CN104934529A - 可用于磁性器件的磁性结及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于提供可在磁性器件中使用的磁性结的方法以及该磁性结。该方法包括提供自由层、被钉扎层以及在自由层和被钉扎层之间的非磁性间隔层。自由层在写电流经过磁性结时可在多个稳定的磁态之间切换。提供自由层的步骤中的至少一个包括第一多个步骤，提供被钉扎层的步骤包括第二多个步骤。第一和第二多个步骤包括沉积层的一部分、沉积牺牲层、退火磁性结的在牺牲层下面的部分以及沉积该层的剩余部分。该层可以是自由层、被钉扎层或两者。

Description

可用于磁性器件的磁性结及其形成方法
技术领域
本发明涉及可用于磁性器件的磁性结及其形成方法，更具体而言，涉及可用于自旋转移矩磁性器件的垂直磁各向异性磁性结以及利用牺牲***层形成其的方法。
背景技术
磁存储器，尤其是磁随机存取存储器(MRAM)，由于它们的高读/写速度的潜力、优良的耐久性、非易失性和操作期间的低功耗而引越来越多的关注。MRAM能够利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。一种类型的MRAM是自旋转移矩随机存取存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM使用磁性结，该磁性结通过被驱动经过磁性结的电流而被至少部分地写入。被驱动经过磁性结的自旋极化电流施加自旋扭矩在磁性结中的磁矩上。结果，具有响应所述自旋扭矩的磁矩的层可以被切换到期望状态。
例如，图1描绘了示出常规磁隧道结(MTJ)10，如同其可以被用于常规STT-MRAM一样。常规MTJ 10一般地位于衬底12上。底部接触14和顶部接触22可以用于驱动电流通过常规MTJ 10。常规MTJ使用常规籽层(未示出)，可以包括覆盖层(未示出)并可以包括常规反铁磁(AFM)层(未示出)。常规磁性结10包括常规被钉扎层16、常规隧穿势垒层18和常规自由层20。还示出顶部接触22。常规接触14和22用于在电流垂直于平面(CPP)方向上或沿如图1所示的z轴驱动电流。一般地，在层16、18和20当中的常规被钉扎层16最靠近衬底12。
常规被钉扎层16和常规自由层20是磁性的。常规被钉扎层16的磁化17被固定或钉扎在特定方向上。尽管被示为简单(单一)层，但是常规被钉扎层16可以包括多个层。例如，常规被钉扎层16可以是包括通过薄的导电层诸如Ru反铁磁耦合的磁性层的合成反铁磁(SAF)层。在这样的SAF中，可以使用与Ru薄层交替的多个磁层。在另一实施例中，跨Ru层的耦合能够是铁磁的。
常规自由层20具有可改变的磁化21。尽管被示为简单层，但是常规自由层20也可以包括多个层。例如，常规自由层20可以是包括通过薄的导电层诸如Ru反铁磁或铁磁耦合的磁性层的合成层。虽然被示为垂直于平面，但是常规自由层20的磁化21可以在平面内。因此，被钉扎层16和自由层20可以具有分别垂直于所述层的平面取向的其磁化17和21。
为切换常规自由层20的磁化21，电流被垂直于平面(在z方向上)驱动。当足够的电流被从顶部接触22驱动到底部接触14时，常规自由层20的磁化21可以切换到平行于常规被钉扎层16的磁化17。当足够的电流被从底部接触11驱动到顶部接触22时，自由层的磁化21可以切换到反平行于被钉扎层16的磁化。磁配置上的差异对应于常规MTJ 10的不同磁阻并因此对应于常规MTJ 10的不同逻辑状态(例如逻辑“0”和逻辑“1”)。
由于它们在各种应用中使用的可能性，正在进行磁存储器的研究。例如，期望用于改善STT-RAM的性能的机制。因此，所需要的是可以改善基于自旋转移矩的存储器的性能的方法和***。这里描述的方法和***解决了这样的需求。
发明内容
描述了一种用于提供可用于磁性器件中的磁性结的方法以及该磁性结。该方法包括提供自由层、被钉扎层以及在自由层和被钉扎层之间的非磁性间隔层。自由层在写电流经过磁性结时可在稳定的磁态之间切换。提供自由层的步骤中的至少一个包括第一多个步骤，提供被钉扎层的步骤包括第二多个步骤。第一次和第二多个步骤包括沉积层的一部分、沉积牺牲层、退火磁性结的在牺牲层下面的部分以及沉积该层的剩余部分。该层可以是自由层、被钉扎层或两者。因此，第一多个步骤包括沉积自由层的第一部分、沉积第一牺牲层、在大于25摄氏度的第一温度退火至少自由层的的一部分和第一牺牲层、除去第一牺牲层；以及沉积自由层的第二部分。第二多个步骤包括沉积被钉扎层的第一部分、沉积第二牺牲层、在大于25摄氏度的第二温度退火至少被钉扎层的第一部分和第二牺牲层、限定磁性结的包括自由层、非磁性间隔层和被钉扎层的第一部分的部分、除去第二牺牲层以及沉积被钉扎层的第二部分。
附图说明
图1示出常规的磁性结。
图2示出了用于提供可用于磁存储器中并可利用自旋转移矩编程的磁性结的方法的示范性实施例。
图3示出可用于磁存储器中并可利用自旋转移矩编程的磁性结的示范性实施例。
图4示出可用于磁存储器中并可利用自旋转移矩编程的磁性结的另一示范性实施例。
图5示出用于提供可用于磁存储器中并可利用自旋转移矩编程的磁性结的一部分的方法的另一示范性实施例。
图6示出可用于磁存储器中并可利用自旋转移矩编程的磁性结的示范性实施例。
图7示出用于提供可用于磁存储器中并可利用自旋转移矩编程的磁性结的方法的另一示范性实施例。
图8示出可用于磁存储器中并可利用自旋转移矩编程的磁性结的示范性实施例。
图9示出用于提供可用于磁存储器中并可利用自旋转移矩编程的磁性结的方法的另一示范性实施例。
图10-22示出可用于磁存储器中并可利用自旋转移矩编程的磁性结在制造期间的示范性实施例。
图23-24示出可用于磁存储器中并可利用自旋转移矩编程的磁性结在制造期间的另一示范性实施例。
图25示出利用存储单元(或多个存储单元)的存储元件(或多个存储元件)中的磁性结的存储器的示范性实施例。
具体实施方式
示范性实施例涉及可用于磁性器件诸如磁存储器的磁性结以及利用这样的磁性结的装置。磁存储器可以包括自旋转移矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)并可以用于采用非易失性存储器的电子设备中。这样的电子设备包括但是不限于蜂窝电话、智能电话、平板、膝上型计算机以及其它便携式和非便携式的计算装置。下面的描述被给出以使得本领域普通技术人员能够制造和使用本发明，并在专利申请及其要求的背景下提供。对示范性实施例以及这里描述的一般原理和特征的各种修改将易于变得明显。示范性实施例主要在特定实施中提供的特定方法和***方面被描述。然而，该方法和***在其它实施中将有效运行。诸如“示范性实施例”、“一个实施例”和“另一实施例”的术语可以指的是相同或不同的实施例以及多个实施例。实施例将关于具有特定部件的***和/或装置进行描述。然而，***和/或装置可以包括比示出的部件多或少的部件，并且可以进行部件的布置和类型的变化而不脱离本发明的范围。示范性实施例也将在具有某些步骤的特定方法的背景下进行描述。然而，该方法和***对于具有不同/额外步骤和与示范性实施例不一致的不同顺序的步骤的其它方法有效地运行。因此，本发明并不旨在被限于所示的实施例，而是将被给予与这里描述的原理和特征一致的最宽范围。
