TWI664628B - 垂直自旋轉移扭矩記憶體（ｐｓｔｔｍ）磁性穿隧接面（ｍｔｊ）結構中的磁擴散障壁及過濾器 - Google Patents

垂直自旋轉移扭矩記憶體（ｐｓｔｔｍ）磁性穿隧接面（ｍｔｊ）結構中的磁擴散障壁及過濾器 Download PDF

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Abstract

一種用於磁性穿隧接面之材料層堆疊，材料層堆疊包括固定磁性層；介電層；自由磁性層；及非結晶導電晶種層，其中，固定磁性層係配置於介電層及晶種層之間。一種非揮發性記憶體裝置，包括材料堆疊，材料堆疊包括非結晶導電晶種層；以及固定磁性層，與晶種層並列及接觸。一種方法，包括於記憶體裝置之第一電極上形成非結晶晶種層；於非結晶晶種層上形成材料層堆疊，材料堆疊包括配置於固定磁性層及自由磁性層之間之介電層，其中，固定磁性層係配置於介電層及晶種層之間。

Description

垂直自旋轉移扭矩記憶體(PSTTM)磁性穿隧接面(MTJ)結構中的磁擴散障壁及過濾器
記憶體裝置以及尤其是自旋轉移扭矩記憶體(STTM)裝置。
積體電路中部件之縮放是不斷成長半導體產業背後之驅動力。縮放為愈來愈小部件一般致能半導體晶片之有限基板面上功能單元之密度增加。例如，縮小電晶體尺寸允許於晶片上併入數量增加之記憶體裝置，導致產品組裝(fabricate)之容量增加。然而，驅動愈來愈多容量並非沒有問題。每一裝置之性能優化的必要性變成益發顯著。
自旋扭矩裝置之作業係依據自旋轉移扭矩之現象。若電流通過磁化層，稱為固定磁性層，便將自旋極化。基於每一電子通過，其自旋(角動量)將轉移至下一磁性層中磁化，稱為自由磁性層，並將造成該下一層之磁化的小改變。事實上，此為磁化之扭矩造成旋進。因電子 之反射，扭矩亦施加於相關固定磁性層之磁化。最後，若電流超過某臨界值(由磁性材料及其環境造成之阻尼及自旋轉移效率提供)，自由磁性層之磁化將由電流脈衝切換，典型地在約1至10奈秒內。因為相關電流因幾何、磁化或因鄰近反磁鐵層而低於其閾值，固定磁性層之磁化可保持未變。
自旋轉移扭矩可用以倒裝磁性隨機存取記憶體中之主動元件。自旋轉移扭矩記憶體或STTM具有超越傳統磁性隨機存取記憶體(MRAM)(其使用磁場倒裝主動元件)之較低電力損耗及較佳可擴縮性之優點。
100、200‧‧‧材料層堆疊
105‧‧‧薄膜
110、210、310‧‧‧非結晶傳導層
120、220、320‧‧‧第一電極
130、230‧‧‧導電層
190、290、330、380‧‧‧傳導層
140、240、340‧‧‧晶種層
150‧‧‧自由磁性晶種層
155‧‧‧插入層
160、250、370‧‧‧自由磁性層
165、208、265、360‧‧‧介電層
170、270、350‧‧‧固定磁性層
175、275‧‧‧過濾層
182、189‧‧‧鈷-鉑異質結構層
184、188‧‧‧鈷層
186‧‧‧釕層
195、295、395‧‧‧第二電極
205‧‧‧單晶矽
300‧‧‧自旋轉移扭矩記憶體位元單元
305‧‧‧自旋轉移扭矩元件
312、370‧‧‧自由磁性層電極
316、350‧‧‧固定磁性層電極
332‧‧‧位元線
334‧‧‧電晶體
336‧‧‧字線
338‧‧‧源極線
400‧‧‧電子系統
402‧‧‧微處理器
404‧‧‧處理器
406‧‧‧控制單元
408‧‧‧記憶體裝置
410‧‧‧輸入/輸出裝置
500‧‧‧運算裝置
502‧‧‧積體電路晶粒
504‧‧‧中央處理單元
506‧‧‧晶粒上記憶體
508‧‧‧通訊晶片
510‧‧‧揮發性記憶體
512‧‧‧非揮發性記憶體
