TW498167B - Magnetic element with improved field response and fabricating method thereof - Google Patents

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498167 五、發明說明（1 ) 申請號爲 本發明已於1999年10月21日在美國專請專利 〇9/422,447。 本發明係關於用於資訊存儲及/或感測之磁性元件以及其 '法’及更特別疋關於製造之方法及因而規定磁性元件以 改進磁場反應。 1明之背景 本申請案乃與下列各案有關：19999年7月19日中請之載 =摩托羅拉案號CR 99_1()()1及美國專利中請案號Q9/356,864 :月名稱A具改良磁場反應之磁性元件及其製法"之同在 ”“王序中之專利申凊案，該案已讓與相同之受讓人，特 =列於本文中，1998年8月31日中請之已頒佈美國專利 ::5,94〇,319號，發明名稱爲"磁性隨機接達記憶器及其 ^法’该案已讓與同-受讓人併料心供參考；1997 =2月8日巾請之載有摩托羅拉案號CR97]财 申知案號08/986,764發明名稱爲"使磁性膠 、j_ A ^成圖项女 (同在申請程序中之專利申請案’已讓與同一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 特併列於此以供參考，以及i 998年6月1 利案弟5,768，181號，發明名稱爲"具有各绝、緣=專 多層之磁性裝置”者，已讓與同一受讓人/、等％層< 參考。 併列於此以供 典型者，如同一磁性記憶元件之磁性元件且 非磁性層分隔之各鐵磁層之一種結構。資气^有包括由一 性層中作爲磁化向量之指示。舉例而言，#、儲存於各磁· 一磁性層中之 -4- ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 498167 五、發明説明（2 ) 磁化向量乃係以磁力方式固定或扣住，而其他磁性層之磁 化万向係分別在稱爲"平行，，及”非平行”狀態之同一及相反 方向間自由轉換。響應於此等平行與非平行狀態，磁性記 憶元件呈現兩種不同之電阻。當兩磁性層之磁化向量實際 上分別指向相同及相反之方向時，該電阻具有最小與最大 〈數値。因此，檢測電阻之改變使一裝置例如mram裝置 得以提供儲料該磁性記憶元件中之資訊。最㈣最大咖 阻値間之差㈣以最小之電阻乃稱爲磁電阻比率' - MRAM裝置結合各磁性元件，特別是各磁性記憶元件 及其他電路，諸如各磁性記憶元件之控制電路，探測一磁 性記憶元件中狀態之比較器，輸人/輸出電路等。此等電 路乃以CMOS (互補金屬氧化物半導體）工業技術之方法製 作以期降低該裝置之電力消耗。 此外，各磁性元件在結構上包括極薄之各層，其中若干 爲好幾埃之厚。磁性it件之性能係對各磁性層所殿積之表 面狀況靈敏。因此’必須製成—平坦表面以防止 件之特性降格。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在典型之磁性元件例如MRAM元件之製作期間，包括以 濺射澱積，蒸發或磊晶術使金屬薄膜成長，薄膜之表面並 非絕對平坦而代以呈現表面或介面之崎嶇不平。此等鐵磁 層之表面及/或介面之粗糙乃因自由之鐵磁層與其他鐵磁 層例如固定或扣住層間之磁耦合即稱爲拓撲耦合或尼爾 (Wei)之橘皮狀耦合之緣故。此—種耦合通常在磁性元件中 爲令人討厭者因其產生自由層對外部磁場反應之偏移。 -5- 498167 A7 B7 五、發明說明（3 當該固定層係間隔層之前形成及該自由層係在間隔層之 後形成時，一磁性結構被稱爲底部固定。在此種底部固定 結構中，抗鐵磁（AF)之扣住層係包含在該底部磁性電$ 中。傳統之底部固定磁性隧道接面（MTJ)及旋轉閥結^使 用種源及模板層以產生供堅強扣住用之定向結晶A F層。 一典型之底部固定MTJ結構包括鈕/鎳鐵/鐵錳/鎳鐵之^疊 層，接著爲Al〇x (氧化鋁）隧道障壁，以及包括一鎳鐵之自 由層之一頂部電極，其中鈕/鎳鐵種源/模板層誘發高度定 向之鐵錳（111)層之成長。此高度定向之鐵錳層提供鎳鐵層 在A10x隨道下面之堅強扣定。該鐵錳層或其他定向之—多 晶A F層產生崎嶇不平，導致扣住之鎳鐵層與頂部自由鎳 鐵層間令人討厭之尼爾（N6el)耦合之增加。 在實用之MTJ元件中，底部電極係在一基體金屬層上形 成’該基體金屬層對所述接面提供低電阻接觸。該基體金 屬層係典型之多結晶，及產生普及底部電極之粗糙以及產 生間隔層介面之凹凸不平，結果使扣住之鎳鐵層與頂部自 由之鎳鐵層間之令人討厭之尼爾耦合增進。從基體金屬層 及底邵私極曼延之粗糙乃係另增之不利，因其限制能獲致 之最小隨道障壁厚度同時保持高度之Mr及與接合區域成 反比之裝置電阻。 拓撲輕合力或尼爾耦合乃與表面磁荷密度成比例及與内 層厚度之指數成反比，如丨998年6月9曰頒佈之美國專利案 第5,764,567號發明名稱爲，，用以—改進磁場反應之具有非鐵· 磁介面層之磁性隧道接合，，者所敘述，在一磁性隧道接合 請 先 閲 讀 背 之 注 意 I 事I 項_1 再· 填 寫裝 本， 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -0 - 498167

五、發明說明（4 ) 結構中加入一非磁性銅層於氧化鋁隧道障壁之鄰近，可增 加各磁性層間之分隔，而獲致降低之鐵磁橘皮狀耦合或拓 撲耦合。不過該銅層之加入將降低隧道接合之？411，因而 使裝置之性能降格。此外，該銅層之納入可增加對材料姓 刻之複雜性。 因此’本發明之目的在提供一種改良之磁性元件，具有 改進之磁場反應，藉以獲致尼爾耦合之降低，因而導致 MRAM數元之改良轉換特性及感測器應用中之更理想反 應。 本發明之另一目的爲提供一種包括降低之鐵磁耦合，特 別是拓撲原點之鐵磁耦合之改良磁性元件。 本發明之又一目的爲提供一種包括以平面鎚挖隧道之障 壁之改良磁性元件，因而降低挖隧道障壁之厚度而能有低 落之電阻。 本發明之又另一目的爲提供一種形成具有改善的磁場反 應之磁性元件之方法。 本發明之又另一目的爲提供一種形成具有改良磁場反應 之磁性元件之方法，該磁場反應可在製造全程中修正至高 者。 " 本發明之概要 此等及其他之需求貫際上係以提供一種磁性元件達成， 該磁性元件包括一基體金屬層，一第一電極，一第二電極 及一間隔層。該基體金屬層係位於一基體元件之頂表面 上。上述兩電極之一包括一固定之鐵磁層，其磁化在大得 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事*^5:填寫本頁) -裝 _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ----------B7 -_____ 五、發明說明（5 ) 足以轉變孩自由層之所施加磁場之存在時，於一較佳之方 向保持固定，及另一電極包括一自由之鐵磁層，其磁化係 在所施加磁場存在時可在磁化狀態間自由迴轉成轉變。一 ^隔層係位於固定之鐵磁層與自由之鐵磁層之間，以許可 穿過之電流（timneling current)在通常與該固定及自由層垂 直足万向中。