对比文件名称：2005-08-25_US2005185454A_发明申请_US20050185454A1 Magnetic tunnel junctions for MRAM devices
目标专利名称：334包括位于钉扎层中的功能层的磁性存储元件及其制造方法CN102986047B
本次调用的模型名称：GPT-4
## 特征比对表格
| 技术特征描述以及公开性判断结果 | 对比文件原文引用 | 公开性论述 |
| 技术特征A：其包括：钉扎层堆叠，其集成在自旋转移力矩磁阻随机存取存储器STT-MRAM中，《直接公开》 | [0001] The present invention relates generally to semiconductor memory devices, and more particularly to magnetic tunnel junctions (MTJ's) used as storage elements in magnetic random access memory (MRAM) devices and methods of manufacture thereof. [0003] ... One such spin electronic device is a magnetic random access memory (MRAM) device 100, as shown in FIG. 1, which includes conductive lines (wordlines WL and bitlines BL) ... the conductive lines sandwiching a magnetic stack or magnetic tunnel junction (MTJ) 102, which functions as a magnetic memory cell. | 对比文件[0001]段明确指出本发明涉及用作MRAM设备中存储元件的磁性隧道结（MTJ）。[0003]段进一步描述了MRAM设备包含MTJ作为存储单元。STT-MRAM是MRAM的一种具体实现方式，属于本领域的公知常识。因此，对比文件直接公开了包含钉扎层堆叠（MTJ的核心部分）的存储元件集成在MRAM（包括STT-MRAM）中。 |
| 技术特征B：所述钉扎层堆叠由多个层形成，《直接公开》 | [0004] The MTJ 102 of a magnetoresistive memory comprises three layers: ML1, TL and ML2. ... The first and second magnetic layers ML1 and ML2 may comprise one or more material layers, for example. [0031] ... The MTJ memory cell 202 comprises a first magnetic layer ML1, a tunnel barrier layer (TL) disposed over the first magnetic layer ML1, and a second magnetic layer ML2 disposed over the tunnel barrier layer TL, as shown. | 对比文件[0004]段明确指出MTJ由多层（例如ML1、TL、ML2）构成，并且ML1和ML2各自可以包含一个或多个材料层。[0031]段再次确认了MTJ（即包含钉扎层堆叠的结构）由多个层（第一磁性层ML1、隧穿势垒层TL、第二磁性层ML2）形成。因此，该特征被直接公开。 |
| 技术特征C：所述多个层包括底部钉扎层、耦合层和顶部钉扎层，《直接公开》 | [0032] The first magnetic layer ML1 comprises an anti-ferromagnetic (AF) layer 204 ... The first magnetic layer ML1 comprises an anti-parallel (AP) layer 216 disposed over the anti-ferromagnetic layer 204, as shown. The anti-parallel layer 216 comprises a pinned layer 206 disposed over and adjacent the anti-ferromagnetic layer 204. ... The anti-parallel layer 216 includes a spacer layer 208 comprising a thin layer of non-magnetic material such as ruthenium (Ru) disposed over the pinned layer 206. The anti-parallel layer 216 includes a reference layer 210 comprising a ferromagnetic material disposed over the spacer layer 208. | 对比文件[0032]段详细描述了MTJ的第一磁性层ML1（相当于目标专利的钉扎层堆叠）的结构。其中，`pinned layer 206`对应于**底部钉扎层**；`spacer layer 208`（由Ru形成）是用于耦合的非磁性层，对应于**耦合层**；`reference layer 210`是另一个铁磁层，位于spacer层之上，其磁矩被固定，其功能与目标专利中位于耦合层上方的**顶部钉扎层**相同。因此，对比文件直接公开了包含底部钉扎层（pinned layer）、耦合层（spacer layer）和顶部钉扎层（reference layer）的多层结构。 |
