專(zhuān)利名稱(chēng)：修改磁性隧道結(jié)轉(zhuǎn)換場(chǎng)特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息存儲(chǔ)設(shè)備，更具體地說(shuō)，是涉及包含磁性隧道結(jié)的存儲(chǔ)設(shè)備。
背景技術(shù)：
典型的磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“MRAM”)包含了一個(gè)存儲(chǔ)單元陣列，沿著存儲(chǔ)單元的行延伸的字線(xiàn)，沿著存儲(chǔ)單元的列延伸的位線(xiàn)。每個(gè)存儲(chǔ)單元位于字線(xiàn)和位線(xiàn)的交點(diǎn)上。
MRAM的存儲(chǔ)單元可基于磁性隧道結(jié)(“MTJs”)，例如與自旋相關(guān)的隧道(“SDT”)結(jié)。典型的SDT結(jié)包含一個(gè)釘扎層、一個(gè)傳感層以及夾在中間的絕緣隧道阻擋層。釘扎層有一個(gè)固定的磁化向量，可以在關(guān)注范圍內(nèi)的外加磁場(chǎng)存在時(shí)防止發(fā)生旋轉(zhuǎn)。傳感層有一個(gè)磁化向量，可以有以下兩個(gè)取向與釘扎層磁化向量相同，或與釘扎層磁化向量相反。如果釘扎層與感應(yīng)層磁化向量方向相同，SDT結(jié)的取向就稱(chēng)做“平行”；如果釘扎層與感應(yīng)層磁化向量方向相反，SDT結(jié)的取向就稱(chēng)做“反向平行”。
這兩種穩(wěn)定的取向，平行和反向平行，代表邏輯值“0”和“1”。該磁化取向又影響SDT結(jié)的電阻。SDT結(jié)的電阻在磁化取向?yàn)槠叫袝r(shí)為第一值，在磁化取向?yàn)榉聪蚱叫袝r(shí)為第二值。因此，通過(guò)檢測(cè)SDT結(jié)的電阻狀態(tài)，可讀出SDT結(jié)的磁化取向以及邏輯值。
通過(guò)將磁性存儲(chǔ)單元層堆積成堆棧，然后將堆棧組合成存儲(chǔ)部件，來(lái)制備存儲(chǔ)單元陣列。該存儲(chǔ)部件的理想尺寸、形狀、厚度是統(tǒng)一的。
然而事實(shí)上，厚度、尺寸及形狀并不統(tǒng)一。尺寸、形狀和層厚度的變化，將導(dǎo)致MRAM陣列中存儲(chǔ)部件的磁屬性變化。特別是，這些參數(shù)的變化可以出現(xiàn)在晶片與晶片之間，但是它們也可以出現(xiàn)在模與模之間，陣列與陣列之間。這些變化會(huì)降低數(shù)據(jù)寫(xiě)的完整性，而且可能產(chǎn)生不希望的副作用將來(lái)選定的位刪除。當(dāng)存儲(chǔ)部件尺寸減小時(shí)，這些變化和不希望的影響更為顯著，尤其是在對(duì)于傳感層矯頑(磁)力的調(diào)節(jié)時(shí)。
然而，減小存儲(chǔ)部件的尺寸是存儲(chǔ)器制造廠(chǎng)商的目標(biāo)，減小尺寸可增加存儲(chǔ)密度，進(jìn)而降低存儲(chǔ)器成本。減小尺寸也能降低功率消耗，這是移動(dòng)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，通過(guò)形成釘扎層和傳感層，并重新設(shè)置至少一層的磁化向量，來(lái)制備磁性隧道結(jié)。通過(guò)結(jié)合用實(shí)例來(lái)表示發(fā)明原理的附圖的詳述，將使本發(fā)明的其它方面及其優(yōu)點(diǎn)變得更加清楚。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是包含了一種SDT結(jié)陣列的MRAM設(shè)備圖釋。
圖2是一種SDT結(jié)的基本結(jié)構(gòu)圖釋。
圖3是一種制造SDT結(jié)的方法圖釋。
圖4a，4b，4c是一種示例的SDT結(jié)傳感層磁化向量圖釋。
圖5a，5b，5c是不同的SDT結(jié)轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)圖釋。
