CN100339916C - 用于磁性器件的非晶形合金 - Google Patents

用于磁性器件的非晶形合金 Download PDF

Info

Publication number
CN100339916C
CN100339916C CNB038205416A CN03820541A CN100339916C CN 100339916 C CN100339916 C CN 100339916C CN B038205416 A CNB038205416 A CN B038205416A CN 03820541 A CN03820541 A CN 03820541A CN 100339916 C CN100339916 C CN 100339916C
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
ferromagnetic layer
mtj
alloy
ferromagnetic
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
CNB038205416A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1679122A (zh
Inventor
约翰·M·斯劳特
雷纽·W·戴夫
斯里尼瓦斯·V·皮耶塔姆巴兰
Original Assignee
Freescale Semiconductor Inc
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 Freescale Semiconductor Inc filed Critical Freescale Semiconductor Inc
Publication of CN1679122A publication Critical patent/CN1679122A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100339916C publication Critical patent/CN100339916C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3909—Arrangements using a magnetic tunnel junction
    • 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
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • 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
    • H01F10/3204—Exchange coupling of amorphous multilayers
    • 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
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • 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
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials
    • 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
    • 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
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12431—Foil or filament smaller than 6 mils

Abstract

本发明公开一种适合于供磁电子学器件使用的非晶形合金。根据本发明的一种磁性隧道结，包括：第一铁磁性层；在所述第一铁磁性层上形成的分隔层；在所述分隔层上形成的第二铁磁性层；其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层的至少一个是非晶形(Co100-XFeX)100-YDY合金，其中X使得所述非晶形合金包含Fe的量为按原子百分数10.5%-25%；并且其中D包括硼、钽、铪、硼-碳、钽-碳、以及铪-碳中的至少一种。在本发明的最优选实施方案中，至少一种非晶形层在MTJ堆中提供，以增加MTJ堆中各个层的平滑度，同时也增强作为结果产生的器件的磁性性能。另外，本发明的合金也可用于包覆应用，以提供磁电子学器件中信号线的电通量容器，并作为用于制造写入磁头的材料。

