由”磁性区域的横截面图；

图3是在磁阻存储器单元(cell)配置中电连接到存取晶体管的示例性磁阻存储器堆叠/结构的示意图；

图4A-4B是集成电路的示意性框图，该集成电路包括分立的存储器设备和嵌入式存储器设备，各自包括MRAM(在一个实施例中，其代表根据本公开的某些实施例的各方面的具有多个磁阻存储器堆叠的MRAM的一个或多个阵列)；

图5是用于制造图1的示例性磁阻堆叠的简化示例性制造流程；以及

图6-7是示出在示例性实施例中使用本公开的磁阻设备获得的实验结果的曲线图。

再次，存在本文描述和说明的许多实施例。本公开既不限于任何单个方面或其实施例，也不限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。本公开的每个方面和/或其实施例可以被单独采用，或者与本公开的一个或多个其它方面和/或其实施例结合使用。为了简洁起见，本文不单独讨论许多那些组合和置换。

具体实施方式

应当注意的是，本文公开的所有数值(包括所有公开的厚度值、极限和范围)可以具有与公开的数值相差±10％的偏差(除非指定了不同的偏差)。例如，公开为厚度为“t”单位的层的厚度可以在(t-0.1t)单位至(t+0.1t)单位之间变化。另外，所有相对术语(诸如“大约”、“基本上”、“近似”等)被用于指示±10％的可能变化(除非另有说明或指定了其它变化)。而且，在权利要求中，例如，所描述的层/区域的厚度和原子组成的值、极限和/或范围是指该值、极限和/或范围±10％。

应当注意的是，本文阐述的描述本质上仅仅是说明性的，而不旨在限制本主题的实施例或这些实施例的应用和使用。本文描述为示例性的任何实施方式都不应该被解释为比其它实施方式优选或有利。更确切地说，术语“示例性”以示例或“说明性”的意义而不是“理想”的意义使用。术语“包括”、“包含”、“具有”、“带有”及其任何变体被同义地用来表示或描述非排他性包含。照此，使用这些术语的设备或方法不仅仅包括那些元件或步骤，而且可以包括未明确列出或这种设备和方法所固有的其它元件和步骤。另外，术语“第一”、“第二”等在本文中不表示任何次序、数量或重要性，而是用于将一个元素与另一个元素区分开。类似地，相对朝向的术语(诸如“顶部”、“底部”等)参考所描述的附图中所示的结构的朝向来使用。而且，本文中的术语“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示至少一个所引用的项目的存在。

在本公开中，术语“区域”一般用于指一个或多个层。即，区域(如本文所使用的)可以包括材料的单层(沉积、膜、涂层等)或彼此堆叠的材料的多层(即，多层结构)。另外，虽然在下面的描述中所公开的磁阻堆叠中的不同区域和/或层由具体名称(封盖区域、参考区域、过渡区域等)来指代，但这仅仅是为了便于描述并且不旨在作为该层的功能描述。而且，虽然下面的描述和附图看起来描绘了层相对于彼此的特定朝向，但是本领域普通技术人员将理解的是，这样的描述和描绘仅仅是示例性的。例如，虽然“自由”区域被描绘为在中间区域“上方”，但是在一些方面，整个磁阻堆叠可以被翻转，使得中间区域在“自由”区域“上方”。

在一个示例性方面，本公开的磁阻堆叠可以被实现为自旋扭矩磁阻随机存取存储器(“MRAM”)元件(“存储器元件”)。在这样的方面中，磁阻堆叠可以包括位于两个铁磁区域之间(夹在之间)的中间区域，以形成磁隧道结(MTJ)设备或MTJ型设备。中间区域可以是隧道势垒并且包括绝缘材料(诸如例如介电材料)。在其它实施例中，中间区域可以是非磁性但导电的材料，例如铜、金或其合金。在这些其它实施例中，在磁阻堆叠包括在两个铁磁区域之间的导电材料的情况下，磁阻堆叠可以形成巨磁阻(GMR)或GMR型设备。

在中间区域的任一侧上部署的两个铁磁区域当中，一个铁磁区域可以是磁性“固定的”(或受钉扎)区域，而另一个铁磁区域可以是磁性“自由”区域。术语“自由”旨在指具有可以响应于用于切换“自由”区域的磁矩向量的施加磁场或自旋极化电流而显著移位或移动的磁矩的铁磁区域。另一方面，词“固定”和“钉扎”用于指具有基本上不响应于这样施加的磁场或自旋极化电流而移动的磁矩向量的铁磁区域。如本领域中已知的，可以基于与非磁性层相邻的“自由”区域的磁化方向(例如，磁矩的方向)是否与和非磁性层相邻的“固定”区域的磁化方向(例如，磁矩的方向)平行对准或反平行对准来改变所描述的磁阻堆叠的电阻。通常，如果两个区域具有相同的磁化对准，那么将所得的相对低的电阻视为数字“0”，而如果对准是反平行的，那么将所得的相对高的电阻视为数字“1”。存储器设备(诸如MRAM)可以包括以列和行的阵列布置的多个这样的磁阻堆叠，其可以被称为存储器单元或元件。通过测量流过每个单元的电流，可以读取每个单元的电阻，从而可以读取存储在存储器阵列中的数据。

切换磁阻堆叠的“自由”区域的磁化方向可以通过驱动隧穿电流脉冲穿过磁阻堆叠来实现。电流脉冲的极性确定“自由”区域的最终磁化状态(即，平行或反平行)。切换“自由”区域的磁状态所需的平均电流可以被称为临界电流。临界电流指示将数据“写入”磁阻存储器单元所需的电流(或其写入电流)。减小(一个或多个)所需的写入电流是期望的，因此，除其它事项外，较小的存取晶体管可以被用于每个存储器单元，并且可以产生较高密度、较低成本的存储器。减小的写入电流要求还可以导致更大的隧道势垒耐久性和/或磁阻存储器单元的寿命。

