CN112838160A

CN112838160A - 磁性结、磁性装置和用于提供磁性结的方法

Info

Publication number: CN112838160A
Application number: CN202010735660.XA
Authority: CN
Inventors: 伊克提亚; 郑在佑; 穆罕默德·陶菲克·考瑞比; 唐雪缇
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2021-05-25
Also published as: JP2021082814A; KR20210064025A; EP3826014A1; US11251366B2; US20210159402A1; EP3826014B1; TW202121709A

Abstract

描述了磁性结、磁性装置和用于提供磁性结的方法。所述磁性结包括自由层以及位于自由层上的氧化物夹层。氧化物夹层包括至少一种玻璃形成剂。在某些方面，磁性结还包括参考层以及位于参考层与自由层之间的非磁性间隔层。自由层位于非磁性间隔层与氧化物夹层之间。

Description

磁性结、磁性装置和用于提供磁性结的方法

本申请要求于2019年11月22日提交的发明名称为“OXIDE CAP LAYER CONTAININGGLASS-FORMING ELEMENT”的第62/939,366号美国临时专利申请以及于2020年2月25日提交的发明名称为“OXIDE INTERLAYERS CONTAINING GLASS-FORMING AGENTS”的第16/800,779号美国专利申请的优先权，所述专利申请出于所有目的通过引用包含于此。

技术领域

实施例涉及磁性结、磁性装置和用于提供磁性结的方法。

背景技术

诸如磁性随机存取存储器(MRAM)的磁性存储器利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。例如，磁性隧道结(MTJ)可以用在诸如自旋转移力矩MRAM(STT-MRAM)的MRAM中。MTJ通常驻留在基底上并且包括参考层、自由层以及位于参考层与自由层之间的隧道势垒层。参考层和自由层是磁性的。参考层的磁矩被固定或钉扎在特定方向上。自由层具有可变的磁矩。MTJ下方的底部触点和MTJ上的顶部触点被用来在STT-MRAM中沿电流垂直于平面(CPP)的方向驱动电流通过MTJ。当在垂直于平面的一个方向上(例如，从顶部到底部)驱动足够的电流时，自由层磁矩切换成平行于参考层的磁矩。当在相反方向上(例如，从底部到顶部)驱动足够的电流时，自由层磁矩切换成与参考层的磁矩反平行。不同磁性配置对应于MTJ的不同磁阻，因而对应于MTJ的不同逻辑状态(例如，逻辑“0”和逻辑“1”)。

由于它们在各种应用中使用的潜力，所以正在进行磁性存储器方面的研究。因此，需要一种可以改善磁性结的性能的方法和系统。

发明内容

发明的一个实施例是一种磁性结，所述磁性结包括自由层和位于自由层上的氧化物夹层，氧化物夹层包括至少一种玻璃形成剂。

发明的另一实施例是一种磁性装置，所述磁性装置包括多个磁性结以及与所述多个磁性结耦合的多条导线，所述多个磁性结中的每个磁性结包括参考层、非磁性间隔层、自由层和位于自由层上的氧化物夹层，非磁性间隔层位于参考层与自由层之间，自由层位于非磁性间隔层与氧化物夹层之间，氧化物夹层包括至少一种玻璃形成剂。

发明的另一实施例是一种用于提供磁性结的方法，所述方法包括以下步骤：提供参考层；提供非磁性间隔层；提供自由层；以及在自由层上提供氧化物夹层，氧化物夹层包括至少一种玻璃形成剂。

附图说明

在以下具体实施方式和附图中公开了发明的各种实施例。

图1描绘了具有包括玻璃形成剂的氧化物夹层并且可用在诸如使用自旋转移力矩的可编程的磁性存储器的磁性装置中的磁性结的实施例。

图2是描绘用于提供具有包括玻璃形成剂的氧化物夹层并且可用在诸如使用自旋转移力矩的可编程的磁性存储器的磁性装置中的磁性结的方法的实施例的流程图。

图3是描绘用于提供包括玻璃形成剂并且可用在磁性结中的氧化物夹层的方法的实施例的流程图。

图4A至图4C描绘了在包括玻璃形成剂的氧化物夹层的形成期间的磁性结的一部分的实施例。

图5是描绘用于提供包括玻璃形成剂并且可用在磁性结中的氧化物夹层的方法的另一实施例的流程图。

图6描绘了具有包括玻璃形成剂的氧化物夹层并且可用在诸如使用自旋转移力矩的可编程的磁性存储器的磁性装置中的磁性结的另一实施例。

图7描绘了具有包括玻璃形成剂的氧化物夹层并且可用在诸如使用自旋转移力矩的可编程的磁性存储器的磁性装置中的磁性结的另一实施例。

图8描绘了具有包括玻璃形成剂的氧化物夹层并且可用在诸如使用自旋转移力矩的可编程的磁性存储器的磁性装置中的磁性结的另一实施例。

图9描绘了具有包括玻璃形成剂的氧化物夹层并且可用在诸如使用自旋转移力矩的可编程的磁性存储器的磁性装置中的磁性结的另一实施例。

图10描绘了利用在存储单元的存储器元件的氧化物层中具有玻璃形成元素的磁性结的存储器的示例性实施例。

具体实施方式

发明可以以多种方式实现，包括作为工艺、设备、系统、物质的组合的方式。在本说明书中，这些实施方式或者发明可采取的任何其它形式可以称为技术。通常，所公开的工艺的步骤顺序可以在发明的范围内进行改变。

