DE102015103968B4

DE102015103968B4 - Method of providing a magnetic junction with perpendicular magnetic anisotropy usable in magnetic spin transfer devices using a sacrificial insertion layer

Info

Publication number: DE102015103968B4
Application number: DE102015103968.0A
Authority: DE
Inventors: Dustin William Erickson; Xueti Tang; Jang-eun Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: TW201603340A; CN104934529A; TWI644460B; DE102015103968A1; KR102144660B1; CN104934529B; JP6548415B2; JP2015179844A; KR20150108793A

Abstract

Verfahren zum Vorsehen eines magnetischen Übergangs (200, 200', 200'', 200''', 300, 300') auf einem Substrat (201), welcher in einer magnetischen Vorrichtung (400) verwendbar ist, wobei das Verfahren Folgendes aufweist:ein Vorsehen einer freien Schicht (210, 210', 310), wobei die freie Schicht (210, 210', 310) zwischen einer Mehrzahl von stabilen magnetischen Zuständen umschaltbar ist, wenn ein Schreibstrom durch den magnetischen Übergang (200, 200', 200'', 200''', 300, 300') geleitet wird;ein Vorsehen einer nichtmagnetischen Abstandshalterschicht (220, 320); undein Vorsehen einer gepinnten Schicht (230, 230', 330), wobei die nichtmagnetische Abstandshalterschicht (220, 320) zwischen der gepinnten Schicht (230, 230', 330) und der freien Schicht (210, 210', 310) vorhanden ist,wobei wenigstens einer des Schritts des Vorsehens der freien Schicht (210, 210', 310) eine erste Mehrzahl von Schritten aufweist und des Schritts des Vorsehens der gepinnten Schicht (230, 230', 330) eine zweite Mehrzahl von Schritten aufweist, wobei die erste Mehrzahl von Schritten Folgendes aufweist:ein Abscheiden eines ersten Abschnitts der freien Schicht (210, 210', 310),ein Abscheiden einer ersten Opferschicht (304, 306),ein Ausheilen wenigstens des ersten Abschnitts der freien Schicht (210, 210', 310) und der ersten Opferschicht (304, 306) bei einer ersten Temperatur größer als 25 Grad Celsius,ein Entfernen der ersten Opferschicht (304, 306), undein Abscheiden eines zweiten Abschnitts der freien Schicht (210, 210', 310);wobei die zweite Mehrzahl von Schritten Folgendes aufweist:ein Abscheiden eines ersten Abschnitts der gepinnten Schicht (230, 230', 330),ein Abscheiden einer zweiten Opferschicht (304, 306),ein Ausheilen wenigstens des ersten Abschnitts der gepinnten Schicht (230, 230', 330) und der zweiten Opferschicht (304, 306) bei einer zweiten Temperatur größer als 25 Grad Celsius,ein Definieren eines Abschnitts des magnetischen Übergangs (200, 200', 200", 200''', 300, 300'), welcher die freie Schicht (210, 210', 310), die nichtmagnetische Abstandshalterschicht (220, 320) und den ersten Abschnitt der gepinnten Schicht (230, 230', 330) aufweist,ein Entfernen der zweiten Opferschicht (304, 306), undein Abscheiden eines zweiten Abschnitts der gepinnten Schicht (230, 230', 330).A method of providing a magnetic junction (200, 200', 200'', 200''', 300, 300') on a substrate (201) usable in a magnetic device (400), the method comprising: providing a free layer (210, 210', 310), the free layer (210, 210', 310) being switchable between a plurality of stable magnetic states when a write current is passed through the magnetic junction (200, 200', 200 '', 200''', 300, 300'); providing a non-magnetic spacer layer (220, 320); andproviding a pinned layer (230, 230', 330), the non-magnetic spacer layer (220, 320) being present between the pinned layer (230, 230', 330) and the free layer (210, 210', 310), wherein at least one of the step of providing the free layer (210, 210', 310) comprises a first plurality of steps and the step of providing the pinned layer (230, 230', 330) comprises a second plurality of steps, the first comprising a plurality of steps of: depositing a first portion of the free layer (210, 210', 310), depositing a first sacrificial layer (304, 306), annealing at least the first portion of the free layer (210, 210', 310 ) and the first sacrificial layer (304, 306) at a first temperature greater than 25 degrees Celsius, removing the first sacrificial layer (304, 306), and depositing a second portion of the free layer (210, 210', 310); wherein the the second plurality of steps comprises: depositing a first portion of the pinned layer (230, 230', 330), depositing a second sacrificial layer (304, 306), annealing at least the first portion of the pinned layer (230, 230', 330) and the second sacrificial layer (304, 306) at a second temperature greater than 25 degrees Celsius, defining a portion of the magnetic junction (200, 200', 200", 200"', 300, 300') which the free layer (210, 210', 310) comprising the non-magnetic spacer layer (220, 320) and the first portion of the pinned layer (230, 230', 330), removing the second sacrificial layer (304, 306), and depositing a second portion of the pinned layer (230, 230', 330).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Magnetische Speicher, insbesondere magnetische Direktzugriffsspeicher (MRAMs = Magnetic Random Access Memories = magnetische Direktzugriffsspeicher) haben ein ansteigendes Interesse aufgrund ihres Potentials für eine hohe Lese-/Schreibgeschwindigkeit, herausragende Standfestigkeit, Nichtflüchtigkeit und geringe Leistungsaufnahme bzw. Leistungsverbrauch während des Betriebs auf sich gezogen. Ein MRAM kann Informationen unter Verwendung magnetischer Materialien als ein Informationsaufzeichnungsmedium verwenden. Ein Typ von MRAM ist ein Spin-Transfer-Direktzugriffsspeicher bzw. Spin-Transfer-Drehmoment-Direktzugriffsspeicher (STT-MRAM=Spin Transfer Torque Random Access Memory). Ein STT-MRAM verwendet magnetische Übergänge, welche wenigstens teilweise durch einen Strom geschrieben bzw. beschrieben werden, welcher durch den magnetischen Übergang getrieben wird. Ein spin-polarisierter Strom, welcher durch den magnetischen Übergang getrieben wird, erregt ein Spin-Drehmoment auf die magnetischen Momente in dem magnetischen Übergang. Als ein Ergebnis können eine Schicht (Schichten), welche magnetische Momente haben, welche empfindlich auf das Spin-Drehmoment sind, in einen erwünschten Zustand geschaltet werden.Magnetic memories, particularly magnetic random access memories (MRAMs) have attracted increasing interest due to their potential for high read/write speeds, outstanding durability, non-volatility, and low operational power consumption. An MRAM can record information using magnetic materials as an information recording medium. One type of MRAM is Spin Transfer Torque Random Access Memory (STT-MRAM). STT-MRAM uses magnetic junctions that are written, at least in part, by a current driven through the magnetic junction. A spin-polarized current driven through the magnetic junction excites a spin torque on the magnetic moments in the magnetic junction. As a result, layer(s) having magnetic moments sensitive to the spin torque can be switched to a desired state.

US 2011 / 0 227 179 A1 offenbart ein magnetoresistives Element gemäß einer Ausführungsform enthaltend: eine erste magnetische Schicht; eine Tunnelsperrschicht auf der ersten Magnetschicht; eine zweite magnetische Schicht, die auf der Tunnelbarrierenschicht angeordnet ist und CoFe enthält; und eine nichtmagnetische Schicht, die auf der zweiten Magnetschicht angeordnet ist und Stickstoff und mindestens ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus B, Ta, Zr, Al und Ce besteht. U.S. 2011/0 227 179 A1 discloses a magnetoresistive element according to an embodiment including: a first magnetic layer; a tunnel barrier layer on the first magnetic layer; a second magnetic layer disposed on the tunnel barrier layer and containing CoFe; and a non-magnetic layer disposed on the second magnetic layer and containing nitrogen and at least one element selected from the group consisting of B, Ta, Zr, Al and Ce.

US 2009 / 0 243 008 A1 offenbart ein magnetoresistives Element enthaltend eine darunterliegende Schicht mit einer kubischen oder tetragonalen Kristallstruktur, die in einer (001)-Ebene orientiert ist, eine erste magnetische Schicht, die auf der darunterliegenden Schicht bereitgestellt ist, eine senkrechte magnetische Anisotropie aufweist und eine fct-Struktur aufweist, die in einer (001)-Ebene orientiert ist. eine nichtmagnetische Schicht, die auf der ersten magnetischen Schicht bereitgestellt ist, und eine zweite magnetische Schicht, die auf der nichtmagnetischen Schicht bereitgestellt ist und eine senkrechte magnetische Anisotropie aufweist. Eine Gitterkonstante a1 in der Ebene der darunterliegenden Schicht und eine Gitterkonstante a2 in der Ebene der ersten Magnetschicht erfüllen die folgende Gleichung, in der b eine Größe des Burgers-Vektors der ersten Magnetschicht ist, v ein Elastizitätsmodul von ist erste magnetische Schicht, und hc ist eine Dicke der ersten magnetischen Schicht. U.S. 2009/0 243 008 A1 discloses a magnetoresistive element comprising an underlying layer having a cubic or tetragonal crystal structure oriented in a (001) plane, a first magnetic layer provided on the underlying layer having perpendicular magnetic anisotropy and having an fct structure oriented in a (001) plane. a nonmagnetic layer provided on the first magnetic layer and a second magnetic layer provided on the nonmagnetic layer and having perpendicular magnetic anisotropy. A lattice constant a1 in the plane of the underlying layer and a lattice constant a2 in the plane of the first magnetic layer satisfy the following equation, in which b is a magnitude of the Burgers vector of the first magnetic layer, v is an elastic modulus of the first magnetic layer, and hc is a thickness of the first magnetic layer.

JP 2013- 8 865 A offenbart die Bereitstellung eines hochzuverlässigen magnetoresistiven Elements, bei dem eine Retention, insbesondere eine große Retention einer gepinnten Magnetisierungsschicht, ausreichend sichergestellt werden kann, während der Schreibstrom reduziert wird, und ein thermisch stabiler Betrieb möglich ist. LÖSUNG: In einem MTJ10 ist eine Tunnelsperrschicht 2 zwischen einer unteren Magnetschicht 1 und einer oberen Magnetschicht 3 angeordnet, und eine Deckschicht 4 ist auf der oberen Magnetschicht 3 gebildet. Die untere magnetische Schicht 1 ist so konfiguriert, dass sie eine erste freie Schicht 1a aufweist, die aus CoFeB besteht und in Kontakt mit der Tunnelsperrschicht 2 steht, eine Einfügungsschicht 1b , die aus Ta besteht, und in Kontakt mit der ersten freien Schicht 1a eine Abstandsschicht 1c aufweist, die daraus besteht Ru und in Kontakt mit der Einfügungsschicht 1b und eine zweite freie Schicht 1d, die aus CoPt besteht und in Kontakt mit der Abstandsschicht 1c ist. JP 2013- 8 865 A discloses the provision of a highly reliable magnetoresistive element in which retention, particularly large retention of a pinned magnetization layer, can be sufficiently secured while reducing write current and thermally stable operation is possible. SOLUTION: In an MTJ10, a tunnel barrier layer 2 is interposed between a lower magnetic layer 1 and an upper magnetic layer 3, and a cap layer 4 is formed on the upper magnetic layer 3. FIG. The lower magnetic layer 1 is configured to have a first free layer 1a made of CoFeB and in contact with the tunnel barrier layer 2, an insert layer 1b made of Ta and in contact with the first free layer 1a, a spacer layer 1c made of Ru and in contact with the inserter layer 1b, and a second free layer 1d made of CoPt and in contact with the spacer layer 1c.

US 2009 / 0 073 737 A1 offenbart integrierte Schaltungen, Verfahren zum Herstellen einer integrierenden Schaltung und auf Speichermodule. In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine integrierte Schaltung mit einer Speicherzelle bereitgestellt. Die Speicherzelle kann eine erste magnetische Schichtstruktur, eine über der ersten magnetischen Schichtstruktur angeordnete Tunnelsperrschichtstruktur, eine über der Tunnelsperrschichtstruktur angeordnete zweite magnetische Schichtstruktur und mindestens eine Opfermaterialschicht zum Unterdrücken einer elektrochemischen Korrosion davon aufweisen erste magnetische Schichtstruktur oder die zweite magnetische Schichtstruktur. U.S. 2009/0 073 737 A1 discloses integrated circuits, methods of making an integrating circuit, and memory modules. In one embodiment of the invention, an integrated circuit having a memory cell is provided. The memory cell may include a first magnetic layer structure, a tunnel junction structure disposed over the first magnetic layer structure, a second magnetic layer structure disposed over the tunnel junction structure, and at least one sacrificial material layer for suppressing electrochemical corrosion of either the first magnetic layer structure or the second magnetic layer structure.

US 2007 / 0 278 602 A1 offenbart eine magnetische Direktzugriffsspeicherstruktur mit einer antiferromagnetischen Schichtstruktur, einer physikalisch mit der antiferromagnetischen Schichtstruktur gekoppelten kristallinen ferromagnetischen Struktur und einer physikalisch mit der kristallinen ferromagnetischen Struktur gekoppelten ferromagnetischen freien Schichtstruktur. U.S. 2007/0 278 602 A1 discloses a magnetic random access memory structure having an antiferromagnetic layer structure, a crystalline ferromagnetic structure physically coupled to the antiferromagnetic layer structure, and a ferromagnetic free layer structure physically coupled to the crystalline ferromagnetic structure.

US 2003 / 0 104 680 A1 offenbart ein Verfahren zum Entfernen metallischer Verunreinigungen von einem polierten, mit Bor dotierten Siliziumwafer, umfassend das Bilden einer Oxidschicht auf dem polierten Wafer, die dicker als eine typische native Oxidschicht ist, so dass die Oxidschicht eine größere Getterkapazität als eine native Oxidschicht als Getterkapazität aufweist dann Tempern des Wafers bei einer Temperatur von mindestens etwa 75°C für mindestens etwa 30 Sekunden, um die Konzentration der metallischen Verunreinigung im Inneren des Siliziumwafers zu verringern und die Konzentration der metallischen Verunreinigung auf der polierten Oberfläche des Wafers zu erhöhen Siliziumwafer und in der Oxidschicht. Vorzugsweise wird der getemperte Siliziumwafer gereinigt, um die Oxidschicht zu entfernen und die metallische Verunreinigung von der polierten Oberfläche des Siliziumwafers zu entfernen. Durch wiederholtes Erzeugen einer Oxidschicht und Tempern des Wafers kann der Wafer im Wesentlichen frei von metallischen Verunreinigungen gemacht werden. U.S. 2003/0 104 680 A1 discloses a method for removing metallic contaminants from a polished, boron-doped silicon wafer, comprising forming an oxide layer on the polished wafer that is thicker than a typical native oxide layer, such that the oxide layer has a greater getter capacitance than a native oxide layer than getter capacitance, then annealing the wafer at a temperature of at least about 75° C. for at least about 30 seconds to reduce the concentration to reduce the metal contamination inside the silicon wafer and to increase the concentration of the metal contamination on the polished surface of the silicon wafer and in the oxide layer. Preferably, the annealed silicon wafer is cleaned to remove the oxide layer and to remove metallic contamination from the polished surface of the silicon wafer. By repeatedly creating an oxide layer and annealing the wafer, the wafer can be made substantially free of metal contamination.

Beispielsweise zeigt 1 einen herkömmlichen magnetischen Tunnelübergang (MTJ = Magnetic Tunnelling Junction = magnetischen Tunnelübergang) 10, wie er in einem herkömmlichen STT-MRAM verwendet werden kann. Der herkömmliche MTJ 10 befindet sich typischerweise auf einem Substrat 12. Ein Bodenkontakt bzw. unterer Kontakt 14 und ein oberer Kontakt 24 können verwendet werden, um Strom durch den herkömmlichen MTJ 10 zu treiben. Der herkömmliche MTJ verwendet (eine) herkömmliche Keimschicht(en) (nicht gezeigt), kann Deckschichten (nicht gezeigt) aufweisen und kann eine herkömmliche antiferromagnetische (AFM) Schicht (nicht gezeigt) aufweisen. Der herkömmliche magnetische Übergang 10 weist eine herkömmliche gepinnte Schicht 16, eine herkömmliche Tunnelsperrschicht 18 und eine herkömmliche freie Schicht 20 auf. Ebenso ist ein oberer Kontakt 22 gezeigt. For example shows 1 a conventional Magnetic Tunneling Junction (MTJ) 10 as may be used in a conventional STT MRAM. The conventional MTJ 10 typically resides on a substrate 12. A bottom contact 14 and a top contact 24 may be used to drive current through the conventional MTJ 10. FIG. The conventional MTJ uses a conventional seed layer(s) (not shown), may have cap layers (not shown), and may have a conventional antiferromagnetic (AFM) layer (not shown). The conventional magnetic junction 10 comprises a conventional pinned layer 16, a conventional tunnel barrier layer 18 and a conventional free layer 20. FIG. A top contact 22 is also shown.

Herkömmliche Kontakte 14 und 24 werden beim Treiben des Stroms in einer Strom-senkrecht-zu-der-Ebene (CPP = Current-Perpendicular-to-Plane = Strom- senkrecht -zu-der-Ebene)-Richtung oder entlang der z-Achse wie in 1 gezeigt verwendet. Typischerweise ist die herkömmliche gepinnte Schicht 16 am nächsten zu dem Substrat 12 der Schichten 16, 18 und 20.Conventional contacts 14 and 24 are used when driving current in a current-perpendicular-to-plane (CPP) direction or along the z-axis as in FIG 1 shown used. Typically, the conventional pinned layer 16 is closest to the substrate 12 of layers 16, 18 and 20.

