TWI514373B - 上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件 - Google Patents

上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件 Download PDF

Info

Publication number
TWI514373B
TWI514373B TW101104902A TW101104902A TWI514373B TW I514373 B TWI514373 B TW I514373B TW 101104902 A TW101104902 A TW 101104902A TW 101104902 A TW101104902 A TW 101104902A TW I514373 B TWI514373 B TW I514373B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
perpendicular magnetization
multilayer film
magnetoresistive element
element according
Prior art date
Application number
TW101104902A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201333946A (zh
Inventor
Yung Hung Wang
Kuei Hung Shen
Ding Yeong Wang
shan yi Yang
Original Assignee
Ind Tech Res Inst
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 Ind Tech Res Inst filed Critical Ind Tech Res Inst
Priority to TW101104902A priority Critical patent/TWI514373B/zh
Priority to US13/447,283 priority patent/US20130207209A1/en
Publication of TW201333946A publication Critical patent/TW201333946A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI514373B publication Critical patent/TWI514373B/zh

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
    • 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
    • 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]
    • 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
    • H01F10/3227—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films
    • H01F10/3231—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films via a non-magnetic spacer
    • H01F10/3236—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films via a non-magnetic spacer made of a noble metal, e.g.(Co/Pt) n multilayers having perpendicular 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
    • H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
    • H01F10/3272—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn by use of anti-parallel coupled [APC] ferromagnetic layers, e.g. artificial ferrimagnets [AFI], artificial [AAF] or synthetic [SAF] anti-ferromagnets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)

Description

上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件
本發明是有關於一種磁性記憶體，且特別是有關於一種上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件。
