DE112018004449T5

DE112018004449T5 - Verbessern von mtj-bauteilleistung durch steuern einer bauelementform

Info

Publication number: DE112018004449T5
Application number: DE112018004449.1T
Authority: DE
Inventors: Jesmin Haq; Tom Zhong; Zhongjian Teng; Vinh Lam; Yi Yang
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-05-20
Also published as: CN111919306A; US20190148630A1; US20230107977A1; US10944049B2; KR20200045560A; US11963457B2; KR102231916B1; US20210193915A1; US11527711B2; WO2019094577A1

Abstract

Ein geschichtetes Dünnfilmbauelement, wie ein MTJ-Bauelement (magnetisches Tunnelübergangsbauelement) kann in einer Form individualisiert werden, indem seine aufeinanderfolgenden Schichten über einer symmetrisch gekrümmten Elektrode gebildet werden. Indem anfänglich die Elektrode geformt wird, eine konkave oder konvexe Oberfläche aufzuweisen, entsprechen die aufeinanderfolgend gebildeten Schichten der Form und nehmen diese an und sind Spannungen ausgesetzt, die verschiedene Kristalldefekte veranlassen, von der Symmetrieachse wegzuwandern, was den Bereich, der die Symmetrieachse unmittelbar umgibt, relativ defektfrei zurücklässt. Der resultierende Stapel kann dann strukturiert werden, nur den Bereich überzulassen, der relativ defektfrei ist.

Description

STAND DER TECHNIK
Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Magnetspeicherbauelemente, insbesondere auf den Effekt der Form eines Bauelements auf dessen Leistung.
Beschreibung des Stands der Technik
Die kristalline Eigenschaft der Struktur eines Magnetspeicherbauelements, insbesondere die der ferromagnetischen/MgO Tunnelbarrieregrenzfläche eines MTJ-Bauteils (Magnetisches Tunnelübergangbauteil), spielt eine sehr kritische Rolle in der Bauelementleistung. Insbesondere kann die Einschränkung in der Struktur die Eigenschaften des Bauelements aus Gründen erheblich verändern, die unterhalb besprochen werden.
Magnetspeicherbauelemente weisen einen Stapel von Schichten auf, in dem zwei ferromagnetische Schichten, die typischerweise als eine Referenzschicht und eine freie Schicht bezeichnet werden, durch eine dünne, nichtmagnetische dielektrische Schicht getrennt sind, die Barriereschicht genannt wird. In dem klassischen physikalischen System wäre ein Elektronenstrom, der von einer ferromagnetischen Schicht zu der anderen geht, nicht im Stande, durch die Barriereschicht durchzugehen, welche nichtleitend ist; aber gemäß Quantenmechaniken können Elektronen durch die Barriereschicht „tunneln“, falls die richtigen Bedingungen im Sinne des Spins der Tunnelelektronen und der Magnetisierungsrichtungen der zwei ferromagnetischen Schichten an jeder Seite der Barriere bestehen. Die nötigen Bedingungen, dass die Elektronen erfolgreich tunneln können, hängen auch von der Qualität der Grenzflächen zwischen der Barriereschicht und den ferromagnetischen Schichten ab. Fehlstellen in den Grenzflächen machen es schwer, hohe TMR-Werte (Tunnelmagnetwiderstandswerte) zu erzielen, die die Fähigkeit der Elektronen messen, erfolgreich zu tunneln, wenn die richtigen Magnetisierungsbedingungen erfüllt sind. Solche Fehlstellen resultieren aus Gitterfehlern zwischen den ferromagnetischen Schichten und der nichtmagnetischen Barriereschicht und aus Defekten, die während Kristallwachstums von Materialien auftreten. Diese unerwünschten Qualitäten sind mit Zerrung (Strain; Dehnung, Verformung, Beanspruchung, Belastung) verknüpft, die wiederum eine Reduktion der TMR-Werte verursacht, wie zum Beispiel in „Strain-enhanced tunneling magnetoresistance in MgO magnetic tunnel junction“ von Li Ming Long et al., Scientific Reports 4, Artikelnummer 6505 (2014), und auch „Tuning the magnetic anisotropy of CoFeB grown on flexible substrates“ von Zhang Hao et al. in Chinese Physics B, Ausgabe 24, Nummer 7-077501 (2015), dokumentiert wurde.