圖6aa，6ab，6ac，6b和6c是其它示例SDT結(jié)傳感層磁化向量的圖釋。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照?qǐng)D1。該圖表示包含SDT結(jié)14的電阻性交叉點(diǎn)陣列12的MRAM設(shè)備10。將SDT結(jié)14排列成行和列，其行沿著x方向延伸，而列沿著y方向延伸。為了簡(jiǎn)化對(duì)MRAM設(shè)備10的說(shuō)明，這里只展示了比較少量的SDT結(jié)14，實(shí)際上任何尺寸的陣列都可能使用。
起字線(xiàn)16作用的軌跡沿著陣列12一側(cè)的平面的x方向延伸；起位線(xiàn)18作用的軌跡沿著陣列12的相鄰一側(cè)的平面的y方向延伸。陣列12中每一行有一條字線(xiàn)16，陣列12中每一列有一條位線(xiàn)18。每個(gè)SDT結(jié)14位于字線(xiàn)16和位線(xiàn)18的交點(diǎn)上。MRAM設(shè)備10包含一種讀/寫(xiě)電路(未展示)，在讀取操作時(shí)，用于檢測(cè)所選SDT結(jié)14的電阻狀態(tài)；在寫(xiě)操作中，用于向所選字線(xiàn)16和位線(xiàn)18提供寫(xiě)電流。
參照?qǐng)D2。該圖更詳細(xì)地展示了SDT結(jié)14。該SDT結(jié)14包含了一個(gè)釘扎鐵磁(FM)層52，在釘扎鐵磁層52上的一個(gè)絕緣隧道阻擋層56，和在該隧道阻擋層56上的一個(gè)傳感FM層54。釘扎FM層52有一種磁化向量M0，其取向在釘扎層52的平面內(nèi)。釘扎FM層52可以由鐵磁材料制成，例如NiFe，氧化鐵(Fe3O4)，氧化鉻(CrO2)，鈷，或者鈷合金(例如CoFe，NiFeCo)。
釘扎層52的磁化向量(M0)可由包含第一種子層46、第二種子層48和AF釘扎層50的結(jié)構(gòu)所釘扎。第一種子層46允許第二層48以(111)晶體結(jié)構(gòu)取向生長(zhǎng)，第二種子層48為AF釘扎層50建立(111)晶體結(jié)構(gòu)取向。AF釘扎層50提供一種巨大的轉(zhuǎn)換場(chǎng)，該轉(zhuǎn)換場(chǎng)使釘扎鐵磁層52的磁化向量M0保持在一個(gè)方向，甚至在所關(guān)注范圍內(nèi)的外加磁場(chǎng)存在時(shí)也是如此。這就使釘扎鐵磁層52成為一個(gè)不能輕易轉(zhuǎn)動(dòng)的“硬”鐵磁層。第一種子層46可以由鈦(Ti)或鉭(Ta)制成；第二種子層48可以由鎳-鐵(NiFe)或NiFeCo制成。其它的種子層材料包括Ru，TaN，TiN，Al2O3，和SiO2。AF釘扎層50可以由合成鐵磁材料(例如CoFe/Ru/CoFe多層)或反鐵磁材料(例如IrMn，F(xiàn)eMn，PtMn)制成。
傳感層54有一個(gè)未釘扎的磁化向量M1。相反，在關(guān)注范圍內(nèi)的外加磁場(chǎng)存在時(shí)，傳感層磁化向量M1可以在兩個(gè)方向中任意取一個(gè)取向。這就使傳感層54成為一個(gè)“軟”鐵磁層。當(dāng)傳感層磁化向量M1的取向與釘扎層的磁化向量M0相同時(shí)，SDT結(jié)14的磁化取向?yàn)槠叫?；?dāng)傳感層磁化向量M1的取向與釘扎層的磁化向量M0相反時(shí)，SDT結(jié)14的磁化取向?yàn)榉聪蚱叫?。傳感鐵磁層材料包括，但不限于NiFe，NiFeCo，CoFe。
絕緣隧道阻擋層56允許量子機(jī)械隧道現(xiàn)象(quantum mechanicaltunneling)在釘扎層52與傳感層54之間發(fā)生。這種隧道現(xiàn)象是依賴(lài)電子自旋的，它使得SDT結(jié)14的電阻成為釘扎層52、傳感層54的相關(guān)磁化取向的函數(shù)。例如如果SDT結(jié)14的磁化取向是平行，SDT結(jié)14的阻值為第一值(R)，如果磁化取向是反向平行，SDT結(jié)14的阻值為第二值(R+ΔR)。絕緣隧道阻擋層56可以由氧化鋁(Al2O3)，二氧化硅(SiO2)，氧化鉭(Ta2O5)或氮化硅(SiN4)制成。其它絕緣和某些半導(dǎo)體材料也可以用于絕緣隧道阻擋層56。
通過(guò)對(duì)連結(jié)SDT結(jié)14的字線(xiàn)16和位線(xiàn)18提供電流(1y，1x)，可將磁場(chǎng)(Hx，Hy)加到SDT結(jié)14。若字線(xiàn)16和位線(xiàn)18是直交的，外加的磁場(chǎng)(Hx，Hy)也將是直交的。
