RU2573756C2 - Магнитный туннельный переход, содержащий поляризующий слой - Google Patents

Магнитный туннельный переход, содержащий поляризующий слой Download PDF

Info

Publication number
RU2573756C2
RU2573756C2 RU2012101118/08A RU2012101118A RU2573756C2 RU 2573756 C2 RU2573756 C2 RU 2573756C2 RU 2012101118/08 A RU2012101118/08 A RU 2012101118/08A RU 2012101118 A RU2012101118 A RU 2012101118A RU 2573756 C2 RU2573756 C2 RU 2573756C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
magnetization
ferromagnetic
tunnel junction
ferromagnetic layer
Prior art date
Application number
RU2012101118/08A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012101118A (ru
Inventor
Иоан Люсиан ПРЕЖБЕАНЮ
Рикардо СУЗА
Original Assignee
Крокус Текнолоджи Са
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Крокус Текнолоджи Са filed Critical Крокус Текнолоджи Са
Publication of RU2012101118A publication Critical patent/RU2012101118A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2573756C2 publication Critical patent/RU2573756C2/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3286—Spin-exchange coupled multilayers having at least one layer with perpendicular magnetic anisotropy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/329—Spin-exchange coupled multilayers wherein the magnetisation of the free layer is switched by a spin-polarised current, e.g. spin torque effect
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H10B61/20—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors
    • H10B61/22—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices comprising components having three or more electrodes, e.g. transistors of the field-effect transistor [FET] type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/902—Specified use of nanostructure
    • Y10S977/932—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
    • Y10S977/933—Spintronics or quantum computing
    • Y10S977/935—Spin dependent tunnel, SDT, junction, e.g. tunneling magnetoresistance, TMR

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)

