| 主权项 |
1.一种具有一磁可程式化之自由磁层的磁性隧道 接合面装置,该自由磁层包括一具有至少三个材料 层之叠层,其中该至少三个材料层包含具有至少两 种不同材料之交替堆叠层。 2.如请求项1之装置,其中该等两种不同材料中之一 为铁磁材料且该等两种不同材料之另一为非铁磁 材料。 3.如请求项2之装置,其中该铁磁材料为CoFe或NiFe,且 该非铁磁材料为Ta。 4.如请求项3之装置,其中该Ta层之厚度小于该NiFe或 CoFe层之层的厚度。 5.如请求项1之装置,其中该等两种不同材料均为铁 磁材料。 6.如请求项5之装置,其中一下铁磁层为一NiFe层且 一上铁磁层为一CoFe层。 7.如请求项6之装置,其中该NiFe层之厚度大于该CoFe 层之厚度。 8.如请求项7之装置,其中该NiFe层之厚度小于约10 且该CoFe层之厚度小于约5。 9.如请求项6之装置,其进一步包含一与最下面之 NiFe层接触的初始CoFe层。 10.如请求项9之装置,其中该初始CoFe层之厚度与该 最下面之NiFe层的厚度相同。 11.如请求项10之装置,其中该等铁磁材料中之一为 一非晶系铁磁层。 12.如请求项11之装置,其中该非晶系铁磁层为CoFeB 。 13.一种具有一磁可程式化之自由磁层的磁性隧道 接合面装置,该自由磁层包含: 一设置于一半导体基板上之初始CoFe层; 一设置于该初始CoFe层上之交替的NiFe与CoFe层之堆 叠,其中该堆叠之一最下面的NiFe层设置于该初始 CoFe层上,且其中该堆叠包括五个NiFe层与五个CoFe层 ;及 一设置于该堆叠之一最上面的CoFe层上之最终NiFe 层。 14.如请求项13之装置,其中该初始CoFe之厚度与该最 终NiFe之厚度为约5,该堆叠之每一NiFe层之厚度约 为5且该堆叠之每一CoFe层之厚度约为1。 15.一种磁性隧道接合面装置,其包含: 一位于一半导体基板上之梢连接层; 一位于该梢连接层上之固定层; 一位于该固定层上之隧道障壁层;及 一包含一具有至少三个材料层之叠层的自由层,其 中该至少三个材料层包含具有位于该隧道障壁层 上之至少两种不同材料的交替堆叠层。 16.如请求项15之装置,其中该等至少两个不同材料 层包含一铁磁层与一非铁磁层,且该隧道障壁层与 该铁磁层接触。 17.如请求项16之装置,其中该铁磁层为一NiFe层或一 CoFe层,该非铁磁层为一Ta层。 18.如请求项17之装置,其中该NiFe层或该CoFe层之厚 度大于该Ta层之厚度。 19.如请求项15之装置,其中该等至少两个不同材料 层包含一上铁磁层与一下铁磁层。 20.如请求项19之装置,其中该下铁磁层为一NiFe层且 该上铁磁层为一CoFe层。 21.如请求项20之装置,其中该NiFe层之厚度小于约10 且该CoFe层之厚度小于约5。 22.如请求项20之装置,其进一步包含一位于一最下 面之NiFe层与该隧道障壁层之间的初始CoFe层。 23.如请求项19之装置,其中该等铁磁层中之一为一 非晶系铁磁层。 24.如请求项23之装置,其中该非晶系铁磁层为一 CoFeB层。 25.如请求项15之装置,其中该梢连接层包含一反铁 磁层。 26.如请求项15之装置,其中该固定层包含一铁磁层 。 27.如请求项15之装置,其中该隧道障壁层包含一金 属氧化物。 28.一种磁性隧道接合面装置,其包含: 一位于一半导体基板上之梢连接层; 一位于该梢连接层上之固定层; 一位于该固定层上之隧道障壁层;及 一自由层,其包含:一设置于一半导体基板上之初 始CoFe层;设置于该初始CoFe层上之交替的NiFe与CoFe 层之一堆叠;及一设置于该堆叠之一最上面的CoFe 层上之最终NiFe层,其中该堆叠之一最下面的NiFe层 设置于该初始CoFe层上,且其中该堆叠包括五个NiFe 层与五个CoFe层。 29.如请求项28之装置,其中该初始CoFe之厚度与该最 终NiFe之厚度约为5,该堆叠之每一NiFe层的厚度约 为5且该堆叠之每一CoFe层的厚度约为1。 30.一种磁性随机存取记忆体(MRAM)单元,其包含: 一存取电晶体,其具有一源极区域、一汲极区域与 一字元线,该字元线在一位于该源极区域与该汲极 区域之间的通道上跨越延伸; 一与该汲极区域电连接之下电极; 一设置于该下电极上之上电极; 一位元线,其与该上电极电连接且设置于该字元线 上; 一平行于该字元线之数位线;及 一磁性隧道接合面装置,其设置于该下电极与该上 电极之间且与该数位线绝缘,其中该磁性隧道接合 面装置包含一磁可程式化之自由磁层,该自由磁层 包含一具有至少三个材料层之叠层,其中该至少三 个材料层包含具有至少两种不同材料之交替堆叠 的层。 