KR102480077B1 - 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기술적 과제는 스핀 전환 토크의 성능을 향상시키고, 높은 PMA 및 향상된 TMR을 구현하기 위한, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법은, 마그네틱(magnetic)을 포함하는 핀형 레이어(pinned layer)를 제공하고, 비마그네틱 스페이서 레이어(nonmagnetic spacer layer)를 제공하고, 프리 레이어(free layer)를 제공하되, 상기 비마그네틱 스페이서 레이어는, 상기 핀형 레이어와 상기 프리 레이어 사이에 위치하고, 상기 프리 레이어는, 마그네틱을 포함하고, 쓰기 전류(write current)가 마그네틱 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정적인 마그네틱 상태(stable magnetic states)를 변경할 수 있되, 상기 핀형 레이어를 제공하는 것과, 상기 프리 레이어를 제공하는 것 중 적어도 하나는, 글래스-촉진 성분(glass-promoting component)을 포함하는 마그네틱 레이어(magnetic layer)를 제공하되, 상기 마그네틱 레이어는 증착된 아몰포스(amorphous)이고, 상기 마그네틱 레이어 상에 희생 산화 레이어(sacrificial oxide layer)를 제공하고, 상기 희생 산화 레이어 상에 희생 레이어(sacrificial layer)를 제공하되, 상기 희생 레이어는 상기 글래스-촉진 성분을 위한 싱크(sink)를 포함하고, 섭씨 300도 보다 크고 섭씨 475도 보다 작은 어닐링 온도에서, 상기 마그네틱 레이어, 상기 희생 산화 레이어, 및 상기 희생 레이어 중 적어도 하나에 어닐링을 수행하되, 상기 어닐링 이후에 상기 마그네틱 레이어의 적어도 일부는 결정화(crystallized)되고, 상기 어닐링 이후에, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어는 제거되는 것을 포함한다.

Description

마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합 및 그의 제조 방법{Magnetic junction residing on a substrate and usable in a magnetic device and fabricating method thereof}

본 발명은 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

마그네틱 메모리, 특히 마그네틱 랜덤 액세스 메모리(magnetic random access memories; 이하, MRAM)는 동작시 높은 읽기/쓰기 속도, 훌륭한 내구성, 비휘발성 및 저전력소모에 대한 높은 가능성 때문에, 그 관심이 높아지고 있다. MRAM은 정보 저장 장치로서 마그네틱 물질을 이용하여 정보를 저장할 수 있다. MRAM의 한 타입으로 스핀 전환 토크 랜덤 액세스 메모리(spin transfer torque random access memory; 이하, STT-MRAM)가 있다. STT-MRAM은 마그네틱 접합(magnetic junction)에 흐르는 전류를 이용해 마그네틱 접합의 적어도 일부에 데이터를 기록할 수 있다. 상기 마그네틱 접합을 통과하는 스핀 극성 전류(spin polarized current)는 마그네틱 접합의 마그네틱 모멘트(magnetic moments) 상에 스핀 토크를 인가할 수 있다. 결과적으로, 마그네틱 모멘트를 포함하는 레이어는 원하는 상태로 변환할 수 있는 스핀 토크에 즉각적으로 반응할 수 있다.

예를 들어, 종래의 마그네틱 터널링 접합(magnetic tunneling junction; 이하, MTJ)는 종래의 STT-MRAM으로 사용될 수 있다. 종래의 MTJ는 일반적으로 기판 상에 배치된다. 종래의 시드 레이어를 사용하는 종래의 MTJ는 캡핑 레이어를 포함할 수 있고, 종래의 반강자성(antiferromagnetic; 이하, AFM) 레이어를 포함할 수 있다. 종래의 MTJ는 종래의 핀형 레이어와, 종래의 프리 레이어와, 상기 종래의 핀형 레이어와 상기 프리 레이어 사이에 위치하는 종래의 터널링 배리어 레이어를 포함할 수 있다. 종래의 MTJ 아래의 하부 컨택과, 종래의 MTJ 위의 상부 컨택은 평면에 수직인 전류 방향(current-perpendicular-to-plane(CPP) direction)으로 종래의 MTJ에 전류를 유도하기 위해 사용될 수 있다.

종래의 핀형 레이어와 종래의 프리 레이어는 마그네틱을 포함할 수 있다. 종래의 핀형 레이어의 자화(magnetization)는 특정 방향으로 고정될 수 있다. 종래의 프리 레이어는 단일 레이어이거나, 복수의 레이어를 포함할 수 있다. 상기 핀형 레이어와 상기 프리 레이어는 레이어의 평면에 수직인 방향으로 자화가 이루어지거나, 레이어의 평면 방향으로 자화가 이루어질 수 있다.

종래의 프리 레이어의 자화를 변경하기 위해, 전류는 평면에 수직인 방향으로 유도될 수 있다. 충분한 전류가 상부 컨택에서 하부 컨택으로 유도되는 경우, 종래의 프리 레이어의 자화는 종래의 핀형 레이어의 하부의 자화에 평행(parallel)하도록 변경될 수 있다. 충분한 전류가 하부 컨택에서 상부 컨택으로 유도되는 경우, 종래의 프리 레이어의 자화는 종래의 핀형 레이어의 하부의 자화에 역평행(antiparallel)하도록 변경될 수 있다. 이러한, 마그네틱 배치의 차이는 자기 저항의 차이를 유발하고, 이를 통해, 종래의 MTJ의 서로 다른 로직 상태(예를 들어, 로직 상태 "0"과 "1")가 나타날 수 있다.

다양한 어플리케이션에서 사용할 수 있는 잠재성 때문에, 마그네틱 메모리의 연구는 계속되고 있다. 최근 STT-MRAM의 성능을 향상시키기 위한 매커니즘이 요구된다. 예를 들어, 현재 마그네틱 접합은, 높은 자기 저항(magnetoresistance)과 높은 수직 마그네틱 비등방성(perpendicular magnetic anisotropy)와 같은, 요구되는 특성을 제공하기 위해 다양한 물질이 이용될 수 있다. 그러나, 이러한 물질을 이용하여 요구되는 특성을 가지는 마그네틱 접합을 생성하는 것은 새로운 도전일 수 있다. 따라서, 메모리를 기초로 스핀 전환 토크의 성능을 향상시킬 수 있는 방법 및 시스템이 필요로 된다. 이하에서는, 앞에서 설명한 요구를 충족하는 방법 및 시스템을 설명하도록 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 스핀 전환 토크의 성능을 향상시키고, 높은 PMA(Perpendicular Magnetic Anisotropy) 및 향상된 TMR(Tunneling MagnetoResistance)을 구현하기 위한 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 스핀 전환 토크의 성능을 향상시키고, 높은 PMA 및 향상된 TMR을 구현하기 위한 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법의 일 태양(aspect)은, 마그네틱(magnetic)을 포함하는 핀형 레이어(pinned layer)를 제공하고, 비마그네틱 스페이서 레이어(nonmagnetic spacer layer)를 제공하고, 프리 레이어(free layer)를 제공하되, 상기 비마그네틱 스페이서 레이어는, 상기 핀형 레이어와 상기 프리 레이어 사이에 위치하고, 상기 프리 레이어는, 마그네틱을 포함하고, 쓰기 전류(write current)가 마그네틱 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정적인 마그네틱 상태(stable magnetic states)를 변경할 수 있되, 상기 핀형 레이어를 제공하는 것과, 상기 프리 레이어를 제공하는 것 중 적어도 하나는, 글래스-촉진 성분(glass-promoting component)을 포함하는 마그네틱 레이어(magnetic layer)를 제공하되, 상기 마그네틱 레이어는 증착된 아몰포스(amorphous)이고, 상기 마그네틱 레이어 상에 희생 산화 레이어(sacrificial oxide layer)를 제공하고, 상기 희생 산화 레이어 상에 희생 레이어(sacrificial layer)를 제공하되, 상기 희생 레이어는 상기 글래스-촉진 성분을 위한 싱크(sink)를 포함하고, 섭씨 300도 보다 크고 섭씨 475도 보다 작은 어닐링 온도에서, 상기 마그네틱 레이어, 상기 희생 산화 레이어, 및 상기 희생 레이어 중 적어도 하나에 어닐링을 수행하되, 상기 어닐링 이후에 상기 마그네틱 레이어의 적어도 일부는 결정화(crystallized)되고, 상기 어닐링 이후에, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어는 제거되는 것을 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법의 다른 태양은, 마그네틱을 포함하는 핀형 레이어를 제공하고, 비마그네틱 스페이서 레이어를 제공하고, 프리 레이어를 제공하되, 상기 비마그네틱 스페이서 레이어는, 상기 핀형 레이어와 상기 프리 레이어 사이에 위치하고, 상기 프리 레이어는, 마그네틱을 포함하고, 쓰기 전류(write current)가 마그네틱 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정적인 마그네틱 상태(stable magnetic states)를 변경할 수 있되, 상기 핀형 레이어를 제공하는 것과, 상기 프리 레이어를 제공하는 것 중 적어도 하나는, Co와 Fe 중 적어도 하나와, B를 포함하고 아몰포스가 증착된 마그네틱 레이어를 제공하고, 상기 마그네틱 레이어 상에 MgO 레이어를 제공하되, 상기 MgO 레이어는 2 옴스트롱보다 크고, 4 옴스트롱 보다 작은 제1 두께를 포함하고, 상기 MgO 레이어 상에 희생 레이어를 증착하되, 상기 희생 레이어는 Ta 및 W 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 희생 레이어는 2 옴스트롱보다 크고, 5옴스트롱 보다 작은 제2 두께를 포함하고, 상기 마그네틱 레이어 상에 적어도 하나의 어닐링을 수행하되, 상기 MgO 레이어와 상기 희생 레이어는 섭씨 350도 이상 섭씨 400도 이하의 온도에서 어닐링 되고, 상기 마그네틱 레이어의 적어도 일부는 적어도 하나의 어닐링 이후 결정화되고, 상기 적어도 하나의 어닐링을 수행한 이후, 상기 희생 레이어와 상기 MgO 레이어를 제거하는 것을 포함하는, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 일 태양은, 복수의 마그네틱 스토리지 셀로서, 상기 복수의 마그네틱 스토리지 셀 각각은 적어도 하나의 마그네틱 접합을 포함하되, 상기 적어도 하나의 마그네틱 접합은 프리 레이어를 포함하는 복수의 마그네틱 스토리지 셀, 비마그네틱 스페이서 레이어, 및 핀형 레이어를 포함하되, 상기 비마그네틱 스페이서 레이어는 상기 핀형 레이어와 상기 프리 레이어 사이에 배치되고, 상기 프리 레이어는, 쓰기 전류가 상기 마그네틱 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정적인 마그네틱 상태를 변경할 수 있으며, 면외 비자화 에너지(out-of-plane demagnetization energy)보다 큰 수직 마그네틱 이방성 에너지(perpendicular magnetic anisotropy energy)를 포함하고, 상기 핀형 레이어와 상기 프리 레이어 중 적어도 하나는, 체심 입방 결정 구조와 {100} 방향을 갖는 결정 마그네틱 레이어(crystalline magnetic layer)를 포함하고, MgO, Ta 및 W 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예들에 따른 스핀 전환 토크(spin transfer torque)를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 위한 레이어를 제공하는 희생 레이어와 희생 산화막을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예들에 따른 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합의 레이어의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어를 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 18은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 스토리지 셀의 메모리 구성 요소 내의 마그네틱 접합을 이용하는 메모리를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 마그네틱 접합은 마그네틱 메모리와 마그네틱 접합을 이용하는 마그네틱 장치에 이용될 수 있다. 마그네틱 메모리는 STT-MRAM을 포함할 수 있고, 비휘발성 메모리를 포함하는 전자 장치에 이용될 수 있다. 이러한 전자 장치는 핸드폰, 스마트폰, 태블릿, 노트북, 휴대용 장치 및 비휴대용 컴퓨팅 장치를 포함하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 대한 상세한 설명은 종래의 일반적인 통상의 기술자가 생산하고 이용할 수 있도록 기술되며, 특허 명세서 및 그것의 필요 요건에 대한 내용이 제공될 수 있다.