用于提供磁性结的方法和***以及利用该磁性结的磁存储器被描述。示范性实施例提供了一种用来提供可用于磁性器件中的磁性结的方法和磁性结。该方法包括提供自由层、被钉扎层以及在自由层和被钉扎层之间的非磁性间隔层。自由层在写电流经过磁性结时可在稳定的磁态之间切换。提供自由层的步骤中的至少一个包括第一多个步骤，提供被钉扎层的步骤包括第二多个步骤。第一和第二多个步骤包括沉积层的一部分、沉积牺牲层、退火磁性结的在牺牲层下面的部分以及沉积该层的剩余部分。该层可以是自由层、被钉扎层或两者。因此，第一多个步骤包括沉积自由层的第一部分、沉积第一牺牲层、在大于25摄氏度的第一温度退火至少自由层的第一部分和第一牺牲层、除去第一牺牲层以及沉积自由层的第二部分。第二多个步骤包括沉积被钉扎层的第一部分、沉积第二牺牲层、在大于25摄氏度的第二温度退火至少被钉扎层的第一部分和第二牺牲层、限定磁性结的包括自由层、非磁性间隔层和被钉扎层的第一部分的部分、除去第二牺牲层以及沉积被钉扎层的第二部分。
示范性实施例在特定方法、磁性结和具有某些部件的磁存储器的背景下被描述。本领域普通技术人员将容易认识到，本发明与具有其它和/或额外的部件和/或与本发明不一致的其它特征的磁性结和磁存储器的使用一致。该方法和***也在对自旋转移现象、磁各向异性以及其它物理现象的当前理解的背景下被描述。因此，本领域普通技术人员将容易认识到，该方法和***的表现的理论解释是基于自旋转移、磁各向异性和其它物理现象的该当前理解进行的。然而，这里描述的方法和***不依赖于特定的物理解释。本领域普通技术人员还将易于认识到，该方法和***在与衬底具有特定关系的结构的背景下描述。然而，本领域普通技术人员将易于认识到，该方法和***与其它结构一致。此外，该方法和***在某些层为合成和/或简单的背景下被描述。然而，本领域普通技术人员将易于认识到，所述层可以具有另外结构。此外，该方法和***在具有特定层的磁性结和/或子结构的背景下被描述。然而，本领域普通技术人员将易于认识到，也可以采用具有与该方法和***不一致的额外和/或不同的层的磁性结和/或子结构。而且，某些部件被描述为磁性的、铁磁性的和亚铁磁的。如这里使用的，术语“磁性的”可以包括铁磁的、亚铁磁的或类似的结构。因此，如这里所使用的，术语“磁性的”或“铁磁的”包括但不限于铁磁体和亚铁磁体。如这里所用的，“平面内”基本上在磁性结的一个或多个层的平面内或与其平行。相反地，“垂直”和“垂直于平面”对应于基本上垂直于磁性结的一个或多个层的方向。
图2示出用于制造磁性结的方法100的示范性实施例，该磁性结可用于磁性器件诸如自旋转移矩随机存取存储器(STT-RAM)并因此可用于各种电子设备中。为简单起见，一些步骤可以被省略、另外地进行或被结合。此外，方法100可以在已经进行了形成磁存储器的其它步骤之后开始。
自由层经由步骤102提供。步骤102包括沉积用于自由层的材料。自由层可以被沉积在籽层上。籽层可以被选择用于各种目的，包括但不限于自由层的期望晶体结构、自由层的磁各向异性和/或磁阻尼。例如，自由层可以被提供在促进自由层中的垂直磁各向异性的籽层诸如晶体MgO层上。如果制造双磁性结，则自由层可以形成在另一非磁性间隔层上。该非磁性间隔层可以是上述MgO籽层。被钉扎层形成在这样的间隔层下面。
在步骤102中提供的自由层可以被期望具有超过退磁能的垂直磁各向异性。自由层的磁矩可以因此在面外(包括垂直于平面)是稳定的。此外，极化增强层(PEL)可以被提供为自由层的部分，或者除自由层之外，还可以提供极化增强层(PEL)。PEL包括高自旋极化材料。在步骤102中提供的自由层也被配置为当写电流经过磁性结时在稳定的磁态之间切换。因此，自由层可利用自旋转移矩切换。在步骤102中提供的自由层在操作温度是磁性和热稳定的。尽管步骤102在提供自由层的背景下被讨论，但是自由层的边缘可以从随后被提供的叠层限定。
在一些实施例中，步骤102包括额外的步骤。在这样的实施例中，自由层的第一部分被首先沉积。自由层的第一部分可以包括包含Co、Fe和/或B的磁性层。例如，可以沉积具有不超过二十原子百分数的B的CoFeB层。在这样的实施例中，步骤102还包括在第一铁磁层上沉积牺牲***层使得所述层共享界面。牺牲***层可以包括对硼具有亲合力、具有低扩散性并对于下面的层为相对好的晶格匹配的材料。例如，在下面的铁磁层和牺牲***层之间的晶格常数的差异可以小于百分之十。牺牲***层可以是薄的。在一些实施例中，牺牲***层小于十埃厚。在一些这样的实施例中，牺牲***层可以不超过四埃并大于一埃。在其它的实施例中，可以使用其它厚度。然后牺牲***层和下面的层在室温以上的温度(例如，二十五摄氏度以上)被退火。例如，可以使用在300-400摄氏度的范围内的温度的快速热退火(RTA)。在其它的实施例中，退火可以以另外的方式进行，包括但不限于分片供热(blockheating)。退火还可以在其它的温度进行。在退火之后，牺牲***层经由例如等离子体蚀刻被除去。在其它的实施例中，牺牲***层可以以包括但不限于离子研磨或化学机械平坦化的另外方式被除去。在去除步骤中，下面的铁磁层的某些部分可以被除去。自由层的剩余部分，如果有，可以然后被沉积。例如，第二铁磁层可以被沉积在暴露的第一铁磁层上。该第二铁磁层可以是另外的CoFeB。在一些实施例中，所提供的磁性材料的总量允许自由层具有超过退磁能的垂直磁各向异性。例如，在步骤102的终点第一和第二铁磁层一起可以具有不超过三十埃并且大于十五埃的总厚度。在某些这样的实施例中，总厚度不超过二十五埃。例如，总厚度可以是至少十六埃并且小于二十埃。在其它的实施例中，自由层可以以另外的方式形成。
非磁性间隔层经由步骤104被提供。在一些实施例中，晶体MgO隧穿势垒层可以被期望用于正被形成的磁性结。步骤104可以包括沉积形成隧穿势垒层的MgO。在一些实施例中，步骤104可以包括利用例如射频(RF)溅射沉积MgO。金属Mg可以被沉积，然后在步骤104中被氧化以提供Mg的自然氧化物。MgO势垒层/非磁性间隔层也可以以另外的方式形成。如以上关于步骤102讨论的，非磁性间隔层的边缘可以随后被限定，例如在沉积磁性结的剩余层之后。步骤104可以包括退火磁性结的已经形成的部分以提供具有(100)取向的晶体MgO隧穿势垒以增强磁性结的隧穿磁阻(TMR)。
被钉扎层经由步骤106被提供。因此，非磁性间隔层在被钉扎层和自由层之间。在一些实施例中，在步骤102中形成自由层之后，在步骤106中形成被钉扎层。在其它的实施例中，可以首先形成自由层。被钉扎层是磁性的并可以在磁性结的操作的至少一部分期间使其磁化被钉扎或固定在特定方向上。被钉扎层可以因此在操作温度是热稳定的。在步骤106中形成的被钉扎层可以是简单(单一)层或可以包括多个层。例如，在步骤106中形成的被钉扎层可以是包括通过薄的非磁性层诸如Ru被反铁磁或铁磁耦合的磁层SAF。在这样的SAF中，每个磁性层也可以包括多个层。被钉扎层也可以是另外的多层。在步骤106中形成的被钉扎层可以具有超过面外退磁能的垂直各向异性能。因此，被钉扎层可以使磁矩垂直于平面取向。被钉扎层的磁化的其它取向是可能的。此外，注意到，其它的层诸如PEL或耦合层可以***在被钉扎层与非磁性间隔层之间。
