EP2359377A1 - Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique et jonction tunnel magnétique ainsi obtenue - Google Patents

Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique et jonction tunnel magnétique ainsi obtenue

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EP2359377A1
EP2359377A1 EP09797070A EP09797070A EP2359377A1 EP 2359377 A1 EP2359377 A1 EP 2359377A1 EP 09797070 A EP09797070 A EP 09797070A EP 09797070 A EP09797070 A EP 09797070A EP 2359377 A1 EP2359377 A1 EP 2359377A1
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EP
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magnetic
layer
tunnel junction
magnetic tunnel
junction according
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Withdrawn
Application number
EP09797070A
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German (de)
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Inventor
Bernard Viala
Marie-Claire Cyrille
Bernard Dieny
Kévin Garello
Olivier Redon
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to the field of magnetic elements with a magnetic tunnel junction with a "tunnel magnetoresistance" response.
  • It is particularly applicable to radio frequency oscillators as well as to hard disk read heads. It also relates to magnetic memories with non-volatile random access, allowing, in known manner, the storage, reading and writing of data in electronic systems.
  • Giant all-metal magnetoresistance multilayers see, for example, J. Bass and W. Pratt, Journ.Magn.Magn.Mater.200 (1999) 274). These offer levels of resistance that are too low for the moment, typically of the order of 1 to a few tens of m ⁇ . ⁇ m 2 ;
  • CCP current confined path
  • the current densities through the holes (pinholes) of the discontinuous oxide layer are considerable (typically 10 9 to 10 11 A / cm 2 ). This leads to excessive electromigration phenomena that can affect the life of the sensors (assumed to be> 10 years).
  • magnetoresistive tunnel junctions which makes it possible to obtain sufficiently low RA products with simultaneously a sufficient amplitude of magnetoresistance.
  • These junctions are made either based on alumina (typically RA-I at 5 ⁇ . ⁇ m 2 with TMR of 10 to 30%), or based on MgO (typically RA ⁇ 7 at 50 ⁇ . ⁇ m 2 , TMR -50 to 150 %), or TiOx (typically RA-0.3 at 2 ⁇ . ⁇ m 2 , TMR
  • MRAM Magnetic Random Access Memory
  • magnetic random access memories they are experiencing a renewed interest by the implementation at the point of magnetic tunnel junctions exhibiting strong magnetoresistance at ambient temperature.
  • These magnetic tunnel junctions consist of a stack of several layers alternately magnetic and non-magnetic.
  • the two magnetic layers located on either side of the non-magnetic layer acting as tunnel barrier are made based on 3d metals (Fe, Co, Ni) and their alloys. These layers are also likely to be doped with boron or zirconium, in order to amorphize the structure of said layers and to smooth their interface.
  • the tunnel barrier is an insulating or semiconducting layer, and thus separates the two magnetic layers mentioned above. It is most often composed of amorphous alumina (AlO x ) or crystalline magnesium oxide (MgO).
  • the two magnetic layers located on either side of the tunnel barrier are respectively in the trapped state and in the free state.
  • entrapped is meant that the orientation of the magnetization of said layer is fixed even though the orientation of the magnetization of the so-called “free” layer is likely to vary under the effect for example of a external magnetic field, the respective orientation of the magnetizations of the free and trapped layers defining the state of memory resulting therefrom.
  • an additional magnetic layer made of antiferromagnetic material, such as for example made from manganese alloy, more particularly from PtMn, PdPtMn, NiMn, IrMn or FeMn.
  • the STT-RAM (Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory) MRAMs are written simply by circulating a high density spin polarized current through the tunnel junction.
  • a threshold value ⁇ 10 7 A / cm 2
  • RA product RA
  • the output signal of the memory is directly proportional to its TMR. It should therefore be maintained at a high level while reducing the RA product.
  • the magnetic tunnel junctions of the prior art have indeed many limitations. Firstly, for magnetic tunnel junctions MgO barrier low product RA, that is to say neighbors of 0.5 ⁇ . ⁇ m 2 , the value of the TMR is relatively low, typically close to 50% at because of the inhomogeneity effects of the barrier thickness, which reduces the reading signal (voltage) and creates hot spots in the tunnel barrier (area of higher current density), increasing the risk of electrical breakdown of the tunnel junction.
  • tunnel barriers are large, typically close to 7.5 eV, not allowing, in doing so, access to very low RA products, while ensuring good reliability (risk of breakdown due to the very small barrier thickness required).
  • PVD physical vapor deposition
  • laser ablation generally requires production temperatures (deposition or annealing).
  • production temperatures typically between 550 and 800 0 C, therefore incompatible with the constituent magnetic layers of the stack.
  • the present invention aims at a method of making magnetic tunnel junctions to overcome these disadvantages.
  • this method of realization leads to the deposition of such an amorphous barrier, whose crystallization temperature is reduced compared to that used in the prior state of the art, typically below 400 ° C., and thus making it possible, after possible annealing at a temperature of less than or equal to 400 ° C., to reach a high degree of crystallinity without damaging the electrodes or magnetic layers situated on either side of said tunnel barrier, especially at the interfaces, or by electromigration, or by the formation of metal bridges (pinholes) across the barrier.
  • this method proves particularly compatible when metal electrodes, advantageously made of CoFeB or CoFe alloy, whose structural and electronic transport properties improve when recrystallized at temperatures, are advantageously used. between 260 and 360 0 C depending on the boron content.
  • an antiferromagnetic layer based on a manganese alloy intended to trap the magnetization of one of the magnetic layers in question, it becomes very advantageous to be able to limit to less than 350 0 C the temperature of the annealing intended to ensure crystallization the strontium titanate layer constituting the tunnel barrier. Indeed, it limits the migration of manganese in the tunnel barrier which would have the effect of significantly degrade the tunnel transport properties.
