磁性装置、使用其的磁性存储器及用于提供其的方法与流程

本申请主张在2018年3月2日提出申请的申请号为62/637,586且名称为具有混合氧化物层及贵金属层的垂直磁性结/磁性单元(perpendicularmagneticjunction/magneticcellhavinghybridoxideandnoblemetallayers)的临时专利申请的权利，所述临时专利申请被转让给本申请的受让人且并入本申请供参考。

本公开涉及一种磁性装置、一种使用所述磁性装置的存储器及一种用于提供所述磁性装置的方法。

背景技术：

由于磁性存储器(尤其是磁性随机存取存储器(magneticrandomaccessmemory，mram))在操作期间具有高读取/写入速度、优异耐用性、非易失性及低功耗的潜力，因此它们得到越来越多的关注。磁性随机存取存储器可利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。一种类型的磁性随机存取存储器是自旋转移力矩磁性随机存取存储器(spintransfertorquemagneticrandomaccessmemory，stt-mram)。自旋转移力矩磁性随机存取存储器利用磁性结，所述磁性结至少部分地由被驱动通过所述磁性结的电流来写入。被驱动通过磁性结的自旋偏振电流(spinpolarizedcurrent)在磁性结中的磁矩(magneticmoment)上施加自旋力矩(spintorque)。因此，具有响应于自旋力矩的磁矩的层可被切换成期望状态。

举例来说，在传统的自旋转移力矩磁性随机存取存储器中可使用传统的磁性隧道结(magnetictunnelingjunction，mtj)。传统的磁性隧道结使用晶种层，可包括顶盖层，且可包括反铁磁(antiferromagnetic，afm)层以固定参考层的磁化。传统的磁性隧道结包括晶种层、参考层、隧道势垒层(tunnelingbarrierlayer)、自由层及顶盖层。可使用位于磁性隧道结下方的底部接触件及位于磁性隧道结上的顶部接触件在电流垂直于平面(current-perpendicular-to-plane，cpp)的方向上驱动电流通过磁性隧道结。参考层及自由层是磁性的。参考层的磁化被固定或被钉扎在特定方向上。自由层具有能够改变的磁化。自由层及参考层可为单层或包括多层。

为切换自由层的磁化，在电流垂直于平面的方向上驱动电流。当从顶部接触件向底部接触件驱动足够的电流时，自由层的磁化可切换成平行于底部参考层的磁化。当从底部接触件向顶部接触件驱动足够的电流时，自由层的磁化可切换成反平行于底部参考层的磁化。磁性配置的差异对应于不同的磁阻，且因此对应于传统磁性隧道结的不同逻辑状态(例如，逻辑“0”及逻辑“1”)。

由于磁性存储器适用于各种应用中的潜力，因此正在进行对磁性存储器的研究。期望将磁性结按比例缩放到更小的面积尺寸(例如，用于增加的存储密度)而不显著降低磁性及电性质。举例来说，期望非易失性磁性存储器按比例缩放到四十纳米以下。用于高温操作应用及磁性存储器的操作温度通常为相对高的，例如一百摄氏度以上。期望磁热稳定性因子(magneticthermalstabilityfactor)δ且因此有效磁各向异性常数(effectivemagneticanisotropyconstant)kueff保持高。当前磁性结不能按比例缩放到不会不利地影响饱和磁化、交换刚度(exchangestiffness)、阻尼(damping)和/或有效的磁各向异性常数中的一者或多者的这样的尺寸。此外，即使在当前尺寸下，期望改善性能。

因此，需要一种可改善磁性器件以及其中使用这种磁性器件的电子器件的性能及可缩放性的方法及系统。本文阐述的方法及系统满足了这种需要。

技术实现要素：

本发明阐述一种磁性装置、一种使用所述磁性装置的存储器及一种用于提供所述磁性装置的方法。磁性装置包括磁性结及邻近磁性结的混合顶盖层。混合顶盖层包括绝缘层、不连续的氧化物层及贵金属层。不连续的氧化物层位于绝缘层与贵金属层之间。绝缘层位于磁性结与贵金属层之间。在一个方面，磁性结包括参考层、可能是隧道势垒层的非磁性分隔层以及自由层。在这一方面，混合顶盖层可邻近自由层。

当磁性结与混合顶盖层一起使用时，可具有改善的性能。更具体来说，磁性结可享有增强的有效磁各向异性常数而不显著降低饱和磁化、电阻面积乘积(resistanceareaproduct)、隧道磁阻(tunnelingmagnetoresistance，tmr)和/或阻尼常数(dampingconstant)。因此，可改善性能。

