DE112015006972T5

DE112015006972T5 - Verspannte senkrechte magnetische Tunnelübergangsvorrichtungen

Info

Publication number: DE112015006972T5
Application number: DE112015006972.0T
Authority: DE
Inventors: Prashanth P. Madras; Md Tofizur Rahman; Christopher J. Wiegand; Brian Maertz; Oleg Golonzka; Kevin P. O'Brien; Mark L. Doczy; Brian S. Doyle; Tahir Ghani; Kaan Oguz
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2018-07-12
Also published as: US20180287050A1; US10636960B2; CN107924992A; CN107924992B; TW201813143A; WO2017052627A1

Abstract

MTJ-Materialstapel mit einer seitlich verspannten freien Magnetschicht, STTM-Vorrichtungen, die solche Stapel verwenden, und Rechenplattformen, die solche STTM-Vorrichtungen einsetzen. In einigen Ausführungsformen enthalten senkrechte pMTJ-Materialstapel freie Magnetschichten, die seitlich durch ein umgebendes Material kompressionsverspannt sind, wodurch die Koerzitivfeldstärke für eine stabilere Vorrichtung erhöht ist. In einigen Ausführungsformen ist ein pMTJ-Materialstapel in einem kompressionsbelasteten Material eingehaust. In einigen weiteren Ausführungsformen wird ein pMTJ-Materialstapel zuerst in einer dielektrischen Hülle eingehaust, sodass ein leitfähiges Material über der Hülle als die kompressionsbelastete, spannungsinduzierende Materialschicht abgeschieden werden kann.

Description

HINTERGRUND
Magnetische Tunnelübergangs- (MTJ) Vorrichtungen, typischerweise umfassend eine feste Magnetschicht und eine freie Magnetschicht, getrennt durch eine Tunnelsperrschicht, nutzen ein Phänomen, das als Tunnelmagnetowiderstand (TMR) bekannt ist. Für eine Struktur, die zwei Ferromagnetschichten, getrennt durch eine dünne Isoliertunnelschicht enthält, ist wahrscheinlicher, dass Elektronen durch die Tunnelmaterialschicht tunneln, wenn Magnetisierungen der zwei Magnetschichten in einer parallelen Orientierung sind, als wenn dies nicht der Fall ist (nicht parallele oder antiparallele Orientierung). Als solches kann der pMTJ zwischen zwei Zuständen eines elektrischen Widerstands gewechselt werden, einem Zustand mit geringem Widerstand und einem Zustand mit hohem Widerstand. Je größer die Differenz im Widerstand, umso höher das TMR-Verhältnis: (R_AP-R_p)/R_p* 100 %, wobei R_p und R_AP Widerstände für eine parallele bzw. antiparallele Ausrichtung der Magnetisierungen sind. Je höher das TMR-Verhältnis, umso leichter kann ein Bit zuverlässig in Verbindung mit dem pMTJ-Widerstandszustand gespeichert werden. Das TMR-Verhältnis eines bestimmten pMTJ ist daher eine wichtige Leistungsmetrik eines Spin-Transfer-Torque Speichers (STTM), der einen pMTJ-Stapel verwendet.
Für eine STTM-Vorrichtung kann ein strominduzierter Magnetisierungswechsel zum Einstellen der Bit-Zustände verwendet werden. Polarisationszustände einer ersten (freien) Ferromagnetschicht können relativ zu einer festen Polarisation der zweiten (festen) Ferromagnetschicht durch das Spin-Transfer-Torque Phänomen gewechselt werden, wodurch Zustände des pMTJ durch Anlegen von Strom eingestellt werden können. Der Drehimpuls (Spin) der Elektronen kann durch eine oder mehrere Strukturen und Techniken polarisiert werden (z.B. Gleichstrom, Spin-Hall-Effekt usw.). Diese spin-polarisierten Elektronen können ihren Spin-Drehimpuls auf die Magnetisierung der freien Schicht übertragen und diese veranlassen zu präzedieren. Als solches kann die Magnetisierung der freien Magnetschicht durch einen Strompuls (z.B. in etwa 1-10 Nanosekunden) gewechselt werden, der einen gewissen kritischen Wert überschreitet, während die Magnetisierung der festen Magnetschicht solange unverändert bleibt, wie der Stromimpuls unter einem gewissen höheren Schwellenwert liegt, der mit der Architektur der festen Schicht zusammenhängt.
MTJs mit magnetischen Elektroden mit einer senkrechten (außerhalb der Ebene des Substrats) magnetischen Vorzugsrichtung haben ein Potential zur Ausführung eines Speichers höherer Dichte als Varianten innerhalb der Ebene. Im Allgemeinen kann eine senkrechte magnetische Anisotropie (PMA) in der freien Magnetschicht durch senkrechte Grenzflächenanisotropie erreicht werden, die durch eine angrenzende Schicht, wie Magnesiumoxid (MgO), etabliert wird, wenn die freie Magnetschicht ausreichend dünn ist. Dünne Schichten sind jedoch häufig mit einem relativ niedrigen Koerzitivfeld H_c verbunden. Techniken und Strukturen, die H_c für eine bestimmte Magnetschichtdicke erhöhen können, sind daher zum Beispiel zur Verbesserung der pMTJ-Stabilität vorteilhaft.
Figurenliste
Das hier beschriebene Material ist als Beispiel und nicht zur Einschränkung in den beiliegenden Figuren dargestellt. Der Einfachheit und Deutlichkeit der Darstellung wegen sind Elemente, die in den Figuren dargestellt sind, nicht unbedingt maßstabsgetreu. Zum Beispiel können die Dimensionen einiger Elemente relativ zu anderen Elementen der Deutlichkeit wegen übertrieben sein. Ferner werden Bezugszeichen, wenn als angemessen erachtet, in den Figuren wiederholt, um entsprechende oder analoge Elemente anzuzeigen. In den Figuren ist:

1 eine Querschnittsansicht eines Materialschichtstapels für eine STTM-Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
2 eine Grafik eines pMTJ-Koerzitivfeldes und einer Filmspannung als Funktion eines Gasstroms während eines Sputterns einer spannungsinduzierenden Materialschicht gemäß einigen Ausführungsformen;
3A eine Draufsicht einer pMTJ-Vorrichtung, die mehrere seitlich verspannte pMTJ-Vorrichtungen enthält, gemäß einigen Ausführungsformen;
3B eine Querschnittsansicht von in 3A dargestellten pMTJ-Vorrichtungen, gemäß einigen Ausführungsformen;
4A eine Draufsicht einer pMTJ-Vorrichtung, die mehrere seitlich verspannte pMTJ-Vorrichtungen enthält, gemäß einigen Ausführungsformen;
4B eine Querschnittsansicht von in 4A dargestellten pMTJ-Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen;
5A eine Draufsicht einer pMTJ-Vorrichtung, die mehrere seitlich verspannte pMTJ-Vorrichtungen enthält, gemäß einigen Ausführungsformen;
5B eine Querschnittsansicht von in 5A dargestellten pMTJ-Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen;
6 ein Flussdiagram, das ein Verfahren zur Herstellung der in 5A-5B dargestellten pMTJ-Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen darstellt;
7 eine schematische Darstellung einer STTM-Bit-Zelle, die ein Spin-Transfer-Torque-Element enthält, das eine seitlich verspannte pMTJ-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
8 eine schematische Darstellung einer mobilen Rechenplattform und einer Daten-Servermaschine, die STTM-Anordnungen enthält, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und
9 ein Funktionsblockdiagramm, das eine elektronische Rechenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine oder mehrere Ausführungsformen sind unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Während spezielle Konfigurationen und Anordnungen dargestellt und im Einzelnen besprochen sind, sollte klar sein, dass dies nur der Veranschaulichung dient. Fachleute auf dem relevanten Gebiet werden erkennen, dass andere Konfigurationen und Anordnungen möglich sind, ohne vom Wesen und Umfang der Beschreibung abzuweichen. Für Fachleute auf dem relevanten Gebiet wird offensichtlich sein, dass hier beschriebene Techniken und/oder Anordnungen in zahlreichen anderen Systemen und Anwendungen eingesetzt werden können, die nicht jene sind, die hier im Einzelnen beschrieben sind.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden und beispielhafte Ausführungsformen zeigen. Ferner ist klar, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle und/oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang des beanspruchten Gegenstands abzuweichen. Es sollte auch festgehalten werden, dass Richtungen und Bezugnahmen, zum Beispiel oben, unten, Oberseite, Boden und so weiter, nur zur Erleichterung der Beschreibung von Merkmalen in den Zeichnungen verwendet werden können. Daher ist die folgende ausführliche Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen und der Umfang des beanspruchten Gegenstands ist nur durch die beiliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert.