Abstract

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в обеспечении высокого туннельного магнитосопротивления, равного или большего 150%. Способ для изготовления магнитного туннельного перехода, записываемого спин-поляризованным током, и содержащего туннельный барьерный слой между первым ферромагнитным слоем, имеющим первую намагниченность с фиксированной ориентацией, и вторым ферромагнитным слоем, имеющим вторую свободно ориентируемую намагниченность, и поляризующий слой, имеющий поляризующую намагниченность; содержащий: осаждение первого и второго ферромагнитных слоев и туннельного барьерного слоя; отжиг осажденных ферромагнитных слоев при первой температуре отжига 300°C или выше так, чтобы туннельное магнитосопротивление магнитного туннельного перехода было равно или больше чем 150%; осаждение слоя поляризатора; и отжиг осажденного слоя поляризатора при второй температуре отжига, находящейся в интервале между 150°C и 250°C так, чтобы ориентировать поляризующую намагниченность перпендикулярно первой и второй намагниченности, причем упомянутый отжиг осажденных ферромагнитных слоев при первой температуре отжига выполняется до осаждения слоя поляризатора. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу изготовления магнитного туннельного перехода, содержащего поляризующий слой и записываемого спин-поляризованным током, имеющим малую величину.
Уровень техники
Магнитные оперативные запоминающие устройства (MRAM) вновь стали объектом внимания после открытия магнитных туннельных переходов, имеющих большое магнитосопротивление при комнатной температуре. Эти MRAM предоставляют много преимуществ, например, скорость записи (несколько наносекунд продолжительности записи и считывания), энергонезависимость и нечувствительность к ионизирующим излучениям. Следовательно, они все в большей степени должны заменять память, которая использует более традиционную технологию, основанную на зарядовом состоянии конденсатора (DRAM, SRAM, FLASH).
Обычная ячейка MRAM, такая как описанная в патенте США № 5640343, сформирована из магнитного туннельного перехода, содержащего первый ферромагнитный слой, имеющий фиксированную намагниченность, второй ферромагнитный слой, имеющий направление намагниченности, которое может быть изменено в течение операции записи ячейки MRAM, и тонкий изолирующий слой, или туннельный барьер, между двумя ферромагнитными слоями. Во время операции записи ячейки MRAM намагниченность второго ферромагнитного слоя может быть ориентирована параллельно или антипараллельно намагниченности первого ферромагнитного слоя, приводя к низкому или высокому сопротивлению магнитного перехода, соответственно.
Ячейка MRAM может быть записана с использованием операции записи, основанной на схеме передачи спинового момента (STT), как это описано в патенте США № 5695864. Операция записи на основе STT содержит прохождение спин-поляризованного тока через магнитный туннельный переход по линии передачи тока, соединенной с магнитным туннельным переходом. В отличие от ячеек MRAM, записываемых внешним магнитным полем, спин-поляризованный ток изменяется обратно пропорционально площади поверхности магнитного туннельного перехода. Таким образом, ячейки MRAM, записанные посредством операции записи на основе STT, или ячейки MRAM на основе STT, обеспечивают высокую плотность MRAM. Кроме того, ячейки MRAM на основе STT могут быть записаны быстрее, чем запись ячеек MRAM с использованием внешнего магнитного поля.
Наиболее практичная реализация ячеек MRAM на основе STT в настоящее время использует так называемую "продольную" конфигурацию, причем спины спин-поляризованного тока вводятся как коллинеарные, с намагниченностью второго ферромагнитного слоя. Это обычно достигается использованием ферромагнитных материалов, имеющих намагниченность в плоскости (намагниченность в плоскости ферромагнитного слоя) или намагниченность, перпендикулярную плоскости.
В обычных ячейках MRAM на основе STT введенные спины спин-поляризованного тока ориентируются по существу параллельно ориентации намагниченности второго ферромагнитного слоя. Вращающий момент, прикладываемый введенными спинами к намагниченности второго ферромагнитного слоя, оказывается в этом случае по существу нулевым.
В течение операции записи на основе STT скорость записи ограничивается стохастической природой переключения намагниченности второго ферромагнитного слоя. Это стохастическое поведение определяется параллельной ориентацией введенных спинов, определяемой направлением намагниченности первого ферромагнитного слоя, или поляризационного слоя, относительно направления намагниченности второго ферромагнитного слоя. Переключение намагниченности второго ферромагнитного слоя провоцируется термоактивацией намагниченности; то есть тем, что тепловые флуктуации намагниченности второго ферромагнитного слоя производят начальный угол между введенными спинами и этой намагниченностью второго ферромагнитного слоя. Скорость переключения обычно ограничивается задержкой переключения приблизительно в 10 нс для спин-поляризованных токов в пределах 10 MA/см2 или меньше 10 нс для токов в пределах 100 MA/см2.
Возможность записи ячейки памяти при токе ниже 1 MA/ см2 для длительности импульса тока меньшей 10 нс может быть достигнута вставкой перпендикулярно намагниченного слоя, или перпендикулярного поляризатора, к магнитному туннельному переходу. Перпендикулярный поляризатор создает, даже при очень малых длительностях импульса, начальный угол между ориентацией намагниченности первого и второго ферромагнитных слоев. Этот начальный угол максимизирует начальный вращающий момент и, таким образом, минимизирует критический спин-поляризованный ток, необходимый для переключения намагниченности второго ферромагнитного слоя.
В патенте США № 6603677 величина спин-поляризованного тока уменьшена добавлением к магнитному туннельному переходу спин-поляризующего слоя, или составного многослойного антиферромагнетика (SAF). Альтернативно, может быть уменьшена насыщенная намагниченность второго ферромагнитного слоя или может быть увеличен спин-поляризационный уровень инжектированных электронов в спин-поляризованном токе, например, предоставляя туннельный барьер, выполненный из MgO.