514‧‧‧圖形處理單元
516‧‧‧數位信號處理器
520‧‧‧晶片組
522‧‧‧天線
524‧‧‧觸控螢幕顯示器
526‧‧‧觸控螢幕控制器
528‧‧‧電池
530‧‧‧羅盤
532‧‧‧動作協處理器或感測器
534‧‧‧揚聲器
536‧‧‧相機
538‧‧‧使用者輸入裝置
540‧‧‧大量儲存裝置
542‧‧‧加密處理器
544‧‧‧全球定位系統(GPS)裝置
圖1顯示自旋轉移扭矩記憶體(STTM)裝置之實施例之材料層堆疊之截面圖。
圖2顯示自旋轉移扭矩記憶體(STTM)裝置之第二實施例之材料層堆疊之截面圖。
圖3描繪依據實施例之包括自旋轉移扭矩元件之自旋轉移扭矩記憶體位元單元之示意圖。
圖4描繪依據實施例之電子系統之方塊圖。
圖5描繪運算裝置之實施例。
【發明內容及實施方式】
描述自旋轉移扭矩記憶體(STTM)裝置及具增強穩定性之記憶體陣列，以及組裝STTM裝置及具增強 穩定性之記憶體陣列的方法。在下列描述中，提出許多特定細節，諸如特定磁性層整合及材料特性，以便提供實施例之徹底理解。對熟悉本技藝之人士將顯而易見的是可無該些特定細節而實現實施例。在其他狀況下，未描述諸如積體電路設計布局之熟知部件以避免不必要地混淆實施例。此外，將理解的是圖中所示各式實施例為描繪表示法，不一定按比例描繪。
一或更多實施例指向增加垂直STTM系統中穩定性之方法。應用可包括用於嵌入記憶體、嵌入非揮發性記憶體(NVM)、磁性隨機存取記憶體(MRAM)、磁性穿隧接面(MTJ)裝置、NVM、垂直MTJ、STTM、及非嵌入或獨立記憶體。在實施例中，藉由包括插入層及/或過濾層，其分別具有鄰近自由磁性層及固定磁性層之弱磁通量，而達成垂直STTM裝置中之穩定性。在一實施例中，弱磁通量為0.1特斯拉至一特斯拉之磁通量。在一實施例中，該等插入層及/或過濾層分別與自由磁性層及固定磁性層並列並接觸，如以下更詳細描述。在另一實施例中，插入層及過濾層均為具有弱磁通量之材料。
圖1描繪自旋轉移扭矩記憶體(STTM)裝置，特別是垂直STTM裝置之材料層堆疊之實施例的截面圖。將從下到上(如圖1中所見)描述記憶體堆疊之各層，且每一後續層與先前描述之層並列及接觸。圖1顯示描繪為矩形之各層的材料層堆疊。記憶體堆疊表示為各具有矩形之多層。理解的是層之截面形狀可典型地取決於其 他物件中材料屬性、導入技術及/或工具、及任何其下之層的形狀(例如表面)。因此，描繪為矩形應廣泛地解譯為包括其他可能截面形狀，包括但不侷限於梯形、平行四邊形、或其他多邊形狀。
參照圖1，材料層堆疊100包括例如鉭之非結晶傳導層110，具有5奈米(nm)之典型厚度。傳導層110係形成於薄膜105上，例如具形成於其上之氧化物的矽(例如100nm厚度)。第一電極120與非結晶傳導層110並列及接觸。在一實施例中，第一電極120為釕材料，具有至少部分結晶形式。如文中用以描述材料層之至少部分結晶形式或結構，包括具有部分結晶形式或結構(例如50%結晶、75%結晶、85%結晶)之材料層，或具有完全結晶形式或結構(100%結晶)之材料層。在第一電極120之上為導電層130，為例如非鐵磁性材料，諸如鉭具有結晶形式及5nm典型厚度，若干Ta為非結晶。在另一實施例中，積體電路裝置互連(例如半導體裝置基板上之銅互連)可用做第一電極，並取代層110、第一電極120及層130之每一者。
持續描述圖1之記憶體堆疊100，傳導層130上為晶種層140。在一實施例中，材料堆疊100經裝配以提供垂直磁性各向異性。晶種層為經選擇以改進記憶體堆疊100中自由磁性層之介面各向異性的材料。在一實施例中，晶種層140為至少部分結晶形式之氧化鎂(MgO)，典型厚度小於1nm。在晶種層140上為自由磁性層之材 料的可選自由磁性晶種層150。在一實施例中，自由磁性晶種層150之材料及固定磁性層之材料均為鈷-鐵-硼(CoFeB)。通常，CoFeB係以非結晶形式沉積。可選自由磁性晶種層150沉積至典型厚度1.1nm。