  • the magnetic electrodes located on either side of the tunnel barrier typically made of CoFeB
  • these are in the amorphous form.
  • said CoFeB magnetic layers are recrystallized, resulting in a segregation of the boron resulting from doping making it possible to significantly increase the TMR level, constituting one of the aims sought by the present invention.
  • the two magnetic layers located on either side of the tunnel barrier can also be deposited by ion beam sputtering without breaking the vacuum.
  • the first magnetic layer is deposited on a growth layer, itself deposited on a substrate.
  • the invention also relates to a magnetic tunnel junction consisting of a layer made of a dielectric material capable of constituting a tunnel barrier, interposed between two conductive magnetic layers, respectively: a magnetic reference layer, called a "trapped layer”, of which magnetization is of fixed direction and consists of at least one layer made of a ferromagnetic magnetization material in the plane of the layer, magnetically coupled with a trapping layer made of antiferromagnetic material; - A magnetic storage layer, called “free layer”, whose direction of magnetization is variable, and consisting of at least one layer made of a ferromagnetic material with magnetization in the plane of the layer.
  • the material constituting the tunnel barrier consists of a perovskite at least partially crystallized.
  • perovskite is polycrystalline.
  • the invention also relates to a magnetic tunnel junction consisting of a layer made of a dielectric material capable of constituting a tunnel barrier, interposed between two conductive magnetic layers, respectively: a reference magnetic layer, called a "trapped layer”, of which magnetization is of fixed direction and consists of at least one layer made of a ferromagnetic material with magnetization out of the plane of the layer, magnetically coupled with a trapping layer made of antiferromagnetic material; a magnetic storage layer, called “free layer”, whose direction of magnetization is variable, and consisting of at least one layer made of a ferromagnetic material with magnetization out of the plane of the layer; and wherein the material constituting the tunnel barrier is an at least partially crystallized perovskite.
  • the perovskite is advantageously polycrystalline.
  • perovskite is advantageously chosen from the group comprising strontium titanate (SrTiOs), BaTiO 3 , and more generally compounds of formula [Bai _ x Sr x ] TiO 3 with x ranging from 0 to 1, SBT (SrBi 2 Ta 2 Og) and SBN (SrBi 2 Nb 2 O 9 ).
  • the surface resistance product RA of the tunnel barrier is less than 1 ⁇ . ⁇ m 2 and the TMR is greater than 200%.
  • the invention finally relates to random access magnetic memories, radio frequency oscillators, magnetoresistive sensors and computer hard disk read heads incorporating such a magnetic tunnel junction.
  • FIG. 1 is an illustration the implementation of the crystalline SrTiO 3 barrier tunnel junction in the context of a magnetic memory according to the invention
  • Figure 2 is a schematic representation illustrating the principle of ion beam sputtering.
  • FIG 1 there is illustrated a magnetic stack obtained according to the invention, more particularly for constituting a point or memory cell of a random access magnetic memory (MRAM).
  • MRAM random access magnetic memory
  • a trapped layer in this case consisting of a layer made of a CoFeB alloy of 2 nanometers thick, and a CoFe layer of 2 nanometers thick.
  • This trapped layer is coupled magnetically with a layer 2 having antiferromagnetic properties, and in this case made of an IrMn alloy of 6-7 nanometers thick.
  • This trapped layer is separated from a free layer 3, also made of CoFeB alloy, and in this case ⁇ 3 nanometers thick, by the tunnel barrier 4 made in perovskite, for example strontium titanate SrTiCh, thick less than 1.5 nm.
  • the material may be barium titanate or Strontium titanate and Barium (SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 )), SBN (SrBi 2 Nb 2 O 9 )), these different materials having a single or double structure Perovskites .
  • the current leads can be made of Cu, Au, or AlSi.
  • At least the constituent layer of the tunnel barrier 4 is produced by ion beam-IBS, the principle of which is illustrated in FIG.
  • the stack is made on a substrate (silicon for example) by a sequence of deposits of each material (1, 2, 3 and 4 + growth layer and protective layer) from corresponding targets in the order described on Figure 1 from the bottom. It is advantageous to perform the entire sequence in the same equipment (IBS) without vacuum failure.
  • Ion beam sputtering is a physical vapor deposition technique in which, in a vacuum chamber 20, ions are produced from a source 10 and are accelerated to the sputtering material 11. According to this technique, the ion source 10 generates a positive monoenergetic ion beam (energy typically between 500 and 1500 eV), the beam being defined spatially.
  • the ion beam usually Ar + ions, bombard a target 11 consisting of strontium titanate to obtain a strontium titanate barrier.
  • the particles 12 thus sprayed by the ion beam are emitted in the half-space 13 facing the target and come to condense on a heated surface or not 14 to form a layer of the material constituting the target.
  • the pulverized species resulting from this bombardment are then emitted into the semi-space 13 facing the target, and condense on the CoFeB layer already deposited on the substrate, and this to form a thin film.
  • the absence of plasma in the environment of the layers allows a growth with few defects and guarantees very large interface qualities, particularly appreciated in the context of the control of the properties of the materials implemented in the stacks of several layers of nanometric thicknesses.
  • the substrate is also subjected to another oxygen beam from an assistance source, low in energy, typically between 50 and 100 eV, increasing the compactness of the layers of SrTiO 3 (or BaTiO3 or SBT), but also allowing to control his stoichiometry.
  • an assistance source low in energy, typically between 50 and 100 eV, increasing the compactness of the layers of SrTiO 3 (or BaTiO3 or SBT), but also allowing to control his stoichiometry.
  • the pumping of the spray chamber is of the cryogenic type.
  • the vacuum is of the order of 2. 10 "8 torr.
  • the magnetic layers respectively 1 and 3 and the antiferromagnetic layer 2 can also be obtained by ion beam sputtering (as well as the growth and protection layers).