为了简洁起见，与半导体处理相关的常规技术在本文可以不进行详细描述。可以使用已知的光刻工艺来制造示例性实施例。集成电路、微电子设备、微机电设备、微流体设备和光子设备的制造涉及以某种方式相互作用的材料的若干层或区域(即，包括一层或多层)的创建。可以对这些区域中的一个或多个进行构图，以使该层的各个区域具有不同的电或其它特点，这些特点可以在该区域内或与其它区域互连，以创建电子组件和电路。这些区域可以通过选择性地引入或移除各种材料来创建。定义此类区域的图案常常是通过光刻工艺创建的。例如，将光致抗蚀剂层施加到覆盖晶片基板的层上。使用光掩模(包含透明和不透明区域)以通过诸如紫外线、电子或x射线之类的辐射形式选择性地曝光光致抗蚀剂。暴露于辐射的光致抗蚀剂或不暴露于辐射的光致抗蚀剂通过施加显影剂来移除。然后可以采用/施加蚀刻，由此对未被剩余抗蚀剂保护的层(或材料)进行构图。可替代地，可以使用其中使用光致抗蚀剂作为模板来构建结构的加性工艺。

如上所述，一方面，除其它事项外，所描述的实施例尤其涉及制造磁阻堆叠的方法，该磁阻堆叠在磁性材料堆叠的任一侧上具有一个或多个导电电极、通孔或导体。如下面进一步详细描述的，磁性材料堆叠可以包括许多不同的材料区域，其中这些区域中的一些包括磁性材料，而其它区域则不包括。在一个实施例中，制造方法包括顺序地沉积、生长、溅射、蒸发和/或提供(如上所述，在本文中统称为“沉积”或其它动词时态(例如，“沉积”或“被沉积的”))区域，在进一步处理(例如，蚀刻)之后，这些区域形成磁阻堆叠。

所公开的磁阻堆叠可以在顶部电极/通孔/线和底部电极/通孔/线之间形成，这通过允许与磁阻设备的电路系统和其它元件的连接性(例如，电连接)而允许到达堆叠。电极/通孔/线之间是多个区域，包括至少一个“固定”磁性区域(下文中称为“固定”区域)和至少一个“自由”磁性区域(下文中称为“自由”区域)，在“固定”和“自由”磁性区域之间具有一个或多个中间区域，诸如例如介电层(其形成隧道势垒)。除其它事项外，“固定”和“自由”磁性区域中的每一个尤其可以包括多个铁磁层。在一些实施例中，可以消除顶部电极(和/或底部电极)，并且位线可以在堆叠的顶部上形成。

图1是本公开的示例性磁阻堆叠100的区域的横截面图。磁阻堆叠100可以包括例如面内或面外磁各向异性磁阻堆叠(例如，垂直磁各向异性磁阻堆叠)。如图1中所示，磁阻堆叠100包括彼此叠置的多个区域(或层)，以在第一电极10(例如，底部电极)和第二电极70(例如，顶部电极)之间形成区域的堆叠。当被实现为MTJ或类MTJ存储器设备时，图1的磁阻堆叠100可以表示双自旋滤波器结构(或双MTJ结构)，其中在两个“固定”区域20和120之间形成“自由”区域50。应当注意的是，磁阻堆叠100被描绘为具有双自旋滤波器结构(在图1中)仅仅是示例性的，而不是本公开的要求。即，本公开还适用于具有不同结构(例如，在单个“固定”区域20上方形成“自由”区域50的单个MTJ结构)的磁阻堆叠。将认识到的是，为清楚起见，在图1(和随后的附图)中未示出堆叠100的若干其它常用区域或层(例如，各种保护性盖层、种子层、底层基板等)。下面将描述图1的多层磁阻堆叠100的不同区域。

如图1中所示，第一电极10可以是“底部”电极，并且第二电极70可以是“顶部”电极。但是，本领域普通技术人员将认识到的是，磁阻堆叠100的各个区域(或层)的相对次序可以颠倒。另外，在一些实施例中，可以消除顶部电极(和/或底部电极)，并且位线可以在堆叠的顶部上形成。底部电极和顶部电极10，70可以包括导电材料，并且可以是使用磁阻堆叠100形成的设备(例如，MRAM)的导电互连(例如，通孔、迹线、线等)的一部分(或与之物理接触)。虽然对于底部电极和顶部电极10，70可以使用任何导电材料，但是在一些实施例中，可以使用诸如钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)之类的金属或者这些元素的复合材料或合金(例如，氮化钽合金)。

底部电极10可以在半导体基板2的平面表面上(例如，在其上或其中形成有电路(例如，CMOS电路)的半导体基板的表面等)上形成。虽然在图1中未示出，但是在一些实施例中，电极10可以在其与覆盖区域(例如，区域20)的界面处包括种子层。在制造期间，种子层可以帮助在电极10上形成覆盖区域。种子层可以包括镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、铁(Fe)、钌(Ru)、铂(Pt)、钽(Ta)及其合金(例如，包含镍和/或铬的合金)中的一种或多种或其多层。在一些实施例中，种子层可以被消除，并且电极10的顶部表面本身可以充当种子层。

继续参考图1，可以在底部电极10上(或上方)形成“固定”区域20。如前面所解释的，“固定”区域20可以用作磁阻堆叠的“固定”磁性区域。即，“固定”区域20中的磁矩向量不会响应于用于切换磁阻堆叠100的“自由”区域50的磁矩向量而施加的磁场(例如，外部磁场)或施加的电流而显著移动。应当注意的是，图1中所示的“固定”区域20的结构仅仅是示例性的。如本领域普通技术人员已知的，“固定”区域20的许多其它构造也是可能的。一般而言，“固定”区域20可以包括单层或彼此堆叠的多层。“固定”区域20的层可以包括合金，该合金包括钴和铁以及其它材料(优选地钴、铁和硼)。通常，可以选择“固定”区域20中的材料的组成(例如，钴、铁和硼)以实现良好的温度补偿。为了清楚起见，在图1中仅示出了“固定”区域20的某些层(以及“固定”区域20的任一侧上的区域)。本领域普通技术人员将容易地认识到“固定”区域20可以包括一个或多个附加层。