Vorausgesetzt, dass die Form einer kristallinen Schicht die Spannungen und Zerrungen in der Schicht beeinträchtigt, die wiederum das Wachstum von Defekten in dieser Schicht beeinträchtigen, sollte die Schichtform zu steuern eine entsprechende Steuerung und sogar eine gezielte Manipulation dieser Spannungen in einem MTJ-Filmstapel zulassen. Deshalb sollte solch ein Formsteuerungsprozess Verbesserungen der Bauelementleistung ermöglichen, zum Beispiel den TMR und die Koerzitivkraft des Bauelements zu verbessern. Genauer kann von der neuen Form eines Bauelements, falls es ordentlich gestaltet und gefertigt ist, erwartet werden, die Grenzflächenfehlstellenkonzentration zu reduzieren und Grenzflächengitterepitaxie zu verbessern, was insgesamt eine Bauelementleistung verbessert.
Versuche, Bauelementleistung durch Formsteuerung zu beeinflussen, sind am Stand der Technik bekannt, zum Beispiel Ahn et al. ( US 7,998,758 ) und Kim et al. ( US 9,305,928 ). Jedoch verwenden diese Versuche nichtdieselben Verfahren oder erzeugen nicht dieselben Effekte, wie sie hierin beschrieben werden.
KURZDARSTELLUNG
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung der Leistung eines geschichteten MTJ-Bauelements bereitzustellen, indem dessen Form gesteuert wird.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, solch ein Verfahren bereitzustellen, dass Grenzflächendefektkonzentrationen und Gitterfehler reduziert und Gitterepitaxie verbessert, wodurch eine messbare Verbesserung des TMR geschaffen wird.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, solch ein Verfahren bereitzustellen, dass es erlaubt, die Form eines geschichteten Bauelements während seiner Herstellung zu steuern und manipulieren und dadurch seine Form zu individualisieren.
Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, die Spannungen in einem geschichteten TMJ-Filmstapel oder einer ähnlichen Bauelementstruktur zu steuern, indem dessen Form so gesteuert wird, dass die Spannungen dadurch Kristalldefekte veranlassen, zu Bereichen der Struktur zu wandern, die nachfolgend entfernt werden okönnen.
Die Aufgaben werden durch das Design und die Fertigung eines strukturierten, geschichteten MTJ-Bauelements erzielt, währenddessen seine Form auf solche Weise gesteuert wird, dass Kristalldefekte, wie Leerstellen, Löcher und Versetzungen innerhalb des Stapels zu einer unerwünschten schwachen Zone bewegt werden, die nachfolgend entfernt werden kann. Der relativ defektfreie verbleibende Abschnitt der Vorrichtung wird eine höhere Koerzitivkraft und verbesserte TMR-Werte aufweisen. Die neue Bauelementform wird deshalb die Grenzflächendefektkonzentration reduzieren und die Grenzflächengitterepitaxie verbessern, wobei beide Ergebnisse zu einer Verbesserung von Bauelementleistung führen, wie zum Beispiel durch die verbesserten TMR-Werte gemessen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Veranschaulichung eines MTJ-Bauteils am Stand der Technik.
2 zeigt schematisch eine kuppelförmige Bodenelektrode für die Vorrichtung in 1 in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt schematisch die Auswirkungen auf die Bildung eines geschichteten MTJ-Stapels, wenn der Stapel über der kuppelförmigen Elektrode von 2 gebildet ist.
4 ist eine schematische Veranschaulichung, die die Auswirkungen einer Strukturierung des Stapels von 3 zeigt, sodass seitlich angeordnete Bereiche des Stapels, die Defekte beinhalten, die aus dessen Bildung über einer kuppelförmigen Elektrode resultieren, beseitigt werden.