Die herkömmliche gepinnte Schicht 16 und die herkömmliche freie Schicht 20 sind magnetisch. Die Magnetisierung 17 der herkömmlichen gepinnten Schicht 16 ist in einer bestimmten Richtung fixiert oder gepinnt. Obwohl als eine einfache (einzelne) Schicht dargestellt, kann die herkömmliche gepinnte Schicht 16 mehrere Schichten aufweisen. Beispielsweise kann die herkömmliche gepinnte Schicht 16 eine synthetische antiferromagnetische (SAF = Synthetic Antiferromagnetic = synthetische antiferromagnetische) Schicht sein, welche magnetische Schichten aufweist, welche antiferromagnetisch durch dünne leitfähige Schichten wie beispielsweise Ru gekoppelt sind. In solch einem SAF können mehrere magnetische Schichten, welche mit einer dünnen Schicht von Ru verschachtelt sind, verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Kopplung über die Ru-Schichten ferromagnetisch sein.Conventional pinned layer 16 and conventional free layer 20 are magnetic. The magnetization 17 of the conventional pinned layer 16 is fixed or pinned in a certain direction. Although shown as a simple (single) layer, the conventional pinned layer 16 may have multiple layers. For example, conventional pinned layer 16 may be a synthetic antiferromagnetic (SAF) layer having magnetic layers antiferromagnetically coupled by thin conductive layers such as Ru. In such a SAF, multiple magnetic layers interleaved with a thin layer of Ru can be used. In another embodiment, the coupling across the Ru layers can be ferromagnetic.

Die herkömmliche freie Schicht 20 hat eine änderbare Magnetisierung 21. Obwohl als eine einfache Schicht dargestellt, kann die herkömmliche freie Schicht 20 auch mehrere Schichten aufweisen. Beispielsweise kann die herkömmliche freie Schicht 20 eine synthetische Schicht sein, welche magnetische Schichten aufweist, welche antiferromagnetisch oder ferromagnetisch durch dünne leitfähige Schichten wie beispielsweise Ru gekoppelt sind. Obwohl als senkrecht-zu-der-Ebene gezeigt, kann die Magnetisierung 21 der herkömmlichen freien Schicht 20 in der Ebene sein. Demnach können die gepinnte Schicht 16 und die freie Schicht 20 ihre Magnetisierungen 17 und 21 jeweils senkrecht zu der Ebene der Schichten orientiert haben.The conventional free layer 20 has a magnetization alternation 21. Although illustrated as a single layer, the conventional free layer 20 may have multiple layers. For example, conventional free layer 20 may be a synthetic layer comprising magnetic layers antiferromagnetically or ferromagnetically coupled through thin conductive layers such as Ru. Although shown as perpendicular-to-the-plane, the magnetization 21 of the conventional free layer 20 may be in-plane. Thus pinned layer 16 and free layer 20 may have their magnetizations 17 and 21 oriented perpendicular to the plane of the layers, respectively.

Um die Magnetisierung 21 der herkömmlichen freien Schicht 20 zu schalten bzw. umzuschalten, wird ein Strom senkrecht zu der Ebene (in der z-Richtung) getrieben. Wenn ein ausreichender Strom von dem oberen Kontakt 22 zu dem unteren Kontakt 14 getrieben wird, kann die Magnetisierung 21 der herkömmlichen freien Schicht 20 umschalten, um parallel zu der Magnetisierung 17 der herkömmlichen gepinnten Schicht 16 zu sein. Wenn ein ausreichender Strom von dem unteren Kontakt 11 zu dem oberen Kontakt 22 getrieben wird, kann die Magnetisierung der freien Schicht umschalten, um antiparallel zu derjenigen der gepinnten Schicht 16 zu sein. Die Unterschiede in den magnetischen Konfigurationen entsprechen unterschiedlichen Magnetwiderständen und demnach unterschiedlichen logischen Zuständen (beispielsweise einer logischen „0“ und einer logischen „1“) des herkömmlichen MTJ 10.In order to switch the magnetization 21 of the conventional free layer 20, a current is driven perpendicular to the plane (in the z-direction). When sufficient current is driven from the top contact 22 to the bottom contact 14, the magnetization 21 of the conventional free layer 20 can switch to be parallel to the magnetization 17 of the conventional pinned layer 16. When sufficient current is driven from the bottom contact 11 to the top contact 22, the magnetization of the free layer can switch to be antiparallel to that of the pinned layer 16. The differences in the magnetic configurations correspond to different magnetoresistances and therefore different logic states (e.g. a logic "0" and a logic "1") of the conventional MTJ 10.

Aufgrund ihres Potentials zur Verwendung in einer Vielfalt von Anwendungen ist die Forschung in magnetischen Speichern andauernd. Beispielsweise sind Mechanismen zum Verbessern der Leistungsfähigkeit von STT-RAM erwünscht. Demzufolge ist, was benötigt wird, ein Verfahren und ein System, welche die Leistungsfähigkeit von Spin-Transfer-Drehmoment-basierten Speichern verbessern kann. Das Verfahren und System, welche hierin beschrieben sind, adressieren solch eine Notwendigkeit.Research into magnetic memory is ongoing because of its potential for use in a variety of applications. For example, mechanisms for improving the performance of STT RAM are desirable. Accordingly, what is needed is a method and system that can improve the performance of spin-transfer torque-based storage. The method and system described herein addresses such a need.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Ein Verfahren zum Vorsehen eines magnetischen Übergangs, welcher in einer magnetischen Vorrichtung verwendbar ist, und der magnetische Übergang sind beschrieben. Das Verfahren weist ein Vorsehen einer freien Schicht, einer gepinnten Schicht und einer nichtmagnetischen Abstandshalterschicht bzw. Abstandsschicht zwischen der freien Schicht und der gepinnten Schicht auf. Die freie Schicht ist zwischen stabilen magnetischen Zuständen umschaltbar, wenn ein Schreibstrom durch den magnetischen Übergang hindurchgeleitet bzw. hindurchgeführt wird. Wenigstens einer des Schritts des Vorsehens der freien Schicht weist eine erste Mehrzahl von Schritten auf und der Schritt des Vorsehens der gepinnten Schicht weist eine zweite Mehrzahl von Schritten auf. Die erste und die zweite Mehrzahl von Schritten weisen ein Abscheiden eines Abschnitts einer Schicht, ein Abscheiden einer Opferschicht, ein Ausheilen des Abschnitts des magnetischen Übergangs unter der Opferschicht, und ein Abscheiden eines verbleibenden Abschnitts der Schicht auf. Die Schicht kann die freie Schicht sein, die gepinnte Schicht oder beide. Demnach weist die erste Mehrzahl von Schritten ein Abscheiden eines ersten Abschnitts der freien Schicht, ein Abscheiden einer ersten Opferschicht, ein Ausheilen wenigstens des ersten Abschnitts der freien Schicht und der ersten Opferschicht bei einer ersten Temperatur größer als 25 Grad Celsius, ein Entfernen der ersten Opferschicht; und ein Abscheiden eines zweiten Abschnitts der freien Schicht auf. Die zweite Mehrzahl von Schritten weist ein Abscheiden eines ersten Abschnitts der gepinnten Schicht, ein Abscheiden einer zweiten Opferschicht, ein Ausheilen wenigstens des ersten Abschnitts der gepinnten Schicht und der zweiten Opferschicht bei einer zweiten Temperatur größer als 25 Grad Celsius, ein Definieren bzw. Begrenzen eines Abschnitts des magnetischen Übergangs, welcher die freie Schicht, die nichtmagnetische Abstandshalterschicht und den ersten Abschnitt der gepinnten Schicht aufweist, ein Entfernen der zweiten Opferschicht und ein Abscheiden eines zweiten Abschnitts der gepinnten Schicht auf.A method of providing a magnetic junction usable in a magnetic device and the magnetic junction is described. The method includes providing a free layer, a pinned layer, and a nonmagnetic spacer layer between the free layer and the pinned layer. The free layer is switchable between stable magnetic states when a write current is passed through the magnetic junction is carried out. At least one of the step of providing the free layer includes a first plurality of steps and the step of providing the pinned layer includes a second plurality of steps. The first and second plurality of steps include depositing a portion of a layer, depositing a sacrificial layer, annealing the magnetic junction portion below the sacrificial layer, and depositing a remaining portion of the layer. The layer can be the free layer, the pinned layer, or both. Accordingly, the first plurality of steps comprises depositing a first portion of the free layer, depositing a first sacrificial layer, annealing at least the first portion of the free layer and the first sacrificial layer at a first temperature greater than 25 degrees Celsius, removing the first sacrificial layer; and depositing a second portion of the free layer. The second plurality of steps includes depositing a first portion of the pinned layer, depositing a second sacrificial layer, annealing at least the first portion of the pinned layer and the second sacrificial layer at a second temperature greater than 25 degrees Celsius, defining a portion of the magnetic junction including the free layer, the nonmagnetic spacer layer and the first portion of the pinned layer, removing the second sacrificial layer, and depositing a second portion of the pinned layer.

Figurenlistecharacter list

1 represents a conventional magnetic transition.
2 Figure 12 illustrates an exemplary embodiment of a method for providing a magnetic transition usable in magnetic memory and programmable using spin-transfer torque.
3 Figure 12 illustrates a magnetic transition usable in magnetic memory that is programmable using spin-transfer torque.
4 FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of a magnetic transition usable in a magnetic memory that is programmable using spin-transfer torque.
5 FIG. 14 illustrates another exemplary embodiment of a method for providing a magnetic junction portion usable in magnetic memory and programmable using spin-transfer torque.
6 FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of a magnetic transition usable in a magnetic memory that is programmable using spin-transfer torque.
7 FIG. 12 illustrates another exemplary embodiment of a method for providing a magnetic transition usable in magnetic memory and programmable using spin-transfer torque.
8th FIG. 12 illustrates an exemplary embodiment of magnetic transitions usable in magnetic memory programmable using spin-transfer torque.
9 FIG. 12 illustrates another exemplary embodiment of a method for providing a magnetic transition usable in magnetic memory and programmable using spin-transfer torque.
10-22 illustrate an exemplary embodiment of a magnetic junction usable in magnetic memory and programmable using spin-transfer torque during manufacture.
23-24 illustrate an exemplary embodiment of a magnetic junction usable in magnetic memory and programmable using spin-transfer torque during manufacture.
25 FIG. 12 illustrates an example embodiment of a memory using magnetic junctions in the memory element(s) of the memory cell(s).

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt. Die beispielhaften Ausführungsformen beziehen sich auf magnetische Übergänge, welche in magnetischen Vorrichtungen, wie beispielsweise magnetischen Speichern, verwendbar sind, und die Vorrichtungen, welche solche magnetischen Übergänge verwenden. Die magnetischen Speicher können magnetische Spin-Transfer-Drehmoment-Direktzugriffsspeicher (STT-MRAMs = Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memories = magnetische Spin-Transfer-Drehmoment-Direktzugriffsspeicher) aufweisen und können in elektronischen Vorrichtungen, welche nichtflüchtige Speicher einsetzen, verwendet werden. Solche elektronischen Vorrichtungen umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Mobiltelefone, Smartphones, Tablets, Laptops und andere tragbare und nichttragbare Computervorrichtungen. Die folgende Beschreibung wird präsentiert, um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung zu tätigen und zu verwenden und ist im Kontext einer Patentanmeldung und ihrer Anforderungen vorgesehen. Verschiedene Abwandlungen an den beispielhaften Ausführungsformen und den generischen Prinzipien und Merkmalen, welche hierin beschrieben sind, werden leicht offensichtlich werden. Die beispielhaften Ausführungsformen sind hauptsächlich hinsichtlich verschiedener Verfahren und Systeme, welche in bestimmten Implementationen vorgesehen sind, beschrieben. Die Verfahren und Systeme werden jedoch effektiv in anderen Implementationen bzw. Ausführungen arbeiten. Wortlaute wie beispielsweise „beispielhafte Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“ und „eine andere Ausführungsform“ können sich auf dieselbe oder unterschiedliche Ausführungsformen sowie auf viele Ausführungsformen beziehen. Die Ausführungsformen werden hinsichtlich Systemen und/oder Vorrichtungen beschrieben werden, welche bestimmte Komponenten bzw. Bestandteile haben. Die Systeme und/oder Vorrichtungen können jedoch mehr oder weniger Komponenten als diese, welche gezeigt sind, aufweisen, und Abweichungen in der Anordnung und dem Typ der Komponenten können getätigt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Die beispielhaften Ausführungsformen werden auch im Zusammenhang bzw. Kontext von bestimmten Verfahren, welche bestimmte Schritte haben, beschrieben werden. Das Verfahren und System jedoch arbeitet effektiv für andere Verfahren, welche unterschiedliche und/oder zusätzliche Schritte und Schritte in unterschiedlichen Reihenfolgen haben, welche nicht inkonsistent mit den beispielhaften Ausführungsformen sind. Demnach ist die vorliegende Erfindung nicht vorgesehen, um auf die Ausführungsformen, welche gezeigt sind, beschränkt zu sein, sondern ihr muss der weiteste Umfang, welcher mit den Prinzipien und Merkmalen, welche hierin beschrieben sind, gewährt bzw. zugestanden werden.The invention is defined in the independent claims. Further developments of the invention are set out in the dependent claims. The exemplary embodiments relate to magnetic junctions usable in magnetic devices, such as magnetic memories, and the devices using such magnetic junctions. The magnetic memories may be Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memories (STT-MRAMs = mag spin transfer torque magnetic random access memories) and can be used in electronic devices employing non-volatile memory. Such electronic devices include, but are not limited to, cell phones, smartphones, tablets, laptops, and other portable and non-portable computing devices. The following description is presented to enable any person skilled in the art to make and use the invention, and is provided in the context of a patent application and its requirements. Various modifications to the exemplary embodiments and the generic principles and features described herein will become readily apparent. The example embodiments are described primarily in terms of various methods and systems contemplated in particular implementations. However, the methods and systems will work effectively in other implementations. Words such as “exemplary embodiment,” “an embodiment,” and “another embodiment” can refer to the same or different embodiments, as well as multiple embodiments. The embodiments will be described in terms of systems and/or devices having particular components. However, the systems and/or devices may have more or fewer components than those shown, and variations in the arrangement and type of components may be made without departing from the scope of the invention. The example embodiments will also be described in the context of particular methods having particular steps. However, the method and system works effectively for other methods that have different and/or additional steps and steps in different orders that are not inconsistent with the exemplary embodiments. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and features described herein.

Verfahren und Systeme zum Vorsehen eines magnetischen Übergangs sowie ein magnetischer Speicher, welcher den magnetischen Übergang verwendet, sind beschrieben. Die beispielhaften Ausführungsformen sehen ein Verfahren zum Vorsehen eines magnetischen Übergangs, welcher in einer magnetischen Vorrichtung verwendbar ist, und den magnetischen Übergang vor. Das Verfahren weist ein Vorsehen einer freien Schicht, einer gepinnten Schicht und einer nichtmagnetischen Abstandsschicht bzw. Abstandshalterschicht zwischen der freien Schicht und der gepinnten Schicht vor. Die freie Schicht ist zwischen stabilen magnetischen Zuständen umschaltbar, wenn ein Schreibstrom durch den magnetischen Übergang hindurchgeleitet wird. Wenigstens einer des Schrittes des Vorsehens der freien Schicht weist eine erste Mehrzahl von Schritten auf, und der Schritt des Vorsehens der gepinnten Schicht weist eine zweite Mehrzahl von Schritten auf. Die erste und die zweite Mehrzahl von Schritten weisen ein Abscheiden eines Abschnitts einer Schicht, ein Abscheiden einer Opferschicht, ein Ausheilen des Abschnitts der magnetischen Schicht unter der Opferschicht und ein Abscheiden eines verbleibenden Abschnitts der Schicht auf. Die Schicht kann die freie Schicht sein, die gepinnte Schicht oder beide. Demnach weist die erste Mehrzahl von Schritten ein Abscheiden eines ersten Abschnitts der freien Schicht, ein Abscheiden einer ersten Opferschicht, ein Ausheilen wenigstens des ersten Abschnitts der freien Schicht und der ersten Opferschicht bei einer ersten Temperatur größer als 25 Grad Celsius, ein Entfernen der ersten Opferschicht; und ein Abscheiden eines zweiten Abschnitts der freien Schicht auf. Die zweite Mehrzahl von Schritten weist ein Abscheiden eines ersten Abschnitts der gepinnten Schicht, ein Abscheiden einer zweiten Opferschicht, ein Ausheilen wenigstens des ersten Abschnitts der gepinnten Schicht und der zweiten Opferschicht bei einer zweiten Temperatur größer als 25 Grad Celsius, ein Begrenzen bzw. Definieren eines Abschnitts des magnetischen Übergangs, welcher die freie Schicht, die nichtmagnetische Abstandhalterschicht und den ersten Abschnitt der gepinnten Schicht aufweist, ein Entfernen der zweiten Opferschicht und ein Abscheiden eines zweiten Abschnitts der gepinnten Schicht auf.Methods and systems for providing a magnetic junction and magnetic memory using the magnetic junction are described. The exemplary embodiments provide a method for providing a magnetic junction usable in a magnetic device and the magnetic junction. The method includes providing a free layer, a pinned layer, and a nonmagnetic spacer layer between the free layer and the pinned layer. The free layer is switchable between stable magnetic states when a write current is passed through the magnetic junction. At least one of the step of providing the free layer includes a first plurality of steps and the step of providing the pinned layer includes a second plurality of steps. The first and second plurality of steps include depositing a portion of a layer, depositing a sacrificial layer, annealing the portion of the magnetic layer beneath the sacrificial layer, and depositing a remaining portion of the layer. The layer can be the free layer, the pinned layer, or both. Accordingly, the first plurality of steps comprises depositing a first portion of the free layer, depositing a first sacrificial layer, annealing at least the first portion of the free layer and the first sacrificial layer at a first temperature greater than 25 degrees Celsius, removing the first sacrificial layer; and depositing a second portion of the free layer. The second plurality of steps includes depositing a first portion of the pinned layer, depositing a second sacrificial layer, annealing at least the first portion of the pinned layer and the second sacrificial layer at a second temperature greater than 25 degrees Celsius, defining a portion of the magnetic junction including the free layer, the nonmagnetic spacer layer and the first portion of the pinned layer, removing the second sacrificial layer, and depositing a second portion of the pinned layer.