여기에서는 본 발명의 일 실시예에 대한 다양한 실시예와, 일반적인 이론 및 특징이 명확하게 기술된다. 본 발명의 몇몇 실시에는 주로 특정 실시예를 제공하기 위한 특정 방법 및 시스템에 대하여 기술된다. 그러나, 상기 방법 및 시스템은 다른 실시예에 의해 효과적으로 동작할 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하에서는, 마그네틱 접합과, 상기 마그네틱 접합을 제공하기 위한 제조 방법에 대해 설명한다. 마그네틱 접합은 비마그네틱 스페이서 레이어에 의해 분리되는 핀형 레이어와 프리 레이어를 포함한다. 상기 프리 레이어는, 쓰기 전류(write current)가 마그네틱 접합을 통해 흐를 때, 안정적인 마그네틱 상태(stable magnetic states)를 변경할 수 있다. 제공되는 핀형 레이어와 프리 레이어는 글래스-촉진 요소를 포함하는 마그네틱 레이어(magnetic layer)를 제공하고, 상기 마그네틱 레이어 상에 희생 산화 레이어(sacrificial oxide layer)를 제공하고, 상기 희생 산화 레이어 상에 희생 레이어(sacrificial layer)를 제공하고, 섭씨 300도 보다 크고 섭씨 475도보다 작은 어닐링 온도에서, 상기 마그네틱 레이어, 상기 희생 산화 레이어, 및 상기 희생 레이어 중 적어도 하나에 어닐링을 수행하는 것을 포함한다. 상기 마그네틱 레이어는 증착된 아몰포스(amorphous)이고, 상기 어닐링 이후 적어도 일부는 결정화될 수 있다. 상기 희생 레이어는 상기 글래스-촉진 요소를 위한 싱크(sink)를 포함한다. 상기 희생 레이어와 희생 산화 레이어는 상기 어닐링 이후 제거될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마그네틱 접합과, 특정 구성요소를 포함하는 마그네틱 메모리, 및 이를 제조하는 방법을 설명한다. 마그네틱 접합과, 부가적인 구성요소, 및 본 발명과 동일하지 않은 추가적인 특징을 포함하는 마그네틱 메모리를 이용하는 본 발며은 종래의 일반적인 통상의 기술자가 쉽게 이해할 수 있다. 상기 방법 및 시스템은 스핀 전환 현상(spin transfer phenomenon), 마그네틱 비등방성(magnetic anisotropy), 및 다른 물리적 현상에 대한 현재의 이해를 기초로 기술되었다. 즉, 상기 방법 및 시스템의 동작에 대한 이론적인 설명은 스핀 전환 현상, 마그네틱 비등방성, 및 다른 물리적 현상에 대한 현재의 이해를 기초로 만들어졌으며, 결과적으로 종래의 일반적인 통상의 기술자의 경우 이를 쉽게 이해할 수 있다. 그러나, 상기 방법 및 시스템은 특정 물리적 설명에 의존하여서만 설명되지 않는다. 상기 방법 및 시스템은 문단에서 기판 상에 특정 관계를 갖는 구조로 기술되었고, 종래의 일반적인 통상의 기술자의 경우 이를 쉽게 인식할 수 있다. 다만, 종래의 일반적인 통상의 기술자는 본 발명의 상기 방법 및 시스템이 종래의 기술과 다른 구조를 포함함을 쉽게 인식할 수 있다.

추가적으로, 상기 방법 및 시스템은 합성된 또는 단일한 특정 레이어에 대한 내용을 기술하고 있고, 종래의 일반적인 통상의 기술자의 경우 이를 쉽게 인식할 수 있다. 다만, 종래의 일반적인 통상의 기술자는 상기 레이어가 다른 구조를 포함함을 즉시 인식할 수 있다. 또한, 상기 방법 및 시스템은 마그네틱 접합 및/또는 특정 레이어들을 포함하는 서브구조물에 대해 설명하고 있다. 다만, 종래의 일반적인 통상의 기술자는 상기 마그네틱 접합 및/또는 상기 서브구조물이 추가적인 또는 다른 레이어를 포함하고, 상기 방법 및 시스템에서 사용될 수 있는 것과 일치하지 않음을 즉시 알 수 있다.

본 발명에서 특정 구성요소는 마그네틱(magnetic), 강자성체(ferromagnetic), 페리 자성체(ferrimagnetic)으로서 기술된다. 여기에서 사용된 바와 같이, "마그네틱"의 용어는 강자성체와 페리 자성체와 같은 구조를 포함할 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, "마그네틱" 또는 "강자성체"는 강자성체 또는 페리 자성체에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 여기에 사용된 바와 같이, "평면 내에(in-plane)"란 용어는 실질적으로 마그네틱 접합의 단일한 또는 복수의 레이어의 평면에 평행하거나, 평면 내에 포함되는 것을 의미한다. 반대로, "수직의" 및 "평면에 수직인"이란 용어는, 실질적으로 마그네틱 접합의 단일한 또는 복수의 레이어의 평면에 수직인 방향을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예들에 따른 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 위한 레이어를 제공하는 희생 레이어와 희생 산화막을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예들에 따른 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합의 레이어의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 도 1은 다양한 전자 장치에서, 스핀 전환 토크 마그네틱 랜덤 액세스 메모리(STT-MRAM)와 같은 마그네틱 장치에서 사용 가능한 마그네틱 접합을 위한 레이어를 제공하기 위해, 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 사용하는 방법(100)을 나타낸다. 마그네틱 접합의 마그네틱 레이어는 높은 수직적 마그네틱 비등방성질(Perpendicular Magnetic Anisotropy; PMA)을 가질 수 있다. 서로 다른 상태에서, 수직적 마그네틱 비등방성 에너지는 면외 비자화 에너지(out-of-plane demagnetization energy)를 초과할 수 있다. 이러한 특성은, 높은 PMA 레이어의 마그네틱 모멘트가 평면에 수직인 상태로 안정적으로 있을 수 있게 해준다. 단순화를 위해, 상기 방법(100)에서 몇몇 단계는 생략될 수 있고, 다른 순서로 동작할 수 있으며, 다른 하위 단계와 결합될 수 있다. 또한, 상기 방법(100)은 이미 수행된 다른 마그네틱 메모리를 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 마그네틱 접합을 위한 마그네틱 레이어(200)는 상기 방법(100)을 이용하여 제조될 수 있다. 도 2 내지 도 6은 정밀하게 도시된 것은 아니다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 방법(100)은 마그네틱 접합을 위한 마그네틱 레이어(200)에 대한 내용을 설명하고 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 마그네틱 접합을 위한 유사한 레이어가 형성될 수 있다. 또한, 복수의 마그네틱 접합을 위한 복수의 레이어가 유사한 공정을 통하여 형성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예들에 따른 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 위한 레이어를 제공하기 위한 희생 레이어와 희생 산화막을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예들에 따른 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합의 레이어의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 도 1은 다양한 전자 장치에서, 스핀 전환 토크 마그네틱 랜덤 액세스 메모리(STT-MRAM)와 같은 마그네틱 장치에서 사용 가능한 마그네틱 접합을 위한 레이어를 제공하기 위해, 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 사용하는 방법(100)을 나타낸다. 마그네틱 접합의 마그네틱 레이어는 높은 수직적 마그네틱 비등방성질(Perpendicular Magnetic Anisotropy; PMA)을 가질 수 있다. 서로 다른 상태에서, 수직적 마그네틱 비등방성 에너지는 면외 비자화 에너지(out-of-plane demagnetization energy)를 초과할 수 있다. 이러한 특성은, 높은 PMA 레이어의 마그네틱 모멘트가 평면에 수직인 상태로 안정적으로 있을 수 있게 해준다. 단순화를 위해, 상기 방법(100)에서 몇몇 단계는 생략될 수 있고, 다른 순서로 동작할 수 있으며, 다른 하위 단계와 결합될 수 있다. 또한, 상기 방법(100)은 이미 수행된 다른 마그네틱 메모리를 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 마그네틱 접합을 위한 마그네틱 레이어(200)는 상기 방법(100)을 이용하여 제조될 수 있다. 도 2 내지 도 6은 정밀하게 도시된 것은 아니다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 방법(100)은 마그네틱 접합을 위한 마그네틱 레이어(200)에 대한 내용을 설명하고 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 마그네틱 접합을 위한 유사한 레이어가 형성될 수 있다. 또한, 복수의 마그네틱 접합을 위한 복수의 레이어가 유사한 공정을 통하여 형성될 수 있다.

글래스-촉진 요소를 포함하는 마그네틱 레이어도 높은 PMA를 갖는다. 다르게 말하자면, 수직적 마그네틱 비등방성 에너지는 면외 비자화 에너지보다 클 수 있다. 마그네틱 레이어는 계면 수직적 마그네틱 비등방성질(interfacial perpendicular magnetic anisotropy; I-PMA)를 포함할 수 있다. 이러한 I-PMA 레이어는, 다른 레이어(예를 들어, 계면)와 계면이 구조적으로 인접하기 때문에, 높은 수직적 마그네틱 비등방성질을 갖는 물질 또는 구조를 포함한다. 이러한 마그네틱 레이어는 평면에 수직인 안정적인 마그네틱 모멘트를 가질 수 있다. I-PMA 내에서 이용되는 물질은, 위에서 설명한 CoFeB와 FeB를 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 추가적으로, I-PMA를 포함하고, 102단계에서 제공된 마그네틱 레이어는 CoB, Fe, Co2FeAl, Co2FeAlSi, Co2MnSi 및 MnAl 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 2는 102 단계가 수행된 이후의 마그네틱 레이어(200)를 나타낸다. 따라서, 아몰포스 마그네틱 레이어(202)가 나타난다. 위에서 설명한 것처럼, 아몰포스 마그네틱 레이어(202)는 아몰포스를 증착하기 위해 높은 I-PMA를 갖는 글래스-촉진 요소를 나타낸다. 추가로, 마그네틱 모멘트(203)는 평면에 수직이다.

희생 산화 레이어와 희생 레이어는 104 단계와 106 단계에서 각각 증착된다. 도 3은 106 단계가 수행된 이후의 마그네틱 레이어(200)를 나타낸다. 이에 따라, 희생 산화 레이어(204)와 희생 레이어(206)가 도면에 나타난다. 희생 산화 레이어(204)는 MgO 레이어일 수 있다. 희생 레이어(206)는 얇게 형성될 것이 요구될 수 있다. 희생 산화 레이어(204)의 두께는 5 옴스트롱(Å)보다 작고, 0 옴스트롱(Å)보다 클 수 있다. 예를 들어, 희생 산화 레이어(204)는 일반적으로, 3 에서 4 옴스트롱(Å)의 두께로 형성될 수 있다.