Neel“桔皮(orange-peel)”耦合(HN)，也稱(chēng)作FM耦合，被認(rèn)為是由于釘扎層52和傳感層54之間接觸面的粗糙造成的。該FM耦合的大小是HN=π2h22λtFMse-2π2ts/λ]]>其中h和λ表示接觸面粗糙的振幅和波長(zhǎng)，Ms表示傳感層54的飽和磁化。tF，tS分別表示傳感層54和絕緣隧道阻擋層56的厚度。
靜磁耦合(Hd)，也稱(chēng)作反鐵磁(AF)耦合，被認(rèn)為是由釘扎層52和第二種子層48邊緣上的未補(bǔ)償磁極造成的。反鐵磁(AF)耦合的平均值為HM=AWαL]]>其中W、L分別表示結(jié)的寬和長(zhǎng)，A是一個(gè)常數(shù)，α與SDT結(jié)14的大小有關(guān)，當(dāng)釘扎層52與傳感層54之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它們的寬度時(shí)，α值接近1；當(dāng)釘扎層52與傳感層54之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于它們的寬度時(shí)，α值接近0。
FM耦合在橫跨SDT結(jié)14的區(qū)域時(shí)保持穩(wěn)定，且與SDT結(jié)14的尺寸無(wú)關(guān)。相反，AF耦合在橫跨SDT結(jié)14的區(qū)域和在SDT結(jié)14的體積之內(nèi)時(shí)，都是高度不一致的。AF耦合還與結(jié)的尺寸和形狀有關(guān)在結(jié)的大小接近亞微米時(shí)，AF耦合會(huì)明顯變強(qiáng)。
FM耦合趨向于將傳感層54的磁化向量M1和釘扎層52的磁化向量M0對(duì)準(zhǔn)在平行取向。AF耦合趨向于使傳感層54的磁化向量M1遠(yuǎn)離釘扎層52的磁化向量M0。因此，在制造過(guò)程中，傳感層磁化向量M1的取向，純粹是由FM耦合和AF耦合決定的。晶體的各向異性和傳感層54的磁致伸縮，也會(huì)影響傳感層的磁化向量M1的取向和旋轉(zhuǎn)。
參照?qǐng)D3。該圖展示了制造SDT結(jié)14的一種方法。將字線(xiàn)形成在晶片上(200)，第一、第二種子層放置在字線(xiàn)上(202)。AF釘扎層放置在第二種子層上(204)，釘扎FM層放置在AF釘扎層上(206)。為了建立一個(gè)單軸的磁化各向異性，一般在所外加磁場(chǎng)存在的情況下放置FM層。
絕緣隧道阻擋層放置在釘扎FM層的頂上(208)。任選的分界層可夾住絕緣隧道阻擋層。
傳感FM層放置在絕緣隧道阻擋層的頂上(210)，將這些層組合成SDT結(jié)的陣列(212)，在SDT結(jié)上形成位線(xiàn)(214)。傳感層54的難軸(hard axes)、易軸(easy axes)分別用HA、EA表示。在制造的這一階段，將傳感層的磁化向量M1與易軸EA對(duì)準(zhǔn)，而易軸EA與傳感層54的x軸對(duì)準(zhǔn)(參照?qǐng)D4b)。傳感層54的磁化向量M1的角度θ1＝0度。并且，釘扎層的磁化向量M0與傳感層的磁化向量M1的角度(θ0和θ1)不必須相等。特別是在對(duì)位進(jìn)行組合時(shí)，通過(guò)將其暴露于較高溫度，可能會(huì)改變釘扎層52的磁化。
釘扎FM層在這一點(diǎn)上是經(jīng)過(guò)退火的(框216)。釘扎FM層被加熱超過(guò)其阻塞溫度(blocking temperature，TB)時(shí)，可通過(guò)在一段時(shí)間外加磁場(chǎng)，來(lái)設(shè)置釘扎層的磁化向量M0相對(duì)于釘扎層52的x軸的理想角度(θ0)(參照?qǐng)D4a)。例如通過(guò)在平行于磁化向量M0的理想角度θ0的方向外加一個(gè)2000奧斯特(Oersteds)的強(qiáng)大磁場(chǎng)，且將SDT結(jié)加熱到180℃-300℃持續(xù)15分鐘到幾小時(shí)，來(lái)設(shè)置釘扎層52的磁化向量角度(θ0)，具體時(shí)間、溫度由所用材料決定。然后在磁場(chǎng)存在時(shí)冷卻該SDT結(jié)，將釘扎層磁化固定在理想的角度(θ0)。在AF層和釘扎層之間的磁性轉(zhuǎn)換耦合保持了釘扎的磁化向量(M0)。