在一个实施例中，“固定”区域20可以是部署在电极10上或上方的固定的、未受钉扎的合成反铁磁(SAF)区域。固定的、未受钉扎的合成反铁磁(SAF)区域可以包括由耦合区域16隔开的至少两个磁性区域(即，(由一层或多层制成)14、18。一个或多个磁性区域14、18可以包括铁磁元素镍、铁和钴中的一种或多种，包括具有钯(Pd)、铂(Pt)、铬(Cr)及其合金中的一种或多种的工程材料或合金。耦合区域16可以是反铁磁(AF)耦合区域，其包括非铁磁材料，诸如例如铱(Ir)、钌(Ru)、铼(Re)或铑(Rh)。在一些实施例中，一个或两个区域14、18可以包括磁性多层结构，该磁性多层结构包括(i)第一铁磁材料(例如，钴)和(ii)第二铁磁材料(例如，镍)或顺磁材料(例如，铂)的多层。在一些实施例中，区域14、18还可以包括例如具有钯(Pd)、铂(Pt)、镁(Mg)、锰(Mn)和铬(Cr)中的一种或多种的工程材料或合金。附加地或可替代地，在一些实施例中，“固定”区域20可以包括一个或多个合成铁磁结构(SyF)。由于SyF是本领域技术人员已知的，因此在本文不对其进行更详细的描述。在一些实施例中，“固定”区域20的厚度可以在近似

和近似

之间、近似

和近似

之间、大于或等于

大于或等于

小于或等于

或小于或等于

的范围内。

在一些实施例中，“固定”区域20还可以包括一个或多个附加层，诸如例如过渡区域22和参考区域24，其部署在磁性区域18和覆盖区域(例如，将在后面解释的区域30可以包括MTJ结构中的介电材料)之间的界面处。参考和/或过渡区域可以包括一层或多层材料，除其它事项外，这些材料层尤其在堆叠100的制造期间促进/改善覆盖中间区域30的生长。在一个实施例中，参考区域24可以包括钴、铁和硼中的一种或多种(例如，全部)(例如，在合金中–诸如非晶合金(例如，CoFeB或CoFeBTa或CoFeTa))，并且过渡区域22可以包括非铁磁过渡金属，诸如钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)、钌(Ru)、铌(Nb)、锆(Zr)和/或钼(Mo)。

一般而言，过渡区域22和参考区域24可以具有任何厚度。在一些实施例中，参考区域24的厚度(t)可以在近似

之间，优选地近似

并且更优选地近似

并且过渡区域22的厚度可以在近似

之间，优选地近似

更优选地近似

应当注意的是，在磁阻堆叠100的一些实施例中，过渡区域22和参考区域24都可以在“固定”区域20中提供。在一些实施例中，过渡区域22或过渡区域22和参考区域24两者都可以从磁阻堆叠100中完全消除。并且，在一些实施例中，可以仅参考区域24提供在“固定”区域20中。

可以使用现在已知或以后开发的任何技术来沉积或形成“固定”区域20，所有这些技术都旨在落入本公开的范围内。在一些实施例中，“固定”区域20的一个或多个磁性区域(例如，区域14、18)可以例如在室温(例如，15-40℃，更优选地20-30℃，并且最优选地25℃(+/-10％))或常规/典型的升高的温度下使用“重”惰性气体(例如，氙(Xe))来沉积。在一些实施例中，AF耦合区域16也可以在这样的温度下使用“重”惰性气体(例如，氙(Xe)、氩(Ar)和/或氪(Kr))来沉积。在提供过渡区域22和/或参考区域24的实施例中，它们也可以在大约室温(例如，15-40℃，更优选地20-30℃，最优选地25℃(+/-10％))或升高的温度(例如，40-60℃)下使用“重”惰性气体(例如，氙(Xe)、氩(Ar)和/或氪(Kr))来沉积。

图1中描绘的“固定”区域20的各种区域或层可以在制造过程期间单独地沉积。但是，如本领域普通技术人员将认识到的，在一些实施例中，构成各个描绘的区域的材料可以在随后的处理(例如，高温处理操作，诸如退火等)期间与相邻区域的材料合金化(互混、扩散到其中等)。因此，本领域技术人员将认识到的是，虽然(图1的“固定”区域20的)不同区域可以在形成这些区域之后立即看起来是具有不同界面的分离区域，但是在随后的处理操作之后，不同区域的材料可以合金化在一起以形成在不同区域之间的界面处具有更高浓度的不同材料的单个合金化“固定”区域20。因此，在一些情况下，可能难以区分完成的磁阻堆叠100中的“固定”区域20(和其它区域)的不同区域。

继续参考图1，可以在“固定”区域20“上方”提供“自由”区域50或存储区域，并在“固定”区域20和“自由”区域50之间形成中间区域30。图1中所描绘的相对朝向仅仅是示例性的。普通技术人员将容易认识到的是，可以在图1的图示中的“固定”区域20“下方”提供“自由”区域50。如前面所解释的，形成的中间区域30的类型取决于所制造的磁阻堆叠100的类型。对于具有MTJ结构的磁阻堆叠100，中间区域30可以包括介电材料并且可以用作隧道势垒。在自旋阀结构中，中间区域30可以包括导电材料(例如，铜)以形成GMR型磁阻堆叠100。中间区域30可以在“固定”区域20的表面上(或上方)形成，并且“自由”区域50可以在中间区域30的表面上(或上方)形成。一般而言，中间区域30可以使用现在已知(例如，沉积、溅射、蒸发等)或以后开发的任何技术(例如，在“固定”区域20上或上方形成。在一些实施例中，中间区域30可以包括氧化物材料，诸如例如氧化镁(MgO_x)或氧化铝(AlO_x(例如，Al₂O₃))，并且可以通过材料沉积和氧化的多个步骤来形成。例如，可以首先沉积一层可氧化材料(例如，Mg、Al等)，然后可以氧化沉积的可氧化材料层(例如，使用在低于或等于大约35℃的温度下的自然氧化、等离子体氧化等)以将可氧化材料转化为氧化物。在一些实施例中，可以执行多个这样的沉积和氧化步骤以产生期望厚度的中间区域30。例如，中间区域30可以形成有大约三层氧化材料。一般而言，中间区域30可以具有任何厚度。在一些实施例中，中间区域30的厚度可以在近似