於製造期間，在基體金屬層與該間隔層間所 形成各層中（至少-層係屬X射線非結晶質結冑，更特別 是以普通之X射線技術顯示無峯値可指示結晶性之結構， 或該基體金屬層本身係以無定形結構形成，包括χ射線非 結晶結構之所述至少一層改變澱積於其上面之各層粗糙之 幅度及/或特有長度比例以減少在與間隔層介面處各磁極 之形成。粗糙幅度之降低及/或在粗糙之預定長度比例中 轉變至較低之空間起伏數可導致一扁平表面與降低之拓撲 耦合。另外揭不者爲製造具有改良磁場反應之磁性元件之 方法。 1-式之簡單説明 圖1爲舉例説明根據本發明具有改良磁場反應之一磁性 元件之第一實例橫斷面圖； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2爲説明根據本發明具有改良磁場反應之一磁性元件 之可選替實例之橫斷面圖； 圖3爲说明根據本發明具有改良磁場反應之一磁性元件 之另一可選替實例之橫斷面圖；以及 圖4爲説明根據本發明具有改-良磁場反應之一磁性元件 之又另一實例之橫斷面圖。 -8 - 丨^紙張尺標準(CNS)A4規格(210乂297公釐） 498167 A7 B7 — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 ) 較佳實例之詳細説明 •在此説明之過程中，根據例示本發明之不同特色，使用 同樣之數字以鑑定相等之各元件。如同本文中所揭示者， 有多種方法，其中一 X射線非結晶結構可形成於本發明之 磁性元件内，因而減少在與間隔層之介面處各磁極之形 成。更特別是本案揭示在所有具體實例中，一 X射線非結 晶結構被形成於一基體金屬層（不久論及）及一間隔層（不 久論及）之間，或該基體金屬層本身係以非結晶結構形 成。一般而言，此乃以包括一非結晶質種源層，或一組合 之非結晶種源與模板層，或實際上使各鐵磁層之一成爲非 結晶質，或使該基體金屬層成爲非結晶質，而產生一 χ射 線非結晶抗鐵磁扣定層所達成者。 因此，圖1 - 4中所例示者爲完成一 χ射線非結晶層之各實 例，俾能在疊層之磁性元件中提供降低之尼爾（Niel)镇 合。更特別是圖1以截面圖説明根據本發明之一磁性元件 之第一實例。在圖1中所例示者爲完全成型之磁性元件、妹 構1 0。該結構包括一基體1 2，一第一電極多層堆疊1 *， 一間隔層16，（包括氧化鋁）以及一第二電極多層堆& 1 8。應瞭解者間隔層1 6係視所製作磁性元件之型類而來 成之。特別是在MTJ結構中，間隔層1 6係以介質材料形成 以及在旋轉閥結構中，間隔層1 6係以導電材料形成。第_ 電極多層堆疊14及第二電極多.層堆疊18包括各鐵磁層， 第一電極層1 4係在形成於基體-1 2上之一基體金屬層丨3上 構成。基體金屬層1 3被顯示爲由單一金屬材料或層 < 多於 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210><297公爱^ ' '""""""----—--- (請先閱讀背面之注意事？填寫本頁} i -裝 ·. A7 五、發明說明（7 ) 一金屬材料或層之堆疊組成。第一電極層14包括澱積於基 體金屬層13上之一第一種源層2〇, 一模板層22，一抗鐵 磁扣定材料之層2 4及形成於下面之抗鐵磁扣定層上及與其 交換耦合之一固定鐵磁層26。在此第一實例中，種源層 20被説明爲X射線非結晶結構。通常種源層2〇係由氮化二 (TaNx)形成，模板層22係在其上面形成。在此等定實例 中，模板層2 2係由釕（RU)形成。種源層2〇與模板層^之 組合提供一 X射線非結晶扣定層2 4之形成，典型者該扣定 層係用鐵錳（FeMn)形成。 