下面连同示出发明的原理的附图一起提供发明的一个或更多个实施例的详细描述。结合这样的实施例描述了发明，但发明不限于任何实施例。发明的范围仅由权利要求限制，并且发明包含许多替代、修改和等同物。为了提供对发明的彻底理解，以下描述中阐述了许多具体细节。这些细节是出于示例的目的而提供，并且可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下根据权利要求来实践发明。出于清楚的目的，没有详细描述与发明相关的技术领域中已知的技术材料，使得不会使发明不必要地模糊。

在特定方法、特定磁性结和具有某些组件的磁性存储器的背景下描述了示例性实施例。这里所描述的技术与具有与本发明不矛盾的其它和/或附加组件和/或其它特征的磁性结和磁性存储器的使用相一致。还在目前对自旋转移现象、磁各向异性和其它物理现象的理解的背景下描述了该方法和系统。因此，基于这种目前对自旋转移、磁各向异性和其它物理现象的理解，对该方法和系统的行为进行理论解释。然而，在这里描述的技术并不依赖于特定的物理解释。在与基底具有特定关系的结构的背景下描述了实施例。然而，实施例与其它结构一致。另外，在某些层是合成的和/或简单的背景下描述了实施例。然而，本领域普通技术人员将容易地认识到，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/或子结构的背景下描述所述技术。然而，也可以使用具有与该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，某些组件被描述为磁性的、铁磁性的和亚铁磁性的。如在这里所使用的，术语“磁性的”可以包括铁磁性的、亚铁磁性的或者类似的结构。因此，如在这里所使用的，术语“磁性的”或“铁磁性的”包括但不限于铁磁体和亚铁磁体。如在这里所使用的，“平面内”基本在磁性结的一个或更多个层的平面内或者基本平行于磁性结的一个或更多个层的平面。相反地，“垂直”和“垂直于平面”与基本垂直于磁性结的一个或更多个层的方向对应。还在某些合金的背景下描述了该方法和系统。除非另有说明，否则如果未提及合金的具体浓度，则可以使用与该技术不矛盾的任何化学计量。另外，在这里描述了各种实施例。所描述的组件可以以未示出并且与该方法和系统不矛盾的方式进行组合。

图1描绘了磁性结100的实施例。为了清楚起见，图1不是按比例的。磁性结100可以用在诸如STT-MRAM、自旋轨道力矩MRAM(SOT-MRAM)、逻辑装置、其它集成电路的磁性装置中，因而用于各种电子装置中。磁性结100形成在基底101上，并且包括可选的种子层102、具有磁矩112的参考层110、非磁性间隔层120、可选的润湿剂125、具有磁矩132的自由层130、氧化物夹层140和可选的盖层150。在一些实施例中，盖层150是金属层。未示出底部触点和顶部触点，但可以形成底部触点和顶部触点。类似地，可以存在偏振增强层和其它层，但为了简单起见未示出。如图1中可见，磁性结100是底部钉扎磁性结。因此，参考层110比自由层130靠近下面的基底(图1中未示出)。

参考层110是磁性的。在所示出的实施例中，参考层110具有高垂直磁各向异性。因此，参考层110的垂直磁各向异性能比参考层110的平面外的退磁能大。因此，参考层磁矩112定向为垂直于平面。在其它实施例中，参考层110可以不具有高垂直磁各向异性。例如，参考层110可以在一些实施例中具有平面内磁矩。可选的钉扎层(未示出)可以用于固定参考层110的磁矩112。在一些实施例中，可选的钉扎层可以是通过交换偏置相互作用钉扎磁化的AFM层或多层。在一些实施例中，可选的钉扎层可以包括通过引起反铁磁性配置的金属间隔层耦合的高各向异性磁性层(例如，一个或更多个CoPt层和/或CoPd层)，因此(作为整体)形成合成的反铁磁性(SAF)参考层。然而，在其它实施例中，可以省略可选的钉扎层或者可以使用另一结构。在一些实施例中，参考层110不包含沉积态的玻璃形成剂。

非磁性间隔层120位于参考层110与自由层130之间。在一些实施例中，非磁性间隔层120是隧道势垒层。例如，非磁性间隔层120可以是结晶MgO层。在非磁性间隔层120是隧道势垒层的一些实施例中，非磁性间隔层120的电阻远高于氧化物夹层140的电阻。然而，其它材料可以用于非磁性间隔层120。例如，非磁性间隔层120可以是导电的、半导电的或具有另一结构。

自由层130可以在润湿剂(诸如原子层的润湿剂125)上制备。这种润湿剂125可以包括3d过渡元素(诸如V、Cr、Mn、Fe、Co和/或Ni)，或者由3d过渡元素(诸如V、Cr、Mn、Fe、Co和/或Ni)组成，3d过渡元素暴露于氧(例如，氧化处理)以及/或者暴露于提供类似润湿功能的另一种气态元素或化合物。在自由层沉积之前进行润湿剂125的形成。可以在非磁性间隔层120上沉积或制备原子层的润湿剂125。在一些实施例中，润湿剂125比两个原子层薄(例如，小于两埃厚)。这种润湿剂125的厚度可以允许存在不连续层，该不连续层允许氧原子存在于最近的预沉积的铁磁性的原子之间/之中的空隙中。在一些实施例中，可以省略润湿剂125。