磁性記憶體(MRAM)主要都是以水平式磁化(In-plane Magnetic Anisotropy,IMA)材料作為磁化穿隧磁阻(MTJ)元件之磁性層。以自旋傳輸力矩(STT，Spin transfer torque)磁性記憶體(STT MRAM)為例，水平式MTJ所遇到最大的挑戰在於降低元件寫入電流密度的同時，還需提高元件對於熱擾動的穩定度並且提高寫入與讀取資料的準確度。預估在進入45奈米技術節點後水平式STT MRAM將面臨寫入電流與熱穩定性無法同時兼顧的問題，除非在磁性材料的特性上有所突破。而以垂直式磁化材料(Perpendicular Magnetic Anisotropy,PMA)取代水平式磁化材料之p-MTJ元件被認為是解決上述問題最可行的方法。但是在p-MTJ元件中，由於參考層無法如水平式材料可藉由SAF結構形成封閉磁力線，因此自由層將會受到參考層外漏磁場的影響而使得翻轉所需的磁場或電流不對稱。
除了磁化方向可分為水平磁化與垂直磁化，MTJ結構還可分為下固定型(bottom-pinned)以及上固定型(top-pinned)兩種結構，其中下固定型是指參考層位於穿隧絕緣層下方而自由層位於穿隧絕緣層上方，而上固定型則是指參考層位於穿隧絕緣層上方而自由層位於穿隧絕緣層下方之結構。對於p-MTJ而言上固定型結構應可有較好的特性，主要原因是自由層PMA特性較容易由晶種層(seed layer)做調整，若為下固定型則自由層需長在bcc-(001)氧化鎂(MgO)絕緣層上，而這樣的MgO底層一般不利於PMA材料成長出所需的結構。另一個原因是自由層以及穿隧絕緣層可具有平坦的表面，元件特性較佳。但對於上固定型結構，由於自由層厚度僅為數個奈米，製程過程中當元件蝕刻至底電極時容易因為底電極材料反濺鍍於側壁上並於絕緣層側壁形成短路路徑，因而導致元件失效。同時，參考層成長於穿隧絕緣層上方，一樣面臨MgO底層不利於PMA特性或結構之問題。
本發明提供一種上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，可以阻絕蝕刻中底電極材料反濺至穿隧絕緣層上下而形成短路路徑。
本發明提供一種上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，可以減少自由層受到參考層下層的外漏磁場影響而造成不對稱的翻轉特性。
本發明提出一種上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，包括底電極、非鐵磁性間隔物、自由層、穿隧絕緣層、合成式反鐵磁參考層以及上電極。非鐵磁性間隔物位於底電極上。自由層位於非鐵磁性間隔物上。穿隧絕緣層位於自由層上。合成式反鐵磁參考層位於穿隧絕緣層上。合成式反鐵磁參考層包括參考下層、參考中間層以及參考上層。參考下層位於穿隧絕緣層上。參考中間層位於參考下層上，且參考中間層為釕(Ru)層。參考上層位於參考中間層上。參考上層的磁化量大於參考下層的磁化量。上電極位於垂直磁化合成式反鐵磁參考層上。
本發明還提出一種上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，包括底電極、非鐵磁性間隔物、自由層、穿隧絕緣層、合成式反鐵磁參考層以及上電極。非鐵磁性間隔物位於底電極上。非鐵磁性間隔物至少包括位於底電極上的第一間隔物以及位於第一間隔物上的第二間隔物。自由層位於非鐵磁性間隔物上。穿隧絕緣層位於自由層上。合成式反鐵磁參考層位於穿隧絕緣層上。上電極位於垂直磁化合成式反鐵磁參考層上。
本發明又提出一種上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，包括底電極、非鐵磁性間隔物、自由層、穿隧絕緣層、合成式反鐵磁參考層以及上電極。非鐵磁性間隔物位於底電極上。非鐵磁性間隔物至少包括位於底電極上的第一間隔物以及位於第一間隔物上的第二間隔物。自由層位於非鐵磁性間隔物上。穿隧絕緣層位於自由層上。合成式反鐵磁參考層位於穿隧絕緣層上。合成式反鐵磁參考層包括參考下層、參考中間層以及參考上層。參考下層位於穿隧絕緣層上。參考中間層位於參考下層上，且參考中間層為Ru層。參考上層位於參考中間層上。參考上層的磁化量大於參考下層的磁化量。上電極位於合成式反鐵磁參考層上。
本發明之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，在底電極與自由層之間加入一層或多層非鐵磁性金屬層做為間隔物可以增加自由層與底電極間的距離，以阻絕蝕刻中底電極材料反濺至穿隧絕緣層上下而形成短路路徑。
另外，本發明之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件之合成式反鐵磁參考層結構位於穿隧絕緣層上方，且其參考上層的磁化量大於參考下層的磁化量，因此，可以抵銷自由層受到參考層下層的外漏磁場影響而造成不對稱的翻轉特性。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是依照本發明實例所繪示的一種上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件的剖面示意圖。
請參考圖1，上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件10包括底電極12、非鐵磁性間隔物14、自由層20、穿隧絕緣層22、合成式反鐵磁參考層24以及上電極32。