In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche Einzelheiten angeführt. Einem Fachmann auf dem Gebiet sollte jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In einigen Fällen sind allgemein bekannte Verfahren und Vorrichtungen in der Form eines Blockdiagramms und nicht im Detail dargestellt, um eine Verschleierung der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Eine Bezugnahme in dieser Beschreibung auf „eine Ausführungsform“ oder „eine bestimmte Ausführungsform“ bedeutet, dass ein besonderes Merkmal, eine besondere Struktur, Funktion oder Eigenschaft, das bzw. die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in zumindest einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Somit beziehen sich die Vorkommnisse der Phrase „in einer Ausführungsform“ oder „in einer bestimmten Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in dieser Beschreibung nicht unbedingt auf dieselbe Ausführungsform der Erfindung. Ferner können die besonderen Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Eigenschaften in jeder geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden. Zum Beispiel kann eine erste Ausführungsform mit einer zweiten Ausführungsform immer dann kombiniert werden, wenn die besonderen Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Eigenschaften, die mit zwei Ausführungsformen verbunden sind, einander nicht wechselseitig ausschließen.
Wie in der Beschreibung der Erfindung und den beiliegenden Ansprüchen verwendet, sollen die Singularformen „einer“, „eine“, „eines“ „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen enthalten, falls der Zusammenhang nicht eindeutig anderes verlangt. Es ist auch klar, dass sich der Begriff „und/oder“, wie hier verwendet, auf jede und alle möglichen Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgezählten Elemente bezieht und diese beinhaltet.
Die Begriffe „gekoppelt“ und „verbunden“, gemeinsam mit ihren Ableitungen, können zur Beschreibung von funktionellen oder strukturellen Verhältnissen zwischen Komponenten verwendet werden. Es sollte klar sein, dass diese Begriffe nicht als Synonyme füreinander gedacht sind. Vielmehr kann in bestimmten Ausführungsformen „verbunden“ zur Angabe verwendet werden, dass zwei oder mehr Elemente in direktem physischen, optischen oder elektrischen Kontakt zueinander stehen. „Gekoppelt“ kann zur Angabe verwendet werden, dass zwei oder mehr Elemente in direktem oder indirektem (ohne dazwischenliegende Elemente) physischen oder elektrischen Kontakt miteinander stehen und/oder dass die zwei oder mehr Elemente zusammenwirken oder miteinander interagieren (z.B. wie einem wirkungsverursachenden Verhältnis).
Die Begriffe „über“, „unter“, „zwischen“ und „auf“, wie hier verwendet, beziehen sich auf eine relative Position einer Komponente oder eines Materials in Bezug auf andere Komponenten oder Materialien, wo solche physischen Verhältnisse erwähnenswert sind. Zum Beispiel kann im Zusammenhang mit Materialien ein Material oder Material, das über oder unter einem anderen angeordnet ist, in direktem Kontakt sein oder es können ein oder mehrere dazwischenliegende Materialien vorhanden sein. Ferner können ein Material, das zwischen zwei Materialien angeordnet ist, oder Materialien in direktem Kontakt mit den zwei Schichten sein oder es können eine oder mehrere dazwischenliegende Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu ist eine erstes Material oder Material „auf“ einem zweiten Material oder Material in direktem Kontakt mit diesem zweiten Material/Material. Ähnliche Unterscheidungen sind in Hinblick auf Komponentenanordnungen zu treffen.
Wie in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, kann eine Liste von Elementen, die durch den Begriff „mindestens eines von“ oder „eines oder mehrere von“ verbunden sind, jede Kombination der aufgezählten Elemente bedeuten. Zum Beispiel kann die Phrase „mindestens eines von A, B oder C“ A; B; C; A und B; A und C; B und C; oder A, B und C bedeuten.
Es sind hier pMTJ-Materialstapel, STTM-Vorrichtungen, die solche Materialstapel verwenden, und Rechenplattformen, die solche STTM-Vorrichtungen einsetzen, beschrieben. In einigen Ausführungsformen enthalten senkrechte pMTJ-Materialstapel mindestens eine freie Magnetschicht, die seitlich in einer Richtung orthogonal zur magnetischen Vorzugsrichtung für eine verbesserte Übergangsstabilität verspannt ist. In einigen beispielhaften Ausführungsformen ist ein vollständiger pMTJ-Materialstapel, der eine dielektrische Tunnelmaterialschicht enthält, die zwischen einer festen magnetischen Materialschicht und einer freien magnetischen Materialschicht angeordnet ist (beide haben eine senkrechte magnetische Anisotropie) seitlich verspannt, wodurch zugehörige Koerzitivfeldstärken erhöht werden. Anwendungen für hier beschriebene Ausführungsformen enthalten einen eingebetteten Speicher, eingebetteten nicht flüchtigen Speicher (NVM), magnetischen Direktzugriffsspeicher (MRAM) und nicht eingebettete oder alleinstehende Speicher.
Die thermische Stabilität Δ ist eines der wichtigsten Themen, das beim Skalieren von auf STTM beruhenden Vorrichtungen und daraus hergestellten Speicheranordnungen auftritt. Eine größere thermische Stabilität ist mit einer längeren nicht flüchtigen Lebensdauer eines Speicherelements verbunden. Mit fortgesetzter Skalierung wird es schwierig, eine ausreichende Stabilität aufrechtzuerhalten. Thermische Stabilität ist als die Energiebarriere E zwischen zwei magnetischen Zuständen (z.B. (1, 0), (parallel, anti-parallel)) verbunden. Stabilität ist gleich dem Produkt einer magnetischen Anisotropie k_eff des freien magnetischen Materials und dem Volumen des freien magnetischen Materials (Dicke t multipliziert mit der Materialstapelfläche A) dividiert durch die thermische Energie (k_BT): $Δ = \frac{κ_{e f f} t A}{k_{B} T} .$
Im Allgemeinen wird ein Stabilitätswert von mindestens 60k_BT als für die meisten Anwendungen geeignet erachtet. Es ist jedoch klar, dass ein Skalieren einer Speicherzellfläche die Stabilität verringert und der 60k_BT Sollwert schwieriger zu erreichen wird. Magnetische Anisotropie ist ferner eine Funktion einer Sättigungsmagnetisierung M_s und eines effektiven Anisotropiefeldes H_k,eff, sodass eine thermische Stabilität durch eine Vergrößerung des Anisotropiefeldes verbessert werden kann. Eine senkrechte magnetische Anisotropie (PMA) in der freien Magnetschicht kann ein größeres H_k,eff in Gegenwart einer senkrechten Grenzflächenanisotropie erzielen, die durch eine benachbarte Schicht, wie Magnesiumoxid (MgO), etabliert wird, wenn die freie Magnetschicht ausreichend dünn ist.
Dämpfung bezieht sich auf eine magnetische Reibung, die eine Magnetisierung eines Spins erfährt, wenn der Spin von einem Zustand in einen anderen wechselt. Eine größere Dämpfung bedeutet, dass eine größer kritischer Schreibstrom J_c erforderlich ist, um die Magnetisierung der freien Schicht von einem Zustand in einen anderen zu ändern. Ein kritischer Strom J_c ist zu einer Dämpfungskonstante α multipliziert mit einem Verhältnis von Stabilität gegenüber Spin-Transfer-Effizienz (~ TMR) proportional. TMR. Eine Dämpfung nimmt jedoch mit abnehmender Dicke der freien Magnetschicht aufgrund eines Spin-Pumpeffekts zu. Häufig erhöht dann eine Erhöhung in der Anisotropie auch die kritische Stromdichte linear, wodurch es schwierig wird, eine höhere Stabilität ohne gleichzeitige Erhöhung der Dämpfung zu erreichen.
In einigen Ausführungsformen wird hier durch Einführen einer Spannung mindestens in der freien Magnetschicht die Stabilität einer STTM-Zelle verstärkt und/oder die Dämpfung verringert. Diese Spannung, falls richtig in Bezug auf die Magnetfeldrichtung ausgerichtet, kann die Koerzitivfeldstärke für eine gegebene freie magnetische Materialschichtdicke verstärken. Für einen pMTJ-Stapel sollte die Spannung seitlich, im Wesentlichen parallel mit einer Oberfläche des Substrats und orthogonal zur Magnetfeldrichtung sein.
1 ist eine Querschnittsansicht einer pMTJ-Vorrichtung 101 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die pMTJ-Vorrichtung 101 enthält einen pMTJ-Materialstapel 102, der zwischen zwei Elektroden 107 und 180 angeordnet ist. In der beispielhaften Ausführungsform ist eine Metallelektrode 107 (z.B. Bodenelektrode) über einem Substrat 105 angeordnet. Eine feste magnetische Materialschicht (oder ein Stapel) 12, die eine oder mehrere Schichten aus magnetischem Material enthält, ist über der Elektrode 107 angeordnet. Eine dielektrische Tunnelmaterialschicht 130 ist über der festen magnetischen Materialschicht oder dem Stapel 120 angeordnet. Eine freie magnetische Materialschicht (oder ein Stapel) 160 ist über der dielektrischen Tunnelmaterialschicht 130 angeordnet. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist eine dielektrische Materialschicht 170, wie ein Metalloxid (z.B. MgO, VO, WO, VdO, TaO, HfO, MoO) über der freien magnetischen Materialschicht 160 angeordnet. Eine solche Deckschicht kann bei Spin-Hall-Effekt- (SHE) Implementierungen fehlen. Eine Metallelektrode 180 (z.B. obere Elektrode) ist über der dielektrischen Materialdeckschicht 170 angeordnet. Insbesondere kann in alternativen Ausführungsformen die Reihenfolge der Materialschichten 107-180 umgekehrt werden oder kann sich seitlich von einer Seitenwand eines topografischen Merkmals erstrecken.