Die beispielhaften Ausführungsformen sind in dem Kontext von bestimmten Verfahren, magnetischen Übergängen und magnetischen Speichern, welche bestimmte Komponenten haben, beschrieben. Ein Fachmann wird leicht erkennen, dass die vorliegende Erfindung mit der Verwendung von magnetischen Übergängen und magnetischen Speichern konsistent ist, welche andere und/oder zusätzliche Komponenten und/oder andere Merkmale haben, welche nicht mit der vorliegenden Erfindung inkonsistent sind. Das Verfahren und System sind auch in dem Kontext des gegenwärtigen Verständnisses des Spin-Transfer-Phänomens, von magnetischer Anisotropie und anderen physikalischen Phänomenen beschrieben. Demzufolge wird ein Fachmann leicht erkennen, dass theoretische Erklärungen des Verhaltens des Verfahrens und Systems basierend auf diesem gegenwärtigen Verständnis von Spin-Transfer, magnetischer Anisotropie und anderen physikalischen Phänomenen getätigt sind. Das Verfahren und System, welche hierin beschrieben sind, sind jedoch nicht abhängig von einer bestimmten physikalischen Erklärung. Ein Fachmann wird auch leicht erkennen, dass das Verfahren und System im Kontext einer Struktur beschrieben sind, welche eine bestimmte Beziehung zu dem Substrat hat. Ein Fachmann jedoch wird leicht erkennen, dass das Verfahren und System mit anderen Strukturen konsistent sind. Zusätzlich sind das Verfahren und System in dem Kontext von bestimmten Schichten, welche synthetisch und/oder einfach sind, beschrieben. Ein Fachmann jedoch wird leicht erkennen, dass die Schichten eine andere Struktur haben könnten. Weiterhin sind das Verfahren und System in dem Kontext von magnetischen Übergängen und/oder Unterstrukturen beschrieben, welche bestimmte Schichten haben. Ein Fachmann jedoch wird leicht erkennen, dass magnetische Übergänge und/oder Unterstrukturen, welche zusätzliche und/oder unterschiedliche Schichten haben, welche nicht inkonsistent mit dem Verfahren und dem System sind, ebenfalls verwendet werden könnten. Darüber hinaus sind bestimmte Komponenten als magnetisch, ferromagnetisch und ferrimagnetisch beschrieben. Wenn hierin verwendet, könnte der Wortlaut magnetisch ferromagnetische, ferrimagnetische oder ähnliche Strukturen aufweisen. Demnach umfasst, wenn hierin verwendet, der Wortlaut „magnetisch“ oder „ferromagnetisch“, ist jedoch nicht beschränkt auf, Ferromagnete und Ferrimagnete. Wenn hierin verwendet, ist „in der Ebene“ im Wesentlichen innerhalb oder parallel zu der Ebene von einer oder mehreren der Schichten eines magnetischen Übergangs. Im Gegensatz hierzu entspricht „senkrecht“ und „senkrecht-zur-Ebene“ einer Richtung, welche im Wesentlichen senkrecht zu einer oder mehreren der Schichten des magnetischen Übergangs ist.The example embodiments are described in the context of particular methods, magnetic junctions, and magnetic memories having particular components. One skilled in the art will readily appreciate that the present invention is consistent with the use of magnetic transitions and magnetic memories having different and/or additional components and/or other features not inconsistent with the present invention. The method and system are also described in the context of the current understanding of the spin transfer phenomenon, magnetic anisotropy and other physical phenomena. Accordingly, one skilled in the art will readily recognize that theoretical explanations of the behavior of the method and system are made based on this current understanding of spin transfer, magnetic anisotropy, and other physical phenomena. The method and system described herein however, are not dependent on any particular physical explanation. One skilled in the art will also readily appreciate that the method and system are described in the context of a structure that has a specific relationship to the substrate. However, one skilled in the art will readily recognize that the method and system are consistent with other structures. Additionally, the method and system are described in the context of certain layers being synthetic and/or simple. However, one skilled in the art will readily recognize that the layers could have a different structure. Furthermore, the method and system are described in the context of magnetic junctions and/or substructures having certain layers. However, one skilled in the art will readily recognize that magnetic junctions and/or substructures having additional and/or different layers that are not inconsistent with the method and system could also be used. In addition, certain components are described as magnetic, ferromagnetic, and ferrimagnetic. As used herein, the wording magnetic could have ferromagnetic, ferrimagnetic, or similar structures. Accordingly, when used herein, the wording "magnetic" or "ferromagnetic" includes, but is not limited to, ferromagnets and ferrimagnets. As used herein, "in the plane" is substantially within or parallel to the plane of one or more of the layers of a magnetic junction. In contrast, "perpendicular" and "perpendicular-to-the-plane" correspond to a direction that is substantially perpendicular to one or more of the layers of the magnetic junction.

2 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens 100 zum Herstellen eines magnetischen Übergangs dar, welcher in einer magnetischen Vorrichtung wie beispielsweise einem Spin-Transfer-Drehmoment-Direktzugriffsspeicher (STD-RAM) und demnach in einer Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen verwendbar ist. Zur Vereinfachung können einige Schritte ausgelassen werden, in einer anderen Reihenfolge bzw. anderweitig durchgeführt werden oder kombiniert werden. Weiterhin kann das Verfahren 100 beginnen bzw. starten, nachdem andere Schritte beim Bilden eines magnetischen Speichers durchgeführt worden sind. 2 FIG. 10 illustrates an exemplary embodiment of a method 100 for fabricating a magnetic junction usable in a magnetic device such as a spin-transfer torque random access memory (STD-RAM), and thus in a variety of electronic devices. For simplicity, some steps may be omitted, performed in a different order, performed differently, or combined. Furthermore, the method 100 may begin after other steps in forming a magnetic memory have been performed.

Eine freie Schicht wird mittels Schritt 102 vorgesehen. Schritt 102 weist ein Abscheiden des Materials (der Materialien) für die freie Schicht auf. Die freie Schicht kann auf (einer) Keimschicht(en) abgeschieden werden. Die Keimschicht(en) kann (können) ausgewählt werden für verschiedene Zwecke einschließend jedoch nicht beschränkt auf die erwünschte Kristallstruktur der freien Schicht, eine magnetische Anisotropie und/oder eine magnetisch Dämpfung der freien Schicht. Beispielsweise kann die freie Schicht auf einer Keimschicht wie beispielsweise einer kristallinen MgO-Schicht vorgesehen sein, welche eine senkrechte magnetische Anisotropie in der freien Schicht begünstigt bzw. fördert. Wenn ein dualer magnetischer Übergang hergestellt wird, kann die freie Schicht auf einer anderen nichtmagnetischen Abstandhalterschicht gebildet werden. Diese nichtmagnetische Abstandshalterschicht kann die MgO-Keimschicht sein, welche obenstehend diskutiert ist. Eine gepinnte Schicht wird unter solch einer Abstandshalterschicht gebildet.A free layer is provided by step 102 . Step 102 includes depositing the material(s) for the free layer. The free layer can be deposited on seed layer(s). The seed layer(s) can be selected for various purposes including but not limited to the desired crystal structure of the free layer, magnetic anisotropy, and/or magnetic damping of the free layer. For example, the free layer can be provided on a seed layer, such as a crystalline MgO layer, which promotes perpendicular magnetic anisotropy in the free layer. If a dual magnetic junction is made, the free layer can be formed on another nonmagnetic spacer layer. This nonmagnetic spacer layer can be the MgO seed layer discussed above. A pinned layer is formed under such a spacer layer.

Es kann erwünscht sein, dass die freie Schicht, welche in Schritt 102 vorgesehen wird, eine senkrechte magnetische Anisotropie hat, welche ihre Entmagnetisierungsenergie überschreitet. Das magnetische Element der freien Schicht kann demnach stabil außerhalb der Ebene, einschließlich senkrecht-zu-der-Ebene sein. Zusätzlich kann eine Polarisationsverstärkungsschicht (PEL = Polarization Enhancement Layer = Polarisationsverstärkungsschicht) als ein Teil von oder zusätzlich zu der freien Schicht vorgesehen sein. Eine PEL weist Materialien hoher Spin-Polarisation auf. Die freie Schicht, welche in Schritt 102 vorgesehen wird, ist auch konfiguriert, um zwischen stabilen magnetischen Zuständen umgeschaltet zu werden, wenn ein Schreibstrom durch den magnetischen Übergang hindurchgeleitet wird. Demnach ist die freie Schicht unter Verwendung von Spin-Transfer-Drehmoment umschaltbar. Die freie Schicht, welche in Schritt 102 vorgesehen wird, ist magnetisch und thermisch bei Betriebstemperaturen stabil. Obwohl Schritt 102 im Zusammenhang des Vorsehens einer freien Schicht diskutiert wird, können die Ränder der freien Schicht von dem Stack bzw. Stapel, welcher zu einer späteren Zeit vorgesehen wird, begrenzt bzw. definiert werden.It may be desirable that the free layer provided in step 102 has a perpendicular magnetic anisotropy that exceeds its demagnetization energy. Thus, the magnetic element of the free layer can be stable out of plane including perpendicular-to-plane. In addition, a polarization enhancement layer (PEL) may be provided as part of or in addition to the free layer. A PEL has high spin polarization materials. The free layer provided in step 102 is also configured to be switched between stable magnetic states when a write current is passed through the magnetic junction. Thus, the free layer is switchable using spin-transfer torque. The free layer provided in step 102 is magnetically and thermally stable at operating temperatures. Although step 102 is discussed in the context of providing a free layer, the edges of the free layer may be defined by the stack provided at a later time.

In einigen Ausführungsformen weist Schritt 102 zusätzliche Schritte auf. In solchen Ausführungsformen wird zuerst ein erster Abschnitt der freien Schicht abgeschieden. Der erste Abschnitt der freien Schicht kann eine magnetische Schicht aufweisen, welche Co, Fe und/oder B aufweist. Beispielsweise kann eine CoFeB-Schicht, welche nicht mehr als 20 Atomprozent B hat, abgeschieden werden. In einer solchen Ausführungsform weist Schritt 102 auch ein Abscheiden einer Einfügeopferschicht auf der ersten ferromagnetischen Schicht auf derart, dass die Schichten eine Grenzfläche teilen. Die Einfügeopferschicht kann (ein) Material(ien) aufweisen, welches (welche) eine Affinität für Bor hat (haben), welche eine niedrige Diffusion haben und welche eine relativ gute Übereinstimmung für die darunter liegende Schicht sind. Beispielsweise kann der Unterschied in den Gitterparametern zwischen der darunter liegenden ferromagnetischen Schicht und der Einfügeopferschicht weniger als 10 Prozent sein. Die Einfügeopferschicht kann dünn sein. In einigen Ausführungsformen ist die Einfügeopferschicht weniger als 1 Nanometer dick. In einigen solchen Ausführungsformen kann die Einfügeopferschicht 0,4 Nanometer nicht überschreiten und ist größer als ein 0,1 Nanometer. In anderen Ausführungsformen kann (können) (eine) andere Dicke(n) verwendet werden. Die Einfügeopferschicht und die darunter liegende(n) Schicht(en) wird (werden) dann bei Temperatur(en) über Raumtemperatur (beispielsweise über 25 Grad Celsius) ausgeheilt. Beispielsweise kann eine schnelle thermische Ausheilung (RTA = Rapid Thermal Anneal = schnelle thermische Ausheilung) bei (einer) Temperatur(en) im Bereich von 300 bis 400 Grad Celsius verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann das Ausheilen in einer anderen Art und Weise durchgeführt werden, umfassend jedoch nicht beschränkt auf Blockheizen. Das Ausheilen kann auch bei (einer) anderen Temperatur(en) durchgeführt werden. Nach dem Ausheilen wird die Einfügeopferschicht entfernt, beispielsweise mittels Plasma-Ätzen. In anderen Ausführungsformen kann die Einfügeopferschicht in einer anderen Art und Weise, einschließlich jedoch nicht beschränkt auf Ionen-Dünnen (ion milling) oder chemische Planisierung entfernt werden. In dem Entfernungsschritt kann ein Abschnitt der darunter liegenden ferromagnetischen Schicht entfernt werden. Der Rest der freien Schicht, falls vorhanden, kann dann abgeschieden werden. Beispielsweise kann eine zweite ferromagnetische Schicht auf der freiliegenden ersten ferromagnetischen Schicht abgeschieden werden. Diese zweite ferromagnetische Schicht kann eine andere CoFeB sein. In einigen Ausführungsformen ermöglicht es die Gesamtmenge von magnetischen Material, welche vorgesehen ist, der freien Schicht, eine senkrechte magnetische Anisotropie zu haben, welche die Entmagnetisierungsenergie überschreitet. Beispielsweise können die erste und die zweite ferromagnetische Schicht zusammen am Ende des Schritts 102 eine Gesamtdicke haben, welche 3 Nanometer nicht überschreitet und größer ist als 1,5 Nanometer. In einigen solchen Ausführungsformen überschreitet die Gesamtdicke 2,5 Nanometer nicht. Beispielsweise kann die Gesamtdicke wenigstens 1,6 Nanometer und weniger als 2 Nanometer sein. In anderen Ausführungsformen kann die freie Schicht in einer anderen Art und Weise gebildet werden.In some embodiments, step 102 includes additional steps. In such embodiments, a first portion of the free layer is first deposited. The first portion of the free layer may include a magnetic layer including Co, Fe and/or B. For example, a CoFeB layer having no more than 20 atomic percent B can be deposited. In such an embodiment, step 102 also includes depositing an insertion sacrificial layer on the first ferromagnetic layer such that the layers share an interface. The insertion sacrificial layer may comprise material(s) which have an affinity for boron, which have low diffusion and which are a relatively good match for the underlying layer. For example, the difference in lattice parameters between the underlying ferromagnetic layer and the insertion sacrificial layer can be less than 10 percent be. The insertion sacrificial layer can be thin. In some embodiments, the insertion sacrificial layer is less than 1 nanometer thick. In some such embodiments, the insertion sacrificial layer may not exceed 0.4 nanometers and is greater than 0.1 nanometers. In other embodiments, different thickness(es) may be used. The insertion sacrificial layer and underlying layer(s) is (are) then annealed at temperature(s) above room temperature (e.g., above 25 degrees Celsius). For example, a rapid thermal anneal (RTA) at temperature(s) in the range of 300 to 400 degrees Celsius may be used. In other embodiments, the anneal may be performed in other ways, including but not limited to block heating. The annealing can also be performed at other temperature(s). After the anneal, the insertion sacrificial layer is removed, for example by plasma etching. In other embodiments, the insertion sacrificial layer may be removed in other ways including, but not limited to, ion milling or chemical planarization. In the removing step, a portion of the underlying ferromagnetic layer may be removed. The remainder of the free layer, if any, can then be deposited. For example, a second ferromagnetic layer can be deposited on the exposed first ferromagnetic layer. This second ferromagnetic layer can be another CoFeB. In some embodiments, the total amount of magnetic material provided allows the free layer to have a perpendicular magnetic anisotropy that exceeds the demagnetization energy. For example, at the end of step 102, the first and second ferromagnetic layers together may have a total thickness that does not exceed 3 nanometers and is greater than 1.5 nanometers. In some such embodiments, the total thickness does not exceed 2.5 nanometers. For example, the overall thickness can be at least 1.6 nanometers and less than 2 nanometers. In other embodiments, the free layer can be formed in a different manner.

Ein nichtmagnetische Abstandhalterschicht bzw. Abstandsschicht wird mittels Schritt 104 vorgesehen. In einigen Ausführungsformen kann eine kristalline MgO-Tunnelsperrschicht für den magnetischen Übergang, welcher gebildet wird, erwünscht sein. Schritt 104 kann ein Abscheiden von MgO aufweisen, welches eine Tunnelsperrschicht bildet. In einigen Ausführungsformen kann Schritt 104 ein Abscheiden von MgO aufweisen unter Verwendung beispielsweise von Funkfrequenz (RF = Radio Frequency = Funkfrequenz)-Sputtern. Metallisches Mg kann abgeschieden werden, dann in Schritt 104 oxidiert werden, um ein natürliches Oxid von Mg vorzusehen. Die MgO-Sperrschicht/nichtmagnetische Abstandshalterschicht kann auch in einer anderen Art und Weise gebildet werden. Wie obenstehend hinsichtlich Schritt 102 diskutiert ist, können die Ränder der nichtmagnetischen Abstandshalterschicht zu einer späteren Zeit definiert bzw. begrenzt werden, beispielsweise nach dem Abscheiden der verbleibenden Schicht des magnetischen Übergangs. Schritt 104 kann ein Ausheilen des Abschnitts des magnetischen Übergangs aufweisen, welcher bereits gebildet ist, um eine kristalline MgO-Tunnelsperre mit einer (100)-Orientierung für einen erhöhten Tunnel-Magneto-Widerstand (TMR = Tunnelling Magneto Resistance = Tunnel-MagnetoWiderstand) des magnetischen Übergangs vorzusehen.A nonmagnetic spacer layer is provided by step 104 . In some embodiments, a crystalline MgO tunnel barrier may be desirable for the magnetic junction being formed. Step 104 may include depositing MgO, which forms a tunnel junction. In some embodiments, step 104 may include depositing MgO using, for example, radio frequency (RF) sputtering. Metallic Mg can be deposited, then oxidized in step 104 to provide a native oxide of Mg. The MgO barrier/non-magnetic spacer layer can also be formed in another way. As discussed above with respect to step 102, the edges of the nonmagnetic spacer layer may be defined at a later time, such as after depositing the remaining magnetic junction layer. Step 104 may include annealing the portion of the magnetic junction that is already formed to provide a crystalline MgO tunnel barrier with a (100) orientation for increased tunneling magnetoresistance (TMR) of the magnetic junction.