在圖1之記憶體堆疊100中可選自由磁性晶種層150上為插入層155。插入層155上為自由磁性層160。在一實施例中，插入層155包括具有弱磁通量之材料。在一實施例中，具弱磁通量之材料為具多達1特斯拉之磁通量。在其他實施例中，材料具有小於1特斯拉之磁通量。在進一步實施例中，材料具有0.1特斯拉及一特斯拉間之磁通量。
在一實施例中，記憶體堆疊100之自由磁性層的材料為CoFeB，插入層155之材料為充當硼集槽以吸引硼(選擇性相對於鈷及鐵)之材料。具有吸引硼之屬性的材料，例如在堆疊之熱處理將促進CoFeB自由層從非結晶轉變為結晶形式。插入層155之材料亦為具有使自由磁性晶種層150與配置於插入層155上之自由磁性層160耦接之屬性的材料。弱磁性材料(例如一特斯拉或更少之磁通量)將培養或促進自由磁性晶種層150及自由磁性層160之直接磁性耦接。在一實施例中，插入層155及鄰近自由磁性層間之表面異向性大於每平方公尺0.5毫焦耳(mJ/m2)。
插入層155之適當材料包括非結晶材料，諸如鈷鋯鉭(CZT)，及至少部分結晶材料，諸如鐵/鉭、鈷 /鉭、鐵/釕、鉿/鐵、鎢/鐵、鋯/鐵、鉿/鎳、鋯/鈷及鈷/釕之異質結構或合金。插入層155之典型厚度約為3挨(Å)至20Å。
在一實施例中，圖1之記憶體堆疊100之自由磁性層160為CoFeB，具有1.1nm之典型厚度。記憶體堆疊100中自由磁性層160之上為介電層165。在一實施例中，介電層165之材料為氧化物，諸如氧化鎂(MgO)。MgO層之典型厚度為約1nm。MgO之介電層被導入做為至少部分結晶結構，其將影響其下之自由磁性層160之結晶。如以上所見，存在插入層155做為硼集槽將藉由加熱時吸引硼原子遠離CoFeB材料，而鼓勵CoFeB之自由磁性層結晶。
記憶體堆疊100中介電層165之上為固定磁性層170。在一實施例中，固定磁性層170為CoFeB，具有約1.4nm之厚度。在一實施例中，固定磁性層170具有至少部分結晶形式。
固定磁性層170之上為過濾層175。在一實施例中，過濾層175為一種材料，允許CoFeB之固定磁性層170中之硼擴散通過對鈷及鐵有選擇性之過濾層(允許硼移動，但非鈷或鐵)。過濾層175亦為一種材料，其提供介面之良好各向異性。過濾層175之一適當材料為鉭。鉭過濾層之典型厚度為0.4nm。
在圖1之記憶體堆疊100中過濾層175之上為多層材料之合成反鐵磁體(SAF)。在一實施例中，如 記憶體堆疊100中所描繪，從底部至頂部，且每一後續層與先前描述之層並列及接觸，SAF包括具有0.3nm典型厚度之鈷層184；鈷-鉑異質結構層182(例如[Co0.3nm/Pt0.3nm]x5)；具有0.6nm典型厚度之鈷層184；具有0.9nm典型厚度之釕層186；具有0.6nm典型厚度之鈷層188；及鈷-鉑異質結構層189(例如[Co0.3nm/Pt0.3nm]x9)。不希望受限於理論，對垂直記憶體堆疊而言，依據由釕層經由RKKY互動耦接之CoPt鐵磁體異質結構的SAF表示在釕層相對側之CoPt異質結構將傾向於具有垂直磁性動量，但為相反方向。理解的是上述為垂直記憶體堆疊之SAF之一典型範例。
在圖1中材料層堆疊100之SAF堆疊之上為非鐵磁性材料之傳導層190，諸如鉭(例如5nm)，之後為第二電極195，例如釕材料，具有典型厚度5nm。在另一實施例中，可以裝置互連取代第二電極195及可選之傳導層190。