In einigen Ausführungsformen ist der pMTJ-Materialstapel 102 ein senkrechtes System, wo Spins der Magnetschichten senkrecht zur Ebene der Materialschichten sind (d.h. die magnetische Vorzugsrichtung ist in der z-Richtung außerhalb der Ebene des Substrats 105). Die fixierte Magnetschicht 120 kann aus jedem Material oder Stapel aus Materialien bestehen, die zum Aufrechterhalten einer festen Magnetisierungsrichtung imstande sind, während die freie magnetische Materialschicht 160 magnetisch weicher ist (d.h. die Magnetisierung kann leicht in einen parallelen und antiparallelen Zustand in Bezug auf die feste Schicht drehen). In einigen Ausführungsformen beruht der pMTJ-Materialstapel 102 auf einem CoFeB/MgO-System mit einer MgO-Tunnelmaterialschicht 130, einer festen CoFeB-Magnetschicht/einem Stapel 120 und einer freien CoFeB-Magnetschicht/einem Stapel 160. In vorteilhaften Ausführungsformen haben alle CoFeB-Schichten eine körperzentrierte kubische (BCC) (001) Out-of-Plane-Textur, wobei sich Textur auf die Verteilung kristallografischer Orientierungen innerhalb der Schichten des pMTJ-Stapels 101 bezieht. Für mindestens einige solcher Ausführungsformen hat ein hoher Prozentsatz von CoFeB-Kristallen des CoFeB/MgO/CoFeB-Stapels 101 die bevorzugte (001) Out-of-Plane-Orientierung (d.h. der Texturgrad ist hoch). In einigen CoFeB/MgO-Ausführungsformen sind die (001) orientierten magnetischen CoFeB-Materialschichten 120, 160 eisenreiche Legierungen (d.h. Fe>Co) für eine erhöhte magnetische Rechtwinkligkeit. In einigen Ausführungsformen ist der Fe-Gehalt mindestens 50%. Beispielhafte Ausführungsformen enthalten 20-30% B (z.B. Co₂₀Fe₆₀B₂₀). Andere Ausführungsformen mit gleichen Teilen Kobalt und Eisen sind auch möglich (z.B. Co₄₀Fe₄₀B₂₀). Andere magnetische Materialzusammensetzungen sind auch für die festen und/oder freien Magnetschichten möglich, wie, ohne aber darauf beschränkt zu sein: Co, Fe, Ni und Nicht-Bor-Legierungen dieser Metalle (z.B. CoFe). Die Filmdicke der freien Magnetschicht 160 ist in einigen Ausführungsformen zwischen 0,6 und 1,6 nm.
Die dielektrische Tunnelmaterialschicht 130 besteht aus einem Material oder Stapel von Materialien, das bzw. der geeignet ist, Strom eines Majoritätsspins durch die Schicht gehen zu lassen, während ein Strom eines Minoritätsspins verhindert wird (d.h. ein Spinfilter), der auf den Tunnelmagnetowiderstand trifft, der mit dem pMTJ-Materialstapel 102 verknüpft ist. In einigen beispielhaften Ausführungsformen ist die dielektrische Materialschicht 130 Magnesiumoxid (MgO). Die dielektrische Materialschicht 130 kann ferner ein Kristallisierungstemplate (z.B. BCC mit (001) Textur) für eine Festphasenepitaxie einer freien magnetischen Materialschicht 160 und/oder festen magnetischen Materialschicht 120 vorsehen.
In einigen Ausführungsformen wird eine spannungsverstärkte pMTJ-Vorrichtung durch Anwendung einer seitlich gerichteten Belastung vorgesehen, die ausreichend ist, um eine Spannung in dem pMTJ-Stapel parallel zur Ebene der pMTJ-Materialschichten herbeizuführen. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine Steuerung einer Belastung in Filmen, die über oder neben einem pMTJ-Materialstapel aufgebracht werden, eine signifikante Auswirkung auf die Koerzivität der magnetischen Materialschichten haben kann, die der Spannung in einer oder mehreren der magnetischen Materialschichten entspricht. 2 ist eine Grafik des pMTJ-Koerzitivfeldes und einer Deckfilmspannung als Funktion eines Gasstroms, der während des Sputterns des Deckfilms verwendet wird, gemäß einigen Ausführungsformen. Das Koerzitivfeld H_c wurde mit der Current in-Plane Tunneling Method (CIPT) für einen vollen pMTJ-Materialstapel gemessen, der flach über einem Substrat abgeschieden wurde. Über den vollen pMTJ-Materialstapel wurde flach eine obere Elektrodenmaterialdeckschicht mit einem anderen Ar-Fluss für jede Behandlung abgeschieden. Ferner ist die Filmbelastung in der oberen Elektrodenmaterialschicht als Funktion von Ar-Teildrücken in Verbindung mit dem Ar-Gasstrom während des Sputterns des oberen Elektrodenmaterials (z.B. Ta oder TiN) dargestellt. Wie gezeigt, wurde für das besondere obere Elektrodenmaterial die Filmspannung auf zwischen 600 MPa Kompressionsbelastung und 250 MPa Zugbelastung eingestellt. Insbesondere korreliert die Koerzitivfeldstärke stark mit der oberen Elektrodenmaterialfilmspannung, was zeigt, wie eine Belastungssteuerung im oberen Elektrodenmaterial einen Pfad zur Spannungsgestaltung eines pMTJ-Materialstapels vorsieht. Mit der weiteren Feststellung, dass eine aufliegende, zugbelastete Materialschicht eine Kompressionskraft über die Grenzfläche einer darunterliegenden Schicht in der Ebene der pMTJ Materialschichten ausübt, maximiert der 250 sccm Ar-Fluss, der mit der Spitzenzugbelastung verbunden ist, eine seitliche Kompressionsspannung im pMTJ-Stapel, wodurch eine höhere Koerzivität für einen bestimmten pMTJ-Stapel vorgesehen wird.
In einigen Ausführungsformen ist eine eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht über einer oberen Oberfläche oder einer Seitenwand eines pMTJ-Materialstapels angeordnet. 3A ist eine Draufsicht einer verspannten pMTJ-Vorrichtung 301 gemäß einigen Ausführungsformen, die mehrere pMTJ-Materialstapel 102 enthält. 3B ist eine Querschnittsansicht der verspannten pMTJ-Vorrichtung 301 entlang der B-B‘-Linie, die in 3A dargestellt ist, gemäß einigen Ausführungsformen. Die mehreren pMTJ-Materialstapel 102 sind über einer Fläche eines Substrats 105 angeordnet, wobei jeder pMTJ-Stapel 102 durch ein Zwischenschichtdielektrikum 305 getrennt ist. In einigen beispielhaften Ausführungsformen enthält die pMTJ-Vorrichtung 301 eine eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht oder Deckschicht. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist die eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht 180 über dem pMTJ-Materialstapel 102 angeordnet. Wie durch Pfeile in 3A und 3B dargestellt, legt die eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht 180 eine Kompressionskraft parallel zur oberen Oberfläche jedes pMTJ-Stapels 102 an. Daher sind mindestens die magnetischen Materialschichten und vorteilhafterweise alle Materialschichten in pMTJ-Stapeln 102 in seitliche Richtungen (z.B. x,y) senkrecht zur Magnetfeldrichtung kompressionsverspannt.
In einigen Ausführungsformen dient die eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht 180 ferner als obere Elektrode in einer pMTJ-Vorrichtung. In einigen Ausführungsformen ist die eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht 180 Ta, entweder in reiner Elementform oder in Form einer Legierung davon (z.B. TaN usw.). In anderen Ausführungsformen ist die eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht 180 Ti entweder in reiner Elementform oder in Form einer Legierung davon (z.B. TiN usw.). Es kann auch jedes andere leitfähige Material, das auf eine hohe Zugbelastung (z.B. 200 MPa oder mehr) abgestimmt werden kann, eingesetzt werden. Ein eine seitliche Spannung induzierendes Oberseitenmaterial kann auch eine dielektrische (z.B. SiN) Deckschicht einer pMTJ-Vorrichtungselektrode sein. Für solche Ausführungsformen kann eine leitfähige Durchkontaktierung durch das eine seitliche Spannung induzierende Material gehen, um mit der darunterliegenden Elektrode in Kontakt zu gelangen. In einigen Ausführungsformen hat die eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht 180 zur Erhöhung eines Ausmaßes einer seitlichen Spannung innerhalb der pMTJ-Stapel 102 eine Dicke (z.B. z-Dimension in 3B) größer als jene einer (z.B. magnetischen oder dielektrischen) Materialschicht im pMTJ-Stapel. In einigen weiteren Ausführungsformen hat die eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht 180 eine größere Dicke als jene des gesamten darunterliegenden pMTJ-Stapels 102.