鐵磁層26被敘述爲固定或扣定者，而在所施加磁場之存 在時其磁矩被阻止旋轉，鐵磁層26通常係由下列者之一或 數種合金形成，即鎳（Ni)鐵（Fe)及鈷（c〇)，並包括一頂部表 面19及一底邵表面21。 第二電極堆疊18包括一自由之鐵磁層28及一保護性接觸 層30。該自由之鐵磁層28之磁矩並非以交互耦合固定或 扣足。而係在所施加磁力之存在時可自由旋轉。自由之鐵 磁層2 8通常係以鎳鐵（NiFe)合金或鎳鐵鈷（NiFeC〇)合金製 成。應瞭解者，-種相反或倒裝之結構乃爲本案所預期。 特別是預期所揭示之磁性元件能被形成以包括一頂部固定 或扣定之層，因而被敘述爲一種頂部扣定結構。 如可又中所述，在此特定實例中，種源層2 〇被形成爲具 有X射線非結晶結構，特別是種源層2〇被製成爲無任何結 晶結構之形成結晶結構之缺乏提—供與模板層22及因而與= 足層24之較扁平或平滑介面，及因而有尼爾耦合之全面減 -10- 498167 A7

y。在此特定實例中，其中模板層22係由釕形成及扣定声 24係由鐵Μ形成者，釕之—薄層在具有隨意定向之多晶 構之X射線非結晶種源層20上生長，導致鐵錳亦成爲 線非結晶質。在扣定層24中之缺乏結晶結構提供一較扁平 或平滑之固定層26，故介面19及21較其與第一電極中習 ‘用I多結晶層相接合者更爲圓滑。結果所得之尼爾耦人之 減少使例如MRAM裝置之一種裝置具有對MARM數元:更 佳接轉特性，及提供感測器應用中之更理想反應。 現參閱圖2，所例示者爲與圖丨中之磁性元件相似之本發 明磁性元件之可替用實例，應注意者與圖1中所示各元^ 相似之所有組件，均賦予相似之編號，唯加以（，）號以表示 不同之實例。 “ 圖2以截面圖例示根據本發明之一磁性元件之第二實 例。更詳言之，圖2中所示者爲完全仿造之磁性元件結^ 10’。此結構包括一基體丨2,，一第一電極多層堆疊14，，包括 氧化鋁之一間隔層16,及一第二電極多層堆疊18，。第一電 極多層堆疊14,及第二電極多層堆疊18，包括各鐵磁層。第 ，黾極層14係在形成於基體12 ’上之一基體金屬層13，上構 成。第一電極層14,包括澱積於基體金屬層13，上用作組合 之種源層與模板層之一層23,，抗鐵磁扣定材料之一層24,， 及形成於下面之抗鐵磁扣定層24,上並與其交換耦合之一固 定鐵磁層261。 在此第二實例中，層23,被敘述爲用作一組合之種源/模 板層，更詳言之，該層取代種源了層及模板層兩者。通常組-合層23係由叙（Ta)釕（ru)或輕與氮之化合物（τ_χ)形成，此 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 裳--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) H-T· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1·7 0 /

經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 以與若干基體金屬層例如紹(A1)組合者提供通 •^種1 i物）形成射線非結晶質扣定層24,之成形式 :=二！一可選替實例中，揭示-種㈣氮之化合: 例：太：至屬層與間隔層之間，此妲與氮化合物在此實 成爲非結晶結構，俾獲致自由之鐵磁層與固 ::鐵磁層間之降低担撲偶合力，而無該裝置之電特性之 人圖1中之裝置相似，鐵磁層26，被敘述爲固定或扣定所她加磁場之存在時其磁矩被阻止旋轉。