CN108335977B - 制造磁结的方法和磁存储器 - Google Patents

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Abstract

描述了用于制造磁结的方法和磁存储器。在所述方法中，设置与磁结对应的磁阻堆叠件的第一部分。设置磁阻堆叠件的此部分的步骤包括设置用于磁结的自由层的至少一层。在设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤之后设置磁阻堆叠件的第二部分。在设置磁阻堆叠件的第二部分的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以设置磁结。在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，对于磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度。在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。

Description

制造磁结的方法和磁存储器
本申请要求转让给本申请的受让人的于2017年1月18日提交的第62/447,763号临时专利申请和于2017年2月28日提交的第15/445,695号非临时专利申请的权益，所述专利申请通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及制造磁结的方法以及磁存储器。
背景技术
磁存储器，特别是磁随机存取存储器(MRAM)由于其在操作期间的高读/写速度、优异的耐久性、非易失性和低功耗的潜能，已经引起越来越多的关注。MRAM可以利用磁性材料作为信息记录媒介来存储信息。一种类型的MRAM是自旋转移矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用至少部分由驱动经过磁结的电流写入的磁结。驱动经过磁结的自旋极化电流对磁结中的磁矩施加自旋扭矩。结果，具有响应于自旋扭矩的磁矩的层可以切换为期望的状态。
例如，传统的磁隧穿结(MTJ)可以用于传统的STT-MRAM中。传统的MTJ包括传统的钉扎层、传统的自由层以及位于传统的钉扎层和传统的自由层之间的传统的隧穿势垒层。传统的MTJ通常位于基底上，并且可以包括传统的种子层和传统的覆盖层以及传统的反铁磁(AFM)层。传统的MTJ下面的底接触件和传统的MTJ上面的顶接触件可以用于驱动电流在电流垂直平面(CPP)方向上经过传统的MTJ。
传统的钉扎层和传统的自由层是磁性的。传统的钉扎层的磁化在特定方向上是固定的或钉扎的。传统的自由层具有可变的磁化。传统的自由层和传统的钉扎层均可以为单层或者均可以包括多层。钉扎层和自由层可以使其磁化定向为与层的平面垂直(垂直于平面)或者定向在层的平面内(在平面内)。
为了切换传统的自由层的磁化，垂直于平面驱动电流。当足够的电流被从顶接触件驱动到底接触件时，传统的自由层的磁化可以切换成与传统的底钉扎层的磁化平行。当足够的电流被从底接触件驱动到顶接触件时，自由层的磁化可以切换成与底钉扎层的磁化反平行。磁构造的差异对应于不同的磁阻，因此对应于传统的MTJ的不同的逻辑状态(例如，逻辑“0”和逻辑“1”)对应。
由于磁存储器用于各种应用中的潜力，对磁存储器的研究在持续进行。期望改善STT-MRAM的性能并减小磁结的尺寸的机制。然而，自由层的横向尺寸的减小会表现出降低的热稳定性和在最小写入电流(或临界电流密度，Jc)、热稳定常数Δ、矫顽力(Hc)、磁各向异性(Hk)、经历的移位场(Hshift)和/或其它磁性质中的增大的分布。因此，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系统。这里描述的方法和系统解决了这种需求。
发明内容
描述了可用于磁装置中的磁结以及用于制造磁结的方法。设置与磁结对应的磁阻堆叠件的第一部分。设置磁阻堆叠件的此部分的步骤包括设置用于磁结的自由层的至少一层。在设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤之后设置磁阻堆叠件的第二部分。在设置磁阻堆叠件的第二部分的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以设置磁结。在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度。在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。
在示例性实施例中，提供了一种用于制造位于基底上并可用于磁装置中的磁结的方法，所述方法包括：沉积磁阻堆叠件的与磁结的钉扎层对应的至少一个第一层；沉积磁阻堆叠件的与磁结的隧穿势垒层对应的至少一个第二层；沉积磁阻堆叠件的磁层，磁层包括至少一种稀释材料并且是原位沉积非晶的，磁结的自由层包括磁层的一部分，所述至少一个第二层位于所述至少一个第一层和磁层之间；在沉积磁层的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以设置磁结，在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，对于磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度；以及在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。
在示例性实施例中，提供了一种磁存储器，所述磁存储器包括：多个磁存储单元，所述多个磁存储单元中的每个包括至少一个磁结，所述至少一个磁结包括自由层、非磁间隔物层和钉扎层，所述至少一个磁结具有多个侧面以及不大于二十纳米的特征横向尺寸，非磁间隔物层位于钉扎层和自由层之间，当写入电流经过磁结时，自由层在多个稳定的磁状态之间是可切换的，自由层具有大于面外去磁能的垂直磁各向异性能，自由层包括具有至少一种稀释材料的至少一个磁层，所述至少一个磁层位于磁结的所述多个侧面的一部分处，所述至少一个磁层具有至少十纳米的特征晶粒尺寸；以及多条位线，与所述多个磁存储单元耦合。
附图说明
图1是描绘用于制造可以具有较小的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中的磁结的方法的示例性实施例的流程图。
图2至图5描绘了在制造期间磁结的示例性实施例，其中，磁结可以具有较小的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中。
图6描绘了可以具有较小的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中的磁结的另一示例性实施例。
图7是描绘用于制造可以具有较小的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中的磁结的方法的另一示例性实施例的流程图。