在一些实施例中，步骤106包括类似于以上关于步骤102描述的那些的多个步骤。例如，首先沉积被钉扎层的第一部分。被钉扎层的第一部分可以包括包含Co、Fe和/或B的磁性层。例如，可以沉积CoFeB层，其具有不超过二十原子百分数的B。PEL或其它的结构也可以已经被沉积在被钉扎层和非磁性间隔层之间。在这样的实施例中，步骤106还包括在被钉扎层的已经形成的部分上沉积另外的牺牲***层。在一些实施例中，牺牲***层被直接沉积在铁磁层上。在其它的实施例中，其它层可以被沉积在铁磁层和牺牲***层之间。牺牲***层可以包括对硼具有亲合力、具有低扩散并对于下面的层为相对好的晶格匹配的材料。例如，下面的铁磁层和牺牲***层之间的晶格常数的差异可以小于百分之十。牺牲***层可以是薄的。在一些实施例中，牺牲***层具有与以上关于自由层描述的相同厚度。在其它的实施例中，可以使用其它的厚度。然而，牺牲***层被期望是连续的以允许以下讨论的图案化。然后，牺牲***层和下面的层在室温以上的温度被退火。例如，可以使用在300-400摄氏度的范围内的温度的RTA。在其它的实施例中，退火可以以另外的方式进行。在退火之后，磁性结在牺牲***层下面的部分被限定。例如，磁性结的边缘可以利用光刻掩模和离子研磨或用于蚀刻该层的其它机构来限定。非磁性绝缘层诸如氧化铝可以被沉积以再填充磁性结周围的区域。也可以进行平坦化。然后，牺牲层可以例如经由等离子体蚀刻被除去。还可以使用其它的去除方法。在去除步骤中，在下面的铁磁层的一些部分可以被除去。被钉扎层的剩余部分，如果有，可以然后被沉积。例如，额外的铁磁层可以被直接沉积在暴露的第一铁磁层上。在其中被钉扎层为SAF的实施例中，非磁性层诸如Ru可以被沉积并且另一磁性层被提供在该非磁性层上。在其它的实施例中，被钉扎层可以以另外的方式形成。
图3示出磁性结200以及周围结构的示范性实施例，磁性结200可以利用方法100制造。为了清晰，图3没有按比例绘制。磁性结200可以用于磁性器件诸如STT-RAM中并因此可以用于各种电子设备中。磁性结200包括具有磁矩211的自由层210、非磁性间隔层220以及具有磁矩231的被钉扎层230。还示出下面的衬底201，其中可以形成包括但不限于晶体管的器件。还示出底部接触202、顶部接触208、可选的籽层204以及可选的覆盖层206。如在图3中可见的，被钉扎层230靠近磁性结200的顶部(离衬底201最远)。可选的钉扎层(未示出)可以用于固定被钉扎层230的磁化(未示出)。在一些实施例中，可选的钉扎层可以是通过交换偏置相互作用钉扎被钉扎层230的磁化(未示出)的AFM层或多层。然而，在其它的实施例中，可选的钉扎层可以被省略或可以使用另外的结构。此外，在一些实施例中，被钉扎层230和自由层210相对于衬底201的取向可以被颠倒。因此，在备选实施例中，被钉扎层230可以比自由层210靠近衬底。
在图3所示的实施例中，被钉扎层230和自由层210的每个的垂直磁各向异性能超过被钉扎层230和自由层210的面外退磁能。因此，自由层210和被钉扎层230的磁矩211和231分别可以垂直于平面。换句话说，自由层231的稳定的磁态可以具有在+z方向或–z方向取向的磁矩。自由层210和被钉扎层230每个包括短划线，该短划线表示层210和/或230的部分可以借助于在完成磁性结200之前被除去的牺牲***层而被分开地形成。
磁性结200还配置为当写电流经过磁性结200时允许自由层210在稳定的磁态之间切换。因此，当写电流在电流垂直于平面(CPP)方向上被驱动经过磁性结200时，自由层210可利用自旋转移矩切换。存储在磁性结210中的数据以及因此自由层210的磁化方向可以通过驱动读电流经过磁性结200而被读取。读电流也可以在CPP方向上被驱动经过磁性结200。因此，磁性结200的磁阻提供读信号。
磁性结200和自由层210可以由于利用步骤102和/或106的制造而具有改善的性能。以下关于特定的物理机制描述益处。然而，本领域普通技术人员将容易地认识到，这里描述的方法和***不取决于特定的物理解释。如果在步骤102中利用牺牲***层形成自由层210，则自由层210可以更厚，仍然具有垂直于平面的稳定状态用于磁矩211、改善的磁阻和/或更小的阻尼。如果在没有牺牲***层的情况下形成，则自由层通常不超过大致十二埃厚以便保持垂直于平面的磁矩。例如，大致十五埃厚的铁磁CoFeB层具有面内磁矩。尽管较薄的自由层具有垂直于平面的磁矩，但是可以减少磁阻。如果自由层在两个MgO层诸如MgO籽层和MgO非磁性间隔层之间，则这种减小可以特别地值得注意。人们相信，隧穿磁阻的减小可以是由于自由层和MgO层的结晶度的抵触引起。可选地，自由层可以形成有在两个磁性层之间的永久***层。这样的自由层可以具有大于十二埃的总厚度。磁性层仍然通过永久***层分离。每个磁性层仍然为大约不超过十二埃厚以便保持垂直于平面的磁矩。这样的较薄的磁性层/自由层可以具有垂直于平面的磁矩。此外，可以改善磁阻。例如，永久***层诸如W可以减少周围层诸如MgO层与自由层的结晶度之间的抵触。这可以允许更高的磁阻。然而，阻尼会比期望的更高。这样的高阻尼会增大切换电流(切换自由层的磁矩的状态所需的写电流)。较高的切换电流通常是不期望的。因此，这样的磁性结的性能会受损。
与这样的磁性结相反，磁性结200可以在制造期间由于牺牲***层(图3中未示出)的使用而具有更高的磁阻。使用牺牲***层和随后退火自由层210的底部分可以允许在形成非磁性间隔层220之前自由层210的结晶化。人们相信，这可以至少部分地归因于牺牲***层对于B和O的亲合力，B和O可以另外地在自由层210中。自由层210可以因此被制造为较大的厚度同时仍然保持期望的晶体结构和垂直各向异性。例如，自由层210厚于十五埃，但是仍然可以具有垂直于平面的磁矩231。在一些实施例中，自由层210不超过二十五埃厚。例如，自由层210可以是至少十六埃厚并且不超过二十埃厚。磁性结200可以因此具有更高的磁阻。去除牺牲***层也可以减少自由层210中的阻尼。自由层210因此可以表现出低的切换电流。小的写电流可以用于对磁性结编程。性能可以因此被改善。
在步骤106中被钉扎层230的制造还可以改善磁性器件中的磁性结200的性能。因为底层204、210、220以及部分的230可以在整个被钉扎层230被沉积之前限定，所以磁性结200的较薄部分在此限定步骤中被除去。可以减轻在此限定步骤中在磁性器件中由于最邻近的磁性结引起的遮蔽(shadowing)。类似的好处可以在限定磁性结200的剩余部分诸如层230的剩余部分和覆盖层206时实现。因此，磁性结200可以定位得更靠近另外的磁性结(图3中未示出)而没有不利地影响制造。因此，该制造可以被改善并且更密集地堆积的存储器件被实现。如果步骤102和106两者均使用牺牲***层，则可以实现以上关于磁性结的性能以及磁性器件的封装/制造两者描述的益处。
图4示出磁性结200'以及周围结构的示范性实施例，磁性结200'可以利用方法100制造。为了清晰，图4没有按比例绘制。磁性结200'可以被用于磁性器件诸如STT-RAM中并因此可以被用于各种电子设备中。磁性结200'类似于磁性结200。因此，类似的部件具有类似的标记。磁性结200'包括与在磁性结200中示出的具有磁矩211的自由层210、非磁性间隔层220以及具有磁矩231的被钉扎层230类似的具有磁矩211的自由层210、非磁性间隔层220以及具有磁矩231的被钉扎层230。还示出与用于磁性结200的衬底201、底部接触202、顶部接触208、可选的籽层204以及可选的覆盖层206类似的在下面的衬底201、底部接触202、顶部接触208、可选的籽层204以及可选的覆盖层206。
图4所示的磁性结200'是双磁性结。因此，磁性结200'还包括额外的非磁性间隔层240和额外的被钉扎层250。被钉扎层250可以类似于被钉扎层230。因此，被钉扎层250可以具有垂直于平面的磁矩251。在示出的实施例中，磁性结200'为二重状态。因此，磁矩231和251是反平行的。在另一实施例中，磁矩231和251可以为反二重(antidual)或平行的状态。在另一些实施例中，磁矩231和251可以在操作期间在反二重和二重状态之间切换。非磁性间隔层240类似于非磁性间隔层220。然而，非磁性间隔层240可以具有不同于非磁性间隔层220的厚度和/或可以由与非磁性间隔层220不同的材料形成。例如，层220和240可以两者均为(100)MgO。然而，单层诸如非磁性间隔层240可以是较薄的。在一些实施例中，层240的厚度可以为层220的厚度的大约百分之三十。