底電極12的材料為金屬導體材料，例如是Ta或是TaN。非鐵磁性間隔物14，位於底電極12上，用以增加自由層與底電極間的距離，以阻絕蝕刻中底電極12材料反濺至穿隧絕緣層22上下而形成短路路徑。非鐵磁性間隔物14至少包括第一間隔物16與第二間隔物18。第一間隔物16位於底電極12上，其材料包括類非晶型(amorphous-like)或晶粒尺寸(grain size)小於100nm之材料，例如是PtMn或CuN，其具有平坦的表面，厚度例如是1至100nm。第二間隔物18位於第一間隔物16上，其目的在於隔絕第一間隔物16(例如是PtMn)與自由層20磁性材料的交換耦合(exchange coupling)。第二間隔物18的材料包括鉭(Ta)或釕(Ru)之非鐵磁性金屬材料，其厚度例如是1至10nm。
自由層20位於非鐵磁性間隔物14上。自由層20包括一或多種垂直磁化材料，例如包括CoFeB單層膜、Co層與Pt層所形成的多層膜、Co層與Pd層所形成的多層膜、Co層與Ni層所形成的多層膜、CoPd合金、FePt合金，或上述之組合。在一實施例中，自由層20包括CoFeB層，且其與穿隧絕緣層22直接接觸，可以得到高的穿隧磁組變化率。自由層20的厚度範圍例如是0.5至10nm。
穿隧絕緣層22，位於自由層20上。穿隧絕緣層22包括氧化鋁或氧化鎂。穿隧絕緣層22的厚度範圍例如是0.5至3nm。
合成式反鐵磁參考層24，位於穿隧絕緣層22上。合成式反鐵磁參考層24包括參考下層26、參考中間層28以及參考上層30。參考下層26位於穿隧絕緣層22上。參考中間層28位於該參考下層26上。參考上層30位於參考中間層28上。
合成式反鐵磁參考層24的參考中間層28為釕層，其厚度範圍為0.7至1nm。合成式反鐵磁參考層24的參考下層26與參考上層30係包括垂直磁化材料，例如分別包括CoFeB單層膜、Co層與Pt層所形成的多層膜、Co層與Pd層所形成的多層膜、Co層與Ni層所形成的多層膜、CoPd合金、FePt合金，或上述之組合。在一實施例中，參考下層26為多層膜，包括CoFeB層與鈷層，其中CoFeB層與與穿隧絕緣層22直接接觸；鈷層與參考中間層28的釕層直接接觸。參考上層30包括鈷層，且此鈷層與參考中間層28的釕層直接接觸。
在本發明中，參考上層30與參考下層26為反平行磁化排列，且參考上層30的磁化量大於參考下層26的磁化量，用以抵銷自由層20受到參考下層26的外漏磁場影響而造成不對稱的翻轉特性。在一實施例中，參考上層30的磁化量大於參考下層26的磁化量50%。為使參考上層30的磁化量大於參考下層26的磁化量，在一實施例中，參考上層30與參考下層26由相同材料所構成，但參考上層30之厚度大於參考下層26之厚度。為使參考上層30的磁化量大於參考下層26的磁化量，在另一實施例中，參考上層30與參考下層26分別包括多層膜，且構成參考上層30的多層膜之材料與構成參考下層26的多層膜之材料相同，且參考上層30的多層膜的重複層數多於參考下層26的多層膜的重複層數。在又一實施例中，，參考上層30與參考下層26的材料不同，但參考上層30的磁化量大於參考下層26的磁化量50%，例如參考上層30可為磁化量較大的Co/Pt多層膜；而參考下層26可為磁化量較小的Co/Pd多層膜。
上電極32，位於垂直磁化合成式反鐵磁參考層24上。上電極32的材料為金屬導體材料，例如是Ta或TaN。
例一
以CoFeB層9埃做為自由層，接著，在自由層上形成MgO層9埃以做為穿隧絕緣層，然後，形成CoFeB層10埃/Ta層2埃/(Co層4埃/Pt層15埃)/(Co層4埃/Pt層5埃)×2層/Co層4埃做為反鐵磁參考層之參考下層，之後，在參考下層上形成Ru層8埃做為反鐵磁參考層之參考中間層，其後，在參考中間層上形成(Co層4埃/Pt層3埃)×4層/Co層4埃/Pt層30埃做為反鐵磁參考層之參考上層。
例二
例二之結構與例一相似，但將做為反鐵磁參考層之參考上層改變為(Co層4埃/Pt層3埃)×5層/Co層4埃/Pt層30埃。
例三
例二之結構與例一相似，但將做為反鐵磁參考層之參考上層改變為(Co層4埃/Pt層3埃)×6層/Co層4埃/Pt層30埃。
例四
例二之結構與例一相似，但將做為反鐵磁參考層之參考上層改變為(Co層4埃/Pt層3埃)×7層/Co層4埃/Pt層30埃。
例五
以CoFeB層9埃做為自由層，接著，在自由層上形成MgO層9埃以做為穿隧絕緣層，然後，形成CoFeB層10埃/Ta層2埃/(Co層4埃/Pt層15埃)/(Co層4埃/Pt層5埃)×3層/Co層4埃做為反鐵磁參考層之參考下層，之後，在參考下層上形成Ru層8埃做為反鐵磁參考層之參考中間層，其後，在參考中間層上形成(Co層4埃/Pt層3埃)×4層/Co層4埃/Pt層30埃做為反鐵磁參考層之參考上層。
例六
例六之結構與例五相似，但將做為反鐵磁參考層之參考下層改變為CoFeB層10埃/Ta層2埃/(Co層4埃/Pt層15埃)/(Co層4埃/Pt層5埃)×2層/Co層4埃。
例七
例七之結構與例五相似，但將做為反鐵磁參考層之參考下層改變為CoFeB層10埃/Ta層2埃/(Co層4埃/Pt層15埃)/(Co層4埃/Pt層5埃)×1層/Co層4埃。
例一至例四之自由層翻轉的遲滯曲線如圖2A所示，反鐵磁參考層之參考上層中(Co層4埃/Pt層3埃)重複層的重複次數與磁場偏移量的關係如圖2B所示。由結果顯示偏移量隨著反鐵磁參考層之參考上層之中的(Co層4埃/Pt層3埃)重複層的層數的增加而減少。
例五至例七之自由層翻轉的遲滯曲線如圖3A所示，反鐵磁參考層之參考下層中(Co層4埃/Pt層5埃)重複層的重複次數與磁場偏移量的關係如圖3B所示。由結果顯示偏移量隨著反鐵磁參考層之參考下層之中的(Co層4埃/Pt層5埃)重複層的層數的減少而減少，表示反鐵磁參考層之參考下層與反鐵磁參考層之參考上層的層數差異愈大，其可以抵銷自由層受到參考層下層的外漏磁場影響而造成不對稱的翻轉特性愈佳。