5 ist eine schematische Veranschaulichung einer alternativen Elektrode, die konkav statt konvex ist, wie es die kuppelförmige Elektrode ist.
6 ist eine schematische Darstellung analog zu der von 3, zeigt jetzt aber die Auswirkungen einer Bildung eines MTJ-Stapels über der konkaven Elektrode von 5.
7 ist eine schematische Veranschaulichung, die die Auswirkungen einer Strukturierung des Stapels von 6 zeigt, sodass seitlich angeordnete Bereiche des Stapels, die Defekte beinhalten, die aus dessen Bildung über einer konkaven Elektrode resultieren, beseitigt werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf 1 ist zunächst ein standardstrukturiertes geschichtetes MTJ-Bauelement (Magnetisches Tunnelübergangsbauelement), wie es herkömmlicherweise in einem Direktzugriffsspeicherarray (RAM-Array) verwendet wird. Obwohl kein bestimmtes Substrat nötig ist, um das Bauelement zu definieren, wird zur Verdeutlichung das Bauelement angesehen, auf einem Funktionssubstrat gebildet zu sein, wie einem CMOS-Substrat, das bereits Schaltkreise und leitende Durchkontaktierungen aufweisen kann, um auf verschiedene Elemente der Bauelemente in einem RAM-Array zuzugreifen.
Das Bauelement wird gebildet, indem zuerst ein CMOS-Substrat 10 bereitgestellt wird, auf dem es zu bilden ist. Eine Deckbodenelektrode (BE) 20 wird auf dem CMOS-Substrat abgelegt, sodass es die Durchkontaktierungen in diesem Substrat ordentlich kontaktiert. Dort wird dann darauf die Bodenelektrode 20 in Abfolge einer Reihe horizontaler Schichten, die der MTJ-Stapel aufweisen wird, abgelegt. Diese Schichten weisen eine Keimschicht 30, eine gepinnte magnetische Schicht 40, eine Tunnelbarriereschicht 50, eine freie magnetische Schicht 60 und eine Abdeckschicht 70 auf. Eine Hartmaske 80 wird auf der Abdeckschicht abgelegt. Die Hartmaske wird dann durch einen Standardfotolithografieprozess (nicht gezeigt) strukturiert und der Filmstapel wird dann unter Verwendung der strukturierten Hartmaske als eine Führung strukturiert. Es wird festgehalten, dass die Bodenelektrode auch als strukturiert gezeigt wird und seitlich von dielektrischem Füllmaterial 90 umgeben ist.
Die Prozessschritte, die zu der Bildung des typischen MTJ am Stand der Technik, wie in 1 gezeigt und oben ausführlich beschrieben, führen, können in dem Ablaufdiagramm von Tabelle 1 unterhalb zusammengefasst werden.
Es wird nun das Verfahren der vorliegenden Offenbarung wie in Bezug auf 2 - 4 veranschaulicht beschrieben. Es wird am Rande festgehalten, dass das Verfahren in Bezug auf ein MTJ-Bauelement beschrieben wird, aber auf eine beliebige geschichtete, kristalline Struktur angewendet werden kann, von der man erwarten kann, verschiedene Typen von Defekten beim Wachstum zu vereinen.
Ähnlich dem durch das Prozessablaufdiagramm in 1 beschriebenen Verfahren am Stand der Technik von oben, beginnt auf das Verfahren der vorliegenden Offenbarung mit einem CMOS-Substrat 10 (obwohl andere Substrate auch möglich sind) und auf diesem Substrat wird eine Bodenelektrodenschicht 20 abgelegt, die aus leitendem Material gebildet ist. Jedoch weicht das vorliegende Verfahren von dem Verfahren am Stand der Technik von oben ab, indem die Elektrode strukturiert und geätzt wird, um eine „Kuppel“ (d.h. eine symmetrisch konvexe) Form 25 zu bilden, wie sie in 2 gezeigt wird. Es wird festgehalten, dass die „Kuppel“ oder konvexe Form hier (um eine horizontale Achse) achssymmetrisch ist, damit sie genauer ein Zylinder ist (oder ein halbkreisförmiger Zylinder, falls die konvexe Form einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist).