  • the IBS deposits are advantageously carried out at room temperature.
  • the tunnel junction resulting from this method can then be subjected to an annealing phase, especially in the case of magnetic layers 1, 2 and 3, in addition to the tunnel barrier 4, typically at a temperature below 400 ° C., for example during 1 hour.
  • a magnetic field may be applied during the annealing to induce the orientation of the magnetization of the entrapped layer 1 + 2. Due to this annealing phase, the tunnel barrier 4 is given a high degree of crystallinity without damaging the adjacent magnetic layers, respectively free layer 3, trapped layer 1 and antiferromagnetic layer 2.
  • CoFe with various compositions can replace CoFeB if it is not necessary to have an amorphous electrode during deposition.
  • NiFe20 can also be used in the free layer in combination with CoFeB or CoFe.
  • the free and trapped layers may also consist of synthetic antiferromagnetic stacks of Ferro / NM / Ferro type where ferro materials are the aforementioned materials and NM is generally Ru but may also be Rh.
  • perpendicular magnetization electrodes type FePt, TbFeCo or multilayers (Co / Pt) are conceivable.
  • the invention also relates to the magnetic tunnel junction obtained by this method as well as random access magnetic memories, radio frequency oscillators, sensors, and read heads.

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Abstract

Selon ce procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique, on dépose entre deux couches magnétiques nanocristallines ou amorphes (1, 3) une couche (4) en un matériau diélectrique apte à faire fonction de barrière tunnel. Le matériau diélectrique constitutif de la barrière tunnel est constitué de perovskite au moins partiellement cristallisé, et le dépôt dudit matériau étant réalisé par pulvérisation par faisceau d'ions dans une enceinte sous vide.

Description

PROCEDE POUR LA REALISATION D'UNE JONCTION TUNNEL MAGNETIQUE ET JONCTION TUNNEL MAGNETIQUE AINSI OBTENUE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rattache au domaine des éléments magnétiques à jonction tunnel magnétique à réponse dite « magnétorésistance tunnel ».
Elle s'applique particulièrement aux oscillateurs radiofréquences ainsi qu'aux têtes de lecture de disques durs. Elle concerne également les mémoires magnétiques à accès aléatoire non volatile, permettant de manière connue, le stockage, la lecture et l'écriture de données dans les systèmes électroniques.
ETAT ANTÉRIEURDE LA TECHNIQUE
Dans le domaine de l'enregistrement magnétique ultra-haute densité, les capteurs de champ magnétique utilisés depuis 1992 dans les têtes de lecture de disques durs d'ordinateurs sont basés sur des matériaux magnétorésistifs qui permettent de convertir les variations de champ magnétique à la surface du média magnétique en variation de tension aux bornes du capteur magnétorésistif. Pour qu'il y ait une bonne adaptation d'impédance avec le pré-amplificateur qui préamplifie le signal du capteur avant la chaine de traitement du signal, on cherche à réaliser des capteurs dont l'impédance est de l'ordre de quelques dizaines d'Ohms (typiquement 30Ω). Compte tenu de la taille décroissante du capteur liée à l'augmentation de la densité de stockage, cela suppose de travailler avec des matériaux dont les produits résistance*surface (RA pour Resistance*Area) sont typiquement entre O.lΩ.μm2 et quelques Ω.μm2.
Plusieurs types de matériaux magnétorésistifs ont été envisagés :
1) les multicouches à magnétorésistance géante entièrement métalliques (voir par exemple : J.Bass et W.Pratt, Journ.Magn.Magn.Mater. 200 (1999) 274). Celles-ci offrent des niveaux de résistance trop faible pour l'instant, typiquement de l'ordre de 1 à quelques dizaines de mΩ.μm2 ; 2) Pour augmenter le produit RA, il a été proposé d'introduire dans la couche séparatrice une couche d'oxyde discontinue qui a pour effet de localement confiner les lignes de courant (approche dite « current confined path », CCP) (Nagasaka, K et al, Journ. Appl. Phys., . 89, 6943 (2001)). Toutefois, cette approche pose des problèmes de fiabilité du capteur magnétorésistif. En effet, les densités de courant à travers les trous (pinholes) de la couche d'oxyde discontinue sont considérables (typiquement 109 à 1011 A/cm2). Ceci conduit à des phénomènes d' électromigration excessifs qui peuvent affecter la durée de vie des capteurs (supposée être >10ans).
3) D'énormes progrès ont été réalisés au cours des dernières années sur les jonctions tunnels magnétorésistives permettant aujourd'hui d'obtenir des produits R.A suffisamment faibles avec simultanément une amplitude de magnétorésistance suffisante. Ces jonctions sont réalisées soit à base d'alumine (typiquement RA-I à 5Ω.μm2 avec TMR de 10 à 30%), soit à base de MgO (typiquement RA~7 à 50Ω.μm2 , TMR -50 à 150%), ou de TiOx (typiquement RA-0.3 à 2 Ω.μm2 , TMR
~10 à 20%). Toutefois, la dimension latérale du capteur ne cesse de diminuer et on a besoin de diminuer encore ce produit caractéristique RA pour pouvoir conserver une résistance du capteur dans la bonne gamme. Or les matériaux usuels AlOx, MgO ne permettent pas de baisser suffisamment le produit RA (hauteur de barrière tunnel trop haute comme expliqué plus loin). On a donc besoin de nouveaux matériaux pour la barrière tunnel avec de plus faible hauteur de barrière.