Чтобы получить подходящую кристаллографическую текстуру первого и второго ферромагнитных слоев, смежных с туннельным барьером MgO, последний слой должен быть отожжен при температурах отжига, больших 300°C, обычно при температурах между 340°C и 360°C. Типичный перпендикулярный поляризатор выполняется из мультислоев на основе кобальта/платины, или кобальта/палладия, или кобальта/никеля, или редкоземельных элементов/сплавов переходных металлов. В случае, когда магнитный туннельный переход, содержащий туннельный барьер на основе MgO, и перпендикулярный поляризатор подвергаются более высоким температурам отжига, может произойти перемешивание на границах раздела многослойного перпендикулярного поляризатора. Кроме того, мультислой редкоземельный элемент/сплавы переходных металлов может быть неустойчивым при этих температурах отжига.
Обычные технологии производства магнитного туннельного перехода содержат осаждение различных слоев, формирующих магнитный туннельный переход, включающих в себя перпендикулярный поляризатор и туннельный барьер на основе MgO, и выполнение отжига полного магнитного туннельного перехода. Следовательно, требуется и надлежащий отжиг туннельного барьера на основе MgO, и хорошие свойства перпендикулярного поляризатора в том же самом магнитном туннельном переходе. При этом оказывается невозможным получить одновременно и большое магнитосопротивление, и хорошо заданный перпендикулярный поляризатор в том же самом магнитном туннельном переходе.
Сущность изобретения
Настоящее раскрытие нацелено поэтому на преодоление этих недостатков.
Настоящее раскрытие относится к способу формирования магнитного туннельного перехода, записываемого спин-поляризованным током, причем магнитного туннельного перехода, содержащего туннельный барьерный слой между первым ферромагнитным слоем, имеющим первую намагниченность, и вторым ферромагнитным слоем, имеющим вторую намагниченность, и поляризующий слой, имеющий поляризующую намагниченность; содержащего: осаждение первого ферромагнитного слоя, туннельного барьерного слоя и второго ферромагнитного слоя; отжиг осажденных ферромагнитных слоев при первой заданной температуре отжига, такой, когда туннельное магнитосопротивление магнитного туннельного перехода равно или больше, чем около 150%; причем способ может дополнительно содержать осаждение слоя поляризатора; и отжиг осажденного слоя поляризатора при второй заданной температуре отжига, причем упомянутый отжиг осажденных ферромагнитных слоев при первой заданной температуре отжига выполняется до осаждения слоя поляризатора, и вторая заданная температура отжига такова, чтобы ориентировать поляризующую намагниченность по существу перпендикулярно первой и второй намагниченности.
В варианте реализации вторая заданная температура отжига может быть ниже первой заданной температуры отжига.
В другом варианте реализации первая заданная температура отжига может находиться в интервале между около 340°C и 360°C.
Еще в одном варианте реализации вторая заданная температура отжига находится в интервале между около 150°C и 250°C.
Еще в одном варианте реализации осаждение второго ферромагнитного слоя, туннельного барьерного слоя и первого ферромагнитного слоя может быть выполнено именно в таком порядке.
Еще в одном варианте реализации осаждение первого ферромагнитного слоя, туннельного барьерного слоя и второго ферромагнитного слоя выполняется именно в таком порядке.
Раскрытие дополнительно относится к ячейке MRAM, содержащей магнитный туннельный переход, изготовленный раскрытым здесь способом.
Раскрытый здесь способ позволяет изготовить магнитный туннельный переход, имеющий высокое туннельное магнитосопротивление и содержащий слой поляризатора, имеющий перпендикулярную поляризующую намагниченность. Магнитный туннельный переход, изготовленный раскрытым здесь способом, может быть записан с использованием спин-поляризованного тока, имеющего малую величину.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет лучше понято с помощью описания варианта реализации, данного посредством примера и показанного на фиг.1, отображающей ячейку магнитного оперативного запоминающего устройства (MRAM), содержащую магнитный туннельный переход в соответствии с вариантом реализации.
Подробное описание возможных вариантов реализации
На фиг.1 показана ячейка 1 магнитного оперативного запоминающего устройства (MRAM), содержащая магнитный туннельный переход 2 в соответствии с вариантом реализации. Магнитный туннельный переход 2 содержит первый ферромагнитный слой 21, второй ферромагнитный слой 23 и изолирующий слой, или туннельный барьерный слой 22, между первым и вторым ферромагнитными слоями 21, 23. Предпочтительно, первый ферромагнитный слой 21 имеет первую намагниченность 211, имеющую фиксированную ориентацию, и второй ферромагнитный слой 23 имеет вторую намагниченность 231, которая может быть свободно ориентирована. Первая намагниченность 211 может быть связана обменным взаимодействием с антиферромагнитным слоем (не показан).
Предпочтительно, первый ферромагнитный слой 21 и второй ферромагнитный слой 23 выполнены из 3d-металлов, например, Fe, Co или Ni или их сплавов. В состав слоя может быть добавлен и бор, чтобы получить аморфную морфологию и плоскую границу раздела. Туннельный барьерный слой 22 обычно состоит из оксида алюминия (Al2O3) или оксида магния (MgO). Предпочтительно, первый ферромагнитный слой 21 может быть сформирован из синтетического антиферромагнитного слоя, например, такого, как описан в патенте США № 5583725.
Вторая намагниченность 231 может быть ориентирована только в плоскости слоя 23.
