DE102019115922A1

DE102019115922A1 - Magnetische vorrichtung und magnetischer speicher mit wahlfreiem zugriff

Info

Publication number: DE102019115922A1
Application number: DE102019115922.9A
Authority: DE
Inventors: Wilman Tsai; Shy-Jay Lin; Mingyuan SONG
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2039-06-13
Also published as: TW202029542A; KR102287559B1; US11963366B2; TWI738051B; US20220375993A1; DE102019115922B4; KR20200034930A; US20210118952A1; US10879307B2; CN110943157A; US11437434B2; US20200098407A1

Abstract

Eine magnetische Spin-Bahn-Drehmoment(SOT)-Vorrichtung weist eine untere Metallschicht, eine erste magnetische Schicht, die über der unteren Metallschicht angeordnet ist, eine Abstandsschicht, die über der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist, und eine zweite magnetische Schicht auf, die über der Abstandsschicht angeordnet ist. Zwischen der unteren Metallschicht und der ersten magnetischen Schicht ist eine Diffusionssperrschicht angeordnet, um die Diffusion von Metallelementen der ersten magnetischen Schicht in die untere Metallschicht zu unterdrücken.

Description

VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Vorläufigen US-Patentanmeldung 62/734,484 , eingereicht am 21. September 2018, die hier durch Nennung insgesamt als aufgenommen angesehen wird.
STAND DER TECHNIK
Ein MRAM weist eine mit dem flüchtigen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM) vergleichbare Leistungsfähigkeit und eine mit einem flüchtigen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) vergleichbare Dichte bei einem niedrigeren Leistungsverbrauch als dieser auf. Im Vergleich zu einem nichtflüchtigen Speicher(NVM)-Flash-Speicher bietet ein MRAM viel kürzere Zugriffszeiten und büßt im Zeitverlauf weniger an Leistungsvermögen ein, während ein Flash-Speicher nicht beliebig oft überschrieben werden kann. Ein Typ eines MRAM ist ein Spin-Transfer-Drehmoment-Speicher mit wahlfreiem Zugriff (STT-RAM). In einem STT-RAM wird ein magnetischer Tunnelübergang (MTJ) mindestens zum Teil durch einen Strom, der durch den MTJ hindurch geleitet wird, beschrieben. Ein weiterer Typ eines MRAM ist ein Spin-Bahn-Drehmoment-RAM (SOT-RAM).
Figurenliste

1A ist eine schematische Ansicht einer SOT-MRAM-Zelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
1B ist eine schematische Ansicht einer SOT-MRAM-Zelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Die 2A, 2B, 2C und 2D zeigen schematische Querschnittsansichten von Fertigungsprozessen einer SOT-MRAM-Zelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Die 3A, 3B, 3C und 3D zeigen experimentelle Ergebnisse für die senkrechte magnetische Anisotropie von magnetischen SOT-Vorrichtungen mit einer und ohne eine Diffusionssperrschicht.
Die 4A und 4B zeigen experimentelle Ergebnisse der Sekundärionen-Massenspektroskopie.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es versteht sich von selbst, dass die nachfolgende Offenbarung viele unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele für die Realisierung unterschiedlicher Merkmale der Erfindung bereitstellt. Nachfolgend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Selbstverständlich sind das nur Beispiele, und sie sind nicht zur Einschränkung vorgesehen. Zum Beispiel sind die Abmessungen von Elementen nicht auf den offenbarten Bereich oder die offenbarten Werte beschränkt, sondern können von den Prozessbedingungen und/oder gewünschten Eigenschaften der Vorrichtung abhängen. Außerdem kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachfolgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und zweite Merkmal in einem direkten Kontakt ausgebildet sind, und es kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Merkmale, die zwischen das erste und zweite Merkmal geschaltet sind, derart ausgebildet werden können, dass das erste und zweite Merkmal nicht in einem direkten Kontakt stehen können. Verschiedenartige Merkmale können der Vereinfachung und Übersichtlichkeit halber in unterschiedlichen Maßstäben beliebig gezeichnet sein. In den beigefügten Zeichnungen können der Einfachheit halber einige Schichten/Merkmale weggelassen worden sein.
Ferner können hier räumliche Relationsbegriffe, wie z.B. „unterhalb“, „unten“, „unterer“, „darüber liegend“, „oberer“ und dergleichen, der Einfachheit der Beschreibung wegen verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal (anderen Elementen oder Merkmalen) zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt ist. Die räumlichen Relationsbegriffe sind dazu gedacht, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung im Einsatz oder beim Betrieb zusätzlich zu der Ausrichtung zu umfassen, die in den Figuren wiedergegeben ist. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet (90 Grad oder in andere Richtungen gedreht) werden, und die hier verwendeten räumlichen Kennzeichnungen können ebenso dementsprechend interpretiert werden. Außerdem kann der Ausdruck „hergestellt aus“ entweder „aufweisend“ oder „bestehend aus“ einschließen. Ferner kann es in dem nachstehenden Herstellungsprozess einen oder mehrere zusätzliche Arbeitsgänge in/zwischen den beschriebenen Arbeitsgängen geben, und die Reihenfolge der Arbeitsgänge kann verändert werden In der vorliegenden Offenbarung hat eine Formulierung „eines von A, B und C“ die Bedeutung„„A, B und/oder C“ (A, B, C, A und B, A und C, B und C oder A, B und C) und hat nicht die Bedeutung eines Elements von A, eines Elements von B und eines Elements von C, wenn es nicht anders beschrieben ist.
In einer magnetischen Vorrichtung vom Spin-Bahn-Drehmoment-Typ ist die thermische Stabilität der senkrechten magnetischen Anisotropie (PMA) eine der kritischen Leistungskennzahlen. Die senkrechte magnetische Anisotropie wird durch eine Grenzfläche zwischen einer spin-bahn-aktiven Schicht (z.B. einer Schwermetallschicht) und einer freien magnetischen Schicht (z.B. einer Datenspeicherschicht) beeinflusst. Insbesondere kann eine Grenzflächendiffusion die Leistungsfähigkeit der senkrechten magnetischen Anisotropie beeinträchtigen. Defekte und eine nicht ideale Struktur der Grenzfläche können eine Instabilität in der senkrechten magnetischen Anisotropie und eine dickere magnetische Totschicht (MDL) zur Folge haben, an der die ferromagnetische Ordnung verloren geht. Die vorliegende Offenbarung betrifft eine neuartige Grenzfläche zwischen der spin-bahn-aktiven Schicht und der freien magnetischen Schicht, um die zuvor erwähnten Probleme in der magnetischen SOT-Vorrichtung zu lösen.
1A ist eine schematische Ansicht einer SOT-MRAM-Zelle (magnetische SOT-Vorrichtung), in der die Spin-Bahn-Wechselwirkung beim Schalten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eingesetzt wird.
Die magnetische SOT-Vorrichtung weist als eine spin-bahn-wechselwirkungsaktive Schicht eine untere Metallschicht 10 auf, die über einer Trägerschicht 5 ausgebildet ist. Außerdem umfasst die magnetische SOT-Vorrichtung eine erste magnetische Schicht 20, welche eine freie magnetische Schicht oder eine Datenspeicherschicht ist, die über der unteren Metallschicht 10 angeordnet ist, eine nichtmagnetische Abstandsschicht 30, die über der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist, und eine zweite magnetische Schicht 40 als eine Referenzschicht, die über der nichtmagnetischen Abstandsschicht 30 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen ist eine obere leitfähige Schicht 50 als eine Elektrode über der zweiten magnetischen Schicht 40 angeordnet. Außerdem ist in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Diffusionssperrschicht 100 zwischen der unteren Metallschicht 10 und der ersten magnetischen Schicht 20 angeordnet, wie in 1A dargestellt ist.