圖2描繪垂直STTM裝置之材料層堆疊之第二實施例的截面側視圖。將從底部至頂部描述各層(如同所見)，且每一後續層與先前描述之層並列及接觸。如同圖1，各層表示為矩形。理解的是任何層之實際截面形狀將取決於其他物件中材料屬性、導入技術及/或工具、及任何其下之層的形狀(例如表面)。因此，描繪為矩形應廣泛地解譯為包括其他可能截面形狀，包括但不侷限於梯形、平行四邊形、凸多邊形或形狀之若干組合。
參照圖2，材料層堆疊200包括單晶矽205上之非結晶傳導層210，具有其上之氧化物薄膜(例如100nm)。非結晶傳導層210為例如鉭材料，具有典型厚度5nm。配置於傳導層210上為第一電極220，例如釕材料，具有結晶形式。在第一電極220上為導電層230，例如非鐵磁性材料，諸如鉭，具有典型厚度5nm及結晶形式。在另一實施例中，裝置互連可取代傳導層210、第一電極220及導電層230之每一者。
在材料層堆疊200中傳導層230之上為晶種層240，例如非結晶形式之MgO及典型厚度小於1nm。如以上所見，在一態樣中，晶種層240為一種材料，經選擇以改進堆疊中後續導入之自由磁性層的介面各向異性。
在材料層堆疊200中晶種層240之上為自由磁性層250。在一實施例中，自由磁性層250為CoFeB，具有2nm或更少之厚度及至少部分結晶形式。在自由磁性層250之上為介電層265，例如MgO，具有1nm之厚度及至少部分結晶形式。介電層265之上為固定磁性層270，例如CoFeB，具有典型厚度1.4nm及至少部分結晶形式。共同地，自由磁性層250、介電層265及固定磁性層270具有材料層堆疊200之磁性穿隧接面(MTJ)部分的特徵。
圖2之材料層堆疊200中固定磁性層270之上為過濾層275。在一實施例中，過濾層275之材料具有類似於參照圖1之材料層堆疊100描述之插入層155之材 料的屬性。過濾層275之材料充當弱磁鐵，因而具有1特斯拉或更少之磁通量，或在另一實施例中，磁通量小於1特斯拉，在進一步實施例中，磁通量介於0.1及1特斯拉之間。過濾層275之材料亦允許硼通過以培養固定磁性層270之結晶。雖然允許硼由此擴散，在一實施例中，亦選擇過濾層275之材料以禁止鐵擴散。仍進一步，在一實施例中，選擇過濾層275之材料以鐵磁耦接固定磁性層270與導入過濾層275上之SAF層。在一實施例中，過濾層275及鄰近固定磁性層270間之表面異向性大於0.5mJ/m2。過濾層之適當材料包括非結晶材料，諸如鈷鋯鉭，及一般結晶材料諸如鐵/鉭、鈷/鉭、鐵/釕、鉿/鐵、鎢/鐵、鋯/鐵、鉿/鎳、鋯/鈷及鈷/釕之異質結構或合金。
如同所見，材料層堆疊200之過濾層275為SAF層。圖2典型地顯示從底部至頂部每一層與下一層並列及接觸，鈷層184具有典型厚度0.3nm；鈷-鉑異質結構層182(例如[Co0.3nm/Pt0.3nm]x5)；鈷層184具有典型厚度0.6nm；釕層186具有典型厚度0.9nm；鈷層188具有典型厚度0.6nm；及鈷-鉑異質結構層189(例如[Co0.3nm/Pt0.3nm]x9)。理解的是上述為垂直記憶體堆疊之SAF之一典型範例。
圖2中材料層堆疊200之SAF堆疊之上為非鐵磁性材料之傳導層290，諸如鉭(例如5nm)，其後為第二電極295，例如釕材料，具有典型厚度5nm。在另一實施例中，可以裝置互連取代第二電極295及可選之傳導 層290。
在參照圖1及圖2描繪之以上實施例中，裝置堆疊具有弱磁性插入層(圖1)或弱磁性過濾層(圖2)。在另一實施例中，裝置堆疊包括弱磁性插入層及弱磁性過濾層。該等實施例的實現例如可藉由以參照圖2描述之過濾層275的材料(例如CZT或弱磁性合金)替代參照圖1描述之過濾層175的材料(例如鉭)。
