用于制造磁性结的自组装图案方法与流程

本申请要求转让给本申请的受让人的2017年5月30日递交的题为“self-assembledpatterningprocessformagneticdevicessuchasspintransfertorquemagneticrandomaccessmemories”的美国临时专利申请62/512,656、以及2017年7月25日递交的题为“self-assembledpatterningprocessformagneticdevicessuchasspintransfertorquemagneticrandomaccessmemories”的美国专利申请15/659,613的权益，并通过引用将其合并于此。

背景技术

磁性存储器，特别是磁性随机存取存储器(mram)，由于它们具有高读/写速度、优异的耐久性、非易失性和在操作期间的低功耗的潜力而引起越来越多的兴趣。mram可以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是自旋转移扭矩随机存取存储器(stt-mram)。stt-mram利用由通过磁性结驱动的电流至少部分地写入的磁性结。

传统的磁隧道结(mtj)可以用于传统的stt-mram中。mtj包括钉扎层、自由层以及钉扎层与自由层之间的隧穿势垒层。mtj通常驻留在衬底上并且可以包括晶种层和覆盖层以及邻接钉扎层的反铁磁(afm)钉扎层。mtj下方的底部触点和mtj上的顶部触点可以用于以电流垂直于平面(cpp)的方向驱动通过mtj的电流。

钉扎层和自由层是磁性的。钉扎层的磁化被固定或钉在特定方向上。自由层具有可变的磁化。自由层和钉扎层均可以是单层或者包括多个层。钉扎层和自由层可以使其磁化方向垂直于层的平面(垂直于平面)或在层的平面中取向(平面内)。

为了切换传统自由层的磁化，使电流垂直于平面被驱动。电流变为自旋极化并在自由层的磁矩上施加自旋扭矩。当从顶部触点向底部触点驱动足够的电流时，传统自由层的磁化可以切换为平行于传统的底部钉扎层的磁化。当从底部触点向顶部触点驱动足够的电流时，自由层的磁化可以切换为与底部钉扎层的磁化反平行。磁配置的差异对应于不同的磁阻，并因此对应于常规mtj的不同逻辑状态(例如，逻辑“0”和逻辑“1”)。

为了在stt-mram中制造传统的mtj，将mtj中的各层毯式地沉积在衬底的整个表面上。这些层形成mtj堆栈。钉扎层、非磁性间隔层和自由层的各层都包含在mtj堆栈中。诸如晶种层和/或覆盖层的附加层也可以是mtj堆栈的一部分。一旦整个mtj堆栈被沉积，则提供掩膜。掩膜覆盖将要形成mtj的区域并且在mtj之间具有孔隙。然后去除mtj堆栈的暴露部分。这种去除可以通过诸如反应离子蚀刻(rie)和/或离子铣削之类的工艺来完成。因此，单个mtj是从mtj堆栈限定的。然后可以完成stt-mram的制造。例如，可以形成绝缘填充物、导线和其他组件。

越来越需要高密度stt-mram器件。存储器单元之间的间距以及因此常规mtj之间的间距继续缩小。mtj堆栈的高度不一定随着间距的减小而减小。因此，纵横比(高度除以宽度或高度除以长度)可能会增加。随着mtj之间的间距减小并且纵横比增加，制造可以变得更具挑战性。例如，离子铣削可能不能以更小的间距和更高的纵横比来限定mtj。此外，由于mtj具有多层的不同材料，因此目前没有单个rie化学品可用于制造。因此，需要一种可以对基于自旋转移扭矩的存储器的制造进行改进的方法和系统。本文描述的方法和系统解决了这种需求。

技术实现要素：

描述了可用于磁性器件中的磁性结和一种用于提供磁性结的方法。提供图案化的晶种层。图案化的晶种层包括散布有绝缘基质的磁晶种岛。磁晶种岛可以是磁性的或非磁性的。磁晶种岛是用于磁结构的晶种结构。在图案化的晶种层之后提供磁阻堆栈的至少一部分。磁阻堆栈的该部分包括至少一个磁性分离层。磁性分离层包括至少一种磁性材料和至少一个绝缘体。该方法至少使磁阻堆栈的该部分退火，以使得该至少一个磁性分离层分离。磁性分离层的成分分离，使得磁性材料的部分与磁晶种岛对准，并且使得绝缘体的部分与绝缘基质对准。