綜合以上所述，本發明之垂直磁化穿隧磁阻元件結構為上固定型結構，亦即自由層於穿隧絕緣層下方而合成式反鐵磁參考層則位於穿隧絕緣層上方，而所有磁性層皆為垂直膜面磁化。本發明在底電極與自由層之間加入一層或多層非鐵磁性金屬層做為間隔物以增加自由層與底電極間的距離，其功效在於避免元件蝕刻後底電極材料反濺(re-deposit)至穿隧絕緣層上下而形成短路路徑。另外，垂直磁化合成式反鐵磁參考層之參考上層的磁化量大於參考下層的磁化量，可以抵銷自由層受到參考下層的外漏磁場影響而造成不對稱的翻轉特性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件
12‧‧‧底電極
14‧‧‧非鐵磁性間隔物
16‧‧‧第一間隔物
18‧‧‧第二間隔物
20‧‧‧自由層
22‧‧‧穿隧絕緣層
24‧‧‧合成式反鐵磁參考層
26‧‧‧參考下層
28‧‧‧參考中間層
30‧‧‧參考上層
32‧‧‧上電極
圖1為依據本揭露所繪示之一種上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件的剖面示意圖。
圖2A繪示例一至例四之自由層翻轉的遲滯曲線。
圖2B繪示例一至例四之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件之磁場偏移量與參考上層中(Co層/Pt層)重複層的重複次數的關係圖。
圖3A繪示例五至例七之自由層翻轉的遲滯曲線。
圖3B繪示例五至例七之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件之磁場偏移量與參考下層中(Co層/Pt層)重複層的重複次數的關係圖。
10．．．上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件
12．．．底電極
14．．．非鐵磁性間隔物
16．．．第一間隔物
18．．．第二間隔物
20．．．自由層
22．．．穿隧絕緣層
24．．．合成式反鐵磁參考層
26．．．參考下層
28．．．參考中間層
30．．．參考上層
32．．．上電極

Claims (26)

  1. 一種上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，包括：一底電極；一非鐵磁性間隔物，位於該底電極上；一自由層，位於該非鐵磁性間隔物上；一穿隧絕緣層，位於該自由層上；一合成式反鐵磁參考層，位於該穿隧絕緣層上，該垂直磁化合成式反鐵磁參考層包括：一參考下層，位於該穿隧絕緣層上；一參考中間層，該參考中間層位於該參考下層上，該參考中間層為釕(Ru)層；以及一參考上層，位於該參考中間層上，其中該參考上層的磁化量大於該參考下層的磁化量50%；以及一上電極，位於該合成式反鐵磁參考層上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考上層與該參考下層為反平行磁化排列。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考上層與該參考下層由相同材料所構成，且該參考上層之厚度大於該參考下層之厚度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考上層與該參考下層分別包括多層膜，且構成該參考上層的多層膜之材料與構成該參考下層的多層膜之材料相同，且該參考上層的多層膜的層數多 於該參考下層的多層膜的層數。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考上層與該參考下層之材料不同。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該非鐵磁性間隔物之材料包括類非晶型或晶粒尺寸小於100nm之材料。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考下層與該參考上層分別由垂直磁化材料所組成，其包括CoFeB單層膜、Co層與Pt層所形成的多層膜、Co層與Pd層所形成的多層膜、Co層與Ni層所形成的多層膜、CoPd合金、FePt合金，或上述之組合。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考下層與該參考上層分別包括鈷層，且分別與該參考中間層的Ru層直接接觸。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考下層與該自由層分別包括CoFeB層，且分別與該穿隧絕緣層直接接觸。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該自由層由垂直磁化材料所組成，且包括CoFeB單層膜、Co層與Pt層所形成的多層膜、Co層與Pd層所形成的多層膜、Co層與Ni層所形成的多層膜、CoPd合金、FePt合金，或上述之組合。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之上固定型垂直磁化 穿隧磁阻元件，其中該穿隧絕緣層包括氧化鋁或氧化鎂。