Ce même besoin de matériaux à faible hauteur de barrière existe dans le contexte des oscillateurs radio fréquence à base de transfert de spin. Ces oscillateurs comprennent des jonctions tunnels magnétiques dans lesquels on génère des excitations de l'aimantation entretenues en utilisant le phénomène dit de « transfert de spin ». Ces excitations apparaissent typiquement à des densités de courant (J) supérieures à quelques 107 A/cm2. Comme les jonctions tunnels sont limitées en tension en raison des phénomènes de claquage électrique (typiquement à ~ 0.5volt), on comprend que cela impose une limitation sur la valeur maximale du produit RA à quelques Ω.μm2 puisque V=RAJ (Loi d'Ohm). Ces valeurs sont difficiles à atteindre de façon fiable, reproductible et sans perte significative d'amplitude de magnétorésistance tunnel avec les matériaux comme AlOx ou MgO. Ici aussi, le besoin se fait donc sentir de pouvoir disposer de matériaux pour les barrières tunnels présentant une hauteur de barrière inférieure, donc une meilleure transparence pour les électrons tunnels. En ce qui concerne les mémoires magnétiques MRAM (acronyme de l'expression anglo- saxonne « Magnetic Random Access Memory »), c'est-à-dire les mémoires magnétiques à accès aléatoire, elles connaissent un regain d'intérêt de par la mise au point des jonctions tunnel magnétiques présentant une forte magnétorésistance à température ambiante. Ces jonctions tunnel magnétiques sont constituées d'un empilement de plusieurs couches alternativement magnétiques et non magnétiques.
De manière préférentielle, les deux couches magnétiques situées de part et d'autre de la couche non magnétique faisant fonction de barrière tunnel, sont réalisées à base de métaux 3d (Fe, Co, Ni) et leurs alliages. Ces couches sont également susceptibles d'être dopées par du bore ou du zirconium, afin de rendre amorphe la structure desdites couches et d'aplanir leur interface.
La barrière tunnel est une couche isolante ou semi-conductrice, et sépare donc les deux couches magnétiques précitées. Elle est le plus souvent constituée d'alumine amorphe (AlOx) ou d'oxyde de magnésium cristallin (MgO).
Dans le cadre des mémoires magnétiques, les deux couches magnétiques situées de part et d'autre de la barrière tunnel se trouvent respectivement à l'état piégé et à l'état libre.
Par « piégé », on entend que l'orientation de l'aimantation de ladite couche est fixée alors même que l'orientation de l'aimantation de la couche dite « libre » est susceptible de varier sous l'effet par exemple d'un champ magnétique extérieur, l'orientation respective des aimantations des couches libre et piégée définissant l'état de la mémoire en résultant.
Afin de piéger la couche magnétique dite « piégée », il est connu de coupler celle-ci à une couche magnétique additionnelle réalisée en un matériau antiferromagnétique, tel que par exemple réalisée à base d'alliage de manganèse, plus particulièrement de PtMn, PdPtMn, NiMn, d'IrMn ou de FeMn.
Si sur le plan du principe physique, le fonctionnement de ces jonctions tunnel magnétiques a été démontré, on se heurte en revanche à une difficulté d'industrialisation. En effet, on cherche aujourd'hui à combiner pour les jonctions tunnel magnétiques mises en œuvre, quelle que soit leur application (mémoire magnétique, oscillateur ou tête de lecture), une haute valeur de la magnétorésistance, définie par la grandeur TMR (ratio de la magnétorésistance tunnel entre les configurations parallèles et antiparallèles des aimantations des dites couches libres et piégées), que l'on souhaite donc obtenir supérieure à 200 %, et une faible valeur du produit RA , typiquement inférieure à 1 Ω.μm2. Il existe plusieurs raisons pour lesquelles cette combinaison est importante : dans le domaine du stockage de masse sur disque dur, l'augmentation de la densité de stockage nécessite une diminution de la taille de la tête de lecture pour lire les informations de plus en plus fines inscrites sur le disque. Au niveau des jonctions tunnel, cela se traduit par une augmentation de leur résistance si on n'adapte pas leur produit RA. Pour maintenir une impédance de la tête constante autour de 50Ω, il est donc nécessaire de réduire progressivement le produit RA. Pour les densités du Tb/in2 et au-delà, les produits RA nécessaires doivent être «lΩ.μm2. En parallèle, il est souhaitable que le signal de lecture ne se dégrade pas, donc que la TMR reste élevée. Or il est connu de l'homme du métier que si on réduit l'épaisseur de la barrière tunnel au dessous de 0,8nanomètre, l'uniformité voire la continuité de la barrière n'est plus assurée, ce qui entraîne une baisse rapide de la TMR. dans le domaine des mémoires, c'est le mode d'écriture qui nécessite d'abaisser le produit RA à des valeurs extrêmement faibles. En effet les MRAM de type STT- RAM (« Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory » ou mémoires magnétiques à écriture par courant polarisé en spin) sont écrites simplement en faisant circuler un courant polarisé en spin de forte densité à travers la jonction tunnel. Lorsque la densité de courant est supérieure à une valeur seuil (~107 A/cm2), on peut observer le renversement de l'aimantation de la couche libre, et ce sans assistance d'un champ magnétique. Pour éviter un claquage de la barrière tunnel, il est souhaitable de réduire fortement son produit RA, généralement au dessous de 5Ω.μm2. Plus on désire écrire rapidement, plus la densité de courant augmente. On estime donc qu'il faut descendre au dessous de lΩ.μm2. Comme pour les têtes de lecture, le signal de sortie de la mémoire est directement proportionnel à sa TMR. Il convient donc de la maintenir à un haut niveau tout en réduisant le produit RA.
Les jonctions tunnel magnétiques de l'art antérieur présentent en effet de nombreuses limitations. Tout d'abord, pour les jonctions tunnel magnétiques à barrière MgO de faible produit RA, c'est-à-dire voisins de 0,5 Ω.μm2, la valeur de la TMR est relativement faible, typiquement proche de 50 % à cause des effets d'inhomogénéité de l'épaisseur de barrière, ce qui réduit le signal (tension) de lecture et crée des points chauds dans la barrière tunnel (zone de plus forte densité de courant), augmentant les risques de claquage électrique de la jonction tunnel.