Das magnetische Moment der freien Schicht 20 (erste magnetische Schicht) wird unter Verwendung des Spin-Bahn-Wechselwirkungseffekts geschaltet. In einigen Ausführungsformen wird das magnetische Moment der ersten magnetischen Schicht 20 unter alleiniger Verwendung des Spin-Bahn-Wechselwirkungseffekts geschaltet. In anderen Ausführungsformen wird das magnetische Moment der ersten magnetischen Schicht 20 unter Verwendung einer Kombination von Effekten geschaltet. Zum Beispiel wird das magnetische Moment der ersten magnetischen Schicht 20 unter Verwendung des Spintransfer-Drehmoments als eines Primäreffekts, der durch das von der Spin-Bahn-Wechselwirkung verursachte Drehmoment unterstützt werden kann, geschaltet. In anderen Ausführungsformen ist das Drehmoment, das von der Spin-Bahn-Wechselwirkung verursacht wird, der Primäreffekt. In derartigen Ausführungsformen kann ein weiterer Effekt, einschließlich des Spintransfer-Drehmoments ohne darauf beschränkt zu sein, das Schalten unterstützen.
Die untere Metallschicht 10 ist eine spin-bahn-aktive Schicht, die eine starke Spin-Bahn-Wechselwirkung aufweist und die beim Schalten des magnetischen Moments der ersten magnetischen Schicht 20 verwendet werden kann. Die untere Metallschicht 10 wird beim Erzeugen eines Spin-Bahn-Magnetfeldes H verwendet. Genauer gesagt, ein Strom, der in einer Ebene durch die untere Metallschicht 10 hindurch geleitet wird, und die dazugehörige Spin-Bahn-Wechselwirkung können das Spin-Bahn-Magnetfeld H ergeben. Dieses Spin-Bahn-Magnetfeld H ist äquivalent zum Spin-Bahn-Drehmoment T auf die Magnetisierung, wobei T = -γ[M×H] in der ersten magnetischen Schicht 20 ist. Das Drehmoment und das Magnetfeld werden somit untereinander austauschbar als Spin-Bahn-Feld und Spin-Bahn-Drehmoment bezeichnet. Das entspricht der Tatsache, dass die Spin-Bahn-Wechselwirkung die Ursache für das Spin-Bahn-Drehmoment und das Spin-Bahn-Feld ist. Das Spin-Bahn-Drehmoment tritt für einen Strom, der in einer Ebene in der unteren Metallschicht 10 geleitet wird, und eine Spin-Bahn-Wechselwirkung auf. Demgegenüber beruht das Spintransfer-Drehmoment auf einem senkrecht zur Ebene fließenden Strom, der durch die erste magnetische Schicht 20, die nichtmagnetische Abstandsschicht 30 und die zweite magnetische Schicht 40 (Referenzschicht) hindurch fließt, welcher spinpolarisierte Ladungsträger in die erste magnetische Schicht 20 einleitet. Das Spin-Bahn-Drehmoment T kann das magnetische Moment der ersten magnetischen Schicht 20 schnell aus seinem Gleichgewichtszustand parallel zu der leichten Achse auslenken. Das Spin-Bahn-Drehmoment T kann die Magnetisierung der ersten magnetischen Schicht 20 wesentlich schneller als das herkömmliche STT-Drehmoment einer ähnlichen Maximalamplitude kippen. In einigen Ausführungsformen kann das Schalten unter Verwendung des Spin-Bahn-Drehmoments vollendet werden. In anderen Ausführungsformen kann ein weiterer Mechanismus, wie z.B. der Spintransfer, zum Vollenden des Schaltens verwendet werden. Das erzeugte Spin-Bahn-Feld/Spin-Bahn-Drehmoment kann so zum Schalten des magnetischen Moments der ersten magnetischen Schicht 20 verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Wechselwirkung der unteren Metallschicht den Spin-Halleffekt. Für den Spin-Halleffekt wird ein Strom Je in der Ebene der unteren Metallschicht 10 (d.h. Strom in der Ebene, im Wesentlichen in der x-y-Ebene in 1A) geführt. Mit anderen Worten, der Strom Je fließt senkrecht zur Stapelrichtung der Filme, welche die untere Metallschicht 10 und die erste magnetische Schicht 20 umfassen (d.h. senkrecht zu der Normalen auf der Fläche, der z-Richtung in 1A). Die Ladungsträger, die Spins von einer speziellen Richtung senkrecht zu einer Richtung des Stroms und zur Normalen auf der Fläche (z-Richtung) aufweisen, sammeln sich an den Flächen der unteren Metallschicht 10 an. Ein Großteil dieser spinpolarisierten Ladungsträger diffundiert in die erste magnetische Schicht 20 (freie Schicht) hinein. Diese Diffusion ergibt das Drehmoment T auf die Magnetisierung der ersten magnetischen Schicht 20. Da das Drehmoment auf die Magnetisierung gleichbedeutend mit dem effektiven Magnetfeld auf die Magnetisierung ist, wie oben dargelegt wurde, hat die Spinansammlung entsprechend das Feld H an der ersten magnetischen Schicht 20 zur Folge. Das Spin-Bahn-Feld für den Spin-Halleffekt ist das Kreuzprodukt der Spin-Bahn-Polarisierung und des magnetischen Moments der ersten magnetischen Schicht 20. Von daher ist die Größe des Drehmoments proportional zur Dichte des in der Ebene fließenden Stroms Je und zur Spinpolarisation der Ladungsträger. Der Spin-Halleffekt kann beim Schalten der in 1A dargestellten magnetischen Stapelschicht verwendet werden, wenn die Polarisation, die durch den Spin-Halleffekt verursacht wird, parallel zu der leichten Achse der ersten magnetischen Schicht 20 ist. Um das Spin-Bahn-Drehmoment T zu erhalten, wird der Stromimpuls in der Ebene durch die untere Metallschicht 10 geführt. Das sich ergebende Spin-Bahn-Drehmoment T wirkt dem Dämpfungsdrehmoment entgegen, was dazu führt, dass die Magnetisierung der ersten magnetischen Schicht 20 auf eine analoge Weise wie die herkömmliche STT schaltet.
Wie oben dargelegt worden ist, ist die untere Metallschicht 10 eine spin-bahn-aktive Schicht, die eine starke Spin-Bahn-Wechselwirkung der ersten magnetischen Schicht 20 (freie Schicht) verursacht. In einigen Ausführungsformen weist die untere Metallschicht 10 ein oder mehrere Schwermetalle oder mit Schwermetallen dotierte Materialien auf. In bestimmten Ausführungsformen wird α-W, β-W und/oder β-Ta als die untere Metallschicht 10 verwendet. In einigen Ausführungsformen liegt eine Dicke der unteren Metallschicht 10 in einem Bereich von circa 2 nm bis 20 nm und in anderen Ausführungsformen in einem Bereich von circa 5 nm bis 15 nm.
Die erste magnetische Schicht 20 ist als eine Datenspeicherschicht eine freie Schicht mit einem magnetischen Moment, das schaltbar ist. In einigen Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht 20 eine Kobalt-Eisen-Bohr(CoFeB)-Schicht, eine Kobalt/Palladium(CoPd)-Schicht und/oder eine Kobalt-Eisen(CoFe)-Schicht mit einer Dicke in einem Bereich von circa 0,6 nm bis circa 1,2 nm auf. In anderen Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht 20 eine Anzahl von Schichten magnetischer Materialien auf. In bestimmten Ausführungsformen ist die erste magnetische Schicht Fe_xCo_yB_1-x-y, wobei 0,50 ≤ x ≤ 0,70 und 0,10 ≤ y ≤ 0,30 ist. In anderen Ausführungsformen ist 0,55 ≤ x ≤ 0,65 und 0,15 ≤ y ≤ 0,25.