| 技术特征D：第一功能层，其安置于所述底部钉扎层或所述顶部钉扎层中，《隐含公开》 | [0042] In accordance with an embodiment of the invention, a diffusion barrier 326 is disposed over the anti-ferromagnetic layer 304, as shown. ... The diffusion barrier 326 or buffer layer preferably comprises an amorphous ferromagnetic material... [0056] ... an amorphous material layer may be disposed at a top surface of the anti-parallel layer 316 adjacent the tunnel barrier layer TL (FIG. 6)... [0063] In the embodiment shown in FIG. 6, the reference layer 552 of the antiparallel layer 554 includes an amorphous material 550 directly adjacent and abutting the tunnel barrier layer TL. | 对比文件公开了“扩散阻挡层326”设置在反铁磁层304之上、钉扎层306之下（见[0042]及图4），这相当于将功能层（扩散阻挡层）安置在**底部钉扎层（pinned layer 306）的紧邻下方**，其位置与“安置于底部钉扎层中”在功能和技术效果上紧密关联且位置极其接近。同时，对比文件也公开了在反平行层（即钉扎层堆叠）的顶部（参考层552中）设置非晶材料层550（见[0056]、[0063]及图6），这相当于将功能层（非晶材料层）安置在**顶部钉扎层（reference layer）中**。虽然对比文件未使用“功能层”一词，但其描述的“扩散阻挡层”和“非晶铁磁材料层”正是为了实现防止扩散、增强热稳定性等功能，与目标专利“功能层”的作用一致。本领域技术人员结合对比文件多个实施例的教导，能够毫无困难地理解并推断出可以在底部钉扎层或顶部钉扎层中安置此类功能层。因此，该技术特征被隐含公开。 |
| 技术特征E：其中所述第一功能层是形成自钽的结晶增强功能层。《隐含公开》 | [0043] Regarding the amorphous nature of the diffusion barrier 326, for the purposes of embodiments of the present invention, the diffusion barrier 326 layer is defined as amorphous ... [0044] For example, the diffusion barrier 326 may comprise an amorphous CoFe based alloy, such as CoFe doped with B. ... [0055] ... the diffusion barrier 326 also reduces Neel coupling by providing a smooth surface, which enhances the tunnel barrier layer TL performance. ... Smoother layers also enhance the thermal stability... [0068] The cap layer 328 preferably comprises TaN, although the cap layer 328 may alternatively comprise other inert materials such as Ta... | 目标专利说明书中指出，结晶增强功能层可由“钽（Ta）”等材料形成，其作用是增强耦合层或隧穿势垒的结晶，使界面平滑，改善热稳定性（参见目标专利[0038]、[0039]段）。对比文件公开了使用**非晶铁磁材料**（如CoFeB）作为扩散阻挡层（[0043]、[0044]），并且该层能提供平滑表面，从而增强隧穿势垒性能、提高热稳定性（[0055]），这包含了“结晶增强”的功能效果。同时，对比文件提到罩帽层（cap layer）可以使用Ta（[0068]）。虽然对比文件没有明确记载用“钽”本身作为位于钉扎层中的“结晶增强功能层”，但本领域技术人员知晓，钽是半导体和磁性器件制造中的常用材料，具有非晶或微晶特性，可用于改善界面和结晶质量。在对比文件公开了使用非晶材料实现平滑界面、增强性能的技术启示下，结合本领域公知常识，选择“钽”作为实现类似功能的材料是显而易见的合理尝试和推断。因此，该技术特征被隐含公开。 |
| 技术特征F：其中所述第一功能层保护所述钉扎层堆叠免于穿过所述多个层的高温材料扩散。《直接公开》 | [0009] ... When heated to temperatures above about 350 degrees C., ... manganese can diffuse into other layers of an MTJ memory cell, causing deterioration... [0042] ... a diffusion barrier 326 is disposed over the anti-ferromagnetic layer 304... [0047] The diffusion barrier 326 prevents any underlying materials such as Mn in the anti-ferromagnetic layer 304 from diffusing into the material layers 306, 308 or 310 over the diffusion barrier 326 at high temperatures, improving the thermal stability of the MTJ memory cell 302. | 对比文件[0009]段明确提出了高温下锰（Mn）扩散会损坏MTJ的问题。[0042]和[0047]段则明确指出，设置扩散阻挡层326的目的就是为了防止反铁磁层304中的锰等材料在高温下扩散到上方的钉扎层（306, 308, 310）中，从而提高MTJ的热稳定性。这与目标专利中功能层“保护钉扎层堆叠免于穿过所述多个层的高温材料扩散”的作用完全相同。因此，该特征被直接公开。 |