Eine gepinnte Schicht wird mittels Schritt 106 vorgesehen. Demnach ist die nichtmagnetische Abstandshalterschicht zwischen der gepinnten Schicht und der freien Schicht. In einigen Ausführungsformen wird die gepinnte Schicht in Schritt 106 nach der Bildung der freien Schicht in Schritt 102 gebildet. In anderen Ausführungsformen kann die erste Schicht zuerst gebildet werden. Die gepinnte Schicht ist magnetisch und kann ihre Magnetisierung gepinnt oder fixiert in einer bestimmten Richtung während wenigstens eines Abstands des Betriebs des magnetischen Übergangs haben. Die gepinnte Schicht kann demnach thermisch stabil bei Betriebstemperaturen sein. Die gepinnte Schicht, welche in Schritt 106 gebildet wird, kann eine einfache (einzelne) Schicht sein oder kann mehrere Schichten aufweisen. Beispielsweise kann die gepinnte Schicht, welche in Schritt 106 gebildet wird, ein SAF sein, welche magnetische Schichten aufweist, welche antiferromagnetisch durch (eine) dünne nichtmagnetische Schicht(en), wie beispielsweise Ru gekoppelt sind. In solch einem SAF kann jede magnetische Schicht ebenso mehrere Schichten aufweisen. Die gepinnte Schicht kann auch eine andere Multischicht bzw. Mehrfachschicht sein. Die gepinnte Schicht, welche in Schritt 106 gebildet wird, kann eine senkrechte Anisotropieenergie haben, welche die aus-der-Ebene-Entmagnetisierungsenergie überschreitet. Demnach kann die gepinnte Schicht ihr magnetisches Moment senkrecht zu der Ebene orientiert haben. Andere Orientierungen der Magnetisierung der gepinnten Schicht sind möglich. Zusätzlich wird angemerkt, dass andere Schichten, wie beispielsweise eine PEL oder (eine) Kopplungsschichten(en) zwischen die gepinnte Schicht und die nichtmagnetische Abstandshalterschicht eingefügt werden können.A pinned layer is provided by step 106 . Thus, the non-magnetic spacer layer is between the pinned layer and the free layer. In some embodiments, the pinned layer is formed in step 106 after the free layer is formed in step 102 . In other embodiments, the first layer can be formed first. The pinned layer is magnetic and may have its magnetization pinned or fixed in a particular direction during at least some portion of the operation of the magnetic junction. The pinned layer can thus be thermally stable at operating temperatures. The pinned layer formed in step 106 may be a single (single) layer or may have multiple layers. For example, the pinned layer formed in step 106 may be a SAF having magnetic layers antiferromagnetically coupled by thin nonmagnetic layer(s) such as Ru. In such an SAF, each magnetic layer may also have multiple layers. The pinned layer can also be another multilayer. The pinned layer formed in step 106 may have a perpendicular anisotropy energy that exceeds the out-of-plane demagnetization energy. Thus, the pinned layer may have its magnetic moment oriented perpendicular to the plane. Other orientations of magnetization of the pinned layer are possible. Additionally, it is noted that other layers such as a PEL or coupling layer(s) may be inserted between the pinned layer and the non-magnetic spacer layer.

In einigen Ausführungsformen weist Schritt 106 mehrere Schritte analog zu denjenigen, die obenstehend für Schritt 102 beschrieben sind, auf. Beispielsweise wird ein erster Abschnitt der gepinnten Schicht zuerst abgeschieden. Der erste Abschnitt der gepinnten Schicht kann eine magnetische Schicht aufweisen, welche Co, Fe und/oder B aufweist. Beispielsweise kann eine CoFeB-Schicht, welche nicht mehr als 20 Atomprozent B hat, abgeschieden werden. Eine PEL oder eine andere Struktur kann ebenso zwischen der gepinnten Schicht und der nichtmagnetischen Abstandshalterschicht abgeschieden worden sein. In einer solchen Ausführungsform weist Schritt 106 auch ein Abscheiden einer anderen Einfügeopferschicht auf dem Abschnitt der gepinnten Schicht auf, welche gebildet worden ist. In einigen Ausführungsformen wird die Einfügeopferschicht direkt auf der ferromagnetischen Schicht abgeschieden. In anderen Ausführungsformen kann (können) (eine) andere Schicht(en) zwischen der ferromagnetischen Schicht und der Einfügeopferschicht abgeschieden werden. Die Einfügeopferschicht kann (ein) Material(ien) aufweisen, welche(s) eine Affinität für Bor hat (haben), welches eine geringe Diffusion hat und welche eine relativ gute Gitterübereinstimmung für die darunter liegende Schicht sind. Beispielsweise kann der Unterschied in Gitterparametern zwischen der darunter liegenden ferromagnetischen Schicht und der Einfügeopferschicht weniger als zehn Prozent sein. Die Einfügeopferschicht kann dünn sein. In einigen Ausführungsformen hat die Einfügeopferschicht dieselbe Dicke wie obenstehend für die freie Schicht beschrieben. In anderen Ausführungsformen kann (können) (eine) andere Dicke(n) verwendet werden. Es ist jedoch erwünscht, dass die Einfügeopferschicht durchgehend ist, um ein Mustern, welches untenstehend diskutiert ist, zu erlauben. Die Einfügeopferschicht und darunter liegende(n) Schicht(en) werden dann bei (einer) Temperatur(en) über Raumtemperatur ausgeheilt. Beispielsweise kann ein RTA bei (einer) Temperatur(en) im Bereich von 300 bis 400 Grad Celsius verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann das Ausheilen in einer anderen Art und Weise durchgeführt werden. Nach dem Ausheilen wird der Abschnitt des magnetischen Übergangs unter der Einfügeopferschicht definiert bzw. begrenzt. Beispielsweise können die Ränder des magnetischen Übergangs unter Verwendung einer fotolithografischen Maske und einer Ionen-Dünnung (ion mill) oder einem anderen Mechanismus zum Ätzen der Schichten definiert werden. Eine nichtmagnetische Isolierschicht wie beispielsweise Aluminiumoxid kann abgeschieden werden, um den Bereich um den magnetischen Übergang nachzufüllen. Eine Planarisierung kann ebenso durchgeführt werden. Die Opferschicht kann dann entfernt werden, beispielsweise mittels Plasma-Ätzen. Andere Entfernungsverfahren können ebenso verwendet werden. Bei dem Entfernungsschritt kann ein Abschnitt der darunter liegenden ferromagnetischen Schicht entfernt werden. Der Rest der gepinnten Schicht, falls vorhanden, kann dann abgeschieden werden. Beispielsweise kann (können) eine zusätzliche ferromagnetische Schicht(en) direkt auf der freiliegenden ersten ferromagnetischen Schicht abgeschieden werden. In Ausführungsformen, in welchen die gepinnte Schicht ein SAF ist, kann eine nichtmagnetische Schicht wie beispielsweise Ru abgeschieden werden und eine andere magnetische Schicht, welche auf der nichtmagnetischen Schicht vorgesehen ist. In anderen Ausführungsformen kann die gepinnte Schicht in einer anderen Art und Weise gebildet werden.In some embodiments, step 106 includes several steps analogous to those described described above for step 102. For example, a first portion of the pinned layer is deposited first. The first portion of the pinned layer may include a magnetic layer including Co, Fe and/or B. For example, a CoFeB layer having no more than 20 atomic percent B can be deposited. A PEL or other structure may also have been deposited between the pinned layer and the non-magnetic spacer layer. In such an embodiment, step 106 also includes depositing another insertion sacrificial layer on the portion of the pinned layer that has been formed. In some embodiments, the insertion sacrificial layer is deposited directly on the ferromagnetic layer. In other embodiments, other layer(s) may be deposited between the ferromagnetic layer and the insertion sacrificial layer. The insertion sacrificial layer may comprise material(s) which have an affinity for boron, which have low diffusion and which are relatively good lattice match for the underlying layer. For example, the difference in lattice parameters between the underlying ferromagnetic layer and the insertion sacrificial layer can be less than ten percent. The insertion sacrificial layer can be thin. In some embodiments, the insertion sacrificial layer has the same thickness as described above for the free layer. In other embodiments, different thickness(es) may be used. However, it is desirable that the insertion sacrificial layer be continuous to allow for patterning, which is discussed below. The insertion sacrificial layer and underlying layer(s) are then annealed at temperature(s) above room temperature. For example, an RTA can be used at temperature(s) in the range of 300 to 400 degrees Celsius. In other embodiments, the anneal may be performed in a different manner. After the anneal, the portion of the magnetic junction under the insertion sacrificial layer is defined. For example, the edges of the magnetic junction can be defined using a photolithographic mask and ion milling or other mechanism to etch the layers. A non-magnetic insulating layer such as aluminum oxide can be deposited to refill the area around the magnetic junction. Planarization can also be performed. The sacrificial layer can then be removed, for example by means of plasma etching. Other removal methods can also be used. In the removing step, a portion of the underlying ferromagnetic layer may be removed. The remainder of the pinned layer, if any, can then be deposited. For example, an additional ferromagnetic layer(s) can be deposited directly on the exposed first ferromagnetic layer. In embodiments where the pinned layer is an SAF, a nonmagnetic layer such as Ru may be deposited and another magnetic layer provided on the nonmagnetic layer. In other embodiments, the pinned layer can be formed in a different manner.

3 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines magnetischen Übergangs 200 dar, welcher unter Verwendung des Verfahrens 100 hergestellt werden kann, sowie umgebende Strukturen. Zur Klarheit ist 3 nicht maßstabsgetreu. Der magnetische Übergang 200 kann in einer magnetischen Vorrichtung wie beispielsweise einem STT-RAM verwendet werden und demnach in einer Vielfalt von elektronischen Vorrichtungen. Der magnetische Übergang 200 weist eine freie Schicht 210 auf, welche ein magnetisches Moment 211 hat, eine nichtmagnetische Abstandshalterschicht 220 und eine gepinnte Schicht 230, welche ein magnetisches Moment 231 hat. Ebenso gezeigt ist ein unterliegendes Substrat 201, in welchem Vorrichtungen einschließlich eines jedoch nicht beschränkt auf einen Transistor gebildet werden können. Ein Bodenkontakt bzw. unterer Kontakt 202, ein oberer Kontakt 208, (eine) optionale Keimschicht(en) 204 und (eine) optionale Deckschicht(en) 206 sind ebenso gezeigt. Wie in 3 gesehen werden kann, ist die gepinnte Schicht 203 näher zu der Oberseite (am weitesten von einem Substrat 201) des magnetischen Übergangs 200. Eine optionale pinnende Schicht (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um die Magnetisierung (nicht gezeigt) der gepinnten Schicht 230 zu fixieren. In einigen Ausführungsformen kann die optionale pinnende Schicht eine AFM-Schicht sein oder eine Mehrfachschicht, welche die Magnetisierung (nicht gezeigt) der gepinnten Schicht 230 durch eine Austausch-Ausrichtungs-Wechselwirkung pinnt. In anderen Ausführungsformen jedoch kann die optionale pinnende Schicht ausgelassen werden oder eine andere Struktur kann verwendet werden. Zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen die Orientierung der gepinnten Schicht 230 und der freien Schicht 210 zu dem Substrat 201 umgekehrt werden. Demnach kann die gepinnte Schicht 230 in wechselnden Ausführungsformen näher zu dem Substrat sein als die freie Schicht 210. 3 12 illustrates an exemplary embodiment of a magnetic junction 200 that may be fabricated using the method 100 and surrounding structures. For clarity is 3 not to scale. The magnetic junction 200 can be used in a magnetic device such as an STT-RAM and thus in a variety of electronic devices. The magnetic junction 200 comprises a free layer 210 which has a 211 magnetic moment, a nonmagnetic spacer layer 220 and a pinned layer 230 which has a 231 magnetic moment. Also shown is an underlying substrate 201 in which devices including but not limited to a transistor may be formed. A bottom contact 202, a top contact 208, optional seed layer(s) 204, and optional cap layer(s) 206 are also shown. As in 3 can be seen, the pinned layer 203 is closer to the top (farthest from a substrate 201) of the magnetic junction 200. An optional pinning layer (not shown) can be used to fix the magnetization (not shown) of the pinned layer 230. In some embodiments, the optional pinning layer may be an AFM layer or a multilayer that pins the magnetization (not shown) of the pinned layer 230 through an exchange-alignment interaction. In other embodiments, however, the optional pinning layer can be omitted or a different structure can be used. Additionally, in some embodiments, the orientation of the pinned layer 230 and the free layer 210 to the substrate 201 can be reversed. Thus, in alternate embodiments, the pinned layer 230 may be closer to the substrate than the free layer 210.

In der Ausführungsform, welche in 3 gezeigt ist, übersteigen die senkrechten magnetischen Anisotropieenergien der gepinnten Schicht 230 und der freien Schicht 210 jeweils die aus-der-Ebene-Entmagnetisierungsenergien der gepinnten Schicht 230 und der freien Schicht 210. Demzufolge können die magnetischen Momente 211 und 230 der freien Schicht 210 und der gepinnten Schicht 230 jeweils senkrecht zu der Ebene sein. Anders ausgedrückt können die stabilen magnetischen Zustände für die freie Schicht 231 mit dem Moment orientiert in der +z-Richtung oder der -z-Richtung sein. Die freie Schicht 210 und die gepinnte Schicht 230 weisen jeweils eine gestrichelte Linie auf, welche anzeigt, dass die Abschnitte der Schicht 210 und/oder 230 getrennt gebildet werden können, mit der Verwendung einer Einfügeopferschicht, welche vor der Fertigstellung des magnetischen Übergangs 200 entfernt wird.In the embodiment shown in 3 As shown, the perpendicular magnetic anisotropy energies of pinned layer 230 and free layer 210 each exceed the out-of-plane demagnetization energies of the pinned ones layer 230 and the free layer 210. Accordingly, the magnetic moments 211 and 230 of the free layer 210 and the pinned layer 230 can be perpendicular to the plane, respectively. In other words, the stable magnetic states for the free layer 231 can be momentarily oriented in the +z direction or the -z direction. Free layer 210 and pinned layer 230 each have a dashed line indicating that portions of layer 210 and/or 230 can be formed separately with the use of an insertion sacrificial layer that is removed prior to magnetic junction 200 completion.

Der magnetische Übergang 200 ist ebenso konfiguriert, um es der freien Schicht 210 zu erlauben, zwischen stabilen magnetischen Zuständen umgeschaltet zu werden, wenn ein Schreibstrom durch den magnetischen Übergangs 200 hindurchgeleitet wird. Demnach ist die freie Schicht 210 unter Verwendung von Spin-Transfer-Drehmoment umschaltbar, wenn ein Schreibstrom durch den magnetischen Übergang 200 in einer Strom-senkrecht-zu-der-Ebene (CPP = Current Perpendicular-to-Plane = Strom-senkrecht-zu-der-Ebene)- Richtung getrieben wird. Die Daten, welche in dem magnetischen Übergang 210 gespeichert sind, und demnach die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht 210 können durch ein Treiben eines Lesestroms durch den magnetischen Übergang 200 gelesen werden. Der Lesestrom kann auch durch den magnetischen Übergang 200 in der CPP-Richtung getrieben werden. Demnach sieht der Magnetowiderstand des magnetischen Übergangs 200 das Lesesignal vor.Magnetic junction 200 is also configured to allow free layer 210 to be switched between stable magnetic states when a write current is passed through magnetic junction 200 . Thus, free layer 210 is switchable using spin-transfer torque when a write current is driven through magnetic junction 200 in a current-perpendicular-to-plane (CPP) direction. The data stored in the magnetic junction 210, and hence the direction of magnetization of the free layer 210, can be read by driving a read current through the magnetic junction 200. FIG. The read current can also be driven through the magnetic junction 200 in the CPP direction. Thus, the magnetoresistance of the magnetic junction 200 provides the read signal.

Der magnetische Übergang 200 und die freie Schicht 210 können eine verbesserte Leistungsfähigkeit aufgrund einer Herstellung unter Verwendung des (der) Schritt(e) 102 und/oder 106 haben. Die Vorzüge sind untenstehend hinsichtlich bestimmter physikalischer Mechanismen beschrieben. Ein Fachmann jedoch wird leicht erkennen, dass das Verfahren und System, welche hierin beschrieben sind, nicht von einer bestimmten physikalischen Erklärung abhängen. Wenn die freie Schicht 210 unter Verwendung einer Einfügeopferschicht in Schritt 102 gebildet wird, kann die freie Schicht 210 dicker sein, nach wie vor senkrecht-zu-der-Ebene stabile Zustände für das magnetische Moment 211, einen verbesserten Magnetowiderstand und/oder weniger Dämpfung haben. Wenn ohne eine Einfügeopferschicht gebildet, ist eine freie Schicht im Allgemeinen nicht mehr als ungefähr 1,2 Nanometer dick, um ein senkrecht-zu-der-Ebene- orientiertes magnetisches Moment aufrechtzuerhalten. Beispielsweise hat eine ferromagnetische CoFeB-Schicht, welche ungefähr 1,5 Nanometer dick ist, ein in der Ebene orientiertes magnetisches Moment. Obwohl eine dünnere freie Schicht ein senkrecht zu der Ebene orientiertes magnetisches Moment hat, kann der Magnetowiderstand verringert werden. Diese Verringerung kann insbesondere bemerkbar sein, wenn die freie Schicht zwischen zwei MgO-Schichten ist, wie beispielsweise einer MgO-Keimschicht und einer nichtmagnetischen MgO-Abstandshalterschicht. Es wird geglaubt, dass die Verringerung im Tunnel-Magnetowiderstand aufgrund von Konflikten in der Kristallinität der freien Schicht und der MgO-Schichten ist. Alternativ kann eine freie Schicht mit einer permanenten Einfügeschicht zwischen zwei magnetischen Schichten gebildet werden. Solch eine freie Schicht kann eine Gesamtdicke von mehr als 1,2 Nanometer haben. Die magnetischen Schichten sind nach wie vor durch die permanente Einfügeschicht getrennt. Jede der magnetischen Schichten ist nach wie vor in der Größenordnung von nicht mehr als 1,2 Nanometer dick, um das senkrecht zu der Ebene orientierte magnetische Moment aufrechtzuerhalten. Solche dünneren magnetischen/freien Schichten können ein senkrecht zu der Ebene orientiertes magnetisches Moment haben. Zusätzlich kann der Magnetowiderstand verbessert werden. Beispielsweise kann eine permanente Einfügeschicht wie beispielsweise W Konflikte zwischen der Kristallinität von umgebenden Schichten, wie beispielsweise MgO-Schichten und der freien Schicht verringern. Dies kann einen höheren Magnetowiderstand zulassen. Eine Dämpfung kann jedoch höher sein als erwünscht. Solch eine hohe Dämpfung kann den Schaltstrom erhöhen (Schaltstrom, welcher benötigt wird, um den Zustand des magnetischen Moments der freien Schicht umzuschalten). Ein höherer Schaltstrom ist im Allgemeinen unerwünscht. Demnach kann die Leistungsfähigkeit für solch einen magnetischen Übergang leiden.Magnetic junction 200 and free layer 210 may have improved performance due to fabrication using step(s) 102 and/or 106. The benefits are described below in terms of specific physical mechanisms. However, one skilled in the art will readily appreciate that the method and system described herein does not depend on any particular physical explanation. If the free layer 210 is formed using an insertion sacrificial layer in step 102, the free layer 210 may be thicker, still have perpendicular-to-the-plane stable states for the magnetic moment 211, improved magnetoresistance, and/or less damping. When formed without an insertion sacrificial layer, a free layer is generally no more than about 1.2 nanometers thick to maintain a perpendicular-to-the-plane magnetic moment. For example, a ferromagnetic CoFeB layer approximately 1.5 nanometers thick has an in-plane oriented magnetic moment. Although a thinner free layer has a magnetic moment oriented perpendicular to the plane, the magnetoresistance can be reduced. This reduction can be particularly noticeable when the free layer is between two MgO layers, such as an MgO seed layer and a non-magnetic MgO spacer layer. It is believed that the reduction in tunneling magnetoresistance is due to conflicts in the crystallinity of the free layer and the MgO layers. Alternatively, a free layer with a permanent insert layer can be formed between two magnetic layers. Such a free layer can have a total thickness of more than 1.2 nanometers. The magnetic layers are still separated by the permanent insert layer. Each of the magnetic layers is still on the order of no more than 1.2 nanometers thick to maintain the magnetic moment oriented perpendicular to the plane. Such thinner magnetic/free layers may have a magnetic moment oriented perpendicular to the plane. In addition, the magnetoresistance can be improved. For example, a permanent insertion layer such as W can reduce conflicts between the crystallinity of surrounding layers such as MgO layers and the free layer. This can allow for higher magnetoresistance. However, attenuation may be higher than desired. Such high damping can increase the switching current (switching current required to switch the state of the magnetic moment of the free layer). A higher switching current is generally undesirable. Thus, performance for such a magnetic transition can suffer.