Es gibt einige Verfahren, durch die die Elektrode mit einer Oberfläche gebildet werden kann, die eine konvexe, zylindrische Form aufweist, oder durch die tatsächlich eine Elektrode mit verschiedenen anderen Oberflächenformen als einer konvexen Form gebildet werden kann, wie einer konkaven Form, die unten besprochen wird. Zum Beispiel kann ein anfängliches Ätzen an einer Schicht aus Elektrodenmaterial durchgeführt werden, um ein festes rechteckiges Prisma zu schaffen und dann kann ein teilweises Ätzen (oder eine Reihe von teilweisem Ätzen) durchgeführt werden, das nacheinander Ecken der Elektrode entfernt, um ihr die abgerundete Oberflächenform zu verpassen. Alternativ kann ein Sputterätzen durchgeführt werden, um eine abgerundete Oberflächenform zu erzeugen. Um eine konkave Oberfläche zu bilden, kann isotropes physikalisches Ätzen durchgeführt werden.
Als nächstes in Bezug auf die schematische 3 ist das Ergebnis eines nachfolgenden Ablegungsprozesses, in dem zuerst eine Keimschicht 35 auf der konvexen zylindrischen Elektrode 25 abgelegt wird, der eine gepinnte Schicht 45, eine Barriereschicht 55, eine freie Schicht 65, eine Abdeckschicht 75 und eine Hartmaskenschicht 85 folgen. Diese Schichten werden alle der Form der Elektrode entsprechen, indem jede Schicht der Reihe nach den geformten Schichten darunter entspricht. Zur Klarheit wird festgehalten, dass die Prozessschritte oberhalb auf eine typische MTJ-Struktur angewendet werden können, die eine Keimschicht aus Ta, Ru, W oder NiCr mit einer Spanne von Dicken zwischen ungefähr 50-500 A (Ängström), ferromagnetische Schichten für gepinnte und freie Schichten, die aus CoFeB mit einer Spanne von Dicken zwischen etwa 10-100 A gebildet sind, eine Tunnelbarriereschicht aus AlOx oder MgO einer Dicke zwischen ungefähr 5-50 A und eine Abdeckschicht aus Ta, W oder Mg mit einer Spanne von Dicken zwischen ungefähr 10-100 A aufweist. Die konvexe Elektrode kann eine Dicke zwischen ungefähr 10-1000 nm aufweisen und eine Breite zwischen ungefähr 50-500 nm aufweisen.
Aufgrund der unterliegenden konvexen Form, werden sich, wenn aufeinanderfolgende Schichten gebildet werden und deren kristalline Strukturen entwickeln, die unvermeidbaren Defekte, die durch den Kristallwachstumsmechanismus erzeugt werden, wie Löcher, Leerstellen und Versetzungen (Fehlstellen), von der Spitze der Konvexität jeder aufeinanderfolgend gebildeten Schicht wegbewegen (wandern) und sich bei den Ecken sammeln, wo die unterliegende gekrümmte Form der Elektrode eine horizontale Schicht wird. Dies ist der sogenannte „schwache“ Bereich der Struktur (siehe den von einer Ellipse umgebenen Bereich 90).
Der Bereich des Stapels, der ein kleiner Bereich an jeder Seite der Spitze der konvexen Struktur beinhaltet, wird relativ defektfrei sein. Indem die Neigung (Krümmung) der Konvexität gesteuert wird, kann die Filmbelastung manipuliert werden und der Gitterfehler und die Grenzflächendefektkonzentration können innerhalb eines gewünschten Bereichs reduziert werden, der symmetrisch zu jeder Seite der Spitze der konvexen Struktur angeordnet ist. Es wird festgehalten, dass die Breite der Konvexität, die als relativ defektfrei angesehen werden kann, den Großteil der Gesamtbreite des gekrümmten Bereichs mit Ausnahme des schwachen Bereichs 90 bei den Ecken abdecken kann. In den meisten Fällen kann mehr als die Hälfte der Breite der Konvexität, die um ihren höchsten Punkt zentriert ist, als defektfrei angesehen werden. Zum Beispiel wird eine Elektrode, die eine Basisbreite von 200 nm aufweist, eine defektfreie Vorrichtungsform von mindestens 100 nm erzeugen.