Description

用于磁性器件的非晶形合金
技术领域
本发明一般地涉及磁电子学，更特别地涉及磁电子学元件的材料组成。
背景技术
磁电子学、自旋电子学，以及电子自旋学是供主要地由电子自旋引起的效应使用的同义术语。磁电子学在许多信息器件中使用，并且提供非易失性、可靠、耐辐射，以及高密度数据存储和检索。该许多磁电子学信息器件包括，但不局限于，磁性随机存取存储器(MRAM)、磁性传感器，以及磁盘驱动器的读出磁头。
典型地，磁电子学器件，例如磁性存储元件，具有包括由至少一个非磁性层分隔的多个铁磁性层的结构。在存储元件中，信息存储为磁性层中磁化矢量的方向。一个磁性层中的磁化矢量，例如在磁性上固定或受钉扎，而其他磁性层的磁化方向能够自由在分别称作“平行”与“反平行”状态的相同和相反方向之间转变。响应于平行与反平行状态，磁性存储元件表现两种不同电阻。当两个磁性层的磁化矢量分别指向基本上相同和相反方向时，电阻具有最小和最大值。因此，电阻变化的检测使得器件，例如MRAM器件，可以提供存储于磁性存储元件中的信息。最小和最大电阻值之间的差，除以最小电阻被称为磁阻率(MR)。
这些磁性元件的物理结构典型地包括薄层，有些处于几十埃厚的范围。磁性元件的性能对磁性层沉积于其上的表面状况也相对敏感。因此，一般地希望使表面尽可能平整，以便防止磁性元件的工作特性表现出不希望有的特性。
在典型的磁性元件制造过程中，例如在包括通过溅射沉积、蒸发或外延技术生长的金属膜的MRAM元件制造过程中，薄膜表面不是绝对平整的，而是易于显示出某些表面或界面粗糙性。这种铁磁性层的表面和/或界面的粗糙性可以是自由铁磁性层和其他铁磁性层，例如固定层或受钉扎层之间的磁耦合的根源。这种磁耦合通常被称为“拓扑耦合”或“Néel橙皮耦合”。这种耦合典型地是在磁性元件中是不希望有的，因为它可能在自由层对外部磁场的响应中造成抵消。另外，粗糙性也可能通过散射导电电子或通过引起隧道结的隧道电流的变化而引入器件的电特性的某种程度退化。
一种磁性结构被称为底部受钉扎，当固定层在分隔层之前形成，而自由层分隔层之后形成时。在这种底部受钉扎结构中，反铁磁性(AF)钉扎层包含于底部磁性电极中。常规的底部受钉扎磁性隧道结(MTJ)和自旋阀结构典型地使用籽晶和模板层来制造用于强钉扎的定向的晶体AF层。
典型的底部受钉扎MTJ结构的底部电极包括钽、镍铁合金、铱锰和钴铁合金(Ta/NiFe/IrMn/CoFe)的堆叠层，一般地继之以氧化铝(AlOx)隧道势垒以及典型地包括镍铁(NiFe)自由层的顶部电极，其中钽镍铁(Ta/NiFe)籽晶/模板层诱导高度定向的铱锰(IrMn)层的生长。这种高度定向的IrMn层提供在AlOx隧道势垒下方的CoFe层的强钉扎。但是，该IrMn层或其他类似的定向多晶AF层，典型地引起粗糙性，这可能导致受钉扎CoFe层和顶部自由NiFe层之间不希望有的Néel耦合的增加，以及其他不希望有的电特性。
在实际的MTJ元件中，底部电极一般地在提供与隧道结的相对低电阻接触的基底金属层上形成。基底金属层典型地是多晶并引起粗糙性，该粗糙性又传播进底部电极中并且也可能在分隔层界面处引起粗糙性，导致受钉扎CoFe层和顶部自由NiFe层之间不希望有的Néel耦合的增加。从基底金属层和底部电极传播来的粗糙性又是不利的，因为它可能限制当保持与结面积成反比的高MR和器件电阻时能够达到的最小隧道势垒厚度。因此，一般地希望在可能做到的地方减小各个层的表面粗糙度。
减小层和层界面的粗糙度的这种希望已导致在多层MTJ堆的各个层中非晶性或非晶形材料的使用。因为非晶形材料典型地没有其他材料的晶界和尖锐特征，由具有非晶形材料的层产生的隧道势垒典型地将提供增强的器件性能。但是，除了可用于形成隧道势垒的有利性质以外，许多非晶形材料也表现出某些不希望有的特性。特别地，大部分非晶形合金表现出至少一种不希望有的性质，例如低的再结晶温度、低的MR、高的分散、高的磁致伸缩，或不稳定的各向异性。取决于特定磁阻元件所希望的性能特性，这些特性的一些可能导致器件具有相对差的性能。
发明内容
本发明提供了一种磁性隧道结，包括：第一铁磁性层；在所述第一铁磁性层上形成的分隔层；在所述分隔层上形成的第二铁磁性层；其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层的至少一个是非晶形(Co100-XFeX)100-YDY合金，其中X使得所述非晶形合金包含Fe的量为按原子百分数10.5％-25％；并且其中D包括硼、钽、铪、硼-碳、钽-碳、以及铪-碳中的至少一种。
根据上述的磁性隧道结，其中D包括硼，并且Y使得D按原子百分数处于15％-25％。
根据上述的磁性隧道结，其中Y使得D按原子百分数处于5％-15％，并且D包括Ta、Hf、TaC、HfC、TaHf和TaHfC中的至少一种。
根据上述的磁性隧道结，其中：所述第一铁磁性层包含自由层，所述自由层具有在外加磁场的存在下能够自由旋转的自由磁矩；所述第二铁磁性层包含固定层，所述固定层具有固定磁矩，所述固定磁矩在外加磁场的存在下固定；以及其中所述自由层包括非晶形(Co100-XFeX)100-YBY合金，其中X使得Fe的量为按原子百分数10.5％-13.5％，并且Y使得D按原子百分数处于15％-25％。
根据上述的磁性隧道结，其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层两者都是按原子百分数包括71.2％钴、8.8％铁和20％硼的非晶形合金。
根据上述的磁性隧道结，还包括在所述第一铁磁性层下方形成的耦合层。
根据上述的磁性隧道结，其中所述耦合层包括钌和铑的一种。
根据上述的磁性隧道结，还包括在所述第一铁磁性层下方形成的钉扎层，其中所述钉扎层是包括铱锰、铁锰、铑锰、铂锰和铂钯锰中的至少一种的合金。
根据上述的磁性隧道结，其中所述分隔层包括氧化铝层。
根据上述的磁性隧道结，其中所述第二铁磁性层是自由层，并且包括(Co89Fe11)80B20合金。
根据上述的磁性隧道结，还包括：衬底；在所述衬底上形成的基底金属层；在所述基底金属层上形成的钉扎层；在所述钉扎层上形成的受钉扎铁磁性层；在所述受钉扎层上形成的耦合层，所述第一铁磁性层在所述耦合层上形成；以及其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层的每个包括非晶形(Co100-XFeX)100-YBY合金，其中X使得所述非晶形合金包含Fe的量为按原子百分数10.5％-13.5％，并且Y使得所述非晶形合金包含D的量为按原子百分数15％-25％。
根据上述的磁性隧道结，其中所述耦合层包括钌层。
根据上述的磁性隧道结，其中所述分隔层包括氧化铝层。
根据上述的磁性隧道结，还包括：在所述第二铁磁性层上形成的第二耦合层；在所述第二耦合层上形成的第三铁磁性层；以及其中所述第二铁磁性层和所述第二耦合层以及所述第三铁磁性层构成合成的反铁磁性自由层。
本发明提供了一种方法，包括步骤：在第一铁磁性层上形成电介质分隔层；在所述电介质分隔层上形成第二铁磁性层；其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层的至少一个包括非晶形(Co100-XFeX)100-YDY合金，其中X使得所述非晶形合金包含Fe的量为按原子百分数10.5％-25％；并且其中D包括B、Ta、Hf、BC、TaC和HfC中的至少一种。