Im Gegensatz zu solchen magnetischen Übergängen kann der magnetische Übergang 200 einen höheren Magnetowiderstand aufgrund der Verwendung der Einfügeopferschicht (in 3 nicht gezeigt) während der Herstellung haben. Die Verwendung der Einfügeopferschicht und das nachfolgende Ausheilen des unteren Abschnitts der freien Schicht 210 können eine Kristallisierung der freien Schicht 210 vor der Bildung der nichtmagnetischen Abstandshalterschicht 220 zulassen. Es wird geglaubt, dass dies aufgrund wenigstens teilweise der Affinität der Einfügeopferschicht für B und O ist, welche andernfalls in der freien Schicht 210 sein könnte. Die freie Schicht 210 kann demnach mit einer größeren Dicke hergestellt werden, während sie nach wie vor die erwünschte Kristallstruktur und senkrechte Anisotropie aufrechterhält. Beispielsweise ist die freie Schicht 210 dicker als 1,5 Nanometer, sie kann aber nach wie vor ein senkrecht zu der Ebene orientiertes magnetisches Moment 231 haben. In einigen Ausführungsformen ist die freie Schicht 210 nicht mehr als 2,5 Nanometer dick; beispielsweise kann die freie Schicht 210 wenigstens 1,6 Nanometer dick sein und nicht mehr als 2,0 Nanometer; der magnetische Übergang 200 kann demnach einen höheren Magnetowiderstand haben. Eine Entfernung der Einfügeopferschicht kann auch die Dämpfung in der freien Schicht 210 verringern. Die freie Schicht 210 kann demnach einen niedrigeren Schaltstrom zeigen. Ein kleiner Schreibstrom kann beim Programmieren des magnetischen Übergangs verwendet werden. Die Leistungsfähigkeit kann demnach verbessert werden.In contrast to such magnetic junctions, the magnetic junction 200 can have a higher magnetoresistance due to the use of the insertion sacrificial layer (in 3 not shown) during manufacture. The use of the sacrificial insertion layer and subsequent annealing of the lower portion of the free layer 210 may allow the free layer 210 to crystallize prior to the formation of the nonmagnetic spacer layer 220 . It is believed that this is due at least in part to the affinity of the insertion sacrificial layer for B and O, which could otherwise be in the free layer 210. The free layer 210 can thus be fabricated to a greater thickness while still maintaining the desired crystal structure and perpendicular anisotropy. For example, the free layer 210 is thicker than 1.5 nanometers, but it can still have a magnetic moment 231 oriented perpendicular to the plane. In some embodiments, the free layer 210 is no more than 2.5 nanometers thick; for example can the free layer 210 be at least 1.6 nanometers thick and no more than 2.0 nanometers; the magnetic junction 200 can thus have a higher magnetoresistance. Removal of the insertion sacrificial layer may also reduce the loss in the free layer 210. The free layer 210 can thus show a lower switching current. A small write current can be used when programming the magnetic junction. Therefore, the performance can be improved.

Die Herstellung der gepinnten Schicht 230 in Schritt 106 kann auch die Leistungsfähigkeit des magnetischen Übergangs 200 in einer magnetischen Vorrichtung verbessern. Da die unteren Schichten 204, 210, 220 und ein Teil von 230 definiert bzw. begrenzt werden können, bevor die gesamte gepinnte Schicht 230 abgeschieden wird, wird ein dünner Teil des magnetischen Übergangs 200 während dieses Definitionsschritts entfernt. Eine Abschattung aufgrund Nächster-Nachbar- magnetischer Übergänge in einer magnetischen Vorrichtung während dieses Definitionsschritts bzw. Begrenzungsschritts kann gelindert bzw. abgeschwächt werden. Ähnliche Vorzüge können erreicht werden, wenn der verbleibende Abschnitt des magnetischen Übergangs 200 wie beispielsweise der verbleibende Abschnitt der Schicht 230 und der Deckschicht(en) 206 definiert wird. Demnach kann der magnetische Übergang 200 näher zu einem anderen magnetischen Übergang (in 3 nicht gezeigt) platziert werden ohne die Herstellung nachteilig zu beeinflussen. Demzufolge kann die Herstellung verbessert werden und eine dichter gepackte Speichervorrichtung erreicht werden. Wenn beide Schritte 102 und 106 die Einfügeopferschicht verwenden, können dann die Vorzüge, welche obenstehend beschrieben sind, für sowohl die Leistungsfähigkeit des magnetischen Übergangs als auch das Packen/Herstellen der magnetischen Vorrichtung erreicht werden.Forming the pinned layer 230 in step 106 may also improve the performance of the magnetic junction 200 in a magnetic device. Since the bottom layers 204, 210, 220 and a portion of 230 can be defined before the entire pinned layer 230 is deposited, a thin portion of the magnetic junction 200 is removed during this definition step. Shadowing due to nearest-neighbor magnetic transitions in a magnetic device during this definition or confining step can be mitigated. Similar benefits can be achieved when defining the remaining portion of magnetic junction 200, such as the remaining portion of layer 230 and cap layer(s) 206. Thus, the magnetic junction 200 may be closer to another magnetic junction (in 3 not shown) can be placed without adversely affecting manufacture. As a result, manufacturing can be improved and a more densely packed memory device can be achieved. If both steps 102 and 106 use the insertion sacrificial layer, then the benefits described above can be achieved for both the performance of the magnetic junction and the packaging/manufacturing of the magnetic device.

4 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines magnetischen Übergangs 200' dar, welcher unter Verwendung des Verfahrens 100 hergestellt werden kann, sowie umgebende Strukturen. Zur Klarheit ist 4 nicht maßstabsgetreu. Der magnetische Übergang 200' kann in einer magnetischen Vorrichtung wie beispielsweise einem STT-RAM verwendet werden, und demnach in einer Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen. Der magnetische Übergang 200' ist analog zu dem magnetischen Übergang 200. Demzufolge haben ähnliche Komponenten analoge Bezeichnungen. Der magnetische Übergang 200' weist eine freie Schicht 210 auf, welche ein magnetisches Moment 211 hat, eine nichtmagnetische Abstandshalterschicht 220 und eine gepinnte Schicht 230, welche ein magnetisches Moment 231 hat, welche analog zu der freien Schicht 210, welche ein magnetisches Moment 211 hat, der nichtmagnetischen Abstandshalterschicht 220 und der gepinnten Schicht 230, welche ein magnetisches Moment 231 hat, welches in dem magnetischen Übergang 200 dargestellt sind, sind. 4 12 illustrates an exemplary embodiment of a magnetic junction 200' that may be fabricated using the method 100 and surrounding structures. For clarity is 4 not to scale. The magnetic junction 200' can be used in a magnetic device such as an STT-RAM, and thus in a variety of electronic devices. Magnetic junction 200' is analogous to magnetic junction 200. Accordingly, similar components have analogous designations. The magnetic junction 200' has a free layer 210, which has a magnetic moment 211, a nonmagnetic spacer layer 220, and a pinned layer 230, which has a magnetic moment 231, which is analogous to the free layer 210, which has a magnetic moment 211, the nonmagnetic spacer layer 220, and the pinned layer 230, which has a magnetic moment 231 has, which are shown in the magnetic transition 200 are.

Ebenso ist ein darunter liegendes Substrat 201, ein unterer Kontakt 202, ein oberer Kontakt 208 (eine) optionale Keimschicht(en) 204 und (eine) optionale Deckschicht(en) 206 gezeigt, welche analog sind zu dem Substrat 201, dem unteren Kontakt 202, dem oberen Kontakt 208, der (den) optionalen Keimschicht(en) 204 und der (den) optionalen Deckschicht(en) 206 für den magnetischen Übergang 200.Also shown is an underlying substrate 201, a bottom contact 202, a top contact 208, an optional seed layer(s) 204, and an optional cap layer(s) 206, which are analogous to the substrate 201, bottom contact 202, top contact 208, optional seed layer(s) 204, and optional cap layer(s) 206 for the magnetic transition 200

Der magnetische Übergang 200', welcher in 4 gezeigt ist, ist ein dualer magnetischer Übergang. Demnach weist der magnetische Übergang 200' auch eine zusätzliche nichtmagnetische Abstandshalterschicht 240 und eine zusätzliche gepinnte Schicht 250 auf. Die gepinnte Schicht 250 kann analog zu der gepinnten Schicht 230 sein. Demnach kann die gepinnte Schicht 250 ein senkrecht zu der Ebene orientiertes magnetisches Moment 250 haben. In der Ausführungsform, welche gezeigt ist, ist der magnetische Übergang 200' in einem dualen Zustand. Demnach sind die magnetischen Momente 231 und 251 antiparallel. In einer anderen Ausführungsform können die magnetischen Momente 231 und 251 in einem antidualen oder parallelen Zustand sein. In noch anderen Ausführungsformen können die magnetischen Momente 231 und 251 zwischen dem antidualen und dem dualen Zustand während des Betriebs umgeschaltet werden. Die nichtmagnetische Abstandshalterschicht 240 ist analog zu der nichtmagnetischen Abstandshalterschicht 220. Die nichtmagnetische Abstandshalterschicht 240 kann jedoch eine unterschiedliche Dicke haben und/oder aus unterschiedlichem (unterschiedlichen) Material(ien) von dem magnetischen Übergang 200 gebildet sein. Beispielsweise können die Schichten 220 und 240 beide (100)-MgO sein. Eine Schicht jedoch, wie beispielsweise die nichtmagnetische Abstandshalterschicht 240 kann dünner sein. In einigen Ausführungsformen kann die Schicht 240 in der Größenordnung von 30 Prozent dünner als die Schicht 220 sein.The magnetic transition 200', which is 4 shown is a dual magnetic transition. Accordingly, the magnetic junction 200' also includes an additional non-magnetic spacer layer 240 and an additional pinned layer 250. FIG. Pinned layer 250 may be analogous to pinned layer 230 . Thus, the pinned layer 250 may have a magnetic moment 250 oriented perpendicular to the plane. In the embodiment shown, the magnetic junction 200' is in a dual state. Accordingly, the magnetic moments 231 and 251 are antiparallel. In another embodiment, magnetic moments 231 and 251 may be in an anti-dual or parallel state. In still other embodiments, the magnetic moments 231 and 251 can be switched between the anti-dual and dual states during operation. The non-magnetic spacer layer 240 is analogous to the non-magnetic spacer layer 220. However, the non-magnetic spacer layer 240 may have a different thickness and/or be formed of different (different) material(s) from the magnetic junction 200. For example, layers 220 and 240 can both be (100)-MgO. However, a layer such as the non-magnetic spacer layer 240 may be thinner. In some embodiments, layer 240 may be on the order of 30 percent thinner than layer 220 .

Der duale magnetische Übergang 200' kann die Vorzüge des magnetischen Übergangs 200 teilen. Demnach kann der magnetische Übergang 200' einen verbesserten Magnetowiderstand, eine verringerte Dämpfung und Schaltstrom haben, und/oder kann dichter in einer magnetischen Vorrichtung gepackt sein.The dual magnetic junction 200' may share the benefits of the magnetic junction 200. Accordingly, the magnetic junction 200' may have improved magnetoresistance, reduced damping and switching current, and/or may be more densely packed in a magnetic device.

5 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens 110 zum Herstellen eines Abschnitts eines magnetischen Übergangs dar, welcher in einer magnetischen Vorrichtung wie beispielsweise einem STT-RAM verwendbar ist und demnach in einer Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen. Zur Vereinfachung können einige Schritte ausgelassen werden, anderweitig bzw. in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden oder kombiniert werden. Weiterhin kann das Verfahren 110 starten, nachdem andere Schritte beim Bilden eines magnetischen Speichers durchgeführt worden sind. Das Verfahren 110 kann beim Durchführen des Schritts 102 des Verfahrens 100 verwendet werden. In anderen Ausführungsformen jedoch kann das Verfahren 110 beim Herstellen eines anderen Abschnitts des magnetischen Übergangs 200 wie beispielsweise der gepinnten Schicht verwendet werden und/oder kann in Verbindung mit einem anderen Herstellungsvorgang verwendet werden. 5 11 illustrates an exemplary embodiment of a method 110 for fabricating a portion of a magnetic junction, wel cher is usable in a magnetic device such as STT-RAM and hence in a variety of electronic devices. For simplicity, some steps may be omitted, performed differently or in a different order, or combined. Furthermore, the method 110 may start after other steps in forming a magnetic memory have been performed. Method 110 may be used in performing step 102 of method 100 . However, in other embodiments, the method 110 may be used in fabricating another portion of the magnetic junction 200, such as the pinned layer, and/or may be used in conjunction with another fabrication process.

Das Verfahren 110 kann starten bzw. beginnen, nachdem (eine) andere Schicht(en) wie beispielsweise (eine) Keimschicht(en) gebildet worden sind. Beispielsweise beginnt in einer Ausführungsform das Verfahren 110 nachdem eine kristalline MgO-Keimschicht, welche eine (100)-Orientierung hat, abgeschieden worden ist. Wenn ein dualer magnetischer Übergang hergestellt wird, kann die MgO-„Keim“-Schicht eine andere nichtmagnetische Abstandshalterschicht sein, welche auf einer gepinnten Schicht gebildet worden ist. Zusätzlich kann eine PEL als Teil von oder zusätzlich zu der freien Schicht vorgesehen sein.The method 110 may start after another layer(s), such as seed layer(s), have been formed. For example, in one embodiment, the method 110 begins after a crystalline MgO seed layer having a (100) orientation has been deposited. If a dual magnetic junction is fabricated, the MgO "seed" layer can be another non-magnetic spacer layer formed on top of a pinned layer. In addition, a PEL may be provided as part of or in addition to the free layer.

Ein erster Abschnitt der freien Schicht wird über Schritt 112 abgeschieden. Der erste Abschnitt der freien Schicht kann eine magnetische Schicht aufweisen, welche Co, Fe und/oder B aufweist. Beispielsweise kann eine CoFeB-Schicht abgeschieden werden, welche nicht mehr als zwanzig Atomprozent B hat. In einigen Ausführungsformen kann die Dicke dieser ferromagnetischen Schicht bis zu 2,5 Nanometer betragen. In einigen Ausführungsformen kann die ferromagnetische Schicht wenigstens 1,5 Nanometer dick sein. In anderen Ausführungsformen sind anderen Dicken und/oder Schichten möglich.A first portion of the free layer is deposited via step 112 . The first portion of the free layer may include a magnetic layer including Co, Fe and/or B. For example, a CoFeB layer having no more than twenty atomic percent B can be deposited. In some embodiments, the thickness of this ferromagnetic layer can be up to 2.5 nanometers. In some embodiments, the ferromagnetic layer can be at least 1.5 nanometers thick. In other embodiments, other thicknesses and/or layers are possible.

Eine Einfügeopferschicht wird mittels Schritt 114 auf der ersten ferromagnetischen Schicht derart abgeschieden, dass die Schichten eine Grenzfläche teilen. Die Einfügeopferschicht kann demnach (ein) Material(ien) aufweisen, welche eine Affinität für Bor haben, welche eine geringe Diffusion haben und welche eine relativ gute Gitterübereinstimmung für die darunter liegende CoFeB-Schicht haben. Beispielsweise kann die Differenz in den Gitterparametern zwischen der darunter liegenden ferromagnetischen Schicht und der Einfügeopferschicht weniger als zehn Prozent sein. Die Einfügeopferschicht kann eines oder mehreres von Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, und Zr aufweisen. In einigen Ausführungsformen besteht die Einfügeopferschicht aus Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, und/oder Zr. Die Einfügeopferschicht kann dünn sein, beispielsweise weniger als 1,0 Nanometer dick. In einigen solcher Ausführungsformen kann die Einfügeopferschicht 0,4 Nanometer nicht überschreiten und ist größer als 0,1 Nanometer. In anderen Ausführungsformen kann (können) (eine) andere Dicke(n) verwendet werden.An insertion sacrificial layer is deposited via step 114 on the first ferromagnetic layer such that the layers share an interface. The insertion sacrificial layer may thus comprise material(s) which have an affinity for boron, which have low diffusion, and which have relatively good lattice match for the underlying CoFeB layer. For example, the difference in lattice parameters between the underlying ferromagnetic layer and the insertion sacrificial layer can be less than ten percent. The sacrificial insertion layer may include one or more of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, and Zr. In some embodiments, the insertion sacrificial layer consists of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, and/or Zr. The insertion sacrificial layer may be thin, for example less than 1.0 nanometer thick. In some such embodiments, the insertion sacrificial layer may not exceed 0.4 nanometers and is greater than 0.1 nanometers. In other embodiments, different thickness(es) may be used.