| 技术特征G：其中所述结晶增强功能层促进晶体形成。《隐含公开》 | [0055] ... The diffusion barrier 326 also reduces Neel coupling by providing a smooth surface, which enhances the tunnel barrier layer TL performance. The smooth diffusion barrier 326 causes a smoother surface for the anti-parallel layer 316 and also the tunnel barrier layer TL. The enhanced smoothness of the tunnel barrier layer allows the formation of thinner, smoother, and more repeatable tunnel barrier layers... Smoother layers also enhance the thermal stability... | 目标专利说明书中，结晶增强功能层的作用包括“增强耦合层中的Ru结晶”（[0038]段）和“增强隧穿势垒层中的MgO结晶”（[0039]段）。对比文件[0055]段指出，扩散阻挡层（由非晶材料构成）能提供平滑的表面，这能**增强隧穿势垒层TL的性能**，并使得隧穿势垒层更平滑、更可重复地形成。更平滑、更可重复的层形成过程，本质上意味着底层（功能层）促进了上层（如隧穿势垒层）的**高质量晶体生长**。虽然对比文件没有使用“促进晶体形成”的直接表述，但“enhances the tunnel barrier layer TL performance”和“allows the formation of thinner, smoother, and more repeatable tunnel barrier layers”所描述的技术效果，正是通过改善界面、促进有序结晶来实现的。本领域技术人员能够从该描述中合理推断出该功能层具有促进相邻层晶体形成的作用。因此，该技术特征被隐含公开。 |
| 技术特征H：其中安置所述第一功能层的所述底部钉扎层或所述顶部钉扎层包括第一层和第二层，所述第一功能层插入于所述第一层与第二层之间。《直接公开》 | [0032] ... The anti-parallel layer 216 comprises a pinned layer 206 ... a spacer layer 208 ... and a reference layer 210 ... [0063] ... the reference layer 552 of the antiparallel layer 554 includes an amorphous material 550 directly adjacent and abutting the tunnel barrier layer TL. While two layers 510 and 550 are shown in FIG. 6, the reference layer 552 may comprise a bilayer including a first layer of CoFe 510 and a second layer of amorphous material 550 ... disposed over the first layer of CoFe 510 and being adjacent and abutting the tunnel barrier layer TL, as shown. | 对比文件图6及[0063]段明确公开了参考层552可以是一个双层结构，包括第一层CoFe 510和第二层非晶材料550，其中非晶材料层550（作为功能层）插入在CoFe层510和隧穿势垒层TL之间。这完全符合“顶部钉扎层包括第一层和第二层，功能层插入于第一层与第二层之间”的结构。对于底部钉扎层，对比文件图4显示扩散阻挡层326在AF层304和钉扎层306之间，虽然没有明确将钉扎层306描述为两层，但这种“插入”结构的概念是相同的。本领域技术人员从图6的结构可以毫无疑义地理解这种插入式布置。因此，该特征被直接公开。 |