In einigen Ausführungsformen ist eine eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht über einer Seitenwand eines pMTJ-Materialstapels angeordnet. Die eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht kann in direktem Kontakt mit Seitenwänden des pMTJ-Materialstapels stehen oder von dem Stapel durch eine dazwischenliegende Stapeleinkapselung getrennt sein. Das eine seitliche Spannung induzierende Material kann zwischen benachbarten pMTJ-Materialstapeln mit einem Abscheidungsprozess abgeschieden werden, der zur Bildung eines Materials mit hoher Kompressionsbelastung abgestimmt ist. Eine kompressionsbelastete Materialschicht neben Seitenwänden des pMTJ übt eine Kraft gegen die pMTJ-Stapelseitenwände parallel zur Ebene der pMTJ-Materialschichten und senkrecht zu den pMTJ-Stapelseitenwänden aus. Eine Kraft, die durch eine kompressionsbelastete Materialschicht außerhalb der Ebene der pMTJ-Materialschichten ausgeübt wird, kann relativ klein sein, begrenzt durch die z-Dicke der pMTJ-Materialschichten. In einigen weiteren Ausführungsformen ist eine eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht sowohl über einer oberen Oberfläche eines pMTJ-Materialstapels wie auch einer Seitenwand eines pMTJ-Materialstapels angeordnet. Zum Beispiel kann eine eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht sowohl ein zugbelastetes Material, das als die obere Elektrode in einer pMTJ-Vorrichtung abgeschieden ist, wie auch eine kompressionsbelastete Materialschicht, die zwischen benachbarten pMTJ-Materialstapeln abgeschieden ist, enthalten, von welchen beide eine seitliche Kompressionsspannung innerhalb des pMTJ-Materialstapels herbeiführen.
4A ist eine Draufsicht auf eine verspannte pMTJ-Vorrichtung 401 gemäß einigen Ausführungsformen, die mehrere pMTJ-Materialstapel 102 enthält. 4B ist eine Querschnittsansicht einer verspannten pMTJ-Vorrichtung 401 entlang der in 4A dargestellten B-B‘-Linie gemäß einigen Ausführungsformen. Wie dargestellt, enthält die pMTJ-Vorrichtung 401 eine benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405, die die Anordnung von pMTJ-Strukturen umgibt, und eine eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht 180, die über dem pMTJ-Materialstapel 102 angeordnet ist. Wie durch Pfeile in 4A und 4B dargestellt, übt die benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 eine Kompressionskraft senkrecht auf Seitenwände benachbarter pMTJ-Stapel 102 aus, wodurch die Kompressionskraft, die durch die eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht 180 in einer Richtung parallel auf eine obere Oberfläche de pMTJ-Stapel 102 ausgeübt wird, erhöht wird. Die benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 kann in Kombination mit oder ohne eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht 180 eingesetzt werden.
Die benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 kann jedes Material sein, das so abgestimmt werden kann, dass es eine hohe Kompressionsbelastung hat (z.B. 200 MPa oder mehr und vorteilhafterweise mindestens 400 MPa). In einigen Ausführungsformen ist die benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 ein dielektrisches Material, wie, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Al₂O₃, SiO, SiON und SiN. Dielektrische Materialien können ferner als Zwischenschichtdielektrikum, elektrisch isolierende pMTJ-Materialschichten von anderen Schichten in demselben Stapel oder in benachbarten pMTJ-Stapeln dienen. Die benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 bedeckt mindestens die freie(n) magnetische(n) Materialschicht(en) und bedeckt vorteilhafterweise auch die feste(n) magnetische(n) Materialschicht(en). In einigen vorteilhaften Ausführungsformen bedeckt die eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 die gesamte pMTJ-Seitenwand 161, um eine Kraft auf die gesamte z-Höhe des pMTJ-Materialstapels auszuüben. In der in 4A-4B dargestellten beispielhaften Ausführungsform steht eine eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 in direktem Kontakt mit Materialschichten in den pMTJ-Stapeln.
In einigen vorteilhaften Ausführungsformen füllt die benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 Spalte zwischen benachbarten pMTJ-Strukturen in der verspannten pMTJ-Vorrichtung 401 auf. Zum Beispiel ist eine obere Oberfläche der benachbarten, eine seitliche Spannung induzierenden Materialschicht 405 in einer Ebene mit einer oberen Oberfläche einer eine seitliche Spannung induzierenden Oberseitenmaterialschicht 180. Falls die eine seitliche Spannung induzierende Oberseitenmaterialschicht 180 fehlt, kann eine benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 eine obere Oberfläche in einer Ebene mit einer oberen Oberfläche des pMTJ-Materialstapels 102 haben.
In einigen Ausführungsformen ist eine benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht vom pMTJ-Materialstapel durch eine dazwischenliegende Stapeleinkapselung getrennt. Für solche Ausführungsformen kann ein dielektrisches Material (z.B. jedes der für die pMTJ-Vorrichtung 401 beschriebenen) oder eine leitfähige Materialschicht zum seitlichen Verspannen eines pMTJ-Materialstapels verwendet werden. 5A ist eine Draufsicht einer verspannten pMTJ-Vorrichtung 501 gemäß einigen Ausführungsformen, die mehrere verspannte pMTJ-Materialstapel 102 enthält. 5B ist eine Querschnittsansicht der verspannten pMTJ-Vorrichtung 501 entlang der in 5A dargestellten B-B‘-Linie gemäß einigen Ausführungsformen.
In einigen Ausführungsformen ist das benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 ein leitfähiges Material. Es können viele leitfähige Materialien mit einer höheren Kompressionsbelastung als die meisten dielektrischen Materialien abgeschieden werden, sodass eine größere Spannung im pMTJ-Stapel herbeigeführt werden kann. Die benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 kann zum Beispiel ein Metall sein. In einigen beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Metall mindestens eines von Ta, W oder Ru. In einigen Ausführungsformen enthält die benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 Ta, entweder in reiner Elementform oder in Form einer Legierung davon (z.B. TaN usw.). Ta-Filme können vorteilhafterweise durch Sputtern auf sehr hohe Werte einer Kompressionsbelastung (z.B. 200 - 400 MPa oder mehr) abgeschieden werden. In anderen Ausführungsformen enthält die benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 W oder Ru, entweder in reiner Elementform oder in Form einer Legierung davon.
Wie ferner in 5A und 5B dargestellt, ist die benachbarte, eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht 405 von der Materialschicht des pMTJ-Stapels 102 durch eine dazwischenliegende dielektrische Materialschicht 510 getrennt. Die dielektrische Materialschicht 510 ist über dem pMTJ-Stapel 102 angeordnet und bedeckt eine Umfangsseitenwand einer oder mehrerer (z.B. aller) Materialschichten des pMTJ-Stapels 102. Wie ferner dargestellt, trennt die dielektrische Materialschicht 510 auch Elektrodenmaterialien 107 und 180 von der benachbarten, eine seitliche Spannung induzierenden Materialschicht 405, wodurch verhindert wird, dass leitfähigen benachbarten, eine seitliche Spannung induzierenden Materialschichten pMTJ-Vorrichtungen kurzschließen. Die dielektrische Materialschicht 510 kann jede Zusammensetzung ausreichend hoher elektrischer Widerstandsfähigkeit haben, wie, ohne aber darauf beschränkt zu sein SiO, SiON, SiN, jedes bekannt Low-k Dielektrikum und dergleichen. Die dielektrische Materialschicht 510 kann einen weiteren Dickenbereich (z.B. 2-20 nm) haben und ist vorteilhafterweise weniger als 5 nm, um das Volumen der leitfähigen, eine seitliche Spannung induzierenden Materialschicht 405 zu maximieren. In dem Beispiel, das ferner in 4B dargestellt ist, füllt spannungsinduzierendes Metallmaterial 405 die Spalte zwischen benachbarten pMTJ-Stapeln auf, so dass sie in einer Ebene mit einer oberen Oberfläche der oberen Elektrode 180 liegen, während die dielektrische Materialschicht 510 dazwischen angeordnet ist.
pMTJ-Materialstapel und Vorrichtungen gemäß den obengenannten Architekturen können durch eine Reihe von Verfahren hergestellt werden, die eine Reihe von Techniken und Bearbeitungskammerkonfigurationen anwenden. 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 601 zur Herstellung der in 5 dargestellten pMTJ-Vorrichtung 501 gemäß einigen Ausführungsformen zeigt. Das Verfahren 601 beginnt mit der Aufnahme eines Substrats in Vorgang 610. Es kann jedes Substrat, das als geeignet für eine mikroelektronische Herstellung bekannt ist, aufgenommen werden, wie, ohne aber darauf beschränkt zu sein, kristalline Siliziumsubstrate. Transistoren und/oder eine oder mehrere Ebenen einer Zwischenverbindungsmetallisierung können auf dem Substrat vorhanden sein, wenn dieses in Vorgang 610 aufgenommen wird.