희생 레이어(206)는 글래스-촉진 요소를 위한 싱크(sink)일 수 있다. 다르게 설명하면, 희생 레이어(206)는 글래스-촉진 요소를 위한 높은 친화도(affinity)를 가질 수 있다. 희생 레이어(206)는 Ta, Hf, Rb, Sc, Zr, Nb, Mg, V, Mn, Ag, Be, Mo, Ti, Cr, Al, Te, 및 W 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서 희생 레이어(206)는 W, Ta 및 Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이는 B에 대해 높은 친화도를 갖는다. 또한, 희생 레이어(206)는 ?게 형성될 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 희생 레이어(206)는 적어도 2 옴스트롱(Å) 이상이고, 5 옴스트롱(Å)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 다만, 일반적으로, 희생 레이어(206)는 3 옴스트롱(Å) 내지 5 옴스트롱(Å)의 두께를 가질 수 있다. 희생 레이어(206)를 어닐링을 하는 동안, 희생 산화 레이어(204)을 통해 글래스-촉진 요소가 이동할 수 있을 정도로, 희생 산화 레이어(204)는 충분히 얇을 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.

희생 산화 레이어(204)와 희생 레이어(206)가 형성되면, 108 단계에서 어닐링이 수행될 수 있다. 어닐링은 섭씨 200도보다 큰 어닐링 온도에서 수행될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시에에서, 어닐링 온도는 적어도 섭씨 300도보다 크고, 섭씨 475도 보다 작을 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 어닐링은 적어도 섭씨 350도보다 크고, 섭씨 450도보다 작은 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 어닐링 온도는 일반적으로 섭씨 350도이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 어닐링 온도는 일반적으로 섭씨 450도이다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 위에서 설명한 것과 다른 온도와 시간이 이용될 수 있다. 108 단계에서 수행된 어닐링은, 20분 또는 그보다 작은 시간 동안 수행되는 RTA(Rapid Thermal Anneal)일 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 RTA는 10분보다 작은 시간동안 수행될 수 있다. 상기 어닐링에 의해, 상기 아몰포스 마그네틱 레이어(202)는 적어도 일부가 결정화될 수 있다.

도 4는 108 단계가 수행된 이후의 마그네틱 레이어(200)를 나타낸다. 결과적으로, 마그네틱 레이어(202')는 적어도 일부가 결정화된다. 다르게 이야기하면, 108 단계에서 수행된 어닐링은 마그네틱 레이어(202')에 의해 형성되기 위핸, 요구되는 결정 구조를 형성하는 데 도움이 될 수 있다. 얇은 두께의 희생 산화 레이어(204)와 희생 레이어(206) 때문에, 마그네틱 레이어(202') 내의 글래스-촉진 요소(B와 같은)는 희생 레이어(206)로 이동하기 쉬워질 수 있다. 결과적으로, 마그네틱 레이어(202’)의 화학량(stoichiometries)은 108 단계의 어닐링이 수행되는 동안 변화하지 않는다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 마그네틱 레이어(202’)는 확산 공정 내에서 결핍(poor)이 일어날 수 있다. 예를 들어, 마그네틱 레이어(202’)에 이용된 CoFeB 또는 FeB 레이어는 B 결핍이 형성될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 결정화된 CoFe 레이어가 남을 수 있다. 그러나, 이러한 레이어는 여전히 CoFeB 레이어에 속할 수 있다. 부분 결정화 공정 이후, 마그네틱 레이어(202')의 결정화된 부분은 요구되는 결정 구조(crystal structure)와 방향(orientation)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 CoFeB 또는 FeB 레이어는 {100} 방향을 갖는 체심 입방 결정 구조(body-centered cubic crystal structure)를 가질 수 있다.

이어서, 110 단계에서 희생 레이어(206)와 희생 산화 레이어(204)는 제거된다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 110 단계는 상기 마그네틱 레이어(200)의 플라즈마 에칭에 의해 완료될 수 있다. 따라서, Ar 이온과 같은, 비활성 이온이 상기 마그네틱 레이어(200)의 표면에 입사되는데 이용될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 마그네틱 레이어(202’)의 일부 또한 제거될 수 있다.

도 5는 110 단계가 수행된 이후의 마그네틱 레이어(202)를 나타낸다. 희생 산화 레이어(204)와 희생 레이어(206)는 제거된 상태이다. 다만, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 어느 하나 또는 양쪽의 레이어에서 나온 몇몇 잔여물(204', 206')이 도 5에 나타나듯이 남아있을 수 있다. 예를 들어, 상기 잔여물(204’, 206’)은 MgO, W 및/또는 Ta를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 110 단계 이후에 어떤한 잔여물(204', 206')도 남아있지 않을 수 있다. 만약, 에칭이 마그네틱 레이어(202)의 일부를 제거하기 위해 수행된다면, 마그네틱 레이어(202')는 증착된 때보다 얇아질 수 있다.

112 단계를 통하여, 마그네틱 레이어(200)에 대한 공정은 완료될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 112 단계는 하나 이상의 추가적인 레이어를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, CoFeB 와 같은 추가적인 I-PMA 레이어가 증착될 수 있다. 이와 유사하게, 다른 높은 수직적 마그네틱 비등방성 레이어가 형성될 수 있다. 예를 들어, 벌크의 수직적 마그네틱 비등방성 레이어(bulk perpendicular magnetic anisotropy; B-PMA)가 형성될 수 있다. 상기 B-PMA 레이어는, 구조(예를 들어, 벌크 상태의 구조) 전체에 영향을 미치는 높은 수직적 마그네틱 비등방성질을 갖는 구조와 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 B-PMA 레이어는 높은 PMA(면외 비자화 에너지를 넘어서는 수직적 마그네틱 비등방성 에너지)를 유지할 수 있도록 두껍게 형성될 수 있다. 상기 B-PMA 레이어는 Co/Pt 이중층(다르게 나타내면, (Co/Pt)n), CoPt 합금, CoTb 합금 및/또는 여러번 반복되는 Co/Tb 이중층이 여러 번 반복되는 복수의 레이어를 포함할 수 있다. 또한, 상기 B-PMA 레이어는 CoTb/FeB 이중층, FePd 합금, FePdB 합금, CoPd 합금, FePt 합금, TbCoFe 합금, GaMn 합금, GeMn 합금, 반복되는 Co/Pd 이중층, 반복되는 Fe/Pt 이중층, 반복되는 Co/Ni 이중층 반복되는 Tb/CoFe 이중층, 반복되는 Co/Ir 이중층, 및 또는 반복되는 Co/TbCoFe 이중층을 포함하는 반복되는 복수의 레이어를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, Co 레이어, Pt 레이어 및 Co/Pt 복수의 레이어는 112 단계에서 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 마그네틱 레이어(202’) 상에는 어떠한 레이어도 남아있지 않을 수 있다. 다만, 마그네틱 레이어(200)의 추가적인 서브레이어 상에는 마그네틱 레이어(202’)가 형성될 수 있다. 도 6은 112 단계가 수행된 이후의 마그네틱 레이어(200)를 나타낸다. 따라서, 추가적인 레이어(208)가 도시된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 112 단계는 생략되거나, 마그네틱 레이어(202’)는 추가적인 레이어(208) 상에 위치할 수 있다.

따라서, 마그네틱 레이어(200)는 상기 방법(100)에 의해 형성될 수 있다. 마그네틱 레이어(200)는 마그네틱 접합의 프리 레이어, 핀형 레이어, 또는 프리 레이어와 핀형 레이어 모두에 사용될 수 있다. 희생 레이어(206)의 사용은 마그네틱 레이어(202’)의 결정화를 향상시키는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 마그네틱 레이어(202’)는 {100} 방향을 갖는 체심 입방 결정 구조를 가질 수 있다. 추가적으로, 마그네틱 레이어(202’)와 추가적인 레이어(208) 사이의 커플링은 향상될 수 있다. 추가적인 레이어(208)가 높은 PMA 레이어를 포함할 수 있기 때문에, 향상된 커플링은 PMA 와 마그네틱 레이어(200)의 안정성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 마그네틱 레이어(202’)와 마그네틱 레이어(200)의 수직적 마그네틱 비등방성 에너지는, 면외 비자화 에너지를 초과할 수 있다. 따라서, 마그네틱 모멘트(203)는 안정적인 수직 평면의 자기 저항을 가질 수 있고, 마그네틱 레이어(202’)와 마그네틱 레이어(200)를 이용하는 마그네틱 접합의 TMR도 향상될 수 있다. 희생 산화 레이어(204)의 사용은, 하부에 위치하는 마그네틱 레이어(202’)의 데미지를 줄이면서 플라즈마 에칭을 사용하여 희생 산화 레이어(204)와 희생 레이어(206)를 제거하는 것을 가능하게 한다. 이는 희생 산화 레이어(204)가 포함하는 물질이 희생 레이어(206)가 포함하는 물질보다 쉽게 플라즈마 에칭되기 때문일 수 있다. 이러한 데미지의 감소는 단일 기판에 가로지르는 마그네틱 레이어(202’)의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판과 기판 사이의 마그네틱 레이어(202’)의 변화는 희생 산화 레이어(204)를 사용함으로써 감소할 수 있다. 결과적으로, 희생 레이어(206)의 사용을 통해 반복성과 균일성이 향상될 수 있다. 따라서, 상기 방법(100)을 사용하여 제작된 마그네틱 레이어(200)의 마그네틱 접합의 성능은 향상될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어를 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

구체적으로, 도 7은 STT-MRAM 및 다양한 전자장치와 같은 마그네틱 장치에서 이용가능한 마그네틱 접합을 위한 레이어를 제공하기 위해 희생 산화 레이어(204)와 희생 레이어(206)를 사용하는 방법(120)을 나타낸다. 단순화를 위해, 상기 방법(120)의 몇몇 단계는 생략될 수 있고, 다른 순서로 동작할 수 있으며, 다른 하위 단계와 결합될 수 있다. 또한, 상기 방법(120)은 이미 수행된 다른 마그네틱 메모리를 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다. 또한, 복수의 마그네틱 접합이 동시에 제조될 수 있다.

이어서, 122 단계를 통해, 핀형 레이어가 형성될 수 있다. 122 단계는 이중 마그네틱 접합을 위해, 그리고, 하부 핀형 마그네틱 접합(상기 프리 레이어 이전에 형성된 핀형 레이어)을 위해 수행될 수 있다. 핀형 레이어은 자성을 띄며, 이러한 자화는 상기 마그네틱 접합의 적어도 일부가 동작하는 동안 특정 방향으로 고정될 수 있다. 따라서, 핀형 레이어는 동작 온도에서 열적으로 안정적일 수 있다. 122 단계에서 형성된 핀형 레이어는 단일 레이어 또는 다중 레이어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 122 단계에서 형성된 핀형 레이어는, Ru와 같은 얇은 비마그네틱 레이어를 통해 연결된 반강자성의(antiferromagnetically) 또는 강자성의(ferromagnetically) 마그네틱 레이어를 포함하는 합성 반강자성체(synthetic antiferromagnet; 이하, SAF)일 수 있다. 이러한 SAF 에서, 각각의 마그네틱 레이어는 또한, 다중 레이어를 포함할 수 있다. 핀형 레이어는 또한 다른 다중 레이어일 수 있다. 122 단계에서 형성된 핀형 레이어는 면외 비자화 에너지를 초과하는 수직적 마그네틱 비등방성 에너지를 가질 수 있다. 따라서, 상기 핀형 레이어는 평면에 수직인 방향으로 형성된 마그네틱 모멘트를 가질 수 있다. 상기 핀형 레이어는 다른 방향으로 자화되는 것도 가능하다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 122 단계는 상기 방법(100) 를 사용하여 수행된다. 따라서, 상기 핀형 레이어는 글래스-촉진 요소를 갖는 마그네틱 레이어를 증착하고, 희생 산화 레이어를 증착하고, 희생 레이어를 증착하고, 상기 레이어를 어닐링하고, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 제거하여, 레이어의 공정을 완성함으로써 형성될 수 있다.