图8是描绘用于制造可以具有较小的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中的磁结的方法的另一示例性实施例的流程图。
图9至图12描绘了在制造期间磁结的另一示例性实施例，其中，磁结可以具有不超过二十纳米的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中。
图13是描绘用于制造可以具有不超过二十纳米的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中的磁结的方法的另一示例性实施例的流程图。
图14至图16描绘了在制造期间磁结的另一示例性实施例，其中，磁结可以具有不超过二十纳米的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中。
图17描绘了利用存储单元的存储元件中的磁结的存储器的示例性实施例。
具体实施方式
示例性实施例涉及一种可用于诸如磁存储器的磁装置中的磁结以及使用这样的磁结的装置。磁存储器可以包括自旋转移矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)，并且可以用于采用非易失性存储器的电子装置中。这样的电子装置包括蜂窝电话、智能电话、平板电脑、膝上型电脑以及其它便携式和非便携式计算装置，但不限于此。给出以下描述使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明，并且在专利申请的上下文及其要求下提供以下描述。对这里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容易清楚的。主要在具体实施方式中提供的具体方法和系统来描述示例性实施例。然而，该方法和该系统将在其它实施方式中有效地运行。诸如“示例性实施例”、“一个实施例”和“另一实施例”的短语可以表示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/或装置来描述实施例。然而，系统和/或装置可以包括比示出的系统和/或装置多或少的组件，并且在不脱离发明的范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行改变。也将在具有特定步骤的具体方法的上下文中描述示例性实施例。然而，该方法和该系统对于具有与示例性实施例不相悖的具有不同和/或附加步骤以及不同顺序的步骤的其它方法有效地运行。因此，本发明不意在限于示出的实施例，而应被赋予与这里描述的原理和特征一致的最宽的范围。
描述了可用于磁装置中的磁结以及制造该磁结的方法。设置与磁结对应的磁阻堆叠件的第一部分。设置磁阻堆叠件的这部分的步骤包括设置用于磁结的自由层的至少一层。在设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤之后，设置磁阻堆叠件的第二部分。在设置磁阻堆叠件的第二部分的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以设置磁结。在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，对于磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度。在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。
在具体的方法、磁结和具有特定组件的磁存储器的上下文中描述示例性实施例。本领域普通技术人员将容易地认识到的是，本发明与具有与本发明不相悖的其它组件和/或附加组件和/或其它特征的磁结和磁存储器的使用是一致的。在对自旋转移现象、磁各向异性、结晶和其它物理现象的当前的理解的上下文中也描述了该方法和该系统。因此，本领域普通技术人员将容易地认识到的是，基于此当前的理解，对该方法和该系统的表现进行理论解释。然而，这里描述的方法和系统不依赖于特定的物理解释。本领域普通技术人员也将容易地认识到的是，在与基底具有特定关系的结构的上下文中描述该方法和该系统。然而，本领域普通技术人员将容易地认识到的是，该方法和该系统与其它结构一致。此外，在合成和/或简单的特定层的上下文中描述该方法和该系统。然而，本领域普通技术人员将容易地认识到的是，这些层可以具有另一结构。此外，在具有特定层的磁结和/或子结构的上下文中描述该方法和该系统。然而，本领域普通技术人员将容易地认识到的是，也可以使用具有不与该方法和该系统相悖的附加层和/或不同层的磁结和/或子结构。此外，某些组件被描述为磁/磁性(的)、铁磁(的)和亚铁磁(的)。如这里所使用的，术语磁/磁性(的)可以包括铁磁(的)、亚铁磁(的)或类似结构。因此，如这里所使用的，术语“磁/磁性(的)”或“铁磁(的)”包括但不限于铁磁体和亚铁磁体。如这里所使用的，“面内”基本在磁结的一个或更多个层的平面内或与磁结的一个或更多个层的平面基本平行。相反，“垂直”和“垂直于平面”对应于与磁结的一个或更多个层基本垂直的方向。
图1是描绘用于制造可以具有较小的(特征)横向尺寸的单晶自由层或单个晶粒的自由层的磁结的方法的示例性实施例的流程图。在一些实施例中，磁结可以是横向尺寸不超过二十纳米的单个晶粒。这样的磁结可以可用于诸如STT-MRAM的磁装置中，因此可用于各种电子装置中。使用方法100形成的磁结包括具有可改变的磁矩的至少一个自由层、钉扎层以及诸如结晶MgO层的非磁间隔物层。磁结的自由层和/或钉扎层可以具有高的垂直磁各向异性(PMA)。换句话说，垂直磁各向异性能可以超过面外的退磁能量。这样的构造使高PMA层的磁矩垂直于平面是稳定的。图2至图5描绘了在制造期间包括磁结的磁装置200的示例性实施例。因此，图2至图5描绘了可以使用方法100制造的磁结的示例性实施例。图2至图5不是按比例绘制的，仅重要的结构被单独地标记并包括在内。参照图1至图5，在包括特定磁结的磁装置200的上下文中描述方法100。然而，可以形成包括其它磁结的其它磁装置。此外，可以在已经执行了形成磁装置200的其它步骤之后开始方法100。为了简单起见，一些步骤可以省略，可以以另一顺序执行，可以包括子步骤和/或可以进行组合。
通过步骤102设置磁阻堆叠件的第一部分。磁阻堆叠件包括用于磁结的层，但没有被图案化成单独的磁结。因此，步骤102包括沉积一个或更多个层，所述一个或更多个层在图案化之后将变成磁结的一部分。磁阻堆叠件的第一部分包括用于自由层的层。因此，步骤102明确地包括沉积自由层的一个或更多个层。如果磁结是底钉扎磁结(钉扎层比自由层靠近基底)，则步骤102包括设置用于钉扎层、非磁间隔物层和自由层的层。可以沉积诸如极化增强层(PEL)、耦合层和反铁磁(AFM)层的其它层或者位于基底和自由层之间的其它钉扎层和/或其它层。如果形成的磁结是双磁结，则步骤102包括沉积至少用于底钉扎层、底非磁间隔物层和自由层的层。如果磁结是顶钉扎磁结(自由层比钉扎层靠近基底)，则步骤102包括设置用于自由层的层以及比自由层靠近基底的任何层(诸如种子层)。对于这样的顶钉扎磁结，沉积非磁间隔物层和钉扎层不是步骤102的一部分。