Par ailleurs, la hauteur de telles barrières tunnel est importante, typiquement voisine de 7,5 eV, ne permettant pas, ce faisant, d'accéder à des très faibles produits RA, tout en garantissant une bonne fiabilité (risque de claquage du fait de la très faible épaisseur de barrière nécessaire).
Qui plus est, on se heurte à des procédés d'oxydation complexes pour réaliser la barrière tunnel puisqu'on part le plus souvent d'une cible de magnésium pur.
Afin de surmonter ces difficultés, il a été proposé de remplacer la barrière tunnel, le plus souvent réalisée en MgO cristallisé, par du titanate de strontium (SrTiOs) polycristallin.
Sur le plan théorique, la mise en œuvre d'un tel matériau comme barrière tunnel permet d'aboutir aux avantages suivants : - TMR élevé (supérieur à 300 %) ;
• faible produit RA « 1 Ω.μm2 ;
" hauteur de barrière réduite (< 4,5 eV) ;
" procédé d'élaboration simplifié (on part d'oxyde de SrTi et non du métal).
Cependant, en raison de la température de cristallisation du titanate de strontium, le développement de telles jonctions tunnel magnétiques n'a pas été rendu possible à ce jour. En effet, cette température de cristallisation reste très élevée, supérieure à 5000C, et donc non compatible avec les matériaux mis en œuvre pour les électrodes magnétiques situées de part et d'autre de la barrière tunnel.
En effet, la réalisation d'une barrière cristalline en SrTiO3 s'effectue traditionnellement par voie de dépôt de vapeur physique (PVD) comme par exemple la pulvérisation cathodique ou par ablation laser et requiert en général des températures d'élaboration (dépôt ou recuit) typiquement comprises entre 550 et 8000C, dès lors incompatibles avec les couches magnétiques constitutives de l'empilement. EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention vise un procédé de réalisation de jonctions tunnel magnétiques permettant de surmonter ces inconvénients.
Elle repose sur la réalisation desdites jonctions tunnel magnétiques mettant en œuvre une barrière tunnel en matériau pérovskite au moins partiellement cristalline (par exemple po Iy cristalline) et des électrodes magnétiques conductrices conventionnelles par une technique de dépôt physique, en l'espèce constituée par la pulvérisation par faisceaux d'ions dite IBS (pour l'expression anglo-saxonne « Ion Beam Sputtering »). Cette technologie appartenant aux méthodes dites de pulvérisation, consiste à produire des ions issus d'une source et accélérés vers le matériau à pulvériser. Le bombardement produit par ces ions sur le matériau cible crée une vapeur métallique qui vient alors se déposer et se condenser sur le substrat ou sur une couche déjà déposée afin de former un film mince, typiquement d'épaisseur nanométrique afin d'aboutir aux effets physiques recherchés.
Ce faisant, cette méthode de réalisation, notamment de la barrière tunnel réalisée en titanate de strontium, conduit au dépôt d'une telle barrière amorphe, dont la température de cristallisation est réduite par rapport à celle utilisée dans l'état antérieur de la technique, typiquement inférieure à 4000C, et donc permettant d'aboutir, après recuit éventuel à une température inférieure ou égale à 4000C, à un degré de cristallinité important sans pour autant endommager les électrodes ou couches magnétiques situées de part et d'autre de ladite barrière tunnel, notamment au niveau des interfaces, ou par électromigration, ou par la formation de ponts métalliques (pinholes) à travers la barrière.
Ce faisant, cette méthode s'avère particulièrement compatible lorsque l'on met en œuvre des électrodes métalliques, avantageusement réalisées en alliage de CoFeB ou de CoFe, dont les propriétés structurelles et de transport électronique s'améliorent lorsqu'on les recristallise à des températures comprises entre 260 et 3600C selon la teneur en Bore.
En outre, dans le cadre de la mise en œuvre d'une couche antiferromagnétique à base d'un alliage de manganèse, destinée à piéger l'aimantation d'une des couches magnétiques en question, il devient très avantageux de pouvoir limiter à moins de 3500C la température du recuit destiné, à assurer la cristallisation la couche de titanate de strontium constitutive de la barrière tunnel. En effet, on limite ainsi la migration du manganèse dans la barrière tunnel qui aurait pour conséquence de dégrader considérablement les propriétés de transport tunnel.
Au surplus, lorsque les électrodes magnétiques situées de part et d'autre de la barrière tunnel, typiquement réalisées en CoFeB, sont réalisées également par dépôt par faisceaux d'ions IBS, celles-ci se présentent sous la forme amorphe. Lors de la phase de recuit, lesdites couches magnétiques en CoFeB sont recristallisées, aboutissant à une ségrégation du bore issu de dopage permettant d'augmenter signifîcativement le taux TMR, constituant l'un des buts recherchés par la présente invention.
Selon l'invention, les deux couches magnétiques situées de part et d'autre de la barrière tunnel, peuvent également être déposées par pulvérisation par faisceau d'ions sans rupture du vide. Dans cette configuration, la première couche magnétique est déposée sur une couche de croissance, elle-même déposée sur un substrat.
L'invention vise également une jonction tunnel magnétique constituée d'une couche réalisée en un matériau diélectrique apte à constituer une barrière tunnel, interposée entre deux couches magnétiques conductrices, respectivement : une couche magnétique de référence, dite « couche piégée », dont l'aimantation est de direction fixe et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique à aimantation dans le plan de la couche, couplée magnétiquement avec une couche de piégeage réalisée en un matériau antiferromagnétique ; - une couche magnétique de stockage, dite « couche libre », dont la direction de l'aimantation est variable, et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique à aimantation dans le plan de la couche.