| 技术特征I：其进一步包括第二功能层，所述第二功能层安置于与安置所述第一功能层的所述底部钉扎层或所述顶部钉扎层相对的钉扎层中。《隐含公开》 | [0042] ... a diffusion barrier 326 is disposed over the anti-ferromagnetic layer 304... (位于底部钉扎层附近) [0056] ... an amorphous material layer may be disposed at a top surface of the anti-parallel layer 316 adjacent the tunnel barrier layer TL (FIG. 6)... (位于顶部钉扎层中) [0057] Generally, the performance of the MTJ 302 ... may be improved by inserting one or more diffusion barrier layers, in the form of thin amorphous ferromagnetic material layers, at various positions within the pinned layer stack ... above and/or below the anti-parallel layer 316. ... one or more diffusion barriers may be placed at the top or bottom surfaces of the free layer or within the interior of the free layer 314... | 对比文件在[0042]段公开了在反铁磁层和钉扎层之间设置第一扩散阻挡层（功能层）。在[0056]段和图6公开了在反平行层（钉扎层堆叠）的顶部（即参考层中）设置非晶材料层（第二功能层）。[0057]段更是概括性地指出，可以在钉扎层堆叠的**多个位置**（above and/or below）插入一个或多个扩散阻挡层（功能层）以提高性能。虽然对比文件没有明确将位于底部和顶部的两个功能层在同一权利要求项下进行限定，但其多个实施例分别公开了在底部和顶部设置功能层的方案，并且[0057]段的教导明确鼓励在堆叠的不同位置插入功能层。本领域技术人员基于这些教导，为了获得协同增强效果，完全有动机且能够毫无困难地将两个功能层分别设置在相对的钉扎层（即底部和顶部）中。因此，该技术特征被隐含公开。 |
| 技术特征J：其中所述第二功能层由不同于所述第一功能层的材料形成。《隐含公开》 | [0044] For example, the diffusion barrier 326 may comprise an amorphous CoFe based alloy, such as CoFe doped with B. [0046] Alternatively, in another embodiment of the present invention, the diffusion barrier 326 preferably comprises a NiFe alloy such as permalloy... [0063] ... the reference layer 552 ... may comprise a bilayer including a first layer of CoFe 510 and a second layer of amorphous material 550 such as the amorphous materials described for diffusion barrier 326 of FIG. 4... | 对比文件公开了功能层（扩散阻挡层/非晶层）可以由多种不同的材料形成，例如CoFeB（[0044]）、NiFe合金（[0046]）等。[0063]段提到顶部非晶材料层550可以采用图4中描述的扩散阻挡层326的材料。这表明对比文件公开了功能层材料选择的多样性。虽然没有明确记载在同一器件中同时使用两个**不同**材料的功能层，但基于对比文件公开了多种可选材料，并且本领域技术人员为了优化不同位置（如底部用于阻挡Mn扩散，顶部用于平滑界面）的性能，有动机选择最适合该位置功能的材料，从而可能使用不同的材料。这种选择属于本领域技术人员的常规设计范畴。因此，该技术特征被隐含公开。 |
| 技术特征K：其中所述第二功能层由相同于所述第一功能层的材料形成。《隐含公开》 | [0044] For example, the diffusion barrier 326 may comprise an amorphous CoFe based alloy, such as CoFe doped with B. [0063] ... the reference layer 552 ... may comprise a bilayer including a first layer of CoFe 510 and a second layer of amorphous material 550 such as the amorphous materials described for diffusion barrier 326 of FIG. 4... | 如特征J所述，对比文件公开了功能层的多种材料选项。[0063]段明确指出，顶部非晶材料层550可以采用与底部扩散阻挡层326**相同**的材料（“such as the amorphous materials described for diffusion barrier 326 of FIG. 4”）。这直接教导了在不同位置使用相同材料的功能层的可能性。因此，本领域技术人员能够从对比文件中直接得到“第二功能层由相同于第一功能层的材料形成”的技术方案。该特征被隐含公开。 |