在一些实施例中，自由层是单层。在其它实施例中，自由层包括多个层。这些层中的至少一个是包括磁性材料和至少一种稀释材料的磁层。例如，这样的磁层可以包括作为磁性材料的CoFe以及作为稀释材料的Mo、B、Be、Si、SiO和SiN中的一种或更多种。可以使用其它磁性材料和/或稀释材料。通常，期望磁层具有不多于二十原子百分比的稀释材料。在一些实施例中，磁层包括不多于十原子百分比的稀释材料。在一些情况下，使用少于十原子百分比的稀释材料。例如，磁层可以名义上包括五原子百分比的B、Be、Mo、Si、SiO、SiN和/或其它稀释材料。在一些实施例中，磁层是CoFeB层。CoFeB层可以是(CoFe)1-xBx层，其中，x大于0且不大于0.2。除非特别提及，否则这里提及的合金不表示特定的化学计量。通常，使用稀释材料以使磁层具有原位沉积的(as-deposited)非晶结构。因此，步骤102包括沉积用于自由层的一个或更多个这样的磁层。
具有稀释材料的每个磁层是原位沉积非晶的，但具有结晶温度。结晶温度是磁层从非晶结构转变成结晶的晶格结构的温度。对于一些磁层，结晶温度可以是三百摄氏度或更高。在一些磁层中，结晶温度是至少三百二十五摄氏度。在其它实施例中，磁层的结晶温度是至少三百五十摄氏度。例如，CoFeB磁层可以具有名义上325摄氏度至350摄氏度的结晶温度。如果自由层包括多个磁层，则自由层的结晶温度是多个层中的一个层的结晶温度。在一些实施例中，自由层的结晶温度是磁层的最低结晶温度。在其它实施例中，不同的结晶温度(诸如最高的结晶温度)可以被认为是自由层的结晶温度。可选择地，自由层可以被认为具有多个结晶温度。本领域普通技术人员将认识到的是，非晶层的结晶基于非晶层所处环境的环境温度以及非晶层处于该环境温度的时间两者。如果非晶层经受较低的温度(但仍然高的(elevated)温度)较长时间，则该温度可以使非晶层结晶。
作为步骤102的一部分，可以将磁阻堆叠件暴露于超过自由层的磁层的结晶温度的温度，只要在沉积这些磁层之前进行此暴露步骤即可。例如，如果形成底钉扎磁结或双磁结，则可以在自由层之前沉积用于非磁间隔物层(即，隧穿势垒层)的MgO。在这种情况下，步骤102可以包括在沉积MgO之后并且在沉积自由层的磁层之前对沉积的层退火。这可以使在沉积磁层之前形成结晶MgO。然而，一旦沉积磁层，磁阻堆叠件的环境温度就不超过自由层的结晶温度。在一些实施例中，一旦沉积磁层，环境温度就小于自由层的结晶温度。例如，在沉积磁层之后，环境温度可以维持在比结晶温度低至少五十摄氏度或至少一百摄氏度。环境温度可以被认为是诸如晶圆的基底所附着到的卡盘的温度。环境温度也可以被认为是磁阻堆叠件所在的腔室中的气体/真空的温度。这些温度中的任何一个或两个以及磁阻堆叠件所暴露的环境的温度的其它测量可以被认为是环境温度。可能会在磁阻堆叠件上存在局部热点，局部热点在沉积自由层之后超过结晶温度。例如，在溅射后面的层的步骤期间，磁阻堆叠件的表面的区域处的局部温度可能超过三百摄氏度，但是堆叠件的环境温度不会。在一些实施例中，简单地通过在接近、等于或高于结晶温度的温度下省略任何退火来将磁阻堆叠件的环境温度维持在小于或等于结晶温度的温度。结果，自由层的磁层保持其非晶体结构。
通过步骤104设置磁阻堆叠件的第二部分。在步骤102之后进行步骤104。步骤104可以包括在自由层上方沉积一个或更多个层。例如，可以设置与诸如MgO层的PMA增强层、PEL和/或其它覆盖层对应的层。如果形成的磁结是底钉扎磁结，则步骤104可以包括沉积覆盖层。如果形成的磁结是双磁结，则沉积附加非磁间隔物层/顶非磁间隔物层、附加钉扎层/顶钉扎层和其它层作为步骤104的一部分。如果形成的磁结是顶钉扎磁结，则步骤104包括沉积非磁间隔物层和钉扎层。在步骤104中也可以沉积覆盖层和/或其它层。然而，不执行退火。如上所述，环境温度保持或维持在自由层的结晶温度以下。使用步骤102和步骤104设置磁阻堆叠件。
图2描绘了在执行步骤104之后的磁装置200的一部分的示例性实施例。因此，磁阻堆叠件202已经形成在基底201上。磁阻堆叠件202包括用于自由层的层203。在一些实施例中，仅具有稀释材料的单个磁层包括在自由层203中。在其它实施例中，磁层以及磁层和/或非磁层可以是自由层的一部分。没有明确地描绘可能存在的钉扎层、非磁间隔物层、种子层、覆盖层、任何PEL和其它层。包括稀释材料的磁层包括在自由层203中，但是为了简单起见未示出。这样的磁层是原位沉积非晶的，因此在图2中将是非晶的。
然后通过步骤106使磁阻堆叠件202图案化。结果，从磁阻堆叠件形成一个或更多个磁结。步骤106总体上包括设置覆盖磁阻堆叠件的将形成磁结的区域的掩模以及执行反应离子蚀刻(RIE)和/或其它去除工艺。从沉积自由层的磁层到图案化步骤106，磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度。在一些情况下，环境温度低于结晶温度。在一些实施例中，环境温度可以显著低于结晶温度。例如，通过步骤106，环境温度可以低于结晶温度五十摄氏度、一百摄氏度或更多。
图3描绘了在执行步骤106之后的磁装置200的一部分的示例性实施例。已经从磁阻堆叠件202限定了磁结202'。每个磁结202'包括至少一个自由层203'。因为环境温度已经保持为足够低于结晶温度，所以自由层203'的磁层保持为非晶。磁结202'的横向尺寸示出为|。在一些实施例中，|不超过二十纳米。在一些实施例中，|可以小于二十纳米。例如，|可以是十五纳米或更小。在一些实施例中，磁结202'的横向尺寸不超过十纳米。尽管整个磁结202'被示出为具有横向尺寸|，但是在一些实施例中，自由层203'具有横向尺寸|，而其它层可以具有不同的横向尺寸。例如，钉扎层可以在横向尺寸上比自由层203'延伸得更远。自由层203'是磁性的，并且可以是当写入电流经过磁结202'时在稳定的磁状态之间可切换的。例如，可以与基底201的平面基本垂直地(CPP)驱动电流以使用STT来切换自由层。在其它实施例中，可以使用其它切换机制和/或附加切换机制。
通过步骤108，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结202'退火。在步骤106中的使磁阻堆叠件图案化的步骤之后进行步骤108。在一些实施例中，在步骤108之前，用绝缘体再填充磁结202'之间的空间并且向磁结202'设置电接触件。在这样的实施例中，在步骤108中的退火期间可以贯穿磁结202'施加电压。在其它实施例中，在退火期间不施加电压。在一些这样的实施例中，可以在执行再填充步骤之前且在设置电接触件之前进行步骤108。因此，可以在后端制程时或者在制程中进行退火，例如，可以在完成步骤106之后立即进行退火。图4描绘了在步骤108期间磁装置200的一部分的示例性实施例。为了简单起见，未示出再填充材料或电接触件。将磁结202'暴露于大于或等于结晶温度的温度达期望的时间量。例如，可以在大于三百摄氏度的温度下退火。在一些实施例中，退火温度可以是至少三百二十五摄氏度。在一些这样的实施例中，退火温度是至少三百五十摄氏度。在一些实施例中，退火温度可以是四百摄氏度或更高。然而，通常期望退火温度不超过六百摄氏度。由于退火，自由层203'的磁层经历结晶。