Die Einfügeopferschicht und die darunter liegende(n) Schicht(en) werden dann bei (einer) Temperatur(en) über Raumtemperatur mittels Schritt 116 ausgeheilt. Beispielsweise kann eine RTA bei (einer) Temperatur(en) in dem Bereich von 300-400 Grad Celsius verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann das Ausheilen in einer anderen Art und Weise und/oder bei (einer) anderen Temperatur(en) durchgeführt werden. Das Ausheilen von Schritt 116 kann derart durchgeführt werden, dass die darunter liegende CoFeB-Schicht mit der erwünschten Struktur und Orientierung kristallisiert. Zusätzlich kann ein Überschuss von B in der CoFeB-Schicht und/oder überschüssiger Sauerstoff in der ferromagnetischen Schicht durch die Einfügeschicht während des Ausheilens aufgenommen werden.The insertion sacrificial layer and underlying layer(s) are then annealed at temperature(s) above room temperature via step 116 . For example, an RTA can be used at temperature(s) in the range of 300-400 degrees Celsius. In other embodiments, the anneal may be performed in a different manner and/or at different temperature(s). The anneal of step 116 can be performed such that the underlying CoFeB layer crystallizes with the desired structure and orientation. In addition, excess B in the CoFeB layer and/or excess oxygen in the ferromagnetic layer can be scavenged by the tie layer during annealing.

Nach dem Ausheilen wird die Einfügeopferschicht mittels Schritt 118 entfernt. Beispielsweise kann ein Plasma-Ätzen verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann die Einfügeopferschicht in einer anderen Art und Weise entfernt werden, einschließlich jedoch nicht beschränkt auf Ionen-Dünnen (ion milling) oder eine chemisch-mechanische Planarisierung. In Schritt 118 kann ein Abschnitt der darunterliegenden CoFeB-Schicht entfernt werden. Nach Schritt 118 kann die verbleibende Dicke des CoFeB erwünscht sein, um größer als null zu sein, jedoch nicht mehr als 1,5 Nanometer. In einigen Ausführungsformen kann der Rest der CoFeB-Schicht, welche in Schritt 112 gebildet wird, nicht mehr als 1,2 Nanometer sein. In einigen solchen Ausführungsformen ist die CoFeB-Schicht nach Schritt 118 nicht mehr als 1,0 Nanometer dick. Eine komplette Entfernung der CoFeB-Schicht ist jedoch nicht wünschenswert.After the anneal, the sacrificial insertion layer is removed via step 118 . For example, a plasma etch can be used. In other embodiments, the insertion sacrificial layer may be removed in other ways including, but not limited to, ion milling or chemical mechanical planarization. In step 118, a portion of the underlying CoFeB layer may be removed. After step 118, the remaining thickness of the CoFeB may be desired to be greater than zero but no more than 1.5 nanometers. In some embodiments, the remainder of the CoFeB layer formed in step 112 may be no more than 1.2 nanometers. In some such embodiments, after step 118, the CoFeB layer is no more than 1.0 nanometers thick. However, complete removal of the CoFeB layer is not desirable.

Der Rest der freien Schicht, falls vorhanden, kann dann mittels Schritt 120 abgeschieden werden. Beispielsweise kann eine zweite ferromagnetische CoFeB-Schicht auf der freiliegenden ersten ferromagnetischen Schicht abgeschieden werden. Demnach können die erste und die zweite magnetische (beispielsweise CoFeB-) Schicht eine Grenzfläche teilen. Alternativ kann eine andere Schicht einschließlich einer Mehrfachschicht gebildet werden. Trotz der Gesamtmenge von magnetischem Material, welches anwesend ist, muss die freie Schicht eine senkrechte magnetische Anisotropie haben, welche die Entmagnetisierungsenergie überschreitet. Der verbleibende Abschnitt der ersten ferromagnetischen Schicht nach Schritt 118 und die zweite ferromagnetische Schicht, welche in Schritt 120 vorgesehen wird, haben zusammen eine Gesamtdicke, welche größer als 1,5 Nanometer ist. Die Gesamtdicke dieser zwei Schichten mag bzw. kann 3,0 Nanometer nicht überschreiten. In einer solchen Ausführungsform überschreitet die Gesamtdicke 2,5 Nanometer nicht. Beispielsweise kann die Gesamtdicke wenigstens sechzehn Nanometer sein und weniger als 2,0 Nanometer. In einigen Ausführungsformen sind die Dicken jeder der ersten und zweiten ferromagnetischen Schicht nicht mehr als 1,5 Nanometer dick.The remainder of the free layer, if any, can then be deposited via step 120. For example, a second ferromagnetic CoFeB layer can be deposited on the exposed first ferromagnetic layer. Thus, the first and second magnetic (e.g., CoFeB) layers may share an interface. Alternatively, another layer including a multilayer may be formed. Despite the total amount of magnetic material present, the free layer must have a perpendicular magnetic anisotropy that exceeds the demagnetization energy tet. The remaining portion of the first ferromagnetic layer after step 118 and the second ferromagnetic layer provided in step 120 together have a total thickness that is greater than 1.5 nanometers. The total thickness of these two layers may not exceed 3.0 nanometers. In such an embodiment, the total thickness does not exceed 2.5 nanometers. For example, the overall thickness can be at least sixteen nanometers and less than 2.0 nanometers. In some embodiments, the thicknesses of each of the first and second ferromagnetic layers are no more than 1.5 nanometers thick.

6 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines magnetischen Übergangs 200" dar, der unter Verwendung des Verfahrens 110 hergestellt werden kann. Zur Klarheit ist 6 nicht maßstabsgetreu. Der magnetische Übergang 200" kann in einer magnetischen Vorrichtung wie beispielsweise einem STT-RAM verwendet werden und demnach in einer Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen. Der magnetische Übergang 200" ist analog zu dem magnetischen Übergang 200. Demzufolge haben ähnliche Komponenten bzw. Bestandteile analoge Bezeichnungen. Der magnetische Übergang 200" weist eine freie Schicht 210', welche ein magnetisches Moment 211' hat, eine nichtmagnetische Abstandshalterschicht 220 und eine gepinnte Schicht 230', welche magnetische Momente 231A/231B hat, auf, welche analog zu der freien Schicht 210, welche ein magnetisches Moment 211 hat, der nichtmagnetischen Abstandshalterschicht 220 und der gepinnten Schicht 230, welche ein magnetisches Moment 231 hat, sind, welche in dem magnetischen Übergang 200 dargestellt sind. Ebenso gezeigt ist (sind) (eine) darunter liegende optionale Keimschicht(en) 204, welche analog zu (der) optionalen Keimschicht(en) 204 für den magnetischen Übergang 200 ist (sind). Die Keimschicht 204 kann eine kristalline MgO-Keimschicht in der Ausführungsform, welche gezeigt ist, sein. Die MgO-Keimschicht 204 kann die senkrechte magnetische Anisotropie der freien Schicht 210' verbessern. 6 12 illustrates an exemplary embodiment of a magnetic junction 200'' that may be fabricated using method 110. For clarity, FIG 6 not to scale. The magnetic junction 200" may be used in a magnetic device such as STT-RAM and thus in a variety of electronic devices. The magnetic junction 200" is analogous to the magnetic junction 200. Accordingly, like components have analogous designations. The magnetic junction 200" has a free layer 210', which has a magnetic moment 211', a nonmagnetic spacer layer 220, and a pinned layer 230', which has magnetic moments 231A/231B, which are analogous to the free layer 210, which has a magnetic moment 211, the nonmagnetic spacer layer 220, and the pinned layer 230 which have a has magnetic moment 231 are shown in magnetic junction 200. Also shown is (are) underlying optional seed layer(s) 204, which is (are) analogous to optional seed layer(s) 204 for magnetic junction 200. Seed layer 204 may be a crystalline MgO seed layer in the embodiment shown. MgO seed layer 204 may be the perpendicular one improve magnetic anisotropy of free layer 210'.

Ebenso in 6 gezeigt sind eine optionale Fe-Einfügeschicht 260 und eine optionale PEL 270. Beispielsweise kann die PEL 270 eine CoFeB-Legierungsschicht, eine FeB-Legierungsschicht, eine Fe/CoFeB-Bi-Schicht, eine halbmetallische Schicht oder eine Heusler-Legierungsschicht sein. Andere Materialien mit hoher Spin-Polarisierung können ebenso vorgesehen werden. In einigen Ausführungsformen ist die PEL 270 auch konfiguriert, um die senkrechte magnetische Anisotropie der gepinnten Schicht 230 zu verbessern. Zusätzlich ist die gepinnte Schicht 230' ein SAF, welcher ferromagnetische Schichten 232 und 236 aufweist, welche durch eine nichtmagnetische Schicht 234 getrennt sind. Die ferromagnetischen Schichten 232 und 236 sind antiferromagnetisch über die nichtmagnetische Schicht 234 gekoppelt. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere der ferromagnetischen Schichten 232 eine Mehrfachschicht bzw. Multischicht sein. Die gepinnte Schicht 230' kann unter Verwendung von Schritt 106 des Verfahrens 100 hergestellt werden. Demnach können Abschnitte des magnetischen Übergangs 200" definiert bzw. begrenzt werden vor der Bildung des Teils der gepinnten Schicht 230'. In anderen Ausführungsformen können die Schichten 232, 234 und 236 abgeschieden werden, bevor die Ränder des magnetischen Übergangs 230" definiert werden.Likewise in 6 Shown are an optional Fe interposer layer 260 and an optional PEL 270. For example, the PEL 270 may be a CoFeB alloy layer, an FeB alloy layer, an Fe/CoFeB-Bi layer, a semi-metallic layer, or a Heusler alloy layer. Other high spin polarization materials can also be envisaged. In some embodiments, the PEL 270 is also configured to improve the perpendicular magnetic anisotropy of the pinned layer 230. FIG. Additionally, the pinned layer 230' is a SAF comprising ferromagnetic layers 232 and 236 separated by a nonmagnetic layer 234. FIG. Ferromagnetic layers 232 and 236 are antiferromagnetically coupled across nonmagnetic layer 234 . In some embodiments, one or more of the ferromagnetic layers 232 may be a multilayer. The pinned layer 230' may be fabricated using step 106 of the method 100. FIG. Thus, portions of the magnetic junction 200" may be defined prior to forming the portion of the pinned layer 230'. In other embodiments, the layers 232, 234, and 236 may be deposited before the edges of the magnetic junction 230" are defined.

Der magnetische Übergang 200", welcher in 6 gezeigt ist, wird unter Verwendung des Verfahrens 110 für den Schritt 102 des Verfahrens 100 verwendet. Die freie Schicht 210' weist demnach zwei Abschnitte, welche durch eine gestrichelte Linie getrennt sind, auf. Der untere Abschnitt der freien Schicht 210' unter der gestrichelten Linie wird in Schritt 112 abgeschieden. Einige Abschnitte dieser Schicht können in Schritt 118 entfernt worden sein. Der obere Abschnitt der freien Schicht 210' über der gestrichelten Linie wird in Schritt 120 abgeschieden. Obwohl die gestrichelte Linie die freie Schicht 210' im Wesentlichen in eine Hälfte unterteilt, können verschiedene Bruchteile bzw. Fraktionen der freien Schicht 210 über oder unter der gestrichelten Linie sein. Die freie Schicht 210' kann demnach angesehen werden, um eine einzelne ferromagnetische Schicht aufzuweisen, welche eine Dicke größer als 1,5 Nanometer hat. Abschnitte dieser ferromagnetischen Schicht jedoch werden in unterschiedlichen Schritten des Verfahrens 110 abgeschieden. In der Ausführungsform, welche in 6 gezeigt ist, besteht die freie Schicht 210' aus einer solchen einzelnen ferromagnetischen Schicht. In einigen Ausführungsformen ist diese ferromagnetische Schicht eine CoFeB-Schicht, welche nicht mehr als zwanzig Atomprozent B aufweist.The magnetic transition 200", which in 6 is used for step 102 of method 100 using method 110 . The free layer 210' thus has two sections separated by a dashed line. The lower portion of the free layer 210' below the dashed line is deposited in step 112. FIG. Some portions of this layer may have been removed in step 118. The top portion of the free layer 210' above the dashed line is deposited in step 120. FIG. Although the dashed line essentially divides the free layer 210' in half, various fractions of the free layer 210 may be above or below the dashed line. The free layer 210' can thus be considered to comprise a single ferromagnetic layer having a thickness greater than 1.5 nanometers. However, portions of this ferromagnetic layer are deposited in different steps of the process 110 . In the embodiment shown in 6 As shown, the free layer 210' consists of such a single ferromagnetic layer. In some embodiments, this ferromagnetic layer is a CoFeB layer containing no more than twenty atomic percent B.

Da die freie Schicht 210' unter Verwendung einer Einfügeopferschicht in dem Verfahren 110 gebildet wird, kann die freie Schicht 210' dicker sein, nach wie vor senkrecht zur Ebene orientierte stabile Zustände für das magnetische Moment 211, einen verbesserten Magnetowiderstand und/oder eine geringere Dämpfung haben. Die Einfügeopferschicht und das Ausheilen, welche in den Schritten 116 bis 118 verwendet werden, können die Kristallinität der freien Schicht 210' verbessern. Dies kann einen höheren Magnetowiderstand zulassen. Die Entfernung der Einfügeopferschicht in Schritt 118 vor dem Abscheiden des verbleibenden Abschnitts der freien Schicht 210' verbessert die Dämpfung der freien Schicht 210'. Die freie Schicht 210' kann demnach zu einer größeren Dicke hergestellt werden, während sie nach wie vor die erwünschte Kristallstruktur und die senkrechte Anisotropie aufrechterhält. Beispielsweise ist die freie Schicht 210 dicker als 1,5 Nanometer, kann jedoch nach wie vor ein senkrecht zu der Ebene orientiertes magnetisches Moment 211 haben. In einigen Ausführungsformen ist die freie Schicht 210 nicht mehr als 2,5 Nanometer dick. Beispielsweise kann die freie Schicht 210 wenigstens 1,6 Nanometer dick und nicht mehr als 2,0 Nanometer dick sein. Der magnetische Übergang 200" kann demnach einen höheren Magnetowiderstand haben. Eine Entfernung der Einfügeopferschicht kann ebenso die Dämpfung in der freien Schicht 210 verringern. Die freie Schicht 210 kann demnach einen niedrigeren Schaltstrom zeigen. Ein niedrigerer bzw. kleinerer Schreibstrom kann beim Programmieren des magnetischen Übergangs verwendet werden. Die Leistungsfähigkeit kann demnach verbessert werden.Because the free layer 210' is formed using an insertion sacrificial layer in the process 110, the free layer 210' may be thicker, still have perpendicular-to-plane stable states for the magnetic moment 211, improved magnetoresistance, and/or lower damping. The insertion sacrificial layer and anneal used in steps 116-118 may improve the crystallinity of the free layer 210'. This can allow for higher magnetoresistance. The removal of the insertion sacrificial layer in step 118 prior to depositing the remaining portion of the free layer 210' improves the damping of the free layer 210'. The free layer 210' can thus be made to a greater thickness while still having the desired crystal tall structure and maintains the perpendicular anisotropy. For example, the free layer 210 is thicker than 1.5 nanometers, but may still have a magnetic moment 211 oriented perpendicular to the plane. In some embodiments, the free layer 210 is no more than 2.5 nanometers thick. For example, the free layer 210 can be at least 1.6 nanometers thick and no more than 2.0 nanometers thick. The magnetic junction 200" can therefore have a higher magnetoresistance. Removal of the insertion sacrificial layer can also reduce the loss in the free layer 210. The free layer 210 can therefore show a lower switching current. A lower or smaller write current can be used when programming the magnetic junction. The performance can therefore be improved.

Die gepinnte Schicht 230' kann ebenso die Leistungsfähigkeit des magnetischen Übergangs 200" in einer magnetischen Vorrichtung verbessern. Insbesondere können ein Teil des magnetischen Übergangs, welcher die Schichten 210, 260, 220, 270 aufweist, und einige Abschnitte der Schicht 230' zuerst definiert werden. Der Rest der gepinnten Schicht 230' wird später definiert. Ein Abschatten während dieses (dieser) Definitionsschritt(e) kann abgelindert werden. Demzufolge kann die Herstellung verbessert werden und eine dichter gepackte Speichervorrichtung erreicht werden.The pinned layer 230' can also improve the performance of the magnetic junction 200" in a magnetic device. In particular, a portion of the magnetic junction comprising the layers 210, 260, 220, 270 and some portions of the layer 230' can be defined first. The remainder of the pinned layer 230' is defined later. Shadowing during this(these) definition step(s) can be mitigated a more densely packed memory device can be achieved.

7 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens 130 zum Herstellen eines Abschnitts eines magnetischen Übergangs dar, welcher in einer magnetischen Vorrichtung wie beispielsweise einem STT-RAM verwendbar ist, und demnach in einer Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen. Zur Vereinfachung können einige Schritte ausgelassen sein, anderweitig bzw. in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden oder kombiniert werden. Weiterhin kann das Verfahren 130 starten, nachdem andere Schritte beim Bilden eines magnetischen Speichers durchgeführt worden sind. Das Verfahren 130 ist analog zu einer Ausführungsform von Schritt 106 des Verfahrens 100. Demnach kann das Verfahren 130 beginnen, nachdem die freie Schicht und die nichtmagnetische Abstandshalterschicht vorgesehen worden sind. 7 13 illustrates an exemplary embodiment of a method 130 for fabricating a portion of a magnetic junction usable in a magnetic device such as STT-RAM, and thus in a variety of electronic devices. For simplicity, some steps may be omitted, performed differently or in a different order, or combined. Furthermore, the method 130 may start after other steps in forming a magnetic memory have been performed. The method 130 is analogous to an embodiment of step 106 of the method 100. Thus, the method 130 may begin after the free layer and the nonmagnetic spacer layer have been provided.