  12. 一種上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，包括：一底電極；一非鐵磁性間隔物，位於該底電極上，該非鐵磁性間隔物至少包括：一第一間隔物，位於該底電極上；以及一第二間隔物，位於該第一間隔物上；一自由層，位於該非鐵磁性間隔物上；一穿隧絕緣層，位於該自由層上；一合成式反鐵磁參考層，位於該穿隧絕緣層上，其中該合成式反鐵磁參考層包括：一參考下層，位於該穿隧絕緣層上；一參考中間層，該參考中間層位於該參考下層上，該參考中間層為Ru層；一參考上層，位於該參考中間層上，其中該參考下層與該參考上層分別由垂直磁化材料所組成，其包括CoFeB單層膜、Co層與Pt層所形成的多層膜、Co層與Pd層所形成的多層膜、Co層與Ni層所形成的多層膜、CoPd合金、FePt合金，或上述之組合，且該參考上層的磁化量大於該參考下層的磁化量50%；以及一上電極，位於該合成式反鐵磁參考層上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該第一間隔物之材料包括類非晶型或晶粒尺寸小於100nm之材料；該第二間隔物材料包括鉭 或釕之非鐵磁性金屬材料。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該自由層由垂直磁化材料所組成，且包括CoFeB單層膜、Co層與Pt層所形成的多層膜、Co層與Pd層所形成的多層膜、Co層與Ni層所形成的多層膜、CoPd合金、FePt合金，或上述之組合。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該穿隧絕緣層包括氧化鋁或氧化鎂。
  16. 一種上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，包括：一底電極；一非鐵磁性間隔物，位於該底電極上，該非鐵磁性間隔物至少包括：一第一間隔物，位於該底電極上；以及一第二間隔物，位於該第一間隔物上；一自由層，位於該非鐵磁性間隔物上；一穿隧絕緣層，位於該自由層上；一合成式反鐵磁參考層，位於該穿隧絕緣層上，該合成式反鐵磁參考層包括：一參考下層，位於該穿隧絕緣層上；一參考中間層，該參考中間層位於該參考下層上，該參考中間層為Ru層；以及一參考上層，位於該參考中間層上，其中該參考上層的磁化量大於該參考下層的磁化量50%；以及一上電極，位於該合成式反鐵磁參考層上。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考上層與該參考下層為反平行磁化排列。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考上層與該參考下層為相同材料所構成，但該參考上層之厚度大於該參考下層之厚度。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考上層與該參考下層分別包括多層膜，且構成該參考上層的多層膜之材料與構成該參考下層的多層膜之材料相同，且該參考上層的多層膜的層數多於該參考下層的多層膜的層數。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考上層與該參考下層之材料不同。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該第一間隔物之材料包括類非晶型或晶粒尺寸小於100nm之材料；該第二間隔物之材料包括鉭(Ta)或釕(Ru)之非鐵磁性金屬材料。
  22. 如申請專利範圍第16項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考下層與該參考上層分別包括鈷層，且分別與該參考中間層的Ru層直接接觸。
  23. 如申請專利範圍第16項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考下層與該自由層分別包括CoFeB層，且分別與該穿隧絕緣層直接接觸。
  24. 如申請專利範圍第16項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該自由層由垂直磁化材料所組成，且包括CoFeB單層膜、Co層與Pt層所形成的多層膜、Co層與Pd層所形成的多層膜、Co層與Ni層所形成的多層膜、CoPd合金、FePt合金，或上述之組合。
  25. 如申請專利範圍第16項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該參考下層與該參考上層分別由垂直磁化材料所組成，其包括CoFeB單層膜、Co層與Pt層所形成的多層膜、Co層與Pd層所形成的多層膜、Co層與Ni層所形成的多層膜、CoPd合金、FePt合金，或上述之組合。
  26. 如申請專利範圍第16項所述之上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件，其中該穿隧絕緣層包括氧化鋁或氧化鎂。
TW101104902A 2012-02-15 2012-02-15 上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件 TWI514373B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101104902A TWI514373B (zh) 2012-02-15 2012-02-15 上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件