双磁性结200'可以共享磁性结200的益处。因此，磁性结200'可以具有改善的磁阻、减少的阻尼和切换电流，和/或可以在磁性器件中更密集地堆积。
图5示出用于制造磁性结的一部分的方法110的示范性实施例，该磁性结可用于磁性器件诸如STT-RAM并因此可用于各种电子设备中。为简单起见，一些步骤可以被省略、以别的方式进行或被结合。此外，方法110可以在已经进行了形成磁存储器的其它步骤之后开始。方法110可以用于进行方法100的步骤102。然而，在其它的实施例中，方法110可以用于制造磁性结200的另一部分诸如被钉扎层，和/或可以用于与另一制造工艺结合。
方法110可以在已经形成了其它层诸如籽层之后开始。例如，在一个实施例中，方法110在已经沉积了具有(100)取向的晶体MgO籽层之后开始。如果制造双磁性结，则MgO“籽”层可以是已经形成在被钉扎层上的另一非磁性间隔层。此外，PEL可以被提供作为自由层的部分，或除自由层之外，还可以提供PEL。
自由层的第一部分经由步骤112被沉积。自由层的第一部分可以包括包含Co、Fe和/或B的磁性层。例如，可以沉积具有不超过二十原子百分数的B的CoFeB层。在一些实施例中，该铁磁层的厚度可以高达二十五埃。在一些实施例中，该铁磁层可以为至少十五埃。然而，在其它的实施例中，其它的厚度和/或其它的层是可能的。
牺牲***层经由步骤114被沉积在第一铁磁层上使得所述层共用界面。牺牲***层可以因此包括对硼具有亲合力、具有低扩散并对于下面的CoFeB层为相对好的晶格匹配的材料。例如，下面的铁磁性层和牺牲***层之间的晶格常数的差异可以小于百分之十。牺牲***层可以包括Bi、W、I、Zn、Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、Ti、Ba、K、Na、Rb、Pb和Zr中的一种或多种。在一些实施例中，牺牲***层由Bi、W、I、Zn、Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、Ti、Ba、K、Na、Rb、Pb和/或Zr组成。牺牲***层可以是薄的，例如小于十埃厚。在一些这样的实施例中，牺牲***层的厚度可以不超过四埃并大于一埃。在其它的实施例中，可以使用其它的厚度。
牺牲***层和下面的层然后经由步骤116在室温以上的温度被退火。例如，可以使用在300-400摄氏度的范围内的温度的RTA。在其它的实施例中，退火可以以另外的方式和/或在其它的温度进行。可以进行步骤116的退火，使得在下面的CoFeB层以期望的结构和取向结晶。此外，CoFeB层中的过量的B和/或铁磁层中的过量的氧可以在退火期间被牺牲***层吸收。
在退火之后，牺牲***层经由步骤118被除去。例如，可以使用等离子体蚀刻。在其它的实施例中，牺牲***层可以以包括但不限于离子研磨或化学机械平坦化的另外方式被除去。在步骤118中，下面的CoFeB层的某些部分可以被除去。在步骤118之后，CoFeB的剩余厚度可以被期望大于零但是不超过十五埃。在一些实施例中，在步骤112中形成的CoFeB层的剩余部分可以不超过十二埃。在一些这样的实施例中，CoFeB层在步骤118之后不超过十埃厚。然而，CoFeB层的完全去除是不期望的。
自由层的剩余部分，如果有，可以然后经由步骤120被沉积。例如，第二CoFeB铁磁层可以被沉积在暴露的第一铁磁层上。因此，第一和第二磁性(例如CoFeB)层可以共用界面。可选地，可以形成包括多层的另一层。尽管给出的磁性材料的总量，自由层具有超过退磁能的垂直磁各向异性。在步骤118之后第一铁磁层的剩余部分和在步骤120中提供的第二铁磁层一起具有大于十五埃的总厚度。这两个层的总厚度可以不超过三十埃。在一些这样的实施例中，总厚度不超过二十五埃。例如，总厚度可以是至少十六埃并且小于二十埃。在一些实施例中，第一和第二铁磁层的每个的厚度不超过十五埃厚。
图6示出磁性结200”的示范性实施例，磁性结200”可以利用方法110制造。为了清晰，图6没有按比例绘制。磁性结200”可以用于磁性器件诸如STT-RAM中并因此可用于各种电子设备中。磁性结200”类似于磁性结200。因此，类似的部件具有类似的标记。磁性结200”包括与在磁性结200中示出的具有磁矩211的自由层210、非磁性间隔层220以及具有磁矩231的被钉扎层230类似的具有磁矩211的自由层210、非磁性间隔层220以及具有磁矩231A/231B的被钉扎层230'。还示出在下面的可选的籽层204，该可选的籽层204类似于用于磁性结200的可选的籽层204。籽层204可以在示出的实施例中为晶体MgO籽层。MgO籽层204可以提高自由层210的垂直磁各向异性。
图6还示出可选的Fe***层260和可选的PEL 270。例如，PEL 270可以是CoFeB合金层、FeB合金层、Fe/CoFeB双层、半金属层或哈斯勒(Heusler)合金层。还可以提供其它的高自旋极化材料。在一些实施例中，PEL 270还被配置为提高被钉扎层230'的垂直磁各向异性。此外，被钉扎层230'是SAF，包括通过非磁性层234分离的铁磁层232和236。铁磁层232和236通过非磁性层234反铁磁耦合。在一些实施例中，一个或多个铁磁层232可以是多层。被钉扎层230'可以利用方法100的步骤106制造。因此，部分磁性结200”可以在形成部分被钉扎层230'之前被限定。在其它的实施例中，层232、234和236可以在限定磁性结230”的边缘之前被沉积。
图6所示的磁性结200”利用方法110用于方法100的步骤102形成。自由层210因此包括通过短划线分离的两个部分。自由层210的在短划线下面的底部分在步骤112中沉积。该层的某些部分可以在步骤118中已经被除去。自由层210的在短划线以上的顶部分在步骤120中沉积。尽管短划线基本上成两半地划分自由层210，但是自由层210的不同部分可以超过或低于该短划线。自由层210'可以因此被认为包括具有大于十五埃的厚度的单一的铁磁层。然而，该铁磁层的各部分在方法110的不同步骤中沉积。在图6所示的实施例中，自由层210由这样的单一的铁磁层组成。在一些实施例中，该铁磁层是包括不超过二十原子百分数B的CoFeB层。
因为自由层210在方法110中利用牺牲***层形成，所以自由层210可以是更厚的，仍然具有对于磁矩211的垂直于平面的稳态、改善的磁阻和/或更小的阻尼。用于步骤116-118的牺牲***层和退火可以改善自由层210的结晶性。这可以允许较高的磁阻。在沉积自由层210的剩余部分之前在步骤118中去除牺牲***层改善自由层210的阻尼。自由层210可以因此被制造为较大的厚度同时仍然保持期望的晶体结构和垂直各向异性。例如，自由层210比十五埃厚，但是仍然可以具有垂直于平面的磁矩211。在一些实施例中，自由层210不超过二十五埃厚。例如，自由层210可以是至少十六埃厚并且不超过二十埃厚。磁性结200”可以因此具有较高的磁阻。去除牺牲***层也可以减少自由层210中的阻尼。自由层210因此可以表现出低的切换电流。小的写电流可以被用于对磁性结编程。性能可以因此被改善。
被钉扎层230'也可以改善磁性器件中的磁性结200”的性能。具体地，磁性结的包括层210、260、220、270和一些部分的层230'的部分可以被首先限定。被钉扎层230'的剩余部分被随后限定。可以减轻在这些限定步骤期间的遮蔽(shadowing)。因此，该制造可以被改善并且更密集地堆积的存储器件被实现。