31.如请求项30之MRAM单元,其中该等两种不同材料中 之一为铁磁材料且该等两种不同材料之另一为非 铁磁材料。 32.如请求项31之MRAM单元,其中该铁磁物质为CoFe或 NiFe,且该非铁磁物质为Ta。 33.如请求项32之MRAM单元,其中该Ta层之厚度小于NiFe 或CoFe层之层的厚度。 34.如请求项30之MRAM单元,其中该等两种不同材料均 为铁磁材料。 35.如请求项34之MRAM单元,其中一下铁磁层为一NiFe 层且一上铁磁层为一CoFe层。 36.如请求项35之MRAM单元,其中该NiFe层之厚度大于 该CoFe层之厚度。 37.如请求项35之MRAM单元,其中该NiFe层之厚度小于 约10且该CoFe层之厚度小于约5。 38.如请求项35之MRAM单元,其进一步包含一与一最下 面之NiFe层接触的初始CoFe层。 39.如请求项38之MRAM单元,其中该初始CoFe层之厚度 与该最下面之NiFe层的厚度相同。 40.如请求项39之MRAM单元,其中该等铁磁物质中之一 为一非晶系铁磁层。 41.如请求项40之MRAM单元,其中该非晶系铁磁层为一 CoFeB。 42.一种磁性随机存取记忆体(MRAM)单元,其包含: 一存取电晶体,其具有一源极区域、一汲极区域与 一字元线,该字元线在一位于该源极区域与该汲极 区域之间的通道上跨越延伸; 一与该汲极区域电连接之下电极; 一设置于该下电极上之上电极; 一位元线,其与该上电极电连接且设置于该字元线 上; 一平行于该字元线之数位线;及 一磁性隧道接合面装置,其设置于该下电极与该上 电极之间且与该数位线绝缘,其中该磁性隧道接合 面装置包含一梢连接层、一固定层、一隧道障壁 层及一自由层; 其中该自由层包含:一设置于该下电极上之初始 CoFe层、一设置于该初始CoFe层上之交替的NiFe与CoFe 层之堆叠及一设置于该堆叠之一最上面的CoFe层上 之最终NiFe层,其中该堆叠之一最下面的NiFe层设置 于该初始CoFe层上,且其中该堆叠包括五个NiFe层与 五个CoFe层。 43.如请求项42之MRAM单元,其中该初始CoFe之厚度与 该最终NiFe之厚度约为5,该堆叠之每一NiFe层之厚 度约为5且该堆叠之每一CoFe层之厚度约为1。 44.如请求项42之MRAM单元,其中该梢连接层包含一反 铁磁层。 45.如请求项42之MRAM单元,其中该固定层包含一铁磁 层。 46.如请求项42之MRAM单元,其中该隧道障壁层包含一 金属氧化物。 图式简单说明: 图1为磁性隧道接合面(MTJ)在低阻抗逻辑"0"磁性状 态与高阻抗逻辑"1"磁性状态中之每一状态下的简 化示意图; 图2为习知MTJ之较详细视图; 图3(A)与图3(B)说明了一习知MRAM记忆体单元,其中图 3(B)为一沿图3(A)之I-I'线的横截面图; 图4说明了一习知MRAM阵列; 图5(A)为一MRAM单元之横截面示意图,该MRAM单元包括 一用于读取该单元之逻辑状态的电晶体,且图5(B) 为该MRAM单元之电路表示图; 图6(A)与6(B)为用以解释MTJ之自由磁层中的畴壁之 效应的示意图; 图7为一用于说明一理想MTJ与习知之MTJ的特性的磁 滞回线; 图8(A)展示了一理想MTJ之转换特性,且图8(B)展示了 一习知MTJ之转换特性; 图9展示了已被模拟(model)为两个理想MTJ之习知MTJ 的转换特性; 图10(A)为一MTJ之习知自由磁层的示意横截面图; 图10(B)为根据本发明之一实施例之自由磁层的示 意横截面图; 图11为根据本发明之一实施例之MTJ的示意横截面 图; 图12为根据本发明之一实施例之MRAM单元的示意横 截面图; 图13展示了一习知MTJ之磁滞回路特性与根据本发 明之一实施例之MTJ的磁滞回路的特性之间的比较; 图14(A)与14(B)为分别展示了习知MTJ之磁滞回路特性 与根据本发明之一实施例之MTJ之磁滞回路特性的 倾斜度之图;及 图15说明了根据本发明之替代实施例之磁自由层 的示意横截面图。 |