自由层130是磁性的。因此，自由层130可以包括铁磁性的材料(诸如Fe、Co、CoFe、Co基Heusler合金和/或Mn基Heusler合金)，或者由铁磁性的材料(诸如Fe、Co、CoFe、Co基Heusler合金和/或Mn基Heusler合金)组成。在一些实施例中，可以使用其它的和/或附加的材料。例如，在一些实施例中，铁磁性的材料和非磁性的材料可以包括在自由层130中。在所示出的实施例中，自由层130具有高垂直磁各向异性。自由层130的垂直磁各向异性能比自由层130的平面外的退磁能大。因此，自由层磁矩132定向为垂直于平面。在其它实施例中，自由层130可以不具有高垂直磁各向异性。在一些实施例中，自由层130是薄的。例如，自由层130的厚度t可以在一些实施例中小于三十埃。在一些这种实施例中，自由层130不超过十五埃厚。在一些实施例中，自由层130可以为至少四埃且不超过八埃厚。然而，其它厚度也是可能的。

在一些实施例中，自由层130不包含沉积态的玻璃形成剂，诸如硼。这与包括沉积态的B的CoFeB自由层相反。因此，自由层130可以是不含硼的自由层。换言之，自由层130是无硼的沉积态。如此，自由层130可以不完全是非晶的沉积态。沉积态的自由层130可以替代地是结晶或者纳米晶体和非晶基质的混合物。如在这里针对自由层所使用的，术语“结晶的沉积态”指自由层是至少部分结晶的沉积态。在一些实施例中，结晶的沉积态的自由层是大部分结晶的沉积态(例如，多于一半的晶体或纳米晶体)。在一些这种实施例中，沉积的自由层被认为是完全结晶的。尽管下面在不含硼的自由层的背景下进行了描述，但在一些实施例中，这里所描述的自由层可以在沉积时不含其它和/或所有玻璃形成组分。例如，自由层130可以不包括B、C和可用于提供非晶的沉积态的层的其它玻璃形成材料。因此，如在这里所使用的，被称为不含玻璃形成组分的层不包括沉积态的玻璃形成组分。然而，在一些实施例中，自由层130可以包括一种或更多种玻璃形成剂。

氧化物夹层140位于自由层130上。在一些实施例中，氧化物夹层140邻接自由层130或者与自由层130共用界面。在一些实施例中，一个或更多个中间层可以位于自由层130与氧化物夹层140之间。氧化物夹层140是包括一种或更多种玻璃形成剂的氧化物。在一些实施例中，氧化物夹层140是一种或更多种金属(诸如Mg、Ti、Ta、Zr、Hf、V和/或Nb)的氧化物。在一些这种实施例中，Ta、Zr和/或Hf的氧化物可以形成氧化物夹层140的一部分。玻璃形成剂可以包括Si、Be、B、Al、P和Ga中的一种或更多种。在一些实施例中，除了Si、Be、B、Al、P和/或Ga之外或者代替Si、Be、B、Al、P和/或Ga，可以使用其它玻璃形成剂。在一些实施例中，氧化物夹层140包括不超过50原子百分比且大于0原子百分比的玻璃形成剂。在一些实施例中，氧化物夹层140包括不超过30原子百分比的玻璃形成剂。在一些实施例中，氧化物夹层140包括至少5原子百分比的玻璃形成剂。然而，其它化学计量也是可能的。

玻璃形成剂的存在使得原本将是结晶的材料更加具有非晶(例如，玻璃状)的结构。因此，氧化物夹层140可以是至少部分非晶的。在一些实施例中，氧化物夹层140是大部分(多于一半)非晶的。在一些实施例中，氧化物夹层140可以被认为是完全非晶的。如这里在描述包括玻璃形成剂的氧化物层时所使用的，“非晶的”包括部分非晶、大部分非晶和完全非晶。因此，氧化物夹层140包括玻璃形成剂并且是非晶的。

氧化物夹层140也可以是薄的。在一些实施例中，氧化物夹层140不超过二十埃厚。在一些实施例中，氧化物夹层140小于十五埃厚。在一些实施例中，氧化物夹层140不超过12埃厚。例如，氧化物夹层140可以是至少六埃厚且不超过十二埃厚。在一些实施例中，氧化物夹层140不超过八埃厚。

氧化物夹层140可以改善磁性结100的性能。在自由层130是不含玻璃形成剂的自由层(诸如不含硼的自由层)的情况下这种改善可以具有特定的效用。氧化物夹层140可以是光滑的、连续的、稳定的、非晶的和薄的。与不包括玻璃形成剂的氧化物层相比，氧化物夹层140可以具有减小的粗糙度、更少的针孔和/或更少的空隙。在氧化物夹层140中使用玻璃形成剂可以有效地获得更稳定的非晶状态。这样的高质量薄氧化物层可以防止或抑制元素从氧化物夹层140上方的层(例如，金属盖层150)和/或从氧化物夹层140本身扩散到自由层130中，或者反之亦然。例如，可以减少或防止Ti、Ta、Zr、Hf、V和/或Nb的扩散。因为氧化物夹层140是非晶的，所以可以减轻或消除相对于下面的结晶层(诸如不含硼的自由层130)的晶格失配。光滑、连续和稳定的层还可以改善其提供的连接的电性能。因此，可以获得针对自由层130的高隧穿磁阻(TMR)和低阻尼。因此，氧化物夹层140可以具有改善的稳定性、质量(例如，增加的稳定性以及/或者较少或没有空隙和/或针孔)和薄度。氧化物夹层140还可以减少层130、140和/或150之间的相互扩散并且减轻晶格失配。因此，可以改善自由层130和磁性结100的性质。

