其可为椭圆形、圆形或是多边形。
【附图说明】
[0015]图1为磁性隧穿接合的剖视图，杂散边缘偶极场由参考层施加于自由层；
[0016]图2为具有下自旋阀配置的磁性隧穿接合的剖视图，其中具有合成反铁磁的参考层可表不为AP2/親合层/APl ;
[0017]图3为本发明第一实施例所公开具有下自旋阀配置的磁性隧穿接合的剖视图，其中层状参考层具有由非磁性空间隔层隔离的多磁性子层；
[0018]图4为本发明第二实施例所公开的于图3的磁性隧穿接合的剖视图，其更进一步包含有设置于层状参考层与穿隧阻障层之间的打底层与过渡层；
[0019]图5为本发明第三实施例所公开的具有上自旋阀配置的磁性隧穿接合的剖视图，其中层状参考层具有由非磁性空间隔层隔离的多磁性子层；
[0020]图6为本发明第四实施例所公开的于图5的磁性隧穿接合的剖视图，其更进一步包含有设置于穿隧阻障层与层状参考层之间的打底层与过渡层；
[0021]图7为柯尔信号对应于磁场的曲线图，其针对于垂直平面方向的不具净磁矩的层状参考层；
[0022]图8为柯尔信号对应于磁场的曲线图，其针对于垂直平面方向的具净磁矩的层状参考层；
[0023]图9为施加磁场对应垂直平面方向磁矩的曲线图，其针对本发明所公开的下自旋阀实施例的具有层状参考层的磁性隧穿接合。
【具体实施方式】
[0024]本发明涉及一种磁性内存装置，特别是磁性隧穿接合结构具有临界尺寸小于40纳米，从而能于制造过程中每平方英寸具有高封装密度的装置；我们发现于层状参考层的磁性子层间插入非磁性空间隔层，将能降低于自由层的偶极层，从而增强内存装置的热稳定性，并能维持包含磁阻率以及电阻一面积乘积(RA)值等磁特性；尽管只有下自旋阀或是上自旋阀配置显示于图中，但本发明也包含本领域技术人员所能设计的双自旋阀。
[0025]理论上，磁性参考层的磁矩于微观等级来看为反平行，来使得施加于磁性隧穿接合元件的自由层的杂散场最小化，然而，此种状况可利用补偿反铁磁的稀土元素来达成，例如为钴/钆或钴铁铽，这些层具有低阻抗会衰减或是弱化热稳定性，使得磁性内存装置不稳定。
[0026]在相关前案美国申请第13/609，780号专利公开了具有AP2/铷/APl配置的合成反铁磁参考层，其中至少一个AP2或APl层具有例如为(钴/镍)η的层状结构，用来降低磁性隧穿接合元件的自由层的杂散场；于层状参考堆栈中的每一子层具有垂直磁性非等向性(PMA)，且所有的子层与相同垂直于平面方向的所有共线的磁矩形成铁磁耦合。于此我们描述另一种层状参考层结构，其包含多个磁性子层，其材料较佳为钴，然而，钴层并不是通过第二磁性元件或是合金加以分隔，而是使用非磁性空间隔层，换句话说，χ+1层的钴子层可以通过X层非磁性空间隔层来分隔。通过非磁性空间隔层来于磁性子层的界面间导入垂直磁性非等向性，并于相邻磁性子层间产生反铁磁耦合，因而能够降低自由层的杂散场。
[0027]如图3所示为本发明第一实施例的具有下自旋阀配置的磁性隧穿接合(MTJ)，其中种子层21、层状参考层30、穿隧阻障层25、自由层26以及覆盖层27依序形成于基板20上；举例来说，基板20可以是自旋转移力矩随机存取存储器(STT-RAM)的下电极、磁性纪录头的底部护罩或磁阻性随机存取存储器(MRAM)组合的主极层。种子层21有利于增进覆盖层的平滑以及增强覆盖于参考层的磁性子层的垂直磁性非等向性(PMA)，尽管其他熟知的种子层材料也可适用。但是本发明中的种子层21以包括钽/镁/镍铬或是氮化钽/镁/镍铬的复合层为佳。举例来说，种子层21可以是例如钽/Μ1/Μ2的复合层，其中Ml为具有面心立方堆积的(111)平面或是六方最密堆积(hep)的(001)平面的结晶方向的金属，例如为铷；而12可以是铜、钛、钯、铂、钨、铑、金或银。另一实施例中，种子层21可以包括氮化钽/镁/镍铁铬、钽/镍铬、钽/镍铁铬或是钽/镁/镍铁铬，其中镍铬以及镍铁铬可以视为成长增强层；然而，种子层21的材料也可选自于覆盖层状参考层的增强(111)平面结晶方向的材料。