在一些实施例中，磁结202'具有多个侧面。如从图4中可以看出的，在暴露磁结202'的多个侧面的同时进行对磁结202'退火的步骤108。
然后可以通过步骤110完成磁装置200的制造。例如，如果还没有制造绝缘再填充物和电接触件，则可以形成绝缘再填充物和电接触件。如果期望磁结202'的横向尺寸更小，则可以执行离子束蚀刻或其它去除工艺。也可以形成诸如位线和/或字线的其它结构。
图5描绘了完成制造之后的磁装置200'的示例性实施例。为了简单起见，未示出可以位于磁结202”的顶部上和磁结202”的下方的电接触件。这样的接触件可以用于在退火期间产生贯穿磁结202”的电压和/或用于在STT切换期间驱动经过磁结202”的电流。也没有示出与磁结202”相邻的任何绝缘材料。图5不是按比例绘制的，且没有示出或标记所有组件。
使用方法100形成磁结202”。磁结202”位于基底201上，并且包括钉扎层204、隧穿势垒层206、自由层203”和可选的PMA增强层208。示出的磁结202”是底钉扎磁结。在可选择的实施例中，可以使层204、206和203”的定位翻转以形成顶钉扎磁结。在这样的实施例中，层208可以在自由层203”和基底201之间，形成种子层。在所示的实施例中，隧穿势垒层206和PMA增强层208是结晶MgO层。通过MgO(在层206和208中示出为圆圈)规则排列成晶格可以看出层206和208的结晶性质。在其它实施例中，隧穿势垒层206和/或PMA增强层208可以由其它材料形成。钉扎层204是磁性的并且可以使其磁矩(未示出)基本固定或钉扎。在一些实施例中，钉扎层204具有超过钉扎层面外去磁能的垂直磁各向异性能。因此，钉扎层204的磁矩可以基本上垂直于平面是稳定的。钉扎层204可以是包括但不限于合成反铁磁体的单层或多层。
自由层203”可以具有高的垂直磁各向异性。换句话说，对于自由层203”，垂直磁各向异性能可以超过面外去磁能。自由层203”的磁矩211基本上垂直于平面是稳定的。为简单起见，示出的自由层203”包含包括磁性材料和稀释材料的磁层。在其它实施例中，自由层203”可以具有其它层，包括但不限于包括稀释材料的其它磁层。也示出了自由层203”以及稀释材料210A和稀释材料210B的晶格，稀释材料210A和稀释材料210B在退火期间已经偏析到自由层203”的边缘。尽管在自由层203”的中心部分没有示出稀释材料，但是一些稀释材料会剩余。自由层203”的中心部分主要是已经从结晶MgO层206结晶和模板化的磁性材料。可以通过在自由层203”的中心部分处的晶格中的磁性材料(自由层203”中的菱形)的排列来看到自由层203”的结晶。
因为在步骤106之后对磁结202”退火，所以自由层203”可以是单晶或接近单晶。在其它实施例中，自由层203”可以具有多于一个晶粒。在任意一种情况下，自由层203”中的晶粒数量会减少，晶粒尺寸会增大并且取向和其它晶体学性质更紧密地分布。
尽管方法100和/或产生的磁结不依赖于具体的物理解释，但是对于自由层203”，晶粒数量的减少、晶粒轴线的更紧密分布以及晶粒尺寸的增加可以如下理解。晶粒形成可以由与下层的晶格失配和/或稀释材料的存在引起。与下层较大的晶格失配会引起在退火期间形成更多且更小的晶粒。类似地，晶格在稀释材料的位置处的位错会导致在退火期间形成晶粒边界。对于正在退火的大型连续膜，这些机制会导致在随机位置处形成晶粒。换句话说，晶粒边界的位置在层203”的整个平面内可以是随机的。对于全膜的退火，如此形成的晶粒的特征尺寸处于五纳米的量级(全膜特征晶粒尺寸≈5nm)。晶粒的取向也可以不同。
如果在退火之后从磁阻堆叠件限定磁结，则自由层的性质取决于自由层的横向范围。对于横向尺寸|与全膜特征晶粒尺寸相比较大的磁结，自由层具有许多晶粒。这样的自由层会有与平均晶粒的随机性相关的任何问题。自由层的性质的分布会足够窄。在自由层的较小的横向尺寸(例如，|)小于或等于二十纳米时，存在少量的晶粒。例如，自由层可以包含两个至五个晶粒的量级。具有不同取向或其它稍微不同特征的晶粒严重影响特征的分布。因此，自由层的特征将受到晶粒形成的随机性的影响。结果，自由层的PMA会减小，自由层的各向异性、矫顽力和偏移场会改变。磁阻也会受到不利地影响。具有以这种方式形成的自由层和小的横向尺寸的磁结的性能会受损。
相反，在已经在步骤106中限定了磁结202'/202”之后进行退火使稀释材料210A和稀释材料210B在退火期间偏析到自由层203”的侧部。可以在图5中看到这样的情况。稀释材料210A和稀释材料210B已经扩散到自由层203”的边缘。由于稀释材料210A/210B倾向于偏析到边缘，所以位错倾向于出现在磁结202”的边缘处。如果横向尺寸1不显著大于全膜特征晶粒尺寸，则这样的位错会不易于在自由层203”内产生晶粒边界。例如，对于五纳米全膜特征晶粒尺寸，|可以小于或等于二十纳米。对于这样的横向尺寸，稀释材料210A/210B在边缘处偏析并且不太可能导致形成晶粒边界。自由层203”更可能仅包括单个晶粒。
另外，在退火期间，剩余的磁性材料形成从结晶的隧穿势垒层206和PMA增强层208的模板化的晶体结构。尽管在图5中示出为具有基本上相同的晶格参数，但是在一些实施例中，层203”和206的晶格参数和/或层203”和208的晶格参数可以相差多达百分之五至百分之十。由于与层206和208的小的晶格失配和退火并且由于稀释材料的偏析，所以晶粒尺寸会增加并且自由层203”的性质的分布会变窄。由于晶格失配造成的应力仅在磁结202'的尺寸内形成。因此，可以减轻由晶格失配引起的应力。即，在自由层203”中倾向于形成更少并且更大的晶粒。在一些实施例中，特征晶粒尺寸大于五纳米。例如，特征晶粒尺寸可以是至少十纳米。在一些实施例中，特征晶粒尺寸可以是约二十纳米或更大。部分地，因为自由层203”可以具有更少的晶粒/可以包括单个晶粒，所以自由层203”可以具有期望的垂直磁各向异性、矫顽力、偏移场和磁阻。因此，可以改善磁结202”的性能。
图6描绘了在完成制造之后的磁装置200”的另一示例性实施例。为了简单起见，未示出可以位于磁结202”'的顶部上和磁结202”'的下方的电接触件。这样的接触件可以用于在退火期间产生贯穿磁结202”'的电压和/或用于在STT切换期间驱动经过磁结202”'的电流。也没有示出与磁结202”'相邻的任何绝缘材料。图6不是按比例绘制的，且没有示出或标记所有组件。磁结202”'的组件与图5中描绘的磁结202”的组件类似。
使用方法100形成磁结202”'。磁结202”'位于基底201上并且包括分别与钉扎层204、隧穿势垒层206和具有磁矩211的自由层203”类似的钉扎层204、隧穿势垒层206和具有磁矩211的自由层203”。因此，磁结202”'的自由层203”具有较大的晶粒尺寸，并且可以是单晶。示出的自由层203”包含包括磁性材料和稀释材料的磁层。在其它实施例中，自由层203”可以具有其它层，包括但不限于包括稀释材料的其它磁层。也示出了自由层203”以及已经偏析到自由层203”的侧部的稀释材料210A和稀释材料210B的晶格。因此，自由层203”可以提供与针对磁结202”的自由层203”讨论的优势类似的优势。