Selon l'invention, le matériau constitutif de la barrière tunnel est constitué par un perovskite au moins partiellement cristallisé.
Avantageusement, le perovskite est polycristallin. L'invention vise en outre une jonction tunnel magnétique constituée d'une couche réalisée en un matériau diélectrique apte à constituer une barrière tunnel, interposée entre deux couches magnétiques conductrices, respectivement : une couche magnétique de référence, dite « couche piégée », dont l'aimantation est de direction fixe et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique à aimantation hors du plan de la couche, couplée magnétiquement avec une couche de piégeage réalisée en un matériau antiferromagnétique ; une couche magnétique de stockage, dite « couche libre », dont la direction de l'aimantation est variable, et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique à aimantation hors du plan de la couche ; et dans laquelle le matériau constitutif de la barrière tunnel est constitué par un perovskite au moins partiellement cristallisé.
Là encore, le perovskite est avantageusement polycristallin.
Selon l'invention, le perovskite est avantageusement choisi dans le groupe comprenant le titanate de strontium (SrTiOs), le BaTiO3, et plus généralement les composés de formule [Bai _xSrx] TiO3 avec x compris entre 0 et 1, le SBT (SrBi2Ta2Og) et le SBN (SrBi2Nb2O9).
Avec la jonction tunnel magnétique ainsi obtenue, le produit résistance par surface R A de la barrière tunnel est inférieur à 1 Ω.μm2 et en ce que la TMR est supérieure à 200 %.
L'invention vise enfin les mémoires magnétiques à accès aléatoire, les oscillateurs radiofréquences, les capteurs magnétorésistifs et les têtes de lecture de disques durs d'ordinateur intégrant une telle jonction tunnel magnétique.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées parmi lesquelles : la figure 1 est une illustration de la mise en œuvre de la jonction tunnel à barrière SrTiO3 cristalline dans le cadre d'une mémoire magnétique conforme à l'invention, la figure 2 est une représentation schématique illustrant le principe de la pulvérisation par faisceaux d'ions. MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
A la figure 1, on a donc illustré un empilement magnétique obtenu conformément à l'invention, plus particulièrement destiné à constituer un point ou cellule mémoire d'une mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM).
Classiquement, celle-ci comporte une couche piégée 1, en l'espèce constituée d'une couche réalisée en un alliage CoFeB de 2 nanomètres d'épaisseur, et d'une couche de CoFe de 2 nanomètres d'épaisseur. Cette couche piégée est couplée magnétiquement avec une couche 2 à propriétés antiferromagnétiques, et en l'espèce réalisée en un alliage IrMn de 6-7nanomètres d'épaisseur.
Cette couche piégée est séparée d'une couche libre 3, également réalisée en alliage CoFeB, et en l'espèce de ~3nanomètres d'épaisseur, par la barrière tunnel 4 réalisée en pérovskite, par exemple en titanate de strontium SrTiCh, d'épaisseur inférieure à l,5nanomètre. Alternativement, le matériau peut être du titanate de baryum ou du titanate de Strontium et Baryum (SBT (SrBi2Ta2O9)), SBN (SrBi2Nb2O9)), ces différents matériaux possédant une structure simple ou double Pérovskites.
De part et d'autre de ces empilements, sont positionnées les couches traditionnelles, et notamment les électrodes supérieures et inférieures 5 et 6, d'amenée du courant électrique d'écriture ou de lecture du point mémoire considéré, et respectivement séparées de l'empilement précité par des espaceurs 7 par exemple en Ru ou Ta, qui servent de couches de croissance (au dessous) et de couche de protection (au dessus). Les amenées de courant peuvent être réalisées en Cu, Au, ou AlSi.
Selon l'invention, au moins la couche constitutive de la barrière tunnel 4 est réalisée par pulvérisation par faisceaux d'ions - IBS, dont le principe est illustré en figure 2.
L'empilement est réalisé sur un substrat (de silicium par exemple) par une séquence de dépôts de chaque matériau (1, 2, 3 et 4 + couche de croissance et couche de protection) à partir de cibles correspondantes dans l'ordre décrit sur la figure 1 en partant du bas. Il est avantageux d'effectuer la séquence complète dans le même équipement (IBS) sans rupture de vide. La pulvérisation par faisceau d'ions est un technique de dépôt physique en phase vapeur selon laquelle, dans une enceinte placée sous vide 20, des ions sont produits par une source 10 et sont accélérés vers le matériau à pulvériser 11. Selon cette technique, la source d'ions 10 génère un faisceau d'ions monoénergétiques positifs (d'énergie typiquement comprise entre 500 et 1500 eV), le faisceau étant défini spatialement. Le faisceau d'ions, usuellement des ions Ar+, bombarde une cible 11 constituée en l'espèce titanate de strontium pour obtenir une barrière en titanate de strontium. Les particules 12 ainsi pulvérisées par le faisceau d'ions sont émises dans le demi-espace 13 face à la cible et viennent se condenser sur une surface chauffée ou non 14 pour former une couche du matériau constitutif de la cible.
Les espèces pulvérisées résultant de ce bombardement sont alors émises dans le demi- espace 13 faisant face à la cible, et viennent se condenser sur la couche de CoFeB d'ores et déjà déposée sur le substrat, et ce pour former un film mince. L'absence de plasma dans l'environnement des couches permet une croissance avec peu de défauts et garantit des qualités d'interface très grandes, particulièrement appréciées dans le cadre du contrôle des propriétés des matériaux mis en œuvre dans les empilements de plusieurs couches d'épaisseurs nanométriques.
Le substrat est également soumis à un autre faisceau d'oxygène issu d'une source d'assistance, peu énergétique, typiquement comprise entre 50 et 100 eV, augmentant la compacité des couches de SrTiO3 (ou BaTiO3 ou SBT), mais permettant également de contrôler sa stœchiométrie.