之间，优选地在近似

之间，并且更优选地在近似

之间。

应当注意的是，图1中所示和以下描述的“自由”区域50的构造仅仅是示例性的，并且许多其它构造是可能的。虽然“自由”区域50具有具体的构造，如前面所解释的，但是“自由”区域50中的磁向量(或力矩)可以通过施加的磁场或自旋扭矩电流来移动或切换。如图1中所示，在一些实施例中，“自由”区域50可以包括由一个或多个插入区域38隔开的磁性或铁磁材料形成的一个或多个区域34、46。插入区域38可以提供“自由”区域50的铁磁区域34和46之间的铁磁耦合或反铁磁耦合。在一些实施例中，铁磁区域34、46的材料可以包括铁磁元素(诸如镍(Ni)、铁(Fe)和/或钴(Co)，并且在一些实施例中是硼)中的一种或多种的合金。在一些实施例中，铁磁区域34、46包括钴(Co)、铁(Fe)和硼(B)(称为CoFeB)。为了便于描述，在下面的描述中，铁磁区域34可以被称为第一铁磁区域，并且铁磁区域46可以被称为第二铁磁区域。

在一些实施例中，可以通过直接沉积含硼的铁磁合金(诸如例如CoFeB)来形成铁磁区域34、46中的一个或两个。CoFeB合金的确切组成可以取决于应用。在一些实施例中，CoFeB合金可以具有大致10-50原子％(at.％)之间的钴(Co)、大致10-35at.％之间的硼(B)和其余为铁(Fe)的组成，或优选地大致20-40at.％之间的钴(Co)、大致15-30at.％之间的硼(B)和其余为铁(Fe)，或者更优选地大致55％at.％的铁(Fe)、大致25at.％的硼(B)和其余为钴(Co)。在一些实施例中，可以将附加元素添加到铁磁区域34、46的CoFeB合金中以提供改善的磁、电或微结构特性。在一些实施例中，还可以在铁磁区域34、46与中间区域30和60的一个或两个界面处提供薄的铁(Fe)层(例如，大致

厚)。而且，在一些实施例中，可以邻近铁磁区域34、46提供富铁(Fe)层或区域。例如，可在铁磁区域34和中间区域30之间沉积富铁(Fe)区域(例如，一层铁(Fe))。此外，或者可替代地，可以在铁磁区域46和中间区域60之间沉积富铁(Fe)区域(例如，一层铁(Fe))。

插入区域38可以包括可以在中间区域38的任一侧上的铁磁区域之间提供耦合(例如，铁磁或反铁磁)的任何非磁性材料(现在已知的或将来开发的)。即，插入区域38可以在一侧的铁磁区域34和另一侧的铁磁区域46之间提供耦合。在一些实施例中，插入区域38可以包括诸如钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、铱(Ir)、铬(Cr)、锇(Os)之类的材料及其组合。虽然图1的“自由”区域50被示为包括由单个插入区域38隔开的两个铁磁区域34、46，但这仅仅是示例性的。一般而言，“自由”区域50可以具有任意数量的铁磁区域，在相邻的铁磁区域之间提供有插入区域38。

一般而言，铁磁区域34、46可以具有任何厚度。在一些实施例中，铁磁区域34、46的厚度可以各自在大致

之间(优选地在大致

之间，或者更优选地在大致

之间)。通常将插入区域38的厚度选择为在插入区域38的任一侧上的铁磁区域之间提供强的铁磁或反铁磁耦合。一般而言，可以选择插入区域38的厚度，使得其不形成连续层，连续层将破坏或以其它方式抑制相邻铁磁区域34、46之间的交换耦合。代替地，插入区域38的材料可以与相邻铁磁区域34、46的材料混合以形成均匀的层，或者可以形成不连续的层，因此相邻的铁磁区域34、46直接彼此交换耦合并且整个结构充当堆叠100的单个铁磁“自由”区域50。一般而言，插入区域38的厚度可以在大致

之间(优选地大致

之间，或者更优选地大致

之间)。在一些实施例中，插入区域38的沉积厚度可以小于大致

或者在大致

和

之间，或者大致

继续参考图1，在如上所述形成“自由”区域50之后，可以在“自由”区域50上或之上形成第二中间区域60。在MTJ设备中使用的磁阻堆叠100的实施例中，区域30和60都可以包括介电材料并且可以用作隧道势垒。在一些实施例中，中间区域60可以包括与中间区域30相同的材料，并且可以以相似的方式形成。但是，这不是限制性的，并且在一些实施例中，区域30和60可以包括不同的介电材料。例如，区域30可以包括MgO_x，区域60可以包括AlO_x(例如，Al₂O₃)。在一些实施例中，区域60的厚度也可以与区域30相似。在其它实施例中，区域60的厚度可以大于或小于区域30的厚度。在一些实施例中，区域60的厚度可以在大致

之间，优选地在大致

之间，并且更优选地在大致

之间。虽然在图1中未示出，但是在一些实施例中，也可以在“自由”区域50与第二中间区域60之间的界面处提供界面材料(例如，铱(Ir)、铬(Cr)等)的除尘。例如以不连续的材料拼布方式沉积(与会破坏配对层之间交换耦合的连续层相反)的这种界面材料会导致所得磁阻堆叠100的垂直磁各向异性高(PMA)。而且，本领域普通技术人员还将认识到的是，区域60还可以包括非磁性导电材料，诸如例如铜。

第二“固定”区域120可以在中间区域60上或上方形成。虽然“固定”区域120在图1中被示为单个层，但是“固定”区域120也可以包括与参考“固定”区域20所描述的相似的多层结构。在一些实施例中，可以在第二“固定”区域120上方形成间隔物区域64和/或封盖区域66，并且可以在封盖区域66上方形成电极70。封盖区域66可以由任何合适的导电材料(例如，合适的金属材料，包括但不限于钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)等)形成，并且可以具有大致

之间的任何合适的厚度。在一些实施例中，间隔物区域64的厚度可以在大致

之间，或者优选地在大致

之间，或者更优选地在大致

之间。间隔物区域64可以由非铁磁材料形成，诸如例如钌(Ru)或钌(Ru)的合金。在一些实施例中，间隔物区域64可以包括钴(Co)、铁(Fe)、硼(B)或其合金(例如，CoFeB)。在一些实施例中，间隔物区域64可以由包括钌(Ru)和/或CoFeB层的双层结构形成。在一些实施例中，间隔物区域64的厚度可以是大致