이어서, 124 단계를 통해, 비마그네틱 스페이서 레이어가 제공될 수 있다. 124 단계는 이중 마그네틱 접합과 핀형 마그네틱 접합의 하부에 수행될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 결정화된 MgO 터널링 배리어 레이어는, 마그네틱 접합이 형성되기 위해 요구될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 124 단계는 예를 들어, 라디오 주파수 스퍼터링(radio frequency sputtering)을 이용해 증착된 MgO를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 금속형 Mg가 증착될 수 있으며, 이후, Mg의 자연적 산화층을 제공할 수 있다. 상기 MgO 터널링 배리어 레이어/비마그네틱 스페이서 레이어는 다른 방법으로 형성될 수 있다. 124 단계는, 마그네틱 접합의 향상된 TMR을 위해 {100} 방향을 갖는 결정화된 MgO 터널링 배리어 레이어를 제공하기 위해, 미리 형성된 마그네틱 접합의 일부를 어닐링 하는 것을 포함할 수 있다.

이어서, 126 단계를 통해 프리 레이어가 제공될 수 있다. 126 단계는 프리 레이어를 위한 물질을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 126 단계는 상기 방법(100)을 이용해 수행될 수 있다. 따라서, 상기 프리 레이어는 글래스-촉진 요소를 갖는 마그네틱 레이어를 증착하고, 희생 산화 레이어를 증착하고, 희생 레이어를 증착하고, 상기 레이어를 어닐링하고, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 제거하여, 레이어의 공정을 완성함으로써 형성될 수 있다. 만약 122 단계와 124 단계가 생략된다면, 상기 프리 레이어는 시드 레이어 상에 증착될 수 있다. 이러한 실시예의 경우, 상부 핀형 마그네틱 접합이 제조된다. 상기 프리 레이어, 마그네틱 비등방성 및/또는 상기 프리 레이어의 마그네틱 댐핑(magnetic damping)의 요구되는 결정 구조를 포함하여, 다양한 목적을 위해 상기 시드 레이어가 선택될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 프리 레이어의 수직의 마그네틱 비등방성질을 촉진하기 위해, 상기 프리 레이어는 결정화된 MgO 레이어와 같은 시드 레이어 상에 제공될 수 있다. 만약, 이중 마그네틱 접합 또는 하부 핀형 마그네틱 접합이 형성되는 경우, 상기 프리 레이어는 124 단계에서 제공된 비마그네틱 스페이서 레이어 상에 형성될 수 있다.

이어서, 128 단계를 통해, 비마그네틱 스페이서 레이어가 제공될 수 있다. 128 단계는, 공정에서 이중 마그네틱 접합 또는 상부 핀형 마그네틱 접합이 요구될 때 수행될 수 있다. 다만, 만약 단일 마그네틱 접합 또는 하부 핀형 마그네틱 접합이 요구되는 경우, 128 단계는 생략될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 추가적인 결정화된 MgO 터널링 배리어 레이어는 마그네틱 접합이 형성되기 위해 필요로 될 수 있다. 따라서, 128 단계는 앞에서 설명한 124 단계로서 수행될 수 있다.

이어서, 130 단계를 통해, 추가적 핀형 레이어는 선택적으로 제공될 수 있다. 130 단계는 공정에서 이중 마그네틱 접합 또는 상부 핀형 마그네틱 접합이 요구될 때 수행될 수 있다. 다만, 만약 단일 마그네틱 접합 또는 하부 핀형 마그네틱 접합이 요구되는 경우, 130 단계는 생략될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 130 단계는 상기 방법(100)을 이용해 수행될 수 있다. 따라서, 상기 핀형 레이어는 글래스-촉진 요소를 갖는 마그네틱 레이어를 증착하고, 희생 산화 레이어를 증착하고, 희생 레이어를 증착하고, 상기 레이어를 어닐링하고, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 제거하여, 레이어의 공정을 완성함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 130 단계에서 형성된 핀형 레이어를 위한 수직적 마그네틱 비등방성 에너지는 면외 비자화 에너지를 초과할 수 있다

이어서, 마그네틱 접합의 공정은 완료될 수 있다. 예를 들어, 캡핑 레이어가 증착될 수 있고, 레이어 상에 마스크를 제공하되, 이때, 상기 레이어의 노출된 부분에 이온 밀링(ion milling) 및 증착함으로써 마그네틱 접합의 에지가 정의될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 이온 밀링이 수행될 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합의 에지는 122 단계부터 130 단계가 수행된 이후에 정의될 수 있다. 이와 반대로, 다양한 레이어의 에지는 다른 공정에서 형성될 수 있다. 컨택과 도전 라인과 같은 추가적인 구조는 마그네틱 접합이 이용된 장치를 위해 형성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방법(120)을 이용해 제조된 마그네틱 접합(220)을 나타낸다. 도 8은 본 발명을 개략화하여 도시한 것이다. 마그네틱 접합(220)은 STT-MRAM과 같은 마그네틱 장치에 사용될 수 있으며, 그러므로, 다양한 전자 장치에도 사용될 수 있다. 마그네틱 접합(220)은 선택적인 시드 레이어(222), 마그네틱 모멘트(225)를 포함하는 핀형 레이어(224), 비마그네틱 스페이서 레이어(226), 마그네틱 모멘트(229)를 포함하는 프리 레이어(228), 선택적인 추가적 비마그네틱 스페이서 레이어(230), 및 마그네틱 모멘트(233)을 포함하는 선택적인 추가적 핀형 레이어(232)를 포함할 수 있다. 또한, 선택적인 캡핑 레이어(234)도 포함할 수 있다. 명확하게 도시하지는 않았으나, 하부 컨택과 상부 컨택도 형성될 수 있다. 이와 유사하게, 단순화를 위해 도면에 명확하게 도시하지는 않았으나, 극성 강화(polarization enhancement)와 다른 레이어를 더 포함할 수 있다.

도 8에 나타난 바와 같이, 마그네틱 접합(220)은 이중 마그네틱 접합이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 추가적 비마그네틱 스페이서 레이어(230)와 추가적 핀형 레이어(232)는 생략될 수 있다. 이러한 실시예에서, 마그네틱 접합(220)은 하부 핀형 마그네틱 접합일 수 있다. 이와 반대로, 핀형 레이어(224)와 비마그네틱 스페이서 레이어(226)는 생략될 수 있다. 이러한 실시예에서, 마그네틱 접합(220)는 상부 핀형 마그네틱 접합일 수 있다. 도면에 명확하게 도시하지는 않았으나, 선택적인 핀형 레이어는 핀형 레이어(224) 및/또는 선택적 핀형 레이어(232)의 자화를 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 선택적 핀형 레이어는 AFM 레이어, 또는 교환-편향 상호작용(exchange-bias interaction)을 통해 자화된 핀을 포함하는 다중 레이어일 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 선택적 핀형 레이어는 생략되거나, 다른 구조에서 사용될 수 있다.

도 8에 나타난 본 발명의 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 마그네틱 레이어(224, 228, 232)는 상기 방법(100)을 이용해 형성된다. 따라서, 핀형 레이어(224, 232)와 프리 레이어(232)는 도면에 나타나듯, 안정된 평면에 수직인 고유의 마그네틱 모멘트(225, 229, 233)을 가질 수 있다. 또한, 마그네틱 접합(220)은 쓰기 전류(write current)가 마그네틱 접합(220)을 통해 흐를 때, 프리 레이어(228)가 안정적으로 마그네틱 상태를 변경할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 평면에 수직인 전류 방향(current perpendicular-to-plane; 이하, CPP direction)으로 마그네틱 접합(220)을 통과하도록 쓰기 전류가 유도될 때, 프리 레이어(228)는 스핀 전환 토크를 이용하여 스위칭할 수 있다. 따라서, 프리 레이어(228)의 자화의 방향에 해당하는 마그네틱 접합(220)에 저장된 데이터는, 마그네틱 접합(220)에 리드 전류를 유도함으로써 읽을 수 있다. 상기 리드 전류는 평면에 수직인 전류 방향(CPP direction)으로 마그네틱 접합(220)을 통과하도록 유도될 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(220)의 자기저항(magnetoresistance)은 리드 신호를 제공할 수 있다.

마그네틱 접합(220)은 122 단계, 126 단계 및/또는 130 단계의 상기 방법(100)을 이용한 공정을 통하여 성능을 향상시킬 수 있다. 더 구체적으로, 마그네틱 접합(220)은 앞에서 설명한 상기 방법(100)의 이득을 누릴 수 있다. 즉, 희생 레이어의 사용과 어닐링은, 프리 레이어(228) 및/또는 핀형 레이어(224 및/또는 232)의 결정화를 향상시킬 수 있다. 마그네틱 레이어(224, 228 및/또는 232)는 높은 PMA와 향상된 TMR를 가질 수 있다. 희생 산화 레이어는 이러한 이득의 반복성 및 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(220)의 성능은 향상될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

구체적으로, 도 9는 STT-MRAM 및 다양한 전자장치와 같은 마그네틱 장치에서 이용가능하고, 상부 핀형 레이어를 포함하는 마그네틱 접합을 제조하기 위한 방법(140)을 나타낸다. 단순화를 위해, 상기 방법(140)의 몇몇 단계는 생략될 수 있고, 다른 순서로 동작할 수 있으며, 다른 하위 단계와 결합될 수 있다. 또한, 상기 방법(140)은 이미 수행된 다른 마그네틱 메모리를 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다. 상기 방법(140)은 특정 물질을 이용하는 특정 마그네틱 접합의 제조방법을 나타낸다. 다만, 다른 마그네틱 접합도 형성될 수 있다. 또한, 상기 방법(140)은 단일 마그네틱 접합을 위한 제조방법일 수 있다. 다만, 동시에 다중 마그네틱 접합을 위한 제조방법일 수 있다.

141 단계를 통해 프리 레이어가 제공될 수 있다. 상기 프리 레이어는 면외 비자화 에너지를 초과하는 수직적 마그네틱 비등방성 에너지를 가질 수 있다. 따라서, 상기 프리 레이어는 평면에 수직인 마그네틱 모멘트를 가질 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 141 단계는 상기 방법(100)이 이용될 수 있다. 따라서, 상기 프리 레이어는, 글래스-촉진 요소를 갖는 마그네틱 레이어를 증착하고, 희생 산화 레이어를 증착하고, 희생 레이어를 증착하고, 상기 레이어를 어닐링하고, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 제거하여, 레이어의 공정을 완성함으로써 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 프리 레이어는 141 단계와 다른 방법으로 형성될 수 있다. 상기 프리 레이어, 마그네틱 비등방성 및/또는 상기 프리 레이어의 마그네틱 댐핑의 요구되는 결정 구조를 포함하여, 다양한 목적을 위해 선택된 시드 레이어가 상기 프리 레이어 상에 증착될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 141 단계는 결정화된 MgO 레이어와 같은, 시드 레이어 상의 프리 레이어를 제공할 수 있다.