Die nichtmagnetische Abstandsschicht 30 besteht aus einem dielektrischen Material und wirkt als eine Tunnelbarriere. In einigen Ausführungsformen weist die nichtmagnetische Abstandsschicht 30 eine kristalline oder eine amorphe Magnesiumoxid(MgO)-Schicht auf. In anderen Ausführungsformen besteht die nichtmagnetische Abstandsschicht 30 aus Aluminiumoxid oder einem leitfähigen Material, wie z.B. Cu. In einigen Ausführungsformen weist die nichtmagnetische Abstandsschicht 30 eine Dicke in einem Bereich von circa 0,3 nm bis circa 1,2 nm auf, und in anderen Ausführungsformen liegt die Dicke der nichtmagnetischen Schicht 30 in einem Bereich von circa 0,5 nm bis circa 1,0 nm. In dieser Offenbarung bedeutet eine „Elementschicht“ oder eine „Verbindungsschicht“ im Allgemeinen, dass der Anteil des Elements oder der Verbindung größer als 99 %.
Die zweite magnetische Schicht 40 ist eine Referenzschicht, bei der sich das magnetische Moment nicht verändert. In einigen Ausführungsformen besteht die zweite magnetische Schicht 40 aus dem gleichen Material wie die erste magnetische Schicht 20, wie oben dargelegt wurde. In einigen Ausführungsformen weist die zweite magnetische Schicht 40 eine Anzahl von Schichten aus magnetischen Materialien auf. In einigen Ausführungsformen weist die zweite magnetische Schicht 40 eine Mehrschichtstruktur von Kobalt (Co) und Platin (Pt) auf. In einigen Ausführungsformen liegt eine Dicke der zweiten magnetischen Schicht 40 in einem Bereich von circa 0,2 nm bis circa 1,0 nm und in anderen Ausführungsformen in einem Bereich von circa 0,3 nm bis circa 0,5 nm.
In einigen Ausführungsformen ist die zweite magnetische Schicht 40 eine mehrlagige Schicht, die eine synthetische antiferromagnetische Schicht mit ferromagnetischen Schichten umfasst, die durch eine nichtmagnetische Schicht, so z.B. Ru getrennt sind. In einigen Ausführungsformen ist eine Pinning-Schicht, wie z.B. eine antiferromagnetische Schicht, die das magnetische Moment der zweiten magnetischen Schicht 40 an einer Stelle fixiert, über der zweiten magnetischen Schicht 40 mit einer dort dazwischen angebrachten Ru-Schicht angeordnet. In einigen Ausführungsformen sind die erste und die zweite magnetische Schicht kristallin.
Die obere leitfähige Schicht 50 weist als eine Elektrode eine oder mehrere Schichten von Ta, Ru, Au, Cr und Pt auf.
Die Trägerschicht 5 besteht aus einem dielektrischen Material, wie z.B. Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder irgendein anderes geeignetes Material. In einigen Ausführungsformen ist die Trägerschicht 5 eine Shallow-Trench-Isolationsschicht, eine Zwischenlagendielektrikum(ILD)-Schicht oder eine Intermetalldielektrikum(IMD)-Schicht in einer Halbleitervorrichtung.
In der vorliegenden Offenbarung ist eine Diffusionssperrschicht 100 zwischen der unteren Metallschicht 10 und der ersten magnetischen Schicht 20 angeordnet, um eine Grenzflächeneigenschaft zwischen ihnen zu verbessern. In einigen Ausführungsformen kann durch die Diffusionssperrschicht 100 verhindert werden, dass metallische Elemente in der ersten magnetischen Schicht 20 in die untere Metallschicht 10 diffundieren. Ist die erste magnetische Schicht 20 in einem direkten Kontakt mit der unteren Metallschicht 10, dann wird eine relative dicke magnetische Totschicht ausgebildet, und durch einen anschließenden thermischen Prozess bei circa 300 °C bis zu circa 450 °C diffundieren metallische Elemente, wie z.B. Fe und Co, in der ersten magnetischen Schicht 20 in die untere Metallschicht hinein.
In der vorliegenden Offenbarung wird, wie in 1A dargestellt ist, eine Diffusionssperrschicht 100, welche die Diffusion von metallischen Elementen in der ersten magnetischen Schicht 20 in die untere Metallschicht 10 hinein verhindert, zwischen der ersten magnetischen Schicht 20 und der unteren Metallschicht 10 angeordnet. In einigen Ausführungsformen liegt eine Dicke der Diffusionssperrschicht in einem Bereich von circa 0,1 nm bis circa 0,6 nm, und in anderen Ausführungsformen liegt sie in einem Bereich von circa 0,2 nm bis circa 0,5 nm .
In einigen Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht 20 Eisen und Kobalt auf, und somit unterdrückt die Diffusionssperrschicht 100 die Diffusion von Eisen und/oder Kobalt aus der ersten magnetischen Schicht 20 in die untere Metallschicht 10. In einigen Ausführungsformen ist die Diffusionssperrschicht 100 eine eisenreiche Schicht, die Eisen aufweist, und ein Atomprozentgehalt von Eisen in der Diffusionssperrschicht 100 ist höher als ein Atomprozentgehalt von Eisen in der ersten magnetischen Schicht 20. In einigen Ausführungsformen ist der Atomprozentgehalt von Eisen in der Diffusionssperrschicht 100 an der Seite zur ersten magnetischen Schicht hin höher als an der Seite zur unteren Metallschicht hin. In bestimmten Ausführungsformen nimmt die Eisenmenge von der Seite an der ersten magnetischen Schicht aus allmählich zu der Seite zur unteren Metallschicht hin ab.
In einigen Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht 20 außerdem Bor auf, und auch die Diffusionssperrschicht 100 weist außerdem Bor auf. Ein Atomprozentgehalt von Bor in der ersten magnetischen Schicht 20 ist der gleiche wie ein Atomprozentgehalt von Bor in der Diffusionssperrschicht 100 oder unterscheidet sich von ihm. In bestimmten Ausführungsformen ist der Atomprozentgehalt von Bor in der Diffusionssperrschicht 100 höher als der Atomprozentgehalt von Bor in der ersten magnetischen Schicht 20.
In einigen Ausführungsformen ist die erste magnetische Schicht 20 Fe_xCo_yB_1-x-y, wie oben dargelegt worden ist, und die Diffusionssperrschicht 100 ist Fe_zB_1-z, wobei z > x ist. In einigen Ausführungsformen ist 0,50 ≤ x ≤ 0,70; 0,10 ≤ y ≤ 0,30 und 0,65 ≤ z ≤ 0,90. In anderen Ausführungsformen ist 0,55 ≤ x ≤ 0,65; 0,15 ≤ y ≤ 0,25 und 0,65 ≤ z ≤ 0,75.
In einigen Ausführungsformen ist die Diffusionssperrschicht 100 eine kobaltreiche Schicht, und ein Atomprozentgehalt von Kobalt ist höher als ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der ersten magnetischen Schicht 20. In einigen Ausführungsformen ist der Atomprozentgehalt von Kobalt in der Diffusionssperrschicht 100 an der Seite zur ersten magnetischen Schicht hin höher als an der Seite zur unteren Metallschicht hin. In bestimmten Ausführungsformen nimmt die Kobaltmenge von der Seite an der ersten magnetischen Schicht aus allmählich zu der Seite zur unteren Metallschicht hin ab.