金属盖层150可以是单个金属盖层、双层、三层、另一多层或者具有另一结构。可用于金属盖层150的一些材料类别包括难熔金属或高熔点金属(例如，W、Mo、Ta、Nb、Ru、Ir、Re、Os、Ti、V、Cr、Zr和/或Hf)、包括玻璃形成剂的金属合金、CoFeB或CoFeB-M(其中，M包括一种或更多种难熔金属)以及氮化物(例如，TaN、TiN、MoN、VN、MnN、NbN、ZrN、HfN和/或AlN)。在一些实施例中，这些材料类别中的至少两种被组合以形成金属盖层150。

图2是描绘用于提供具有包括玻璃形成剂的氧化物夹层并且可用在诸如使用自旋转移力矩的可编程的磁性存储器的磁性装置中的磁性结的方法200的实施例的流程图。为了简单起见，一些工艺部分可以被省略、以另一顺序执行、包括子步骤和/或被组合。此外，方法200可以在已经执行形成磁性结的其它工艺之后开始。通常，在堆叠件中沉积用于磁性结的层，堆叠件可以经历诸如一些退火的处理，可以在堆叠上设置并光刻限定掩模层以及可以通过蚀刻堆叠件的层的由掩模层暴露的部分来限定磁性结的边缘。因此，方法200中的工艺可以是交错的。

在202处提供参考层。在一些实施例中，202包括沉积用于参考层的材料。在一些实施例中，参考层是多层，诸如包括一个非磁性层夹在两个磁性层中间的合成参考层。因此，在这样的实施例中，202包括沉积多个层。在204处提供非磁性间隔层。作为示例，204可以包括通过退火来沉积MgO或者其它氧化物层并且使其结晶。在一些实施例中，可以沉积其它材料作为204的一部分。

在206处提供自由层。在一些实施例中，步骤206包括提供润湿层并且在润湿层上沉积自由层材料。因此，206可以包括沉积3d过渡金属的大约两个原子层并且执行热处理以提供润湿层。该工艺之后将接着形成自由层。另外，206可以包括沉积不含玻璃形成剂的自由层。因此，在206处沉积的自由层材料可以是结晶的并且是不含玻璃形成剂的沉积态。在一些实施例中，206包括沉积诸如Fe、Co、CoFe、Co基Heusler合金和/或Mn基Heusler合金的材料。

在208处，在自由层上提供包括玻璃形成剂的氧化物夹层。在一些实施例中，208包括沉积包含玻璃形成剂的金属层并且氧化该层。如上所述，参考层、非磁性间隔层、自由层和氧化物覆盖的边缘可以在稍后处理中的某一时间界定。因此，202、204、206和208的部分可以在不同时间执行。在一些实施例中，208包括沉积具有玻璃形成元素的氧化物层。在210处完成制造。因此，制造了诸如金属盖层、绝缘层和/或在装置中使用的其它结构的附加结构。还可以提供其它处理，诸如退火或其它处置。

例如，可以在202处提供用于参考层110的磁性材料和/或其它材料。在204处沉积用于非磁性间隔层120的氧化物或其它材料。在206处沉积自由层130。在208处沉积氧化物夹层140。作为210的一部分，可以形成盖层150。作为202、204、206、208和210的一部分，提供具有开孔的掩模(例如，硬掩模)，在开孔处期望去除用于组件110、120、130、140和150的层。掩模可以用来蚀刻用于组件110、120、130、140和150的层的暴露部分，并且形成磁性结100。因此，可以提供磁性结100并且实现其益处。

图3是描绘用于提供包括玻璃形成剂并且可用在磁性结中的氧化物夹层的方法300的实施例的流程图。因此，方法300可以在方法200的208中使用。为了简单起见，一些工艺可以被省略、以另一顺序执行、包括子步骤和/或被组合。此外，方法300可以在已经执行了形成磁性结的其它步骤之后开始。图4A至图4C描绘了在形成包括玻璃形成剂的氧化物夹层期间的磁性结400的一部分的实施例。因此，在磁性结400的背景下描述方法300。然而，在一些实施例中，可以形成其它装置。

在302处，沉积包括至少一种金属和至少一种玻璃形成剂的金属层。在一些实施例中，所述层是非晶的。在一些实施例中，在302处沉积二元的金属/玻璃形成剂层。在一些实施例中，在302处沉积的层是合金。在一些实施例中，在302处沉积的层可以是诸如Mg-X、Ti-X、Ta-X、Zr-X、Hf-X、V-X和Nb-X的非晶二元合金层，其中，X是玻璃形成剂。在一些实施例中，玻璃形成剂小于或等于合金的50原子百分比。在一些实施例中，玻璃形成剂不超过合金的30原子百分比。在一些实施例中，玻璃形成元素为合金的至少5原子百分比。然而，其它化学计量也是可能的。

图4A描绘了在302之后的磁性结400的一部分。因此，示出了下面的非磁性间隔层420和自由层430。分别示出了非磁性间隔层420和自由层430的单独的组分422(浅灰色圆圈)和432(深灰色圆圈)。尽管非磁性间隔层420的组分422被描绘为相同的，但组分422可以表示多种不同的元素，诸如Mg和O。类似地，尽管自由层430的组分432被示出为相同的，但组分432可以表示不同的元素，诸如Co和Fe。在所示出的实施例中，层420和430是结晶的。因此，自由层430可以是沉积态的不含玻璃形成剂(例如，不含硼)的自由层。图4A中还描绘了非晶的金属/玻璃形成剂层440。金属/玻璃形成剂层440包括金属组分442(大白色圆圈)和玻璃形成剂组分444(小白色圆圈)。在一些实施例中，组分442描绘单一金属(例如，Ti)，组分444描绘单一玻璃形成剂(例如，B)。在这样的实施例中，层440是二元层。在其它实施例中，组分442可以描绘多种金属并且/或者组分444描绘多种玻璃形成剂。