141 단계를 통해 프리 레이어가 제공될 수 있다. 상기 프리 레이어는 면외 비자화 에너지를 초과하는 수직적 마그네틱 비등방성 에너지를 가질 수 있다. 따라서, 상기 프리 레이어는 평면에 수직인 마그네틱 모멘트를 가질 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 141 단계는 상기 방법(100)이 이용될 수 있다. 따라서, 상기 프리 레이어는, 글래스-촉진 요소를 갖는 마그네틱 레이어를 증착하고, 희생 산화 레이어를 증착하고, 희생 레이어를 증착하고, 상기 레이어를 어닐링하고, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 제거하여, 레이어의 공정을 완성함으로써 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 프리 레이어는 141 단계와 다른 방법으로 형성될 수 있다. 상기 프리 레이어, 마그네틱 비등방성 및/또는 상기 프리 레이어의 마그네틱 댐핑의 요구되는 결정 구조를 포함하여, 다양한 목적을 위해 선택된 시드 레이어가 상기 프리 레이어 상에 증착될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 141 단계는 결정화된 MgO 레이어와 같은, 시드 레이어 상의 프리 레이어를 제공할 수 있다.

이어서, 143 단계 내지 146 단계를 통하여, 상부 핀형 레이어가 제공될 수 있다. 143 단계에서, 마그네틱 레이어(202’)와 같은 마그네틱 레이어는 상기 방법(100)을 이용해 형성될 수 있다. 따라서, 143 단계는 글래스-촉진 요소를 갖는 마그네틱 레이어를 증착하고, 희생 산화 레이어를 증착하고, 희생 레이어를 증착하고, 상기 레이어를 어닐링하고, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 144 단계 내지 146 단계를 이용하여, 핀형 레이어의 제조공정을 완성할 수 있다. 144 단계 내지 146 단계는 B-PMA 레이어를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 143 단계에서 형성된 상기 마그네틱 레이어 상에 형성되는 Co 레이어는 144 단계에서 제공될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 Co 레이어는 적어도 3 옴스트롱(Å) 이상이고, 6 옴스트롱(Å)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 146 단계를 통하여, Pt 레이어 상에 Co/Pt 다중레이어가 형성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나 이상의 반복된 Co/Pt 이중 레이어가 제공될 수 있다. 145 단계에서 제공된 Pt 레이어는 제1 Co 레이어와 인접할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 이중 레이어 내의 각각의 Co 레이어는 적어도 2 옴스트롱(Å)보다 크고, 4 옴스트롱(Å) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 각각의 Pt 레이어는 적어도 4 옴스트롱(Å)보다 크고, 6 옴스트롱(Å)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 추가적으로, Co 레이어는 이중레이어의 마지막 Pt 레이어 상에 제공될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 마지막 Co 레이어는 3 옴스트롱(Å)보다 크고, 5 옴스트롱(Å)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 두께, 다른 물질 및/또는 다른 특성을 가질 수 있다.

이어서, 마그네틱 접합의 제조과정은 완료될 수 있다. 예를 들어, 캡핑 레이어, 컨택 및/또는 다른 구조가 형성될 수 있다. 마그네틱 접합의 에지가 앞서 완료되지 않았다면, 이후 공정에서 정의될 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방법(140)을 이용해 제조된 마그네틱 접합(240)을 나타낸다. 도 10은 본 발명을 개략화하여 도시한 것이다. 마그네틱 접합(240)은 STT-MRAM과 같은 마그네틱 장치에 사용될 수 있으며, 그러므로, 다양한 전자 장치에도 사용될 수 있다. 단순화를 위해, 시드 레이어와 캡핑 레이어는 도면에서 생략하였다. 이와 유사하게, 극성 강화 및 다른 레이어도 단순화를 위해 도면에서 생략하였다. 마그네틱 접합(240)은 프리 레이어(241), 배리어 레이어로 동작할 수 있는 비마그네틱 스페이서 레이어(242), 상부 핀형 레이어(243)를 포함한다. 명확하게 도시하지는 않았으나, 하부 컨택과 상부 컨택도 형성될 수 있다. 마그네틱 접합(240)은 쓰기 전류가 마그네틱 접합(240)을 통해 흐를 때, 프리 레이어(241)가 안정적으로 마그네틱 상태를 변경할 수 있도록 할 수 있다. 평면에 수직인 전류 방향(CPP direction)으로 마그네틱 접합(240)을 통과하도록 쓰기 전류가 유도될 때, 프리 레이어(241)는 스핀 전환 토크를 이용하여 스위칭할 수 있다. 따라서, 프리 레이어(241)의 자화의 방향에 해당하는 마그네틱 접합(240)에 저장된 데이터는, 마그네틱 접합(240)에 리드 전류를 유도함으로써 읽을 수 있다. 상기 리드 전류는 평면에 수직인 전류 방향(CPP direction)으로 마그네틱 접합(240)을 통과하도록 유도될 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(240)의 자기저항은 리드 신호를 제공할 수 있다.

도 10에 나타난 본 발명의 몇몇 실시예에서, 핀형 레이어(243)은 상기 방법(100)을 이용해 형성된다. 따라서, 상기 핀형 레이어는 I-PMA 레이어일 수 있는 마그네틱 레이어(244)를 포함하고, 희생 산화 레이어 및 희생 레이어에 어닐링을 수행하여 결정화된다. 예를 들어, 마그네틱 레이어(244)는 CoFeB 레이어 또는 FeB 레이어를 포함할 수 있다. 이러한 레이어는 어닐링에 의해 B 결핍이 형성될 수 있다. 또한, 도면에 나타난 것과 같이 각각의 144 단계, 145 단계 및 146 단계에서, Co 레이어(246), Pt 레이어(247) 및 Co/Pt 다중 레이어(248)가 형성된다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 핀형 레이어(243)은 희생 산화 레이어 및 희생 레이어의 잔여물(245)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 잔여물(245)은 Mg, MgO, Ta 및/또는 W를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 희생 산화 레이어 및 희생 레이어는 완전히 제거될 수 있다. 따라서, 이 경우, 잔여물(245)은 남아있지 않을 수 있다.

마그네틱 접합(240)은 143 단계, 144 단계, 145 단계 및/또는 146 단계의 상기 방법(100)을 이용한 공정을 통하여 성능을 향상시킬 수 있다. 더 구체적으로, 마그네틱 접합(240)은 앞에서 설명한 상기 방법(100)의 이득을 누릴 수 있다. 즉, 희생 레이어의 사용과 어닐링은, 핀형 레이어(243)의 레이어(244)에 대한 결정화를 향상시킬 수 있다. 또한, 마그네틱 레이어(244)는 높은 PMA와 향상된 TMR를 포함할 수 있다. 희생 산화 레이어는 이러한 이득의 반복성 및 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(240)의 성능은 향상될 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

구체적으로, 도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방법(150)을 이용해 제조된 상부 핀형 레이어를 포함하는 마그네틱 접합을 나타내며, 상기 마그네틱 접합은 STT-MRAM과 같은 마그네틱 장치에 사용될 수 있으며, 그러므로, 다양한 전자 장치에도 사용될 수 있다. 단순화를 위해, 상기 방법(150)의 몇몇 단계는 생략될 수 있고, 다른 순서로 동작할 수 있으며, 다른 하위 단계와 결합될 수 있다. 또한, 상기 방법(150)은 이미 수행된 다른 마그네틱 메모리를 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다. 상기 방법(150)은 특정 물질을 이용하는 특정 마그네틱 접합의 제조방법을 나타낸다. 다만, 다른 마그네틱 접합도 형성될 수 있다. 또한, 상기 방법(150)은 단일 마그네틱 접합을 위한 제조방법일 수 있다. 다만, 동시에 다중 마그네틱 접합을 위한 제조방법일 수 있다.

151 단계를 통해, 프리 레이어가 제공된다. 151 단계는 상기 방법(140)의 141 단계와 유사할 수 있다. 이어서, 152 단계를 통해, 비마그네틱 스페이서 레이어가 제공된다. 152 단계는 상기 방법(140)의 142 단계와 유사할 수 있다.

이어서, 153 단계 내지 158 단계를 통하여, 상부 핀형 레이어가 제공될 수 있다. 153 단계에서, 마그네틱 레이어(202’)와 같은 마그네틱 레이어는 상기 방법(100)을 이용해 형성될 수 있다. 따라서, 153 단계는 글래스-촉진 요소를 갖는 마그네틱 레이어를 증착하고, 희생 산화 레이어를 증착하고, 희생 레이어를 증착하고, 상기 레이어를 어닐링하고, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 154 단계 내지 158 단계를 이용하여, 핀형 레이어의 제조공정을 완성할 수 있다. 154 단계 내지 156 단계는 B-PMA 레이어를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 154 단계 내지 156 단계는 SAF의 제1 레이어를 형성한다. 157 단계 내지 158 단계는 SAF인 상부 핀형 레이어와 같은 추가적인 레이어를 제공한다. 154 단계, 155 단계 및 156 단계는, 각각 상기 방법(140)의 144 단계, 145 단계 및 146 단계와 유사할 수 있다. 따라서, 각각의 154 단계, 155 단계 및 156 단계는 Co 레이어, Pt 레이어 및 Co/Pt 다중레이어를 제공할 수 있다. 이러한 레이어의 두께 및 특성은 상기 방법(140)에서 설명한 것과 유사할 수 있다.

이어서, 157 단계에서, Ru 레이어와 같은 비마그네틱 커플링 레이어가 제공된다. 상기 비마그네틱 커플링 레이어는 153 단계 내지 156 단계에서 제공된 강자성 레이어와 같은 두께를 가진다. 이어서, 158 단계에서 제공된 레이어는 자기적으로 커플링 될 것이 요구된다. 일반적으로, 이러한 레이어들은 반강자성적으로 커플링 될 것이 요구된다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 커플링 레이어의 두께는 강자성 커플링을 제공하기 위한 것으로 선택될 수 있다.

이어서, 158 단계에서, 상부 마그네틱 레이어가 제공된다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 레이어는 B-PMA일 수 있다. 예를 들어, 158 단계에서 Co/Pt 다중 레이어가 형성될 수있다. 따라서, Co 레이어는 비마그네틱 커플링 레이어에 인접하도록 형성될 수 있다. 이러한 Co 레이어는 적어도 3 옴스트롱(Å)보다 크고, 6 옴스트롱(Å) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 반복되는 숫자를 가지는 Pt/Co 이중레이어는 Co 레이어 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 Pt 레이어는 적어도 3 옴스트롱(Å)보다 크고, 5 옴스트롱(Å) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 제1 Co 레이어는 적어도 1 옴스트롱(Å)보다 크고, 3 옴스트롱(Å) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 이후에 반복되는 Pt 레이어는 적어도 1 옴스트롱(Å)보다 크고, 3 옴스트롱(Å) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. Co 레이어는 상기 이후에 반복되는 레이어들의 두께와 거의 비슷할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 두께도 가질 수 있다. 이어서, 마그네틱 접합의 공정은 완료될 수 있다. 예를 들어, 캡핑 레이어, 컨택 및/또는 다른 구조가 형성될 수 있다. 마그네틱 접합의 에지가 앞서 완료되지 않았다면, 이후 공정에서 정의될 수 있다.