本发明提供了一种磁阻传感器，包括：第一铁磁性层，所述第一铁磁性层包括固定磁矩；在所述第一铁磁性层上形成的分隔层；在所述分隔层上形成的第二铁磁性层，所述第二铁磁性层包括自由磁矩，其具有大约垂直于所述第一铁磁性层的所述固定磁矩的易磁化轴；其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层的至少一个是非晶形(Co100-XFeX)100-YDY合金，其中X使得所述非晶形合金包含Fe的量为按原子百分数10.5％-25％；以及其中D包括硼、钽、铪、硼-碳、钽-碳和铪-碳中的至少一种。
因此，希望提供不仅减小构成MTJ元件的各个层的表面粗糙度而且还不会把负面性能因素引入作为结果产生的磁电子学器件中的材料。此外，本发明的其他所希望有的特征和特性将结合附图从随后的说明书和附加权利要求书变得明白。
附图说明
本发明将在下文结合附随附图而描述，其中相似数字表示相似元素，并且：
图1是比较适合供MTJ应用使用的某些合金的各种性质的表格，包括根据本发明的优选示范实施方案的被认为最适合的一种特定合金。
图2是根据本发明优选示范实施方案的具有改进磁响应的磁性元件的横截面视图；以及
图3是根据本发明优选示范实施方案的具有覆层的数字线的横截面视图。
具体实施方式
下面优选实施方案的详细描述只是性质上说明性的，并不打算限制本发明或本发明的应用和使用。此外，并不打算被在前述的发明背景或下面的优选示范实施方案的详细描述中给出的任何理论所限制。
下面的特性被认为适合于在磁电子学器件中提供更平滑的层和增强的磁性能：相对低的磁致伸缩；相对高的再结晶温度(即大于300℃)；各向异性的最小分散(空间变化)；相对高的各向异性稳定性；基本上无镍(无Ni)组成以增加MTJ堆的耐热度；接近零的磁致伸缩系数(λ)，以及为了高MR％的相对高的极化。虽然所希望有的特性的该列表并不是排他或无遗漏的，但它是当选择用于制造根据本发明优选实施方案的磁电子学器件中的铁磁性层的材料时可能被考虑的某些更突出特性的指示。
因此，这里所公开的是以各种组合表现出上面所讨论的所希望特性的各种非晶形合金。为了讨论本发明的各种实施方案，这里所使用的术语“非晶形”是指这样的材料，其中没有例如使用常规x射线衍射测量将引起容易辨认的峰的长程晶序。
现在参考图1，表格100说明可能被考虑供磁电子学元件使用的各种类型的铁磁性合金。这些各种合金在行110-170中列出。行110-170中所示的各种合金的被关注的某些特性在列105-155中显示。应当注意，图1的表格100中所示的数据关于在AlOx层上生长的合金，它是在通常用于制造磁电子学器件的各种隧道结中建立的AlOx隧道势垒上生长的磁性层的典型。
为了提供具有良好转变性质的自由层，自由层合金最优选地具有良好的软磁性质，包括：矩形易磁化轴磁化回路；具有有着相对低或可忽略剩余磁化的边界明确纽结场(Hk)的闭合难磁化轴回路；在易磁化和难磁化两个方向上相对低的矫顽磁性(Hc)；以及低磁致伸缩系数(λ)例如λ＜10-6。另外，对于某些器件设计，例如与坡莫合金(Ni80Fe20)相比，希望具有大的Hk。在MRAM单元中，大的Hk增加材料对模式化位的转变场的贡献。这允许以较低长宽比，例如长度/宽度＜2来使用位，导致较小的器件。当用来重要地控制转变场时，相对高Hk的合金将最优选地具有低的Hk分散(空间变化)以保持转变场中位到位变化相对小。为了供MTJ器件的自由或固定层使用，相对高极化的合金被希望提供高的MR。因此，产生大于大约30％的MR的合金是优选的并且产生大于大约40％的MR的合金是最合乎需要的。最后，为了在处理和随后在各种器件应用中使用的过程中合金的稳定性，非晶形合金的再结晶温度优选地应当至少大约为200℃，最优选地至少大约300℃或更大。
通过使用这些各种性能标准作为系统阐述的基础，表格100中所示的各种合金可以被比较并评估适用性。如图1中所示，行130中所示的钴铁硼(CoFeB)合金特别好地适合于本应用。合金的Co和Fe的比率影响层的磁致伸缩和极化两方面。对于合金在MTJ自由层中的应用，Fe被选择以给出零或接近零的磁致伸缩。包含于合金中的硼(B)的量控制作为结果产生的MTJ器件的再结晶和极化。更多的硼将导致相对更高的再结晶温度但相对更低的极化。因此，合金的特定组成可以基于特定应用对不同的性能标准而优化。图1的表格100中所示的值是实验测量，并且范围表示包括足够Fe而提供所希望的MR的合金。除图1的表格100中所示的CoFeB合金以外，其他新的CoFe合金也可以用来制造MTJ堆等。为了讨论的目的，这些各种合金可以表示为CoFeX，其中X表示某种其他适合的元素，例如钽(Ta)和铪(Hf)。
现在参考图2，适合于供本发明的优选示范实施方案使用的磁性元件200被显示。磁性元件200的结构包括衬底212、第一电极多层堆214、包括被氧化的铝的分隔层216，以及第二电极多层堆218。应当明白，分隔层216的具体组成取决于所制造的磁性元件的类型。更特别地，在MTJ结构中，分隔层216优选地由电介质材料形成且最优选地由氧化铝(AlOx)形成，而在自旋阀结构中，分隔层216由导电材料形成。第一电极多层堆214和第二电极多层堆218包含铁磁性层。第一电极层214在形成于衬底212之上的基底金属层213上形成。基底金属层213被公开为由单个金属材料或层构成，或者可选地，基底金属层213可以是多于一个金属材料或层的多层堆。在两种情况下，基底金属层213都提供与第一电极层214的电接触。
第一电极层214包括沉积于基底金属层213上的第一籽晶层220、模板层222、一层反铁磁性钉扎层224、在下方反铁磁性钉扎层224上形成并与之交换耦合的受钉扎铁磁性层225，以及在金属性耦合层223上形成的固定层226。金属性耦合层223在受钉扎铁磁性层225上形成。典型地，籽晶层220由氮化钽(TaNx)形成，并且在其上形成有模板层222。在本具体实施方案中的模板层222由钌(Ru)形成。
铁磁性层225和226由金属性耦合层223隔开。金属性耦合层223最优选地由钌构成，并且与铁磁性层225和226结合，形成合成的反铁磁性(SAF)自由层。通过金属性耦合层223提供的反铁磁耦合使磁性元件200在外加磁场中更稳定。另外，通过改变铁磁性层225和226的厚度，反铁磁耦合可以被抵消并且磁滞回线可以集中。
铁磁性层225和226被描述为受钉扎和固定，因为它们的磁矩被阻止在外加磁场的存在下旋转。在本发明的最优选实施方案中，铁磁性层225和/或铁磁性层226是钴(Co)、铁(Fe)和硼(B)的合金，其中按近似原子百分数包含Co(71.2％)、Fe(8.8％)和B(20％)。该组成是B添加于其中的CoFe合金，并且可以表示为(Co89Fe11)80B20。对于铁磁性层225和226，铁的百分比可以处于大约10.5％-25％的范围，而硼的百分比可以处于大约15％-25％的范围。
应当注意，在该特定实施方案中，MR随在本区域中铁(Fe)含量相对快地增加。另外，做至少一种其他考虑，当选择硼或包含进CoFe合金的其他合适金属例如铪(Hf)或钽(Ta)的量时。特别地，热稳定性趋向提高，当硼的量增加时，但是相关信号(MR)趋向减小。因此，当热稳定性被希望时，硼的含量可以增加，而当更高的MR被希望时，硼的含量可以减少。硼的量可以处于大约10％-25％的范围，并且本发明的最优选地实施方案考虑处于大约15％-20％的范围的硼。