附图说明

图1绘示包括磁性结及混合顶盖层的磁性装置的示例性实施例。

图2绘示可结合磁性结使用的混合顶盖层的示例性实施例。

图3绘示包括磁性结及混合顶盖层的磁性装置的示例性实施例。

图4a到图4f绘示磁性结的示例性实施例的性质随着绝缘层的厚度的变化。

图5绘示在存储单元的存储器元件中利用磁性结及混合顶盖层的存储器的示例性实施例。

图6是绘示用于提供可用于磁性器件中的磁性装置的方法的示例性实施例的流程图，所述磁性装置可使用自旋转移力矩进行编程且包括混合顶盖层。

图7是绘示用于提供可用于磁性器件中的磁性装置的方法的示例性实施例的流程图，所述磁性装置可使用自旋转移力矩进行编程且包括混合顶盖层。

图8是绘示用于提供混合顶盖层的方法的示例性实施例的流程图。

[符号的说明]

100、100a、212：磁性装置

101：衬底

102：晶种层

103、103a：磁性结

110、110a：参考层

111、113、117、131、151：磁矩

112：底部铁磁层/铁磁层

114：非磁性层

116：顶部铁磁层/铁磁层

120：非磁性分隔层/晶体mgo隧道势垒层

120a：隧道势垒层

130：自由层

140、140a：混合顶盖层

142：绝缘层

143：氧化物岛/岛/mgal及部分mo氧化物岛/mgal及部分nb氧化物岛/mgal及部分zr氧化物岛

144a：不连续的氧化物层

145：金属岛/岛/mo岛/nb岛/zr岛

146：贵金属层

150：偏振增强层(pel)

180、182、184、190、192、194：曲线图

200：存储器/磁性存储器

202、206：读取/写入列选择驱动器

203：位线

204：字线选择驱动器

205：字线

210：磁性存储单元/单元

214：选择器件

300、310、330：方法

302、304、312、314、316、318、332、334、336、338：步骤

t1、t2、t3、t4、t5：厚度

具体实施方式

示例性实施例涉及可用于(例如磁性存储器)磁性器件中的磁性结以及使用这种磁性结的器件。磁性存储器可包括自旋转移力矩磁性随机存取存储器(stt-mram)、自旋轨道力矩(spin-orbittorque，sot)器件、采用自旋转移力矩或自旋轨道力矩磁性结的逻辑或其他器件和/或其他电子器件。这种电子器件包括但不限于手机、智能电话、平板电脑、膝上型计算机及其他便携式及非便携式计算器件。提出以下说明是为了使所属领域的一般技术人员能够制作并使用本发明，且以下说明是在专利申请及其要求的上下文中提供。对在本文中阐述的示例性实施例以及一般性原则及特征的各种修改将显而易见。示例性实施例主要是针对在具体实施方式中提供的具体方法及系统进行阐述。然而，所述方法及系统在其他实施方式中也将有效地发挥作用。例如“示例性实施例”、“一个实施例”及“另一个实施例”等短语可指相同或不同的实施例以及多个实施例。实施例将相对于具有某些组件的系统和/或器件进行阐述。然而，系统和/或器件可包括比图中所示组件更多或更少的组件，且组件的排列及类型可发生变化，而此并不背离本发明的范围。示例性实施例还将在具有某些步骤的具体方法的上下文中进行阐述。然而，方法及系统对于具有不同的和/或附加的步骤以及处于不同次序的步骤的其他方法而言也会有效地发挥作用，所述其他方法不与示例性实施例相矛盾。因此，本发明并非旨在仅限于图中所示实施例，而是符合与本文所述原则及特征相一致的最广范围。

本发明阐述一种磁性装置、一种使用所述磁性装置的存储器及一种用于提供所述磁性装置的方法。磁性装置包括磁性结及邻近磁性结的混合顶盖层。混合顶盖层包括绝缘层、不连续的氧化物层及贵金属层。不连续的氧化物层位于绝缘层与贵金属层之间。绝缘层位于磁性结与贵金属层之间。在一个方面，磁性结包括参考层、可能是隧道势垒层的非磁性分隔层以及自由层。