Ein erster Abschnitt der gepinnten Schicht wird mittels Schritt 132 abgeschieden. Dieser erste Abschnitt der gepinnten Schicht kann eine einzelne Schicht oder eine Mehrfachschicht sein. Beispielsweise kann der erste Abschnitt der gepinnten Schicht eine magnetische Schicht aufweisen, welche Co, Fe und/oder B aufweist. Beispielsweise kann eine CoFeB-Schicht, welche nicht mehr als zwanzig Atomprozent B hat, abgeschieden werden. Eine PEL oder eine andere Struktur kann auch zwischen der gepinnten Schicht und der nichtmagnetischen Abstandshalterschicht abgeschieden worden sein. Eine Mehrfachschicht, welche ferromagnetische Schichten aufweist, welche mit nichtmagnetischen Schichten verschachtelt sind, wie beispielsweise eine Co/Pt-Mehrfachschicht, kann auch abgeschieden werden. Wenn die gepinnte Schicht, welche in dem Verfahren 130 gebildet wird, ein SAF ist, kann Schritt 132 ein Abscheiden eines Abschnitts der magnetischen (Multi- bzw. Mehrfach-) Schicht; der magnetischen (Mehrfach-) Schicht und einigem oder allem der nichtmagnetischen Schicht; oder der magnetischen (Mehrfach-) Schicht, der nichtmagnetischen Schicht und eines Abschnitts der oberen magnetischen (Mehrfach-) Schicht aufweisen. Im Allgemeinen wird jedoch ein kleinerer Abschnitt der gepinnten Schicht in Schritt 132 abgeschieden. Dies erlaubt es, dass eine dünnere Struktur in Schritt 138 untenstehend definiert bzw. begrenzt wird.A first portion of the pinned layer is deposited via step 132 . This first portion of the pinned layer can be a single layer or a multi-layer. For example, the first portion of the pinned layer may include a magnetic layer including Co, Fe, and/or B. For example, a CoFeB layer having no more than twenty atomic percent B can be deposited. A PEL or other structure may also have been deposited between the pinned layer and the non-magnetic spacer layer. A multilayer comprising ferromagnetic layers interleaved with nonmagnetic layers, such as a Co/Pt multilayer, may also be deposited. If the pinned layer formed in method 130 is a SAF, step 132 may include depositing a portion of the magnetic (multiple) layer; the magnetic (multiple) layer and some or all of the nonmagnetic layer; or the magnetic (multiple) layer, the nonmagnetic layer and a portion of the upper magnetic (multiple) layer. In general, however, a smaller portion of the pinned layer is deposited in step 132 . This allows a thinner structure to be defined in step 138 below.

Eine Einfügeopferschicht wird auf dem Abschnitt der gepinnten Schicht abgeschieden, welcher mittels Schritt 134 gebildet worden ist. Die Einfügeopferschicht kann (ein) Material(ien) aufweisen, das (die) eine Affinität für Bor hat (haben), das eine niedrige Diffusion hat (haben), und das (die) eine relativ gute Gitterübereinstimmung für die darunterliegende Schicht hat (haben). Beispielsweise kann der Unterschied in Gitterparametern zwischen der darunterliegenden ferromagnetischen Schicht und der Einfügeopferschicht weniger als zehn Prozent sein. Beispielsweise kann die Einfügeopferschicht eines oder mehreres von Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, und Zr aufweisen. In einigen Ausführungsformen besteht die Einfügeopferschicht aus Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, und/oder Zr . Die Einfügeopferschicht kann dünn sein. Es ist jedoch erwünscht, dass die Einfügeopferschicht durchgehend ist, um ein Mustern, wie es untenstehend diskutiert ist, zu erlauben.A sacrificial insertion layer is deposited on the portion of the pinned layer formed by step 134 . The insertion sacrificial layer may comprise material(s) that have an affinity for boron, that have low diffusion, and that have relatively good lattice match for the underlying layer. For example, the difference in lattice parameters between the underlying ferromagnetic layer and the insertion sacrificial layer can be less than ten percent. For example, the insertion sacrificial layer may include one or more of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, and Zr. In some embodiments, the insertion sacrificial layer consists of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, and/or Zr. The insertion sacrificial layer can be thin. However, it is desirable that the insertion sacrificial layer be continuous to allow for patterning as discussed below.

Die Einfügeopferschicht und die darunterliegende(n) Schicht(en) wird (werden) dann mittels Schritt 136 ausgeheilt. Beispielsweise kann ein RTA bei (einer) Temperatur(en) in dem Bereich von 300 bis 400 Grad Celsius verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann das Ausheilen in einer anderen Art und Weise durchgeführt werden. Demnach werden nicht nur der Abschnitt der gepinnten Schicht, welcher in Schritt 132 abgeschieden wird, und die Einfügeopferschicht in Schritt 132 ausgeheilt, sondern auch die nichtmagnetische Abstandshalterschicht und die freie Schicht, welche unter der Einfügeopferschicht anwesend sein kann. Demnach können die Temperatur und andere Charakteristiken des Ausheilens erwünscht sein, um ausreichend niedrig zu sein, dass die nichtmagnetische Abstandshalterschicht, wie beispielsweise eine kristalline MgO-Tunnelsperrschicht nicht nachteilig beeinflusst wird.The insertion sacrificial layer and the underlying layer(s) is (are) then annealed via step 136 . For example, an RTA can be used at temperature(s) in the range of 300 to 400 degrees Celsius. In other embodiments, the anneal may be performed in a different manner. Thus, not only the portion of the pinned layer that is deposited in step 132 and the sacrificial insertion layer are annealed in step 132, but also the non-magnetic spacer layer and the free layer that may be present under the sacrificial insertion layer. Accordingly, the temperature and other characteristics of the anneal may be desirable to be sufficiently low that the nonmagnetic spacer layer, such as a kris tallline MgO tunnel barrier is not adversely affected.

Nach dem Ausheilen wird der Abschnitt des magnetischen Übergangs unter der Einfügeopferschicht mittels Schritt 138 fotolithografisch begrenzt bzw. definiert. Schritt 138 kann demnach ein Vorsehen einer Fotolackschicht und ein Mustern der Fotolackschicht aufweisen, um eine Fotolackmaske vorzusehen. Andere Materialien können ebenso für die Maske verwendet werden. Die Maske bedeckt die Abschnitte der abgeschiedenen Schichten, welche einen Teil des magnetischen Übergangs zu bilden haben. Die Bereiche um den magnetischen Übergang herum sind freiliegend. Die Ränder des magnetischen Übergangs können unter Verwendung eines Ionen-Dünnens (ion mill) oder eines anderen Mechanismus zum Ätzen der freiliegenden Abschnitte der Schichten definiert bzw. begrenzt werden. Das Ionen-Dünnen kann bei einem kleinen Winkel hinsichtlich der Normalen an der Oberfläche der Einfügeopferschicht ausgeführt werden.After the anneal, step 138 photolithographically defines the portion of the magnetic junction below the insertion sacrificial layer. Thus, step 138 may include providing a photoresist layer and patterning the photoresist layer to provide a photoresist mask. Other materials can also be used for the mask. The mask covers the portions of the deposited layers which are to form part of the magnetic junction. The areas around the magnetic junction are exposed. The edges of the magnetic junction can be defined using ion milling or other mechanism to etch the exposed portions of the layers. The ion thinning can be performed at a small angle with respect to the normal to the surface of the insertion sacrificial layer.

Ein Nachfüllschritt wird dann mittels Schritt 140 durchgeführt. Demnach kann eine nichtmagnetische isolierende Schicht wie beispielsweise Aluminiumoxid abgeschieden werden. Eine Planarisierung kann ebenso durchgeführt werden, um eine flache Oberfläche für eine nachfolgende Bearbeitung bzw. Verarbeitung vorzusehen.A refill step is then performed by step 140 . Accordingly, a non-magnetic insulating layer such as aluminum oxide can be deposited. Planarization can also be performed to provide a flat surface for subsequent processing.

Die Einfügeopferschicht kann dann mittels Schritt 142 entfernt werden. Schritt 142 kann mittels Plasma-Ätzen durchgeführt werden. Andere Entfernungsverfahren können ebenso verwendet werden. In dem Entfernungsschritt kann ein Abschnitt des darunterliegenden Teils der gepinnten Schicht entfernt werden. Der Rest der gepinnten Schicht, falls vorhanden, kann dann mittels Schritt 144 abgeschieden werden. Beispielsweise kann (können) eine zusätzliche Schicht(en) direkt auf der ersten freiliegenden ferromagnetischen Schicht abgeschieden werden. In Ausführungsformen, in welchen die gepinnte Schicht ein SAF ist, hängen die abgeschiedenen Schichten von dem Bruchteil bzw. der Fraktion der gepinnten Schicht, welche in Schritt 132 abgeschieden wird, ab. Wenn beispielsweise die gesamte untere ferromagnetische Schicht (Mehrfachschicht) in Schritt 132 abgeschieden wurde, dann kann die nichtmagnetische Schicht wie beispielsweise Ru und eine andere magnetische Schicht in Schritt 144 abgeschieden werden. In anderen Ausführungsformen kann die gepinnte Schicht in einer anderen Art und Weise gebildet werden.The insertion sacrificial layer can then be removed via step 142 . Step 142 can be performed using plasma etching. Other removal methods can also be used. In the removing step, a portion of the underlying portion of the pinned layer may be removed. The remainder of the pinned layer, if any, can then be deposited via step 144 . For example, an additional layer(s) can be deposited directly on the first exposed ferromagnetic layer. In embodiments where the pinned layer is an SAF, the deposited layers depend on the fraction of the pinned layer that is deposited in step 132 . For example, if the entire bottom ferromagnetic layer (multilayer) was deposited in step 132, then the nonmagnetic layer such as Ru and another magnetic layer may be deposited in step 144. In other embodiments, the pinned layer can be formed in a different manner.

Der verbleibende Abschnitt des magnetischen Übergangs kann mittels Schritt 146 definiert werden. Schritt 146 kann fotolithografisch in einer Art und Weise analog zu Schritt 138 ausgeführt werden. Da jedoch die freie Schicht bereits in Schritt 138 definiert worden ist, kann ein Muster geringerer Dichte in Schritt 146 verwendet werden. Demnach kann das obere des magnetischen Übergangs weniger breit als das untere bzw. der Boden sein. In anderen Ausführungsformen kann der obere Abschnitt des magnetischen Übergangs dieselbe Größe sein wie oder breiter als der untere Abschnitt des magnetischen Übergangs. In einigen Ausführungsformen können die oberen Abschnitte der gepinnten Schichten sich über mehrere magnetische Übergänge erstrecken.The remaining portion of the magnetic transition can be defined using step 146 . Step 146 may be performed photolithographically in a manner analogous to step 138. However, since the free layer has already been defined in step 138, a lower density pattern can be used in step 146. Thus, the top of the magnetic junction may be less wide than the bottom or bottom. In other embodiments, the top portion of the magnetic junction may be the same size as or wider than the bottom portion of the magnetic junction. In some embodiments, the top portions of the pinned layers may span multiple magnetic junctions.

8 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines magnetischen Speichers dar, welcher magnetische Übergänge 200''' aufweist, welche unter Verwendung des Verfahrens 130 hergestellt werden können. Zur Klarheit ist 8 nicht maßstabsgetreu. Die magnetischen Übergänge 200''' können in einer magnetischen Vorrichtung wie beispielsweise einem STT-RAM und demnach in einer Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen verwendet werden. Die magnetischen Übergänge 200''' sind analog zu den magnetischen Übergängen 200, 200' und/oder 200''. Zur Vereinfachung jedoch sind die individuellen Schichten der magnetischen Übergänge 200''' nicht gezeigt. 8th 13 illustrates an exemplary embodiment of a magnetic memory having magnetic junctions 200''' that may be fabricated using method 130. FIG. For clarity is 8th not to scale. The magnetic junctions 200''' can be used in a magnetic device such as an STT-RAM and thus in a variety of electronic devices. The magnetic junctions 200''' are analogous to the magnetic junctions 200, 200' and/or 200''. However, for the sake of simplicity, the individual layers of the magnetic junctions 200''' are not shown.

Wie in 8 gesehen werden kann, sind die unteren Abschnitte der magnetischen Übergänge 200", welche in Schritt 138 definiert werden, durch einen Abstand d₁ beabstandet. Die oberen Abschnitte der magnetischen Übergänge 200''', welche in Schritt 146 definiert werden, sind durch den Abstand d₂ getrennt. Weiterhin gilt d₁ < d₂. Demnach haben die Fotolackmasken, welche für die Schritte 138, 146 verwendet werden, eine unterschiedliche Dichte. In anderen Ausführungsformen könnte die Dichte dieselbe sein derart, dass d₁ = d₂. In noch anderen Ausführungsformen kann die Dichte der Maske, welche in Schritt 146 verwendet wird größer sein als diejenige der Maske, welche in Schritt 138 verwendet wird. Demnach gilt d₁ > d₂ in solch einer Ausführungsform. In noch anderen Ausführungsformen können die oberen Abschnitte der magnetischen Übergänge 200''' verbunden sein. Weiterhin können die Formfaktoren bzw. Seitenverhältnisse, Grundrisse bzw. Standflächen und andere geometrische Parameter der Oberseiten und Unterseiten bzw. Böden des magnetischen Übergangs 200''' unterschiedlich sein. Obwohl nur drei magnetische Übergänge gezeigt sind, wird typischerweise eine andere Anzahl zusammen hergestellt. Zusätzlich wird typischerweise eine zweidimensionale Anordnung bzw. ein zweidimensionales Array von magnetischen Übergängen zusammen auf einem Substrat hergestellt. Zur Klarheit ist nur eine Linie von dreien gezeigt.As in 8th gesehen werden kann, sind die unteren Abschnitte der magnetischen Übergänge 200", welche in Schritt 138 definiert werden, durch einen Abstand d ₁ beabstandet. Die oberen Abschnitte der magnetischen Übergänge 200''', welche in Schritt 146 definiert werden, sind durch den Abstand d ₂ getrennt. Weiterhin gilt d ₁ < d ₂ . Demnach haben die Fotolackmasken, welche für die Schritte 138, 146 verwendet werden, eine unterschiedliche Dichte. In anderen Ausführungsformen könnte die Dichte dieselbe sein derart, dass d ₁ = d ₂ . In noch anderen Ausführungsformen kann die Dichte der Maske, welche in Schritt 146 verwendet wird größer sein als diejenige der Maske, welche in Schritt 138 verwendet wird. Demnach gilt d ₁ > d ₂ in solch einer Ausführungsform. In noch anderen Ausführungsformen können die oberen Abschnitte der magnetischen Übergänge 200''' verbunden sein. Weiterhin können die Formfaktoren bzw. Seitenverhältnisse, Grundrisse bzw. Standflächen und andere geometrische Parameter der Oberseiten und Unterseiten bzw. Böden des magnetischen Übergangs 200''' unterschiedlich sein. Although only three magnetic junctions are shown, other numbers are typically fabricated together. In addition, a two-dimensional array of magnetic junctions is typically fabricated together on a substrate. Only one line out of three is shown for clarity.

Unter Verwendung des Verfahrens 130 kann die Leistungsfähigkeit und Herstellung der magnetischen Übergänge 200''' verbessert werden. Die unteren Abschnitte der magnetischen Übergänge 200''' können zuerst definiert werden. Der Rest der gepinnten Schichten 230' wird später definiert. Die Abschnitte der Stapel, welche in den Schritten 138 und 146 definiert werden, sind dünner. Als ein Ergebnis kann eine Abschattung während dieser Definitionsschritte gelindert bzw. gemildert werden. Demnach können die Bodenabschnitte der magnetischen Übergänge 200''' dichter gepackt und besser definiert werden. Die oberen Abschnitte der magnetischen Übergänge 200''' weisen die freie Schicht nicht auf. Der Abstand zwischen diesen Abschnitten der magnetischen Übergänge 200''' ist weniger kritisch. Diese Abschnitte können weiter beabstandet sein. Demnach kann eine bessere Fertigungs- bzw. Prozesssteuerung und Integration erreicht werden. Weiterhin kann es ein getrenntes Konfigurieren dieser Sektionen der magnetischen Übergänge 200''' ermöglichen, die Geometrie auf eine verbesserte Leistungsfähigkeit zuzuschneiden. Demzufolge kann die Herstellung verbessert werden und dichter gepackte Speichervorrichtungen erreicht werden. Wenn die freien Schichten der magnetischen Übergänge 200''' unter Verwendung des Verfahrens 110 hergestellt werden, kann die Leistungsfähigkeit weiterhin verbessert werden.Using the method 130, the performance and manufacture of the magnet ical transitions 200''' can be improved. The lower portions of the magnetic transitions 200''' can be defined first. The remainder of the pinned layers 230' will be defined later. The portions of the stacks defined in steps 138 and 146 are thinner. As a result, shadowing can be alleviated during these definition steps. Accordingly, the bottom portions of the magnetic junctions 200''' can be more densely packed and better defined. The upper portions of the magnetic junctions 200''' do not have the free layer. The spacing between these portions of the magnetic transitions 200''' is less critical. These sections can be further spaced. Accordingly, better manufacturing or process control and integration can be achieved. Furthermore, separately configuring these sections of the magnetic junctions 200''' may allow the geometry to be tailored for improved performance. As a result, manufacturing can be improved and more densely packed memory devices can be achieved. If the free layers of the magnetic junctions 200''' are fabricated using the method 110, performance can be further improved.

9 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens 150 zum Herstellen eines magnetischen Übergangs dar, welcher in einer magnetischen Vorrichtung wie beispielsweise einem STT-RAM verwendbar ist und demnach in einer Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen. Zur Vereinfachung können einige Schritte ausgelassen sein, anderweitig bzw. in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden oder kombiniert werden. Weiterhin kann das Verfahren 130 starten, nachdem andere Schritte beim Bilden eines magnetischen Speichers durchgeführt worden sind. Die 10 bis 24 stellen Ausführungsformen eines magnetischen Übergangs während der Herstellung unter Verwendung des Verfahrens 150 dar. Die 10 bis 24 sind nicht maßstabsgetreu. 9 FIG. 15 illustrates an exemplary embodiment of a method 150 for fabricating a magnetic junction usable in a magnetic device such as an STT-RAM and thus in a variety of electronic devices. For simplicity, some steps may be omitted, performed differently or in a different order, or combined. Furthermore, the method 130 may start after other steps in forming a magnetic memory have been performed. The 10 until 24 15 illustrate embodiments of a magnetic transition during fabrication using method 150. FIGS 10 until 24 are not to scale.