磁结202”'也包括附加的隧穿势垒层208'和附加的钉扎层212。钉扎层212和附加的隧穿势垒层208'可以分别与钉扎层204和隧穿势垒层206类似。因此，磁结202”'是双磁结。尽管未示出，但是磁结202”'可以包括PEL层和/或其它层。
磁结202”'共享磁结202'和磁结202”的益处。自由层203”可以具有高的垂直磁各向异性，并且可以是单晶或者仅包含少量晶粒。稀释材料210A和稀释材料210B可以偏析到自由层203”的边缘。剩余的磁性材料形成从结晶的隧穿势垒层206和208'模板化的晶体结构。自由层203”的晶粒尺寸会增加并且自由层203”的性质的分布会变窄。因此，自由层203”可以具有期望的垂直磁各向异性、矫顽力、偏移场和磁阻。因此，可以改善磁结202”的性能。
图7是描绘用于制造磁结的方法120的示例性实施例的流程图，所述磁结可以具有横向尺寸不超过二十纳米的单晶自由层。这样的磁结可以可用于诸如STT-MRAM的磁装置中，因此可用于各种电子装置中。磁结的磁层可以具有高PMA。为了简单起见，一些步骤可以省略，可以以另一顺序执行，可以包括子步骤和/或可以进行组合。此外，可以在已经执行形成磁存储器的其它步骤之后开始方法120。
通过步骤122设置用于钉扎层的层。在该步骤中设置磁阻堆叠件的与钉扎层对应的部分。步骤122可以包括沉积一个或更多个磁层。也可以沉积非磁层作为步骤122的一部分。例如，可以在步骤122中沉积Co/Pt多层和/或具有高PMA的其它层。如果在步骤126(下面讨论)中在自由层的相关磁层之前设置用于钉扎层的层，则步骤122也可以包括在超过自由层的磁层的结晶温度的环境温度下对层进行退火或另外暴露。然而，如果在步骤126中设置磁层之后执行步骤122，则步骤122包括确保已经形成磁阻堆叠件的部分不暴露于超过自由层结晶温度的环境温度。
通过步骤124设置用于非磁间隔物层的层。步骤124可以包括沉积MgO层、沉积Mg层并氧化该层、沉积并氧化多个Mg层或者其它类似的步骤。可选择地，可以沉积一个或更多个导电层。其它实施例可以包括形成用于非磁间隔物层的其它层。如果在步骤126中设置自由层的相关磁层之前执行步骤124，则可以选择性地执行退火作为步骤124的一部分。可以用这样的退火来使MgO层沿期望的方向结晶。然而，如果在步骤126中形成自由层的磁层之后执行步骤124，则步骤124包括确保已经形成磁阻堆叠件的部分不暴露于超过自由层结晶温度的环境温度。
通过步骤126设置用于自由层的层。步骤126包括沉积包括磁性材料和稀释材料的一个或更多个磁层。磁性材料包括但不限于CoFe和Fe。稀释材料可以包括诸如B、Be、Mo、Si、SiO和/或SiN的材料。因为稀释材料的存在可以使磁层是原位沉积非晶的，所以稀释材料可以被认为是玻璃形成材料。在一些实施例中，在步骤126中仅设置这样的磁层。在这样的情况下，自由层包含磁层。在其它实施例中，也沉积包括稀释材料的其它磁层。也可以沉积不包含这样的稀释材料和/或非磁层的磁性材料作为步骤126的一部分。如果按顺序执行步骤122、步骤124和步骤126，则形成的磁结是底钉扎磁结或双磁结。如果在步骤122和步骤124之前执行步骤126，则形成顶钉扎磁结。
在已经沉积自由层之后，通过步骤128设置磁阻堆叠件的剩余部分。在步骤122、步骤124和步骤126之后进行步骤128。步骤128可以包括在自由层上方沉积一个或更多个层。例如，可以设置与诸如MgO层的PMA增强层、PEL和/或其它覆盖层对应的层。如果形成的磁结是双磁结，则沉积附加非磁间隔物层/顶非磁间隔物层、附加钉扎层/顶钉扎层和其它层作为步骤126的一部分。然而，如上所述，因为在步骤126之后进行步骤128，所以环境温度保持或维持在自由层的结晶温度以下。步骤122、步骤124、步骤126和步骤128与方法100的步骤102和步骤104对应。
然后通过步骤130使磁阻堆叠件图案化。结果，由磁阻堆叠件形成一个或更多个磁结。步骤130与方法100的步骤106类似。步骤130可以包括设置覆盖磁阻堆叠件的将形成磁结的区域的掩模以及执行RIE和/或其它去除工艺。从步骤126中的自由层的磁层的沉积到步骤130中的图案化，磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度。在一些情况下，环境温度低于结晶温度。在一些实施例中，环境温度可以显著低于结晶温度。例如，环境温度可以比结晶温度低五十摄氏度、一百摄氏度或更多。执行步骤130，使得至少自由层的横向(面内)尺寸不大于二十纳米。在一些实施例中，自由层的横向尺寸不超过十纳米。在一些实施例中，整个磁结具有与自由层的横向尺寸对应的横向尺寸。
通过步骤132，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。在步骤130中的使磁阻堆叠件图案化的步骤之后进行步骤132。在一些实施例中，在步骤132之前，用绝缘体再填充磁结之间的空间并向磁结设置电接触件。在其它实施例中，在执行再填充步骤之前并且在设置电接触件之前进行步骤132。因此，将磁结暴露于大于或等于自由层的磁层的结晶温度的温度达期望的时间量。例如，可以在大于三百摄氏度的温度下进行退火。在一些实施例中，退火温度可以是至少三百二十五摄氏度。在一些这样的实施例中，退火温度是至少三百五十摄氏度。在一些实施例中，退火温度可以是四百摄氏度或更高。由于退火，自由层的磁层经历结晶并且稀释材料偏析到自由层的侧部，因此，稀释材料偏析到磁结的侧部。
然后可以通过步骤134完成磁装置的制造。例如，如果还没有制造绝缘再填充物和电接触件，则可以形成绝缘再填充物和电接触件。如果期望磁结的横向尺寸较小，则可以执行离子束蚀刻或其它去除工艺。也可以形成诸如位线和/或字线的其它结构。
使用方法120，可以形成诸如磁结202'、磁结202”和/或磁结202”'的磁结。这样的磁结可以具有高的垂直磁各向异性的自由层，并且可以是单晶或者仅包含少量晶粒。稀释材料210A和稀释材料210B可以偏析到自由层203”的边缘。剩余的磁性材料形成从结晶的隧穿势垒层206和208'模板化的晶体结构。自由层203”的晶粒尺寸会增加并且自由层203”的性质的分布会变窄。因此，自由层203”可以具有期望的垂直磁各向异性、矫顽力、偏移场和磁阻。因此，可以改善磁结的性能。
图8是描绘用于设置可以具有不超过二十纳米的横向尺寸的单晶自由层的磁结的方法140的示例性实施例的流程图。图9至图12描绘了在使用方法140制造期间包括磁结222的磁装置220的示例性实施例。磁装置220可以是STT-MRAM或其它类似装置。图9至图12不是按比例绘制的，仅重要的结构被单独地标记并包括在内。参照图8至图12，在包括特定磁结222的磁装置220的上下文中描述方法140。然而，可以形成包括其它磁结的其它磁装置。为了简单起见，一些步骤可以省略，可以以另一顺序执行，可以包括子步骤和/或可以进行组合。此外，可以在已经执行了形成磁存储器的其它步骤之后开始方法140。