或者优选地大致

或者更优选地大致

如前面所解释的，图1的磁阻堆叠100表示双自旋滤波器结构，其中在第一“固定”区域20和第二“固定”区域120之间形成“自由”区域50。但是，这种结构仅仅是示例性的。在一些实施例中，可以消除第二“固定”区域120以形成具有单个MTJ(磁隧道结)结构的磁阻堆叠。另外，参考图1描述的“自由”区域50以及“固定”区域20和120的结构仅仅是示例性的。例如，各自受让给本申请的受让人并通过引用整体并入本文的美国专利No.8,686,484；9,136,464；和9,419,208公开了若干示例性磁阻堆叠以及制造这种堆叠的方法。具体而言，“固定”区域20、120和“自由”区域50可以具有在这些参考文献中公开的任何结构和构造。此外，下面描述图1的“自由”区域50的一些示例性替代构造。

图1的示例性“自由”区域50包括通过插入区域38彼此分开的均包括CoFeB的第一铁磁区域34和第二铁磁区域46。但是，如上面所解释的，这仅仅是示例性的并且“自由”区域50的许多其它构造是可能的。图2A图示了可以在堆叠100中使用的“自由”区域50A的另一种示例性构造。在“自由”区域50A中，图1的第一铁磁区域34用沉积在富硼铁磁区域32附近的无硼铁磁区域36代替。通过引用整体并入本文的美国临时专利申请No.62/591,945(于2017年11月29日提交)描述了其它相似的构造。实验表明，在一些实施例中，“自由”区域50A的这种构造改善了所得磁阻堆叠100的高温性能。

“自由”区域50A的区域32和36中的材料的确切组成可以取决于应用。在一些实施例中，富硼区域32可以是

厚的区域，其包括大约30at.％或更大且小于大约100at.％的硼(B)，并且优选地在大约40-60at.％之间的硼(B)，更优选地在大约45至55at.％之间的硼(B)。并且，无硼区域36可以包括CoFe合金，该CoFe合金具有大致4至96at.％之间的钴(Co)并且其余为铁(Fe)，或者优选地大致20至80at.％之间的钴(Co)并且其余为铁(Fe)，或者更优选地大致25-75at.％之间的钴(Co)并且其余为铁(Fe)。在一些实施例中，无硼区域36可以包括钴(Co)和铁(Fe)的合金，其中钴(Co)在大致4至96at.％之间(在一些实施例中为大约50％)的范围内。还可以预期基本上纯钴(Co)可以用作无硼材料。

“自由”区域50A的插入区域38和第二铁磁区域46的厚度和组成可以与图1的“自由”区域50中的厚度和组成相似。在一些实施例中，可以使用包括钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)、铬(Cr)、铪(Hf)或锆(Zr)中的一种或多种的大致

厚的插入区域38，以及包括含硼的铁磁合金(诸如例如CoFe55B25)的第二铁磁区域46。虽然在图2A中未示出，但是在一些实施例中，也可以在铁磁区域46和中间区域60之间定位基本上由铁组成的大致

厚的铁磁区域。应当注意的是，虽然图2A示出仅第一铁磁区域34(图1)被无硼铁磁区域36和富硼铁磁区域32代替，但这仅仅是示例性的。在一些实施例中，“自由”区域50A的第二铁磁区域46也可以包括相似的结构。在一些实施例中，第一铁磁区域34可以具有与图1的结构相似的结构(例如，包括CoFeB合金的单个区域)并且第二铁磁区域46可以具有与图2A的结构相似的结构。

图2B图示了可以在堆叠100中使用的“自由”区域50B的另一种示例性构造。在图2B的“自由”区域50B中，第一铁磁区域34可以包括如参考“自由”区域50(图1)描述的CoFeB合金，并且第二铁磁区域46可以包括多层结构，该多层结构包括交替的材料层-第一层44和第二层48。虽然仅示出了两个第一层44，但是本领域普通技术人员将理解的是，可以提供更多或更少数量的第一层44。即，可以消除第一层44中的一个，从而留下第一层44和第二层48的双层结构。而且，虽然仅示出了单个第二层48，但是本领域普通技术人员将理解的是，可以提供更多数量的第二层48。更进一步，可以提供任何合适数量的交替的双层结构(包括第一层44和第二层48)。在一些实施例中，第一层44可以包括钴(Co)并且第二层48可以包括铂(Pt)或钯(Pd)。还可以预期的是，在一些实施例中，诸如钯(Pd)、铽钴合金(TbCo)、铁铂合金(FePt)等材料也可以用作第二层48。“自由”区域50B的插入区域38和第一铁磁区域34可以与先前描述的“自由”区域50和50A中的那些区域相似(例如，在厚度、组成等方面)。在一些实施例中，插入区域38可以包括钼(Mo)，并且第一铁磁区域34可以包括含硼的铁磁合金，例如CoFe55B25。在一些实施例中，可以优化插入区域38以更好地适合在第二铁磁区域46中使用的多层结构(例如，所描述的Co和Pt的交替层)的特性。例如，在一些实施例中，可以使用具有不同厚度和/或不同材料(例如，钽(Ta)、钨(W)、铬(Cr)、铪(Hf)或锆(Zr))的插入区域38。另外，在一些实施例中，插入区域38可以包括可以维持第一铁磁区域34的垂直磁各向异性并且还促进第二铁磁区域46中的层44和48的生长以改善PMA并保持铁磁区域34和46通过插入区域38耦合的材料。

虽然不是必需，但在一些实施例中，第一层44和第二层48都可以具有大约

之间的厚度。在一些实施例中，第一层44和第二层48的厚度可以基本上相似，而在其它实施例中，这些层中的一个可以比另一个更厚。在一些实施例中，第一层44和第二层48中的一个或两个的厚度可以处于其晶格常数的量级。例如，钴(Co)的晶格常数的值在大约2.5和