Die Diffusionssperrschicht 100 kann aus anderen Materialien bestehen. In einigen Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht 100 aus einem nichtmagnetischen Metallmaterial, wie z.B. Magnesium. In anderen Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht 100 aus einem dielektrischen Material, wie z.B. einem Metalloxid. In einigen Ausführungsformen ist das Metalloxid ein Oxid des Metalls, das in der unteren Metallschicht enthalten ist. In bestimmten Ausführungsformen ist das Metalloxid entweder Wolframoxid oder Tantaloxid.
1B ist eine schematische Ansicht einer SOT-MRAM-Zelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Material, Konfiguration, Abmessungen und/oder Prozesse sind die gleichen wie in den oder ähnlich zu den vorhergehenden Ausführungsformen, die in 1A beschrieben worden sind, sie können in den nachfolgenden Ausführungsformen verwendet werden und ihre ausführliche Beschreibung kann weggelassen werden.
Ähnlich zu 1A ist eine untere Metallschicht 10 über einer Trägerschicht 5 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen ist die untere Metallschicht 10 eine β-W-Schicht. Als eine freie oder Referenzschicht ist über der unteren Metallschicht 10 eine erste magnetische Schicht 20 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht 20 Eisen und Kobalt auf. In bestimmten Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht 20 außerdem Bor auf. Über der ersten magnetischen Schicht 20 ist eine nichtmagnetische Abstandsschicht 30 ausgebildet, die zum Beispiel aus Magnesiumoxid besteht, und über der nichtmagnetischen Abstandsschicht 30 ist eine zweite magnetische Schicht 40 ausgebildet.
In einigen Ausführungsformen ist zwischen der nichtmagnetischen Abstandsschicht 30 und der zweiten magnetischen Schicht 40 eine zwischenliegende Metallschicht 60 angeordnet. In einigen Ausführungsformen besteht die zwischenliegende Metallschicht 60 aus einem nichtmagnetischen Material. In bestimmten Ausführungsformen besteht die zwischenliegende Metallschicht 60 aus Mg. In einigen Ausführungsformen liegt eine Dicke der zwischenliegenden Metallschicht 60 in einem Bereich von circa 0,1 nm bis circa 0,6 nm und in anderen Ausführungsformen in einem Bereich von circa 0,2 nm bis circa 0,5 nm . In anderen Ausführungsformen wird keine zwischenliegende Metallschicht verwendet.
In einigen Ausführungsformen ist über der zweiten magnetischen Schicht eine antiferromagnetische Schicht 70 ausgebildet, und über der antiferromagnetischen Schicht 70 ist eine magnetische Schicht 80 ausgebildet, wie in 1B dargestellt ist. Die antiferromagnetische Schicht 70 trägt dazu bei, das magnetische Moment der zweiten magnetischen Schicht 40 zu fixieren. In einigen Ausführungsformen weist die antiferromagnetische Schicht 70 Ruthenium (Ru) oder irgendein anderes geeignetes antiferromagnetisches Material auf. In einigen Ausführungsformen liegt die Dicke der antiferromagnetischen Schicht 70 in einem Bereich von circa 0,2 nm bis circa 0,8 nm.
Die dritte magnetische Schicht 80 weist eine oder mehrere Schichten magnetischer Materialien auf. In einigen Ausführungsformen weist die dritte magnetische Schicht 80 eines oder mehreres von Kobalt, Eisen, Nickel und Platin auf. In einigen Ausführungsformen ist das Material der dritten magnetischen Schicht 80 das gleiche wie das Material der zweiten magnetischen Schicht 40 oder unterscheidet sich von ihm. In bestimmten Ausführungsformen ist die dritte magnetische Schicht 80 eine CoPt-Schicht. In einigen Ausführungsformen liegt eine Dicke der dritten magnetischen Schicht in einem Bereich von circa 0,5 nm bis circa 1,5 nm und in anderen Ausführungsformen in einem Bereich von circa 0,7 nm bis circa 1,2 nm.
Wie in 1B dargestellt ist, wird außerdem eine Diffusionssperrschicht 100 zwischen der unteren Metallschicht 10 und der ersten magnetischen Schicht 20 angeordnet, um zu verhindern, dass die Metallelemente der ersten magnetischen Schicht 20 in die untere Metallschicht 10 diffundieren. Die Diffusionssperrschicht 100 ist eine von einer eisenreichen Schicht, die einen höheren Atomprozentgehalt von Eisen als die erste magnetische Schicht aufweist, einer kobaltreichen Schicht, die einen höheren Atomprozentgehalt von Kobalt als die erste magnetische Schicht aufweist, einer Magnesiumschicht, einer Wolframoxidschicht und einer Tantaloxidschicht.
In einigen Ausführungsformen ist in irgendeiner von der Diffusionssperrschicht 100 und der zwischenliegenden Metallschicht Iridium enthalten. In einigen Ausführungsformen ist eine Iridium enthaltende Schicht zwischen beliebige zwei benachbarte Schichten eingefügt, wie in 1B dargestellt ist. Die Iridium enthaltende Schicht kann eine Schicht sein, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die eine Iridiumschicht, eine Iridiumoxidschicht, eine Doppelschichtstruktur aus einer Iridiumschicht und einer Iridiumoxidschicht, eine Iridium-Titannitrid-Schicht, eine Doppelschichtstruktur aus einer Iridiumschicht und einer Tantalschicht und eine Binärlegierungsschicht von Iridium und Tantal umfasst.
Jede der Schichten, die in 1A und 1B dargestellt sind, kann durch geeignete Filmausbildungsverfahren hergestellt werden, welche umfassen: physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) einschließlich des Sputterns; Molekularstrahlepitaxie (MBE); Impulslaserdeposition (PLD); Atomlagenabscheidung (ALD); Elektronenstrahl(e-Strahl)-Epitaxie; chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder aus der CVD abgeleitete Prozesse, die ferner umfassen: Niederdruck-CVD (LPCVD), Ultrahochvakuum-CVD (UHVCVD), druckreduzierte CVD (RPCVD); Elektroplattieren oder beliebige Kombinationen davon.
In einigen Ausführungsformen wird durch die zuvor erwähnten Filmausbildungsarbeitsgänge ein Filmstapel ausgebildet, und nachdem die Filmstapel ausgebildet sind, wird ein Strukturierungsarbeitsgang, der einen oder mehrere Lithografie- und Ätzarbeitsgänge umfasst, an dem Filmstapel ausgeführt, um eine SOT-Zelle auszubilden, wie in 1A dargestellt ist.
Die 2A-2C zeigen einen sequenziellen Herstellungsarbeitsgang zum Ausbilden der Diffusionssperrschicht 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Es versteht sich, dass für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens zusätzliche Arbeitsgänge vor, während und nach den in den 2A-2C dargestellten Prozessen vorgesehen werden können, und dass einige der Arbeitsgänge, die nachfolgend beschrieben werden, ersetzt oder weggelassen werden können. Die Reihenfolge der Arbeitsgänge/Prozesse kann austauschbar sein.