通过步骤142设置用于钉扎层的层。步骤142类似于上面讨论的步骤122。如果在步骤146(下面讨论)中在自由层的相关磁层之前设置用于钉扎层的层，则步骤142也可以包括在超过自由层的磁层的结晶温度的环境温度下对层进行退火或另外暴露。然而，如果在步骤146中设置磁层之后执行步骤142，则步骤142包括确保已经形成磁阻堆叠件的部分不暴露于超过自由层结晶温度的环境温度。
通过步骤144设置用于非磁间隔物层的层。步骤144类似于方法120的步骤124。如果在步骤146中设置自由层的相关磁层之前执行步骤144，则可选择地，可以执行退火作为步骤144的一部分。可以使用这样的退火来使MgO层沿期望的方向结晶。然而，如果在步骤146中形成自由层的磁层之后执行步骤144，则步骤144包括确保已经形成磁阻堆叠件的部分不暴露于超过自由层结晶温度的环境温度。
通过步骤146设置用于自由层的层。步骤146类似于步骤126。因此，步骤146包括沉积包括磁性材料和稀释材料的一个或更多个磁层。磁性材料包括但不限于CoFe和Fe。稀释材料可以包括诸如B、Be、Mo、Si、SiO和/或SiN的材料，但不限于此。如果按顺序执行步骤142、步骤144和步骤146，则形成的磁结是底钉扎磁结或双磁结。如果在步骤142和步骤144之前执行步骤146，则形成顶钉扎磁结。
在已经沉积自由层之后，通过步骤148设置磁阻堆叠件的剩余部分。步骤148类似于步骤128。如上面所讨论的，环境温度保持或维持在自由层的结晶温度以下。
然后通过步骤150使磁阻堆叠件图案化。步骤150类似于步骤130。从步骤146中的自由层的磁层的沉积到步骤150中的图案化，磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度。在一些情况下，环境温度低于结晶温度。在一些实施例中，环境温度可以显著低于结晶温度。例如，环境温度可以比结晶温度低五十摄氏度、一百摄氏度或更多。执行步骤150，使得至少自由层的横向尺寸不大于二十纳米。在一些实施例中，自由层的横向尺寸不超过十纳米。在一些实施例中，整个磁结具有与自由层的横向尺寸对应的横向尺寸。
图9描绘了在执行步骤150之后磁装置220中的一个磁结222的示例性实施例。因此，形成横向尺寸|≤20nm的磁结222。尽管仅示出了一个磁结222，但是在磁装置220中可以存在多个磁结222。示出了位于基底221上的钉扎层224、非磁间隔物层226和自由层223。也示出了可选的PMA增强层228。可以存在其它层，但为了清楚起见未示出。在示出的实施例中，磁结222是底钉扎磁结。然而，可以形成顶钉扎磁结或双磁结来代替。如从图9中可以看出的，自由层223被称为非晶自由层。这是因为包括磁性材料和稀释材料两者的自由层内的磁层是原位沉积非晶的。如上面所讨论的，与自由层的磁层的结晶温度相比，自由层中的层暴露到的环境温度是适度的。结果，在已经限定磁结222之后，自由层223保持非晶态。
通过步骤152，在磁结之间设置绝缘再填充物，并且为磁结制造电接触件。通过步骤154，将电压通过电接触件施加到磁结222。因此，在磁结222的顶部和底部之间产生电压。图10描绘了在步骤152中施加电压时的磁结。为了简单起见，未示出任何电接触件和绝缘再填充材料。因为非磁间隔物层226是隧穿势垒层，所以层226可以用作电容势垒层。因此，施加的电压可以对磁结222产生垂直应力。该垂直应力可以导致晶格常数在平面内和垂直于平面两者的改变。这可以在图10中看到。垂直于平面的晶格常数减小了，而平面内晶格常数增大了。可以通过施加的电压的大小来调节晶格常数的改变的尺寸。
通过步骤156，在施加电压的同时，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。在步骤154中使磁阻堆叠件图案化的步骤之后进行步骤156。因此，磁结222暴露于大于或等于自由层223的磁层的结晶温度的温度达期望的时间量。例如，可以在大于三百摄氏度的温度下退火。在一些实施例中，退火温度可以是至少三百二十五摄氏度。在一些这样的实施例中，退火温度是至少三百五十摄氏度。在一些实施例中，退火温度可以是四百摄氏度或更高。由于退火，自由层的磁层经历结晶，并且稀释材料偏析到自由层的侧部，因此，稀释材料偏析到磁结222的侧部。
图11描绘了退火之后的磁装置220的磁结222。如在图11中可以看出的，稀释材料230A和稀释材料230B已经偏析到自由层223'的侧部。自由层223'的晶格也已经从应变的非磁间隔物层226和应变的可选的PMA增强层228模板化。此外，自由层223'是单晶或接近单晶(晶粒尺寸较大且晶粒较少)。
然后可以通过步骤158完成磁装置的制造。步骤158包括去除施加的电压。也可以形成诸如位线和/或字线的其它结构。图12描绘了在执行步骤158之后磁装置220中的磁结222。因为已经去除了电压，所以非磁间隔物层226不受由于电压而引起的应力的影响。因此，已经结晶的自由层223”以及非磁间隔物层226不再处于与退火期间相同的应力下。因为自由层223”已经在应力下结晶，所以可以调节残余应力、PMA和其它特征。换言之，可以在退火期间使用施加的电压来调节这些特征。
使用方法140，可以形成磁结222。这样的磁结可以具有高的垂直磁各向异性的自由层，并且可以是单晶或者仅包含二十纳米量级或更小的横向尺寸的少量晶粒。稀释材料230A和稀释材料230B可以偏析到自由层223”的边缘。剩余的磁性材料形成从结晶的隧穿势垒层226和可选的PMA增强层228模板化的晶体结构。自由层223”的晶粒尺寸会增加并且自由层223”的性质的分布会变窄。因此，自由层223”可以具有期望的垂直磁各向异性、矫顽力、偏移场和磁阻。因此，可以改善磁结222的性能。
图13是描绘用于制造可以具有不超过二十纳米的横向尺寸的单晶自由层的磁结的方法160的示例性实施例的流程图。图14至图16描绘了在使用方法160的制造期间包括磁结242的磁装置240的示例性实施例。磁装置240可以是STT-MRAM或其它类似装置。图14至图16不是按比例绘制的，仅重要的结构被单独地标记并包括在内。参照图13至图16，在包括特定磁结242的磁装置240的上下文中描述方法160。然而，可以形成包括其它磁结的其它磁装置。为了简单起见，一些步骤可以省略，可以以另一顺序执行，可以包括子步骤和/或可以进行组合。此外，可以在已经执行了形成磁存储器的其它步骤之后开始方法160。
通过步骤162设置用于钉扎层的层。步骤162类似于步骤122和步骤142。如果在步骤166(下面讨论)中在自由层的相关磁层之前设置用于钉扎层的层，则步骤162也可以包括在超过自由层的磁层的结晶温度的环境温度下对层进行退火或另外暴露。然而，如果在步骤166中在设置磁层之后执行步骤162，则步骤162包括确保已经形成磁阻堆叠件的部分不暴露于超过自由层结晶温度的环境温度。