第二电极堆218包括自由铁磁性层228和保护接触层230。自由铁磁性层228的磁矩不通过交换耦合固定或受钉扎，而是在外加磁场的存在下能够自由旋转。在本发明的最优选实施方案中，自由铁磁性层228也由钴(Co)、铁(Fe)和硼(B)的合金形成，其中按近似原子数百分数包含Co(71.2％)、Fe(8.8％)和B(20％)。这基本上是B添加于其中的CoFe合金，并且可以表示为(Co89Fe11)80B20。对于铁磁性层228，铁的百分比可以处于大约10.5％-13.5％的范围，而硼的百分比可以处于大约15％-25％的范围。
更特别地，具有过渡金属例如钌(Ru)或铑(Rh)被夹在两个CoFeB层之间的SAF自由层也可以提供两个磁性层之间强的反铁磁耦合。另外，包括额外的CoFeB层对和Ru或Rh的多层堆可用于各种自由层中。
除了上面所讨论的CoFeB合金以外，其他稳定的非晶形合金也可以成功地在图2的受钉扎和固定铁磁性层225和226中使用。特别地，因为铁磁性层225和226的磁矩在正常工作过程中不旋转或转变，器件可以容许这些层中显著的磁致伸缩。因此，铁磁性层225和226中的Fe含量可以增加，以增加极化。适合于供受钉扎和固定铁磁性层225和226使用的其他稳定非晶形合金的例子包括CoFeTa和CoFeHf。
Ta和Hf都具有相对高的再结晶温度(＞350℃)。一般地，本发明的发明性合金可以表示为(Co100-XFex)100-YDY，其表示具有掺杂剂D添加于其中的CoFe合金。在该方程式中，x表示CoFe合金中Fe的近似原子百分数，而y是合金中掺杂剂D的近似原子百分数。在本发明的最优选实施方案中，这些合金将具有这样的组成，其中x处于大约10.5％-25％的范围，而y处于大约5％-15％的范围。在本发明的最优选实施方案中，D可以是Ta、Hf、TaHf、TaC、HfC或TaHfC的任何一种。
如可以从图1的表格100中的数据看到，CoFeTa和CoFeHf合金与大部分铁磁材料相比具有可测出的更高的Hk。当这些特定合金用于图2的层225和226时，相对大的固有各向异性允许至少本发明的一种实施方案其中不包含AF钉扎层224。在该实施方案中，层225和226具有相同的一般厚度，或更特别地相同的磁矩，使得它们形成平衡的SAF结构。因为SAF是基本上平衡的，它在零场中具有很小或没有净力矩，而当外加中等磁场时只有由于磁矩之间小的角度引起的小力矩。相对小的净力矩，与相对大的固有各向异性结合，使得该SAF结构在将施加以转变自由层228的磁场中相对稳定而没有钉扎。因此通过使用本发明的CoFeTa和CoFeHf合金，没有AF钉扎层224的简化薄膜堆可以被实现。
应当明白，倒转或翻转结构也被本公开内容所预料。更特别地，可以预料，所公开的磁性元件可以被形成以包括顶部被固定或钉扎层，从而被描述为顶部受钉扎结构。
在本发明的又一种优选实施方案中，这里所公开的非晶形合金可以用来制造直接存取存储器件(DASD)例如硬盘驱动器等上的读出磁头的磁阻(MR)传感器。在该应用中，多层堆200包含于标准读出磁头中并暴露于从动磁媒介例如旋转磁盘中发出的磁场。为了制造传感器，材料被处理，使得自由层的易磁化轴垂直于固定层的磁化。
在该环境中，包围MR传感器的磁场改变以反映已先前存储于磁盘上的信息。磁场的改变将导致自由层的磁矩取决于存储于磁盘上的信息的性质以某个幅度和方向倾斜远离其易磁化轴。通过监测与自由层磁矩的力矩相关的电阻的改变，存储于磁盘上的信息可以被解释。
除了在上述磁阻器件中使用以外，具有良好软性质、低Hk分散，以及高极化合金的典型中-高磁化的稳定非晶形合金也可以用于在MRAM元件中的写入线上使用的通量集中材料(覆层)。通过允许具有更小的形成不希望有的磁畴壁或涡系的倾向性的更薄覆层，这些特性将提供与在现有技术中描述的NiFe或NiFeCo合金相比改进的包覆。材料的非晶形性质也有利于促成平滑的侧壁并进一步使在沉积过程中引起的不希望有的各向异性达到最小。本发明的CoFe基合金的这种应用将结合图3进一步描述。
现在参考图3，根据本发明的优选示范实施方案的包覆铜镶嵌数字线和位结构300被显示。包覆铜镶嵌数字线328包含特定CoFe组成，其被设计以达到比先前实现的包覆材料更好的包覆性能。在该特定实施方案中，MRAM位310是根据本领域中众所周知的惯例形成的标准MRAM位。虽然标准的MRAM位在这里为了方便而被示例，本领域技术人员应当明白，许多其他类型的半导体器件也可以提供。同样地，虽然只有单个MRAM位310被示例，应当明白，例如在磁性存储位阵列外围周围的器件或控制/驱动电路的完整阵列可以被形成。此外，图3包括将MRAM位310连接到晶体管(在本图中没有显示)的接触金属层316，以及将位线和数字线328隔离的绝缘层330。
在制造过程中，该结构是这样形成的：首先在电介质层380中制图并刻蚀沟道，随后是第一阻挡层320、通量集中层322、第二阻挡层324、铜(Cu)籽晶层326的沉积，以及最后电镀铜(Cu)层327的沉积，同时形成铜镶嵌线328。在本发明的最优选实施方案中，通量集中层322由非晶形磁性材料形成。通量集中层322具有将由导体中流动的电流产生的磁通量集中从而减小产生所希望效应所需的电流量的特性。
在本发明的最优选实施方案中，通量集中层322是具有高渗透性的非晶形CoFe-X合金，其足够将所希望区域中的磁通量集中并且在冶金学上与其余材料结构兼容。在本发明的最优选实施方案中，通量集中层322是钴(Co)、铁(Fe)和硼(B)的合金，其中按近似原子数百分数包括Co(71.2％)、Fe(8.8％)和B(20％)。这表示具有B添加于其中的CoFe合金，并且可以表示为(Co89Fe11)80B20。铁的百分比可以处于大约9.5％-13.5％的范围，而硼的百分比可以处于大约10％-30％的范围且最优选地处于大约15％-25％的范围。
通量集中层322最优选地是无镍(无Ni)合金。这是重要的，因为在常规包覆应用中使用Ni典型地需要包含扩散阻挡层324，以企图防止包含于覆层中的Ni扩散进Cu镶嵌位线中。另外，已知Ni相当活泼并且在热方面不稳定，这两者都被认为是本应用不希望有的性质。最后，由本发明的合金所提供的更平滑的层当沉积用于包覆时提供显著更好的磁性性能。应当注意，通量向下集中的翻转结构也被这里所公开的包覆应用所考虑。
从前面的描述中，应当认识到，这里所提供的磁电子学元件中包括CoFeB合金的某些CoFeX合金的各种应用提供重要的好处，这些好处对于本领域技术人员将是显然的。此外，虽然多种实施方案已在前面的描述中给出，应当认识到存在实施方案中的大量变动。最后，应当认识到，这些实施方案只是优选示范实施方案，而并不打算以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。当然，前面的详细描述为本领域技术人员提供用于实施本发明的优选示范实施方案的方便路线图。应当明白，可以不背离在附加权利要求书中陈述本发明的本质和范围而在示范优选实施方案中描述的元件的功能和布局上作各种改变。