附图说明

图1是描绘了用于提供可用于磁性器件(例如，使用自旋转移扭矩可编程的磁性存储器)中的自组装磁性结的方法的示例性实施例的流程图。

图2至图5描绘了制造期间自组装磁性结的示例性实施例。

图6是描绘了用于提供可用于磁性器件(例如，使用自旋转移扭矩可编程的磁性存储器)中的自组装磁性结的方法的示例性实施例的流程图。

图7至图11描绘了制造期间自组装磁性结的示例性实施例。

图12至图13描绘了制造期间自组装磁性结的示例性实施例。

图14是描绘了用于提供可用于磁性器件(例如，使用自旋转移扭矩可编程的磁性存储器)中的自组装磁性结的方法的另一示例性实施例的流程图。

图15至图17描绘了制造期间自组装磁性结的示例性实施例。

图18至图19描绘了制造期间自组装磁性结的另一示例性实施例。

图20至图21描绘了制造期间自组装磁性结的另一示例性实施例。

图22描绘了在存储单元的存储器元件中利用磁性结的存储器的示例性实施例。

具体实施方式

示例性实施例涉及可用于诸如磁性存储器之类的磁性器件中的磁性结以及使用这种磁性结的器件。磁性存储器可以包括自旋转移扭矩磁性随机存取存储器(stt-mram)，并且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不限于蜂窝电话、智能电话、平板电脑、膝上型电脑和其他便携式和非便携式计算设备。给出以下描述以使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明，并且在专利申请及其要求的上下文中提供以下描述。对本文描述的示例性实施例以及一般原理和特征的各种修改将是显而易见的。主要根据在特定实现中提供的特定方法和系统来描述示例性实施例。但是，这些方法和系统将在其他实现中有效地运行。诸如“示例性实施例”、“一个实施例”和“另一实施例”等短语可以指代相同或不同的实施例以及多个实施例。将针对具有特定组件的系统和/或设备来描述实施例。然而，系统和/或设备可以包括比所示组件更多或更少的组件，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下对组件的布置和类型进行改变。还将在具有特定步骤的特定方法的上下文中描述示例性实施例。然而，该方法和系统有效地用于具有与示例性实施例不矛盾的不同和/或附加步骤和不同顺序的步骤的其他方法。因此，本发明并非意在限于所示实施例，而应被赋予与本文描述的原理和特征一致的最宽范围。

描述了可用于磁性器件中的磁性结和用于提供磁性结的方法。提供图案化的晶种层。图案化的晶种层包括散布有绝缘基质的磁晶种岛。磁晶种岛可以是磁性的或非磁性的。磁晶种岛是用于磁结构的晶种结构。在图案化的晶种层之后提供磁阻堆栈的至少一部分。磁阻堆栈的这部分包括至少一个磁性分离层。磁性分离层包括至少一种磁性材料和至少一个绝缘体。该方法至少使磁阻堆栈的该部分退火，以使得该至少一个磁性分离层分离。磁性分离层的成分分离，使得磁性材料的部分与磁晶种岛对准，并且使得绝缘体的部分与绝缘基质对准。

在特定方法、磁性结和具有特定组件的磁性存储器的上下文中对示例性实施例进行描述。本领域的普通技术人员将容易认识到，本发明与如下磁性结和磁性存储器的使用是一致的，所述磁性结和磁性存储器具有与本发明不矛盾的其他和/或附加组件和/或其他特征。还在当前理解自旋转移现象、磁各向异性、结晶化、不混溶材料的分离和其他物理现象的上下文中对所述方法和系统进行描述。因此，本领域的普通技术人员将容易认识到，基于当前的理解，对所述方法和系统的行为进行理论解释。然而，本文描述的方法和系统不依赖于特定的物理解释。本领域的普通技术人员还将容易认识到，在与衬底具有特定关系的结构的上下文中对所述方法和系统进行描述。然而，本领域的普通技术人员将容易认识到，所述方法和系统与其他结构一致。另外，在某些层是合成的和/或简单的上下文中对所述方法和系统进行描述。然而，本领域的普通技术人员将容易认识到，这些层可以具有另一种结构。此外，在具有特定层的磁性结和/或子结构的上下文中对所述方法和系统进行描述。然而，本领域的普通技术人员将容易认识到，也可以使用具有与所述方法和系统不矛盾的附加和/或不同层的磁性结和/或子结构。此外，将某些组件描述为磁性的、铁磁性的和亚铁磁性的。如本文所使用的，术语“磁性”可以包括铁磁性、亚铁磁性或类似结构。因此，如本文所使用的，术语“磁性”或“铁磁性”包括但不限于铁磁体和亚铁磁体。如本文所使用的，“平面内”基本上在磁性结的一个或多个层的平面内或平行于磁性结的一个或多个层的平面。相反，“垂直”和“垂直于平面”对应于与磁性结的一个或多个层基本垂直的方向。

图1是描绘了用于提供使用自旋转移扭矩可编程的自组装磁性结的方法100的示例性实施例的流程图。所提供的磁性结可以用于诸如stt-mram之类的磁性器件中，并因此可用于各种电子设备中。使用方法100形成的每个磁性结包括至少一个具有可变磁矩的自由层、钉扎层和诸如晶体mgo层之类的非磁性间隔层。磁性结的自由层和/或钉扎层可以具有高的垂直磁各向异性(pma)。换句话说，垂直磁各向异性能量可以超过平面外退磁能量。图2至图5描绘了在使用方法100的制造期间磁性器件200的示例性实施例的侧视图。在一些实施例中，磁性器件200是stt-mram。图2至图5不是按比例绘制的，并且只有感兴趣的结构被分开标记和包含。参考图1至图5，在磁性器件200的上下文中对方法100进行描述。然而，可以形成包括其他磁性结的其他磁性器件。此外，方法100可以在形成磁性器件200的其他步骤已经执行之后开始。例如，可能已经制造了选择晶体管、触点或其他组件。为了简单起见，一些步骤可以被省略，以另一顺序被执行，包括子步骤和/或被组合。