Le pompage de la chambre de pulvérisation est de type cryogénique. Le vide est de l'ordre de 2. 10"8 torr.
Selon l'invention, les couches magnétiques respectivement 1 et 3 ainsi que la couche antiferromagnétique 2, peuvent également être obtenues par pulvérisation par faisceau d'ions (de même que les couches de croissance et de protection).
Les dépôts IBS sont avantageusement réalisés à température ambiante. La jonction tunnel résultant de cette méthode peut ensuite être soumise à une phase de recuit, s 'agissant notamment des couches magnétiques 1, 2 et 3, outre de la barrière tunnel 4, typiquement à une température inférieure à 4000C par exemple pendant 1 heure. Un champ magnétique peut être appliqué pendant le recuit pour induire l'orientation de l'aimantation de la couche piégée 1+2. En raison de cette phase de recuit, on confère à la barrière tunnel 4 un degré de cristallinité important sans pour autant endommager les couches magnétiques adjacentes, respectivement couche libre 3, couche piégée 1 et couche antiferromagnétique 2.
Au niveau des matériaux entrant dans la composition des couches libre et piégée, d'autres matériaux sont possibles. Le CoFe avec diverses compositions peut remplacer le CoFeB s'il n'est pas nécessaire d'avoir une électrode amorphe lors du dépôt. Le NiFe20 peut aussi être utilisé dans la couche libre en association avec le CoFeB ou le CoFe. Les couches libre et piégée peuvent être également constituées d'empilements antiferromagnétiques synthétiques du type Ferro/NM/Ferro où les matériaux ferro sont les matériaux précédemment cités et NM est généralement du Ru mais peut être aussi du Rh. Enfin des électrodes à aimantation perpendiculaire (type FePt, TbFeCo ou des multicouches (Co/Pt)) sont envisageables.
Bien évidemment, l'invention concerne également la jonction tunnel magnétique obtenue par ce procédé ainsi que les mémoires magnétiques à accès aléatoire, les oscillateurs radio fréquences, les capteurs, et les têtes de lecture.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique, dans lequel on dépose entre deux couches magnétiques nanocristallines ou amorphes (1, 3) une couche (4) en un matériau diélectrique apte à faire fonction de barrière tunnel, caractérisé : en ce que les deux couches magnétiques (1, 3) sont conductrices ; en ce que le matériau diélectrique constitutif de la barrière tunnel est constitué de perovskite au moins partiellement cristallisé, - et en ce que le dépôt dudit matériau est réalisé par pulvérisation par faisceau d'ions dans une enceinte sous vide.
2. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches magnétiques sont métalliques.
3. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux couches magnétiques sont réalisées à base d'alliage de CoFeB ou de CoFe.
4. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le perovskite est poly cristallin.
5. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau diélectrique est choisi dans le groupe comprenant le titanate de strontium (SrTiOs), le BaTiO3, le SBT
(SrBi2Ta2O9) et le SBN (SrBi2Nb2O9).
6. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dépôt du matériau diélectrique est réalisé à température ambiante.
7. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon la revendication 1 à 6, caractérisé en ce que postérieurement au dépôt de la seconde couche magnétique sur la barrière tunnel, la jonction subit un traitement de recuit à une température au plus égale à 400 0C.
8. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les deux couches magnétiques (1, 3) situées de part et d'autre de la barrière tunnel, sont également déposées par pulvérisation par faisceau d'ions sans rupture du vide.
9. Procédé pour la réalisation d'une jonction tunnel magnétique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première couche magnétique est déposée sur une couche de croissance, elle-même déposée sur un substrat.
10. Jonction tunnel magnétique constituée d'une couche réalisée en un matériau diélectrique apte à constituer une barrière tunnel (4), interposée entre deux couches magnétiques conductrices, respectivement : une couche magnétique de référence, dite « couche piégée » (1), dont l'aimantation est de direction fixe et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique constituée à base d'un alliage de
CoFe ou de CoFeB à aimantation dans le plan de la couche, couplée magnétiquement avec une couche de piégeage réalisée en un matériau antiferromagnétique ; une couche magnétique de stockage, dite « couche libre » (3), dont la direction de l'aimantation est variable, et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique constituée à base d'un alliage de CoFe ou de CoFeB à aimantation dans le plan de la couche ; caractérisée en ce que le matériau constitutif de la barrière tunnel est constitué par un perovskite au moins partiellement cristallisé.
11. Jonction tunnel magnétique constituée d'une couche réalisée en un matériau diélectrique apte à constituer une barrière tunnel (4), interposée entre deux couches magnétiques conductrices, respectivement : une couche magnétique de référence, dite « couche piégée » (1), dont l'aimantation est de direction fixe et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique constituée à base d'un alliage de CoFe ou de CoFeB à aimantation hors du plan de la couche, couplée magnétiquement avec une couche de piégeage réalisée en un matériau antiferromagnétique ; une couche magnétique de stockage, dite « couche libre » (3), dont la direction de l'aimantation est variable, et constituée d'au moins une couche réalisée en un matériau ferromagnétique constituée à base d'un alliage de CoFe ou de CoFeB à aimantation hors du plan de la couche ; caractérisée en ce que le matériau constitutif de la barrière tunnel est constitué par un perovskite au moins partiellement cristallisé.
12. Jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisée en le perovskite est polycristallin.
13. Jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que le perovskite est choisi dans le groupe comprenant les composés de formule [Bai_xSrx]Tiθ3 avec x compris entre 0 et 1, le titanate de strontium (SrTiOs), le BaTiO3, le SBT (SrBi2Ta2O9) et le SBN (SrBi2Nb2O9).
14. Jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le produit résistance par surface R A de la barrière tunnel est inférieur à 1 Ω.μm2 et en ce que la TMR est supérieure à 200 %.