In Vorgang 620 wird der pMTJ-Materialstapel abgeschieden. In beispielhaften Ausführungsformen werden ein Bodenelektrodenmetall, eine feste Magnetschicht oder ein Materialstapel, wie Fe-reiches CoFeB, abgeschieden. Verschiedene Unterlagschichten, wie eine SAF-Struktur können auch abgeschieden werden. Ein dielektrisches Tunnelmaterial, wie MgO, wird über der festen Magnetschicht abgeschieden. Eine freie magnetische Materialschicht, wie Fe-reiches CoFeB, wird über dem dielektrischen Tunnelmaterial abgeschieden. Ein dielektrisches Deckmaterial, wie MgO, kann ferner über der freien Magnetschicht abgeschieden werden. Ein oberes Elektrodenmetall wird dann über dem pMTJ-Materialstapel abgeschieden. In beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet Vorgang 620 ein physikalisches Aufdampfen (Sputtern), das bei einer Temperatur unter 250 °C durchgeführt wird. Es können eines oder mehrere von Co-Sputtern und reaktivem Sputtern in jeder Kapazität verwendet werden, wie in der Technik bekannt, um die verschiedenen, hier beschriebenen Schichtzusammensetzungen zu bilden. Für PVD Ausführungsformen werden eine oder mehrere der Materialschichten, wie, ohne aber darauf beschränkt zu sein, magnetische feste und freie Materialschichten, in amorpher Form abgeschieden, die über eine Substratfläche diskontinuierlich sein kann (z.B. Bilden von Inseln, die nicht koaleszieren). Es können andere Abscheidungstechniken, wie atomare Schichtabscheidung (ALD), für jene Materialien mit bekannten Vorläufern durchgeführt werden. Alternativ können epitaktische Prozesse, wie, ohne aber darauf beschränkt zu sein, Molekularstrahlepitaxie (MBE), ausgeführt werden, um eine oder mehrere der pMTJ-Materialschichten zu züchten. Für eine oder mehrere dieser alternativen Abscheidungstechniken können mindestens die magnetischen Materialschichten mit mindestens einer gewissen Mikrostruktur (z.B. polykristallin mit Textur) abgeschieden werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Abscheiden eines oberen Elektrodenmetalls ferner ein Abscheiden eines Metalls mit hoher Zugbelastung durch physikalisches Aufdampfen (PVD). Zum Beispiel wird mindestens eines von Ta oder Ti über dem pMTJ-Materialstapel in Vorgang 620 abgeschieden. In einigen beispielhaften Ta-Ausführungsformen wird das Abscheiden mit einem hohen Ar-Teildruck durchgeführt, um einen Ta-Film mit einer Zugbelastung von mindestens 200 MPa abzuscheiden.
Das Verfahren 601 fährt mit einer Strukturierung des pMTJ-Materialstapels zu einer Anordnung von pMTJ-Vorrichtungsstrukturen in Vorgang 630 fort. Jeder bekannte Strukturierungsprozess kann in Vorgang 630 zur Abgrenzung einer Anordnung von pMTJ-Vorrichtungsstrukturen verwendet werden. In Vorgang 640 wird eine dielektrische Materialschicht über der Anordnung von pMTJ-Vorrichtungsstrukturen abgeschieden. Es kann jede bekannte Niedertemperaturabscheidungstechnik verwendet werden, wie, ohne aber darauf beschränkt zu sein, plasmaverstärkte chemische Aufdampfung (PECVD), PVD, oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Materialschicht direkt auf einer Seitenwand der pMTJ-Materialschichten (z.B. freie Magnetschicht und feste Magnetschicht) abgeschieden.
In Vorgang 650 wird die dielektrische eingekapselte pMTJ-Vorrichtungsanordnung mit einem eine seitliche Spannung induzierenden Material aufgefüllt. In einigen beispielhaften Ausführungsformen wird eine Metallmaterialschicht mit hoher Kompressionsbelastung über der dielektrischen Materialschicht abgeschieden. In einigen Ausführungsformen beinhaltet Vorgang 650 ein Sputtern von Ta, W oder Ru, entweder in reiner oder Legierungsform. Sputterprozessparameter, wie Ar-Teildruck, können so eingestellt werden, dass ein Metallfilm mit einer Kompressionsbelastung von 400 MPa oder mehr abgeschieden wird. Das Sputtern kann für eine ausreichende Dauer durchgeführt werden, um Spalte zwischen zwei benachbarten pMTJ-Materialstapeln vollständig aufzufüllen.
In Vorgang 660 wird die pMTJ-Anordnung geebnet, wodurch eine obere Elektrode der pMTJ-Vorrichtungen freigelegt wird, die dann mit einer adressierbaren Speicherzellanordnung in Vollendung der Vorrichtung in Vorgang 670 verbunden werden kann. Es können sämtliche standardmäßige mikroelektronische Herstellungsprozesse wie Lithografie, Ätzen, Dünnfilmabscheidung, Planarisierung (z.B. CMP) und dergleichen durchgeführt werden, um eine Verbindung einer STTM-Vorrichtung unter Einsatz einer der hier beschriebenen, verspannten pMTJ-Materialvorrichtungen oder eines Teilsatzes des der Materialschichten darin zu vollenden.
Sobald eine oder mehrere Schichten des pMTJ-Materialstapels (z.B. alle Schichten) abgeschieden sind, wird ein Tempern und Bedingungen durchgeführt, die in der Technik bekannt sind, um eine Festphasenepitaxie der freien Magnetschichten und/oder der festen Magnetschicht zu fördern, wodurch eine polykristalline BCC-Mikrostruktur und (001) Textur verliehen wird. Die Temperaturen, Dauer und Umgebungen des Temperns können variieren, wobei beispielhafte Ausführungsformen ein Tempern bei 250°C oder mehr durchführen. In einigen Ausführungsformen wird ein thermisches Tempern durchgeführt, nachdem ein eine seitliche Spannung induzierendes Material über dem pMTJ-Materialstapel abgeschieden wurde. In anderen Ausführungsformen wird das thermische Tempern durchgeführt, bevor das eine seitliche Spannung induzierende Material über dem pMTJ-Materialstapel abgeschieden wird.
In einer Ausführungsform dient der pMTJ im Wesentlichen als Widerstand, wobei der Widerstand eines elektrischen Pfades durch den pMTJ in zwei Widerstandszuständen vorliegen kann, entweder „hoch“ oder „nieder“, abhängig von der Richtung oder Orientierung der Magnetisierung in der (den) freien Magnetschicht(en) und in der (den) festen Magnetschicht(en). Falls die Spinrichtung in der (den) freien Magnetschicht(en) nach unten geht (Minorität), liegt ein hoher Widerstandszustand vor und die Richtungen der Magnetisierung in der (den) gekoppelten freien Magnetschicht(en) und der (den) festen Magnetschicht(en) sind anti-parallel zueinander. Für den Fall, dass die Spin Richtung in den gekoppelten freien Magnetschichten nach oben geht (Majorität), liegt ein niedriger Widerstandszustand vor und die Richtungen der Magnetisierung in den gekoppelten freien Magnetschichten und der festen Magnetschicht sind parallel zueinander. Die Begriffe „nieder“ und „hoch“ in Bezug auf den Widerstandszustand des pMTJ sind relativ zueinander. Mit anderen Worten, der hohe Widerstandszustand ist nur ein detektierbar höherer Widerstand als der niedere Widerstandszustand, und umgekehrt. Daher können, mit einer detektierbaren Differenz im Widerstand, der niedere und hohe Widerstandszustand verschiedene Bits an Informationen darstellen (d.h. eine „0“ oder eine „1“).
Die Magnetisierungsrichtung in den gekoppelten freien Magnetschichten kann durch einen Prozess, der als Spin-Transfer-Torque („STT“) bezeichnet wird, mit Hilfe eines spin-polarisierten Stroms geändert werden. Ein elektrischer Strom ist im Allgemeinen nicht polarisiert (besteht z.B. aus etwa 50% Spin-up- und etwa 50% Spin-down-Elektronen). Ein spin-polarisierter Strom ist jener mit einer größeren Anzahl von Elektronen entweder im Spin-up oder Spin-down. Der spin-polarisierte Strom kann generiert werden, indem ein Strom durch die feste Magnetschicht geleitet wird. Die Elektronen des spin-polarisierten Stroms aus der festen Magnetschicht tunneln durch die Tunnelsperre oder dielektrische Schicht 208 und übertragen ihren Spin-Drehimpuls auf die freie Magnetschicht, wobei die freie Magnetschicht ihre magnetische Richtung von anti-parallel zu jener der festen Magnetschicht oder parallel orientiert. Der Spin-Hall-Effekt kann auch zum Generieren eines spin-polarisierten Stroms durch ein besonderes Elektrodenmaterial verwendet werden, das mit einer freien magnetischen Materialschicht in Kontakt ist. Für solche Ausführungsformen kann die freie Magnetschicht orientiert werden, ohne einen Strom durch die feste Magnetschicht und andere Materialschichten des pMTJ anzulegen. In jeder Implementierung kann die freie Magnetschicht durch Umkehr des Stroms wieder in ihre ursprüngliche Orientierung gebracht werden. Somit kann der pMTJ ein einzelnes Bit an Informationen („0“ oder „1“) durch seinen Magnetisierungszustand speichern. Die im pMTJ gespeicherten Informationen werden erfasst, indem ein Strom durch den pMTJ gelenkt wird. Die freie(n) Magnetschicht(en) erfordert (erfordern) keine Leistung, um ihre magnetischen Orientierungen beizubehalten. Als solches wird der Zustand des pMTJ bewahrt, wenn Leistung zu der Vorrichtung entfernt wird. Daher ist eine Spin-Transfer-Torque Speicher-Bit-Zelle, die aus den hier beschriebenen Materialstapeln besteht, nicht flüchtig.