鐵磁層26, 2由下列之-或多種金屬之合金形& :即鎳鐵與鉛，並 匕括一頂邵表面丨9丨一底部表面2 i，〇 m堆疊18’包括—自由之鐵磁層沈及—保護性接觸 :3〇’，自由之鐵磁層28,之磁矩並不用交換核合固定或扣 =’而係在所施加磁力之存在時可自由旋轉。自由之鐵磁 層28,通常係由鎳鐵（NiFe)合金或鎳鐵鈷（NiFeC〇)合全 t:應瞭解者一相反或顚倒之結構乃爲本案所預期。特別 疋所預期者爲揭露之磁性元件乃可包括一頂部固定或扣 之層而形成之，故記述爲頂部扣定結構。 在此特定實例中’層23,被製成具有隨意定向之多晶 構’此種結構使扣定層24,中發生續線非結晶結構。結晶 結構《缺乏可提供—較平坦或更平滑之介面21，，而在該介 面上長成固定層26，’依次產生一較平坦或更平滑之介面”, 及因而有尼爾耦合之全面降低。—尼爾耦合之降低可提佴對 MRAM數元具有更理想轉換特性之裝置以及在感測器之應 定 結 (請先閱讀背面之注意事|^填寫本頁)

I -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐）

498167 五、發明說明（10 ) 用中有更理想之反應。 '參閱圖3 ’所例示者爲圖1及2中之元件相似之本發明磁 性70件（可選替貫例。應注意者，與圖工及2中所示各元 件相似之所有組件乃賊子► 4装、 t ]旰乃贼丁冋樣艾編號，但加注雙根號（”） 以表示不同之實例。 圖3以截面圖例示根據本發明之一磁性元件之第三實 例。更詳言之，圖3中所示者爲-完全模仿之磁性元件結 構Π)，，。該結構包括一基體12”，—第一電極多層堆疊⑻， -間隔層16”（包括氧化㈣’及—第二電極多層堆疊14”。 第-，極多層堆疊18"及第二電極多層堆疊14"包括各鐵礙 層。第-電極層18"係在形成於基體12"上之一基體金屬層 13”上構成。第一電極層18"包括澱積在基體金屬層丨3"上之 第一種源層20"及一模板層22"，一層抗鐵磁層扣定材料24" 以及形成於下面之抗鐵磁扣定層24"上並與其交換耦合之 一固定鐵磁層26π。 人圖1及圖2中之裝置相似，鐵磁層26，f被記述爲固定或 扣定者，在所施加磁場之存在時其磁矩乃被阻止旋轉。典 型者鐵磁層26”係由下列之-或多種合金製成，即鎳⑽鐵 (F =及鈷（Co)，並包括一頂部表面19”及一底部表面η”。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第二電極堆疊14”包括一自由之鐵磁層28，，及一保護之接 觸層30”。此自由鐵磁層28”之磁矩並非以交換耦合固定或 扣住，而係在所施加磁場之存在時可自由旋轉，典型者， 自由之鐵磁層28”係由鎳鐵（NiFe)合金或鎳鐵鈷（NiFeC〇)合 金製成。應瞭解者，例如圖4中所示及與圖丨，2及3中之 -13 498167

五、發明說明（11 各，件相似所有組件均賦予（，"）號之—相反 爲本案所預期者。更特別是預期所揭露之磁性 ，爲包括-頂部固定或扣定之層(標號26",)及因而被記t 爲一頂邵扣定層。 ，在此特定實例中，如圖3中所示，固定之鐵磁層26，，係製 成馬具有X射線非結晶結構及缺乏任何結晶性結構之形 成。此種結晶性結構之缺乏可有與間隔層16，，更平坦或更 平滑之介面，及因而降低尼爾耦合。如所示者，藉固定層 26”<形成以包括一 χ射線非結晶結構，耦合場之數値 可大爲降低。 °Ρ 至於圖4中所示之頂部扣定結構，一或數層2〇,，，，22|，，及 2 8乃被製成爲x射線非結晶結構以產生與間隔層16 "，之更 平滑或更平坦介面。層28"，與層16"，間之較平滑或更平坦 介面導致其後在其上面形成之各層間有較平滑或更平坦之 介面，包括層16,"與層26,"間之介面，對橫跨間隔層之尼 爾轉合有主要之貢獻。