示例性实施例是在具体方法、具有某些组件的磁性结及磁性存储器的上下文中进行阐述。所属领域的一般技术人员将容易地认识到，本发明与具有不与本发明相矛盾的其他的和/或附加组件和/或其他特征的磁性结及磁性存储器的使用相一致。所述方法及系统也在对自旋转移现象、磁各向异性及其他物理现象的当前理解的上下文中进行了阐述。因此，所属领域的一般技术人员将容易地认识到，对所述方法及系统的行为的理论解释是基于对自旋转移、磁各向异性及其他物理现象的当前理解作出的。然而，本文所述方法及系统不依赖于具体的物理解释。所属领域的一般技术人员还将容易地认识到，所述方法及系统是在与衬底具有具体关系的结构的上下文中进行阐述。所属领域的一般技术人员将容易地认识到，所述方法及系统与其他结构相一致。另外，所述方法及系统是在某些层是合成的和/或单纯的层的上下文中进行阐述。然而，所属领域的一般技术人员将容易地认识到，所述层可具有另一种结构。另外，所述方法及系统是在磁性结和/或具有特定层的子结构的上下文中进行阐述。所属领域的一般技术人员将容易地认识到，也可使用具有不与所述方法及系统相矛盾的附加的和/或不同的层的磁性结和/或子结构。此外，某些组件被阐述成磁性的、铁磁性的(ferromagnetic)及亚铁磁性的(ferrimagnetic)。本文所用用语“磁性的”可包括铁磁性的、亚铁磁性的或类似结构。因此，本文所用用语“磁性的”或“铁磁性的”包括但不限于铁磁体及亚铁磁体。本文所用用语“平面内(in-plane)”是实质上处于磁性结的各个层中的一者或多者的平面内或平行于磁性结的各个层中的一者或多者的平面。相反，“垂直(perpendicular)”及“垂直于平面(perpendicular-to-plane)”对应于实质上垂直于磁性结的各个层中的一者或多者的方向。所述方法及系统也在某些合金的上下文中进行阐述。除非另外指明，否则如果未提及合金的具体浓度，则可使用不与所述方法及系统相矛盾的任何化学计量(stoichiometry)。

图1绘示包括磁性结103及混合顶盖层140的磁性装置100的示例性实施例。磁性装置100可用于磁性存储器或其他器件中，可使用自旋转移力矩和/或自旋轨道力矩进行编程。为清晰起见，图1并未按比例绘制，且可能并未示出所有组件。磁性装置100因此可用于各种电子器件中。

磁性结103可使用自旋轨道力矩(sot)和/或自旋转移力矩(stt)进行编程。在所示实施例中，磁性结103包括具有磁矩111的参考层110、非磁性分隔层120及具有磁矩131的自由层130。其上形成有磁性结103的衬底101存在于晶种层下方，且为清晰起见被示出。还示出可选的晶种层102。未示出底部接触件及顶部接触件，但可能形成有底部接触件及顶部接触件。可能存在例如耦合层、偏振增强层(polarizationenhancementlayer，pel)及反铁磁(afm)层和/或其他层等其他层。然而，为简单起见并未示出这些层。如可在图1中看到，磁性结103的参考层110最靠近衬底101。磁性结103是底部被钉扎磁性结。在其他实施例中，其他配置也是可能的。

自由层130可具有高垂直磁各向异性(perpendicularmagneticanisotropy，pma)。在这样的实施例中，自由层130具有比自由层平面外退磁能(out-of-planedemagnetizationenergy)大的垂直磁各向异性能。因此，磁矩131稳定地垂直于平面。如可从双头箭头推断出，自由层磁矩131可在指向图1中页面的顶部时以及在指向图1中的页面的底部时为稳定的。在替代实施例中，磁矩131可稳定地位于平面内。自由层130被绘示成单层。然而，在其他实施例中，自由层130可为具有不同的饱和磁化及结晶温度的多层。自由层130可为包括多个铁磁层的合成反铁磁体(syntheticantiferromagnet，saf)，所述多个铁磁层与一个或多个非磁性层交错且夹置一个或多个非磁性层。举例来说，自由层130可包括被非磁性层分离的两个铁磁层，非磁性层例如ru、ir、mo或w层。可选择非磁性层的厚度，以使铁磁层经由德曼-基特尔-胜古-吉田(ruderman-kittel-kasuya-yosida，rkky)耦合或静磁相互作用进行反铁磁性耦合。作为另外一种选择，可对非磁性层的厚度进行选择以用于铁磁耦合。在其他实施例中，自由层130可为另外的多层和/或可具有以另一种方式耦合的层。在一些实施例中，自由层可包含以下或由以下组成：feb、feb-x、fecob、fecob-x、不含b的fe、fe-x、feco及feco-x，其中x选自be、ni、mo、mg、zr、ta、v、cr、w、hf、nb及tb。本文所使用的合金(例如feb)指示fe1-yby的合金，其中0≤y<0.5。为简单起见，并未指出精确的化学计量。在其他实施例中可能使用其他或额外的合金和/或多层。