對(duì)SDT結(jié)進(jìn)行測(cè)試，以判定AF耦合比FM耦合強(qiáng)還是弱(218)。測(cè)量SDT結(jié)的轉(zhuǎn)換特性可以達(dá)到這種效果。材料缺陷以及尺寸、形狀的變化可能使不同SDT結(jié)擁有不同的轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)。我們可以通過(guò)測(cè)試很多結(jié)，來(lái)獲得其退火后處于適當(dāng)磁化向量角度(θ0和θ1)的統(tǒng)計(jì)平均值。
可以只改變傳感層的磁化向量角度，也可以只改變釘扎層磁化向量角度，或者傳感層與釘扎層磁化向量角度同時(shí)改變(220)。傳感層的磁化角度只能按以下方法改變將傳感層加熱超過(guò)易軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)的閾值溫度(但要低于釘扎層的阻塞溫度)，并加上一個(gè)與易軸成理想角度的磁場(chǎng)。重新退火并不會(huì)改變釘扎FM層的磁化角度，但是重新設(shè)置了傳感層的易軸，使之沿著外加場(chǎng)方向。例如通過(guò)將SDT結(jié)在180℃-250℃經(jīng)過(guò)15-30分鐘的退火，同時(shí)加入一個(gè)外部的1000奧斯特(Oersteds)的磁場(chǎng)，來(lái)改變NiFe的傳感FM層的磁化角度。實(shí)際中的溫度、持續(xù)時(shí)間和磁場(chǎng)由材料和層結(jié)構(gòu)來(lái)決定。結(jié)果是傳感層的磁化角度(θ1)改變?yōu)橐粋€(gè)新的角度，正如圖4c所示。
釘扎層的磁化向量角度(θ0)只能按以下方法改變?cè)诓坏陀卺斣鷮硬牧系淖枞麥囟认聦DT結(jié)進(jìn)行退火，這個(gè)溫度根據(jù)材料不同通常在200℃-280℃之間。在退火的加熱和冷卻過(guò)程中，將SDT結(jié)暴露于一個(gè)設(shè)置磁化向量方向的磁場(chǎng)中。傳感層的磁化向量也會(huì)被設(shè)置為與釘扎層的磁化向量方向相同。因此，為了恢復(fù)傳感層的磁化向量，此后還要進(jìn)行一次低溫退火。
參照?qǐng)D5a，該圖在x，y坐標(biāo)系里展示了SDT結(jié)的第一、二、三對(duì)轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)110a與110b，112a與112b，114a與114b。在這個(gè)特殊的例子里，由于數(shù)據(jù)采集于大型設(shè)備，所以AF耦合比FM耦合小。如果釘扎層和傳感層的磁化向量(M0和M1)都沿著x軸，即傳感層和釘扎層的磁化向量(M0和M1)之間角度為0度或180度時(shí)(參照?qǐng)D6aa)，第一對(duì)轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)110a和110b能夠在退火之前得到。
為了從低電阻狀態(tài)改變?yōu)楦唠娮锠顟B(tài)，需向該結(jié)加上一個(gè)+Hx和+Hy(或-Hy)的組合場(chǎng)。該+Hy或-Hy場(chǎng)使傳感層磁化向量(M1)遠(yuǎn)離它的易軸EA，但是來(lái)自釘扎層的FM耦合場(chǎng)會(huì)盡力將傳感層磁化向量(M1)拉回，使之與釘扎層磁化向量(M0)對(duì)準(zhǔn)，這樣向量(M0與M1)之間的角度分離只能逐漸變化。由于傳感層磁化向量(M1)與+Hx場(chǎng)之間的低轉(zhuǎn)矩角度，SDT結(jié)改變狀態(tài)需要一個(gè)更大的+Hx場(chǎng)(正如曲線(xiàn)110b所示)。另一方面，要從高電阻狀態(tài)變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)，需通過(guò)FM耦合場(chǎng)輔助-Hx場(chǎng)，這樣只需要較小的-Hx場(chǎng)(正如曲線(xiàn)110a所示)。因此，寫(xiě)邏輯“1”比寫(xiě)邏輯“0”需要一個(gè)更大的組合場(chǎng)(正如向量A、B、C、D的相對(duì)幅度所示)。