通过步骤164设置用于非磁间隔物层的层。步骤164类似于步骤124和步骤144。如果在步骤166中设置自由层的相关磁层之前执行步骤164，则可以选择性地执行退火作为步骤164的一部分。可以使用这样的退火来使MgO层沿期望的方向结晶。然而，如果在步骤166中形成自由层的磁层之后执行步骤164，则步骤164包括确保已经形成磁阻堆叠件的部分不暴露于超过自由层结晶温度的环境温度。
通过步骤166设置用于自由层的层。步骤166类似于步骤126和步骤146。因此，步骤166包括沉积包括磁性材料和稀释材料的一个或更多个磁层。磁性材料包括但不限于CoFe和Fe。在一些实施例中，在步骤166中沉积的稀释材料是绝缘体。稀释材料可以包括但不限于诸如Si、SiO和/或SiN的材料。如果按顺序执行步骤162、步骤164和步骤166，则形成的磁结是底钉扎磁结或双磁结。如果在步骤162和步骤164之前执行步骤166，则形成顶钉扎磁结。
在已经沉积了自由层之后，通过步骤168设置磁阻堆叠件的剩余部分。步骤168类似于步骤128和步骤148。如上面所讨论的，环境温度保持或维持在自由层的结晶温度以下。
然后通过步骤170使磁阻堆叠件图案化。步骤170类似于步骤130和步骤150。从步骤166中的自由层的磁层的沉积到步骤170中的图案化，磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度。在一些情况下，环境温度低于结晶温度。在一些实施例中，环境温度可以显著低于结晶温度。例如，环境温度可以比结晶温度低五十摄氏度、一百摄氏度或更多。执行步骤170，使得至少自由层的横向尺寸不大于二十纳米。在一些实施例中，自由层的横向尺寸不超过十纳米。在一些实施例中，整个磁结具有与自由层的横向尺寸对应的横向尺寸。
图14描绘了在执行步骤170之后磁装置240中的一个磁结242的示例性实施例。因此，形成横向尺寸|≤20nm的磁结242。尽管仅示出了一个磁结242，但是在装置240中可以存在多个磁结242。示出了位于基底241上的钉扎层244、非磁间隔物层246和自由层243。也示出了可选的PMA增强层248。可以存在其它层，但为了清楚起见未示出。在示出的实施例中，磁结242是底钉扎磁结。然而，可以形成顶钉扎磁结或双磁结来代替。如在图14中可以看出的，自由层243被称为非晶自由层。这是因为包括磁性材料和稀释材料两者的自由层内的磁层是原位沉积非晶的。如上面所讨论的，与自由层的磁层的结晶温度相比，自由层中的层暴露到的环境温度是适度的。结果，在已经限定磁结242之后，自由层243保持非晶态。
在退火之前，可选择地，可以通过步骤172向磁结设置电接触件。然而此时，再填充材料未设置在磁结242之间。因此，通常省略步骤172。通过步骤174，可选择地，电压通过电接触件施加到磁结242。因此，在磁结242的顶部和底部之间产生电压。然而，也通常省略该步骤。如果执行该步骤，则形成的磁结242将更类似于磁结222。
通过步骤176，在施加电压的同时，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结242退火。在步骤170中使磁阻堆叠件图案化的步骤之后进行步骤176。因此，将磁结242暴露于大于或等于自由层243的磁层的结晶温度的温度达期望的时间量。例如，可以在大于三百摄氏度的温度下进行退火。在一些实施例中，退火温度可以是至少三百二十五摄氏度。在一些这样的实施例中，退火温度是至少三百五十摄氏度。在一些实施例中，退火温度可以是四百摄氏度或更高。由于退火，自由层243的磁层经历结晶并且稀释材料偏析到自由层的侧部，因此，稀释材料偏析到磁结242的侧部。
图15描绘了退火之后的磁装置240的磁结242。如在图15中可以看出的，稀释材料250A和稀释材料250B已经偏析到自由层243'的侧部。如上所述，稀释材料是绝缘的。因此，区域250A和区域250B可以有助于使自由层243'电绝缘。自由层243'的晶格也已经从结晶的隧穿势垒层246和可选的PMA增强层248模板化。此外，自由层243'是单晶或接近单晶(晶粒尺寸较大且晶粒较少)。
然后通过步骤178减小磁结242的横向尺寸或面内尺寸。步骤178可以包括向磁结设置掩模并对磁结进行离子束蚀刻以使其更小。图16描绘了在完成步骤178之后的磁结242。因此，磁结242的横向尺寸已经减小到1'。结果，自由层243”以及偏析的稀释材料250A和稀释材料250B占据更小的横向空间。另外，再沉积物252(在图16中示出为三角形)已经落在磁结242的侧面上。该再沉积物252可以是金属的。然而，由于绝缘的稀释材料250A和稀释材料250B的存在，自由层243”可以是电绝缘的。因此，再沉积物252的存在不太可能导致磁结242的分流。
然后可以通过步骤180完成磁装置的制造。如果存在施加的电压，则步骤180包括去掉施加的电压。可以用绝缘材料再填充磁结242周围的空间并可以设置电接触。也可以形成诸如位线和/或字线的其它结构。
使用方法160，可以形成磁结242。这样的磁结可以具有高垂直磁各向异性的自由层，并且可以是单晶或者仅包含二十纳米量级或更小的横向尺寸的少量晶粒。使用离子束蚀刻可以进一步减小磁结的横向尺寸。稀释材料250A和稀释材料250B可以偏析到自由层243”的边缘并且使自由层243”绝缘。剩余的磁性材料形成从结晶的隧穿势垒层246和可选的PMA增强层248模板化的晶体结构。自由层243”的晶粒尺寸会增加并且自由层243”的性质的分布会变窄。因此，自由层243”可以具有期望的垂直磁各向异性、矫顽力、偏移场和磁阻。因此，可以改善磁结242的性能。
尽管已经在具体特征、步骤和组件的上下文中描述了方法和设备，但是本领域普通技术人员将认识到的是，这些特征、步骤和/或组件中的一个或更多个可以以与这里的描述不一致的其它方式组合。
图17描绘了存储器300的示例性实施例，所述存储器300可以使用根据这里描述的方法形成的磁结202'、磁结202”、磁结202”'、磁结222、磁结242和/或其它磁结中的一个或更多个。磁存储器300包括读/写列选择器/驱动器302和306以及字线选择器/驱动器304。注意的是，可以设置其它组件和/或不同组件。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。磁结312可以是如这里所公开的形成的磁结202'、磁结202”、磁结202”'、磁结222、磁结242和/或其它磁结中的一个。尽管每个单元310示出了一个磁结312，但是在其它实施例中，每个单元可以设置有另一数量的磁结312。如此，磁存储器300可以拥有上述益处。
已经描述了用于设置磁结的方法和系统以及使用该磁结制造的存储器。已经根据示出的示例性实施例描述了该方法和该系统，本领域普通技术人员将容易地认识到的是，可以对实施例进行改变，并且任何改变将在该方法和该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，本领域普通技术人员可以做出许多修改。

Claims (20)

1.一种用于制造位于基底上并可用于磁装置中的磁结的方法，所述方法包括：