自由层130具有能够改变的磁矩131，且因此可用于存储数据。磁性结103还被配置成允许自由层磁矩131使用通过磁性结103的写入电流和/或使用通过具有高自旋轨道耦合(spinorbitcoupling)的邻近线(图中未示出)的电流在稳定的磁性状态之间切换。因此，当在电流垂直于平面(cpp)的方向上和/或通过自旋轨道力矩通过磁性结103驱动写入电流时，自由层130可利用自旋转移力矩切换。依据写入电流的方向，自由层130可被编程为不同的状态。自由层130的磁矩131的方向可通过驱动读出电流通过磁性结103来读出。这种读取电流小于自旋转移写入电流，且不足以切换磁矩的方向。

非磁性分隔层120可为隧道势垒层。举例来说，非磁性分隔层120可为具有(100)晶向的晶体mgo隧道势垒层。这种非磁性分隔层120可不仅增强磁性结103的隧道磁阻(tmr)，且还会增加自由层130的垂直磁各向异性。晶体mgo隧道势垒层120可具有至少八埃但不大于十五埃的厚度。举例来说，晶体mgo隧道势垒层120可标称地为至少十埃厚但不大于十二埃厚。然而，其他厚度和/或其他势垒层也是可能的。非磁性分隔层120也可被视为充当自由层130的晶种层。在替代实施例中，非磁性分隔层120可具有包括但不限于导电层的另一种结构。

也被称为被钉扎层(pinnedlayer)的参考层110具有比平面外退磁能大的垂直磁各向异性能。因此，磁矩111稳定地垂直于平面。参考层110被示出为单层。然而，在其他实施例中，参考层110可为多层。举例来说，参考层110可为包括多个铁磁层的合成反铁磁体(saf)，所述多个铁磁层与一个或多个非磁性层交错且夹置一个或多个非磁性层。举例来说，参考层110可包括被非磁性层分离的两个铁磁层，非磁性层例如ru或ir层。可选择ru或ir层的厚度，以使铁磁层经由德曼-基特尔-胜古-吉田(rkky)耦合进行反铁磁性耦合。在其他实施例中，可使用其他多层。举例来说，参考层110可包括co-pt层和/或co-ir层。举例来说，参考层110可为或可包括co/pt多层。在这种多层中，可使用co/pt双层的一个或多个重复([co/pt]n，其中n≥1)。在一些实施例中，参考层110可为或可包括co/ir多层。这种多层具有co/ir双层的一个或多个重复([co/ir]n，其中n≥1)。在一些实施例中，可选的钉扎层可为通过交换偏置相互作用(exchange-biasinteraction)对磁化进行钉扎的afm层或多层。然而，在其他实施例中，可选的钉扎层可被省略，或者可使用另一种结构。在所示实施例中，参考层110的磁矩111通过参考层110的磁各向异性进行钉扎。

混合顶盖层140邻近磁性结103，且可用于改善磁性结103的性能。在所示实施例中，混合顶盖层140邻接磁性结103或与磁性结103共享界面。此外在所示实施例中，混合顶盖层140邻接自由层130。混合顶盖层140包括绝缘层、不连续的氧化物层及贵金属层。不连续的氧化物层位于绝缘层与贵金属层之间。绝缘层位于磁性结103与贵金属层之间。绝缘层及贵金属层是氧阻挡层。不连续的氧化物层可用于增强硼从自由层130向混合顶盖层140的迁移，这会在自由层130与非磁性分隔层120之间形成含有相对少量硼的隧道界面。

图2绘示混合顶盖层140a的示例性实施例。图2并未按比例绘制。参照图1到图2，混合顶盖层140及140a各自包括绝缘层142、不连续的氧化物层144a及贵金属层146。如以上所述，贵金属层146是氧阻挡层。因此，用于贵金属层146的材料被选择成氧阻挡器(blocker)。在一些实施例中，贵金属层146包含ru、pt、ir、rh、pd及os中的至少一者。在一些实施例中，贵金属层146是由ru、pt、ir、rh、pd、os或包括以上中的一者或多者的合金组成。贵金属层146还具有至少十埃且不大于一百埃的厚度。在一些实施例中，贵金属层146具有至少十五埃且不大于八十埃的厚度。在一些这种实施例中，贵金属层146的厚度为至少二十埃且不大于六十埃。在一些情况下，由贵金属层146提供的改进在二十埃的厚度下饱和。然而，在其他实施例中可能是其他厚度。