US13/447,283 US20130207209A1 (en) 2012-02-15 2012-04-16 Top-pinned magnetic tunnel junction device with perpendicular magnetization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101104902A TWI514373B (zh) 2012-02-15 2012-02-15 上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201333946A TW201333946A (zh) 2013-08-16
TWI514373B true TWI514373B (zh) 2015-12-21

Family

ID=48944922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101104902A TWI514373B (zh) 2012-02-15 2012-02-15 上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20130207209A1 (zh)
TW (1) TWI514373B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8860156B2 (en) * 2012-09-11 2014-10-14 Headway Technologies, Inc. Minimal thickness synthetic antiferromagnetic (SAF) structure with perpendicular magnetic anisotropy for STT-MRAM
US8901687B2 (en) 2012-11-27 2014-12-02 Industrial Technology Research Institute Magnetic device with a substrate, a sensing block and a repair layer
US9634237B2 (en) 2014-12-23 2017-04-25 Qualcomm Incorporated Ultrathin perpendicular pinned layer structure for magnetic tunneling junction devices
US11245069B2 (en) * 2015-07-14 2022-02-08 Applied Materials, Inc. Methods for forming structures with desired crystallinity for MRAM applications
US10468455B2 (en) * 2016-04-12 2019-11-05 International Business Machines Corporation Simplified double magnetic tunnel junctions
US10957849B2 (en) * 2018-05-24 2021-03-23 Applied Materials, Inc. Magnetic tunnel junctions with coupling-pinning layer lattice matching
CN116056551A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 北京航空航天大学 一种反铁磁隧道结及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060056115A1 (en) * 2004-09-07 2006-03-16 Anelva Corporation Magnetoresistance effect device and method of production of the same
CN101150169A (zh) * 2006-09-21 2008-03-26 阿尔卑斯电气株式会社 CoFeB层构成固定层至少一部分的隧道型磁检测元件及其制法
US20090108383A1 (en) * 2007-10-31 2009-04-30 Magic Technologies, Inc. High performance MTJ element for conventional MRAM and for STT-RAM and a method for making the same
CN101499514A (zh) * 2008-01-30 2009-08-05 株式会社东芝 磁阻效应元件及其制造方法
CN101640098A (zh) * 2008-07-28 2010-02-03 国立大学法人东北大学 磁性薄膜及其成膜方法以及磁性薄膜的应用装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6280813B1 (en) * 1999-10-08 2001-08-28 International Business Machines Corporation Magnetic recording media with antiferromagnetically coupled ferromagnetic films as the recording layer
US6845038B1 (en) * 2003-02-01 2005-01-18 Alla Mikhailovna Shukh Magnetic tunnel junction memory device