Claims (16)

1.一种磁性隧道结，包括：
第一铁磁性层；
在所述第一铁磁性层上形成的分隔层；
在所述分隔层上形成的第二铁磁性层；
其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层的至少一个是非晶形(Co100-XFeX)100-YDY合金，其中X使得所述非晶形合金包含Fe的量为按原子百分数10.5％-25％；并且其中D包括硼、钽、铪、硼-碳、钽-碳、以及铪-碳中的至少一种。
2.根据权利要求1的磁性隧道结，其中D包括硼，并且Y使得D按原子百分数处于15％-25％。
3.根据权利要求1的磁性隧道结，其中Y使得D按原子百分数处于5％-15％，并且D包括Ta、Hf、TaC、HfC、TaHf和TaHfC中的至少一种。
4.根据权利要求1的磁性隧道结，其中：
所述第一铁磁性层包含自由层，所述自由层具有在外加磁场的存在下能够自由旋转的自由磁矩；
所述第二铁磁性层包含固定层，所述固定层具有固定磁矩，所述固定磁矩在外加磁场的存在下固定；以及
其中所述自由层包括非晶形(Co100-XFeX)100-YBY合金，其中X使得Fe的量为按原子百分数10.5％-13.5％，并且Y使得D按原子百分数处于15％-25％。
5.根据权利要求1的磁性隧道结，其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层两者都是按原子百分数包括71.2％钴、8.8％铁和20％硼的非晶形合金。
6.根据权利要求1的磁性隧道结，还包括在所述第一铁磁性层下方形成的耦合层。
7.根据权利要求6的磁性隧道结，其中所述耦合层包括钌和铑的一种。
8.根据权利要求1的磁性隧道结，还包括在所述第一铁磁性层下方形成的钉扎层，其中所述钉扎层是包括铱锰、铁锰、铑锰、铂锰和铂钯锰中的至少一种的合金。
9.根据权利要求1的磁性隧道结，其中所述分隔层包括氧化铝层。
10.根据权利要求1的磁性隧道结，其中所述第二铁磁性层是自由层，并且包括(Co89Fe11)80B20合金。
11.根据权利要求1的磁性隧道结，还包括：
衬底；
在所述衬底上形成的基底金属层；
在所述基底金属层上形成的钉扎层；
在所述钉扎层上形成的受钉扎铁磁性层；
在所述受钉扎层上形成的耦合层，所述第一铁磁性层在所述耦合层上形成；以及
其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层的每个包括非晶形(Co100-XFeX)100-YBY合金，其中X使得所述非晶形合金包含Fe的量为按原子百分数10.5％-13.5％，并且Y使得所述非晶形合金包含D的量为按原子百分数15％-25％。
12.根据权利要求11的磁性隧道结，其中所述耦合层包括钌层。
13.根据权利要求11的磁性隧道结，其中所述分隔层包括氧化铝层。
14.根据权利要求11的磁性隧道结，还包括：
在所述第二铁磁性层上形成的第二耦合层；
在所述第二耦合层上形成的第三铁磁性层；以及
其中所述第二铁磁性层和所述第二耦合层以及所述第三铁磁性层构成合成的反铁磁性自由层。
15、一种方法，包括步骤：
在第一铁磁性层上形成电介质分隔层；
在所述电介质分隔层上形成第二铁磁性层；
其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层的至少一个包括非晶形(Co100-XFeX)100-YDY合金，其中X使得所述非晶形合金包含Fe的量为按原子百分数10.5％-25％；并且其中D包括B、Ta、Hf、BC、TaC和HfC中的至少一种。
16.一种磁阻传感器，包括：
第一铁磁性层，所述第一铁磁性层包括固定磁矩；
在所述第一铁磁性层上形成的分隔层；
在所述分隔层上形成的第二铁磁性层，所述第二铁磁性层包括自由磁矩，其具有大约垂直于所述第一铁磁性层的所述固定磁矩的易磁化轴；
其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层的至少一个是非晶形(Co100-XFeX)100-YDY合金，其中X使得所述非晶形合金包含Fe的量为按原子百分数10.5％-25％；以及
其中D包括硼、钽、铪、硼-碳、钽-碳和铪-碳中的至少一种。
CNB038205416A 2002-08-30 2003-07-25 用于磁性器件的非晶形合金 Expired - Lifetime CN100339916C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/232,164 US6831312B2 (en) 2002-08-30 2002-08-30 Amorphous alloys for magnetic devices
US10/232,164 2002-08-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1679122A CN1679122A (zh) 2005-10-05
CN100339916C true CN100339916C (zh) 2007-09-26

Family

ID=31976942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB038205416A Expired - Lifetime CN100339916C (zh) 2002-08-30 2003-07-25 用于磁性器件的非晶形合金

Country Status (8)

Country Link
US (2) US6831312B2 (zh)
EP (1) EP1547101B1 (zh)
JP (1) JP2005539376A (zh)
CN (1) CN100339916C (zh)
AT (1) ATE357732T1 (zh)
AU (1) AU2003256913A1 (zh)
DE (1) DE60312713T2 (zh)
WO (1) WO2004021372A1 (zh)