绝缘层142最靠近磁性结103。绝缘层142在被沉积时是无定形的(amorphous)。在一些实施例中，绝缘层142包含以下中的至少一者或由以下中的至少一者组成：氧化镁-氧化铝(mgo-al2o3)、氧化铝镁(mgal2o4)、氧化钛掺杂的氧化镁(tio2-掺杂的mgo)以及氧化锆掺杂的氧化镁(zro2-掺杂的mgo)。在一个实施例中，绝缘层142是由氧化铝镁组成。使用比mgo更无定形且更致密的材料(例如mgal2o4)可保护自由层130免受氧化及扩散。

不连续的氧化物层144a也被示出。可通过沉积不连续的金属层并执行氧化步骤来形成不连续的氧化物层144a。因此，可形成金属岛，然后对金属岛进行氧化。在不连续的氧化物层144a中，沈积有金属岛145的区域保留，而无金属岛145的其他区域已被氧化成来自缺氧绝缘层142的mgal氧化物。不连续的金属层的厚度以及氧化步骤二者可控制不连续的氧化物层的独特的微结构。然而，通过不同的氧亲和力形成的这些氧化物在退火工艺期间是不稳定的。当具有高的氧亲和力的ta或mg层沉积在不连续的层的顶部上时，这些氧原子会经由固态氧化工艺转移到ta或mg层中。不形成不连续的氧化物层。然而，当具有小得多的氧亲和力的贵金属层沉积在不连续的层的顶部上时，在贵金属层146与绝缘层142之间捕获的氧原子保留下来。在退火工艺期间，不连续的氧化物区域上的所捕获的氧原子具有强的硼亲和力。这种优选的将硼从自由层130提取到混合顶盖层140提供沿着垂直方向的硼浓度的梯度；使得较高的硼含量靠近混合顶盖层140，而低得多的硼含量靠近非磁性分隔层120。这种独特的工艺可通过提供具有较少硼污染的更好的隧道界面来增强垂直磁各向异性并改善性能。尽管金属岛145被绘示成大于氧化物岛143，然而情况未必如此。此外，岛143及岛145的形状及高宽比并不旨在表示具体实施方式，而是仅用于解释目的。另外，氧化物岛143及金属岛145的大小可为变化的而非如图2至图3所示为均一的。在一些实施例中，不连续的氧化物层144a中使用的金属包括mo、w、nb及zr中的至少一者。在一些实施例中，使用金属mo、w、nb及zr中的仅一者。因此，氧化物岛143可包含氧化钼、氧化钨、氧化铌及氧化锆中的一者或多者。在一些实施例中，氧化物岛143可包含来自缺氧绝缘层142的mg-al氧化物、mg-ti氧化物及mg-zr氧化物。在一些实施例中，不连续的氧化物层144a具有至少0.5埃且不大于三埃的厚度。

图3绘示可用于磁性器件(例如可使用自旋转移力矩进行编程的磁性存储器)中的磁性装置100a的示例性实施例。为清晰起见，图3并未按比例绘制，且可能并未示出所有组件。磁性装置100a类似于磁性装置100。因此，相似的组件具有类似的标记。

磁性装置100a包括磁性结103a及混合顶盖层140a。在替代实施例中，则可能存在其他混合顶盖层。磁性结103a是底部被钉扎磁性结，其包括参考层110a、并入参考层110a中的偏振增强层(pel)150、作为隧道势垒层120a的非磁性分隔层、以及具有磁矩131的自由层130。参考层110a、隧道势垒层120a及具有磁矩131的自由层130类似于图1中的参考层110、非磁性分隔层120及具有磁矩131的自由层130。还示出可选的晶种层102及衬底101。

用于磁性结103a中的参考层110a、隧道势垒层120a及自由层130的结构、功能及材料类似于用于磁性结103中的参考层110、非磁性分隔层120及自由层130的结构、功能及材料。举例来说，隧道势垒层120a可为晶体mgo势垒层，且自由层130可包含feb、feb-x、fecob、fecob-x、不含b的fe、fe-x、feco及feco-x中的至少一者，其中x选自be、ni、mo、mg、zr、ta、v、cr、w、hf、nb及tb。然而，在所示实施例中，参考层110a是合成反铁磁体(saf)。因此，参考层110a包括被非磁性层114(例如ru或ir)分离的底部铁磁层112以及顶部铁磁层116及偏振增强层(pel)150。铁磁层112、铁磁层116以及偏振增强层150分别具有磁矩113、磁矩117及磁矩151，其进行反铁磁性耦合。