Магнитный туннельный переход 2 дополнительно содержит поляризующий слой 60 и металлический разделяющий слой 61, находящийся между поляризующим слоем 60 и первым ферромагнитным слоем 21. В настоящем варианте реализации поляризующий слой 60 имеет перпендикулярную поляризующую намагниченность 600, то есть поляризующая намагниченность 600 поляризующего слоя 60 ориентирована по существу перпендикулярно плоскости слоя 60 или по существу перпендикулярно первой и второй намагниченности 211, 231.
Поляризующий слой 60 может содержать пакет слоев, выполненный, например, из Fe/Pt, или Fe/Pd, или Co/Pt, или Co/Pd, или Co/Au и т.д. или их сплавов или выполненный из редкоземельных элементов/сплавов переходных металлов.
Магнитный туннельный переход 2 может дополнительно содержать первую электропроводящую линию, или первый электрод 50, и вторую электропроводящую линию, или второй электрод 51, расположенные на одном конце магнитного туннельного перехода 2, на стороне поляризующего слоя 60, и на другом конце магнитного туннельного перехода 2, соответственно. Ячейка 1 MRAM может дополнительно содержать переключающее устройство, например селекторный КМОП-транзистор 3, электрически связанный с одним концом магнитного туннельного перехода 2.
Во время операции записи спин-поляризованный ток 32 заданной величины проходит через магнитный туннельный переход 2 так, что вторая намагниченность 231 может быть переключена. Когда поляризующая намагниченность 600 поляризующего слоя 60 ориентирована по существу перпендикулярно первой и второй намагниченности 211, 231, электроны спин-поляризованного тока 32 поляризуются в поляризующем слое 60 с направлением спина, перпендикулярным плоскостям слоев 21, 23. Электроны, поляризованные по спину в спин-поляризованном токе 32, вызывают непрерывное вращение второй намагниченности 231 в пределах плоскости второго ферромагнитного слоя 23. В раскрытом здесь магнитном туннельном переходе 2 ориентация второй намагниченности 231 может быть переключена, когда заданная величина спин-поляризованного тока 32 составляет приблизительно 1×l06 A/см2 и ниже.
В соответствии с вариантом реализации способ формирования магнитного туннельного перехода 2 содержит осаждение второго электрода 51, второго ферромагнитного слоя 23, туннельного барьерного слоя 22 и первого ферромагнитного слоя 21.
Способ дополнительно содержит отжиг осажденных ферромагнитных слоев 21, 23, то есть, например, отжиг магнитного туннельного перехода 2, содержащего осажденные слои 51, 21, 22 и 23, при первой заданной температуре отжига, приспособленной для получения подходящей кристаллографической текстуры первого и второго ферромагнитных слоев 21, 23. Первая заданная температура отжига такова, что после этапа отжига при первой заданной температуре отжига туннельное магнитосопротивление магнитного туннельного перехода 2 максимально, например, имеет значение туннельного магнитосопротивления около 150% и больше. Например, первая заданная температура отжига может быть больше 300°C. В варианте реализации первая заданная температура отжига находится в интервале между около 340°C и 360°C.
Способ дополнительно содержит осаждение металлического разделительного слоя 61 и слоя 60 поляризатора.
После нанесения поляризующего слоя 60 способ дополнительно содержит отжиг осажденного слоя 60 поляризатора, то есть отжиг магнитного туннельного перехода 2, содержащего осажденный слой 60 поляризатора, при второй заданной температуре отжига. Вторая заданная температура отжига может быть такая, чтобы ориентировать поляризующую намагниченность 600 слоя 60 поляризатора по существу перпендикулярно плоскости слоя 60 поляризатора или по существу перпендикулярно первой и второй намагниченности 211, 231. Вторая заданная температура отжига обычно ниже первой заданной температуры отжига. Например, вторая заданная температура отжига находится в интервале между около 150°C и 250°C.
В варианте реализации осаждение первого ферромагнитного слоя 21, туннельного барьерного слоя 22 и второго ферромагнитного слоя 23 выполняется именно в таком порядке. Изготовленный таким образом магнитный туннельный переход 2 содержит второй ферромагнитный слой 23 между слоем 60 поляризатора и первым ферромагнитным слоем 21.
В другом варианте реализации осаждение второго ферромагнитного слоя 23, туннельного барьерного слоя 22 и первого ферромагнитного слоя 21 выполняется именно в таком порядке. Изготовленный таким образом магнитный туннельный переход 2 содержит первый ферромагнитный слой 21 между слоем 60 поляризатора и вторым ферромагнитным слоем 23.
Другие последовательности этапов осаждения и отжига способа возможны, если этап отжига осажденных ферромагнитных слоев 21, 23 при первой температуре отжига выполняется до осаждения слоя 60 поляризатора.
Устройство магнитной памяти (не представлено) может быть сформировано из матрицы, содержащей множество ячеек 1 MRAM, содержащих раскрытый здесь магнитный туннельный переход 2.
Магнитный туннельный переход 2, изготовленный с использованием раскрытого здесь способа, позволяет получить магнитный туннельный переход 2, содержащий слой 60 поляризатора, имеющий его поляризующую намагниченность 600, по существу перпендикулярную плоскости слоя 60 поляризатора или по существу перпендикулярную первой и второй намагниченности 211, 231, и имеющий большое туннельное магнитосопротивление. Способ дополнительно позволяет минимизировать перемешивание на границах раздела многослойного пакета 60 поляризатора, при том что ферромагнитные слои 21, 23 и туннельный барьерный слой 22 отжигаются при высокой первой заданной температуре отжига, позволяя обеспечить высокое туннельное магнитосопротивление, равное или большее 150%.
Цифровые обозначения и символы
1 ячейка магнитного оперативного запоминающего устройства (MRAM)
2 магнитный туннельный переход
21 первый ферромагнитный слой
211 первая намагниченность
22 туннельный барьерный слой
23 второй ферромагнитный слой
231 вторая намагниченность
3 селекторный транзистор
30 внешний слой
32 спин-поляризованный ток
50 первая электропроводящая линия, первый электрод
51 вторая электропроводящая линия, второй электрод
60 поляризующий слой
600 поляризующая намагниченность
61 металлический разделительный слой.