Families Citing this family (94)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4032695B2 (ja) * 2001-10-23 2008-01-16 ソニー株式会社 磁気メモリ装置
US6885073B2 (en) * 2003-04-02 2005-04-26 Micron Technology, Inc. Method and apparatus providing MRAM devices with fine tuned offset
KR100552682B1 (ko) * 2003-06-02 2006-02-20 삼성전자주식회사 고밀도 자기저항 메모리 및 그 제조방법
US7001680B2 (en) * 2003-07-29 2006-02-21 Hitachi Global Storage Tech Nl Low resistance magnetic tunnel junction structure
US7144640B2 (en) * 2003-08-01 2006-12-05 Agency For Science, Technology And Research Tilted media for hard disk drives and magnetic data storage devices
JP4082711B2 (ja) 2004-03-12 2008-04-30 独立行政法人科学技術振興機構 磁気抵抗素子及びその製造方法
US7611912B2 (en) * 2004-06-30 2009-11-03 Headway Technologies, Inc. Underlayer for high performance magnetic tunneling junction MRAM
US7098495B2 (en) * 2004-07-26 2006-08-29 Freescale Semiconducor, Inc. Magnetic tunnel junction element structures and methods for fabricating the same
JP4292128B2 (ja) * 2004-09-07 2009-07-08 キヤノンアネルバ株式会社 磁気抵抗効果素子の製造方法
TWI283477B (en) * 2004-11-16 2007-07-01 Ind Tech Res Inst Magnetic random access memory with lower switching field
US6937497B1 (en) * 2004-11-18 2005-08-30 Maglabs, Inc. Magnetic random access memory with stacked toggle memory cells
US6992910B1 (en) 2004-11-18 2006-01-31 Maglabs, Inc. Magnetic random access memory with three or more stacked toggle memory cells and method for writing a selected cell
JP4951858B2 (ja) * 2005-01-12 2012-06-13 ソニー株式会社 メモリ
US7208807B2 (en) * 2005-03-15 2007-04-24 Headway Technologies, Inc. Structure and method to fabricate high performance MTJ devices for MRAM applications
US7369376B2 (en) * 2005-03-15 2008-05-06 Headway Technologies, Inc. Amorphous layers in a magnetic tunnel junction device
US7211447B2 (en) * 2005-03-15 2007-05-01 Headway Technologies, Inc. Structure and method to fabricate high performance MTJ devices for MRAM applications
JP2006319259A (ja) 2005-05-16 2006-11-24 Fujitsu Ltd 強磁性トンネル接合素子、これを用いた磁気ヘッド、磁気記録装置、および磁気メモリ装置
US7497007B2 (en) * 2005-07-14 2009-03-03 Headway Technologies, Inc. Process of manufacturing a TMR device
JP5096702B2 (ja) * 2005-07-28 2012-12-12 株式会社日立製作所 磁気抵抗効果素子及びそれを搭載した不揮発性磁気メモリ
US7333306B2 (en) * 2005-08-23 2008-02-19 Headway Technologies, Inc. Magnetoresistive spin valve sensor with tri-layer free layer
JP2007095750A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Canon Anelva Corp 磁気抵抗効果素子
US8582252B2 (en) * 2005-11-02 2013-11-12 Seagate Technology Llc Magnetic layer with grain refining agent
US7599157B2 (en) * 2006-02-16 2009-10-06 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Current-perpendicular-to-the-plane (CPP) magnetoresistive sensor with high-resistivity amorphous ferromagnetic layers
JP2007294737A (ja) * 2006-04-26 2007-11-08 Hitachi Ltd トンネル磁気抵抗効果素子、それを用いた磁気メモリセル及びランダムアクセスメモリ
JP2007305882A (ja) * 2006-05-12 2007-11-22 Sony Corp 記憶素子及びメモリ
US7535069B2 (en) * 2006-06-14 2009-05-19 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction with enhanced magnetic switching characteristics
FR2904724B1 (fr) * 2006-08-03 2011-03-04 Commissariat Energie Atomique Dispositif magnetique en couches minces a forte polarisation en spin perpendiculaire au plan des couches, jonction tunnel magnetique et vanne de spin mettant en oeuvre un tel dispositif
KR100744419B1 (ko) 2006-08-03 2007-07-30 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체 소자 및 반도체 소자의 제조 방법
US7672093B2 (en) * 2006-10-17 2010-03-02 Magic Technologies, Inc. Hafnium doped cap and free layer for MRAM device
US7672089B2 (en) * 2006-12-15 2010-03-02 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Current-perpendicular-to-plane sensor with dual keeper layers
US7598579B2 (en) * 2007-01-30 2009-10-06 Magic Technologies, Inc. Magnetic tunnel junction (MTJ) to reduce spin transfer magnetization switching current
US7663131B2 (en) * 2007-03-08 2010-02-16 Magic Technologies, Inc. SyAF structure to fabricate Mbit MTJ MRAM
US7480173B2 (en) * 2007-03-13 2009-01-20 Magic Technologies, Inc. Spin transfer MRAM device with novel magnetic free layer
US8058697B2 (en) * 2007-03-26 2011-11-15 Magic Technologies, Inc. Spin transfer MRAM device with novel magnetic synthetic free layer
US7830641B2 (en) * 2007-04-17 2010-11-09 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Tunneling magnetoresistive (TMR) sensor with a Co-Fe-B free layer having a negative saturation magnetostriction
US7573736B2 (en) * 2007-05-22 2009-08-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Spin torque transfer MRAM device
US7602033B2 (en) * 2007-05-29 2009-10-13 Headway Technologies, Inc. Low resistance tunneling magnetoresistive sensor with composite inner pinned layer
US20090046397A1 (en) * 2007-08-15 2009-02-19 Freescale Semiconductor, Inc. Methods and apparatus for a synthetic anti-ferromagnet structure with improved thermal stability
US8497559B2 (en) * 2007-10-10 2013-07-30 Magic Technologies, Inc. MRAM with means of controlling magnetic anisotropy
US20090168271A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-02 Daniele Mauri Dual-layer free layer in a tunneling magnetoresistance (tmr) element having different magnetic thicknesses
US8659852B2 (en) 2008-04-21 2014-02-25 Seagate Technology Llc Write-once magentic junction memory array
US7852663B2 (en) 2008-05-23 2010-12-14 Seagate Technology Llc Nonvolatile programmable logic gates and adders
US7855911B2 (en) 2008-05-23 2010-12-21 Seagate Technology Llc Reconfigurable magnetic logic device using spin torque
FR2932315B1 (fr) * 2008-06-09 2010-06-04 Commissariat Energie Atomique Element magnetique tricouches, procede pour sa realisation, capteur de champ magnetique, memoire magnetique et porte logique magnetique mettant en oeuvre un tel element
US7881098B2 (en) 2008-08-26 2011-02-01 Seagate Technology Llc Memory with separate read and write paths
US7985994B2 (en) 2008-09-29 2011-07-26 Seagate Technology Llc Flux-closed STRAM with electronically reflective insulative spacer