在某觀點及至少若干實施例中，某用詞保持某可定義之意義。例如，「自由」磁性層為儲存可計算變數之磁性層。「固定」磁性層為具固定磁化(較自由磁性層更堅固磁性及/或更穩定)之磁性層。諸如穿隧介電或穿隧氧化物之穿隧障壁係位於自由及固定磁性層之間。固定磁性層可圖案化以製造輸入及輸出至相關電路。可藉由自旋轉移扭矩效應寫入磁化，同時電流通過輸入電極。可經由穿隧磁電阻效應讀取磁化，同時施加電壓至輸出電極。在實施例中，介電層208之角色在於造成大磁電阻比例。磁電阻為當二鐵磁層具有反平行磁化時之電阻及具平行磁化之狀態之電阻間之差異的比例。
層堆疊100之組裝方法，例如自旋轉移扭矩記憶體位元單元可包括標準微電子組裝程序，諸如微影、蝕刻、薄膜沉積、平面化(諸如化學機械拋光(CMP))、擴散、計量、使用犧牲層、使用蝕刻停止層、使用平面化停止層、及/或具微電子組件組裝之任何其他相關動作。
包括磁性材料層及傳導氧化物層之層堆疊，諸如圖1或圖2中所示用於磁性穿隧接面，可用以裝配做為記憶體位元單元。圖3描繪自旋轉移扭矩記憶體位元單元300之示意圖，其包括自旋轉移扭矩元件305。
參照圖3，在一實施例中，單元305包括如參照圖1或圖2描述之材料堆疊。圖3顯示記憶體堆疊305，包括第一電極320及第二電極395。配置於第一及第二電極之間，為如以上所描述之磁性穿隧接面(MTJ)及插入層或過濾層。
在實施例中，自旋轉移扭矩元件305係依據垂直磁性。第一電極320電連接至位元線332。第二電極395與電晶體334電連接。電晶體334以熟悉本技藝之人士將理解的方式與字線336及源極線338連接。如熟悉本技藝之人士將理解，對自旋轉移扭矩記憶體位元單元300之作業而言，自旋轉移扭矩記憶體位元單元300可進一步包括額外讀取及寫入電路(未顯示)、感應放大器(未顯示)、位元線參考(未顯示)等。將理解的是複數自旋轉移扭矩記憶體位元單元300可操作地相互連接以形成記憶體陣列(未顯示)，其中，記憶體陣列可併入非揮發性記憶體裝置。將理解的是，電晶體334可連接至固定磁性層電極350或自由磁性層電極370，儘管僅顯示後者。
圖3描繪自旋轉移扭矩記憶體位元單元300之示意圖，其包括自旋轉移扭矩元件305。
參照圖3，單元305包括材料堆疊：例如鉭之 非結晶傳導層310；例如釕之第一電極320；例如鉭之傳導層330；例如石墨或金屬氧化物之晶種層340；CoFeB之固定磁性層350；MgO之介電層360；CoFeB之自由磁性層370；例如鉭之傳導層380；及例如釕之第二電極395。
在實施例中，自旋轉移扭矩元件305係依據垂直磁性。第一電極320可電連接至位元線332。第二電極395可與電晶體334耦接。電晶體334可以熟悉本技藝之人士將理解之方式與字線336及源極線338連接。如熟悉本技藝之人士將理解，對自旋轉移扭矩記憶體位元單元300之作業而言，自旋轉移扭矩記憶體位元單元300可進一步包括額外讀取及寫入電路(未顯示)、感應放大器(未顯示)、位元線參考(未顯示)等。將理解的是複數自旋轉移扭矩記憶體位元單元300可操作地相互連接以形成記憶體陣列(未顯示)，其中，記憶體陣列可併入非揮發性記憶體裝置。將理解的是，電晶體334可連接至固定磁性層電極316或自由磁性層電極312，儘管僅顯示後者。