도 12는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 12는 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방법(150)을 이용해 제조된 마그네틱 접합(250)을 나타낸다. 도 12는 본 발명을 개략화하여 도시한 것이다. 단순화를 위해, 시드 레이어와 캡핑 레이어는 도면에서 생략하였다. 이와 유사하게, 극성 강화 및 다른 레이어도 단순화를 위해 도면에서 생략하였다. 마그네틱 접합(250)은 프리 레이어(251), 배리어 레이어로 동작할 수 있는 비마그네틱 스페이서 레이어(252), 상부 핀형 레이어(253)를 포함한다. 명확하게 도시하지는 않았으나, 하부 컨택과 상부 컨택도 형성될 수 있다. 마그네틱 접합(250)은 쓰기 전류가 마그네틱 접합(250)을 통해 흐를 때, 프리 레이어(251)가 안정적으로 마그네틱 상태를 변경할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 평면에 수직인 전류 방향(CPP direction)으로 마그네틱 접합(250)을 통과하도록 쓰기 전류가 유도될 때, 프리 레이어(251)는 스핀 전환 토크를 이용하여 스위칭할 수 있다. 따라서, 프리 레이어(251)의 자화의 방향에 해당하는 마그네틱 접합(250)에 저장된 데이터는, 마그네틱 접합(250)에 리드 전류를 유도함으로써 읽을 수 있다. 상기 리드 전류는 평면에 수직인 전류 방향(CPP direction)으로 마그네틱 접합(250)을 통과하도록 유도될 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(250)의 자기저항은 리드 신호를 제공할 수 있다.

도 12에 나타난 본 발명의 몇몇 실시예에서, 핀형 레이어(253)은 상기 방법(100)을 이용해 형성된다. 마그네틱 레이어(254)는 도 10을 참조하여 설명한 핀형 레이어(243)과 유사할 수 있다. 따라서, 상기 핀형 레이어는 I-PMA 레이어일 수 있는 마그네틱 레이어(255)를 포함하고, 희생 산화 레이어 및 희생 레이어에 어닐링을 수행하여 결정화한다. 예를 들어, 마그네틱 레이어(255)는 CoFeB 레이어 또는 FeB 레이어를 포함할 수 있다. 이러한 레이어는 어닐링에 의해 B 결핍이 형성될 수 있다. 또한, 도면에 나타난 것과 같이, 각각의 154 단계, 155 단계 및 156 단계에서, Co 레이어(257), Pt 레이어(258) 및 Co/Pt 다중 레이어(259)가 형성된다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 핀형 레이어(254)은 희생 산화 레이어 및 희생 레이어의 잔여물(256)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 잔여물(256)은 Mg, MgO, Ta 및/또는 W를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 희생 산화 레이어 및 희생 레이어는 완전히 제거될 수 있다. 따라서, 이 경우, 잔여물(256)은 남아있지 않을 수 있다.

핀형 레이어(253)은 또한 SAF일 수 있다. 따라서, 비마그네틱 커플링 레이어(260)에 의해 분리되는 마그네틱 레이어(254, 261)는 핀형 레이어(253)의 일부일 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, B-PMA 레이어로 설명하였으나, 상기 레이어(261)은 상기 레이어(254)와 유사하고, 상기 방법(100)을 이용하여 형성될 수 있다.

마그네틱 접합(250)은 153 단계, 154 단계, 155 단계 및 156 단계의 상기 방법(100)을 이용한 공정을 통하여 성능을 향상시킬 수 있다. 더 구체적으로, 마그네틱 접합(250)은 앞에서 설명한 상기 방법(100)의 이득을 누릴 수 있다. 즉, 희생 레이어의 사용과 어닐링은, 마그네틱 레이어(254)의 레이어(255)의 결정화를 향상시킬 수 있다. 또한, 마그네틱 레이어(254, 261)는 높은 PMA와 향상된 TMR를 가질 수 있다. 희생 산화 레이어는 이러한 이득의 반복성 및 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(250)의 성능은 향상될 수 있다.

도 13은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

구체적으로, 도 13은 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방법(160)을 이용해 제조된 하부 핀형 레이어를 포함하는 마그네틱 접합을 나타내며, 상기 마그네틱 접합은 STT-MRAM과 같은 마그네틱 장치에 사용될 수 있으며, 그러므로, 다양한 전자 장치에도 사용될 수 있다. 단순화를 위해, 상기 방법(160)의 몇몇 단계는 생략될 수 있고, 다른 순서로 동작할 수 있으며, 다른 하위 단계와 결합될 수 있다. 또한, 상기 방법(160)은 이미 수행된 다른 마그네틱 메모리를 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다. 상기 방법(160)은 특정 물질을 이용하는 특정 마그네틱 접합의 제조방법을 나타낸다. 다만, 다른 마그네틱 접합도 형성될 수 있다. 또한, 상기 방법(160)은 단일 마그네틱 접합을 위한 제조방법일 수 있다. 다만, 동시에 다중 마그네틱 접합을 위한 제조방법일 수 있다.

161 단계 내지 166 단계를 통하여, 하부 핀형 레이어가 제공될 수 있다. 161 단계를 통해, B-PMA 레이어가 제공될 수 있다. 따라서, 161 단계는 각각의 방법(140, 150, 100)의 144 단계 내지 146 단계, 154 단계 내지 156 단계, 112 단계와 유사할 수 있다. 예를 들어, 앞에서 설명한 것과 유사한 Co/Pt 다중 레이어는 161 단계에서 형성될 수 있다. 마그네틱 레이어(202')와 같은 마그네틱 레이어는 상기 방법(100)을 이용하여 형성될 수 있다. 따라서, 162 단계는, 글래스-촉진 요소를 갖는 마그네틱 레이어를 증착하고, 희생 산화 레이어를 증착하고, 희생 레이어를 증착하고, 상기 레이어를 어닐링하고, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 163 단계를 이용하여, 하부 핀형 레이어의 제조공정을 완성할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서 나타나듯이, 163 단계는 I-PMA 레이어를 완성할 수 있다. 따라서, 163 단계는 추가적인 CoFeB, FeB 또는 이와 유사한 레이어를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 일반적으로, 162 단계에서 증착된 마그네틱 레이어는, 163 단계에서 증착된 I-PMA 레이어보다 두껍게 형성할 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, 162 단계에서의 마그네틱 레이어는 적어도 15 옴스트롱(Å)보다 크고, 20 옴스트롱(Å) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 163 단계에서 증착된 레이어는 적어도 5 옴스트롱(Å)보다 크고, 10 옴스트롱(Å) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 즉, 161 단계 및 162 단계를 이용하여, B-PMA 레이어와 I-PMA 레이어를 갖는 핀형 레이어가 형성될 수 있다.

이어서, 164 단계에서, 비마그네틱 스페이서 레이어가 제공된다. 164 단계는 상기 방법(140, 150)의 142 단계 및 152 단계와 각각 유사할 수 있다. 이어서, 165 단계를 통해 프리 레이어가 제공될 수 있다. 165 단계는 상기 방법(140, 150)의 141 단계 및 151 단계와 각각 유사할 수 있다. 다만, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 프리 레이어는 하부에 배치된 시드 레이어가 아닌, 비마그네틱 스페이서 레이어 상에 제공될 수 있다.

도 14는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 14는 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방법(160)을 이용해 제조된 마그네틱 접합(270)을 나타낸다. 도 14는 본 발명을 개략화하여 도시한 것이다. 마그네틱 접합(270)은 STT-MRAM과 같은 마그네틱 장치에 사용될 수 있으며, 그러므로, 다양한 전자 장치에도 사용될 수 있다. 단순화를 위해, 시드 레이어와 캡핑 레이어는 도면에서 생략하였다. 이와 유사하게, 극성 강화 및 다른 레이어도 단순화를 위해 도면에서 생략하였다. 마그네틱 접합(270)은 하부 핀형 레이어(271), 배리어 레이어로 동작할 수 있는 비마그네틱 스페이서 레이어(276), 프리 레이어(277)를 포함한다. 명확하게 도시하지는 않았으나, 하부 컨택과 상부 컨택도 형성될 수 있다. 마그네틱 접합(270)은 쓰기 전류가 마그네틱 접합(270)을 통해 흐를 때, 프리 레이어(277)가 안정적으로 마그네틱 상태를 변경할 수 있도록 할 수 있다. 평면에 수직인 전류 방향(CPP direction)으로 마그네틱 접합(270)을 통과하도록 쓰기 전류가 유도될 때, 프리 레이어(277)는 스핀 전환 토크를 이용하여 스위칭할 수 있다. 따라서, 프리 레이어(277)의 자화의 방향에 해당하는 마그네틱 접합(270)에 저장된 데이터는, 마그네틱 접합(240)에 리드 전류를 유도함으로써 읽을 수 있다. 상기 리드 전류는 평면에 수직인 전류 방향(CPP direction)으로 마그네틱 접합(270)을 통과하도록 유도될 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(270)의 자기저항은 리드 신호를 제공할 수 있다.

도 14에 나타난 본 발명의 몇몇 실시예에서, 핀형 레이어(271)은 상기 방법(100)을 이용해 형성된다. 따라서, 상기 핀형 레이어는 I-PMA 레이어일 수 있는 마그네틱 레이어(273)를 포함하고, 희생 산화 레이어 및 희생 레이어에 어닐링을 수행하여 결정화된다. 예를 들어, 마그네틱 레이어(273)는 CoFeB 레이어 또는 FeB 레이어를 포함할 수 있다. 이러한 레이어는 어닐링에 의해 B 결핍이 형성될 수 있다. 또한, 도면에 나타난 것과 같이 161 단계 및 163 단계에서, 각각 Co/Pt 다중 레이어(272)와 I-PMA 리필 레이어(275)가 형성된다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 핀형 레이어(271)은 희생 산화 레이어 및 희생 레이어의 잔여물(274)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 잔여물(274)은 Mg, MgO, Ta 및/또는 W를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 희생 산화 레이어 및 희생 레이어는 완전히 제거될 수 있다. 따라서, 이 경우, 잔여물(274)은 남아있지 않을 수 있다.

마그네틱 접합(270)은 162 단계 및 163 단계의 상기 방법(100)을 이용한 공정을 통하여 성능을 향상시킬 수 있다. 더 구체적으로, 마그네틱 접합(270)은 앞에서 설명한 상기 방법(100)의 이득을 누릴 수 있다. 즉, 희생 레이어의 사용과 어닐링은, 핀형 레이어(271)의 레이어(273)에 대한 결정화를 향상시킬 수 있다. 또한, 마그네틱 레이어(272, 273, 274)는 높은 PMA와 향상된 TMR를 가질 수 있다. 희생 산화 레이어는 이러한 이득의 반복성 및 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(270)의 성능은 향상될 수 있다.