之间，而铂(Pt)的晶格常数为大约

因此，在一些实施例中，第二铁磁区域46可以具有超晶格结构，该超晶格结构包括厚度小于或等于大约

的钴(Co)和厚度小于或等于大约

的铂(Pt)的多个交替层。如稍后将解释的，根据本公开的具有包括具有多层结构的铁磁区域的“自由”区域50B的堆叠100的实验结果示出了堆叠100的高温特性的改善。

如上所述，虽然“自由”区域50B的第二铁磁区域46被示为具有三层结构，但这仅仅是示例性的。一般而言，可以使用任何数量的交替层(例如，钴(Co)和铂(Pt))形成铁磁区域46。通常，对于双自旋滤波器(DSF)堆叠结构，可以期望具有钴(Co)作为与第二中间区域60的介电材料接口的材料。因此，在其中“自由”区域50B用作DSF堆叠的铁磁区域的一些实施例中，第一层44可以形成铁磁区域46的最外层。但是，这不是必需的。在一些实施例中(例如，当第二铁磁区域46用在单个MTJ结构中时)，如图2C中所示，“自由”区域50C的第二铁磁区域46可以具有双层结构，其中第二层48形成最外层或区域46。

一般而言，第二铁磁区域46可以包括任何数量的堆叠的第一层44(例如，1-5个或大于5个)和第二层48。图2D图示了具有第二铁磁区域46的示例性“自由”区域50D，该第二铁磁区域46具有与三个第二层48交替的三个第一层44，两者形成顺序地形成的三个双层结构。在图2D的“自由”区域50D与DSF堆叠一起使用的实施例中，可以提供附加的第一层44作为与上面的中间区域接口的最外层。在“自由”区域50D中，第一层44可以包括厚度在大约

之间的钴(Co)，并且第二层48可以包括厚度在大约

之间的铂(Pt)。

应当注意的是，虽然图2B-2D仅图示了在界面区域38的一侧上的铁磁区域(即，第二铁磁区域46)具有多层结构，但这仅仅是示例性的。在一些实施例中，第一和第二铁磁区域34、46都可以具有结合图2B-2D中的任何一个描述的多层结构。在一些实施例中，第一和第二铁磁区域34、46中的一个或两者可以具有包括结合图2B-2D中任何一个描述的多层结构的一部分或区域(例如，以便满足具有这个自由区域堆叠的设备的其它要求)。在一些实施例中，第一铁磁区域34可以具有多层结构(与图2B-2D的第二铁磁区域46的构造相似)，并且第二铁磁区域46可以具有与图2B-2D的第一铁磁区域34相似的构造。

还应当注意的是，上述各个区域的组成和厚度是沉积时的值，并且仅仅是示例性的。例如，虽然第一层44被描述为包括大约

厚的钴(Co)层，并且第二层被描述为包括大约

厚的铂(Pt)层，但这些是估计的沉积时的值。在一些实施例中，堆叠100的不同区域的所描述的厚度和组成是在沉积各种层和区域中使用的溅射目标的目标厚度和组成。如本领域普通技术人员已知的，可以预期这些厚度和组成的实验变化。另外，如本领域普通技术人员已知的，随着时间的流逝和/或暴露于高温(诸如例如在退火、BEOL处理等期间)，各个区域和层的材料可以彼此合金化以形成更均匀的结构，而没有区分不同区域的明显界面。在这样的结构中，相邻的第一区域44和第二区域48的钴(Co)和铂(Pt)可以彼此合金化(或扩散到彼此当中)。作为这种合金化的结果，随着时间的流逝，图2C-2D的第二铁磁区域46可以具有包括这两个层的材料的组成。但是，在一些实施例中，在分析时，在层的不同区域(例如，界面)处材料的增加的浓度仍然可以是显著的。

如上所述，磁阻堆叠100可以以传感器体系架构或存储器体系架构(以及其它体系架构)来实现。例如，在存储器构造中，如图3中所示，磁阻堆叠100可以电连接到存取晶体管并且被配置为耦合或连接到各种导体，导体可以携带一个或多个控制信号。本公开的磁阻堆叠100可以在任何合适的应用中使用，包括例如在存储器构造中。在这样的情况下，磁阻堆叠100可以被形成为集成电路，该集成电路包括分立的存储器设备(例如，如图4A中所示)或其中具有逻辑的嵌入式存储器设备(例如，如图4B中所示)，各自包括根据本文公开的某些实施例的某些方面的MRAM，在一个实施例中其代表具有多个磁阻堆叠的MRAM的一个或多个阵列。

现在将描述制造示例性磁阻堆叠100(例如，图1的具有图2B的“自由”区域50B的磁阻堆叠100)的示例性方法。应当认识到的是，所描述的方法仅仅是示例性的。在一些实施例中，该方法可以包括多个附加或替代步骤，并且在一些实施例中，可以省略所描述的步骤中的一个或多个。可以省略或修改任何所描述的步骤，或者添加其它步骤，只要所制造的磁阻堆叠/结构的预期功能基本保持不变即可。另外，虽然在所描述的方法中描述或暗示了某种次序，但是一般而言，所描述的方法的步骤不需要以所示和所描述的次序执行。另外，所描述的方法可以结合到具有本文未描述的附加功能的更全面的过程或工艺中。

图5描绘了根据本公开的制造示例性磁阻堆叠100的示例性方法200的流程图。在下面的讨论中，将参考图1和2B。可以首先通过任何合适的工艺在半导体基板2的后端(具有电路系统的表面)上形成第一电极(例如，底部电极10)(步骤210)。然后可以在电极10的暴露表面上或上方形成“固定”区域20(步骤220)。在一些实施例中，“固定”区域20可以通过在电极10的表面上提供(例如，顺序地)包括“固定”区域20的不同区域(例如，区域14、16、18、22和24)来形成。然后，可以在“固定”区域20的暴露表面上或上方形成中间区域30(步骤230)。然后可以在中间区域30的暴露表面上或上方形成“自由”区域50(步骤240)。