参考层110a包括偏振增强层150。参考层110a可包括以下两部分或由以下两部分组成：偏振增强层及纹理断裂层(texturebreakinglayer)。纹理断裂层是无定形的以使来自晶体铁磁层112及铁磁层116的面心立方(facecenteredcubic，fcc)纹理(111)断裂。纹理断裂层可为单层，例如ta、mo及w。其可为双层或三层，例如ta/cofeb及ta/cofeb/ta。偏振增强层是具有体心立方(bodycenteredcubic，bcc)结构的铁磁层，以在隧道势垒层120a之前增强自旋偏振。偏振增强层可为单层或多层。在一些实施例中，偏振增强层包含b以及co和fe中的至少一者。举例来说，pel可包括(cofe)(1-x)bx层和/或fe(1-x)bx层。在这些实施例中，其中0.2<x。在一些这种实施例中，x≤0.6。然而，在替代实施例中，可使用其他化学计量和/或其他材料。

混合顶盖层140a也被示出。混合顶盖层140a类似于图2所示混合顶盖层。因此，混合顶盖层140a包括可能用作氧阻挡器的绝缘层142及贵金属层146。另外，还示出具有氧化物岛143及金属岛145的不连续的氧化物层144a。层142、层144a及层146中使用的材料可类似于上述材料。在一些实施例中，绝缘层142是mgal2o4层，不连续的氧化物层144a包括mo岛145以及mgal及部分mo氧化物岛143，且贵金属层146是ru。在其他实施例中，绝缘层142是mgal2o4层，不连续的氧化物层144a包括nb岛145以及mgal及部分nb氧化物岛143，且贵金属层146是ru。在其他实施例中，绝缘层142是mgal2o4层，不连续的氧化物层144a包括zr岛145以及mgal及部分zr氧化物岛143，且贵金属层146是ru。然而，可使用例如上述材料的其他材料。

磁性结103/103a可具有改善的性能。混合顶盖层140/140a可增大有效磁各向异性常数kueff，实质上不会降低磁性结103/103a的饱和磁化、阻尼常数、电阻面积乘积(ra)及tmr。对于采用mgo势垒层作为非磁性分隔层120/120a的磁性结103/103a来说，尤其如此。图4a到图4f绘示磁性结的示例性实施例的性质随着绝缘层的厚度的变化。曲线图180、曲线图182及曲线图184绘示矫顽磁性(coercivity)(hc)、tmr及ra随着用于贵金属层146的选定贵金属而变化。曲线图190、曲线图192及曲线图194绘示hc、tmr及ra随着ru贵金属层146的从t1(5埃)到t5(60埃)的不同的厚度t1、t2、t3、t4、t5而变化。然而，在其他实施例中，可使用其他厚度。如可在图4a到图4f中看到，可显著改善矫顽磁性，而保持tmr及ra。此外，贵金属pt、ir及ru表现出优于mg及mgo的改进。另外，对于贵金属层146的厚度，这种效果可能会饱和。举例来说，具有传统mgo或ta氧化物顶盖层的磁性结可具有近似0.1erg/cm²到0.3erg/cm²的自由层kueff。相比之下，在一些实施例中，使用混合顶盖层140/140a的磁性装置100中的自由层130的kueff可为大约0.7erg/cm²。因此，磁各向异性显著增强。可实质上保持ra、tmr及阻尼常数。举例来说，在一些实施例中，ra可在10ωμm²到11ωμm²的范围内，且tmr可在140％到160％的范围内，所述tmr为较高的tmr或与传统mgo或ta氧化物顶盖层相当的tmr。相似地，阻尼常数α可保持在3×10^-3到5×10^-3的范围内。相似地，可实质上保持饱和磁化。然而，其他ra、tmr、阻尼常数、饱和磁化及kueff是可能被改变的。

磁性装置100a共享磁性装置100的有益效果。混合顶盖层140a可增大有效磁各向异性常数，而实质上不会降低磁性结103a的饱和磁化、阻尼常数、电阻面积乘积(ra)及tmr。因此，磁性装置100a可具有改善的性能及增大的位大小(bitsize)可缩放性以及高温操作应用。