此等較平滑或更平坦之介面導致尼 爾耦合之降低。 在所有之實例中，使用與多晶質層不同之χ射線非結晶 之基體金屬層13"可導致其後在其上面形成之各層間之較 平滑或更平坦介面，結果使固定層與自由層間之尼爾耦合 降低。 在所有之實例中，熟諳本技藝人士可瞭解該固定層能以 一種三層堆疊取代’該堆疊係由直接在扣定材料上之一扣 定磁性層及一固定磁性層組成「該固定磁性層係經由如同-釕（Ru)或鍺（Rh)之非磁性層以強大抗鐵磁方式耦合於該扣 -14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） (請先閱讀背v8 t注意事填寫賣) -裝 訂-· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 498167 五、發明說明（12 =該t磁性層則使上述之兩層隔離而提供強大之抗鐵 —、二无、扣本技蟄人士復可瞭解者該基體金屬層可由單 之金屬或一種以上之金屬之堆疊組成。 案之揭示，本發明所尋求而達成者係以形成具有 非結晶質結構之—層降低尼㈣合亦稱爲拓拨韓合 =2:積基體金屬之後及殿積間隔層之前形成-X ^夂、6’或形成一x射線非結晶質基體金屬屬，產 =各磁性電極層與間隔層間之較平坦或更平滑之介面。 t寺較ΐ坦或更光滑之介面導致與傳統之以結晶形或多日 =所獲得者相比較之在尼賴合亦稱爲拓撲韓合力量: 在所有實例中，熟諳本技藝者應瞭解者，該固定芦 -種三層堆疊取代之。該三層堆疊係經由_非磁性層例如 釕（RU)或鍺（Rh)以強大之抗鐵磁方式耦合於該扣定層之— 扣定磁性層組成之。該非磁性層提供隔離但許 ^ 磁耦合。又可爲熟諳本技藝者所瞭解者，在若干钟^ 了 該固定及扣定之各層可用具有實際上車交該自由^ 接 頑磁性或交換磁場之單—層取代之。 '局网又矯 因此’本案揭示-種具有改良磁場反應之磁性元件 製法，其中基於該間隔層與其餘金屬薄膜結構之 二 之不平滑，磁性耦合係接近於零。如所揭示者，且 線非結晶性結構之-層乃設於該基體金屬層與間隔= 間。此一技術可應用於使用各摹製之磁性元件，嗜如^ 感測器，磁性錄音頭及磁性綠音—介體或類似者之裝^磁性· 此，上述之實例乃意欲由本案所揭露者包括之。 ^。因 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 頁 訂

Claims (1)

1. 49816/ A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1· 一種磁性元件，包含： 一，體金屬層，具有最上層之表面； 一第一電極，被置於該基體 第一電極包括—鐵磁屬； 屬層…層表面，該 一第二電極，被置於離開第-電極之處，該第-電極 包括一鐵磁層； t Θ弟一私極 其中第一電極及第二電極之各 定鐵磁層及-自由㈣丨n層包括協同之一固 1自由；^定鐵磁層具有在能轉換 二，加磁場存在時固定於—較佳方向之磁化 二=層具有在所施加磁場存在時於磁化 狀悲間自由更迭之磁化強度； 間卩R5)層’位於第 ^一 Φ r^4* B. t 層之間； 鐵磁層與第二電極之鐵磁 其中在該間隔層下面开彡# ^ Μ θ 卜面形成 < 各層疋—係X射線非結晶 ::合；:Τ自由鐵磁層與固定鐵磁層間降低之 在；2;基體金屬層’第-及第二電極以及間隔層係 在该基體上形成。 Hi::利範圍第1項之磁性元件1包含置於該基 “屬層與間隔層間之—釕層，該釘層晶種該基體金屬 層與間隔層間—Χ射線非結晶性結構之生長，是以㈣ 層與固定鐵磁層間之降低括撲轉合力而：該 私直電特性之降格。 一 3.