Wie in 2A dargestellt ist, wird eine untere Metallschicht 10 über einer Trägerschicht 5 ausgebildet. Die untere Metallschicht 10 kann durch PVD, CVD, ALD oder beliebige andere Filmausbildungsverfahren hergestellt werden. Wie in 2B dargestellt ist, wird dann unter Verwendung von PVD, CVD, ALD oder eines beliebigen anderen Filmausbildungsverfahrens eine erste magnetische Schicht 20 ausgebildet. Nachdem die erste magnetische Schicht 20 ausgebildet ist, bildet sich, wie in 2B dargestellt ist, eine magnetische Totschicht 22 zwischen der ersten magnetischen Schicht 20 und der unteren Metallschicht 10. Die magnetische Totschicht 22 beeinflusst die Leistungsfähigkeit der magnetischen SOT-Vorrichtung ungünstig. Die Dicke der magnetischen Totschicht 22 liegt in einem Bereich von circa 0,2 nm bis circa 0,8 nm.
Dann wird, wie in 2C dargestellt ist, ein Prozess zum Herstellen einer eisenreichen Diffusionssperrschicht 100 ausgeführt. In einigen Ausführungsformen ist der Prozess ein thermischer Anlassprozess. Eine Prozesstemperatur des thermischen Anlassprozesses liegt in einem Bereich von circa 350 °C bis circa 450 °C, und in anderen Ausführungsformen liegt sie in einem Bereich von circa 375 °C bis 425 °C. In einigen Ausführungsformen liegt eine Prozesszeit des thermischen Anlassens in einem Bereich von circa 30 min bis circa 240 min, und in anderen Ausführungsformen liegt sie in einem Bereich von circa 90 min bis circa 180 min. Durch den thermischen Anlassprozess wird eine eisenreiche Schicht als die Diffusionssperrschicht 100 ausgebildet, wie in 2C dargestellt ist. In einigen Ausführungsformen nimmt die Dicke der magnetischen Totschicht 22 ab. In bestimmten Ausführungsformen hat die magnetische Totschicht 22 nach dem thermischen Anlassprozess eine Dicke von circa 0,1 nm bis circa 0,3 nm. In einer speziellen Ausführungsform verschwindet die magnetische Totschicht 22 ganz.
In anderen Ausführungsformen wird ein Plasmabehandlungsprozess durchgeführt, um eine an Eisen/Kobalt reiche Diffusionssperrschicht 100 herzustellen. Nachdem die erste magnetische Schicht 20 ausgebildet ist, wie in 2B dargestellt ist, wird die erste magnetische Schicht 20 einem Plasma ausgesetzt. In einigen Ausführungsformen ist das Plasma mindestens eines von den Plasmen von Argon, Stickstoff und Wasserstoff. Es können ein RF-Plasma, induktiv gekoppeltes Plasma (ICP) oder Elektron-Zyklotronresonanz(ECR)-Plasma oder irgendein anderes Plasma verwendet werden. In einigen Ausführungsformen liegt eine Prozesszeit der Plasmabehandlung in einem Bereich von 1 min bis 60 min und in anderen Ausführungsformen in einem Bereich von circa 10 min bis circa 30 min. In einigen Ausführungsformen wird die Stapelstruktur während der Plasmabehandlung bei einer Temperatur in einem Bereich von circa 250 °C bis circa 450 °C erhitzt. Durch die Plasmabehandlung wird eine eisenreiche Schicht als die Diffusionssperrschicht 100 ausgebildet, wie in 2C dargestellt ist. In einigen Ausführungsformen nimmt die Dicke der magnetischen Totschicht 22 ab. In bestimmten Ausführungsformen hat die magnetische Totschicht 22 nach der Plasmabehandlung eine Dicke von circa 0,1 nm bis circa 0,3 nm. In einer speziellen Ausführungsform verschwindet die magnetische Totschicht 22 ganz.
Wenn die Diffusionssperrschicht 100 ein Oxid von Wolfram oder Tantal ist, dann kann die Diffusionssperrschicht 100 ferner durch direktes Oxidieren der Oberfläche der unteren Metallschicht 10, die aus Wolfram oder Tantal besteht, gebildet werden, wie in 2D dargestellt ist. Der Oxidationsprozess umfasst einen thermischen Oxidationsprozess, einen Plasmaoxidationsprozess oder einen nasschemischen Oxidationsprozess. Nachdem das Oxid von Wolfram oder Tantal als die Diffusionssperrschicht 100 ausgebildet wurde, wird die erste magnetische Schicht 20 ausgebildet.
In anderen Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht 100 durch Abscheideverfahren, wie z.B. PVD, CVD, MBE, ALD, Elektroplattieren oder beliebige andere geeignete Verfahren, ausgebildet.
Die 3A, 3B, 3C und 3D zeigen experimentelle Ergebnisse für die senkrechte magnetische Anisotropie (senkrechte magnetische Anisotropie) von magnetischen SOT-Vorrichtungen, welche die Auswirkungen der Diffusionssperrschicht 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung aufzeigen. In den 3A-3D ist die horizontale Richtung ein Magnetfeld (Oe), und die vertikale Achse ist der magnetooptische Kerr-Effekt (MOKE). Die 3A und 3C zeigen die senkrechte magnetische Anisotropie für eine magnetische SOT-Zelle ohne eine Diffusionssperrschicht, und die 3B und 3D zeigen die senkrechte magnetische Anisotropie für eine magnetische SOT-Zelle mit einer Diffusionssperrschicht 100. Die 3A und 3B zeigen die senkrechte magnetische Anisotropie, wie sie anfänglich ausgebildet wurde, und die 3C und 3D zeigen die senkrechte magnetische Anisotropie, nachdem die magnetische SOT-Zelle einem thermischen Prozess bei 400 °C für 50 min unterworfen wurde. Wie in den 3A und 3B dargestellt ist, zeigen die magnetische SOT-Zelle ohne eine Diffusionssperrschicht und die magnetische SOT-Zelle mit einer Diffusionssperrschicht beide eine gutes Ergebnis für die senkrechte magnetische Anisotropie, die eine ausgeprägte Hysterese aufweist. Nachdem die magnetische SOT-Zelle ohne eine Diffusionssperrschicht bei 400 °C erhitzt worden ist, zeigt das Ergebnis für die senkrechte magnetische Anisotropie jedoch keine Hysterese mehr. Demgegenüber wird selbst nach dem Erhitzen der magnetischen SOT-Zelle mit einer Diffusionssperrschicht bei 400 °C eine ausgeprägte Hysterese im Ergebnis für die senkrechte magnetische Anisotropie festgestellt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Diffusionssperrschicht 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung die thermische Stabilität der magnetischen SOT-Zelle verbessern kann.
Die 4A und 4B zeigen experimentelle Ergebnisse, welche die Auswirkungen der Diffusionssperrschicht 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung aufzeigen. Die 4A und 4B sind die Ergebnisse der energiedispersiven Röntgenspektrometrie (EDX). Die bei der EDX-Analyse verwendeten Proben weisen von unten aus gesehen eine Siliziumoxidträgerschicht, eine Wolframschicht als eine untere Metallschicht, eine Kobalt-Eisen-Bor-Schicht als eine erste magnetische Schicht, eine Magnesiumoxidschicht als eine nichtmagnetische Abstandsschicht, eine Mg-Schicht als eine zwischenliegende Metallschicht, eine Kobalt-Eisen-Bor-Schicht als eine zweite magnetische Schicht und eine Ru-Schicht auf. Die Probe für 4A weist außerdem eine Eisen-Bor-Schicht als eine Diffusionssperrschicht auf, und die Probe für 4B ist die gleiche wie die für 4A, enthält jedoch keine Diffusionssperrschicht. Die Proben werden einer Wärmebehandlung bei 400 °C für 50 min unterworfen.