通过步骤102提供图案化的晶种层。图案化的晶种层包括散布有绝缘体的磁晶种岛。磁晶种岛可以是磁性的或非磁性的。磁晶种岛被如此命名是因为磁晶种岛是用于后续磁性结构(例如，下文描述的磁性分离层)的晶种层。磁晶种岛可以是导电的(例如，金属的)。绝缘体可以被认为形成围绕每个磁晶种岛的绝缘基质。步骤102可以包括：沉积用于要提供的磁性结的晶种层，使用掩膜以光刻方式对晶种层进行图案化以形成磁晶种岛，并沉积绝缘层。在去除掩膜之前可以去除部分绝缘层。备选地，可以在没有单独的绝缘体去除步骤的情况下去除掩膜。去除掩膜可以去除多余的绝缘层，留下绝缘基质和磁晶种岛。备选地，可以沉积绝缘层。掩膜可以覆盖绝缘层的要形成绝缘基质的部分。去除绝缘层的暴露部分。然后可以沉积用于磁性结的晶种层。在去除掩膜之前可以蚀刻一些晶种层。备选地，可以简单地去除掩膜。去除掩膜可以去除多余的晶种层。在任一处理中，绝缘基质中的磁晶种岛都得以保留。在其他实施例中，可以使用其他方法来形成图案化的晶种层。

图2描绘了在执行步骤102之后的磁性器件200。图案化的晶种层210已经设置在衬底201上。晶种层210包括散布有绝缘基质212的磁晶种岛214。尽管仅示出了一个维度平面内(例如，从左到右)，但是图案化的晶种层210通常在二维上被图案化。因此，作为步骤102的一部分，提供磁晶种岛214的长度和宽度以及岛之间的距离(例如，绝缘基质212的长度)。在一些实施例中，每个磁晶种岛214对应于单个磁性结。在其他实施例中，晶种岛214可以对应于多个磁性结。例如，如果期望将单个钉扎层用于多个磁性结，则晶种岛214可以在离开页面平面的方向上延伸跨越多个磁性结。在至少一些实施例中，磁晶种岛214的占用区(footprint)的形状对应于将与磁晶种岛214相邻的钉扎层或其他磁性层的占用区。对于垂直结和平面结，磁晶种岛214的期望尺寸可以不同。对于垂直设计，磁晶种岛可以具有圆形占用区，其直径小至五纳米且大至一百纳米。对于平面内磁性结，磁晶种岛可以是细长的(例如，椭圆形)，其短轴至少为10纳米且不超过一百纳米，其长轴至少为二十纳米且不超过四百纳米。但是，其他形状(占用区)和/或尺寸也是可以的。例如，可以使用正方形和/或矩形占用区。可以用于磁晶种岛214的材料的示例包括但不限于crv、nita、rual、tin和/或crti合金。

绝缘基质212可以是能够基于晶种层使磁性分离层(下面描述)的磁性材料和绝缘体分离的绝缘材料。可以使用各种材料的氧化物以及氮化物和氮氧化物。例如，可以使用诸如alo、aln、sio、sin、mgo、mgn和/或tio之类的材料。在一些实施例中，绝缘基质212可以是氧化硅或氮化硅，例如sio2或si3n4。在另一实施例中，绝缘基质212可以是另一种氧化物，包括但不限于氧化铝。绝缘基质212可以用于电隔离正在形成的磁性结。因此，绝缘基质212可以围绕一些或全部磁晶种岛214的侧面。

通过步骤104提供磁阻堆栈的第一部分。磁阻堆栈包括用于磁性结的一个或多个层，但尚未被图案化为单独的磁性结。因此，步骤104包括：沉积将成为磁性结的一部分的一个或多个层。作为步骤104的一部分，提供至少一个磁性分离层。磁性分离层包括至少一种磁性材料和至少一个绝缘体。磁性材料和绝缘体是不混溶的。因此，步骤104可以包括：溅射或以其他方式沉积这些材料，使得所得到的膜是亚稳态的。在一些实施例中，仅沉积磁性分离层。在其他实施例中，可以沉积附加层。例如，作为步骤104的一部分，可以提供非磁性间隔层。因此，作为步骤104的一部分，可以提供mgo隧穿势垒层。如下所述，所沉积的mgo可能不会完全结晶，直到进行一次或多次退火。在一些这样的实施例中，可以沉积用于自由层的材料。例如，可以在非磁性间隔层上沉积附加的磁性分离层。该附加的磁性分离层可以形成自由层。如果要提供双磁性结，则也可以沉积附加的非磁性间隔层和另一磁性分离层。诸如偏振增强层(pel)、耦合层和反铁磁(afm)的其他层或者其他钉扎层和/或其他要以光刻方式限定的层可以在稍后被沉积。此外，尽管上面针对每次沉积只描述了单个磁性分离层，但在其他实施例中，可以在每个位置提供多个磁性分离层。

图3描绘了在执行步骤104之后的磁性器件200。因此，已经形成了磁阻堆栈220的一部分。已在图案化的晶种层210上沉积了磁性分离层222。可以期望磁性分离层222至少与磁晶种岛214共享界面。在一些实施例中，磁性分离层222与图案化的晶种层210共享界面。虽然被示出为单层，但是磁性分离层222可以包括多个子层。例如，磁性分离层222可以包括与绝缘体的薄层交替的多层磁性材料的薄层。然而，通常，由于沉积过程，磁性材料和绝缘体需要混合。例如，磁性材料的小颗粒可以散布在由绝缘体形成的基质中。