根據中請專利範圍第2項之磁性元件，丨中播種使基體 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 ί裝 頁 訂 線 -16 - 丨X 2^7公餐) 4 =屬層與間隔層間x射線非 射:泉非結晶質扣定層。 金屬層與間二：：二〈磁性元件’另包括置於基體 間隔層間,、曰曰，層晶種該基體金屬層與 日间射線非結晶質結 層與固定鐵磁層間降低之拓生二:獲= 又電特性之降格。 撲耦&力而供該裝置 2申請專利範圍第4項之磁 金屬層盥間隔屉μ , 1干，其中播種使基體 6 ==園第1項之磁性元件，另包括置於基體 層乃：’間《钽與氮化合物層’該鈕與氮化合物 ^馬X射線非結晶質結構，是以獲得自由鐵磁層 降格二鐵磁層間拓撲核合力之降低而無該裝置電特性之 7. 專利範圍第1項之磁性元件，另包含位於基體 屉a ^•亡間隔層間之钽與氮化合物層，該钽與氮化合物 生^種d基組金屬層與間隔層間x射線非結晶質結構之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 人，以獲得自由鐵磁層與固定鐵磁層間降低之拓撲耦 〇力，而無該裝置之電特性之降格。 8·::申請專利範圍第7項之磁性元件，#中該播種使基 把i屬層與間隔層間χ射線非結晶質結構生長之妲與氮 化合層形成一 X射線非結晶質—扣定層。 艮據申清專利範圍第丨項之磁性元件，其中位於基體金

   本紙張尺度適用中國國家標準（I CNS)A4 規格（210 X 297 公釐） 申請專利範圍 Α8 Β8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 屬層 < 取上層表面之第一電極包括具有X射線非結晶質 結構之該層。 根據申Μ專利範圍第丨項之磁性元件，其中自由之鐵磁 層與固足之鐵磁層包括NiFe，NiFeCo，CoFe或Co中之至 少一種。 11.根據巾請專利範圍第i項之磁性元件，丨中該間隔層包 括界疋一 MTJ結構之介質材料或界定一旋轉閥結構之導 電材料之一種材料。 12· —種磁性元件，包含： 一基體金屬層； 一固定之鐵磁層及位於基體金屬層鄰近之被隔開之 自由鐵磁層，該固定鐵磁層包括在能轉換該自由鐵磁 層（所施加磁場存在時固$於—較佳方向之磁矩，該 自由鐵磁層則包括被定向於大概與該固定層之磁矩垂 直及在所施加磁場之存在時可離開垂直之定向自由旋 轉之磁矩；及 一間隔層，位於固定鐵磁層與自由鐵磁層之間； 曰二在及間隔層下面形成之-層具有x射線非結 ，產生自由鐵磁層與固定鐵磁層間之降低 13.根據申請專利範圍第12項之磁性 人H a t T 另包含置於基體 金屬層與間隔層間之釕層，該釕居曰 pe ^ 蚵層晶種1¾基體金屬層 人間隔層間—χ射線非結晶質—結構層之生長，以 由鐵磁層與固定鐵磁層間之降低括_合力而：該裝 (請先閱讀背面之注意事項^^寫本頁) 1 裝 訂： # ，線 -18-

   申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 置之電特性之降格。 14·根據申請專利範圍第13項之磁性元件，其中爲基體金屬 層與間隔層間一 x射線非結晶質結構層生長種源之釕層 形成一 X射線非結晶質扣定層。 15·^據申請專利範圍第12項之磁性元件，另包括置於基體 至屬層與間隔層間之姮層，該妲層晶種基體金屬層與 間隔層間一 χ射線非結晶質結構層之生長，以獲致自由 鐵磁層與固定鐵磁層間降低之拓撲耦合力，而無該裝 置之電特性之降低。 16·根據中請專利範圍第15項之磁性元件，纟中播種使基體 金屬層與間隔層間χ射線非結晶質結構層成長之鈕層形 成X射線非結晶質扣定層。 