圖4描繪依據實施例之電子系統400之方塊圖。電子系統400可相應於例如可攜式系統、電腦系統、程序控制系統或利用處理器及相關記憶體之任何其他系統。電子系統400可包括微處理器402(具有處理器404及控制單元406)、記憶體裝置408、及輸入/輸出裝置410(將理解的是在各式實施例中，電子系統400可具有 複數處理器、控制單元、記憶體裝置單元及/或輸入/輸出裝置)。在一實施例中，電子系統400具有一組指令，其定義將由處理器404實施資料之作業，以及處理器404、記憶體裝置408、及輸入/輸出裝置410間之其他交易。控制單元406藉由週期經由一組作業，其造成從記憶體裝置408擷取指令並執行，而協調處理器404、記憶體裝置408及輸入/輸出裝置410之作業。記憶體裝置408可包括如以上所描述之記憶體位元單元。在實施例中，記憶體裝置408係嵌入微處理器402中，如圖4中所描繪。
圖5描繪依據一實施例之運算裝置500。運算裝置500可包括若干組件。在一實施例中，該些組件依附至一或更多主機板。在替代實施例中，該些組件裝配至單一系統晶片(SoC)晶粒上而非主機板上。運算裝置500中組件包括但不侷限於積體電路晶粒502及至少一通訊晶片508。在若干實施中，通訊晶片508被裝配為部分積體電路晶粒502。積體電路晶粒502可包括CPU 504以及晶粒上記憶體506，通常用做快取記憶體，可由包括如以上所描述之單元的自旋轉移扭矩記憶體提供，包括與固定磁性層並列及接觸之非結晶傳導晶種層的材料堆疊。
運算裝置500可包括其他組件，可或不可實體及電耦接至主機板或裝配於SoC晶粒內。該些其他組件包括但不侷限於揮發性記憶體510(例如STTM或具以上所描述之單元之STTM-RAM)、非揮發性記憶體512(例如ROM或快閃記憶體)、圖形處理單元514(GPU)、 數位信號處理器516、加密處理器542(於硬體內執行加密演算法之專用處理器)、晶片組520、天線522、顯示器或觸控螢幕顯示器524、觸控螢幕控制器526、電池528或其他電源、功率放大器(未顯示)、全球定位系統(GPS)裝置544、羅盤530、動作協處理器或感測器532(其可包括加速計、陀螺儀、及羅盤)、揚聲器534、相機536、使用者輸入裝置538(諸如鍵盤、滑鼠、觸控筆、及觸控墊)、及大量儲存裝置540(諸如硬碟、光碟(CD)、數位影音光碟(DVD)等)。
通訊晶片508致能無線通訊用於將資料轉移至及自運算裝置500。「無線」用詞及其衍生字可用以描述電路、裝置、系統、方法、技術、通訊通道等，可經由使用調變電磁輻射通過非固態媒體而傳遞資料。該用詞並非暗示相關裝置不包含任何線路，儘管在若干實施例中可能不包含任何線路。通訊晶片508可實施若干無線標準或協定之任一者，包括但不侷限於Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、長期演進(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、藍牙、其衍生物、以及指配予3G、4G、5G及更先進者之任何其他無線協定。運算裝置500可包括複數通訊晶片508。例如第一通訊晶片508可專用於短距離無線通訊，諸如Wi-Fi及藍牙，及第二通訊晶片508可專用於長距離無線通訊，諸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、EV- DO、及其他。
運算裝置500之處理器504包括一或更多裝置，諸如電晶體或金屬互連。「處理器」用詞可指處理來自暫存器及/或記憶體之電子資料而將電子資料轉換為可儲存於暫存器及/或記憶體之其他電子資料的任何裝置或部分裝置。
通訊晶片508亦可包括一或更多裝置，諸如依據實施例形成之電晶體或金屬互連。