In diesem Experiment sind die erste und zweite magnetische Schicht Fe_0,6Co_0,2B_0,2, und die Diffusionssperrschicht ist Fe_0,7B_0,3. Die Dicke der Wolframschicht ist circa 10 nm, die Dicke der ersten magnetischen Schicht ist circa 0,8 nm, die Dicke der Magnesiumoxidschicht ist circa 1,0 nm, die Dicke der Mg-Schicht ist circa 0,3 nm, die Dicke der zweiten magnetischen Schicht ist circa 0,4 nm und die Dicke der Ru-Schicht circa 3 nm.
Wie in 4B dargestellt ist, diffundieren signifikante Mengen von Eisen (Fe) und Kobalt (Co) in die Wolframschicht hinein, wohingegen die Diffusion von Eisen und Kobalt in die Wolframschicht wirksam unterdrückt wird, wie in 4A dargestellt ist. Aus den 3A-3D und 4A und 4B wird ersichtlich, dass durch den Einsatz der Diffusionssperrschicht 100 die Diffusion von Eisen und Kobalt aus der ersten leitfähigen Schicht in die Wolframschicht (untere Metallschicht) wirksam unterdrückt werden kann, wodurch die thermische Stabilität der magnetischen SOT-Vorrichtung verbessert wird.
Wenn die thermische Stabilität einer magnetischen SOT-Zelle hoch ist, dann ist es leichter, die magnetische SOT-Zelle als eine MRAM in eine Halbleitervorrichtung zu integrieren. In einigen Ausführungsformen wird eine MRAM-Vorrichtung an einem Back-End-of-Line (BEOL) des gesamten Halbleitererstellungsprozess ausgebildet. Im BEOL werden die über einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Strukturen einem oder mehreren thermischen Arbeitsgängen von circa 400 °C bis circa 450 °C unterworfen. Dementsprechend ist die magnetische SOT-Zelle der vorliegenden Offenbarung vereinbar mit dem BEOL-Prozess eines Halbleiterherstellungsprozesses.
In einigen Ausführungsformen weist eine MRAM-Zelle die magnetische SOT-Vorrichtung, die in 1A dargestellt ist, und eine Stromquelle 110 sowie ein Schaltelement 120, wie z.B. einen Transistor, auf.
Es wird verständlich sein, dass nicht unbedingt alle Vorteile hier erörtert worden sind, dass kein spezieller Vorteil für alle Ausführungsformen oder Beispiele gefordert wird und dass andere Ausführungsformen oder Beispiele andersartige Vorteile aufweisen können.
Zum Beispiel wird in der vorliegenden Offenbarung eine Diffusionssperrschicht zwischen eine untere Metallschicht (eine spin-bahn-aktive Schicht) und eine erste magnetische Schicht (eine freie magnetische Schicht) gestellt. Die Diffusionssperrschicht unterdrückt die Diffusion eines metallischen Elements, wie z.B. Eisen und Kobalt, das in der ersten magnetischen Schicht enthalten ist, in die untere Metallschicht. Auf diese Weise kann die Grenzflächeneigenschaft verbessert werden. Zum Beispiel kann eine Dicke einer magnetischen Totschicht verringert werden. Ferner unterdrückt die Diffusionssperrschicht insbesondere die Diffusion des metallischen Elements bei einem anschließenden Erhitzungsprozess. Dementsprechend weist die magnetische Spin-Bahn-Drehmoment(SOT)-Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung eine verbesserte senkrechte magnetische Anisotropie (PMA) auf und ist vereinbar mit einem Fertigungsprozess der Halbleitervorrichtung.
Gemäß einer Ausbildung der vorliegenden Offenbarung weist eine magnetische Spin-Bahn-Drehmoment(SOT)-Vorrichtung auf: eine untere Metallschicht, eine erste magnetische Schicht, die über der unteren Metallschicht angeordnet ist, eine Abstandsschicht, die über der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist, und eine zweite magnetische Schicht, die über der Abstandsschicht angeordnet ist. Zwischen der unteren Metallschicht und der ersten magnetischen Schicht ist eine Diffusionssperrschicht angeordnet, um die Diffusion von Metallelementen der ersten magnetischen Schicht in die untere Metallschicht zu unterdrücken. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht Eisen und Kobalt auf. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die Diffusionssperrschicht Eisen auf, und ein Atomprozentgehalt von Eisen in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Eisen in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht außerdem Bor auf, und die Diffusionssperrschicht weist außerdem Bor auf. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist ein Atomprozentgehalt von Bor in der Diffusionssperrschicht höher als ein Atomprozentgehalt von Bor in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist die erste magnetische Schicht Fe_xCo_yB_1-x-y, und die Diffusionssperrschicht ist Fe_zB_1-z, wobei z > x ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist 0,50 ≤ x ≤ 0,70 und 0,65 ≤ z ≤ 0,90. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die Diffusionssperrschicht Kobalt auf, und ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus Magnesium. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus einem Oxid von Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die untere Metallschicht aus Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Dicke der Diffusionssperrschicht in einem Bereich von 0,1 nm bis 0,6 nm. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die magnetische SOT-Vorrichtung ferner eine zwischenliegende Metallschicht auf, die zwischen der Abstandsschicht und der zweiten magnetischen Schicht angeordnet ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen bestehen die zwischenliegende Metallschicht aus Magnesium und die Abstandsschicht aus Magnesiumoxid. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die magnetische SOT-Vorrichtung ferner eine obere Metallschicht auf, die über der zweiten magnetischen Schicht angeordnet ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die obere Metallschicht aus Ruthenium. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die zweite magnetische Schicht Eisen, Kobalt und Bor auf.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Offenbarung weist eine magnetische Spin-Bahn-Drehmoment(SOT)-Vorrichtung auf: eine untere Metallschicht, eine erste magnetische Schicht, die über der unteren Metallschicht angeordnet ist, eine Abstandsschicht, die über der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist, und eine zweite magnetische Schicht, die über der Abstandsschicht angeordnet ist. Zwischen der unteren Metallschicht und der ersten magnetischen Schicht ist eine magnetische Totschicht angeordnet, und zwischen der magnetischen Totschicht und der ersten magnetischen Schicht ist eine Diffusionssperrschicht angeordnet, um die Diffusion von Metallelementen der ersten magnetischen Schicht in die untere Metallschicht zu unterdrücken. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht Eisen und Kobalt auf. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die Diffusionssperrschicht Eisen auf, und ein Atomprozentgehalt von Eisen in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Eisen in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weisen die erste magnetische Schicht und die Diffusionssperrschicht außerdem Bor auf. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist ein Atomprozentgehalt von Bor in der Diffusionssperrschicht höher als ein Atomprozentgehalt von Bor in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist die erste magnetische Schicht Fe_xCo_yB_1-x-y, und die Diffusionssperrschicht ist Fe_zB_1-z, wobei z > x ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist 0,50 ≤ x ≤ 0,70 und 0,65 ≤ z ≤ 0,90. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die Diffusionssperrschicht Kobalt auf, und ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus Magnesium. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus einem Oxid von Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die untere Metallschicht aus Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Dicke der Diffusionssperrschicht in einem Bereich von 0,1 nm bis 0,6 nm. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die magnetische SOT-Vorrichtung ferner eine zwischenliegende Metallschicht auf, die zwischen der Abstandsschicht und der zweiten magnetischen Schicht angeordnet ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen bestehen die zwischenliegende Metallschicht aus Magnesium und die Abstandsschicht aus Magnesiumoxid. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die magnetische SOT-Vorrichtung ferner eine obere Metallschicht auf, die über der zweiten magnetischen Schicht angeordnet ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die obere Metallschicht aus Ruthenium. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die zweite magnetische Schicht Eisen, Kobalt und Bor auf.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Offenbarung weist ein magnetischer Speicher eine magnetische SOT-Vorrichtung und ein Schaltelement auf. Die magnetische SOT-Vorrichtung weist auf: eine untere Metallschicht, eine erste magnetische Schicht, die über der unteren Metallschicht angeordnet ist, eine Abstandsschicht, die über der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist, und eine zweite magnetische Schicht, die über der Abstandsschicht angeordnet ist. Die Schaltvorrichtung ist an die untere Metallschicht oder die zweite magnetische Schicht gekoppelt. Zwischen der unteren Metallschicht und der ersten magnetischen Schicht ist eine Diffusionssperrschicht angeordnet, um die Diffusion von Metallelementen der ersten magnetischen Schicht in die untere Metallschicht zu unterdrücken. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht Eisen und Kobalt auf. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die Diffusionssperrschicht Eisen auf, und ein Atomprozentgehalt von Eisen in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Eisen in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weisen die erste magnetische Schicht und die Diffusionssperrschicht außerdem Bor auf. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist ein Atomprozentgehalt von Bor in der Diffusionssperrschicht höher als ein Atomprozentgehalt von Bor in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist die erste magnetische Schicht Fe_xCo_yB_1-x-y, und die Diffusionssperrschicht ist Fe_zB_1-z, wobei z > x ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist 0,50 ≤ x ≤ 0,70 und 0,65 ≤ z ≤ 0,90. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die Diffusionssperrschicht Kobalt auf, und ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus Magnesium. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus einem Oxid von Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die untere Metallschicht aus Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Dicke der Diffusionssperrschicht in einem Bereich von 0,1 nm bis 0,6 nm. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die magnetische SOT-Vorrichtung ferner eine zwischenliegende Metallschicht auf, die zwischen der Abstandsschicht und der zweiten magnetischen Schicht angeordnet ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die zwischenliegende Metallschicht aus Magnesium und die Abstandsschicht aus Magnesiumoxid. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die magnetische SOT-Vorrichtung ferner eine obere Metallschicht auf, die über der zweiten magnetischen Schicht angeordnet ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die obere Metallschicht aus Ruthenium. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die zweite magnetische Schicht Eisen, Kobalt und Bor auf.
Gemäß einer Ausbildung der vorliegenden Offenbarung wird in einem Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Spin-Bahn-Drehmoment(SOT)-Vorrichtung eine erste magnetische Schicht über einer unteren Metallschicht ausgebildet. Über der ersten magnetischen Schicht wird eine Abstandsschicht ausgebildet. Über der Abstandsschicht wird eine zweite magnetische Schicht ausgebildet. Ferner wird zwischen der ersten magnetischen Schicht und der unteren Metallschicht eine Diffusionssperrschicht ausgebildet. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht ausgebildet, indem ein thermisches Anlassen durchgeführt wird, nachdem die erste magnetische Schicht ausgebildet wurde. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Prozesstemperatur des thermischen Anlassens in einem Bereich von 350 °C bis 450 °C. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Prozesszeit des thermischen Anlassens in einem Bereich von 30 min bis 240 min. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht durch eine Plasmabehandlung an der ersten magnetischen Schicht ausgebildet, die durchgeführt wird, nachdem die erste magnetische Schicht ausgebildet wurde. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird bei der Plasmabehandlung mindestens eines von den Plasmen von Argon, Stickstoff und Wasserstoff verwendet. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Prozesszeit der Plasmabehandlung in einem Bereich von 1 min bis 60 min. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht Eisen und Kobalt auf, die Diffusionssperrschicht weist Eisen auf, und ein Atomprozentgehalt von Eisen in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Eisen in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weisen die erste magnetische Schicht und die Diffusionssperrschicht außerdem Bor auf. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist ein Atomprozentgehalt von Bor in der Diffusionssperrschicht höher als ein Atomprozentgehalt von Bor in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist erste magnetische Schicht Fe_xCo_yB_1-x-y und die Diffusionssperrschicht Fe_zB_1-z, wobei z > x ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist 0,50 ≤ x ≤ 0,70 und 0,65 ≤ z ≤ 0,90. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht Eisen und Kobalt auf, die Diffusionssperrschicht weist Kobalt auf, und ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht durch einen Abscheideprozess ausgebildet. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus Magnesium. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus einem Oxid von Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht durch Oxidation der unteren Metallschicht ausgebildet. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die untere Metallschicht aus Wolfram oder Tantal, und die Diffusionssperrschicht besteht aus einem Oxid von Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Dicke der Diffusionssperrschicht in einem Bereich von 0,1 nm bis 0,6 nm.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Offenbarung wird in einem Verfahren zur Herstellung einer magnetischen SOT-Vorrichtung eine Diffusionssperrschicht über einer unteren Metallschicht ausgebildet. Über der Diffusionssperrschicht wird eine erste magnetische Schicht ausgebildet. Über der ersten magnetischen Schicht wird eine Abstandsschicht ausgebildet. Über der Abstandsschicht wird eine zwischenliegende Metallschicht ausgebildet. Über der zwischenliegenden Metallschicht wird eine zweite magnetische Schicht ausgebildet. Die Diffusionssperrschicht unterdrückt die Diffusion von Metallelementen der ersten magnetischen Schicht in die untere Metallschicht bei einem anschließenden thermischen Prozess, bei dem 450 °C überschritten werden. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht ausgebildet, indem ein thermisches Anlassen durchgeführt wird, nachdem die erste magnetische Schicht ausgebildet wurde. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Prozesstemperatur des thermischen Anlassens in einem Bereich von 350 °C bis 450 °C. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Prozesszeit des thermischen Anlassens in einem Bereich von 30 min bis 240 min. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht durch eine Plasmabehandlung an der ersten magnetischen Schicht ausgebildet, die durchgeführt wird, nachdem die erste magnetische Schicht ausgebildet wurde. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird bei der Plasmabehandlung mindestens eines von den Plasmen von Argon, Stickstoff und Wasserstoff verwendet. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Prozesszeit der Plasmabehandlung in einem Bereich von 1 min bis 60 min. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht Eisen und Kobalt auf, die Diffusionssperrschicht weist Eisen auf, und ein Atomprozentgehalt von Eisen in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Eisen in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weisen die erste magnetische Schicht und die Diffusionssperrschicht außerdem Bor auf. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist ein Atomprozentgehalt von Bor in der Diffusionssperrschicht höher als ein Atomprozentgehalt von Bor in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist erste magnetische Schicht Fe_xCo_yB_1-x-y und die Diffusionssperrschicht Fe_zB_1-z, wobei z > x ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist 0,50 ≤ x ≤ 0,70 und 0,65 ≤ z ≤ 0,90. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht Eisen und Kobalt auf, die Diffusionssperrschicht weist Kobalt auf, und ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht durch einen Abscheideprozess ausgebildet. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus Magnesium. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus einem Oxid von Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht durch Oxidation der unteren Metallschicht ausgebildet. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die untere Metallschicht aus Wolfram oder Tantal, und die Diffusionssperrschicht besteht aus einem Oxid von Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Dicke der Diffusionssperrschicht in einem Bereich von 0,1 nm bis 0,6 nm.