7 ist eine schematische Darstellung einer STTM-Bit-Zelle 701 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Spin-Transfer-Torque Element 710 enthält. Das Spin-Transfer-Torque Element 710 enthält eine pMTJ-Vorrichtung, die zum Beispiel durch eine benachbarte Materialschicht 405 seitlich verspannt ist. Das Element 710 enthält ferner eine erste Metallisierung 107 und eine zweite Metallisierung 180, von welchen mindestens eine in Spannung (zugbelastet) ist. Die zweite Metallisierung 180 ist elektrisch an eine erste Metallzwischenverbindung 792 (z.B. Bit-Leitung) gekoppelt. Die erste Metallisierung 107 ist elektrisch mit einer zweiten Metallzwischenverbindung 791 (z.B. Source-Leitung) durch einen Transistor 715 gekoppelt. Der Transistor 715 ist ferner mit einer dritten Metallzwischenverbindung 793 (z.B. Wortleitung) in einer Weise verbunden, die in der Technik herkömmlich ist. In SHE-Implementierungen kann ferner eine zweite Metallisierung 180 an eine vierte Metallzwischenverbindung 794 gekoppelt sein (z.B. bei einem Referenzpotential relativ zur ersten Metallzwischenverbindung 792 gehalten werden). Die Spin-Transfer-Torque Speicher-Bit-Zelle 701 kann ferner einen zusätzlichen Schreib- und Leseschaltkreis (nicht dargestellt), einen Leseverstärker (nicht dargestellt), eine Bit-Leitungsreferenz (nicht dargestellt) und dergleichen enthalten, wie für Fachleute auf dem Gebiet nicht flüchtiger Solid-State-Speichervorrichtungen offensichtlich ist. Mehrere der Spin-Transfer-Torque Speicher-Bit-Zelle 710 können betriebsbereit mit einer anderen zur Bildung einer Speicheranordnung (nicht dargestellt) verbunden sein, wobei die Speicheranordnung in eine nicht flüchtige Speichervorrichtung integriert sein kann.
8 zeigt ein System 800, in dem eine mobile Rechenplattform 805 und/oder eine Daten-Servermaschine 806 zum Beispiel seitlich verspannte pMTJ-Vorrichtungen gemäß einigen oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Servermaschine 806 kann jeder kommerzielle Server sein, der zum Beispiel eine Anzahl von Hochleistungsrechenplattformen enthält, die in einem Gestell angeordnet und zur elektronische Datenverarbeitung vernetzt sind, die in der beispielhaften Ausführungsform eine verpackte Vorrichtung 850 enthält.
Die mobile Rechenplattform 805 kann jede tragbare Vorrichtung sein, die für eine elektronische Datenanzeige, elektronische Datenverarbeitung, drahtlose elektronische Datenübertragung oder dergleichen konfiguriert ist. Zum Beispiel kann die mobile Rechenplattform 805 jedes von einem Tablet, einem Smartphon, einem Laptop Computer usw. sein und kann einen Anzeigeschirm (z.B. einen kapazitiven, induktiven, resistiven oder optischen Berührungsschirm) ein integriertes System 810 auf Chip-Ebene oder Packungsebene und eine Batterie 815 enthalten.
Ob nun in dem integrierten System 810 angeordnet, das in der erweiterten Ansicht 820 dargestellt ist, oder als alleinstehende verpackte Vorrichtung in der Servermaschine 806, das SOC 860 enthält seitlich verspannte pMTJ-Vorrichtungen. Das SOC 560 kann ferner einen Speicherschaltkreis und/oder einen Prozessorschaltkreis 840 (z.B. STTM, MRAM, einen Mikroprozessor, einen Mehrfachkern-Mikroprozessor, Grafikprozessor usw.) enthalten. Jedes von einer Steuerung 835, PMIC 830 oder integrierten RF- (Funkfrequenz) Schaltung (RFIC) 825 kann einen eingebetteten STTM enthalten, der seitlich verspannte pMTJ-Vorrichtungen verwendet.
Wie ferner in der beispielhaften Ausführungsform dargestellt, hat die RFIC 825 einen Ausgang, der an eine Antenne (nicht dargestellt) gekoppelt ist, um einen von zahleichen drahtlosen Standards oder eines von Protokollen zu implementieren, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein Wi-Fi (IEEE 802.11 Familie), WiMAX (IEEE 802.16 Familie), IEEE 802.20, Long Term Evolution (LTE), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, Derivative davon, wie auch sämtlich andere drahtlose Protokolle, die als 3G, 4G, 5G bezeichnet werden, und darüber hinaus. In alternativen Implementierungen kann jedes dieser SoC-Module auf separaten ICs integriert sein, die an ein Packungssubstrat, einen Zwischenschalter oder eine Platte gekoppelt sind.
9 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Rechenvorrichtung 900, die gemäß mindestens einigen Implementierungen der vorliegenden Offenbarung angeordnet sind. Die Rechenvorrichtung 900 befindet sich zum Beispiel im Inneren der Plattform 905 oder Servermaschine 906. Die Vorrichtung 900 enthält ferner eine Hauptplatine 902, die eine Reihe von Komponenten beherbergt, wie, ohne aber darauf beschränkt zu sein, einen Prozessor 904 (z.B. einen Anwendungsprozessor), der ferner einen eingebetteten magnetischen Speicher auf der Basis von pMTJ-Materialstapeln enthalten kann, enthaltend eine auf Mo basierende, freie magnetische Kopplungsschicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Prozessor 904 kann physisch und/oder elektrisch an die Hauptplatine 902 gekoppelt sein. In einigen Beispielen enthält der Prozessor 904 ein integriertes Schaltungs-Die, das im Prozessor 904 verpackt ist. Im Allgemeinen kann sich der Begriff „Prozessor“ oder „Mikroprozessor“ auf jede Vorrichtung oder jeden Teil einer Vorrichtung beziehen, die bzw. der elektronische Daten aus Registern und/oder einem Speicher verarbeitet, um diese elektronische daten in andere elektronische Daten umzuformen, die weiter in Registern und/oder einem Speicher gespeichert werden können.
In verschiedenen Beispielen können ein oder mehrere Kommunikations-Chips 906 auch physisch und/oder elektrisch an die Hauptplatine 902 gekoppelt sein. In weiteren Implementierungen können Kommunikations-Chips 906 Teil des Prozessors 904 sein. Abhänggig von ihren Anwendungen kann die Rechenvorrichtung 900 andere Komponenten enthalten, die physisch und/oder elektrisch an die Hauptplatine 902 gekoppelt sein können oder nicht. Diese anderen Komponenten enthalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein, einen flüchtigen Speicher (z.B. DRAM), einen nicht flüchtigen Speicher (z.B. ROM), einen Flash-Speicher, einen Grafikprozessor, einen Digitalsignalprozessor, einen Kryptoprozessor, einen Chipset, eine Antenne, eine Berührungsbildschirmanzeige, eine Berührungsbildschirmsteuerung, eine Batterie, einen Audio-Codec, einen Video-Codec, einen Leistungsverstärker, eine globale Positioniersystem- (GPS) Vorrichtung, einen Kompass, einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop, einen Lautsprecher, eine Kamera und eine Massenspeichervorrichtung (wie ein Festplattenlaufwerk, ein Solid-State-Laufwerk (SSD), eine Compact Disk (CD), eine Digital Versatile Disk (DVD) und so weiter) oder dergleichen.
Die Kommunikations-Chips 906 können drahtlose Kommunikationen für die Übertragung von Daten zu und von der Rechenvorrichtung 900 ermöglichen. Der Begriff „drahtlos“ und seine Ableitungen können zur Beschreibung von Schaltungen, Vorrichtungen, Systemen, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanälen usw. verwendet werden, die Daten durch die Verwendung modulierter elektromagnetischer Strahlung durch ein nicht festes Medium kommunizieren können. Der Begriff bedeutet nicht, dass die zugehörigen Vorrichtungen keine Drähte enthalten, obwohl in einigen Ausführungsformen keine vorhanden sein könnten. Die Kommunikations-Chips 906 können einen von einer Reihe drahtloser Standards oder eines von Protokollen implementieren, einschließlich, ohne aber darauf beschränkt zu sein, jener, die hier anderswo beschrieben sind. Wie besprochen, kann die Rechenvorrichtung 900 mehrere Kommunikations-Chips 906 enthalten. Zum Beispiel kann ein erster Kommunikations-Chip für drahtlose Kommunikationen kürzerer Reichweite bestimmt sein, wie Wi-Fi und Bluetooth, und ein zweiter Kommunikations-Chip kann für drahtlose Kommunikationen größerer Reichweite bestimmt sein, wie GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO und andere.