在各式實施例中，運算裝置500可為膝上型電腦、輕省筆電、筆記型電腦、超筆電、智慧手機、平板電腦、個人數位助理(PDA)、超行動PC、行動電話、桌上型電腦、伺服器、印表機、掃描器、監視器、機上盒、娛樂控制單元、數位相機、可攜式音樂播放器、或數位錄影機。在進一步實施中，運算裝置500可為處理資料之任何其他電子裝置。
範例
範例1為一種用於磁性穿隧接面之材料層堆疊，材料層堆疊包括固定磁性層及自由磁性層間之介電層；過濾層，鄰近固定磁性層；以及插入層，鄰近自由磁性層，其中，插入層及過濾層之至少一者包含具有一特斯拉或更少磁通量密度之材料。
在範例2中，範例1之材料層堆疊之插入層及過濾層之至少一者之材料的磁通量密度介於0.1特斯拉至1特斯拉之範圍。
在範例3中，範例1或2之任一者之材料層堆疊之插入層及過濾層之每一者包括具有一特斯拉或更少磁通量密度之材料。
在範例4中，範例1之材料層堆疊之插入層及過濾層之至少一者之材料為非結晶。
在範例5中，範例4之材料層堆疊之材料包括鈷鋯鉭。
在範例6中，範例1或2之任一者之材料層堆疊之插入層及過濾層之至少一者之材料為至少部分結晶。
在範例7中，範例1或2之任一者之材料層堆疊之插入層及過濾層之至少一者之材料為合金。
在範例8中，範例1或2之任一者之材料層堆疊之插入層及過濾層之至少一者及相應磁性層間之表面異向性大於每平方公尺0.5毫焦耳。
範例9為一種包括材料堆疊之非揮發性記憶體裝置，該材料堆疊包括：固定磁性層及自由磁性層間之介電層；過濾層，鄰近固定磁性層；插入層，鄰近自由磁性層，其中，插入層及過濾層之至少一者包含具有一特斯拉或更少磁通量密度之材料；第一電極，配置於材料堆疊之第一側；第二電極，配置於材料堆疊之第二側；以及電晶體裝置，耦接至第一電極或第二電極。
在範例10中，範例9之非揮發性記憶體裝置之插入層及過濾層之至少一者之材料的磁通量密度介於 0.1特斯拉至1特斯拉之範圍。
在範例11中，範例9或10之任一者之非揮發性記憶體裝置之插入層及過濾層之每一者包括具有一特斯拉或更少磁通量密度之材料。
在範例12中，範例9或10之任一者之非揮發性記憶體裝置之插入層及過濾層之至少一者之材料為非結晶。
在範例13中，範例9或10之任一者之非揮發性記憶體裝置之插入層及過濾層之至少一者之材料為至少部分結晶。
在範例14中，範例9或10之任一者之非揮發性記憶體裝置之插入層及過濾層之至少一者之材料為合金。
在範例15中，範例9或10之任一者之非揮發性記憶體裝置之插入層及過濾層之至少一者及相應固定磁性層及自由磁性層間之表面異向性大於每平方公尺0.5毫焦耳。
範例16為一種方法，其包括於記憶體裝置之第一電極上形成插入層，插入層包括具有一特斯拉或更少磁通量密度之材料；於插入層上形成材料層堆疊，材料層堆疊包括固定磁性層及自由磁性層間之介電層，其中，插入層與自由磁性層並列及接觸；以及於材料堆疊上形成第二電極。
在範例17中，範例16之方法之過濾層與固 定磁性層並列及接觸。
在範例18中，範例16或17之任一者之方法之插入層之材料為非結晶。
在範例19中，範例16或17之任一者之方法之插入層之材料為至少部分結晶。
在範例20中，範例16或17之任一者之方法之插入層之材料為合金。
在範例21中，藉由範例16-20之任一者之方法製造非揮發性記憶體裝置。
所描繪實施之以上描述包括在摘要中所描述者，不希望窮舉或侷限本發明為所揭露之精準形式。雖然文中已為描繪目的而描繪本發明之特定實施及範例，如熟悉本技藝之人士將認同，可於本發明之範圍內實施各式等效修改。
鑑於以上詳細描述，可針對本發明實施該些修改。下列申請項中使用之用詞不應解譯為侷限本發明為說明書及申請項中所揭露之特定實施。而是本發明之範圍完全由下列申請項決定，其係依據申請項解譯所建立之原則解釋。

Claims (18)