Claims (6)

1. Способ для изготовления магнитного туннельного перехода, записываемого спин-поляризованным током, причем магнитный туннельный переход содержит туннельный барьерный слой между первым ферромагнитным слоем, имеющим первую намагниченность с фиксированной ориентацией, и вторым ферромагнитным слоем, имеющим вторую свободно ориентируемую намагниченность, и поляризующий слой, имеющий поляризующую намагниченность; содержащий:
осаждение первого ферромагнитного слоя, туннельного барьерного слоя и второго ферромагнитного слоя;
отжиг осажденных ферромагнитных слоев при первой температуре отжига 300°C или выше так, чтобы туннельное магнитосопротивление магнитного туннельного перехода было равно или больше чем 150%;
осаждение слоя поляризатора; и
отжиг осажденного слоя поляризатора при второй температуре отжига, находящейся в интервале между 150°C и 250°C так, чтобы ориентировать поляризующую намагниченность перпендикулярно первой и второй намагниченности, причем упомянутый отжиг осажденных ферромагнитных слоев при первой температуре отжига выполняется до осаждения слоя поляризатора.
2. Способ по п. 1, в котором первая температура отжига находится в интервале между 340°C и 360°C.
3. Способ по п. 1, в котором осаждение второго ферромагнитного слоя, туннельного барьерного слоя и первого ферромагнитного слоя выполняется именно в таком порядке.
4. Способ по п. 1, в котором осаждение первого ферромагнитного слоя, туннельного барьерного слоя и второго ферромагнитного слоя выполняется именно в таком порядке.
5. Ячейка магнитного оперативного запоминающего устройства, содержащая магнитный туннельный переход, содержащий туннельный барьерный слой между первым ферромагнитным слоем, имеющим первую намагниченность с фиксированной ориентацией, и вторым ферромагнитным слоем, имеющим вторую свободно ориентируемую намагниченность, и поляризующий слой, имеющий поляризующую намагниченность, перпендикулярную первой и второй намагниченности; причем первый и второй ферромагнитные слои отжигаются при первой температуре отжига 300°C или выше так, чтобы туннельное магнитосопротивление магнитного туннельного перехода было равно или больше чем 150%.
6. Устройство магнитной памяти, содержащее множество ячеек магнитного оперативного запоминающего устройства, причем каждая ячейка магнитного оперативного запоминающего устройства содержит магнитный туннельный переход, содержащий туннельный барьерный слой между первым ферромагнитным слоем, имеющим первую намагниченность с фиксированной ориентацией, и вторым ферромагнитным слоем, имеющим вторую свободно ориентируемую намагниченность, и поляризующий слой, имеющий поляризующую намагниченность, перпендикулярную первой и второй намагниченности; причем первый и второй ферромагнитные слои отжигаются при первой температуре отжига 300°C или выше так, что туннельное магнитосопротивление магнитного туннельного перехода равно или больше чем 150%.
RU2012101118/08A 2011-01-13 2012-01-12 Магнитный туннельный переход, содержащий поляризующий слой RU2573756C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11290013.9A EP2477227B1 (en) 2011-01-13 2011-01-13 Magnetic tunnel junction comprising a polarizing layer
EP11290013.9 2011-01-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012101118A RU2012101118A (ru) 2013-07-20
RU2573756C2 true RU2573756C2 (ru) 2016-01-27