图7示出用于制造磁性结的一部分的方法130的示范性实施例，该磁性结可用于磁性器件诸如STT-RAM以及因此可用于各种电子设备中。为简单起见，一些步骤可以被省略、以别的方式进行或被结合。此外，方法130可以在已经进行了形成磁存储器的其它步骤之后开始。方法130类似于方法100的步骤106的实施例。因此，方法130可以在已经提供了自由层和非磁性间隔层之后开始。
被钉扎层的第一部分经由步骤132被沉积。被钉扎层的该第一部分可以是单层或多层。例如，被钉扎层的第一部分可以包括包含Co、Fe和/或B的磁性层。例如，可以沉积具有不超过二十原子百分数的B的CoFeB层。PEL或其它结构也可以已经被沉积在被钉扎层和非磁性间隔层之间。还可以沉积包括交插有非磁性层的铁磁层的多层，诸如Co/Pt多层。如果在方法130中形成的被钉扎层是SAF，则步骤132可以包括沉积磁性(多)层的一部分；磁性(多)层和非磁性层的一些或全部；或磁性(多)层、非磁性层以及顶部磁性(多)层的一部分。然而，通常，被钉扎层的较小的部分在步骤132中被沉积。这允许在下面的步骤138中限定较薄的结构。
牺牲***层经由步骤134被沉积在被钉扎层的已经形成的部分上。牺牲***层可以包括对硼具有亲合力、具有低扩散并对于下面的层为相对好的晶格匹配的材料。例如，下面的铁磁层和牺牲***层之间的晶格常数的差异可以小于百分之十。例如，牺牲***层可以包括Bi、W、I、Zn、Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、Ti、Ba、K、Na、Rb、Pb和Zr中的一种或多种。在一些实施例中，牺牲***层由Bi、W、I、Zn、Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、Ti、Ba、K、Na、Rb、Pb和/或Zr组成。牺牲***层可以是薄的。然而牺牲***层被期望是连续的以允许以下论述的图案化。
牺牲***层以及下面的层然后经由步骤136被退火。例如，可以使用在300-400摄氏度的范围内的温度的RTA。在其它的实施例中，退火可以以另外的方式进行。因此，不仅被钉扎层在步骤132中沉积的部分以及牺牲***层在步骤136中被退火，而且可位于牺牲***层以下的非磁性间隔层和自由层在步骤136中被退火。因此，退火的温度和其它的特性可以被期望足够低，使得非磁性间隔层诸如晶体MgO隧穿势垒层没有被不利地影响。
在退火之后，磁性结的在牺牲***层下面的部分经由步骤138被光刻地限定。步骤138可以因此包括提供光致抗蚀剂层和图案化光致抗蚀剂层以提供光致抗蚀剂掩模。其它的材料也可以用于该掩模。该掩模覆盖所沉积的层的将形成部分磁性结的部分。磁性结周围的区域被暴露。磁性结的边缘可以利用离子研磨或用于蚀刻该层的暴露部分的其它机构来限定。离子研磨可以以相对于垂直于牺牲层的顶部的小角度实施。
然后经由步骤140进行再填充步骤。因此，非磁性绝缘层诸如氧化铝可以被沉积。也可以进行平坦化以便提供用于后续处理的平坦表面。
牺牲***层可以然后经由步骤142被除去。步骤142可以经由等离子体蚀刻进行。也可以使用其它的去除方法。在去除步骤中，被钉扎层的下面的部分的一些部分可以被除去。被钉扎层的剩余部分，如果有，可以然后经由步骤144被沉积。例如，额外的铁磁层可以直接沉积在暴露的第一铁磁层上。在其中被钉扎层是SAF的实施例中，所沉积的所述层取决于在步骤132中沉积的被钉扎层的分数。例如，如果整个底部铁磁层(或多层)在步骤132中被沉积，则非磁性层诸如Ru和另一磁性层可以在步骤144中被沉积。在其它实施例中，被钉扎层可以以另外的方式形成。
磁性结的剩余部分可以经由步骤146被限定。步骤146可以以类似于步骤138的方式光刻地进行。然而，因为自由层已经在步骤138中被限定，所以可以在步骤146中使用较低密度的图案。因此，磁性结的顶部会不如底部宽。在其它的实施例中，磁性结的上部分可以与磁性结的下部分为相同的大小或比磁性结的下部分宽。在一些实施例中，被钉扎层的顶部分可以在多个磁性结上方延伸。
图8示出包括磁性结200”'的磁存储器的示范性实施例，磁性结200”'可以利用方法130被制造。为了清晰，图8没有按比例绘制。磁性结200”'可以被用于磁性器件诸如STT-RAM中并因此可以被用于各种电子设备中。该磁性结200”'类似于磁性结200、200'和/或200”。然而，为简单起见，磁性结200”'的个别层没有被示出。
如图8中可见，在步骤138中限定的磁性结200”'的下部分间隔开距离d1。在步骤146中限定的磁性结200”'的上部分间隔开距离d2。此外，d1<d2。因此，用于步骤138和146的光致抗蚀剂掩模具有不同的密度。在其它的实施例中，该密度可以是相同的，使得d1＝d2。在另一些实施例中，在步骤146中使用的掩模的密度可以大于在步骤138中使用的掩模的密度。因此，在这样的实施例中，d1>d2。在另一些实施例中，磁性结200”'的顶部分可以被连接。此外，磁性结200”'的顶部分和底部分的长宽比(aspect ratio)、覆盖区及其它几何参数可以是不同的。尽管仅示出三个磁性结，但是另外数目的磁性结通常被一起制造。此外，二维阵列的磁性结通常被一起制造在衬底上。为了清晰，仅示出一行三个磁性结。
利用方法130，可以改善磁性结200”'的性能和制造。磁性结200”'的下部分可以被首先限定。被钉扎层230'的剩余部分被随后限定。叠层在步骤138和146中被限定的部分是较薄的。因而，可以减轻在这些限定步骤期间的遮蔽(shadowing)。因此，磁性结200”'的底部分可以被更紧密地堆积并良好地限定。磁性结200”'的上部分不包括自由层。磁性结200”'的这些部分之间的间隔不那么重要。这些部分可以进一步间隔开。因此，可以实现良好的工艺控制和集成。此外，分开地配置磁性结200”'的这些部分可以允许修整几何形状用于改善性能。因此，该制造可以被改善并且更密集地堆积的存储器件被实现。如果磁性结200”'的自由层利用方法110被制造，则可以进一步改善性能。
图9示出用于制造磁性结的方法150的示范性实施例，该磁性结可用于磁性器件诸如STT-RAM并因此可用于各种电子设备中。为简单起见，一些步骤可以被省略、以另外的方式或被结合。此外，方法150可以在已经进行了形成磁存储器的其它步骤之后开始。图10-24示出在利用方法150制造期间磁性结的实施例。图10-24没有按比例绘制。
晶体MgO籽层经由步骤152被沉积。在一些实施例中，步骤152形成一个非磁性间隔层作为双磁性结。因此，被钉扎层将位于晶体MgO层下面。在其它的实施例中，在步骤152中沉积的层可以是用于底部磁性结的籽层。
自由层的第一CoFeB层经由步骤154被沉积。该层类似于以上在步骤102和112中描述的那些。在一些实施例中，该铁磁层可以为至少十五埃。然而，在其它的实施例中，其它的厚度和/或其它的层是可能的。图10示出在进行步骤154之后的磁性结300。因此，示出MgO籽层302和自由层的第一铁磁层312。
牺牲***层经由步骤156被沉积在第一铁磁层302上。步骤156因此类似于步骤114。牺牲***层的材料和厚度因此如上所述。图11示出在进行步骤156之后的磁性结300。因此，示出牺牲***层304。在一些实施例中，牺牲***层304的材料和厚度类似于以上对于方法100和110描述的那些。