[0028]第一实施例的一个主要特征在于层状参考层30，其形成于种子层21的上表面，其较佳为铬镍层，另一方面，层状参考层30包括(钴/钌)X/钴、(钴/钌)X/钴或是(钴/钌)x/铱，其中X为1-15之间的数字；换句话说，其具有χ+1层的磁化子层是利用钴制成，而X层非磁空间隔层以交错的方式配置，使得参考层30的下层与最上层都是利用钴制成。于另一实施例中，钒、钼或锇可以取代钌、铑或是铱来作为非磁性空间隔层的材料；在又一实施例中，层状参考层30中的一个或是一个以上的钴层可以替换为富含钴铁合金的钴或钴M合金，其中M可以是钽、钛、镁、钨、钌、铑、铪、锆、硼或铌，且分子百分比低于5 %。每一磁性子层厚度为4埃?15埃，以使铁电性装置具有足够的PMA，并且强化与相邻磁性子层之间的反铁磁耦合。而非磁性空间隔层的厚度则取决于其材料，例如非磁性空间隔层的材料为钌时，其厚度较佳为4埃，以与相邻的钴层建立反铁磁耦合，然而，钌空间隔层的厚度也可以是9埃或14埃，仍然能够与相邻的钴层建立反铁磁耦合；如果材料为铑，则厚度为1.5或3埃，则能完成最佳的反铁磁耦合。因此，通过每一磁性子层所产生的偶极场基本上可以因反铁磁耦合的配置而被相邻的子层来消除。
[0029]如同前面所描述，一个或是一个以上的钴磁性子层可以被替换为富含钴铁合金的钴，其中钴含量大于50分子百分比；举例来说，层状参考层30的材料可以为(钴/钌)x/钴铁，其中最上层为钴铁，并且接触于穿隧阻障层25 ;于另一个实施例中，层状参考层30的最上层的磁性层的材料也可以是钴铁硼/钴或是钴铁/钴的复合层。
[0030]于实施态样中，当X等于3时，意味着总共有四层磁性子层22a?22d，以及三层交错配置的非磁性空间隔层23a、23b、23c，然而层状参考层30的结构当x等于3并不必然为最佳的实施例，其仅为用以配合图式说明。因此，具有磁矩ml的第一磁性子层22a接触于种子层21的顶面，并且通过第一非磁性空间隔层23a来与具有磁矩m2的第二磁性子层22b隔离，第二非磁性空间隔层23b以隔离磁性子层22b、22c，而第三非磁性空间隔层23c以隔离磁性子层22c、22d ;其中磁矩ml与磁矩m2反向，第三磁性子层22c的磁矩m3与第四磁性子层22d的磁矩m4反向；当每一磁性子层具有相同厚度与复合层时会使得磁矩ml、m2、m3、m4的强度相同，因此，层状参考层堆栈的净磁矩为零。
[0031]于最普遍的实施例中，第一非磁性空间隔层23a用来隔开第一磁性子层22a与第二磁性子层22b，当然，于其他实施例中，也可以具有相等数量的额外非磁性空间隔层与磁性子层交错增加于第二磁性子层22b的上表面，层状参考层30内的磁性子层的总数可以用来调整PMA、磁阻比、抗磁性以及其他磁性的特性来使MTJ的性能优化。然而，随着X增加，每一磁性子层的厚度需要降低来使整体参考层厚度维持固定，避免MTJ厚度变得大到离谱。
[0032]穿隧阻障层25可以包含氧化镁、氧化招(AlOx)、氧化钛(T1x)、氧化锌(ZnOx)或其他金属氧化物中的至少一种，另外(但不限定)氧化镁锌(MgZnOx)以及氧化铝钛(AlT1x)等合金氧化物也能适用。氧化镁穿隧阻障层25可以通过沉积第一镁层于层状参考层30的最上方的磁性子层，然后执行其中的一个(或两个同时)的自然氧化与自由基氧化步骤，接着在沉积第二镁层于氧化后的第一镁层上来加以制造。经过后续的退火程序，使第二镁层氧化，从而能提供大致均匀的氧化镁层。
[0033]自由层26的材料可以是薄钴铁硼或钴铁镍硼层，从而能增加透过穿隧阻障层25导入的PMA，进一步