可用于磁性器件的磁性结及其形成方法_3

文档序号:9218728阅读:来源:国知局
。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106两者均使用牺牲插入层,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。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]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。
[0040]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。
[0041]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。
[0042]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。
[0043]牺牲插入层经由步骤114被沉积在第一铁磁层上使得所述层共用界面。牺牲插入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插入层之间的晶格常数的差异可以小于百分之十。牺牲插入层可以包括 B1、W、1、Zn、Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、T1、Ba、K、Na、Rb、Pb和Zr中的一种或多种。在一些实施例中,牺牲插入层由B1、W、1、Zn、Nb、Ag、Cd、Hf、Os、Mo、Ca、Hg、Sc、Y、Sr、Mg、T1、Ba、K、Na、Rb、Pb 和 / 或 Zr 组成。牺牲插入层可以是薄的,例如小于十埃厚。在一些这样的实施例中,牺牲插入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。
[0044]牺牲插入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插入层吸收。
[0045]在退火之后,牺牲插入层经由步骤118被除去。例如,可以使用等离子体蚀刻。在其它的实施例中,牺牲插入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。
[0046]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。
[0047]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。
[0048]图6还示出可选的Fe插入层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。
[0049]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。
[0050]因为自由层210在方法110中利用牺牲插入层形成,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的牺牲插入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中去除牺牲插入层改善自由层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。去除牺牲插入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。
[0051]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。
[0052]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。
[0053]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
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