US8169810B2 (en) 2008-10-08 2012-05-01 Seagate Technology Llc Magnetic memory with asymmetric energy barrier
US8031445B2 (en) * 2008-10-08 2011-10-04 Headway Technologies, Inc. Low noise magneto-resistive sensor utilizing magnetic noise cancellation
US7880209B2 (en) * 2008-10-09 2011-02-01 Seagate Technology Llc MRAM cells including coupled free ferromagnetic layers for stabilization
US8039913B2 (en) 2008-10-09 2011-10-18 Seagate Technology Llc Magnetic stack with laminated layer
US8089132B2 (en) 2008-10-09 2012-01-03 Seagate Technology Llc Magnetic memory with phonon glass electron crystal material
US8495118B2 (en) * 2008-10-30 2013-07-23 Seagate Technology Llc Tunable random bit generator with magnetic tunnel junction
US8045366B2 (en) 2008-11-05 2011-10-25 Seagate Technology Llc STRAM with composite free magnetic element
US8043732B2 (en) 2008-11-11 2011-10-25 Seagate Technology Llc Memory cell with radial barrier
US7826181B2 (en) 2008-11-12 2010-11-02 Seagate Technology Llc Magnetic memory with porous non-conductive current confinement layer
US8289756B2 (en) 2008-11-25 2012-10-16 Seagate Technology Llc Non volatile memory including stabilizing structures
JP5274998B2 (ja) * 2008-12-01 2013-08-28 ショウワデンコウ エイチディ シンガポール ピーティイー リミテッド 磁気記録媒体及びその製造方法、並びに磁気記録再生装置
US20100148167A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 Everspin Technologies, Inc. Magnetic tunnel junction stack
US7826259B2 (en) 2009-01-29 2010-11-02 Seagate Technology Llc Staggered STRAM cell
US7999338B2 (en) 2009-07-13 2011-08-16 Seagate Technology Llc Magnetic stack having reference layers with orthogonal magnetization orientation directions
US8218271B2 (en) * 2009-07-22 2012-07-10 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. TMR sensor with a multilayered reference layer
US8611055B1 (en) 2009-07-31 2013-12-17 Western Digital (Fremont), Llc Magnetic etch-stop layer for magnetoresistive read heads
US8243401B2 (en) 2009-10-02 2012-08-14 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Tunneling magnetoresistance read sensor with dual sense layers
US9175358B2 (en) * 2009-11-11 2015-11-03 Carbo-UA Limited Compositions and processes for sugar treatment
US8063460B2 (en) * 2009-12-18 2011-11-22 Intel Corporation Spin torque magnetic integrated circuits and devices therefor
JP2011134976A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Renesas Electronics Corp 半導体装置
US8508221B2 (en) 2010-08-30 2013-08-13 Everspin Technologies, Inc. Two-axis magnetic field sensor having reduced compensation angle for zero offset
JP5123365B2 (ja) * 2010-09-16 2013-01-23 株式会社東芝 磁気抵抗素子及び磁気メモリ
JP5232206B2 (ja) * 2010-09-21 2013-07-10 株式会社東芝 磁気抵抗素子及び磁気ランダムアクセスメモリ
US8867177B2 (en) 2010-10-28 2014-10-21 HGST Netherlands B.V. Magnetic sensor having improved resistance to thermal stress induced instability
US8470462B2 (en) 2010-11-30 2013-06-25 Magic Technologies, Inc. Structure and method for enhancing interfacial perpendicular anisotropy in CoFe(B)/MgO/CoFe(B) magnetic tunnel junctions
US8686484B2 (en) 2011-06-10 2014-04-01 Everspin Technologies, Inc. Spin-torque magnetoresistive memory element and method of fabricating same
US9214624B2 (en) * 2012-07-27 2015-12-15 Qualcomm Incorporated Amorphous spacerlattice spacer for perpendicular MTJs
JP2014060297A (ja) * 2012-09-18 2014-04-03 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子
JP5987613B2 (ja) 2012-09-28 2016-09-07 ソニー株式会社 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド
US8981505B2 (en) * 2013-01-11 2015-03-17 Headway Technologies, Inc. Mg discontinuous insertion layer for improving MTJ shunt
US9130155B2 (en) 2013-03-15 2015-09-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic junctions having insertion layers and magnetic memories using the magnetic junctions
KR102105078B1 (ko) * 2013-05-30 2020-04-27 삼성전자주식회사 자기 기억 소자
US20150311430A1 (en) * 2014-04-28 2015-10-29 Seagate Technology Llc Magnetoresistive sensor
US9230565B1 (en) * 2014-06-24 2016-01-05 Western Digital (Fremont), Llc Magnetic shield for magnetic recording head
US9196272B1 (en) 2014-10-27 2015-11-24 Seagate Technology Llc Sensor structure having increased thermal stability
KR102466342B1 (ko) 2015-06-11 2022-11-15 삼성전자주식회사 자기 메모리 소자
US11245069B2 (en) * 2015-07-14 2022-02-08 Applied Materials, Inc. Methods for forming structures with desired crystallinity for MRAM applications
US9489998B1 (en) * 2015-11-17 2016-11-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic junctions having a magnetoelastic free layer programmable using spin transfer torque
US9780299B2 (en) * 2015-11-23 2017-10-03 Headway Technologies, Inc. Multilayer structure for reducing film roughness in magnetic devices
WO2017100547A1 (en) 2015-12-10 2017-06-15 Everspin Technologies, Inc. Magnetoresistive stack, seed region therefor and method of manufacturing same
US10483320B2 (en) 2015-12-10 2019-11-19 Everspin Technologies, Inc. Magnetoresistive stack with seed region and method of manufacturing the same
US10361361B2 (en) * 2016-04-08 2019-07-23 International Business Machines Corporation Thin reference layer for STT MRAM
US10255935B2 (en) 2017-07-21 2019-04-09 Applied Materials, Inc. Magnetic tunnel junctions suitable for high temperature thermal processing
US10431275B2 (en) 2018-03-02 2019-10-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing magnetic junctions having hybrid oxide and noble metal capping layers
US10475986B1 (en) * 2018-04-19 2019-11-12 Everspin Technologies, Inc. Magnetoresistive stacks and methods therefor
US11456411B2 (en) * 2019-07-02 2022-09-27 HeFeChip Corporation Limited Method for fabricating magnetic tunneling junction element with a composite capping layer
WO2021011144A1 (en) * 2019-07-16 2021-01-21 Applied Materials, Inc. Magnetic tunnel junction stack with data retention
US11730063B2 (en) * 2019-12-17 2023-08-15 Tdk Corporation Magnetoresistive effect element including a Heusler alloy layer with a crystal region and an amorphous region