Nachdem die konvexe Struktur strukturiert ist, um den vertikalen Stapel zu erzeugen, der tatsächlich eine zylindrische Scheibe ist, wie in der schematischen 4 gezeigt, werden die Spalte an jeder Seite 110 mit einem spaltfüllenden dielektrischen Material (nicht gezeigt) gefüllt und die oberen Oberflächen des Stapels und seines umgebenden Dielektrikums werden planarisiert und poliert, um die Maskenschicht in Vorbereitung für weitere Prozessintegration zu entfernen. Es wird festgehalten, dass Tabelle 2 unterhalb ein Prozessablaufdiagramm ist, das kurz die Abfolge von Schritten beschreibt, die zu der Struktur in 4 führen und oberhalb besprochen sind.
Als nächstes in Bezug auf die schematische 5, ist eine alternative Ausführungsform des gegenwärtigen Prozesses gezeigt, wo die Bodenelektrode 27 so geformt ist, eine konkave obere Oberfläche aufzuweisen und ansonsten achssymmetrisch ist.
Als nächstes in Bezug auf 6, ist gezeigt, dass der Filmstapel des MTJ (oder einer beliebigen geschichteten kristallinen Konstruktion) über der konkaven Bodenelektrode 27 auf dieselbe Weise abgelegt werden kann, wie er über der zuvor beschriebenen konvexen Elektrode abgelegt wurde. 6 zeigt schematisch das Ergebnis eines gereihten Ablageprozesses, in dem zuerst eine Keimschicht 47 auf der konkaven Elektrode 27 abgelegt wird, der eine gepinnte Schicht 47, eine Barriereschicht 57, eine freie Schicht 67, eine Abdeckschicht 77 und eine Hartmaskenschicht 87 folgt. Diese Schichten werden alle versuchen, der konkaven Form der Elektrode zu entsprechen, indem jede Schicht in Abfolge den konkav geformten Schichten darunter entspricht. Es wird festgehalten, dass die Materialschichten aus denselben Materialien und mit denselben Dimensionen gebildet sein können, wie oben für die konvexe Struktur beschrieben.
Aufgrund der unterliegenden konkaven Form, werden sich, wenn aufeinanderfolgende Schichten gebildet werden und deren kristalline Strukturen entwickeln, die unvermeidbaren Defekte, die durch den Kristallwachstumsmechanismus erzeugt werden, wie Löcher, Leerstellen und Versetzungen, von dem Bodenpunkt der Konkavität jeder Schicht wegbewegen (wandern) und bei den oberen Ecken sammeln, wo die Konkavität unzusammenhängend mit der horizontalen Schicht des Substrats 10 zusammenläuft. Der Bereich des Stapels, der einen kleinen Bereich an jeder Seite des konkaven Minimums beinhaltet, wird relativ defektfrei sein. Dieser Bereich, der die Diskontinuität umgibt, ein „schwacher“ Bereich genannt, wird gezeigt, in einem elliptischen Bereich 100 eingeschlossen zu sein. Bei diesem schwachen Bereich werden sich Defekte sammeln. Indem die Form der Elektrode 27 gesteuert wird, kann die Filmbelastung in den aufeinanderfolgend abgelegten Schichten manipuliert werden und der Gitterfehler und die Grenzflächendefektkonzentration können in einem bestimmten Bereich reduziert werden.