在一些实施例中，可以通过首先提供铁磁合金(诸如例如CoFeB)以在中间区域30的暴露表面上形成第一铁磁区域34来形成“自由”区域50(步骤242)。如上面所解释的，第一铁磁区域34可以具有部署在与中间区域30的界面处的富铁层。接下来，可以通过在第一铁磁区域34的暴露表面上或上方提供一层钼(Mo)(或钽(Ta)、钨(W)、铬(Cr)、铪(Hf)、镍铬合金(NiCr)、铂(Pt)、钌(Ru)或锆(Zr))来形成插入区域38(步骤244)。然后可以在插入区域38的暴露表面上或上方提供一层例如钴(Co)来形成第一层44(步骤246)。然后可以在第一层44的暴露表面上或上方提供一层铂(Pt)，以形成第二层48(步骤248)。可以进一步在第二层上或上方提供第三层，例如一层钴(Co)(例如)，以形成另一层44(与第一层44相似)并完成“自由”区域50(步骤249)。但是，代替形成第三层，第一层44和第二层48可以完成“自由”区域50，或者可以将第一层44和第二层48的双层结构重复一次或多次。然后可以在“自由”区域50的暴露表面上提供介电材料以形成第二中间区域60(步骤250)，并且可以在区域60的暴露表面上形成第二“固定”区域120(步骤260)。与上面的步骤220相似，可以通过在中间区域60的表面上顺序地提供包括“固定”区域120的不同区域来形成“固定”区域120。可以在“固定”区域120上或上方(即，在“固定”区域120的暴露表面上)形成间隔物区域64和封盖区域66(步骤270)，并且第二电极70可以在区域66的暴露表面上形成(步骤280)。应当注意的是，在一些实施例中，可以消除上述步骤(或区域)中的一些以形成磁阻堆叠的其它实施例。例如，为了形成具有单个MTJ结构的示例性磁阻堆叠，可以消除步骤260(即，形成“固定”区域)。

可以使用任何合适的方法来形成磁阻堆叠100的不同区域。由于可以用于形成不同区域的合适的集成电路制造技术(例如，沉积、溅射、蒸发、镀覆等)对于本领域普通技术人员来说是已知的，因此这里不再对其进行详细描述。在一些实施例中，形成其中一些区域可以涉及薄膜沉积工艺，包括但不限于物理气相沉积技术，诸如离子束溅射和磁控管溅射。并且，形成薄的绝缘层(例如，形成隧道势垒层的中间区域30和60)可以涉及从氧化物目标的物理气相沉积，诸如通过射频(RF)溅射，或者通过金属薄膜的沉积然后进行氧化步骤，例如氧等离子体氧化、氧自由基氧化或通过暴露于低压氧气环境中的自然氧化。

在一些实施例中，根据半导体行业中已知的各种常规技术中的任何一种，磁阻堆叠100的一些或全部区域的形成还可以涉及已知的处理步骤，诸如例如选择性沉积、光刻处理、蚀刻等。在一些实施例中，在所公开的“固定”和“自由”区域的沉积期间，可以提供磁场以设置该区域的优选的易磁轴(例如，经由感应出的各向异性)。类似地，在沉积后高温退火步骤期间施加的强磁场可以被用于为任何反铁磁受钉扎材料感应出优选的易轴和优选的钉扎方向。

如本领域普通技术人员已知的，减小磁矩对温度的依赖性以及增加磁阻堆叠的垂直磁各向异性(PMA)可以改善使用此类堆叠的磁阻设备的高温(例如，对于嵌入式MRAM应用，近似260℃)数据保留能力。为了评估温度对具有铁磁区域(其具有多层构造)的“自由”区域的示例性特点的影响，使用具有“自由”区域的两种不同构造的磁阻堆叠进行了实验。在一种构造中，“自由”区域包括被钼(Mo)插入区域隔开的两个CoFeB铁磁区域，以及在铁磁区域的与钼(Mo)层相对的侧面上的一薄层铁(Fe)(例如，具有结构Fe/CoFeB1/Mo/CoFeB2/Fe)。这些样本在下文中将被称为基线堆叠。在另一种构造中，将基线堆叠的铁磁区域之一(第二铁磁区域或CoFeB2)替换为一层钴(Co)和一层铂(Pt)(即，具有类似于图2C的结构)。这些样本在下文中将被称为多层堆叠。如下面更详细解释的，来自这些实验的结果表明，多层堆叠具有更好的高温特点。

图6是比较针对多层堆叠和基线堆叠的磁矩与温度的关系的曲线图。图6的y轴是观察到的磁矩的归一化值(它是在外部磁场中将经历的扭矩的指示)，而x轴是以摄氏度(℃)为单位的温度。如图6中可以看到的，对于两个堆叠，磁矩都随温度的升高而减小。但是，虽然在260℃下基线堆叠的磁矩减小了大约29％(相对于室温值)，但多层堆叠的磁矩仅减小了大约13％。在多层堆叠中观察到的磁矩对温度的依赖性的减小预期将改善使用具有以上结合图2B-2D描述的多层结构的这种堆叠的磁阻设备的高温特点。

图7是示出基线和多层堆叠在不同温度下的磁矫顽力(Hc)的曲线图。在图7中，y轴指示以奥斯特(Oe)为单位的磁矫顽力，而x轴指示以摄氏度(℃)为单位的温度。磁矫顽力是铁磁材料承受外部磁场而不被消磁的能力的指示。如图7中可以看到的，虽然基线堆叠在260℃时的矫顽力仅为大约5Oe，但多层堆叠在260℃时的矫顽力为大约530Oe。如本领域普通技术人员已知的，对于磁阻设备，高矫顽力对于相对高的能量势垒和更好的数据保留是期望的。因此，与使用基线堆叠的设备相比，使用所公开的多层堆叠的磁阻设备期望具有更好的高温特点。

在一些方面，公开了一种磁阻设备。磁阻设备可以包括隧道势垒区域、位于隧道势垒区域的一侧上的磁固定区域和位于隧道势垒区域的相对侧上的磁自由区域。磁自由区域可以包括多个铁磁区域和至少一个非磁性插入区域。多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域可以包括多层结构，该多层结构包括钴的第一层和包括铂或钯中的至少一种的第二层。

在各种实施例中，所公开的磁阻设备可以包括以下附加或替代方面中的一个或多个：插入区域可以包括钽、钨、钼、钌、铑、铼、铱、铬、铪、锆或锇中的至少一种；多层结构的每一层可以包括大约