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6198610B1 (en) * 1996-02-22 2001-03-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistive device and magnetoresistive head
CN1308317A (zh) * 1999-09-16 2001-08-15 株式会社东芝 磁电阻元件和磁存储装置

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02288209A (ja) 1989-04-28 1990-11-28 Amorufuasu Denshi Device Kenkyusho:Kk 多層磁性薄膜
US5285339A (en) 1992-02-28 1994-02-08 International Business Machines Corporation Magnetoresistive read transducer having improved bias profile
DE69511017T2 (de) * 1994-02-21 2000-02-24 Koninkl Philips Electronics Nv Verfahren und anordnung zur lokalen änderung der magnetisierungsrichtung in einem körper aus magnetischem material
JPH08287422A (ja) 1995-04-07 1996-11-01 Alps Electric Co Ltd 磁気抵抗効果型ヘッド
JPH1041132A (ja) 1996-07-18 1998-02-13 Sanyo Electric Co Ltd 磁気抵抗効果膜
US6249406B1 (en) 1996-09-23 2001-06-19 International Business Machines Corporation Magnetoresistive sensor with a soft adjacent layer having high magnetization, high resistivity, low intrinsic anisotropy and near zero magnetostriction
US5861328A (en) 1996-10-07 1999-01-19 Motorola, Inc. Method of fabricating GMR devices
JPH10221736A (ja) * 1996-12-04 1998-08-21 Ritsuku:Kk シャッター装置およびカメラ装置
JP3325478B2 (ja) * 1996-12-27 2002-09-17 ワイケイケイ株式会社 磁気抵抗効果素子および磁気検出器並びにその使用方法
US5768181A (en) 1997-04-07 1998-06-16 Motorola, Inc. Magnetic device having multi-layer with insulating and conductive layers
US5966012A (en) * 1997-10-07 1999-10-12 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction device with improved fixed and free ferromagnetic layers
JPH11353868A (ja) * 1998-06-09 1999-12-24 Canon Inc 磁性薄膜メモリ素子およびその製造方法および製造装置
JP3234814B2 (ja) * 1998-06-30 2001-12-04 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置
US5940319A (en) 1998-08-31 1999-08-17 Motorola, Inc. Magnetic random access memory and fabricating method thereof
JP2000113418A (ja) * 1998-10-01 2000-04-21 Hitachi Ltd スピンバルブ効果に基づく磁気抵抗効果型ヘッド及びそれを用いた磁気記録再生装置
US6567246B1 (en) * 1999-03-02 2003-05-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistance effect element and method for producing the same, and magnetoresistance effect type head, magnetic recording apparatus, and magnetoresistance effect memory element
US6436526B1 (en) * 1999-06-17 2002-08-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magneto-resistance effect element, magneto-resistance effect memory cell, MRAM and method for performing information write to or read from the magneto-resistance effect memory cell
JP2001007420A (ja) * 1999-06-17 2001-01-12 Sony Corp 磁気抵抗効果膜とこれを用いた磁気読取りセンサ
US6292389B1 (en) 1999-07-19 2001-09-18 Motorola, Inc. Magnetic element with improved field response and fabricating method thereof
JP2001068760A (ja) 1999-08-31 2001-03-16 Hitachi Ltd 強磁性トンネル接合素子
US6205052B1 (en) * 1999-10-21 2001-03-20 Motorola, Inc. Magnetic element with improved field response and fabricating method thereof
US6317299B1 (en) * 2000-02-17 2001-11-13 International Business Machines Corporation Seed layer for improving pinning field spin valve sensor
US6211090B1 (en) 2000-03-21 2001-04-03 Motorola, Inc. Method of fabricating flux concentrating layer for use with magnetoresistive random access memories
US6636398B2 (en) 2000-06-02 2003-10-21 Tdk Corporation Magnetoresistive effect sensor, thin-film magnetic head with the sensor, manufacturing method of magnetoresistive sensor and manufacturing method of thin-film magnetic head
JP4309075B2 (ja) * 2000-07-27 2009-08-05 株式会社東芝 磁気記憶装置
JP2002050011A (ja) * 2000-08-03 2002-02-15 Nec Corp 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気抵抗変換システム及び磁気記録システム
JP4693292B2 (ja) * 2000-09-11 2011-06-01 株式会社東芝 強磁性トンネル接合素子およびその製造方法
US6487110B2 (en) * 2000-09-27 2002-11-26 Canon Kabushiki Kaisha Nonvolatile solid-state memory device using magnetoresistive effect and recording and reproducing method of the same
JP2002172370A (ja) * 2000-12-05 2002-06-18 Canon Inc ドライアイス洗浄方法及びドライアイス洗浄装置、ドライアイス洗浄による部品又はユニット
JP2003060172A (ja) * 2001-08-20 2003-02-28 Sony Corp 磁気記憶素子
US6430084B1 (en) 2001-08-27 2002-08-06 Motorola, Inc. Magnetic random access memory having digit lines and bit lines with a ferromagnetic cladding layer
EP1580821B1 (en) * 2001-10-12 2015-12-09 Sony Corporation Magnetoresistance effect element, magnetic memory element, magnetic memory device, and their manufacturing method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6198610B1 (en) * 1996-02-22 2001-03-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistive device and magnetoresistive head
CN1308317A (zh) * 1999-09-16 2001-08-15 株式会社东芝 磁电阻元件和磁存储装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN1679122A (zh) 2005-10-05
AU2003256913A1 (en) 2004-03-19
EP1547101A1 (en) 2005-06-29
US20040041183A1 (en) 2004-03-04
WO2004021372A1 (en) 2004-03-11
ATE357732T1 (de) 2007-04-15
EP1547101B1 (en) 2007-03-21
US6831312B2 (en) 2004-12-14
US7067331B2 (en) 2006-06-27
DE60312713D1 (de) 2007-05-03
US20050118458A1 (en) 2005-06-02
JP2005539376A (ja) 2005-12-22
DE60312713T2 (de) 2007-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100339916C (zh) 用于磁性器件的非晶形合金
CN100339915C (zh) 隧道结磁电阻元件及其制备方法
US7098495B2 (en) Magnetic tunnel junction element structures and methods for fabricating the same
EP2673807B1 (en) Magnetic element with improved out-of-plane anisotropy for spintronic applications
EP2820680B1 (en) Engineered magnetic layer with improved perpendicular anisotropy using glassing agents for spintronic applications
EP2873079B1 (en) Engineered magnetic layer with improved perpendicular anisotropy using glassing agents for spintronic applications
JP5069034B2 (ja) 磁気トンネル接合素子およびその形成方法
US7054119B2 (en) Coupled ferromagnetic systems having modified interfaces
US7684161B2 (en) Methods and apparatus for a synthetic anti-ferromagnet structure with reduced temperature dependence
EP2366199B1 (en) Magnetic memory cells with radial barrier
US7732881B2 (en) Current-confined effect of magnetic nano-current-channel (NCC) for magnetic random access memory (MRAM)
CN102176510B (zh) 磁电阻效应元件和使用它的磁电阻随机存取存储器
JP5340560B2 (ja) 磁気スイッチング特性が改善された磁気トンネル接合を有する半導体素子及びその形成方法
CN100350495C (zh) 具有软基准层的磁阻器件
US20130108889A1 (en) Magnetoresistance Device and Memory Device Including the Magnetoresistance Device
US20210210677A1 (en) Magnetoresistive memory device including a magnesium containing dust layer
US20210210676A1 (en) Magnetoresistive memory device including a magnesium containing dust layer
CN1653550A (zh) 具降低粗糙度之电阻性存储元件
US7264844B2 (en) Forming oxide buffer layer for improved magnetic tunnel junctions
CN109427963A (zh) 磁性结、磁性存储器和提供磁性结的方法
CN117730640A (zh) 具有改进的晶种层的隧穿磁阻（tmr）器件

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20090306

Address after: Arizona USA

Patentee after: EVERSPIN TECHNOLOGIES, Inc.

Address before: Texas in the United States

Patentee before: FREESCALE SEMICONDUCTOR, Inc.

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: EVERSPIN TECHNOLOGIES, INC.

Free format text: FORMER OWNER: FREESCALE SEMICONDUCTOR INC.

Effective date: 20090306

CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20070926

CX01 Expiry of patent term