도 15는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

구체적으로, 도 15는 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방법(170)을 이용해 제조된 상부 핀형 레이어를 포함하는 마그네틱 접합을 나타내며, 상기 마그네틱 접합은 STT-MRAM과 같은 마그네틱 장치에 사용될 수 있으며, 그러므로, 다양한 전자 장치에도 사용될 수 있다. 단순화를 위해, 상기 방법(170)의 몇몇 단계는 생략될 수 있고, 다른 순서로 동작할 수 있으며, 다른 하위 단계와 결합될 수 있다. 또한, 상기 방법(170)은 이미 수행된 다른 마그네틱 메모리를 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다. 상기 방법(170)은 특정 물질을 이용하는 특정 마그네틱 접합의 제조방법을 나타낸다. 다만, 다른 마그네틱 접합도 형성될 수 있다. 또한, 상기 방법(170)은 단일 마그네틱 접합을 위한 제조방법일 수 있다. 다만, 동시에 다중 마그네틱 접합을 위한 제조방법일 수 있다.

171 단계 내지 173 단계를 통하여, 하부 핀형 레이어가 제공될 수 있다. 171 단계에서, 마그네틱 레이어(202')와 같은 마그네틱 레이어는 상기 방법(100)을 이용하여 형성될 수 있다. 따라서, 171 단계는, 글래스-촉진 요소를 갖는 마그네틱 레이어를 증착하고, 희생 산화 레이어를 증착하고, 희생 레이어를 증착하고, 상기 레이어를 어닐링하고, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 172 단계 및 173 단계를 이용하여, 프리 레이어의 제조공정을 완성할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서 나타나듯이, 172 단계는 I-PMA 레이어를 완성할 수 있다. 따라서, 172 단계는 추가적인 CoFeB, FeB 또는 이와 유사한 레이어를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 일반적으로, 171 단계에서 증착된 마그네틱 레이어는, 172 단계에서 증착된 I-PMA 리필 레이어보다 두껍게 형성될 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, 171 단계에서 증착된 I-PMA 레이어는 적어도 15 옴스트롱(Å)보다 크고, 20 옴스트롱(Å) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 172 단계에서 증착된 레이어는 적어도 5 옴스트롱(Å)보다 크고, 10 옴스트롱(Å) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 이어서, 173 단계를 통해, 높은 스핀 극성 레이어가 제공될 수 있다. 예를 들어, 173 단게는 Fe 레이어를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 171 단계, 172 단계 및 173 단계를 통하여, I-PMA 레이어를 포함하고, 높은 PMA를 수반하는 프리 레이어가 형성될 수 있다.

이어서, 174 단계에서, 비마그네틱 스페이서 레이어가 제공된다. 174 단계는 상기 방법(140, 150, 160)의 142 단계, 152 단계 및 162 단계와 각각 유사할 수 있다. 이어서, 175 단계를 통해 프리 레이어가 제공될 수 있다. 175 단계는 상기 방법(140, 150, 160)의 141 단계, 151 단계 및 161 단계와 각각 유사할 수 있다. 다만, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 핀형 레이어는 다른 방법으로 형성될 수 있다.

도 16은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 16은 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방법(170)을 이용해 제조된 마그네틱 접합(280)을 나타낸다. 도 16는 본 발명을 개략화하여 도시한 것이다. 마그네틱 접합(280)은 STT-MRAM과 같은 마그네틱 장치에 사용될 수 있으며, 그러므로, 다양한 전자 장치에도 사용될 수 있다. 단순화를 위해, 시드 레이어와 캡핑 레이어는 도면에서 생략하였다. 이와 유사하게, 극성 강화 및 다른 레이어도 단순화를 위해 도면에서 생략하였다. 마그네틱 접합(280)은 하부 핀형 레이어(281), 배리어 레이어로 동작할 수 있는 비마그네틱 스페이서 레이어(286), 상부 핀형 레이어(287)를 포함한다. 명확하게 도시하지는 않았으나, 하부 컨택과 상부 컨택도 형성될 수 있다. 명확하게 도시하지는 않았으나, 선택적 핀형 레이어(optional pinning layer)는 핀형 레이어(287)의 자화를 고정시키는데 이용될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 선택적 핀형 레이어는 AFM 레이어, 또는 교환-편향 상호작용(exchange-bias interaction)을 통해 자화된 핀을 포함하는 다중 레이어일 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 선택적 핀형 레이어는 생략되거나, 다른 구조에서 사용될 수 있다.

마그네틱 접합(280)은 쓰기 전류가 마그네틱 접합(280)을 통해 흐를 때, 프리 레이어(281)가 안정적으로 마그네틱 상태를 변경할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 평면에 수직인 전류 방향(CPP direction)으로 마그네틱 접합(280)을 통과하도록 쓰기 전류가 유도될 때, 프리 레이어(281)는 스핀 전환 토크를 이용하여 스위칭할 수 있다. 따라서, 프리 레이어(281)의 자화의 방향에 해당하는 마그네틱 접합(280)에 저장된 데이터는, 마그네틱 접합(240)에 리드 전류를 유도함으로써 읽을 수 있다. 상기 리드 전류는 평면에 수직인 전류 방향(CPP direction)으로 마그네틱 접합(280)을 통과하도록 유도될 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(280)의 자기저항은 리드 신호를 제공할 수 있다.

도 16에 나타난 본 발명의 몇몇 실시예에서, 프리 레이어(281)은 상기 방법(100)을 이용해 형성된다. 따라서, 상기 프리 레이어(281)는 I-PMA 레이어일 수 있는 마그네틱 레이어(283)를 포함하고, 희생 산화 레이어 및 희생 레이어에 어닐링을 수행하여 결정화된다. 예를 들어, 마그네틱 레이어(282)는 CoFeB 레이어 또는 FeB 레이어를 포함할 수 있다. 이러한 레이어는 어닐링에 의해 B 결핍이 형성될 수 있다. 또한, 도면에 나타난 것과 같이 172 단계 및 173 단계에서, 각각 I-PMA 리필 레이어(284)와 Fe 레이어가 형성된다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 프리 레이어(281)은 희생 산화 레이어 및 희생 레이어의 잔여물(283)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 잔여물(283)은 Mg, MgO, Ta 및/또는 W를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 희생 산화 레이어 및 희생 레이어는 완전히 제거될 수 있다. 따라서, 이 경우, 잔여물(283)은 남아있지 않을 수 있다.

마그네틱 접합(280)은 172 단계 및 173 단계의 상기 방법(100)을 이용한 공정을 통하여 성능을 향상시킬 수 있다. 더 구체적으로, 마그네틱 접합(280)은 앞에서 설명한 상기 방법(100)의 이득을 누릴 수 있다. 즉, 희생 레이어의 사용과 어닐링은, 핀형 레이어(281)의 레이어(283)에 대한 결정화를 향상시킬 수 있다. 또한, 마그네틱 레이어(282, 284, 285)는 높은 PMA와 향상된 TMR를 가질 수 있다. 희생 산화 레이어는 이러한 이득의 반복성 및 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(280)의 성능은 향상될 수 있다.

도 17은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 제공하기 위한 삽입 레이어을 이용하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

구체적으로, 도 17은 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방법(180)을 이용해 제조된 하부 핀형 레이어를 포함하는 마그네틱 접합을 나타내며, 상기 마그네틱 접합은 STT-MRAM과 같은 마그네틱 장치에 사용될 수 있으며, 그러므로, 다양한 전자 장치에도 사용될 수 있다. 단순화를 위해, 상기 방법(180)의 몇몇 단계는 생략될 수 있고, 다른 순서로 동작할 수 있으며, 다른 하위 단계와 결합될 수 있다. 또한, 상기 방법(180)은 이미 수행된 다른 마그네틱 메모리를 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다. 상기 방법(180)은 특정 물질을 이용하는 특정 마그네틱 접합의 제조방법을 나타낸다. 다만, 다른 마그네틱 접합도 형성될 수 있다. 또한, 상기 방법(180)은 단일 마그네틱 접합을 위한 제조방법일 수 있다. 다만, 동시에 다중 마그네틱 접합을 위한 제조방법일 수 있다.

181 단계를 통하여, 하부 핀형 레이어가 제공될 수 있다. 181 단계는 상기 방법(140, 150, 160)의 143 단계 내지 146 단계, 153 단계 내지 158 단계, 및 161 단계 내지 163 단계와 각각 유사할 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에서, 핀형 레이어는 다른 방법으로 형성될 수 있다. 이어서, 182 단계를 통하여, 비마그네틱 스페이서 레이어가 제공될 수 있다. 182 단계는 상기 방법(140, 150, 160, 170)의 142 단계, 152 단계, 164 단계 및 174 단계와 각각 유사할 수 있다.

이어서, 183 단계 내지 184 단계를 이용하여, 상부 프리 레이어를 제공할 수 있다. 183 단계를 통하여, 마그네틱 레이어(202')와 같은 마그네틱 레이어는 상기 방법(100)을 이용하여 형성될 수 있다. 따라서, 183 단계는, 글래스-촉진 요소를 갖는 마그네틱 레이어를 증착하고, 희생 산화 레이어를 증착하고, 희생 레이어를 증착하고, 상기 레이어를 어닐링하고, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 184 단계를 이용하여, 제조공정을 완성할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서 나타나듯이, 184 단계는 I-PMA 레이어를 완성할 수 있다. 따라서, 184 단계는 추가적인 CoFeB, FeB 또는 이와 유사한 레이어를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 일반적으로, 183 단계에서 증착된 마그네틱 레이어는, 184 단계에서 증착된 I-PMA 리필 레이어보다 두껍게 형성할 것이 요구될 수 있다. 예를 들어, 183 단계에서의 I-PMA 레이어는 적어도 15 옴스트롱(Å)보다 크고, 20 옴스트롱(Å) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 184 단계에서 증착된 레이어는 적어도 5 옴스트롱(Å)보다 크고, 10 옴스트롱(Å) 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 즉, 183 단계 및 184 단계를 이용하여, 높은 PMA를 갖는 핀형 레이어가 형성될 수 있다.

도 18은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 희생 산화 레이어와 희생 레이어를 이용하여 제조된 마그네틱 레이어를 포함하고, 스핀 전환 토크를 이용하여 기록가능한 마그네틱 메모리와 같은 마그네틱 장치에서 이용할 수 있는 마그네틱 접합을 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 18은 본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 방법(180)을 이용해 제조된 마그네틱 접합(290)을 나타낸다. 도 18은 본 발명을 개략화하여 도시한 것이다. 마그네틱 접합(290)은 STT-MRAM과 같은 마그네틱 장치에 사용될 수 있으며, 그러므로, 다양한 전자 장치에도 사용될 수 있다. 단순화를 위해, 시드 레이어와 캡핑 레이어는 도면에서 생략하였다. 이와 유사하게, 극성 강화 및 다른 레이어도 단순화를 위해 도면에서 생략하였다. 마그네틱 접합(290)은 하부 핀형 레이어(291), 배리어 레이어로 동작할 수 있는 비마그네틱 스페이서 레이어(296), 프리 레이어(293)를 포함한다. 명확하게 도시하지는 않았으나, 하부 컨택과 상부 컨택도 형성될 수 있다. 명확하게 도시하지는 않았으나, 선택적 핀형 레이어(optional pinning layer)는 핀형 레이어(291)의 자화를 고정시키는데 이용될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 선택적 핀형 레이어는 AFM 레이어, 또는 교환-편향 상호작용을 통해 자화된 핀을 포함하는 다중 레이어일 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 선택적 핀형 레이어는 생략되거나, 다른 구조에서 사용될 수 있다.