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Offenbarung wird in einem Verfahren zur Herstellung einer magnetischen SOT-Vorrichtung eine erste magnetische Schicht über einer unteren Metallschicht ausgebildet. Die erste magnetische Schicht wird behandelt, sodass eine Diffusionssperrschicht zwischen der unteren Metallschicht und der ersten magnetischen Schicht ausgebildet wird. Über der ersten magnetischen Schicht wird eine Abstandsschicht ausgebildet. Über der Abstandsschicht wird eine zwischenliegende Metallschicht ausgebildet. Über der zwischenliegenden Metallschicht wird eine zweite magnetische Schicht ausgebildet. Die Diffusionssperrschicht unterdrückt die Diffusion von Metallelementen der ersten magnetischen Schicht in die untere Metallschicht bei einem anschließenden thermischen Prozess, bei dem 450 °C überschritten werden. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht ausgebildet, indem ein thermisches Anlassen durchgeführt wird, nachdem die erste magnetische Schicht ausgebildet wurde. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Prozesstemperatur des thermischen Anlassens in einem Bereich von 350 °C bis 450 °C. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Prozesszeit des thermischen Anlassens in einem Bereich von 30 min bis 240 min. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht durch eine Plasmabehandlung an der ersten magnetischen Schicht ausgebildet, die durchgeführt wird, nachdem die erste magnetische Schicht ausgebildet wurde. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird bei der Plasmabehandlung mindestens eines von den Plasmen von Argon, Stickstoff und Wasserstoff verwendet. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Prozesszeit der Plasmabehandlung in einem Bereich von 1 min bis 60 min. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht Eisen und Kobalt auf, die Diffusionssperrschicht weist Eisen auf, und ein Atomprozentgehalt von Eisen in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Eisen in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weisen die erste magnetische Schicht und die Diffusionssperrschicht außerdem Bor auf. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist ein Atomprozentgehalt von Bor in der Diffusionssperrschicht höher als ein Atomprozentgehalt von Bor in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist erste magnetische Schicht Fe_xCo_yB_1-x-y und die Diffusionssperrschicht Fe_zB_1-z, wobei z > x ist. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen ist 0,50 ≤ x ≤ 0,70 und 0,65 ≤ z ≤ 0,90. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen weist die erste magnetische Schicht Eisen und Kobalt auf, die Diffusionssperrschicht weist Kobalt auf, und ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der Diffusionssperrschicht ist höher als ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der ersten magnetischen Schicht. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht durch einen Abscheideprozess ausgebildet. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus Magnesium. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die Diffusionssperrschicht aus einem Oxid von Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen wird die Diffusionssperrschicht durch Oxidation der unteren Metallschicht ausgebildet. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen besteht die untere Metallschicht aus Wolfram oder Tantal, und die Diffusionssperrschicht besteht aus einem Oxid von Wolfram oder Tantal. In einer oder mehreren der vorhergehenden und nachfolgenden Ausführungsformen liegt eine Dicke der Diffusionssperrschicht in einem Bereich von 0,1 nm bis 0,6 nm.
Vorangehend werden Merkmale verschiedener Ausführungsformen oder Beispiele kurz dargestellt, sodass Fachleute die Ausbildungen der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute sollten anerkennen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als eine Grundlage dafür einsetzen können, andere Prozesse und Strukturen zu konzipieren oder abzuwandeln, um die gleichen Zielstellungen zu realisieren und/oder die gleichen Vorteile der hier dargelegten Ausführungsformen zu erreichen. Fachleute sollten auch erkennen, dass derartige gleichwertige Konstruktionen nicht vom Grundgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie hierin verschiedenartige Veränderungen, Ersetzungen und Abwandlungen erzeugen können, ohne vom Grundgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62734484 [0001]

Claims

Magnetische Spin-Bahn-Drehmoment(SOT)-Vorrichtung mit: einer unteren Metallschicht, einer ersten magnetischen Schicht, die über der unteren Metallschicht angeordnet ist, einer Abstandsschicht, die über der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist, eine zweiten magnetischen Schicht, die über der Abstandsschicht angeordnet ist, und einer Diffusionssperrschicht, die zwischen der unteren Metallschicht und der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist, wobei die Diffusionssperrschicht die Diffusion von Metallelementen der ersten magnetischen Schicht in die untere Metallschicht unterdrückt.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste magnetische Schicht Eisen und Kobalt aufweist.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Diffusionssperrschicht Eisen aufweist und ein Atomprozentgehalt von Eisen in der Diffusionssperrschicht höher als ein Atomprozentgehalt von Eisen in der ersten magnetischen Schicht ist.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste magnetische Schicht und die Diffusionssperrschicht außerdem Bor aufweisen.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Atomprozentgehalt von Bor in der Diffusionssperrschicht höher als ein Atomprozentgehalt von Bor in der ersten magnetischen Schicht ist.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, wobei die erste magnetische Schicht Fe_xCo_yB_1-x-y ist und die Diffusionssperrschicht Fe_zB_1-z ist, wobei z > x ist.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei 0,50 ≤ x ≤ 0,70 und 0,65 ≤ z ≤ 0,90 ist.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, wobei die Diffusionssperrschicht Kobalt aufweist und ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der Diffusionssperrschicht höher als ein Atomprozentgehalt von Kobalt in der ersten magnetischen Schicht ist.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Diffusionssperrschicht aus Magnesium besteht.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei die Diffusionssperrschicht aus einem Oxid von Wolfram oder Tantal besteht.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die untere Metallschicht aus Wolfram oder Tantal besteht.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der Diffusionssperrschicht in einem Bereich von 0,1 nm bis 0,6 nm liegt.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer zwischenliegenden Metallschicht, die zwischen der Abstandsschicht und der zweiten magnetischen Schicht angeordnet ist.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die zwischenliegende Metallschicht aus Magnesium besteht und die Abstandsschicht aus Magnesiumoxid besteht.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer oberen Metallschicht, die über der zweiten magnetischen Schicht angeordnet ist.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die obere Metallschicht aus Ruthenium besteht.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite magnetische Schicht Eisen, Kobalt und Bor aufweist.
Magnetische Spin-Bahn-Drehmoment(SOT)-Vorrichtung mit: einer unteren Metallschicht, einer ersten magnetischen Schicht, die über der unteren Metallschicht angeordnet ist, einer Abstandsschicht, die über der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist, einer zweiten magnetischen Schicht, die über der Abstandsschicht angeordnet ist, und einer Diffusionssperrschicht, die zwischen der magnetischen Totschicht und der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist, wobei: eine magnetische Totschicht ausgebildet ist, die zwischen der unteren Metallschicht und der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist, und die Diffusionssperrschicht die Diffusion von Metallelementen der ersten magnetischen Schicht in die untere Metallschicht unterdrückt.
Magnetische SOT-Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die erste magnetische Schicht Fe_xCo_yB_1-x-y ist und die Diffusionssperrschicht Fe_zB_1-z ist, wobei z > x ist.
Verfahren zur Herstellung einer magnetischen Spin-Bahn-Drehmoment(SOT)-Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer ersten magnetischen Schicht über einer unteren Metallschicht, Behandeln der ersten magnetischen Schicht, sodass eine Diffusionssperrschicht zwischen der unteren Metallschicht und der ersten magnetischen Schicht ausgebildet wird, Ausbilden einer Abstandsschicht über der ersten magnetischen Schicht, Ausbilden einer zwischenliegenden Metallschicht über der Abstandsschicht und Ausbilden einer zweiten magnetischen Schicht über der zwischenliegenden Metallschicht, wobei die Diffusionssperrschicht bei einem anschließenden thermischen Prozess, bei dem 450 °C überschritten werden, die Diffusion von Metallelementen der ersten magnetischen Schicht in die untere Metallschicht unterdrückt.