  1. 一種用於磁性穿隧接面之材料層堆疊，該材料層堆疊包含：固定磁性層及自由磁性層間之介電層；過濾層，鄰近該固定磁性層；以及插入層，鄰近該自由磁性層，其中，該插入層及該過濾層之至少一者包含具有一特斯拉或更少磁通量密度之材料，且其中，該插入層及該過濾層之該至少一者及該相應磁性層間之表面異向性大於每平方公尺0.5毫焦耳。
  2. 如申請專利範圍第1項之材料層堆疊，其中，該插入層及該過濾層之該至少一者之該材料的該磁通量密度介於0.1特斯拉至1特斯拉之範圍。
  3. 如申請專利範圍第1項之材料層堆疊，其中，該插入層及該過濾層之每一者包含具有一特斯拉或更少磁通量密度之材料。
  4. 如申請專利範圍第1項之材料層堆疊，其中，該插入層及該過濾層之該至少一者之該材料為非結晶。
  5. 如申請專利範圍第4項之材料層堆疊，其中，該材料包含鈷鋯鉭。
  6. 如申請專利範圍第1項之材料層堆疊，其中，該插入層及該過濾層之該至少一者之該材料為結晶。
  7. 如申請專利範圍第1項之材料層堆疊，其中，該插入層及該過濾層之該至少一者之該材料為合金。
  8. 一種非揮發性記憶體裝置，包含：材料堆疊，包含：固定磁性層及自由磁性層間之介電層；過濾層，鄰近該固定磁性層；插入層，鄰近該自由磁性層，其中，該插入層及該過濾層之至少一者包含具有一特斯拉或更少磁通量密度之材料；第一電極，配置於該材料堆疊之第一側；第二電極，配置於該材料堆疊之第二側；以及電晶體裝置，耦接至該第一電極或該第二電極，其中，該插入層及該過濾層之該至少一者及該相應固定磁性層及該相應自由磁性層間之表面異向性大於每平方公尺0.5毫焦耳。
  9. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中，該插入層及該過濾層之該至少一者之該材料的該磁通量密度介於0.1特斯拉至1特斯拉之範圍。
  10. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中，該插入層及該過濾層之每一者包含具有一特斯拉或更少磁通量密度之材料。
  11. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中，該插入層及該過濾層之該至少一者之該材料為非結晶。
  12. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中，該插入層及該過濾層之該至少一者之該材料為至少部分結晶。
  13. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中，該插入層及該過濾層之該至少一者之該材料為合金。
  14. 一種方法，包含：於記憶體裝置之第一電極上形成插入層，該插入層包含具有一特斯拉或更少磁通量密度之材料；於該插入層上形成材料層堆疊，該材料層堆疊包含固定磁性層及自由磁性層間之介電層，其中，該插入層與該自由磁性層並列及接觸；以及於該材料堆疊上形成第二電極。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，進一步包含形成過濾層，其中，該過濾層與該固定磁性層並列及接觸。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中，該插入層之該材料為非結晶。
  17. 如申請專利範圍第14項之方法，其中，該插入層之該材料為至少部分結晶。
  18. 如申請專利範圍第14項之方法，其中，該插入層之該材料為合金。
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