磁性分离层222可以包括fept和/或copt作为磁性材料。也可以使用其他可以从绝缘体分离的磁性材料，例如cofeb。绝缘体可以包括氧化硅(例如，sio2)和/或氧化铝。也可以使用其他氧化物，例如bb2o3、aln和/或mgo。通常，所使用的磁性材料和氧化物/绝缘体是既提供磁性结的所需性质又能够基于晶种岛214和绝缘基质212彼此分离的那些磁性材料和氧化物/绝缘体。磁性分离层222的化学计量可以取决于垂直于所示侧视图的平面中的磁性结的尺寸以及磁性结之间所需的距离。例如，如果期望具有较大占用区的磁性结，则磁性分离层222的较大部分可以是磁性材料。在一些实施例中，磁性结之间的期望距离可以影响所提供的绝缘体的比例。例如，如果期望磁性结处于更远的平面内，则可以提供更高比例的绝缘体作为磁性分离层的一部分。使用磁晶种岛214尺寸/分离(绝缘基质212的尺寸)和磁性材料与绝缘体的适当比率的组合来实现均匀的尺寸分布和磁性。绝缘体的一个示例体积分数是10体积百分比至50体积百分比(即，90至50体积百分比的磁性材料)。

还在图3中示出了磁阻堆栈220的可选附加部分224。在一些实施例中，磁阻堆栈的附加部分224可以包括隧穿势垒层、用于自由层的层或其他层。如果自由层的部分或全部是层224的一部分，则自由层的该部分可以包括附加的磁性分离层。在其他实施例中，部分224可以被省略。

通过步骤106对已经提供的磁阻堆栈220的部分进行退火，使得磁性分离层224的成分分离。在各种实施例中，退火可以通过块加热(在加热的卡盘上就位的晶片)或通过快速热退火(rta)来完成。在一些实施例中，退火温度可以是至少两百摄氏度且不超过七百摄氏度。但是，其他时间和/或温度也是可能的。此外，可以使用其他退火工艺。磁性分离层224中的磁性材料与绝缘体分离。磁性材料因此趋于形成岛状物。由于磁晶种岛214的存在，磁性材料趋于与磁晶种岛214对准并共享至少一部分界面。磁性材料也可以在尺寸和占用区形状上接近于磁晶种岛214。类似地，绝缘体趋于与绝缘基质212对准。

图4描绘了在执行步骤106之后的磁性器件200。因此，磁性分离层222已经分离成分别与磁晶种岛214和绝缘基质212对准的磁性层226和绝缘体层228。磁性层226可以但不必居中于磁晶种岛214上，并且可以但不必与岛214具有相同的尺寸。类似地，绝缘层228可以但不必居中于绝缘基质212上，并且可以但不必与绝缘基质212具有相同的尺寸。如本文所使用的，与另一层对准的层与该另一层重叠至少百分之五十。在一些实施例中，与另一层对准的层意味着在晶种岛和相邻磁岛之间不存在交叉。尽管磁性层226被示为大于磁晶种岛214，但是磁晶种岛214的尺寸可以小于或大于磁性层226的尺寸。因此，磁晶种岛214可以比正在形成的磁性结的期望占用区更小或更大。该选择通过磁性层226中的磁性材料的分离性质以及金属(磁晶种岛214)或绝缘体材料212上的生长的磁性(例如，垂直各向异性)依赖性来确定。因此，每个磁性层226与磁晶种岛214对准。类似地，每个绝缘体层228与对应的绝缘基质212对准。每个磁性层226的占用区还可以与邻接的磁晶种岛214的占用区基本上匹配。因此，磁性层226的放置和形状可以至少部分地基于图案化的晶种层210。因此，图案化的晶种层210为磁性层226提供了生长模板。这些磁性层226可以形成正在制造的磁性结的底层的全部或一部分。在一些实施例中，该层226是钉扎层的全部或一部分。在替代实施例中，该磁性层226可以是自由层的全部或一部分。

磁阻堆栈220的附加部分224在图4中被示出为未改变。然而，如果磁阻堆栈220的附加部分224包括磁性分离层，则这些层的成分可以如上所述分离。

然后通过步骤108完成磁性器件200的制造。步骤108可以包括：对层224进行图案化，提供附加层，对这些层中的一个或多个进行图案化，以及为磁性器件200提供附加组件。

图5描绘了在执行步骤108的至少一部分之后的磁性器件200。因此，层224可能已经被图案化并被再填充。可以通过步骤106中的退火和/或通过附加的退火使层224分离。因此，示出了堆栈220的部分224-1和224-2。部分224-1可以形成围绕区域224-2的侧面的绝缘体的一部分。部分224-2可以形成每个磁性结230的剩余部分。因此，如果磁性层226是钉扎层，则部分224-2可以包括非磁性间隔层，例如隧穿势垒层和自由层。备选地，如果磁性层226是自由层，则部分224-2可以包括非磁性间隔层，例如隧穿势垒层和钉扎层。在一些情况下，如果正在制造双磁性结，则部分224-2还可以包括附加的非磁性层，例如附加的隧穿势垒层和附加的钉扎层。如果其绝缘，则非磁性间隔层不需要被图案化。另外，部分224-2可以包括类似于磁性层226/绝缘体层228制造的磁性分离层。此外，磁性层226可以仅形成钉扎层或自由层的一部分。因此，在一些实施例中，方法100可以形成底部钉住的磁性结(钉扎层的最靠近衬底201并由磁性层226形成的至少一部分)、顶部钉住的磁性结(自由层的最靠近衬底201并由磁性层226形成的至少一部分)、双磁性结(下部钉扎层的最靠近衬底201并由磁性层226形成的至少一部分)。因此，可以形成磁性结230。另外，可以提供电极、绝缘体、导线和/或其他结构。