Family

ID=44246134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012101118/08A RU2573756C2 (ru) 2011-01-13 2012-01-12 Магнитный туннельный переход, содержащий поляризующий слой

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8609439B2 (ru)
EP (1) EP2477227B1 (ru)
JP (1) JP5903278B2 (ru)
KR (1) KR20120082359A (ru)
RU (1) RU2573756C2 (ru)
TW (1) TWI535085B (ru)

Families Citing this family (83)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2479759A1 (en) * 2011-01-19 2012-07-25 Crocus Technology S.A. Low power magnetic random access memory cell
US9013916B2 (en) * 2012-05-31 2015-04-21 Northrop Grumman Systems Corporation Josephson magnetic memory cell system
JP6134172B2 (ja) * 2013-03-21 2017-05-24 東京エレクトロン株式会社 磁気アニール装置
US10297481B2 (en) 2013-03-21 2019-05-21 Tokyo Electron Limited Magnetic annealing apparatus
US9236560B1 (en) * 2014-12-08 2016-01-12 Western Digital (Fremont), Llc Spin transfer torque tunneling magnetoresistive device having a laminated free layer with perpendicular magnetic anisotropy
US9502642B2 (en) 2015-04-10 2016-11-22 Micron Technology, Inc. Magnetic tunnel junctions, methods used while forming magnetic tunnel junctions, and methods of forming magnetic tunnel junctions
US9520553B2 (en) 2015-04-15 2016-12-13 Micron Technology, Inc. Methods of forming a magnetic electrode of a magnetic tunnel junction and methods of forming a magnetic tunnel junction
US9530959B2 (en) 2015-04-15 2016-12-27 Micron Technology, Inc. Magnetic tunnel junctions
US10468590B2 (en) 2015-04-21 2019-11-05 Spin Memory, Inc. High annealing temperature perpendicular magnetic anisotropy structure for magnetic random access memory
US9728712B2 (en) * 2015-04-21 2017-08-08 Spin Transfer Technologies, Inc. Spin transfer torque structure for MRAM devices having a spin current injection capping layer
US9257136B1 (en) 2015-05-05 2016-02-09 Micron Technology, Inc. Magnetic tunnel junctions
US9960346B2 (en) 2015-05-07 2018-05-01 Micron Technology, Inc. Magnetic tunnel junctions
US9853206B2 (en) 2015-06-16 2017-12-26 Spin Transfer Technologies, Inc. Precessional spin current structure for MRAM
US9773974B2 (en) 2015-07-30 2017-09-26 Spin Transfer Technologies, Inc. Polishing stop layer(s) for processing arrays of semiconductor elements
US10163479B2 (en) 2015-08-14 2018-12-25 Spin Transfer Technologies, Inc. Method and apparatus for bipolar memory write-verify
US9741926B1 (en) 2016-01-28 2017-08-22 Spin Transfer Technologies, Inc. Memory cell having magnetic tunnel junction and thermal stability enhancement layer
US9680089B1 (en) 2016-05-13 2017-06-13 Micron Technology, Inc. Magnetic tunnel junctions
US10818331B2 (en) 2016-09-27 2020-10-27 Spin Memory, Inc. Multi-chip module for MRAM devices with levels of dynamic redundancy registers
US10446210B2 (en) 2016-09-27 2019-10-15 Spin Memory, Inc. Memory instruction pipeline with a pre-read stage for a write operation for reducing power consumption in a memory device that uses dynamic redundancy registers
US10991410B2 (en) 2016-09-27 2021-04-27 Spin Memory, Inc. Bi-polar write scheme
US10546625B2 (en) 2016-09-27 2020-01-28 Spin Memory, Inc. Method of optimizing write voltage based on error buffer occupancy
US10628316B2 (en) 2016-09-27 2020-04-21 Spin Memory, Inc. Memory device with a plurality of memory banks where each memory bank is associated with a corresponding memory instruction pipeline and a dynamic redundancy register
US10460781B2 (en) 2016-09-27 2019-10-29 Spin Memory, Inc. Memory device with a dual Y-multiplexer structure for performing two simultaneous operations on the same row of a memory bank
US10360964B2 (en) 2016-09-27 2019-07-23 Spin Memory, Inc. Method of writing contents in memory during a power up sequence using a dynamic redundancy register in a memory device
US10437723B2 (en) 2016-09-27 2019-10-08 Spin Memory, Inc. Method of flushing the contents of a dynamic redundancy register to a secure storage area during a power down in a memory device
US10366774B2 (en) 2016-09-27 2019-07-30 Spin Memory, Inc. Device with dynamic redundancy registers
US11151042B2 (en) 2016-09-27 2021-10-19 Integrated Silicon Solution, (Cayman) Inc. Error cache segmentation for power reduction
US10437491B2 (en) 2016-09-27 2019-10-08 Spin Memory, Inc. Method of processing incomplete memory operations in a memory device during a power up sequence and a power down sequence using a dynamic redundancy register
US11119910B2 (en) 2016-09-27 2021-09-14 Spin Memory, Inc. Heuristics for selecting subsegments for entry in and entry out operations in an error cache system with coarse and fine grain segments
US11119936B2 (en) 2016-09-27 2021-09-14 Spin Memory, Inc. Error cache system with coarse and fine segments for power optimization
US10665777B2 (en) 2017-02-28 2020-05-26 Spin Memory, Inc. Precessional spin current structure with non-magnetic insertion layer for MRAM
US10672976B2 (en) 2017-02-28 2020-06-02 Spin Memory, Inc. Precessional spin current structure with high in-plane magnetization for MRAM
US10032978B1 (en) 2017-06-27 2018-07-24 Spin Transfer Technologies, Inc. MRAM with reduced stray magnetic fields
US10481976B2 (en) 2017-10-24 2019-11-19 Spin Memory, Inc. Forcing bits as bad to widen the window between the distributions of acceptable high and low resistive bits thereby lowering the margin and increasing the speed of the sense amplifiers
US10656994B2 (en) 2017-10-24 2020-05-19 Spin Memory, Inc. Over-voltage write operation of tunnel magnet-resistance (“TMR”) memory device and correcting failure bits therefrom by using on-the-fly bit failure detection and bit redundancy remapping techniques
US10529439B2 (en) 2017-10-24 2020-01-07 Spin Memory, Inc. On-the-fly bit failure detection and bit redundancy remapping techniques to correct for fixed bit defects
US10489245B2 (en) 2017-10-24 2019-11-26 Spin Memory, Inc. Forcing stuck bits, waterfall bits, shunt bits and low TMR bits to short during testing and using on-the-fly bit failure detection and bit redundancy remapping techniques to correct them
US10679685B2 (en) 2017-12-27 2020-06-09 Spin Memory, Inc. Shared bit line array architecture for magnetoresistive memory