之间的厚度；多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域可以包括钴、铁和硼的合金；多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域可以包括钴、铁和硼的合金，其中所述至少一个铁磁区域可以在所述至少一个铁磁区域和隧道势垒区域的界面处包括富铁区域；多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域可以包括无硼铁磁层和含硼铁磁层的相邻定位的区域；所述隧道势垒区域可以是第一隧道势垒区域，并且所述磁固定区域可以是第一磁固定区域，并且其中磁阻设备还可以包括第二隧道势垒区域，该第二隧道势垒区域位于磁自由区域的与第一隧道势垒区域相对的一侧上，以及第二磁固定区域，该第二磁固定区域位于第二隧道势垒区域的与磁自由区域相对的一侧上；多层结构可以包括被一层铂或钯分开的至少两层钴；多层结构可以包括至少五层钴；隧道势垒区域可以包括氧化镁和氧化铝中的一种。

在一些方面，公开了一种制造磁阻设备的方法。该方法可以包括：形成磁固定区域，在磁固定区域的一侧上形成隧道势垒区域，以及在隧道势垒区域的相对侧上形成磁自由区域，其中形成磁自由区域可以包括形成被非磁性插入区域分开的多个铁磁区域，其中形成多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域可以包括形成与铂或钯的第一层相邻的钴的第一层。

在各种实施例中，该方法可以包括以下附加方面中的一个或多个：钴的第一层或铂或钯的第一层的厚度在大约

之间；插入区域可以包括钽、钨、钼、钌、铑、铼、铱、铬或锇中的至少一种；形成多个铁磁区域可以包括形成多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域，以包括钴、铁和硼的合金；形成多个铁磁区域可以包括形成多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域，以包括钴、铁和硼的合金，其中形成至少一个铁磁区域可以包括在所述至少一个铁磁区域和隧道势垒区域的界面处形成富铁层；所述隧道势垒区域可以是第一隧道势垒区域，并且所述磁固定区域可以是第一磁固定区域，其中该方法还可以包括在磁自由区域的与第一隧道势垒区域相对的一侧上形成第二隧道势垒区域，并且在第二隧道势垒区域的与磁自由区域相对的一侧上形成第二磁固定区域；形成多个铁磁区域可以包括通过沉积无硼铁磁层和含硼铁磁层的相邻定位的区域来形成多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域；该方法还可以包括在与第一钴层相对的一侧上形成与第一层铂或钯相邻的第二层钴；该方法还可以包括形成第二层钴和第二层铂或钯；形成隧道势垒区域可以包括沉积可氧化材料并氧化沉积的可氧化材料。

虽然已经详细说明和描述了本公开的各种实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开或所附权利要求的范围的情况下，可以进行各种修改。

Claims (20)

1.一种磁阻设备，包括：

隧道势垒区域；

位于隧道势垒区域的一侧上的磁固定区域；以及

位于隧道势垒区域的相对的一侧上的磁自由区域，其中磁自由区域包括多个铁磁区域和至少一个非磁性插入区域，并且其中所述多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域包括多层结构，该多层结构包括：

钴的第一层；以及

包括铂或钯中的至少一种的第二层。

2.如权利要求1所述的磁阻设备，其中插入区域包括钽、钨、钼、钌、铑、铼、铱、铬、铪、锆或锇中的至少一种。

3.如权利要求1所述的磁阻设备，其中多层结构中的每一层包括大约

之间的厚度。

4.如权利要求1所述的磁阻设备，其中所述多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域包括钴、铁和硼的合金。

5.如权利要求1所述的磁阻设备，其中所述多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域包括钴、铁和硼的合金，以及

其中所述至少一个铁磁区域在所述至少一个铁磁区域和隧道势垒区域的界面处包括富铁区域。

6.如权利要求1所述的磁阻设备，其中所述多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域包括无硼铁磁层和含硼铁磁层的相邻定位的区域。

7.如权利要求1所述的磁阻设备，其中所述隧道势垒区域是第一隧道势垒区域，并且所述磁固定区域是第一磁固定区域，并且其中所述磁阻设备还包括：

第二隧道势垒区域，位于磁自由区域的与第一隧道势垒区域相对的一侧上；以及

第二磁固定区域，位于第二隧道势垒区域的与磁自由区域相对的一侧上。

8.如权利要求1所述的磁阻设备，其中多层结构包括被一层铂或钯分开的至少两层钴。

9.如权利要求1所述的磁阻设备，其中多层结构包括至少五层钴。

10.如权利要求1所述的磁阻设备，其中隧道势垒区域包括氧化镁和氧化铝中的一种。

11.一种制造磁阻设备的方法，包括：

形成磁固定区域；

在磁固定区域的一侧上形成隧道势垒区域；

在隧道势垒区域的相对的一侧上形成磁自由区域，其中形成磁自由区域包括：形成被非磁性插入区域分开的多个铁磁区域，并且其中形成所述多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域包括：形成与铂或钯的第一层相邻的钴的第一层。

12.如权利要求11所述的方法，其中钴的第一层或铂或钯的第一层包括大约

之间的厚度。

13.如权利要求11所述的方法，其中插入区域包括钽、钨、钼、钌、铑、铼、铱、铬或锇中的至少一种。

14.如权利要求11所述的方法，其中形成所述多个铁磁区域包括：形成所述多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域以便包括钴、铁和硼的合金。

15.如权利要求11所述的方法，其中形成所述多个铁磁区域包括：形成所述多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域以便包括钴、铁和硼的合金，以及

其中形成所述至少一个铁磁区域包括：在所述至少一个铁磁区域和隧道势垒区域的界面处形成富铁层。

16.如权利要求11所述的方法，其中所述隧道势垒区域是第一隧道势垒区域，并且所述磁固定区域是第一磁固定区域，并且其中该方法还包括：

在磁自由区域的与第一隧道势垒区域相对的一侧上形成第二隧道势垒区域；以及

在第二隧道势垒区域的与磁自由区域相对的一侧上形成第二磁固定区域。

17.如权利要求11所述的方法，其中形成所述多个铁磁区域包括：通过沉积无硼铁磁层和含硼铁磁层的相邻定位的区域来形成所述多个铁磁区域中的至少一个铁磁区域。

18.如权利要求11所述的方法，还包括：在与钴的第一层相对的一侧上形成与铂或钯的第一层相邻的钴的第二层。

19.如权利要求11所述的方法，还包括：形成钴的第二层和铂或钯的第二层。

20.如权利要求11所述的方法，其中形成隧道势垒区域包括：沉积可氧化材料并氧化沉积的可氧化材料。

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