因为磁性层226经由退火而形成并趋于与磁晶种岛214对准，所以磁性层226是自组装的。因此，磁性层226不需要通过诸如rie或离子铣削之类的去除工艺来单独地限定。相反，磁性层226的形状、尺寸和位置可以由磁晶种岛214的形状、尺寸和位置来确定。这些岛214可以在沉积磁阻堆栈220的任何部分之前被图案化。结果，可以使磁性层226之间的距离变小。因为磁性结230的剩余部分224-2较薄，所以用于限定剩余部分224-2的任何去除工艺可以用于较低的纵横比。因此，-可以更好地以更高的面密度限定剩余部分224-2。此外，如果在部分224-2中仅存在诸如自由层的一个磁性层，则可以使用单个rie蚀刻化学物质和/或单个短离子研磨机。可以以更小的尺寸和更小的间距更容易地制造磁性结230。因此可以使用方法100来实现具有更高面密度的磁性结230的磁性器件200的制造。

图6是描绘了用于提供使用自旋转移扭矩可编程的自组装磁性结的方法120的示例性实施例的流程图。所提供的磁性结可以用于诸如stt-mram之类的磁性器件中，并因此可用于各种电子设备中。使用方法120形成的每个磁性结包括至少一个具有可变磁矩的自由层、钉扎层和诸如晶体mgo层之类的非磁性间隔层。磁性结的自由层和/或钉扎层可以具有高的垂直磁各向异性(pma)。换句话说，垂直磁各向异性能量可以超过平面外退磁能量。这样的结构允许高pma层的磁矩垂直于平面而稳定。还可以提供包括但不限于偏振增强层(pel)、其他晶种层和覆盖层的附加层。

图7至图13描绘了在使用方法120的制造期间磁性器件250和250a的示例性实施例的侧视图。在一些实施例中，磁性器件250和250a是stt-mram。图7至图13不是按比例绘制的，并且只有感兴趣的结构被分开标记和包含。参考图6至图13，在包括特定磁性结的磁性器件250和250a的上下文中对方法120进行描述。然而，可以形成包括其他磁性结的其他磁性器件。此外，方法120可以在形成磁性器件250/250a的其他步骤已经执行之后开始。例如，可能已经制造了选择晶体管、触点或其他组件。为了简单起见，一些步骤可以被省略，以另一顺序被执行，包括子步骤和/或被组合。

通过步骤122提供图案化的晶种层。图案化的晶种层包括散布有绝缘体的磁晶种岛。步骤122类似于方法100的步骤102。图7描绘了在执行步骤122之后的磁性器件250。图案化的晶种层260已经没置在衬底251上。选择晶体管252和导电通孔254也已经在图案化的晶种层260之前形成。晶种层260包括散布有绝缘基质262的磁晶种岛264。尽管仅示出了层平面内的一个维度(例如，从左到右)，但是图案化的晶种层260通常在二维上被图案化。图案化的晶种层260、磁晶种岛264和绝缘基质262分别类似于图案化的晶种层210、磁晶种岛214和绝缘基质212。因此，以上关于图案化的晶种层210的讨论适用于图案化的晶种层260。磁晶种岛264可以包括crv、nita、rual、tin、crti和/或其他适当材料中的一种或多种。例如，绝缘基质262可以是氧化硅，例如sio2，并且磁晶种岛264适合于待形成的磁性层。其他绝缘基质可以包括但不限于alo、aln、sio、sin、mgo、mgn和tio。磁晶种岛264被示为具有长度11，而绝缘基质262具有长度12。在所示的实施例中，12小于11(12＜11)。然而，在其他实施例中，其他关系可以成立。

通过步骤124提供磁性分离层。磁性分离层包括不混溶的至少一种磁性材料和至少一个绝缘体。例如，磁性材料可以是fept和/或copt。绝缘体可以是sio2、氧化铝、b2o3、aln和/或mgo。可以使用磁性材料和/或绝缘体的其他组合。步骤124可以包括：溅射或以其他方式沉积这些材料，使得所得到的膜是亚稳态的。因此，步骤124类似于步骤104的至少一部分。图8描绘了在执行步骤124之后的磁性器件250。磁性分离层270已经沉积在图案化的晶种层260上。磁性分离层270可以与图案化的晶种层260共享界面。磁性分离层270可以类似于上面讨论的磁性分离层222。虽然被示出为单层，但是磁性分离层270可以包括多个子层。磁性分离层270的化学计量可以取决于垂直于所示侧视图的平面中的磁性结的尺寸以及磁性结之间所需的距离。