US7054119B2 (en) * 2003-06-18 2006-05-30 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Coupled ferromagnetic systems having modified interfaces
US8072800B2 (en) * 2009-09-15 2011-12-06 Grandis Inc. Magnetic element having perpendicular anisotropy with enhanced efficiency
US9196332B2 (en) * 2011-02-16 2015-11-24 Avalanche Technology, Inc. Perpendicular magnetic tunnel junction (pMTJ) with in-plane magneto-static switching-enhancing layer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060056115A1 (en) * 2004-09-07 2006-03-16 Anelva Corporation Magnetoresistance effect device and method of production of the same
CN101150169A (zh) * 2006-09-21 2008-03-26 阿尔卑斯电气株式会社 CoFeB层构成固定层至少一部分的隧道型磁检测元件及其制法
US20090108383A1 (en) * 2007-10-31 2009-04-30 Magic Technologies, Inc. High performance MTJ element for conventional MRAM and for STT-RAM and a method for making the same
CN101499514A (zh) * 2008-01-30 2009-08-05 株式会社东芝 磁阻效应元件及其制造方法
CN101640098A (zh) * 2008-07-28 2010-02-03 国立大学法人东北大学 磁性薄膜及其成膜方法以及磁性薄膜的应用装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20130207209A1 (en) 2013-08-15
TW201333946A (zh) 2013-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI514373B (zh) 上固定型垂直磁化穿隧磁阻元件
US8987847B2 (en) Co/Ni multilayers with improved out-of-plane anisotropy for magnetic device applications
TWI556233B (zh) 以改良的切換來提供混合磁性穿隧接面元件的方法及其系統
CN107403821B (zh) 一种具有双间隔层并可形成铁磁或反铁磁耦合的多层膜
JP6038451B2 (ja) スピントランスファトルクメモリ用の挿入層を有する磁性層を提供するための方法及びシステム
JP5725735B2 (ja) 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
US8541855B2 (en) Co/Ni multilayers with improved out-of-plane anisotropy for magnetic device applications
TWI530945B (zh) Memory elements and memory devices
US20120241878A1 (en) Magnetic tunnel junction with iron dusting layer between free layer and tunnel barrier
US20130059168A1 (en) Magnetoresistance Device
JP5609652B2 (ja) 磁気トンネル接合素子、その製造方法、及びｍｒａｍ
JP2011129933A (ja) 垂直磁気トンネル接合構造体並びにそれを含む磁性素子、及びその製造方法
JP2009094520A (ja) スピントランスファー型ｍｔｊ−ｍｒａｍセルおよびその形成方法
JPWO2011111473A1 (ja) 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ
JP5786341B2 (ja) 記憶素子、メモリ装置
KR20130015928A (ko) 자기 메모리 소자 및 그 제조 방법
TW201532040A (zh) 儲存元件、儲存裝置及磁頭
JP2007305882A (ja) 記憶素子及びメモリ
JP2012151213A (ja) 記憶素子、メモリ装置
JP2012151213A5 (zh)
JP6567272B2 (ja) 磁性多層スタック
US10586919B2 (en) Memory device
JP5034317B2 (ja) 記憶素子及びメモリ
US10964884B2 (en) Magnetic memory device having an incline side surface
WO2023207700A1 (zh) 存储器及电子设备