通過(guò)將SDT結(jié)重新退火，來(lái)降低FM耦合的影響，從而設(shè)置釘扎層磁化向量(M0)與x軸的角度(例如θ0＝+20)(參照?qǐng)D6ab)。傳感層磁化向量(M1)的取向沒(méi)有改變。作為結(jié)果，當(dāng)外加+Hy場(chǎng)時(shí)，傳感層磁化向量(M1)被進(jìn)一步推離釘扎磁化。結(jié)果是曲線(xiàn)112b的右上部分。而曲線(xiàn)112b的右下部分是-Hy場(chǎng)造成的，該-Hy場(chǎng)將傳感層磁化向量M1推向釘扎層磁化向量M0。這樣，F(xiàn)M耦合變得更強(qiáng)大，更抵制旋轉(zhuǎn)。曲線(xiàn)112a的左側(cè)部分沒(méi)有如此多的改變。由于兩個(gè)磁化向量基本上是反向平行的，所以FM耦合對(duì)傳感層54旋轉(zhuǎn)的影響較小。
轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)112a和112b的上半部分的對(duì)稱(chēng)性允許SDT結(jié)的工作。一個(gè)+Hy磁場(chǎng)可以與一個(gè)+Hx磁場(chǎng)組合使用以生成一個(gè)磁場(chǎng)向量A’，該磁場(chǎng)向量A’可以使該SDT結(jié)由邏輯“0”轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫛?”。同樣，一個(gè)+Hy磁場(chǎng)可以與一個(gè)-Hx磁場(chǎng)組合使用來(lái)生成一個(gè)磁場(chǎng)向量B，該磁場(chǎng)向量B可以使該SDT結(jié)由邏輯“1”轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫛?0”。由于這種對(duì)稱(chēng)性，向量A’與B大小幾乎相同，且都小于向量A。因此，退火有助于減小寫(xiě)場(chǎng)的大小，從而降低了生成該寫(xiě)場(chǎng)所需的電流。
如果重新設(shè)置了一個(gè)負(fù)角度(例如θ0＝-20度)，就會(huì)生成相似的曲線(xiàn)114(參照?qǐng)D6ac)。曲線(xiàn)114的下半部分對(duì)于y軸對(duì)稱(chēng)。SDT結(jié)在該轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)下半部工作。一個(gè)-Hy磁場(chǎng)可以與一個(gè)+Hx磁場(chǎng)組合以生成使SDT結(jié)由邏輯“0”轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫛?”的向量D’。同樣，一個(gè)-Hx磁場(chǎng)可以與一個(gè)-Hy磁場(chǎng)組合以生成使SDT結(jié)由邏輯“1”轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嫛?”的向量C。再有，由于通過(guò)將釘扎層在一個(gè)角度下進(jìn)行退火得到的這種對(duì)稱(chēng)，所以向量D’和C大小幾乎相同，且都小于向量D。
參照?qǐng)D5b，該圖在x，y坐標(biāo)系里展示了SDT結(jié)的第一、第二轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)210和212a/b/c/d。在這個(gè)特殊的例子里，結(jié)的尺寸為一微米或者更小。因此AF耦合場(chǎng)是顯著的，而且傳感層的矯頑(磁)力Hc也有顯著的提升。因?yàn)閷⒃摻Y(jié)退火，以便使易軸EA和傳感層磁化向量M1沿x軸對(duì)準(zhǔn)，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)210。寫(xiě)邏輯“ 1”和“0”需要大的Hx、Hy磁場(chǎng)。組合的磁場(chǎng)Hx、Hy用向量E、F表示。