磁性分离层270通过步骤126被退火，使其成分分离。在各种实施例中，退火可以经由块加热或经由rta来完成。在一些实施例中，退火处于至少两百摄氏度且不超过七百摄氏度的温度。在一些实施例中，退火温度可以与半导体工艺兼容，例如标称400摄氏度。对于rta，退火时间可以是至少一秒且不超过三千秒。对于块加热的退火时间可以为至少一百秒且不超过两小时的量级。然而，期望退火过程考虑到基础晶体管温度容限、通孔芯片接合技术、结的磁性质和/或其他因素。因此，其他温度和/或时间是可以的。磁性分离层270中的磁性材料与绝缘体分离。磁性材料因此趋于形成岛状物。由于磁晶种岛264的存在，磁性材料趋于与磁晶种岛264对准并共享至少一部分界面。类似地，绝缘体趋于与绝缘基质262对准。在替代实施例中，还可以在步骤124中提供非磁性间隔层并且在步骤126中进行退火。

图9描绘了在执行步骤126之后的磁性器件250。因此，磁性分离层270已经分离成分别与磁晶种岛264和绝缘基质262对准的磁性层274和绝缘体层272。磁性层274可以但不必居中于磁晶种岛264上，并且可以但不必与岛264具有相同的尺寸。类似地，绝缘层272可以但不必居中于绝缘基质2612上，并且可以但不必与绝缘基质262具有相同的尺寸。磁性层274具有长度13。在所示的实施例中，磁性层274比磁晶种岛长(13＞11)。然而，在其他实施例中，垂直于页面平面的长度和/或深度之间可以存在其他关系。因此，每个磁性层274与磁晶种岛264对准，其中对准如上所限定。类似地，每个绝缘体层272与对应的绝缘基质262对准。每个磁性层274的占用区还可以与邻接的磁晶种岛264的占用区基本上匹配。因此，磁性层274的放置和形状可以至少部分地基于图案化的晶种层260。图案化的晶种层260为磁性层274提供了生长模板。这些磁性层274可以形成正在制造的磁性结的底层的全部或一部分。在一些实施例中，该磁性层274是钉扎层的全部或一部分。在替代实施例中，该磁性层274可以是自由层的全部或一部分。

通过步骤128沉积磁阻堆栈的其余层。这些层可以包括但不限于用于非磁性间隔层和自由层的层。备选地，这些层可以是非磁性间隔层和钉扎层。然而，通常，优选地具有以光刻方式限定的自由层以改进对自由层的尺寸和形状的控制。因此，在一些实施例中，在步骤128中沉积的磁性层是自由层的一部分。可以通过步骤130提供顶部电极。步骤130可以包括：沉积用于顶部电极的层并且以光刻方式限定顶部电极。

图10描绘了在执行步骤130之后的磁性器件250。因此，在步骤128中已经提供了非磁性间隔层276和用于自由层或钉扎层278的(一个或多个)层。非磁性间隔层276可以是mgo隧穿势垒层。因此，步骤128可以包括：沉积mg层，然后氧化mg层。备选地，可以直接沉积mgo层。在一些实施例中，可以执行退火以改善mgo层的结晶化。磁性层278可以是单层或多层。磁性层278可以形成saf或可以是另一种结构。磁性层278可以包括pel和/或其他层。还示出了电极275。电极的长度为14。在所示的实施例中，电极比磁性层274短(14＜13)。然而，长度之间的其他关系是可能的。尽管未示出用于制造电极275的掩膜，但在其他实施例中可以存在掩膜。

通过步骤132限定磁性结的侧面。步骤132包括：限定至少一个或多个磁性层(诸如自由层)的边缘。在一些实施例中，还限定了非磁性间隔层。然而，在非磁性间隔层是隧穿势垒层的实施例中，非磁性间隔层的边缘可以未被限定。在一些实施例中，在步骤130中提供的电极和用于提供电极的掩膜可以在步骤132中用于以光刻方式限定磁性结的边缘。例如，可以执行短离子研磨机和/或rie以去除在步骤128中提供的磁性层的暴露部分。

图11描绘了在执行步骤132之后的磁性器件250。在所示的实施例中，磁性层278’得以保留。因此，离子研磨机、rie或其他去除工艺并未去除非磁性间隔层276的全部。虽然被示为好像整个层存在，但是在一些实施例中，用于去除磁性层278的暴露部分的过程可以去除非磁性间隔层276的一些或全部暴露部分。如上所述，层278′可以是自由层，而磁性层274可以是钉扎层。备选地，层278′和274可以分别是钉扎层和自由层。由于上述原因，可能期望层278是自由层。由此制造出磁性器件250。

图12至图13描绘了磁性器件250a的替代实施例，其中步骤128不仅沉积非磁性间隔层276和自由层278，而且沉积附加的非磁性间隔层277a和附加的钉扎层279a。磁性器件250a类似于磁性器件250。因此，类似的组件具有类似的标签。图12描绘了步骤130之后的磁性器件250a。因此，已经形成电极275。图13描绘了在执行步骤132之后的磁性器件250a。因此，已经限定了自由层278a、附加的非磁性间隔层277a和附加的钉扎层279a。虽然被示出为连续的，但在一些实施例中，步骤132可以包括：去除非磁性间隔层276的暴露部分。结果，形成了双磁性结280a。