图5绘示存储器200的示例性实施例，存储器200可使用磁性装置100及100a、磁性结103/103a及混合顶盖层140/140a和/或其他磁性结中的一者或多者。磁性存储器200包括读取/写入列选择驱动器202及206以及选择字线205的字线选择驱动器204。注意可提供其他和/或不同的组件。磁性存储器200的存储区包括磁性存储单元210。多条位线203与多个磁性存储单元210耦合。每一磁性存储单元包括至少一个磁性装置212及至少一个选择器件214。在一些实施例中，选择器件214是晶体管。磁性装置212可为磁性装置100、磁性装置100a和/或其他类似磁性装置中的一者。尽管每一单元210示出了一个磁性装置212，然而在其他实施例中，可为每一单元提供另一数目的磁性装置212。因为磁性存储器200包括磁性装置100、磁性装置100a和/或类似磁性装置中的一者或多者，所以磁性存储器200可共享上述有益效果。

已针对磁性装置100及磁性装置100a以及磁性存储器200阐述了各种特征。所属领域的一般技术人员将认识到，这些特征可以图中未示出且不与本文所述器件及方法相矛盾的方式进行组合。因此，根据本文所述方法、系统及器件的磁性装置无需明确地绘示。

图6绘示用于制作磁性装置的方法300的示例性实施例，所述磁性装置可用于例如stt-mram、另一stt器件、sot器件的磁性器件中，且因此可用于各种电子器件中。为简单起见，一些步骤可被省略、被以另一次序执行和/或进行组合。此外，方法300可在已执行形成磁性器件中的其他步骤之后开始。方法300还在形成单个磁性装置的上下文中进行阐述。然而，可实质上同时形成多个磁性装置。方法300还在磁性装置100的上下文中进行阐述。然而，可形成例如磁性装置100a的另一磁性装置。

经由步骤302，提供磁性结103。步骤302包括：沉积用于层110、层120及层130的材料，然后对叠层的边缘进行界定。举例来说，可在已沉积的层上提供掩模且对所述层的暴露部分进行离子碾磨。

经由步骤304，还提供混合顶盖层140/140a。步骤304包括提供层142、层144a及层146。在一些实施例中，步骤304包括：提供磁性结叠层中的层以及混合顶盖层。磁性结103的边缘及混合顶盖层140的边缘可在已沉积所有这些层之后进行界定。对于使用磁性装置的器件，还可形成例如接触件及导电线的附加结构。然后，可完成磁性装置的制作。

使用方法300，可制作具有改善的性能的磁性装置。自由层130的有效磁各向异性常数可得到改善而实质上不会牺牲磁性结103/103a的饱和磁化、阻尼常数、ra及tmr。因此，使用方法300制作的磁性装置100/100a可具有改善的性能及增大的位大小可缩放性以及高温操作应用。

图7绘示用于制作磁性装置的方法310的示例性实施例，所述磁性装置可用于例如stt-mram、另一stt器件、sot器件的磁性器件中，且因此可用于各种电子器件中。为简单起见，一些步骤可被省略、被以另一次序执行和/或进行组合。此外，方法310可在已执行形成磁性器件中的其他步骤之后开始。方法310还在形成单个磁性装置的上下文中进行阐述。然而，可实质上同时形成多个磁性装置。方法310还在磁性装置100a的上下文中进行阐述。然而，可形成例如磁性装置100的另一磁性装置。

经由步骤312，提供参考层110a。步骤312因此包括：提供铁磁层112及铁磁层116以及非磁性层114。铁磁层116及铁磁层112可各自具有超过平面外退磁能的垂直磁各向异性能。因此，参考层110a的磁矩可被取向成垂直于平面。在其他实施例中，在步骤312中可制作另一多层或单层。举例来说，pel150可视需要被提供为步骤312的部分。

经由步骤314，提供非磁性分隔层120a。在一些实施例中，可形成晶体mgo隧道势垒层。步骤314可包括：使用例如射频(radiofrequency，rf)溅射来沉积mgo。可沈积金属mg，接着在步骤314中进行氧化，以提供mg的自然氧化物。还可以另一种方式形成mgo势垒层/非磁性分隔层120a。步骤314可包括：对已形成的磁性结的部分进行退火，以针对磁性结的增强的隧道磁阻(tmr)提供具有(100)晶向的晶体mgo隧道势垒。