在304处，执行金属/玻璃形成剂层440的自然氧化或反应性氧化。氧化可以在单个氧化步骤中执行或者通过多个氧化步骤执行。另外，可以在306处重复302处的沉积和/或304处的氧化，以提供期望厚度的氧化物夹层。图4B描绘了在304和/或306处氧化之后的磁性结400。因此，层440'包括氧446(小黑色圆圈)。在一些实施例中，304和/或306可以包括对磁性结400进行退火。在一些实施例中，磁性结400稍后在处理中被退火。例如，可以在形成金属盖层之后或者在装置图案化/制造之后执行退火或热处理。在一些实施例中，在304/306处，作为退火工艺的一部分，对磁性结进行热处理。图4C描绘了在退火或部分氧化中的热处理之后的磁性结400。因此，形成包括玻璃形成剂444的氧化物夹层440”。氧446分布在氧化物夹层440”中。因此，形成了稳定的非晶的氧化物夹层440”。在一些情况下，一些玻璃形成元素444可以稍微扩散到自由层430'中。然而，如图4C中所示，预期扩散相对最小。在308处，还可以提供诸如金属盖层的附加层。

因此，使用方法300，可以针对诸如磁性结400的磁性结而形成诸如氧化物夹层440”的氧化物夹层。如此形成的氧化物夹层440”可以是薄的、稳定的、非晶的和连续的。氧化物夹层440”的电阻可以比非磁性间隔层420的电阻低得多。例如，氧化物夹层440”可以具有与非磁性间隔层420的电阻相比可忽略的电阻。因此，可以改善诸如TMR、稳定性(例如，减小的扩散)和磁阻尼的性质。因此，可以改善如此形成的磁性结(诸如磁性结400)的性能。

图5是描绘用于提供包括玻璃形成剂并且可用在磁性结中的氧化物夹层的方法500的实施例的流程图。因此，方法500可以在方法200的208中使用。为了简单起见，一些工艺可以被省略、以另一顺序执行、包括子步骤和/或被组合。此外，方法500可以在已经执行了形成磁性结的其它步骤之后开始。

在502处，可以提供包括玻璃形成剂的氧化物层。在一些实施例中，502包括溅射含有玻璃形成剂(例如Si、Be、B、Al、P和/或Ga)的氧化物靶(例如，MgO、TiO_x、TaO_x、ZrO_x、HfO_x、VO_x和/或NbO_x，其中，O_x表示氧化物)。在一些实施例中，玻璃形成剂小于或等于氧化物靶的50原子百分比。在一些实施例中，玻璃形成剂不超过氧化物靶的30原子百分比。在一些实施例中，玻璃形成剂为氧化物靶的至少5原子百分比。然而，其它化学计量也是可能的。因此，形成包括玻璃形成剂的氧化物夹层。在504处，还可以提供诸如金属盖层的附加层。

使用方法500，可以形成用于磁性结(诸如磁性结100和/或400)的氧化物夹层(诸如氧化物夹层140和/或440”)。所形成的氧化物夹层可以是薄的、稳定的、非晶的和连续的。氧化物夹层140和/或440”的电阻可以比非磁性间隔层120和/或420的电阻低得多。例如，氧化物夹层140和/或440”可以具有与非磁性间隔层120和/或420的电阻相比可忽略的电阻。因此，可以改善诸如TMR、稳定性(例如，减小的扩散)和磁阻尼的性质。因此，可以改善如此形成的磁性结(诸如磁性结100和/或400)的性能。

图6描绘了具有包括玻璃形成剂的氧化物夹层的磁性结600的另一实施例。为了清楚起见，图6不是按比例的。磁性结600可以用在诸如STT-MRAM、自旋轨道力矩MRAM(SOT-MRAM)、逻辑装置、其它集成电路的磁性装置中，因而用于各种电子装置中。磁性结600驻留在基底601上并且包括可选的种子层602、具有磁矩612的参考层610、具有磁矩632的自由层630、氧化物夹层640和可选的盖层650。在一些实施例中，盖层650是金属层。未示出底部触点和顶部触点，但可以形成底部触点和顶部触点。类似地，可以存在偏振增强层和其它层，但为了简单起见未示出。如图6中可见，磁性结600是顶部钉扎磁性结。因此，自由层630比参考层610靠近下面的基底(图6中未示出)。

参考层610是磁性的并且类似于参考层110。因此，参考层610可以具有超过面外退磁能的垂直磁各向异性。自由层630类似于自由层130。因此，自由层630可以是不含玻璃形成剂的自由层。因此，自由层630可以是结晶的。因此，种子层602因此可以包括硬化剂(setting agent)。自由层630是磁性的，并且可以包括铁磁性的材料(诸如Fe、Co、CoFe、Co基Heusler合金和/或Mn基Heusler合金)或者由铁磁性的材料(诸如Fe、Co、CoFe、Co基Heusler合金和/或Mn基Heusler合金)组成。在一些实施例中，可以使用其它和/或附加材料。在所示出的实施例中，自由层630具有高垂直磁各向异性。在一些实施例中，自由层630是薄的。例如，在一些实施例中，自由层630的厚度t可以小于三十埃。在一些这样的实施例中，自由层630不超过十五埃厚。在一些实施例中，自由层630可以为至少四埃且不超过八埃厚。然而，其它厚度也是可能的。在一些实施例中，自由层630不包含沉积态的玻璃形成剂，诸如硼。如此，自由层630可以是结晶的沉积态。