마그네틱 접합(290)은 쓰기 전류가 마그네틱 접합(290)을 통해 흐를 때, 프리 레이어(293)가 안정적으로 마그네틱 상태를 변경할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 평면에 수직인 전류 방향(CPP direction)으로 마그네틱 접합(290)을 통과하도록 쓰기 전류가 유도될 때, 프리 레이어(293)는 스핀 전환 토크를 이용하여 스위칭할 수 있다. 따라서, 프리 레이어(293)의 자화의 방향에 해당하는 마그네틱 접합(290)에 저장된 데이터는, 마그네틱 접합(240)에 리드 전류를 유도함으로써 읽을 수 있다. 상기 리드 전류는 평면에 수직인 전류 방향(CPP direction)으로 마그네틱 접합(290)을 통과하도록 유도될 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(290)의 자기저항은 리드 신호를 제공할 수 있다.

도 18에 나타난 본 발명의 몇몇 실시예에서, 프리 레이어(293)은 상기 방법(100)을 이용해 형성된다. 따라서, 상기 프리 레이어(293)는 I-PMA 레이어일 수 있는 마그네틱 레이어(294)를 포함하고, 희생 산화 레이어 및 희생 레이어에 어닐링을 수행하여 결정화된다. 예를 들어, 마그네틱 레이어(294)는 CoFeB 레이어 또는 FeB 레이어를 포함할 수 있다. 이러한 레이어는 어닐링에 의해 B 결핍이 형성될 수 있다. 또한, 도면에 나타난 것과 같이 184 단계에서, 각각 I-PMA 리필 레이어(296)가 형성된다. 본 발명의 몇몇 실시예에서 나타나듯, 프리 레이어(293)는 희생 산화 레이어 및 희생 레이어의 잔여물(295)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 잔여물(295)은 Mg, MgO, Ta 및/또는 W를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 희생 산화 레이어 및 희생 레이어는 완전히 제거될 수 있다. 따라서, 이 경우, 잔여물(295)은 남아있지 않을 수 있다.

마그네틱 접합(290)은 183 단계 및 184 단계의 상기 방법(100)을 이용한 공정을 통하여 성능을 향상시킬 수 있다. 더 구체적으로, 마그네틱 접합(290)은 앞에서 설명한 상기 방법(100)의 이득을 누릴 수 있다. 즉, 희생 레이어의 사용과 어닐링은, 프리 레이어(293)의 레이어(294)에 대한 결정화를 향상시킬 수 있다. 또한, 마그네틱 레이어(294, 295)는 높은 PMA와 향상된 TMR를 가질 수 있다. 희생 산화 레이어는 이러한 이득의 반복성 및 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 마그네틱 접합(290)의 성능은 향상될 수 있다.

비록 상기 방법 및 장치는 구체적인 특징, 단계 및 구성요소를 통해 설명되었고, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 19는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 스토리지 셀의 메모리 구성 요소 내의 마그네틱 접합을 이용하는 메모리를 설명하기 위한 도면이다.

도 19는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마그네틱 메모리(300)는 하나 이상의 마그네틱 접합(220, 240, 250, 270, 280, 290) 및/또는 레이어(200)를 포함하는 마그네틱 접합을 사용할 수 있다. 마그네틱 메모리(300)는 읽기/쓰기 컬럼 선택 드라이버(302, 306)뿐만 아니라, 워드라인 선택 드라이버(304)를 포함할 수 있다. 또한, 여기에서 언급하지 않은 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 각각의 마그네틱 저장 셀은 적어도 하나의 마그네틱 접합(312)와, 적어도 하나의 선택 장치(314)를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 선택 장치(314)는 트랜지스터일 수 있다. 마그네틱 접합(312)는 마그네틱 접합(220, 240, 250, 270, 280, 290) 및/또는 레이어(200)를 포함하는 다른 마그네틱 접합 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 비록 하나의 마그네틱 접합(312)는 셀마다 제공될 수 있다. 다만, 마그네틱 메모리(300)는 위에서 설명한 이득을 누릴 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 마그네틱 접합을 제공하기 위한 방법 및 시스템, 그리고 앞에서 설명한 마그네틱 접합을 이용하여 제조된 메모리를 설명하였다. 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

200: 마그네틱 레이어 202: I-PMA 레이어
204: 희생 산화 레이어 206: 희생 레이어
208: 추가적 레이어

Claims (10)

1. 마그네틱(magnetic)을 포함하는 핀형 레이어(pinned layer)를 제공하고,
   비마그네틱 스페이서 레이어(nonmagnetic spacer layer)를 제공하고,
   프리 레이어(free layer)를 제공하되,
   상기 비마그네틱 스페이서 레이어는, 상기 핀형 레이어와 상기 프리 레이어 사이에 위치하고,
   상기 프리 레이어는, 마그네틱을 포함하고, 쓰기 전류(write current)가 마그네틱 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정적인 마그네틱 상태(stable magnetic states)를 변경할 수 있되,
   상기 핀형 레이어를 제공하는 것과, 상기 프리 레이어를 제공하는 것 중 적어도 하나는,
   글래스-촉진 성분(glass-promoting component)을 포함하는 마그네틱 레이어(magnetic layer)를 제공하되, 상기 마그네틱 레이어는 증착된 아몰포스(amorphous)이고,
   상기 마그네틱 레이어 상에 희생 산화 레이어(sacrificial oxide layer)를 제공하고,
   상기 희생 산화 레이어 상에 희생 레이어(sacrificial layer)를 제공하되, 상기 희생 레이어는 상기 글래스-촉진 성분을 위한 싱크(sink)를 포함하고,
   섭씨 300도 보다 크고 섭씨 475도 보다 작은 어닐링 온도에서, 상기 마그네틱 레이어, 상기 희생 산화 레이어, 및 상기 희생 레이어 중 적어도 하나에 어닐링을 수행하되, 상기 어닐링 이후에 상기 마그네틱 레이어의 적어도 일부는 결정화(crystallized)되고,
   상기 어닐링 이후에, 상기 희생 산화 레이어와 희생 레이어는 제거되는 것을 포함하는, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 핀형 레이어는, 핀형 레이어 면외 비자화 에너지(pinned layer out-of-plane demagnetization energy)보다 큰 핀형 레이어 수직 마그네틱 이방성 에너지(pinned layer perpendicular magnetic anisotropy energy)를 갖고,
   상기 프리 레이어는, 프리 레이어 면외 비자화 에너지(free layer out-of-plane demagnetization energy)보다 큰 프리 레이어 수직 마그네틱 이방성 에너지(free layer perpendicular magnetic anisotropy)를 갖는, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 어닐링 온도는, 적어도 섭씨 350 도 보다 크고, 섭씨 400도보다 작은, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 글래스-촉진 성분은, 붕소(B)를 포함하는, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 희생 레이어는, Ta, Hf, Rb, Sc, Zr, Nb, Mg, V, Mn, Ag, Be, Mo, Ti, Cr, Al, Te, 및 W 중 적어도 하나를 포함하는, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 마그네틱 레이어는, CoFeB 레이어와 FeB 레이어 중 하나를 포함하는, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 프리 레이어를 제공하는 것은, 상기 핀형 레이어를 제공하기 전에 수행되고,
   상기 핀형 레이어를 제공하는 것은, 상기 마그네틱 레이어를 증착하고, 상기 희생 산화 레이어를 제공하고, 상기 희생 레이어을 제공하고, 적어도 한번의 어닐링을 수행하고, 상기 희생 레이어와 상기 희생 산화 레이어를 제거하는 것을 포함하고,
   상기 핀형 레이어를 제공하는 것은, 희생 레이어와 상기 희생 산화 레이어를 제거한 이후에, 적어도 하나의 벌크-수직 마그네틱 이방성 레이어(Bulk-Perpendicular Magnetic Anisotropy; B-PMA layer)를 제공하는 것을 더 포함하는, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 프리 레이어를 제공하는 것은, 상기 핀형 레이어를 제공한 이후에 수행되고,
   상기 핀형 레이어를 제공하는 것은, 상기 마그네틱 레이어를 증착하고, 상기 희생 산화 레이어를 제공하고, 상기 희생 레이어를 제공하고, 적어도 한번의 어닐링을 수행하고, 상기 희생 레이어와 상기 희생 산화 레이어를 제거하는 것을 포함하고,
   상기 핀형 레이어를 제공하는 것은, 적어도 하나의 벌크-수직 마그네틱 이방성 레이어와, 상기 적어도 하나의 벌크-수직 마그네틱 이방성 레이어 상에 상기 마그네틱 레이어를 제공하는 것을 더 포함하는, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 프리 레이어를 제공하는 것은, 상기 핀형 레이어를 제공하기 전에 수행되고,
   상기 프리 레이어를 제공하는 것은, 상기 마그네틱 레이어를 증착하고, 상기 희생 산화 레이어를 제공하고, 상기 희생 레이어을 제공하고, 적어도 한번의 어닐링을 수행하고, 상기 희생 레이어와 상기 희생 산화 레이어를 제거하는 것을 포함하고,
   상기 프리 레이어를 제공하는 것은, 상기 희생 레이어와 상기 희생 산화 레이어를 제거한 이후에, 글래스-촉진 성분을 포함하고 아몰포스가 증착된 추가적인 마그네틱 레이어를 제공하는 것을 더 포함하는, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법.
10. 마그네틱을 포함하는 핀형 레이어를 제공하고,
    비마그네틱 스페이서 레이어를 제공하고,
    프리 레이어를 제공하되,
    상기 비마그네틱 스페이서 레이어는, 상기 핀형 레이어와 상기 프리 레이어 사이에 위치하고,
    상기 프리 레이어는, 마그네틱을 포함하고, 쓰기 전류(write current)가 마그네틱 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정적인 마그네틱 상태(stable magnetic states)를 변경할 수 있되,
    상기 핀형 레이어를 제공하는 것과, 상기 프리 레이어를 제공하는 것 중 적어도 하나는,
    Co와 Fe 중 적어도 하나와, B를 포함하고 아몰포스가 증착된 마그네틱 레이어를 제공하고,
    상기 마그네틱 레이어 상에 MgO 레이어를 제공하되, 상기 MgO 레이어는 2 옴스트롱보다 크고, 4 옴스트롱 보다 작은 제1 두께를 포함하고,
    상기 MgO 레이어 상에 희생 레이어를 증착하되, 상기 희생 레이어는 Ta 및 W 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 희생 레이어는 2 옴스트롱보다 크고, 5옴스트롱 보다 작은 제2 두께를 포함하고,
    상기 마그네틱 레이어 상에 적어도 하나의 어닐링을 수행하되, 상기 MgO 레이어와 상기 희생 레이어는 섭씨 350도 이상 섭씨 400도 이하의 온도에서 어닐링 되고, 상기 마그네틱 레이어의 적어도 일부는 적어도 하나의 어닐링 이후 결정화되고,
    상기 적어도 하나의 어닐링을 수행한 이후, 상기 희생 레이어와 상기 MgO 레이어를 제거하는 것을 포함하는, 마그네틱 장치에서 이용가능하고 기판 상에 위치하는 마그네틱 접합의 제조 방법.

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