US10424726B2 (en) 2017-12-28 2019-09-24 Spin Memory, Inc. Process for improving photoresist pillar adhesion during MRAM fabrication
US10395712B2 (en) 2017-12-28 2019-08-27 Spin Memory, Inc. Memory array with horizontal source line and sacrificial bitline per virtual source
US10811594B2 (en) 2017-12-28 2020-10-20 Spin Memory, Inc. Process for hard mask development for MRAM pillar formation using photolithography
US10891997B2 (en) 2017-12-28 2021-01-12 Spin Memory, Inc. Memory array with horizontal source line and a virtual source line
US10395711B2 (en) 2017-12-28 2019-08-27 Spin Memory, Inc. Perpendicular source and bit lines for an MRAM array
US10360962B1 (en) 2017-12-28 2019-07-23 Spin Memory, Inc. Memory array with individually trimmable sense amplifiers
US10516094B2 (en) 2017-12-28 2019-12-24 Spin Memory, Inc. Process for creating dense pillars using multiple exposures for MRAM fabrication
US10360961B1 (en) 2017-12-29 2019-07-23 Spin Memory, Inc. AC current pre-charge write-assist in orthogonal STT-MRAM
US10840436B2 (en) 2017-12-29 2020-11-17 Spin Memory, Inc. Perpendicular magnetic anisotropy interface tunnel junction devices and methods of manufacture
US10424723B2 (en) 2017-12-29 2019-09-24 Spin Memory, Inc. Magnetic tunnel junction devices including an optimization layer
US10270027B1 (en) 2017-12-29 2019-04-23 Spin Memory, Inc. Self-generating AC current assist in orthogonal STT-MRAM
US10886330B2 (en) 2017-12-29 2021-01-05 Spin Memory, Inc. Memory device having overlapping magnetic tunnel junctions in compliance with a reference pitch
US10236048B1 (en) 2017-12-29 2019-03-19 Spin Memory, Inc. AC current write-assist in orthogonal STT-MRAM
US10199083B1 (en) 2017-12-29 2019-02-05 Spin Transfer Technologies, Inc. Three-terminal MRAM with ac write-assist for low read disturb
US10546624B2 (en) 2017-12-29 2020-01-28 Spin Memory, Inc. Multi-port random access memory
US10784439B2 (en) 2017-12-29 2020-09-22 Spin Memory, Inc. Precessional spin current magnetic tunnel junction devices and methods of manufacture
US10840439B2 (en) 2017-12-29 2020-11-17 Spin Memory, Inc. Magnetic tunnel junction (MTJ) fabrication methods and systems
US10367139B2 (en) 2017-12-29 2019-07-30 Spin Memory, Inc. Methods of manufacturing magnetic tunnel junction devices
US10236047B1 (en) 2017-12-29 2019-03-19 Spin Memory, Inc. Shared oscillator (STNO) for MRAM array write-assist in orthogonal STT-MRAM
US10255962B1 (en) 2017-12-30 2019-04-09 Spin Memory, Inc. Microwave write-assist in orthogonal STT-MRAM
US10229724B1 (en) 2017-12-30 2019-03-12 Spin Memory, Inc. Microwave write-assist in series-interconnected orthogonal STT-MRAM devices
US10339993B1 (en) 2017-12-30 2019-07-02 Spin Memory, Inc. Perpendicular magnetic tunnel junction device with skyrmionic assist layers for free layer switching
US10319900B1 (en) 2017-12-30 2019-06-11 Spin Memory, Inc. Perpendicular magnetic tunnel junction device with precessional spin current layer having a modulated moment density
US10141499B1 (en) 2017-12-30 2018-11-27 Spin Transfer Technologies, Inc. Perpendicular magnetic tunnel junction device with offset precessional spin current layer
US10236439B1 (en) 2017-12-30 2019-03-19 Spin Memory, Inc. Switching and stability control for perpendicular magnetic tunnel junction device
US10468588B2 (en) 2018-01-05 2019-11-05 Spin Memory, Inc. Perpendicular magnetic tunnel junction device with skyrmionic enhancement layers for the precessional spin current magnetic layer
US10438995B2 (en) 2018-01-08 2019-10-08 Spin Memory, Inc. Devices including magnetic tunnel junctions integrated with selectors
US10438996B2 (en) 2018-01-08 2019-10-08 Spin Memory, Inc. Methods of fabricating magnetic tunnel junctions integrated with selectors
US10446744B2 (en) 2018-03-08 2019-10-15 Spin Memory, Inc. Magnetic tunnel junction wafer adaptor used in magnetic annealing furnace and method of using the same
US10388861B1 (en) 2018-03-08 2019-08-20 Spin Memory, Inc. Magnetic tunnel junction wafer adaptor used in magnetic annealing furnace and method of using the same
US11107974B2 (en) 2018-03-23 2021-08-31 Spin Memory, Inc. Magnetic tunnel junction devices including a free magnetic trench layer and a planar reference magnetic layer
US10784437B2 (en) 2018-03-23 2020-09-22 Spin Memory, Inc. Three-dimensional arrays with MTJ devices including a free magnetic trench layer and a planar reference magnetic layer
US11107978B2 (en) 2018-03-23 2021-08-31 Spin Memory, Inc. Methods of manufacturing three-dimensional arrays with MTJ devices including a free magnetic trench layer and a planar reference magnetic layer
US20190296228A1 (en) 2018-03-23 2019-09-26 Spin Transfer Technologies, Inc. Three-Dimensional Arrays with Magnetic Tunnel Junction Devices Including an Annular Free Magnetic Layer and a Planar Reference Magnetic Layer
US10411185B1 (en) 2018-05-30 2019-09-10 Spin Memory, Inc. Process for creating a high density magnetic tunnel junction array test platform
US10692569B2 (en) 2018-07-06 2020-06-23 Spin Memory, Inc. Read-out techniques for multi-bit cells
US10593396B2 (en) 2018-07-06 2020-03-17 Spin Memory, Inc. Multi-bit cell read-out techniques for MRAM cells with mixed pinned magnetization orientations
US10600478B2 (en) 2018-07-06 2020-03-24 Spin Memory, Inc. Multi-bit cell read-out techniques for MRAM cells with mixed pinned magnetization orientations
US10559338B2 (en) 2018-07-06 2020-02-11 Spin Memory, Inc. Multi-bit cell read-out techniques
US10650875B2 (en) 2018-08-21 2020-05-12 Spin Memory, Inc. System for a wide temperature range nonvolatile memory
US10699761B2 (en) 2018-09-18 2020-06-30 Spin Memory, Inc. Word line decoder memory architecture
US11621293B2 (en) 2018-10-01 2023-04-04 Integrated Silicon Solution, (Cayman) Inc. Multi terminal device stack systems and methods
US10971680B2 (en) 2018-10-01 2021-04-06 Spin Memory, Inc. Multi terminal device stack formation methods
US10580827B1 (en) 2018-11-16 2020-03-03 Spin Memory, Inc. Adjustable stabilizer/polarizer method for MRAM with enhanced stability and efficient switching
US11107979B2 (en) 2018-12-28 2021-08-31 Spin Memory, Inc. Patterned silicide structures and methods of manufacture