使用方法120形成磁性结280和/或280a。磁性结280/280a可以包括钉扎层274、非磁性间隔层276和自由层278。备选地，自由层可以由磁性层274和由层278′形成的钉扎层来形成。在一些实施例中，可以形成双磁性结280a。在这样的实施例中，磁性层274是钉扎层。随后的讨论假设磁性层274是钉扎层。然而，如果自由层是磁性层274，则类似的讨论成立。钉扎层274经由退火而形成并趋于与磁晶种岛264对准。因此，钉扎层274是自组装的。因此，钉扎层274不需要通过诸如rie或离子铣削之类的去除工艺来单独地限定。因此，在步骤132中可以仅对自由层278’进行图案化或者仅对层278a、277a和279a进行图案化。可以减少或避免对于高纵横比组件的去除过程。结果，磁性结280和/或280a可以更小并且更靠近在一起。磁性器件200可以实现更高的面密度。另外，因为在步骤132中可以仅限定自由层278′，所以可以使用单个rie化学物质或短离子研磨机。可以便于制造更高面密度的磁性器件250/250a。

图14是描绘了用于提供使用自旋转移扭矩可编程的自组装磁性结的方法140的示例性实施例的流程图。所提供的磁性结可以用于诸如stt-mram之类的磁性器件中，并因此可用于各种电子设备中。使用方法140形成的每个磁性结包括至少一个具有可变磁矩的自由层、钉扎层和诸如晶体mgo层之类的非磁性间隔层。磁性结的自由层和/或钉扎层可以具有高pma。这样的结构允许高pma层的磁矩垂直于平面而稳定。还可以提供附加层，包括但不限于pel、其他晶种层和覆盖层。

图15至图21描绘了在使用方法140进行制造期间包括磁性结的磁性器件250b、250c和250d的示例性实施例的侧视图。磁性器件250b、250c和250d类似于磁性器件250和250a。因此，类似的组件具有类似的标签。在一些实施例中，磁性器件250b、250c和250d各自是stt-mram。图15至图21不是按比例绘制的，并且只有感兴趣的结构可以被分开标记和包含。参考图14至图21，在磁性器件250b、250c和250d的上下文中对方法140进行描述。然而，可以形成包括其他磁性结的其他磁性器件。此外，方法140可以在形成磁性器件250b/250c/250d的其他步骤已经执行之后开始。例如，可能已经制造了选择晶体管、触点或其他组件。为了简单起见，一些步骤可以被省略，以另一顺序被执行，包括子步骤和/或被组合。

通过步骤142提供图案化的晶种层。图案化的晶种层包括散布有绝缘体的磁晶种岛。步骤142类似于方法100的步骤102和方法120的步骤122。图15描绘了在执行步骤142之后的磁性器件250b。磁性器件250b类似于磁性器件250和/或250a。因此，类似的组件具有类似的标签。图案化的晶种层260已经设置在衬底251上。选择晶体管252和导电通孔254也已经在图案化的晶种层260之前形成。晶种层260包括散布有绝缘基质262的磁晶种岛264。图案化的晶种层260、磁晶种岛264和绝缘基质262分别类似于图案化的晶种层210、磁晶种岛214和绝缘基质212。因此，以上关于图案化的晶种层210和260的讨论适用于器件250b、250c和250d的图案化的晶种层260。例如，绝缘基质262可以是氧化硅(例如，sio2)、alo、aln、sio、sin、mgo、mgn和/或tio。磁晶种岛264适合于待形成的磁性层。磁晶种岛264可以包括crv、nita、rual、tin、crti和/或其他合适的材料。磁晶种岛264被示出为具有长度11，而绝缘基质具有长度12。在所示的实施例中，12小于11(12＜11)。然而，在其他实施例中，其他关系可以成立。

通过步骤144提供包括至少两个磁性分离层的磁阻堆栈的至少一部分。磁性分离层包括不混溶的至少一种磁性材料和至少一个绝缘体。例如，磁性材料可以是fept和/或copt。在一些实施例中，可以使用cofeb。绝缘体可以是sio2、氧化铝、b2o3、aln和/或mgo。可以使用磁性材料和/或绝缘体的其他组合。在步骤144中提供的一个磁性分离层中的磁性材料可以但不必与两个磁性分离层中的另一个磁性分离层中的磁性材料相同。类似地，一个磁性分离层中的绝缘体可以但不必与两个磁性分离层中的另一个磁性分离层中的绝缘体相同。步骤144可以包括：溅射或以其他方式沉积这些材料，使得每个所得到的膜是亚稳态的。另外，作为步骤144的一部分，可以沉积磁性分离层之间的非磁性层和/或其他层。

图15描绘了在执行步骤144之后的磁性器件250b。第一磁性分离层270已经沉积在图案化的晶种层260上。磁性分离层270可以与图案化的晶种层260共享界面。磁性分离层270可以类似于上面讨论的磁性分离层222。虽然被示出为单层，但是磁性分离层270可以包括多个子层。磁性分离层270的化学计量可以取决于垂直于所示侧视图的平面中的磁性结的尺寸以及磁性结之间所需的距离。还示出了非磁性间隔层276b和另一磁性分离层278b。磁性分离层278b类似于层270。在一些实施例中，磁性分离层270可以用于钉扎层，而磁性分离层278b可以用于每个磁性结的自由层。备选地，磁性分离层270可以用于自由层，而磁性分离层278b可以用于每个磁性结的钉扎层。