通過(guò)將SDT結(jié)重新退火可減少AF耦合的影響，從而使釘扎層和傳感層磁化向量與x軸所成角度相同(例如，θ0＝θ1＝+20度)。將釘扎層磁化向量M0固定在一個(gè)角度，傳感層磁化向量(M1)可以與釘扎層磁化向量(M0)基本平行或反向平行，正如圖6b所示。FM耦合場(chǎng)和AF耦合場(chǎng)也沿著新易軸互相指向?qū)Ψ?。轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)212有四個(gè)部分212a，212b，212c，212d，分別對(duì)應(yīng)x，y坐標(biāo)系的一個(gè)象限。212a部分在第一象限，第一象限中有將傳感層磁化向量(M1)推向x軸的+Hy場(chǎng)，使之與+Hx場(chǎng)更趨于對(duì)準(zhǔn)。由于低轉(zhuǎn)矩影響，這就使傳感層磁化向量(M1)由平行到反向平行的轉(zhuǎn)換過(guò)程對(duì)外加+Hx場(chǎng)更不敏感。在第四象限的212b部分，對(duì)應(yīng)于當(dāng)在SDT結(jié)外加-Hy和+Hx場(chǎng)時(shí)，傳感層磁化向量(M1)由平行到反向平行的轉(zhuǎn)換過(guò)程。在這里，-Hy場(chǎng)將傳感層磁化向量(M1)進(jìn)一步推離水平的x軸，因此，對(duì)于較強(qiáng)的-Hy場(chǎng)，該轉(zhuǎn)矩角度更大，傳感層磁化向量(M1)對(duì)+Hx磁場(chǎng)更敏感。
在x，y坐標(biāo)系第三、第二象限的212c、212d部分也有相似結(jié)果。+Hy磁場(chǎng)將傳感層磁化向量(M1)進(jìn)一步推離x軸，-Hx磁場(chǎng)將傳感層磁化向量由反向平行翻轉(zhuǎn)為平行。因此，傳感層磁化向量(M1)的轉(zhuǎn)換對(duì)-Hx磁場(chǎng)很敏感。另一方面，-Hy磁場(chǎng)將傳感層磁化向量(M1)推向x軸，-Hx磁場(chǎng)將傳感層磁化向量(M1)由反向平行翻轉(zhuǎn)為平行。因此，傳感層磁化向量(M1)的轉(zhuǎn)換對(duì)-Hx磁場(chǎng)不甚敏感。結(jié)果是在曲線(xiàn)212a/212c和212b/212d之間對(duì)于x、y座標(biāo)原點(diǎn)有良好的對(duì)稱(chēng)性。向量E’、F’代表將SDT結(jié)由反向平行到平行(即寫(xiě)邏輯“0”)，和由平行到反向平行(即寫(xiě)邏輯“1”)的轉(zhuǎn)換組合臨界磁場(chǎng)。E’、F’向量的幅度比E、F向量小，因此SDT結(jié)的轉(zhuǎn)換需要更低的寫(xiě)電流。
參照?qǐng)D5c，該圖展示了在退火中設(shè)置負(fù)角度(例如θ0＝θ1＝-20度)時(shí)，轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)的四個(gè)部分214 a，214b，214c，214d(也可參照?qǐng)D6c)。這四個(gè)部分214a，214b，214c，214d與圖5b中的212a，212b，212c，212d似為鏡像關(guān)系。
如果在晶片上制造SDT結(jié)，SDT結(jié)陣列的角度可同時(shí)變化。重新設(shè)置磁化向量角度減少了橫跨晶片的結(jié)特性的變化，特別是對(duì)于擁有相同尺寸和形狀的SDT結(jié)。因此在生產(chǎn)可達(dá)到更好的過(guò)程控制。
在重新退火中可以設(shè)置不同角度。這些角度將依賴(lài)于期望的轉(zhuǎn)換特性。這種靈活性使生產(chǎn)廠(chǎng)家可以對(duì)生產(chǎn)的變化進(jìn)行補(bǔ)償。
而且，減小臨界轉(zhuǎn)換場(chǎng)了，并且更為變對(duì)稱(chēng)。改善轉(zhuǎn)換場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性降低了控制電路的復(fù)雜度，并改善了半選擇界限(half-selectmargin)。減小轉(zhuǎn)換場(chǎng)可降低功率消耗，這對(duì)便攜設(shè)備來(lái)說(shuō)很重要。
重新設(shè)置磁化向量角度可以改善寫(xiě)性能，降低由于半選擇(half-select)造成的錯(cuò)誤率。因此MRAM設(shè)備可以更可靠地工作，產(chǎn)量更高，成本更低。
根據(jù)本發(fā)明的MRAM設(shè)備可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域。例如它可以替代DRAM、SDRAM、閃存以及其它快速、短期的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。它可以用于計(jì)算機(jī)的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。這種設(shè)備相對(duì)驅(qū)動(dòng)和其它傳統(tǒng)的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備有很多優(yōu)點(diǎn)(例如速度更快、體積更小)。根據(jù)本發(fā)明的MRAM設(shè)備可用于數(shù)碼相機(jī)，作為數(shù)字圖像的長(zhǎng)期存儲(chǔ)設(shè)備。