| 技术特征L：其进一步包括与所述第一功能层安置于同一底部钉扎层或顶部钉扎层中的第二功能层。《隐含公开》 | [0063] ... the reference layer 552 may comprise a bilayer including a first layer of CoFe 510 and a second layer of amorphous material 550 ... (在同一顶部钉扎层“参考层”中包含功能层) [0057] ... one or both of the ferromagnetic layers comprising the AP layer, 306 and 310, may be replaced by a thin amorphous ferromagnetic layer, or a diffusion layer may be inserted at the top or bottom surfaces of either of the layers 306 and 310, or may be inserted at a position within the interior of either or both of the layers 306 and 310. | 对比文件[0063]段描述了参考层552可以是一个双层，其中包含一个非晶材料层550。这实际上公开了在同一个“顶部钉扎层”（参考层）内包含了一个功能层（非晶材料层）。[0057]段进一步概括说明，可以在钉扎层（AP层）的顶部或底部表面插入扩散层，或者插入到钉扎层（306或310）的内部。这教导了在单个钉扎层内设置功能层的概念。虽然对比文件没有明确记载在同一钉扎层内设置两个功能层，但基于其“一个或多个”以及可在内部插入的教导，本领域技术人员为了进一步增强该钉扎层的某项性能（如同时优化扩散阻挡和界面平滑），有可能在该钉扎层内插入不止一个功能层。因此，该技术特征被隐含公开。 |
| 技术特征M：其进一步包括反铁磁层、隧穿势垒层、自由层和/或罩盖层。《直接公开》 | [0031] The MTJ memory cell 202 comprises a first magnetic layer ML1, a tunnel barrier layer (TL) disposed over the first magnetic layer ML1, and a second magnetic layer ML2 disposed over the tunnel barrier layer TL... [0032] The first magnetic layer ML1 comprises an anti-ferromagnetic (AF) layer 204... [0048] ... A tunnel barrier layer TL is formed over the anti-parallel layer 316. [0049] A free layer 314 is formed over the tunnel barrier layer TL. [0052] ... a cap layer 328 is formed over the free layer 314. | 对比文件明确且反复地描述了MTJ存储单元包含所有这些层：反铁磁层（AF layer 204, 304）、隧穿势垒层（TL）、自由层（free layer 314）和罩盖层（cap layer 328）。具体引用见[0031]、[0032]、[0048]、[0049]、[0052]段。因此，这些附加层结构被对比文件直接公开。 |
| 技术特征N：其中所述存储元件集成在选自由以下各项组成的群组的电子装置中：机顶盒、音乐播放器、视频播放器、导航装置、通信装置、个人数字助理PDA、固定位置数据单元和计算机。《直接公开》 | [0002] Semiconductors are used in integrated circuits for electronic applications, including radios, televisions, cell phones, and personal computing devices, as examples. [0008] Therefore, MRAM devices have the potential to replace flash memory, DRAM and SRAM devices in electronic applications where memory devices are needed in the future. | 对比文件[0002]段明确指出半导体集成电路（包含如MRAM等存储器件）用于各种电子应用，并列举了收音机、电视机、手机和个人计算设备。这些设备类别涵盖了目标专利权利要求中列举的“通信装置”和“计算机”。[0008]段进一步指出MRAM设备有潜力在未来需要存储器的电子应用中替代其他存储器。虽然未逐一列举目标专利的所有具体设备名称，但“个人计算设备”已覆盖“计算机”，而“手机”是“通信装置”的一种。本领域技术人员公知，MRAM/STT-MRAM作为通用非易失性存储器技术，其目标应用场景就包括权利要求所列的各类电子装置。对比文件给出的应用领域教导与目标专利一致。因此，该特征被直接公开。 |
| 技术特征O：其中所述STT-MRAM装置集成在至少一个半导体裸片中。《直接公开》 | [0037] A workpiece 320 is provided. The workpiece 320 may include a semiconductor substrate comprising silicon or other semiconductor materials covered by an insulating layer, for example. The workpiece 320 may also include other active components or circuits formed in a CMOS front end of line (FEOL) fabrication process... | 对比文件[0037]段描述了在半导体衬底（workpiece）上制造MTJ存储单元，并且该衬底上可以包含CMOS前端工艺形成的电路。这明确公开了MTJ存储元件（作为MRAM/STT-MRAM装置的一部分）是制造在半导体衬底上的。制造在半导体衬底上的集成电路最终会被切割成半导体裸片（die）。因此，该特征被直接公开。 |
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