Nachdem die konkav geformte Struktur strukturiert ist, um den vertikalen Stapel zu erzeugen, der nun den defektfreien Boden der Konkavität beinhaltet, wie in der schematischen 7 gezeigt, werden die Spalte an jeder Seite 110 mit einem spaltfüllenden dielektrischen Material gefüllt und die oberen Oberflächen des Stapels und sein umliegendes Dielektrikum werden in Vorbereitung für weitere Prozessintegration (nicht gezeigt) planarisiert und poliert.
Es wird festgehalten, dass Tabelle 3 unterhalb ein Prozessablaufdiagramm ist, das knapp die Abfolge von Schritten beschreibt, die zu 7 führen und oben besprochen sind.
Wie ein Fachmann schließlich verstehen wird, ist die oben abgegebene ausführliche Beschreibung der vorliegenden Offenbarung veranschaulichend, statt die vorliegende Offenbarung einzuschränken. Versionen und Modifikationen können an Verfahren, Materialien, Strukturen und Dimensionen beim Bilden und Bereitstellen eines geschichteten kristallinen magnetischen Bauelements, wie einem MTJ-Bauelement, vorgenommen werden, dessen Schichtzerrung während Schichtbildung gesteuert wird, um Kristalldefekte zu reduzieren und dadurch Bauelementleistung zu verbessern, während weiterhin solch eine Struktur gebildet und bereitgestellt wird, und dessen Verfahren zur Bildung in Übereinstimmung mit dem Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung ist, wie durch die angehängten Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7998758 [0005]
US 9305928 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Li Ming Long et al., Scientific Reports 4, Artikelnummer 6505 (2014) [0003]
Zhang Hao et al. in Chinese Physics B, Ausgabe 24, Nummer 7-077501 (2015) [0003]

Claims

Verfahren zum Steuern von Schichtzerrungseffekten während der Bildung einer magnetischen Dünnfilmvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Substrats, das eine flache obere Oberfläche aufweist; Bilden einer Elektrodenschicht auf dem Substrat, die eine flache obere Oberfläche aufweist; symmetrisches Formen der flachen oberen Oberfläche der Elektrodenschicht, um eine gekrümmte Oberfläche zu bilden, die eine Symmetrieachse aufweist; aufeinanderfolgendes Abscheiden einer geschichteten Vorrichtungsstruktur über der symmetrisch geformten oberen Oberfläche der Elektrode, wodurch jede Schicht in der geschichteten Vorrichtungsstruktur eine Form annimmt, die der symmetrisch geformten oberen Oberfläche der Elektrode mit sich seitlich erstreckenden Abschnitten über der flachen oberen Oberfläche des Substrats entspricht; dann Entfernen symmetrischer Abschnitte der geschichteten Vorrichtungsstruktur, die seitlich an jeder Seite der Symmetrieachse angeordnet sind, unter Verwendung einer Hartmaskenschicht als eine Führung, wodurch ein verbleibender Abschnitt der geschichteten Vorrichtungsstruktur verbleibt, wobei die entfernten Abschnitte schwache Bereiche aufweisen, wo die gekrümmten Oberflächen auf die umgebenden flachen Oberflächen treffen, wobei Schichten in den entfernten Abschnitten Leerstellen, Kristalldefekte, Löcher und Versetzungen aufweisen, die in die schwachen Bereiche gewandert sind und sich während der Bildung der geschichteten Vorrichtungsstruktur dort gesammelt haben, wobei ein verbleibender Abschnitt der geschichteten Vorrichtungsstruktur relativ frei von Leerstellen, Kristalldefekten, Löchern und Versetzungen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Umgeben des verbleibenden Abschnitts der geschichteten Vorrichtungsstruktur mit einer dielektrischen Füllschicht; und Planarisieren des vom Dielektrikum umgebenen verbleibenden Abschnitts in Vorbereitung für weitere Prozessintegration.