SDT結(jié)不限于正方或長(zhǎng)方的幾何圖形。例如SDT結(jié)可以是橢圓形。
MRAM不限于SDT結(jié)，其它種類(lèi)的磁性隧道結(jié)，例如大磁阻(CMR)和巨磁阻(GMR)，也可以使用。
本發(fā)明甚至不限于包含電阻性交叉點(diǎn)陣列的MRAM設(shè)備。它可以應(yīng)用于任何包含磁性存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)設(shè)備，這些磁性存儲(chǔ)單元需要將其磁性取向固定于某個(gè)方向。
本發(fā)明不限于上述的特定實(shí)施方案，而根據(jù)下面的權(quán)利要求書(shū)實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種方法包括形成一種包含釘扎層和傳感層(206和210)的磁性隧道結(jié)；和重新設(shè)置至少一層的磁化向量(220)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)在對(duì)結(jié)進(jìn)行退火時(shí)，在一個(gè)關(guān)注的方向加一個(gè)磁場(chǎng)，來(lái)重新設(shè)置磁化向量。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)在高于釘扎層的阻塞溫度進(jìn)行退火時(shí)，同時(shí)在釘扎層關(guān)注方向外加磁場(chǎng)，來(lái)重新設(shè)置釘扎層的磁化向量。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)將結(jié)加熱高于使傳感層易軸旋轉(zhuǎn)的閾值溫度，同時(shí)在傳感層關(guān)注方向外加磁場(chǎng)，來(lái)重新設(shè)置傳感層磁化角度。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中還包括測(cè)試結(jié)的轉(zhuǎn)換特性(220)；根據(jù)測(cè)試結(jié)果重新設(shè)置至少一個(gè)磁化向量(220)。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中通過(guò)重新退火來(lái)重新設(shè)置傳感層和釘扎層的磁化向量。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中重新設(shè)置釘扎層的磁化向量，對(duì)強(qiáng)鐵磁耦合和弱反鐵磁耦合進(jìn)行補(bǔ)償。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中重新設(shè)置至少一個(gè)磁化向量以改善轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)性。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中重新設(shè)置至少一個(gè)磁化向量以減小臨界轉(zhuǎn)換場(chǎng)。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中重新設(shè)置至少一個(gè)磁化向量以指向相同方向。
全文摘要
通過(guò)形成釘扎層和傳感層(206和210)；并重新設(shè)置至少一層的磁化向量(220)，來(lái)制造磁性隧道結(jié)。
文檔編號(hào)H01L27/105GK1412863SQ0214449
公開(kāi)日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月4日
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