层302、304和312然后经由步骤158被退火。例如，可以使用在300-400摄氏度的范围内的温度的RTA。步骤158的退火因此类似于步骤116的退火。在退火之后，牺牲***层304经由步骤160被除去。步骤160类似于步骤118。例如，可以使用等离子体蚀刻。图12示出在进行步骤160之后的磁性结300。因此，已经除去牺牲***层304。第一铁磁层312'的一些部分可以被除去。因此示出略微地变薄的铁磁层312'。
在一些实施例中，自由层的剩余部分经由步骤162被沉积。例如，第二CoFeB铁磁层可以被沉积在暴露的第一铁磁层312'上。图13示出在步骤162之后的磁性结300。因此，已经沉积了第二铁磁层314。层312'和314一起用于自由层310。
非磁性间隔层经由步骤164被提供。在一些实施例中，晶体MgO势垒层在步骤164中被提供。图14示出在进行步骤164之后的磁性结300。因此，已经制造了非磁性间隔层320。
被钉扎层的第一部分经由步骤166被沉积。步骤166类似于步骤132。因此，包括铁磁层和/或非磁性层的单层或多层可以被沉积。图15示出在步骤166之后的磁性结300。因此，示出铁磁层332。在图15-24中示出的实施例中，SAF被钉扎层的整个下层/多层在步骤166中被提供。然而，在其它的实施例中，磁性层332的较多的层或较少的层可以在步骤166中沉积。
额外的牺牲***层经由步骤166'被沉积在铁磁层332上。步骤166'类似于步骤134。因此，可以使用上面描述的材料和厚度。图16示出在进行步骤166'之后的磁性结300。因此，示出牺牲***层306。
层302、312'、314、320和306经由步骤168被退火。步骤168类似于步骤136。例如，可以进行在上面描述的温度的RTA。因此，退火的温度和其它特性可以被期望足够低，使得非磁性间隔层诸如晶体MgO隧穿势垒层没有被不利地影响。
在退火之后，磁性结300的在牺牲***层下面的部分经由步骤170被光刻地限定。步骤170类似于步骤138。图17示出在步骤170期间的磁性结。因此，已经在牺牲***层306上提供掩模360。图18示出在步骤170之后的磁性结。因此，已经限定了两个磁性结300的部分。具体地，已经限定了自由层310、非磁性层320和铁磁层332。
然后经由步骤172进行再填充步骤。因此，非磁性绝缘层诸如氧化铝可以被沉积和平坦化。步骤172类似于步骤140。图19-20示出在步骤172期间和之后的磁性结。因此，在图19中示出再填充材料308。图20示出在完成步骤172之后的磁性结300。因此，再填充材料308的顶表面已经被平坦化。
牺牲层可以然后经由步骤174被除去。步骤174类似于步骤142。被钉扎层的剩余部分，如果有，可以然后经由步骤176被沉积。步骤176类似于步骤144。图21示出在完成步骤174之后的磁性结300的一个实施例。在示出的实施例中，整个的底部铁磁层(或多层)332在步骤166中被沉积。因此，非磁性层诸如Ru和另一磁性层可以在步骤176中被沉积。因此，示出了非磁性层诸如Ru层334和铁磁层336。注意到，层334和336跨两个结300延伸。层332、334和336形成SAF被钉扎层。
磁性结的剩余部分可以经由步骤178被限定。步骤178类似于步骤146。步骤178可以以类似于步骤170的方式被光刻地实施。然而，因为自由层已经在步骤170中被限定，所以不同密度的图案可以用于步骤178中。因此，磁性结的顶部可以不如底部宽、与底部相同的尺寸或比底部宽。在一些实施例中，被钉扎层的顶部分可以在多个磁性结上延伸。图22示出在进行步骤178之后磁性结300的实施例。因此，被钉扎层330已经被限定。在示出的实施例中，被钉扎层330的顶部与底部大小相同。
图23-24示出磁性结300'的实施例，在磁性结300'中层332并不是全部在步骤166中被沉积。图23示出在已经进行步骤176之后的这样的实施例。因此，示出层333、334和336。层333和331一起形成SAF被钉扎层330'的底部铁磁层332'。图24示出在已经进行步骤178之后的磁性结。因此，磁性结300'的顶部分已经被限定。
磁性结300和300'可以共享磁性结200、200'、200”和/或200”'的益处。因此，磁性结200'可以具有改善的磁阻、减少的阻尼和切换电流，和/或可以在磁性器件中更密集地堆积。
图25示出存储器400的示范性实施例，存储器400可以使用磁性结200、200'、200”、200”'、300和/或300'中的一个或多个。磁存储器400包括读/写列选择驱动器402和406以及字线选择驱动器404。应注意，可以提供其它的和/或不同的部件。存储器400的存储区包括磁存储单元410。每个磁存储单元包括至少一个磁性结412和至少一个选择器件414。在一些实施例中，选择器件414是晶体管。磁性结412可以是这里公开的磁性结200、200'、200”、200”'、300和/或300'中的一个。尽管每一单元410示出一个磁性结412，但是在其它的实施例中，每一单元可以提供其它数目的磁性结412。因而，磁存储器400可以享有上面描述的益处。其中线403可以是位线或源极线，线405可以是字线。
已经描述了用于提供磁性结的方法和***以及利用该磁性结制造的存储器。方法和***已经根据示出的示范性实施例被描述，本领域普通技术人员将容易认识到可以对实施例进行改变，任何变化将在方法和***的精神和范围内。因此，本领域普通技术人员可以进行许多修改而不背离权利要求书的精神和范围。
本申请要求于2014年7月3日提交的发明名称为“通过去除MTJ膜中的吸收层而改善的磁性质以及双图案化工艺(IMPROVED MAGNETICPROPERTIES BY REMOVAL OF ABSORPTION LAYER IN MTJ FILMSAND DUAL PATTERNING PROCESS)”、被转让给本申请的受让人并通过引用结合于此的临时专利申请No.62/020,932的权益，以及要求于2014年3月18日提交的发明名称为“用于增强耦合的吸收层去除以及高TMRSTT-RAM(ABSORPTION LAYER REMOVAL FOR INCREASED COUPLINGAND HIGH TMR STT-RAM)”、被转让给本申请的受让人并通过引用结合于此的临时专利申请No.61/955142的权益。

Claims (20)

1.一种用于在衬底上提供可用于磁性器件中的磁性结的方法，该方法包括：
提供自由层，所述自由层在写电流经过所述磁性结时可在多个稳定的磁态之间切换；
提供非磁性间隔层；以及
提供被钉扎层，所述非磁性间隔层位于所述被钉扎层与所述自由层之间；
其中提供所述自由层的步骤中的至少一个包括第一多个步骤，提供所述被钉扎层的步骤包括第二多个步骤，所述第一多个步骤包括：
沉积所述自由层的第一部分；
沉积第一牺牲层；
在大于25摄氏度的第一温度退火至少所述自由层的第一部分和所述第一牺牲层；
去除所述第一牺牲层；以及
沉积所述自由层的第二部分；
所述第二多个步骤包括：
沉积所述被钉扎层的第一部分；
沉积第二牺牲层；
在大于25摄氏度的第二温度退火至少所述被钉扎层的第一部分和所述第二牺牲层；
限定所述磁性结的包括所述自由层、所述非磁性间隔层和所述被钉扎层的第一部分的部分；
去除所述第二牺牲层；以及
沉积所述被钉扎层的第二部分。