氧化物夹层640位于自由层630上并且还用作隧道势垒层。氧化物夹层640还包括如关于氧化物夹层140和440”所讨论的玻璃形成剂。因此，氧化物夹层640类似于氧化物夹层140和440”。然而，还期望氧化物夹层640允许在参考层610与自由层630之间形成隧穿磁阻。在一些实施例中，氧化物夹层640是一种或更多种金属(诸如Mg、Ti、Ta、Zr、Hf、V和/或Nb)的氧化物。在一些这样的实施例中，Ta、Zr和/或Hf的氧化物可以形成部分氧化物夹层640。玻璃形成剂可以包括Si、Be、B、Al、P和Ga中的一种或更多种。在一些实施例中，氧化物夹层640包括不超过50原子百分比且大于0原子百分比的玻璃形成剂。在一些实施例中，氧化物夹层640包括不超过30原子百分比的玻璃形成剂。在一些实施例中，氧化物夹层640包括至少5原子百分比的玻璃形成剂。然而，其它化学计量也是可能的。在一些实施例中，可以存在包括玻璃形成元素的氧化物夹层660。氧化物夹层660类似于氧化物夹层640，但位于可选的种子层602与自由层630之间。除了氧化物夹层640之外或者代替氧化物夹层640，可以使用氧化物夹层660。在一些实施例中，可以省略氧化物夹层660。

氧化物夹层640以及氧化物夹层660可以改善磁性结600的性能。氧化物夹层640可以是平滑的、连续的、稳定的、非晶的和薄的。氧化物夹层660的电阻可以比氧化物夹层640的电阻低得多。例如，氧化物夹层660可以具有与对应于隧道势垒层的氧化物夹层640的电阻相比可忽略的电阻。因此，可以改善诸如TMR、稳定性(例如，减小的扩散)和磁阻尼的性质。因此，可以改善磁性结600的性能。

图7描绘了具有包括玻璃形成剂的氧化物夹层的磁性结700的另一实施例。为了清楚起见，图7不是按比例的。磁性结700可以用在诸如STT-MRAM、自旋轨道力矩MRAM(SOT-MRAM)、逻辑装置、其它集成电路的磁性装置中，因而用于各种电子装置中。磁性结700驻留在基底701上并且包括可选的种子层702、具有磁矩712的参考层710、非磁性间隔层720、具有磁矩732的自由层730、氧化物夹层740和可选的盖层750。在一些实施例中，盖层750是金属层。未示出底部触点和顶部触点，但可以形成底部触点和顶部触点。类似地，可以存在偏振增强层和其它层，但为了简单起见未示出。参考层710、非磁性间隔层720和自由层730类似于参考层110/610、非磁性间隔层120和自由层130/630。因此，自由层730可以是不含玻璃形成剂的自由层。包括磁矩762的参考层760类似于参考层710。因此，磁性结700是双磁性结。

氧化物夹层740位于自由层730上并且还用作隧道势垒层。氧化物夹层740还包括如关于氧化物夹层140和440”所讨论的玻璃形成剂。因此，氧化物夹层740类似于氧化物夹层140和440”。然而，还期望氧化物夹层740允许在参考层760与自由层730之间形成隧穿磁阻。因此，氧化物夹层740也类似于氧化物夹层640。在一些实施例中，氧化物夹层740是一种或更多种金属(诸如Mg、Ti、Ta、Zr、Hf、V和/或Nb)的氧化物。在一些这样的实施例中，Ta、Zr和/或Hf的氧化物可以形成部分氧化物夹层740。玻璃形成剂可以包括Si、Be、B、Al、P和Ga中的一种或更多种。在一些实施例中，氧化物夹层740包括不超过50原子百分比且大于0原子百分比的玻璃形成剂。在一些实施例中，氧化物夹层740包括不超过30原子百分比的玻璃形成剂。在一些实施例中，氧化物夹层740包括至少5原子百分比的玻璃形成剂。然而，其它化学计量也是可能的。

氧化物夹层740可以改善磁性结700的性能。氧化物夹层740可以是光滑的、连续的、稳定的、非晶的和薄的。氧化物夹层740的电阻可以比非磁性间隔层720的电阻低得多。例如，氧化物夹层740可以具有与非磁性间隔层720的电阻相比可忽略的电阻。因此，可以改善诸如TMR、稳定性(例如减小的扩散)和磁阻尼的性质。因此，可以改善磁性结700的性能。

图8描绘了具有包括玻璃形成剂的氧化物夹层的磁性结800的另一实施例。为了清楚起见，图8不是按比例的。磁性结800可以用在诸如STT-MRAM、自旋轨道力矩MRAM(SOT-MRAM)、逻辑装置、其它集成电路的磁性装置中，因而用于各种电子装置中。磁性结800驻留在基底801上，并且包括可选的种子层802、具有磁矩812的参考层810、非磁性间隔层820、具有磁矩832的自由层830、氧化物夹层840和可选的盖层850。在一些实施例中，盖层850是金属层。未示出底部触点和顶部触点，但可以形成底部触点和顶部触点。类似地，可以存在偏振增强层和其它层，但为了简单起见未示出。参考层810、非磁性间隔层820和自由层830类似于参考层110/610/710、非磁性间隔层120/720和自由层130/630/730。在所示出的实施例中，自由层830可以是不含玻璃形成剂的自由层。在一些实施例中，参考层810可以不含玻璃形成剂。在所示出的实施例中，基底801可以是诸如MgO(001)或Si(001)的结晶基底。在一些实施例中，层802、810、820和830在单晶的基底上外延生长。在这样的实施例中，沉积态的层802、810、820和830应该是单晶的。