设置与磁结对应的磁阻堆叠件的第一部分，设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤包括设置用于磁结的自由层的至少一层；
在设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤之后设置磁阻堆叠件的第二部分；
在设置磁阻堆叠件的第二部分的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以形成磁结，在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，对于磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度；以及
在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤还包括：
设置用于磁结的钉扎层的至少一个第一层；以及
设置用于非磁间隔物层的至少一个第二层，非磁间隔物层位于钉扎层和自由层之间，自由层是磁性的，并且当写入电流经过磁结时，自由层在多个稳定磁状态之间是可切换的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，设置磁阻堆叠件的第二部分的步骤还包括：
设置用于磁结的钉扎层的至少一个第一层；以及
设置用于非磁间隔物层的至少一个第二层，非磁间隔物层位于钉扎层和自由层之间，自由层是磁性的，并且当写入电流经过磁结时，自由层在多个稳定磁状态之间是可切换的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，用于自由层的所述至少一层包括原位沉积非晶的磁层，结晶温度是针对原位沉积非晶的磁层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，环境温度不超过三百摄氏度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，退火温度为至少三百五十摄氏度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，设置自由层的步骤还包括：
沉积包括稀释材料的磁层，稀释材料在对磁结退火的步骤中偏析。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，稀释材料包括Mo、B、Be、Si、SiO和SiN中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，磁层是原位沉积非晶的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，磁结具有多个侧面，其中，在暴露磁结的所述多个侧面的同时进行对磁结退火的步骤。
11.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
向磁结设置电接触件，其中，在设置了电接触件之后进行对磁结退火的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，对磁结退火的步骤还包括：
在退火期间向磁结施加电压。
13.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在使磁结图案化的步骤之后减小磁结的尺寸。
14.一种用于制造位于基底上并可用于磁装置中的磁结的方法，所述方法包括：
沉积磁阻堆叠件的与磁结的钉扎层对应的至少一个第一层；
沉积磁阻堆叠件的与磁结的隧穿势垒层对应的至少一个第二层；
沉积磁阻堆叠件的磁层，磁层包括至少一种稀释材料并且是原位沉积非晶的，磁结的自由层包括磁层的一部分，所述至少一个第二层位于所述至少一个第一层和磁层之间；
在沉积磁层的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以形成磁结，在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，对于磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度；以及
在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一种稀释材料包括Mo、B、Be、Si、SiO和SiN中的至少一种。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，在将磁结暴露于环境的同时进行对磁结退火的步骤。
17.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
向磁结设置电接触件，其中，在向磁结设置了电接触件之后进行对磁结退火的步骤；以及
在退火期间向磁结施加电压。
18.一种磁存储器，所述磁存储器包括：
多个磁存储单元，所述多个磁存储单元中的每个包括至少一个磁结，所述至少一个磁结包括自由层、非磁间隔物层和钉扎层，所述至少一个磁结具有多个侧面以及不大于二十纳米的特征横向尺寸，非磁间隔物层位于钉扎层和自由层之间，当写入电流经过磁结时，自由层在多个稳定的磁状态之间是可切换的，自由层具有大于面外去磁能的垂直磁各向异性能，自由层包括具有至少一种稀释材料的至少一个磁层，所述至少一种稀释材料位于磁结的所述多个侧面的一部分处，所述至少一个磁层具有至少十纳米的特征晶粒尺寸；以及
多条位线，与所述多个磁存储单元耦合，
其中，所述至少一个磁结通过以下步骤来制造：
设置与所述至少一个磁结对应的磁阻堆叠件的第一部分，设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤包括设置用于所述至少一个磁结的自由层的至少一层；
在设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤之后设置磁阻堆叠件的第二部分；
在设置磁阻堆叠件的第二部分的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以形成所述至少一个磁结，在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，对于磁阻堆叠件和所述至少一个磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度；以及
在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对所述至少一个磁结退火。
19.根据权利要求18所述的磁存储器，其中，所述至少一种稀释材料包括Mo、B、Be、Si、SiO和SiN中的至少一种。
20.根据权利要求18所述的磁存储器，其中，所述至少一个磁层是单晶磁层。
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