2.如权利要求1所述的方法，其中提供所述自由层的步骤包括所述第一多个步骤，并且其中所述自由层具有大于面外退磁能的垂直磁各向异性能。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述自由层具有大于十五埃的厚度。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述自由层的厚度不超过二十五埃。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述第一牺牲层包括Bi、W、I、Zn、Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、Ti、Ba、K、Na、Rb、Pb和Zr中的至少一种。
6.如权利要求2所述的方法，还包括：
在提供所述自由层的步骤之前沉积MgO籽层。
7.如权利要求2所述的方法，其中所述退火步骤包括进行快速热退火。
8.如权利要求2所述的方法，其中所述自由层的第一部分具有第一厚度，所述自由层的第二部分具有第二厚度，所述第一厚度小于十五埃厚，所述第二厚度小于十五埃厚。
9.如权利要求1所述的方法，其中提供所述被钉扎层的步骤包括所述第二多个步骤，并且其中所述方法还包括：
在去除所述第二牺牲层的步骤之前沉积至少一种再填充材料。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：
在沉积所述至少一种再填充材料的步骤之后进行平坦化。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述被钉扎层是包括第一铁磁层、第二铁磁层以及在所述第一铁磁层与所述第二铁磁层之间的耦合层的合成反铁磁层，沉积所述被钉扎层的第二部分的步骤包括：
沉积至少所述非磁性层；以及
沉积所述第二铁磁层。
12.如权利要求11所述的方法，其中沉积所述被钉扎层的第二部分的步骤还包括沉积所述第一铁磁层的一部分。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述第一铁磁层和所述第二铁磁层中的至少一个是多层。
14.如权利要求11所述的方法，还包括：
限定所述被钉扎层的剩余部分。
15.如权利要求9所述的方法，其中所述第二多个步骤还包括在沉积所述至少一种再填充材料的步骤之前限定所述磁性结的部分，限定所述磁性结的所述部分的步骤包括：
在所述第二牺牲层上提供光致抗蚀剂掩模，所述光致抗蚀剂掩模覆盖所述第二牺牲层的对应于所述磁性结的部分；以及
去除通过所述光致抗蚀剂掩模暴露的所述第二牺牲层、所述被钉扎层的第一部分、所述非磁性间隔层和所述自由层的暴露部分。
16.如权利要求1所述的方法，还包括：
提供额外的非磁性间隔层，所述自由层在所述额外的非磁性间隔层和所述非磁性间隔层之间；以及
提供额外的被钉扎层，所述额外的非磁性间隔层在所述额外的被钉扎层与所述自由层之间。
17.一种在衬底上提供可用于磁性器件中的磁存储器的方法，所述方法包括：
沉积自由层的第一铁磁层，所述自由层的第一铁磁层包括不超过十五埃厚的CoFeB层；
在所述第一铁磁层上沉积第一牺牲层，所述第一牺牲层不超过四埃厚并包括Bi、W、I、Zn、Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、Ti、Ba、K、Na、Rb、Pb和Zr中的至少一种；
在大于25摄氏度的第一温度退火至少所述第一铁磁层和所述第一牺牲层；
去除至少所述第一牺牲层；以及
在所述第一铁磁层的剩余部分上沉积所述自由层的第二铁磁层，所述第二铁磁层包括不超过十五埃厚的CoFeB层，使得所述第一铁磁层的剩余部分和所述第二铁磁层一起具有不超过二十五埃的厚度，并且所述自由层具有大于面外退磁能的垂直磁各向异性能，所述自由层在写电流经过所述磁性结时可在多个稳定的磁态之间切换；
提供非磁性间隔层；
沉积被钉扎层的第一部分，所述非磁性间隔层位于所述被钉扎层和所述自由层之间；
沉积第二牺牲层，所述第二牺牲层不超过四埃厚并包括Bi、W、I、Zn、Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、Ti、Ba、K、Na、Rb、Pb和Zr中的至少一种；
在大于25摄氏度的第二温度退火至少所述被钉扎层的第一部分、所述第一铁磁层的剩余部分、所述第二铁磁层和所述第二牺牲层；
在所述牺牲层上提供光致抗蚀剂掩模，所述光致抗蚀剂掩模覆盖所述牺牲层的对应于至少一个磁性结的部分；
利用所述光致抗蚀剂掩模限定所述至少一个磁性结的包括所述自由层、所述非磁性间隔层和所述被钉扎层的第一部分的部分；
沉积至少一种再填充材料；
在沉积所述至少一种再填充材料的步骤之后进行平坦化；
在所述平坦化之后去除所述第二牺牲层；
沉积所述被钉扎层的第二部分；以及
在沉积所述所述被钉扎层的第二部分的步骤之后，限定所述至少一个磁性结的剩余部分。
18.一种可用于磁性器件中的磁性结，包括：
自由层，所述自由层在写电流经过所述磁性结时可在多个稳定的磁态之间切换，所述自由层具有大于面外退磁能的垂直磁各向异性能并具有大于十五埃厚的铁磁层；
非磁性间隔层；以及
被钉扎层，所述非磁性间隔层位于所述被钉扎层和所述自由层之间。
19.如权利要求18所述的磁性结，其中所述铁磁层包括具有大于所述面外退磁能的垂直磁各向异性能的CoFeB层。
20.如权利要求18所述的磁性结，其中所述非磁性间隔层为晶体MgO隧穿势垒层，并且其中所述磁性结还包括：
MgO籽层，所述铁磁层位于所述MgO籽层与所述晶体MgO隧穿势垒层之间。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105609630A (zh) * 2016-02-01 2016-05-25 唐山市众基钢结构有限公司 一种铁磁-反铁磁薄膜异质结构、制备方法及磁存储设备
CN109427963A (zh) * 2017-08-28 2019-03-05 三星电子株式会社 磁性结、磁性存储器和提供磁性结的方法
CN110660435A (zh) * 2018-06-28 2020-01-07 中电海康集团有限公司 Mram存储器单元、阵列及存储器

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110178236B (zh) * 2017-01-24 2023-09-26 国立大学法人东北大学 隧道磁阻元件的制造方法
JP6917205B2 (ja) * 2017-06-16 2021-08-11 東京エレクトロン株式会社 磁気抵抗素子の製造方法
TWI815948B (zh) * 2019-08-14 2023-09-21 聯華電子股份有限公司 半導體元件及其製作方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1851807A (zh) * 2005-04-22 2006-10-25 台湾积体电路制造股份有限公司 磁阻结构
US20090073737A1 (en) * 2007-09-17 2009-03-19 Ulrich Klostermann Integrated Circuits; Methods for Manufacturing an Integrating Circuit; Memory Modules
JP2010080733A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Toshiba Corp 磁気抵抗素子及び磁気メモリ
US20100109109A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 Industrial Technology Research Institute Magnetic memory element utilizing spin transfer switching