磁性分离层270和278b通过步骤146被退火，使得各层的成分分离。退火可以通过块退火或rta来完成。例如，退火温度可以是至少两百摄氏度且不超过七百摄氏度。对于块退火，退火时间可以是至少一百秒且不超过两小时。对于rta，退火时间可以是至少一秒且不超过三千秒。如上所述，可以考虑各种因素。因此，退火的时间和/或温度可以不同。磁性分离层270和278b中的磁性材料与绝缘体分离。图16描绘了在执行步骤146之后的磁性器件250b。磁性材料因此趋于形成岛状物。由于磁晶种岛264的存在，层270中的磁性材料趋于与磁晶种岛264对准并共享至少一部分界面。类似地，绝缘体272趋于与绝缘基质262对准。换言之，通过原子晶格结晶化促进晶粒生长。因此，由于晶粒分离，发生多个层264、274和278b-1以及层262、272和278b-2的对准。通过确保每个层270和278b中的绝缘体的量允许晶粒具有相同尺寸来促进该对准。每个磁性层274的占用区还可以与邻接的磁晶种岛264的占用区基本上匹配。因此，图案化的晶种层260为磁性层274提供了生长模板。这些磁性层274可以形成正在制造的磁性结的底层的全部或一部分。在一些实施例中，该磁性层274是钉扎层的全部或一部分。在替代实施例中，该磁性层274可以是自由层的全部或一部分。类似地，磁性分离层278b中的磁性材料278b-1趋于与磁性材料274对准。绝缘体278b-2趋于与绝缘体272对准。为了简单起见，仅标记绝缘体278b-2的一个区域。

通过步骤148沉积磁阻堆栈的其余层(如果有的话)。对于磁性器件250b，不存在附加层。可以通过步骤150提供顶部电极。步骤150可以包括：沉积用于顶部电极的层并且以光刻方式限定顶部电极。

图17描绘了在执行步骤150之后的磁性器件250b。因此，示出了电极275b。在一些实施例中，磁性层274是钉扎层，并且磁性层278b-1是每个磁性结280b的自由层。备选地，磁性层274是自由层，并且磁性层278b-1是每个磁性结280b的钉扎层。

通过步骤152可选地提供并限定任何其余的层。如果正在提供双磁性结，则可以使用步骤152。在一些实施例中，在步骤150之前执行步骤152。对于磁性器件250b，可以省略步骤152。然而，对于下面讨论的磁性器件250c和250d，可以执行步骤152。

图18描绘了在步骤152期间的磁性器件250c。在图18中，附加层277c和279c已被沉积。这些层在双磁性结中形成附加的非磁性间隔层和附加的钉扎层。图19描绘了在步骤152中已经限定了上层并且已经提供了电极275c之后的磁性器件250c。因此，已经提供了附加的非磁性间隔层277c和附加的钉扎层279c。图20和图21描绘了磁性器件250d的替代实施例。图20描绘了在步骤152期间的磁性器件250d。因此，示出了用于双重结构中的附加的非磁性间隔层和附加的钉扎层的层277d和279d。层279d是另一个磁性分离层。图21描绘了在步骤152完成之后的磁性器件250d。因此，已经执行了退火，使得磁性分离层279d已分离成磁性层279d-1和绝缘体层279d-2。为了清楚起见，仅标记绝缘体279d-2的一个实例。磁性层279d-1可以与其余的磁性层278d-1和274对准。类似地，绝缘体层279d-2可以与其余的绝缘体层278d-2和272对准。

使用方法140形成磁性结280b、280c和/或280d。磁性结280b/280c/280d可以包括钉扎层274、非磁性间隔层276和自由层278b-1。备选地，自由层可以由磁性层274和由层278b-1形成的钉扎层来形成。对于双重结构，附加的钉扎层由磁性层279c-1和279d-1形成。

磁性器件250b、250c和250d可以共享磁性器件250和250a的益处。可以避免高纵横比组件的去除过程。另外，可以使用单个蚀刻化学物质来限定至少一些层，例如层279c。结果，磁性结280b、280c和/或280d可以被制造得更小并且更靠近在一起。磁性器件250b、250c和/或250d可以实现更高的面密度。对于更高密度的磁性器件250/250a，可以改进制造。

尽管已经在特定特征、步骤和组件的上下文中描述了方法和装置，但本领域的普通技术人员将认识到，这些特征、步骤和/或组件中的一个或多个可以以不与本文的描述矛盾的其他方式进行组合。

图22描绘了可以使用根据本文描述的方法形成的磁性结230、280、280a、280b、280c、280d和/或其他磁性结中的一个或多个的存储器300的示例性实施例。磁性存储器300包括读取/写入列选择驱动器302和306以及字线选择驱动器304。请注意，可以提供其他和/或不同的组件。存储器300的存储区域包括磁存储单元310。每个磁存储单元包括至少一个磁性结312和至少一个选择器件314。在一些实施例中，选择器件314是晶体管。磁性结312可以是如本文所公开形成的磁性结230、280、280a、280b、280c、280d和/或其他磁性结中的一个。虽然针对每个单元310示出了一个磁性结312，但是在其他实施例中，针对每个单元可以提供另外数量的磁性结312。如此，磁性存储器300可以享受上述益处。

已经描述了用于提供磁性结的方法和系统以及使用该磁性结制造的存储器。已经根据所示出的示例性实施例描述了所述方法和系统，并且本领域的普通技术人员将容易认识到，可以对实施例进行改变，并且任何变型都将在所述方法和系统的精神和范围内。因此，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以做出许多修改。