氧化物夹层840位于自由层830上并且包括如关于氧化物夹层140和440”所讨论的玻璃形成剂。因此，氧化物夹层840类似于氧化物夹层140和440”。在一些实施例中，氧化物夹层840是一种或更多种金属(诸如Mg、Ti、Ta、Zr、Hf、V和/或Nb)的氧化物。在一些这样的实施例中，Ta、Zr和/或Hf的氧化物可以形成部分氧化物夹层840。玻璃形成剂可以包括Si、Be、B、Al、P和Ga中的一种或更多种。在一些实施例中，氧化物夹层840包括不超过50原子百分比且大于0原子百分比的玻璃形成剂。在一些实施例中，氧化物夹层840包括不超过30原子百分比的玻璃形成剂。在一些实施例中，氧化物夹层840包括至少5原子百分比的玻璃形成剂。然而，其它化学计量也是可能的。

还明确示出了润湿层822。可以经由溅射、物理气相沉积(PVD)或其它适当的工艺来提供润湿层822，并且润湿层822被用于不含玻璃形成剂的自由层830。尽管被描绘为连续的层，但润湿层822不需要是连续的层。润湿层822包括可用作后续磁性层的前驱体的材料。润湿层822可以包括3d过渡金属和/或它们的合金或者由3d过渡金属和/或它们的合金组成。例如，润湿层822可以包括元素Fe、元素Co、元素Ni、元素Mn、诸如CoFe的含Fe合金、诸如CoFe的含Co合金、含Ni合金和含Mn合金中的至少一种。可选地，可以可选地包括其它材料作为润湿层822的一部分。然而，可以从润湿层822中省略后续不含玻璃形成剂的层中不包括的任何元素。在一些实施例中，用于润湿层822的材料是磁性的。润湿层822也是薄的。在一些实施例中，润湿层厚度为至少0.25个单层且不超过三个单层。在一些情况下，厚度可以为至少0.5个单层且不超过两个单层。在一些这样的实施例中，润湿层822具有至少0.75个单层且不超过1.25个单层的厚度。小数的单层对应于其中具有孔的单层，即，不完整的层单层。

氧化物夹层840可以改善磁性结800的性能。氧化物夹层840可以是光滑的、连续的、稳定的、非晶的和薄的。氧化物夹层840的电阻可以比非磁性间隔层820的电阻低得多。例如，氧化物夹层840可以具有与非磁性间隔层820的电阻相比可忽略的电阻。因此，可以改善诸如TMR、稳定性(例如，减小的扩散)和磁阻尼的性质。因此，可以改善磁性结800的性能。

图9描绘了具有包括玻璃形成剂的氧化物夹层的磁性结900的另一实施例。为了清楚起见，图9不是按比例的。磁性结900可以用在诸如STT-MRAM、自旋轨道力矩MRAM(SOT-MRAM)、逻辑装置、其它集成电路的磁性装置中，因而用于各种电子装置中。磁性结900驻留在基底901上，并且包括可选的种子层902、具有磁矩912的参考层910、非磁性间隔层920、可选的润湿层922、混合自由层930、氧化物夹层940和可选的盖层950。在一些实施例中，盖层950是金属层。未示出底部触点和顶部触点，但可以形成底部触点和顶部触点。类似地，可以存在偏振增强层和其它层，但为了简单起见未示出。参考层910、非磁性间隔层920和可选的润湿层922类似于参考层110/610/710/810、非磁性间隔层120/720/820和可选的润湿层822。在一些实施例中，参考层910可以不含玻璃形成剂。

在所示出的实施例中，自由层930是包括层934、940和936的混合自由层。第一自由层934具有磁矩932，而第二自由层936具有磁矩938。第一自由层934和第二自由层936通过氧化物夹层940磁耦合。因此，当磁性结900静止(例如，未被写入)时，磁矩932和938平行对准。第一自由层934类似于自由层130/630/730/830。因此，第一自由层934可以是不含玻璃形成剂的自由层。氧化物夹层940类似于氧化物夹层140、640、740和/或840。因此，氧化物夹层940位于第一自由层934上并且包括如关于氧化物夹层140和440”所讨论的玻璃形成剂。因此，氧化物夹层940类似于氧化物夹层140和440”。在一些实施例中，氧化物夹层940是一种或更多种金属(诸如Mg、Ti、Ta、Zr、Hf、V和/或Nb)的氧化物。在一些这样的实施例中，Ta、Zr和/或Hf的氧化物可以形成部分氧化物夹层940。玻璃形成剂可以包括Si、Be、B、Al、P和Ga中的一种或更多种。在一些实施例中，氧化物夹层940包括不超过50原子百分比且大于0原子百分比的玻璃形成剂。在一些实施例中，氧化物夹层940包括不超过30原子百分比的玻璃形成剂。在一些实施例中，氧化物夹层940包括至少5原子百分比的玻璃形成剂。然而，其它化学计量也是可能的。此外，氧化物夹层940在第一自由层934与第二自由层936之间形成耦合层。可以根据需要配置第二自由层936。例如，第二自由层936可以是CoFeB自由层。