Während gewisse, hier angeführte Merkmale unter Bezugnahme auf verschiedene Implementierungen beschrieben wurden, soll diese Beschreibung nicht in einschränkendem Sinn verstanden werden. Daher werden verschiedene Modifizierungen der hier beschriebenen Implementierungen, wie auch andere Implementierungen, die für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, als im Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend angesehen.
Es wird erkannt werden, dass die Erfindung nicht auf die so beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern mit einer Modifizierung und Veränderung ausgeführt werden kann, ohne vom Umfang der beiliegenden Ansprüche abzuweichen. Zum Beispiel können die obenstehenden Ausführungsformen spezielle Kombinationen von Merkmalen enthalten, wie in der Folge ferner vorgesehen ist.
In einer oder mehreren ersten Ausführungsformen umfasst eine senkrechte magnetische Tunnelübergangs (pMTJ) Vorrichtung einen pMTJ-Materialstapel, der über einem Substrat angeordnet ist, wobei der Materialstapel eine dielektrische Tunnelmaterialschicht umfasst, die zwischen einer festen magnetischen Materialschicht und einer freien magnetischen Materialschicht angeordnet ist, die beide senkrechte magnetische Anisotropie haben. Die Vorrichtung enthält eine dielektrische Materialschicht, die über dem pMTJ-Stapel angeordnet ist, wobei die dielektrische Materialschicht eine Umfangsseitenwand von mindestens der freien magnetischen Materialschicht bedeckt, und ein Metall, das über dem Dielektrikum angeordnet ist, das mindestens teilweise die Umfangsseitenwand umgibt.
In Weiterentwicklung der ersten Ausführungsformen ist das Metall ein elementares feuerfestes Metall oder eine Legierung davon.
In Weiterentwicklung der unmittelbar obenstehenden ersten Ausführungsformen umfasst das Metall mindestens eines von Ta, W oder Ru.
In Weiterentwicklung der ersten Ausführungsformen ist der pMTJ-Materialstapel ein Stapel einer Anordnung von pMTJ-Materialstapeln und das Metall füllt Spalte zwischen benachbarten pMTJ-Materialstapeln innerhalb der Anordnung auf, wobei es jeden pMTJ-Materialstapel vollständig umgibt.
In Weiterentwicklung der unmittelbar obenstehenden ersten Ausführungsformen ist das Metall in einer Ebene mit einer oberen Oberfläche einer Elektrode des pMTJ-Materialstapels und die dielektrische Materialschicht ist zwischen einer Seitenwand der Elektrode und dem eine Spannung induzierenden Metallmaterial angeordnet.
In einer oder mehreren zweiten Ausführungsformen umfasst eine senkrechte magnetische Tunnelübergangs- (pMTJ) Vorrichtung, die über einem Substrat angeordnet ist, einen pMTJ-Materialstapel, der über einem Substrat angeordnet ist, wobei der Materialstapel eine dielektrische Tunnelmaterialschicht umfasst, die zwischen einer festen magnetischen Materialschicht und einer freien magnetischen Materialschicht angeordnet ist, die beide senkrechte magnetische Anisotropie haben. Der Materialstapel enthält eine eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht, die über mindestens einer oberen Oberfläche oder Seitenwand des pMTJ-Materialstapels angeordnet ist.
In Weiterentwicklung der zweiten Ausführungsformen umfasst das eine seitliche Spannung induzierende Material ein zugbelastetes oberes Elektrodenmaterial, das über dem pMTJ-Materialstapel angeordnet ist.
In Weiterentwicklung der unmittelbar obenstehenden zweiten Ausführungsformen umfasst das obere Elektrodenmaterial Ta.
In Weiterentwicklung der obenstehenden zweiten Ausführungsformen umfasst das eine seitliche Spannung induzierende Material ferner ein kompressionsbelastetes Dielektrikum oder ein Metall, das benachbart zu einer Seitenwand der freien Magnetschicht, festen Magnetschicht und dielektrischen Tunnelschicht angeordnet ist.
In Weiterentwicklung der unmittelbar obenstehenden zweiten Ausführungsformen ist das eine seitliche Spannung induzierende Material, das der Seitenwand benachbart ist, mit einer oberen Oberfläche des oberen Elektrodenmaterials in einer Ebene, wobei eine dielektrische Materialschicht zwischen einer Seitenwand der oberen Elektrode und dem eine Spannung induzierenden Material angeordnet ist.
In einer oder mehreren dritten Ausführungsformen umfasst eine nicht flüchtige Speicherzelle eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, die an eine Bit-Leitung einer Speicheranordnung gekoppelt ist, die pMTJ-Vorrichtung einer der ersten oder zweiten Ausführungsformen und einen Transistor, wobei ein erster Anschluss elektrisch an die erste Elektrode gekoppelt ist, ein zweiter Anschluss elektrisch an eine Source-Leitung der Speicheranordnung gekoppelt ist und ein dritter Anschluss elektrisch an eine Wortleitung der Speicheranordnung gekoppelt ist.
In einer oder mehreren vierten Ausführungsformen umfasst eine nicht flüchtige Speicherzelle eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, die an eine Bit-Leitung einer Speicheranordnung gekoppelt ist, einen pMTJ-Materialstapel, der zwischen der ersten und zweiten Elektroden angeordnet ist und eine dielektrische Tunnelmaterialschicht enthält, die zwischen einer festen magnetischen Materialschicht und einer freien magnetischen Materialschicht angeordnet ist, die beide senkrechte magnetische Anisotropie haben. Die Zelle enthält ein eine seitliche Spannung induzierendes Material, das über einer oberen Oberfläche oder einer Seitenwand des pMTJ-Materialstapels angeordnet ist, und einen Transistor, wobei ein erster Anschluss elektrisch an die erste Elektrode gekoppelt ist, ein zweiter Anschluss elektrisch an eine Source-Leitung der Speicheranordnung gekoppelt ist und ein dritter Anschluss elektrisch an eine Wortleitung der Speicheranordnung gekoppelt ist.
In einer oder mehreren fünften Ausführungsformen enthält eine nicht flüchtige Speichervorrichtung mehrere der nicht flüchtigen Speicherzelle gemäß den vierten, dritten Ausführungsformen. Die freien und festen magnetischen Materialschichten umfassen CoFeB. Das eine seitliche Spannung induzierende Material umfasst ein Metall, das über einer Seitenwand der freien Magnetschicht, festen Magnetschicht und dielektrischen Tunnelschicht angeordnet und vom CoFeB durch ein dazwischenliegendes dielektrisches Material getrennt ist. Die Speichervorrichtung umfasst eine Anordnung von pMTJ-Materialstapeln und das eine seitliche Spannung induzierende Metallmaterial füllt Spalte zwischen benachbarten pMTJ-Materialstapeln innerhalb der Anordnung auf, wobei es jeden pMTJ-Materialstapel der Anordnung vollständig umgibt.
In einer oder mehreren sechsten Ausführungsformen umfasst eine mobile Rechenplattform einen nicht flüchtigen Speicher, der mehrere der nicht flüchtigen Speicherzelle einer der vierten Ausführungsformen, einen Prozessor, der kommunikativ an den nicht flüchtigen Speicher gekoppelt ist, eine Batterie, die an den Prozessor gekoppelt ist; und einen drahtlosen Sendeempfänger umfasst.
In einer oder mehreren siebenten Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Bilden einer senkrechten magnetischen Tunnelübergangs- (pMTJ) Vorrichtung ein Abscheiden eines pMTJ-Materialstapels über einem Substrat, wobei der pMTJ-Materialstapel eine dielektrische Tunnelmaterialschicht enthält, die zwischen einer festen magnetischen Materialschicht und einer freien magnetischen Materialschicht angeordnet ist, die beide senkrechte magnetische Anisotropie haben. Das Verfahren umfasst ein Strukturieren des pMTJ-Materialstapels in eine Anordnung einzelner pMTJ-Strukturen, die über dem Substrat angeordnet sind, und Abscheiden eines kompressionsbelasteten Materials über der Anordnung, wobei das kompressionsbelastete Material eine Seitenwand mindestens der freien Magnetschicht bedeckt, Ebnen des kompressionsbelasteten Materials mit der Anordnung von pMTJ-Strukturen, um mehrere pMTJ-Elektroden freizulegen, und Verbinden der pMTJ-Elektroden.
In Weiterentwicklung der siebenten Ausführungsformen umfasst ein Abscheiden des pMTJ-Materialstapels ferner ein Abscheiden eines Elektrodenmetalls unter Zugbelastung über dem pMTJ-Materialstapel.