经由步骤316，提供自由层130。步骤316包括沉积用于自由层130的材料。在步骤316中提供的自由层130可能期望具有超过其退磁能的垂直磁各向异性能。自由层的磁矩因此可稳定地处于平面外，包括垂直于平面。在步骤316中提供的自由层130还被配置成当写入电流通过磁性结103a或通过邻近磁性结103a的高自旋轨道耦合线时在稳定的磁性状态之间切换。在步骤316中提供的自由层130是磁性的，可具有高垂直磁各向异性，且在操作温度下是热稳定的。

经由步骤318，提供混合顶盖层140a。因此，步骤318包括提供层142、层144a及层146。然后，可完成器件的制作。举例来说，可对磁性结的边缘进行界定。这可通过在已沉积的层上提供掩模并对所述层的暴露部分进行离子碾磨来实施。还可执行一次或多次退火。注意，尽管阐述了110、150、120、130及140a各层被提供，然而在一些实施例中，步骤312、314、316及318包括对这些层进行均厚沉积(blanketdepositing)。磁性结103a的边缘及混合顶盖层140a的边缘可在已沉积所有这些层之后进行界定。对于使用磁性结的器件，还可形成例如接触件及导电线的附加结构。然后，可完成磁性装置的制作。

利用方法310，可制作具有改善的性能的磁性装置。自由层130的有效磁各向异性常数可得到改善而实质上不会牺牲磁性结103a/103的饱和磁化、阻尼常数、ra及tmr。因此，利用方法310制作的磁性装置100a可具有改善的性能及增大的位大小可缩放性以及高温操作应用。

图8是绘示用于提供混合顶盖层的方法330的示例性实施例的流程图。为简单起见，一些步骤可被省略、被以另一次序执行，包括子步骤和/或进行组合。尽管针对单个磁性结进行了阐述，然而可制作多个磁性结。为简单起见，所述方法在混合顶盖层140a及磁性装置100a的上下文中进行阐述。然而，方法330可用于混合顶盖层140和/或混合顶盖层140a以及磁性结103和/或磁性结103a中的任一者。

经由步骤332，沉积绝缘层142。步骤332包括：沉积氧化镁-氧化铝、氧化铝镁、氧化钛掺杂的氧化镁及氧化锆掺杂的氧化镁中的一者或多者。除了上述层以外或代替上述层，可使用可用作氧阻挡层的其他类似绝缘层。

经由步骤334，提供不连续的金属层。因此，在步骤334中沉积薄金属层。金属层可包含mo、w、nb及zr中的一者或多者或者由mo、w、nb及zr中的一者或多者组成。在一些实施例中，金属层为至少0.5埃厚且小于三埃厚。在一些这种实施例中，金属层小于1.5埃厚。由于所提供的层足够薄，因此金属层是不连续的。因此，在绝缘层142上形成有金属岛。

经由步骤336，执行氧化处理。氧化处理可包括自然氧化工艺、自由基氧化工艺及正常氧化工艺中的一者或多者。因此，在步骤336中对在步骤334中形成的金属岛中的至少一些进行氧化。所形成的层可包含氧化钼、氧化钨、氧化铌及氧化锆。因此，可形成不连续的氧化物层144a。

经由步骤338，提供贵金属层。步骤338包括沉积贵金属，例如通过溅射。在步骤338中沉积的贵金属可包含ru、pt、ir、rh、pd及os中的至少一者或者由ru、pt、ir、rh、pd及os中的至少一者组成。步骤338可包括沉积至少十埃的贵金属。在一些实施例中，沉积至少二十埃。贵金属层的期望效果可通过二十埃厚的层来实现。因此，步骤338可包括：沉积厚度不超过一百埃的层。在一些实施例中，在步骤338中提供的贵金属层不大于四十埃厚。在一些这种实施例中，贵金属层不大于三十埃厚。

利用方法330，可制作混合顶盖层140和/或混合顶盖层140a。当结合例如磁性结103和/或磁性结103a的磁性结使用时，磁性结130和/或磁性结103a可具有改善的性能。自由层130的有效磁各向异性常数可得到改善而实质上不会牺牲磁性结103a/103的饱和磁化、阻尼常数、ra及tmr。因此，结合混合顶盖层140和/或混合顶盖层140a使用的磁性装置100和/或磁性装置100a可具有改善的性能及增大的位大小可缩放性以及高温操作应用。

已阐述了用于提供磁性装置的方法及系统以及使用磁性装置制作的器件。已根据所示示例性实施例阐述了所述方法及系统，且所属领域的一般技术人员将容易地认识到，存在实施例的变化，且任何变化均将处于所述方法及系统的精神及范围内。因此，所属领域的一般技术人员在不背离随附权利要求书的精神及范围条件下可作出诸多修改。