15. Mémoire magnétique à accès aléatoire constituée de points mémoire ou cellules mémoire, dont chacun est constitué d'une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 14.
16. Oscillateur radiofréquence intégrant une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 14.
17. Capteur magnétorésistif intégrant une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 14.
18. Tête de lecture de disques durs d'ordinateur intégrant une jonction tunnel magnétique selon l'une des revendications 10 à 14.
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013021129A (ja) * 2011-07-11 2013-01-31 Toshiba Corp エッチング装置及び半導体装置の製造方法
US9007818B2 (en) 2012-03-22 2015-04-14 Micron Technology, Inc. Memory cells, semiconductor device structures, systems including such cells, and methods of fabrication
US8923038B2 (en) 2012-06-19 2014-12-30 Micron Technology, Inc. Memory cells, semiconductor device structures, memory systems, and methods of fabrication
US9054030B2 (en) 2012-06-19 2015-06-09 Micron Technology, Inc. Memory cells, semiconductor device structures, memory systems, and methods of fabrication
US9379315B2 (en) 2013-03-12 2016-06-28 Micron Technology, Inc. Memory cells, methods of fabrication, semiconductor device structures, and memory systems
US9368714B2 (en) 2013-07-01 2016-06-14 Micron Technology, Inc. Memory cells, methods of operation and fabrication, semiconductor device structures, and memory systems
US9466787B2 (en) 2013-07-23 2016-10-11 Micron Technology, Inc. Memory cells, methods of fabrication, semiconductor device structures, memory systems, and electronic systems
US9461242B2 (en) 2013-09-13 2016-10-04 Micron Technology, Inc. Magnetic memory cells, methods of fabrication, semiconductor devices, memory systems, and electronic systems
US9608197B2 (en) 2013-09-18 2017-03-28 Micron Technology, Inc. Memory cells, methods of fabrication, and semiconductor devices
US9529060B2 (en) 2014-01-09 2016-12-27 Allegro Microsystems, Llc Magnetoresistance element with improved response to magnetic fields
US10454024B2 (en) 2014-02-28 2019-10-22 Micron Technology, Inc. Memory cells, methods of fabrication, and memory devices
US9281466B2 (en) 2014-04-09 2016-03-08 Micron Technology, Inc. Memory cells, semiconductor structures, semiconductor devices, and methods of fabrication
US9269888B2 (en) 2014-04-18 2016-02-23 Micron Technology, Inc. Memory cells, methods of fabrication, and semiconductor devices
US9349945B2 (en) 2014-10-16 2016-05-24 Micron Technology, Inc. Memory cells, semiconductor devices, and methods of fabrication
US9768377B2 (en) 2014-12-02 2017-09-19 Micron Technology, Inc. Magnetic cell structures, and methods of fabrication
US10439131B2 (en) 2015-01-15 2019-10-08 Micron Technology, Inc. Methods of forming semiconductor devices including tunnel barrier materials
US9812637B2 (en) 2015-06-05 2017-11-07 Allegro Microsystems, Llc Spin valve magnetoresistance element with improved response to magnetic fields
US11022661B2 (en) 2017-05-19 2021-06-01 Allegro Microsystems, Llc Magnetoresistance element with increased operational range
US10620279B2 (en) 2017-05-19 2020-04-14 Allegro Microsystems, Llc Magnetoresistance element with increased operational range
US12106925B2 (en) * 2021-12-23 2024-10-01 Applied Materials, Inc. Cyclotron having continuously variable energy output
US11719771B1 (en) 2022-06-02 2023-08-08 Allegro Microsystems, Llc Magnetoresistive sensor having seed layer hysteresis suppression
US12320870B2 (en) 2022-07-19 2025-06-03 Allegro Microsystems, Llc Controlling out-of-plane anisotropy in an MR sensor with free layer dusting
US12359904B2 (en) 2023-01-26 2025-07-15 Allegro Microsystems, Llc Method of manufacturing angle sensors including magnetoresistance elements including different types of antiferromagnetic materials
US12352832B2 (en) 2023-01-30 2025-07-08 Allegro Microsystems, Llc Reducing angle error in angle sensor due to orthogonality drift over magnetic-field

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01172559A (ja) * 1987-12-25 1989-07-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 誘電体薄膜の製造方法
EP0623918B1 (fr) * 1992-09-30 2002-12-04 TDK Corporation Support d'enregistrement magnetique
JP3325478B2 (ja) * 1996-12-27 2002-09-17 ワイケイケイ株式会社 磁気抵抗効果素子および磁気検出器並びにその使用方法
US6594120B2 (en) * 2000-05-24 2003-07-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistive element and magnetic memory element and magnetic head using the same
US6518609B1 (en) * 2000-08-31 2003-02-11 University Of Maryland Niobium or vanadium substituted strontium titanate barrier intermediate a silicon underlayer and a functional metal oxide film
US7598555B1 (en) * 2003-08-22 2009-10-06 International Business Machines Corporation MgO tunnel barriers and method of formation
US7602000B2 (en) * 2003-11-19 2009-10-13 International Business Machines Corporation Spin-current switched magnetic memory element suitable for circuit integration and method of fabricating the memory element
US7252852B1 (en) * 2003-12-12 2007-08-07 International Business Machines Corporation Mg-Zn oxide tunnel barriers and method of formation
JP4120589B2 (ja) * 2004-01-13 2008-07-16 セイコーエプソン株式会社 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置
US7357995B2 (en) * 2004-07-02 2008-04-15 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel barriers and associated magnetic tunnel junctions with high tunneling magnetoresistance
US7230265B2 (en) * 2005-05-16 2007-06-12 International Business Machines Corporation Spin-polarization devices using rare earth-transition metal alloys
JP2009094104A (ja) * 2007-10-03 2009-04-30 Toshiba Corp 磁気抵抗素子

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
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