In Weiterentwicklung der unmittelbar obenstehenden siebenten Ausführungsformen umfasst ein Abscheiden des kompressionsbelasteten Materials über der Anordnung ferner ein Abscheiden einer dielektrischen Materialschicht direkt auf der Seitenwand der freien Magnetschicht und der festen Magnetschicht, Abscheiden einer kompressionsbelasteten Metallmaterialschicht über der dielektrischen Materialschicht und ein Ebnen des kompressionsbelasteten Materials umfasst ferner ein Ebnen der Metallmaterialschicht mit einer oberen Oberfläche der pMTJ-Elektroden.
In Weiterentwicklung der unmittelbar obenstehenden siebenten Ausführungsformen umfasst das Abscheiden des Metalls ferner ein Sputtern mindestens eines von Ta, W oder Ru oder einer Legierung davon.
In Weiterentwicklung der unmittelbar obenstehenden siebenten Ausführungsformen umfasst das Abscheiden des Metalls ferner ein Abscheiden von Ta oder einer Legierung davon.
In Weiterentwicklung der unmittelbar obenstehenden siebenten Ausführungsformen füllt das Sputtern einen Spalt zwischen zwei benachbarten pMTJ-Materialstapeln auf.
In Weiterentwicklung der siebenten Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Sputtern eines zugbelasteten Elektrodenmaterials über dem pMTJ-Materialstapel und ein Strukturieren des Elektrodenmaterials gleichzeitig mit dem Strukturieren des pMTJ-Materialstapels.
Die obenstehenden Ausführungsformen sind jedoch in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt und die obenstehenden Ausführungsformen können in verschiedenen Implementierungen die Ausbildung nur eines Teilsatzes solcher Merkmale, die Ausbildung einer anderen Reihenfolge solcher Merkmale, die Ausbildung einer anderen Kombination solcher Merkmale und/oder die Ausbildung zusätzlicher Merkmale zu den ausdrücklich angeführten Merkmalen enthalten. Der Umfang der Erfindung sollte daher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Ansprüche in Verbindung mit dem vollen Umfang an Äquivalenten, zu welchen solche Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden.

Claims

Senkrechte magnetische Tunnelübergangs- (pMTJ) Vorrichtung, umfassend: einen pMTJ-Materialstapel, der über einem Substrat angeordnet ist, wobei der Materialstapel eine dielektrische Tunnelmaterialschicht umfasst, die zwischen einer festen magnetischen Materialschicht und einer freien magnetischen Materialschicht angeordnet ist, die beide senkrechte magnetische Anisotropie haben; eine dielektrische Materialschicht, die über dem pMTJ-Stapel angeordnet ist, wobei die dielektrische Materialschicht eine Umfangsseitenwand von mindestens der freien magnetischen Materialschicht bedeckt; und ein Metall, das über dem Dielektrikum angeordnet ist, das mindestens teilweise die Umfangsseitenwand umgibt.
PMTJ-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Metall ein elementares feuerfestes Metall oder eine Legierung davon ist.
PMTJ-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Metall mindestens eines von Ta, W oder Ru umfasst.
PMTJ-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: der pMTJ-Materialstapel ein Stapel einer Anordnung von pMTJ-Materialstapeln ist; und das Metall Spalte zwischen benachbarten pMTJ-Materialstapeln innerhalb der Anordnung auffüllt, wobei es jeden pMTJ-Materialstapel vollständig umgibt.
PMTJ-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Metall in einer Ebene mit einer oberen Oberfläche einer Elektrode des pMTJ-Materialstapels ist und die dielektrische Materialschicht zwischen einer Seitenwand der Elektrode und dem eine Spannung induzierenden Metallmaterial angeordnet ist.
Senkrechte magnetische Tunnelübergangs- (pMTJ) Vorrichtung, die über einem Substrat angeordnet ist, die Vorrichtung umfassend: einen pMTJ-Materialstapel, der über einem Substrat angeordnet ist, wobei der Materialstapel eine dielektrische Tunnelmaterialschicht umfasst, die zwischen einer festen magnetischen Materialschicht und einer freien magnetischen Materialschicht angeordnet ist, die beide senkrechte magnetische Anisotropie haben; und eine eine seitliche Spannung induzierende Materialschicht, die über mindestens einer oberen Oberfläche oder Seitenwand des pMTJ-Materialstapels angeordnet ist.
PMTJ-Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das eine seitliche Spannung induzierende Material ein zugbelastetes oberes Elektrodenmaterial umfasst, das über dem pMTJ-Materialstapel angeordnet ist.
PMTJ-Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das obere Elektrodenmaterial Ta umfasst.
PMTJ-Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das eine seitliche Spannung induzierende Material ferner ein kompressionsbelastetes Dielektrikum oder Metall umfasst, das benachbart zu einer Seitenwand der freien Magnetschicht, festen Magnetschicht und dielektrischen Tunnelschicht angeordnet ist.
PMTJ-Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei: das eine seitliche Spannung induzierende Material, das der Seitenwand benachbart ist, in einer Ebene mit einer oberen Oberfläche des oberen Elektrodenmaterials ist, wobei eine dielektrische Materialschicht zwischen einer Seitenwand der oberen Elektrode und dem eine Spannung induzierenden Material angeordnet ist.
Nicht flüchtige Speicherzelle, umfassend: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode, die an eine Bit-Leitung einer Speicheranordnung gekoppelt ist; die in einem der Ansprüche 6-10 genannte pMTJ-Vorrichtung; und einen Transistor, wobei ein erster Anschluss elektrisch an die erste Elektrode gekoppelt ist, ein zweiter Anschluss elektrisch an eine Source-Leitung der Speicheranordnung gekoppelt ist und ein dritter Anschluss elektrisch an eine Wortleitung der Speicheranordnung gekoppelt ist.
Nicht flüchtige Speichervorrichtung, umfassend: mehrere der in Anspruch 11 genannten nicht flüchtigen Speicherzelle; wobei: die freien und festen magnetische Materialschichten CoFeB umfassen; das eine seitliche Spannung induzierende Material ein Metall umfasst, das über einer Seitenwand der freien Magnetschicht, festen Magnetschicht und dielektrischen Tunnelschicht angeordnet und vom CoFeB durch ein dazwischenliegendes dielektrisches Material getrennt ist; die Speichervorrichtung eine Anordnung von pMTJ-Materialstapeln umfasst; und das eine seitliche Spannung induzierende Metallmaterial Spalte zwischen benachbarten pMTJ-Materialstapeln innerhalb der Anordnung auffüllt, wobei es jeden pMTJ-Materialstapel der Anordnung vollständig umgibt.
Mobile Rechenplattform, umfassend: einen nicht flüchtigen Speicher, der mehrere der nicht flüchtigen Speicherzelle nach Anspruch 11 umfasst; einen Prozessor, der kommunikativ an den nicht flüchtigen Speicher gekoppelt ist; eine Batterie, die an den Prozessor gekoppelt ist; und einen drahtlosen Sendeempfänger.
Verfahren zum Bilden einer senkrechten magnetischen Tunnelübergangs- (pMTJ) Vorrichtung, das Verfahren umfassend: Abscheiden eines pMTJ-Materialstapels über einem Substrat, wobei der pMTJ-Materialstapel eine dielektrische Tunnelmaterialschicht enthält, die zwischen einer festen magnetischen Materialschicht und einer freien magnetischen Materialschicht angeordnet ist, die beide senkrechte magnetische Anisotropie haben; Strukturieren des pMTJ-Materialstapels in eine Anordnung einzelner pMTJ-Strukturen, die über dem Substrat angeordnet sind; Abscheiden eines kompressionsbelasteten Materials über der Anordnung, wobei das kompressionsbelastete Material eine Seitenwand mindestens der freien Magnetschicht bedeckt; Ebnen des kompressionsbelasteten Materials mit der Anordnung von pMTJ-Strukturen, um mehrere pMTJ-Elektroden freizulegen; und Verbinden der pMTJ-Elektroden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Abscheiden des pMTJ-Materialstapels ferner ein Abscheiden eines Elektrodenmetalls unter Zugbelastung über dem pMTJ-Materialstapel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Abscheiden des kompressionsbelasteten Materials über der Anordnung ferner umfasst: Abscheiden einer dielektrischen Materialschicht direkt auf der Seitenwand der freien Magnetschicht und der festen Magnetschicht; Abscheiden einer kompressionsbelasteten Metallmaterialschicht über der dielektrischen Materialschicht; und das Ebnen des kompressionsbelasteten Materials ferner ein Ebnen der Metallmaterialschicht mit einer oberen Oberfläche der pMTJ-Elektroden umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Abscheiden des Metalls ferner ein Sputtern mindestens eines von Ta, W oder Ru oder einer Legierung davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Abscheiden des Metalls ferner ein Sputtern von Ta oder einer Legierung davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Sputtern einen Spalt zwischen zwei benachbarten pMTJ-Materialstapeln auffüllt.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend ein Sputtern eines zugbelasteten Elektrodenmaterials über dem pMTJ-Materialstapel und ein Strukturieren des Elektrodenmaterials gleichzeitig mit einem Strukturieren des pMTJ-Materialstapels.