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7241631B2 (en) * 2004-12-29 2007-07-10 Grandis, Inc. MTJ elements with high spin polarization layers configured for spin-transfer switching and spintronics devices using the magnetic elements
RU2394304C2 (ru) * 2007-12-26 2010-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Способ формирования структуры магнитного туннельного перехода на основе наноразмерных структур металл-изолятор-металл и структура магнитного туннельного перехода на основе наноразмерных структур металл-изолятор-металл (варианты)

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5583725A (en) 1994-06-15 1996-12-10 International Business Machines Corporation Spin valve magnetoresistive sensor with self-pinned laminated layer and magnetic recording system using the sensor
US5695864A (en) 1995-09-28 1997-12-09 International Business Machines Corporation Electronic device using magnetic components
US5640343A (en) 1996-03-18 1997-06-17 International Business Machines Corporation Magnetic memory array using magnetic tunnel junction devices in the memory cells
FR2817999B1 (fr) 2000-12-07 2003-01-10 Commissariat Energie Atomique Dispositif magnetique a polarisation de spin et a empilement(s) tri-couche(s) et memoire utilisant ce dispositif
JP3908554B2 (ja) * 2001-07-13 2007-04-25 アルプス電気株式会社 磁気検出素子の製造方法
US7270896B2 (en) * 2004-07-02 2007-09-18 International Business Machines Corporation High performance magnetic tunnel barriers with amorphous materials
JP4682585B2 (ja) * 2004-11-01 2011-05-11 ソニー株式会社 記憶素子及びメモリ
JP4575136B2 (ja) * 2004-12-20 2010-11-04 株式会社東芝 磁気記録素子、磁気記録装置、および情報の記録方法
JP2008028362A (ja) * 2006-06-22 2008-02-07 Toshiba Corp 磁気抵抗素子及び磁気メモリ
US20070297220A1 (en) * 2006-06-22 2007-12-27 Masatoshi Yoshikawa Magnetoresistive element and magnetic memory
US7508042B2 (en) * 2006-12-22 2009-03-24 Magic Technologies, Inc. Spin transfer MRAM device with magnetic biasing
WO2009122992A1 (ja) * 2008-04-03 2009-10-08 日本電気株式会社 磁気抵抗記憶装置
WO2010100728A1 (ja) * 2009-03-04 2010-09-10 株式会社日立製作所 磁気メモリ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7241631B2 (en) * 2004-12-29 2007-07-10 Grandis, Inc. MTJ elements with high spin polarization layers configured for spin-transfer switching and spintronics devices using the magnetic elements
RU2394304C2 (ru) * 2007-12-26 2010-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) Способ формирования структуры магнитного туннельного перехода на основе наноразмерных структур металл-изолятор-металл и структура магнитного туннельного перехода на основе наноразмерных структур металл-изолятор-металл (варианты)

Also Published As

Publication number Publication date
TWI535085B (zh) 2016-05-21
TW201234691A (en) 2012-08-16
JP2012146984A (ja) 2012-08-02
KR20120082359A (ko) 2012-07-23
EP2477227A1 (en) 2012-07-18
RU2012101118A (ru) 2013-07-20
EP2477227B1 (en) 2019-03-27
JP5903278B2 (ja) 2016-04-13
US8609439B2 (en) 2013-12-17
US20120181642A1 (en) 2012-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2573756C2 (ru) Магнитный туннельный переход, содержащий поляризующий слой
US10734574B2 (en) Method of manufacturing high annealing temperature perpendicular magnetic anisotropy structure for magnetic random access memory
KR102353406B1 (ko) 스핀 궤도 토크를 이용하여 강화된 감쇠 프로그램 및 경사진 자화 용이축을 갖는 자기 접합부를 포함하는 자기 소자
US10953319B2 (en) Spin transfer MRAM element having a voltage bias control
JP6088167B2 (ja) 半金属強磁性体を用いた磁気接合を提供するための方法及びシステム
KR102145269B1 (ko) 스핀 전달 토크 자기 램의 응용 분야들에서 사용할 수 있는 이중 수직 자기 이방성 자기 접합
US8385107B2 (en) Magnetic memory with a thermally assisted spin transfer torque writing procedure using a low writing current
KR101893908B1 (ko) 하이브리드 자기 터널 접합 소자의 제조 방법 및 시스템
JP5321991B2 (ja) 磁気メモリー素子及びその駆動方法
KR20150054665A (ko) 스핀 전달 토크 자기 램의 응용 분야에서 사용될 수 있는 상부 피고정 층 수직 자기 이방성 자기 접합을 제공하는 방법 및 시스템
KR20150054664A (ko) 스핀 전달 토크 자기 램의 응용 분야에서 사용될 수 있는 수직 자기 접합의 벌크 수직 자기 이방성 자유 층을 제공하는 방법 및 시스템
KR20100131967A (ko) 강자성 터널 접합 소자 및 강자성 터널 접합 소자의 구동 방법
KR20170105395A (ko) 스핀 전달 토크 응용에 사용 가능하고 자기 배리어층을 포함하는 자기 접합을 제공하기 위한 방법 및 시스템
US10276225B2 (en) Method and system for providing a magnetic junction usable in spin transfer or spin-orbit torque applications and including a magnetic barrier layer
US11038100B1 (en) Magnetoresistive element having a perpendicular AFM structure
US9472750B2 (en) Method and system for providing a bottom pinned layer in a perpendicular magnetic junction usable in spin transfer torque magnetic random access memory applications
US10438638B2 (en) Method and system for providing a magnetic layer in a magnetic junction usable in spin transfer or spin orbit torque applications using a sacrificial oxide layer
JP2012015212A (ja) 記憶装置及び記憶装置の製造方法
KR20170104354A (ko) 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합 및 그의 제조 방법