17·根據中請專利第12項之磁性元件，3包括位於基體 金屬層與間隔層間之一鈕與氮化合物層，該妲與氮化 口物層乃形成爲X射線非結晶質結構，以獲得自由鐵磁 層與固定鐵磁層間之降低之拓撲耦合力，而無該裝置 電特性之降格。 18. 根據中請專利範圍第12項之磁性㈣，3包含位於基體 金屬層與間隔層間之-纽與氮化合物層，該短與氮化 合物層晶種基體金屬肖間隔層間χ射線非結晶質結構層 <生長以獲致自由鐵磁層與固定鐵磁層間之降低拓撲 耦合力而無該裝置之電特性之降格。 19. 根據巾請專利範圍第18項之磁性元件，纟中播種使奸 金屬層與間隔層間χ射線非結晶質結構層生長之一 ----------------- (請先閱讀背面之注意事寫本頁) · Φ -線' -19

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 鼠化合物層形成一 x射線非結晶質扣定層。 20·—種製作一磁性元件之方法，包括下列之各步驟： 才疋供具有一表面之一基體元件； 形成一基體金屬層於該基體之最上表面； 形成一第一電極於該基體金屬層上，該第一電極包 括一鐵磁層； 形成置於離開第一電極位置之第二電極，該第二電 極包括一鐵磁層； ^ —其中第一電極與第二電極之鐵磁層包括協同之一固 疋鐵磁層與自由鐵磁層，該固定鐵磁層具有在能轉換 自由層 < 施加磁場存在時固定於一較佳方向之磁化， 及該自由鐵磁層具有於所施加磁場存在時在磁化狀態 間自由更迭之磁化； 形成位於第一電極之鐵磁層與第二電極之鐵磁層間 之一間隔層； 其中至少在該間隔層下面形成之各層之一被製成爲 具有X射線非結晶質結構，因而產生自由鐵磁層與固定 鐵磁層間降低之拓撲耦合力。 21·根據申請專利範圍第2〇項之製作一磁性元件之方法，其 中在1系間隔層下面形成χ射線非結晶質結構之步驟包括 在基體金屬層與間隔層之間澱積一釕層之步驟，該釕層 晶種基體金屬層與間隔層間之X射線非結晶質結構層之 生長’以獲致該自由鐵磁層與固定鐵磁層間降低之拓撲. 事禺合力而無該裝置之電特性之降格。 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項㈣填寫本頁) 0 裝 訂： ·! 六 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 22.根據申請專利範圍第2〇項之製作一磁性元件之方法，其 中在間隔層下面形成X射線非結晶質結構之步驟包括在 基體金屬層與間隔層之間澱積一鈕層之步驟，該钽層晶 種基體金屬層與間隔層間x射線非結晶質結構層之生 長’、使茲非結晶質結構表面之拓撲所產生之磁場產生自 由鐵磁層與固定鐵磁層間降低之拓撲耦合力而無該裝置 之電特性之降格。 23·根據申請專利範圍第2〇項之製作一磁性元件之方法，其 中j間隔層下面形成χ射線非結晶質結構之步驟包括在 基體金屬層與間隔層間澱積妲與氮化合物層之步驟，該 鈕與氮化合物層晶種基體金屬層與間隔層間之X射線 結晶質結構層，以使該非結晶質結構表面之拓撲所1 <磁場產生自由鐵磁層與固定鐵磁層間之降低 力而無該裝置之電特性之降格。 芙李馬 A根據申請專利範圍第20項之製作-磁性元件之方 中在該間隔層下面形成一χ射線非結晶質結二 %極中开；!成一非結晶質層之步驟。 根據中請專利範圍第2G項之製作_磁性元 、 =在該間隔層下面形成__x射綠非結晶質結構：二 括形成具有X射線非結晶質結構之基體金屬之步發…水 生 合 其 驟 其 包 (請先閱讀背面之注意事^^填寫本頁) . 本紙張尺錢財關家⑽ 21 -