CN101911327A (zh) * 2007-11-20 2010-12-08 高通股份有限公司 形成磁性隧道结结构的方法
CN102544353A (zh) * 2010-12-31 2012-07-04 格兰迪斯股份有限公司 磁性结、磁存储器及其方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6004877A (en) 1998-02-26 1999-12-21 Vanguard International Semiconductor Corporation Method of forming a tungsten layer with N2 plasma treatment
US20030104680A1 (en) 2001-11-13 2003-06-05 Memc Electronic Materials, Inc. Process for the removal of copper from polished boron-doped silicon wafers
US7045368B2 (en) 2004-05-19 2006-05-16 Headway Technologies, Inc. MRAM cell structure and method of fabrication
US7368299B2 (en) 2004-07-14 2008-05-06 Infineon Technologies Ag MTJ patterning using free layer wet etching and lift off techniques
US7524381B2 (en) 2005-12-22 2009-04-28 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Method for controlling magnetostriction in a free layer of a magnetoresistive sensor
US7782577B2 (en) 2006-06-06 2010-08-24 Infineon Technologies Ag MRAM structure using sacrificial layer for anti-ferromagnet and method of manufacture
KR100939111B1 (ko) * 2007-12-21 2010-01-28 주식회사 하이닉스반도체 자기터널접합소자 제조방법
JP4599425B2 (ja) * 2008-03-27 2010-12-15 株式会社東芝 磁気抵抗素子及び磁気メモリ
US20090266790A1 (en) * 2008-04-28 2009-10-29 Hamid Balamane Method of making a magnetoresistive reader structure
JP5178451B2 (ja) * 2008-10-21 2013-04-10 昭和電工株式会社 磁気記憶媒体製造方法
JP5175886B2 (ja) * 2010-03-17 2013-04-03 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ
US8546896B2 (en) * 2010-07-16 2013-10-01 Grandis, Inc. Magnetic tunneling junction elements having magnetic substructures(s) with a perpendicular anisotropy and memories using such magnetic elements
US9054298B2 (en) * 2010-12-10 2015-06-09 Avalanche Technology, Inc. Magnetic random access memory (MRAM) with enhanced magnetic stiffness and method of making same
US8704319B2 (en) * 2010-12-31 2014-04-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing magnetic layers having insertion layers for use in spin transfer torque memories
JP5824907B2 (ja) * 2011-06-24 2015-12-02 富士通株式会社 磁気抵抗素子及び磁気記憶装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1851807A (zh) * 2005-04-22 2006-10-25 台湾积体电路制造股份有限公司 磁阻结构
US20090073737A1 (en) * 2007-09-17 2009-03-19 Ulrich Klostermann Integrated Circuits; Methods for Manufacturing an Integrating Circuit; Memory Modules
CN101911327A (zh) * 2007-11-20 2010-12-08 高通股份有限公司 形成磁性隧道结结构的方法
JP2010080733A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Toshiba Corp 磁気抵抗素子及び磁気メモリ
US20100109109A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 Industrial Technology Research Institute Magnetic memory element utilizing spin transfer switching
CN102544353A (zh) * 2010-12-31 2012-07-04 格兰迪斯股份有限公司 磁性结、磁存储器及其方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105609630A (zh) * 2016-02-01 2016-05-25 唐山市众基钢结构有限公司 一种铁磁-反铁磁薄膜异质结构、制备方法及磁存储设备
CN109427963A (zh) * 2017-08-28 2019-03-05 三星电子株式会社 磁性结、磁性存储器和提供磁性结的方法
CN109427963B (zh) * 2017-08-28 2021-09-28 三星电子株式会社 磁性结、磁性存储器和提供磁性结的方法
CN110660435A (zh) * 2018-06-28 2020-01-07 中电海康集团有限公司 Mram存储器单元、阵列及存储器
CN110660435B (zh) * 2018-06-28 2021-09-21 中电海康集团有限公司 Mram存储器单元、阵列及存储器

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