薄非磁性间隔层960可以是绝缘体或导电的。例如，薄非磁性间隔层960可以是氧化物或金属。薄非磁性间隔层960的电阻显著小于非磁性间隔层920的电阻。在一些实施例中，薄非磁性间隔层960的电阻与非磁性间隔层920的电阻相比是可忽略的。

氧化物夹层940可以改善磁性结900的性能。氧化物夹层940可以是光滑的、连续的、稳定的、非晶的和薄的。氧化物夹层940的电阻可以比非磁性间隔层920的电阻低得多。例如，氧化物夹层940可以具有与非磁性间隔层920的电阻相比可忽略的电阻。因此，可以改善诸如TMR、稳定性(例如，减小的扩散)和磁阻尼的性质。因此，可以改善磁性结900的性能。

图10描绘了存储器1000的可以使用具有包括玻璃形成剂的氧化物层的磁性结的示例性实施例。存储器1000可以使用磁性结100、400(图4A至图4C)、600、700、800、900和/或包括具有玻璃形成剂的氧化物层的其它磁性结中的一种或更多种。在其它实施例中，存储器可以具有不同的配置并且/或者利用不同的机制来读取和/或写入磁性结。存储器1000包括读/写列选择驱动器1002和1006以及字线选择驱动器1004。注意的是，可以提供其它的组件和/或不同的组件。存储器1000的存储区域包括磁性存储单元1010。每个磁性存储单元1010包括用作存储器元件(例如，用于存储数据)的至少一个磁性结1012和至少一个选择器件1014。选择器件1014由线1005启用，而线1003用于磁性结1012。在一些实施例中，选择器件1014是晶体管。磁性结1012可以是磁性结100、400(图4A至图4C)、600、700、800、900和/或包括具有玻璃形成剂的氧化物层的其它磁性结中的一个。尽管每个磁性存储单元1010示出一个磁性结1012，但是在其它实施例中，每个磁性存储单元可以提供另一数量的磁性结1012。如此，存储器1000可以享用上述益处。

尽管为了清楚理解的目的已经相当详细地描述了前述实施例，但是发明不限于所提供的细节。有许多实施发明的替代方式。所公开的实施例是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种磁性结，所述磁性结包括：

自由层；以及

氧化物夹层，位于自由层上，氧化物夹层包括至少一种玻璃形成剂。

2.根据权利要求1所述的磁性结，所述磁性结还包括：

参考层；以及

非磁性间隔层，非磁性间隔层位于参考层与自由层之间，自由层位于非磁性间隔层与氧化物夹层之间。

3.根据权利要求1所述的磁性结，其中，自由层是不含硼的自由层。

4.根据权利要求1所述的磁性结，其中，氧化物夹层包括不超过50原子百分比的所述至少一种玻璃形成剂。

5.根据权利要求1所述的磁性结，其中，氧化物夹层与自由层共用界面。

6.根据权利要求1所述的磁性结，其中，氧化物夹层包括金属的氧化物，所述金属包括Mg、Ti、Ta、Zr、Hf、V和Nb中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的磁性结，其中，所述至少一种玻璃形成剂选自于Si、Be、B、Al、P和Ga。

8.根据权利要求1所述的磁性结，所述磁性结还包括：

基底，自由层驻留在氧化物夹层与基底之间。

9.一种磁性装置，所述磁性装置包括：

多个磁性结，所述多个磁性结中的每个磁性结包括参考层、非磁性间隔层、自由层和位于自由层上的氧化物夹层，非磁性间隔层位于参考层与自由层之间，自由层位于非磁性间隔层与氧化物夹层之间，氧化物夹层包括至少一种玻璃形成剂；以及

多条导线，与所述多个磁性结耦合。

10.根据权利要求9所述的磁性装置，其中，自由层是不含硼的自由层。

11.根据权利要求9所述的磁性装置，其中，氧化物夹层包括不超过50原子百分比的所述至少一种玻璃形成剂。

12.根据权利要求9所述的磁性装置，其中，氧化物夹层包括金属的氧化物，所述金属包括Mg、Ti、Ta、Zr、Hf、V和Nb中的至少一种。

13.根据权利要求9所述的磁性装置，其中，所述至少一种玻璃形成剂选自于Si、Be、B、Al、P和Ga。

14.根据权利要求9所述的磁性装置，所述磁性装置还包括：

基底，用于所述多个磁性结中的每个磁性结的自由层驻留在氧化物夹层与基底之间。

15.一种用于提供磁性结的方法，所述方法包括以下步骤：

提供参考层；

提供非磁性间隔层；

提供自由层；以及

在自由层上提供氧化物夹层，氧化物夹层包括至少一种玻璃形成剂。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述提供氧化物夹层的步骤包括第一工艺和第二工艺中的至少一个，第一工艺包括：

沉积包括金属和所述至少一种玻璃形成剂的金属层；以及

使金属层氧化；

第二工艺包括沉积氧化物盖层。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述提供自由层的步骤包括提供不含硼的自由层。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，氧化物夹层包括不超过50原子百分比的所述至少一种玻璃形成剂。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，氧化物夹层包括金属的氧化物，所述金属包括Mg、Ti、Ta、Zr、Hf、V和Nb中的至少一种。

20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述至少一种玻璃形成剂选自于Si、Be、B、Al、P和Ga。