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leerstellen, Kristalldefekte, Löcher und Versetzungen als ein Ergebnis von Zerrungen, die aufgrund der Krümmung in Schichten induziert werden, in die seitlich angeordneten Bereiche wandern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gekrümmte Bereich konvex ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gekrümmte Bereich konkav ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geschichtete Vorrichtungsstruktur Folgendes aufweist: eine Bodenelektrode, die eine Oberfläche aufweist, die symmetrisch um eine Achse gekrümmt ist, wobei Folgendes aufeinanderfolgend auf der Bodenelektrode gebildet ist: eine Keimschicht; eine ferromagnetische Pinning-Schicht; eine Tunnelübergangsschicht; eine ferromagnetische freie Schicht; eine Abdeckschicht; und eine Hartmaskenschicht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Keimschicht eine Schicht aus Ta, Ru, W oder NiCr mit einer Spanne von Dicken zwischen ungefähr 50-500 A (Ängström) ist, wobei die ferromagnetischen freien Schichten und Pinning-Schichten aus CoFeB mit einer Spanne von Dicken zwischen ungefähr 10-100 A gebildet sind, wobei die Tunnelbarriereschicht aus AlOx oder MgO einer Dicke zwischen ungefähr 5-50 A gebildet ist, wobei die Abdeckschicht aus Ta, W oder Mg mit einer Spanne von Dicken zwischen etwa 10-100 A gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Elektrode eine Dicke zwischen ungefähr 100-1000 nm aufweist und eine Breite zwischen ungefähr 50-500 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei zwei Bereiche, die symmetrisch um die Symmetrieachse der geschichteten Vorrichtungsstruktur angeordnet sind, entfernt werden, wodurch ein verbleibender Abschnitt der geschichteten Vorrichtungsstruktur eine Breite zwischen ungefähr 50-500 nm aufweist.
Formgesteuerte magnetische geschichtete Vorrichtung, die zerrungsfreie und defektfreie kristalline Schichten aufweist und Folgendes aufweist: eine Bodenelektrode, die eine anfänglich axialsymmetrisch gekrümmte Oberfläche aufweist; eine Abfolge von Schichten, die auf der gekrümmten Elektrode gebildet sind, wobei die Abfolge Schichten aufweist, die eine kristalline Struktur aufweisen, wobei Zerrung der Schichten während der Bildung der Schichten gesteuert wird, die der gekrümmten Bodenelektrodenoberfläche entsprechen, wobei jede der Abfolge von Schichten defektfrei innerhalb eines ersten Bereichs symmetrisch um die Symmetrieachse der Elektrode angeordnet ist, wobei Defekte sich innerhalb eines zweiten Bereichs angesammelt haben, der über den ersten Bereich hinaus angeordnet ist, wobei der zweite Bereich entfernt worden ist, und der verbleibende erste Bereich defektfrei ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine dielektrische Füllschicht an jeder Seite des ersten Bereichs abgelegt ist, und die oberen Oberflächen planarisiert und poliert und zur weiteren Integration vorbereitet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die anfängliche Oberflächenform der Bodenelektrode konvex ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die anfängliche Oberflächenform der Bodenelektrode konkav ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Schichten eine TMJ-Vorrichtung aufweisen, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Bodenelektrode; eine Keimschicht; eine ferromagnetische gepinnte Schicht; eine Tunnelbarriereschicht; eine ferromagnetische freie Schicht; und eine Abdeckschicht.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Bodenelektrode eine Schicht ausleitendem Material ist, die Keimschicht eine Schicht aus Ta, Ru, W oder NiCr mit einer Spanne von Dicken zwischen ungefähr 50-500 A (Ängström) ist, wobei die ferromagnetischen freien Schichten und Pinning-Schichten aus CoFeB mit einer Spanne von Dicken zwischen ungefähr 10-100 A gebildet sind, wobei die Tunnelbarriereschicht aus AlOx oder MgO von Dicken zwischen ungefähr 5-50 A gebildet ist, wobei die Abdeckschicht aus Ta, W oder Mg mit einer Spanne von Dicken zwischen ungefähr 10-100 A gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Bodenelektrode anfänglich mit einer konvexen achssymmetrischen Oberflächenform gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Bodenelektrode anfänglich mit einer konkaven achssymmetrischen Oberflächenform gebildet ist.