Eine kristalline MgO-Keimschicht wird mittels Schritt 152 abgeschieden. In einigen Ausführungsformen bildet Schritt 152 eine nichtmagnetische Abstandshalterschicht als einen dualen magnetischen Übergang. Demnach würde eine gepinnte Schicht unter der kristallinen MgO-Schicht anwesend sein. In anderen Ausführungsformen kann die Schicht, welche in Schritt 152 abgeschieden wird, eine Keimschicht für einen unteren magnetischen Übergang sein.A crystalline MgO seed layer is deposited via step 152 . In some embodiments, step 152 forms a nonmagnetic spacer layer as a dual magnetic junction. Accordingly, a pinned layer would be present under the crystalline MgO layer. In other embodiments, the layer deposited in step 152 may be a bottom magnetic junction seed layer.

Eine erste CoFeB-Schicht der freien Schicht wird mittels Schritt 154 abgeschieden. Diese Schicht ist analog zu denjenigen, welche obenstehend in den Schritten 102 und 112 beschrieben sind. In einigen Ausführungsformen kann die ferromagnetische Schicht wenigstens 1,5 Nanometer sein. In anderen Ausführungsformen jedoch sind andere Dicken und/oder andere Schichten möglich. 10 stellt den magnetischen Übergang 300 dar, nachdem Schritt 154 durchgeführt ist. Demnach sind die MgO-Keimschicht 302 und die erste ferromagnetische Schicht 312 der freien Schicht gezeigt.A first CoFeB layer of the free layer is deposited via step 154 . This layer is analogous to those described in steps 102 and 112 above. In some embodiments, the ferromagnetic layer can be at least 1.5 nanometers. However, in other embodiments other thicknesses and/or other layers are possible. 10 Figure 12 illustrates magnetic transition 300 after step 154 is performed. Thus, the MgO seed layer 302 and the first ferromagnetic layer 312 of the free layer are shown.

Eine Einfügeopferschicht wird auf der ersten ferromagnetischen Schicht 302 mittels Schritt 156 abgeschieden. Schritt 156 ist demnach analog zu Schritt 114. Das (die) Material(ien) und Dicke der Einfügeopferschicht sind demnach obenstehend beschrieben. 11 stellt den magnetischen Übergang 300 dar, nachdem Schritt 156 durchgeführt ist. Demnach ist die Einfügeopferschicht 304 gezeigt. In einigen Ausführungsformen sind die Materialien und Dicken der Einfügeopferschicht 304 analog zu denjenigen, welche obenstehend für die Verfahren 100 und 110 beschrieben sind.An insertion sacrificial layer is deposited on the first ferromagnetic layer 302 by step 156 . Step 156 is thus analogous to step 114. The material(s) and thickness of the insertion sacrificial layer are thus described above. 11 Figure 12 depicts magnetic transition 300 after step 156 is performed. Accordingly, the insertion sacrificial layer 304 is shown. In some embodiments, the materials and thicknesses of the insertion sacrificial layer 304 are analogous to those described above for the methods 100 and 110.

Die Schichten 302, 304 und 312 werden dann mittels Schritt 158 ausgeheilt. Beispielsweise kann eine RTA bei (einer) Temperatur(en) in dem Bereich von 300 bis 400 Grad Celsius verwendet werden. Das Ausheilen von Schritt 158 ist demnach analog zu demjenigen von Schritt 116. Nach dem Ausheilen wird die Einfügeopferschicht 304 mittels Schritt 160 entfernt. Schritt 160 ist analog zu Schritt 118. Beispielsweise kann ein Plasma-Ätzen verwendet werden. 12 stellt den magnetischen Übergang 300 dar, nachdem Schritt 160 durchgeführt ist. Demnach ist die Einfügeopferschicht 304 entfernt worden. Ein Abschnitt der ersten ferromagnetischen Schicht 312' kann entfernt sein. Eine geringfügig dünnere ferromagnetische Schicht 312' ist demnach gezeigt.Layers 302, 304 and 312 are then annealed by step 158. For example, an RTA can be used at temperature(s) in the range of 300 to 400 degrees Celsius. The anneal of step 158 is thus analogous to that of step 116. After the anneal, the insertion sacrificial layer 304 is removed via step 160. FIG. Step 160 is analogous to step 118. For example, a plasma etch may be used. 12 Figure 12 illustrates magnetic transition 300 after step 160 is performed. Thus, the insertion sacrificial layer 304 has been removed. A portion of the first ferromagnetic layer 312' may be removed. A slightly thinner ferromagnetic layer 312' is thus shown.

In einigen Ausführungsformen wird der Rest der freien Schicht mittels Schritt 162 abgeschieden. Beispielsweise kann eine zweite ferromagnetische CoFeB-Schicht auf der freiliegenden ersten ferromagnetischen Schicht 312' abgeschieden werden. 13 stellt den magnetischen Übergang 300 nach Schritt 162 dar. Demnach ist die zweite ferromagnetische Schicht 314 abgeschieden worden. Die Schichten 312' und 314 bilden zusammen die freie Schicht 310.In some embodiments, step 162 deposits the remainder of the free layer. For example, a second ferromagnetic CoFeB layer can be deposited on the exposed first ferromagnetic layer 312'. 13 Figure 12 illustrates the magnetic transition 300 after step 162. Thus, the second ferromagnetic layer 314 has been deposited. Layers 312' and 314 together form free layer 310.

Die nichtmagnetische Abstandshalterschicht wird mittels Schritt 164 vorgesehen. In einigen Ausführungsformen ist eine kristalline MgO-Sperrschicht in Schritt 164 vorgesehen. 14 stellt den magnetischen Übergang 300 dar, nachdem Schritt 164 durchgeführt ist. Demnach ist die nichtmagnetische Abstandshalterschicht 320 hergestellt worden.The nonmagnetic spacer layer is provided by step 164 . In some embodiments, a crystalline MgO barrier layer is provided in step 164 . 14 Figure 12 depicts magnetic transition 300 after step 164 is performed. Thus, the non-magnetic spacer layer 320 has been fabricated.

Ein erster Abschnitt der gepinnten Schicht wird mittels Schritt 166 abgeschieden. Schritt 166 ist analog zu Schritt 132. Demnach kann eine einzelne Schicht oder eine Mehrfachschicht bzw. Multischicht, welche ferromagnetische Schichten und/oder nichtmagnetische Schichten aufweist, abgeschieden werden. 15 stellt den magnetischen Übergang 300 nach Schritt 166 dar. Demnach ist (sind) ein (eine) ferromagnetische Schicht(en) 332 gezeigt. In der Ausführungsform, welche in den 15 bis 24 dargestellt ist, wird die gesamte untere Schicht/Mehrfachschicht aus einer gepinnten SAF-Schicht in Schritt 166 vorgesehen. In anderen Ausführungsformen jedoch können mehr Schichten oder weniger der magnetischen Schicht 332 in Schritt 166 abgeschieden werden.A first portion of the pinned layer is deposited via step 166 . Step 166 is analogous to step 132. Accordingly, a single layer or a multilayer comprising ferromagnetic layers and/or nonmagnetic layers may be deposited. 15 Figure 12 illustrates the magnetic transition 300 after step 166. Thus, a ferromagnetic layer(s) 332 is (are) shown. In the embodiment shown in the 15 until 24 1, the entire bottom layer/multilayer is provided from a pinned SAF layer in step 166. FIG. However, in other embodiments more layers or less of the magnetic layer 332 may be deposited in step 166 .

Eine zusätzliche Einfügeopferschicht wird auf der ferromagnetischen Schicht 332 mittels Schritt 166 abgeschieden. Schritt 166 ist analog zu Schritt 134. Demnach können das (die) Material(ien) und Dicken, welche obenstehend beschrieben sind, verwendet werden. 16 stellt den magnetischen Übergang 300 dar, nachdem Schritt 168 durchgeführt ist. Demnach ist die Einfügeopferschicht 306 gezeigt.An additional insertion sacrificial layer is deposited on ferromagnetic layer 332 by step 166 . Step 166 is analogous to step 134. Thus, the material(s) and thicknesses described above can be used. 16 Figure 12 depicts magnetic transition 300 after step 168 is performed. Accordingly, the insertion sacrificial layer 306 is shown.

Die Schichten 302, 312', 314, 320 und 306 werden mittels Schritt 168 ausgeheilt. Schritt 168 ist analog zu Schritt 136. Beispielsweise kann eine RTA bei (einer) Temperatur(en) durchgeführt werden, welche obenstehend beschrieben ist (sind). Die Temperatur und andere Charakteristiken des Ausheilens können erwünscht sein, um ausreichend niedrig zu sein, dass die nichtmagnetische Abstandshalterschicht wie beispielsweise eine kristalline MgO-Tunnelsperrschicht nicht nachteilig beeinflusst wird.Layers 302, 312', 314, 320 and 306 are annealed by step 168. Step 168 is analogous to step 136. For example, an RTA may be performed at the temperature(s) described above. The temperature and other characteristics of the anneal may be desired to be sufficiently low that the non-magnetic spacer layer, such as a crystalline MgO tunnel barrier, is not adversely affected.

Nach dem Ausheilen wird der Abschnitt des magnetischen Übergangs 300 unter der Einfügeopferschicht mittels Schritt 170 fotolithografisch definiert bzw. begrenzt. Schritt 170 ist analog zu Schritt 138. 17 stellt den magnetischen Übergang während Schritt 170 dar. Demnach wurde eine Maske 360 auf der Einfügeopferschicht 306 vorgesehen. 18 stellt den magnetischen Übergang nach Schritt 170 dar. Demnach wurden Abschnitte der zwei magnetischen Übergänge 300 begrenzt bzw. definiert. Insbesondere sind die freie Schicht 310, die nichtmagnetische Schicht 320 und die ferromagnetische Schicht 332 definiert worden.After the anneal, the portion of the magnetic junction 300 under the insertion sacrificial layer is photolithographically defined via step 170 . Step 170 is analogous to step 138. 17 Figure 12 illustrates the magnetic transition during step 170. Accordingly, a mask 360 was provided on the insertion sacrificial layer 306. FIG. 18 Figure 12 illustrates the magnetic transition after step 170. Accordingly, portions of the two magnetic transitions 300 have been defined. In particular, the free layer 310, the nonmagnetic layer 320 and the ferromagnetic layer 332 have been defined.

Ein Nachfüllschritt wird dann mittels Schritt 172 durchgeführt. Demnach kann eine nichtmagnetische Isolierschicht wie beispielsweise Aluminiumoxid abgeschieden und planarisiert werden. Schritt 172 ist analog zu Schritt 140. Die 19 bis 20 stellen den magnetischen Übergang während und nach Schritt 172 dar. Demnach ist das Nachfüllmaterial 308 in 19 dargestellt. 20 stellt die magnetischen Übergänge 300 dar, nachdem Schritt 172 vollendet ist. Demnach ist die obere Oberfläche der Nachfüllung 308 planarisiert worden.A refill step is then performed by step 172 . Accordingly, a non-magnetic insulating layer such as aluminum oxide can be deposited and planarized. Step 172 is analogous to step 140. The 19 until 20 represent the magnetic transition during and after step 172. Thus, the backfill material 308 is in 19 shown. 20 12 depicts the magnetic transitions 300 after step 172 is completed. Thus, the top surface of the refill 308 has been planarized.

Die Einfügeopferschicht kann dann mittels Schritt 174 entfernt werden. Schritt 174 ist analog zu Schritt 142. Der Rest der gepinnten Schicht, falls vorhanden, kann dann mittels Schritt 176 abgeschieden werden. Schritt 176 ist analog zu Schritt 144. 21 stellt eine Ausführungsform des magnetischen Übergangs 300 dar, nachdem Schritt 174 vollendet ist. In der Ausführungsform, welche gezeigt ist, wurde die gesamte untere ferromagnetische Schicht (oder Mehrfachschicht) 332 in Schritt 166 abgeschieden. Demnach können die nichtmagnetische Schicht wie beispielsweise Ru und eine andere magnetische Schicht in Schritt 174 abgeschieden werden und werden es. Demnach sind eine nichtmagnetische Schicht wie beispielsweise eine Ru-Schicht 334 und (eine) ferromagnetische Schicht(en) 336 gezeigt. Es sei angemerkt, dass die Schichten 334 und 336 sich über zwei Übergänge 300 erstrecken. Die Schichten 332, 33 und 336 bilden eine gepinnte SAF-Schicht.The insertion sacrificial layer can then be removed via step 174 . Step 174 is analogous to step 142. The remainder of the pinned layer, if any, can then be deposited via step 176. Step 176 is analogous to step 144. 21 14 illustrates one embodiment of magnetic junction 300 after step 174 is completed. In the embodiment shown, the entire lower ferromagnetic layer (or multilayer) 332 has been deposited in step 166 . Thus, the non-magnetic layer such as Ru and another magnetic layer can and will be deposited in step 174 . Thus, a non-magnetic layer such as Ru layer 334 and ferromagnetic layer(s) 336 are shown. It should be noted that layers 334 and 336 span two junctions 300 . Layers 332, 33 and 336 form a pinned SAF layer.

Der verbleibende Abschnitt des magnetischen Übergangs kann mittels Schritt 178 definiert werden. Schritt 178 ist analog zu Schritt 146. Schritt 178 kann fotolithografisch in einer Art und Weise analog zu Schritt 170 ausgeführt werden. Da jedoch die freie Schicht bereits in Schritt 170 definiert worden ist, kann ein unterschiedliches Dichtemuster in Schritt 178 verwendet werden. Demnach kann das Obere des magnetischen Übergangs weniger breit sein, die gleiche Größe haben wie oder breiter sein als der Boden. In einigen Ausführungsformen können sich die oberen Abschnitte der gepinnten Schichten über mehrere magnetische Übergänge erstrecken. 22 stellt eine Ausführungsform des magnetischen Übergangs 300 dar, nachdem Schritt 178 ausgeführt ist. Demnach wurden die gepinnten Schichten 330 definiert bzw. begrenzt. In der Ausführungsform, welche gezeigt ist, ist das Oberteil der gepinnten Schicht 130 von derselben Größe wie der Boden.The remaining portion of the magnetic transition can be defined using step 178 . Step 178 is analogous to step 146. Step 178 may be performed in a manner analogous to step 170 photolithographically. However, since the free layer has already been defined in step 170, a different density pattern can be used in step 178. Thus, the top of the magnetic junction can be less wide, the same size as, or wider than the bottom. In some embodiments, the top portions of the pinned layers may span multiple magnetic junctions. 22 14 illustrates an embodiment of magnetic junction 300 after step 178 is performed. Accordingly, the pinned layers 330 have been defined. In the embodiment shown, the top of the pinned layer 130 is the same size as the bottom.

Die 23 bis 24 stellen eine Ausführungsform des magnetischen Übergangs 300' dar, in welchem nicht alles der Schicht 332 in Schritt 166 abgeschieden wird. 23 stellt solch eine Ausführungsform dar, nachdem Schritt 176 durchgeführt wurden ist. Demnach sind Schichten 332 und 336 gezeigt. Schichten 333 und 331 bilden zusammen die untere ferromagnetische Schicht bzw. ferromagnetische Bodenschicht 332' der gepinnten SAF-Schicht 330'. 24 stellt den magnetischen Übergang dar, nachdem Schritt 178 durchgeführt worden ist. Demnach wurde der obere Abschnitt der magnetischen Übergänge 300' definiert.The 23 until 24 12 illustrate an embodiment of magnetic junction 300' in which not all of layer 332 is deposited in step 166. FIG. 23 Figure 12 illustrates such an embodiment after step 176 has been performed. Accordingly, layers 332 and 336 are shown. Layers 333 and 331 together form the bottom ferromagnetic layer 332' of the pinned SAF layer 330'. 24 Figure 12 illustrates the magnetic transition after step 178 has been performed. Accordingly, the upper portion of the magnetic transitions 300' has been defined.

Die magnetischen Übergänge 300 und 300' können die Vorzüge der magnetischen Übergänge 200, 200', 200" und/oder 200''' teilen. Demnach kann der magnetische Übergang 200' einen verbesserten Magnetowiderstand, eine verringerte Dämpfung und Schaltstrom haben und/oder kann dichter in einer magnetischen Vorrichtung gepackt sein.The magnetic junctions 300 and 300' can take advantage of the magnetic junctions 200, 200', 200", and/or 200"'. Accordingly, the magnetic junction 200' may have improved magnetoresistance, reduced damping and switching current, and/or may be more densely packed in a magnetic device.

25 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines Speichers 400 dar, welcher einen oder mehrere der magnetischen Übergänge 200, 200', 200'', 200'", 300 und/oder 300' verwenden kann. Der magnetische Speicher 400 weist Lese-/Schreibspalten-Auswahltreiber 402 und 406 sowie Wortleitungs-Auswahltreiber 404 auf. Es sei festgehalten, dass andere und/oder unterschiedliche Komponenten vorgesehen sein können. Der Speicherbereich des Speichers 400 weist magnetische Speicherzellen 410 auf. Jede magnetische Speicherzelle weist wenigstens einen magnetischen Übergang 412 und wenigstens eine Auswahlvorrichtung 414 auf. In einigen Ausführungsformen ist die Auswahlvorrichtung 414 ein Transistor. Die magnetischen Übergänge 412 können einer der magnetischen Übergänge 200, 200', 200'', 200''', 300 und/oder 300' sein, welche hierin offenbart sind. Obwohl ein magnetischer Übergang 412 pro Zelle 410 gezeigt ist, kann in anderen Ausführungsformen eine andere Anzahl von magnetischen Übergängen 412 pro Zelle vorgesehen sein. Als solches kann sich der magnetische Speicher 400 der Vorzüge, welche obenstehend beschrieben sind, erfreuen. 25 1 illustrates an exemplary embodiment of a memory 400 that may use one or more of magnetic junctions 200, 200', 200'', 200''", 300, and/or 300'. Magnetic memory 400 includes read/write column select drivers 402 and 406 and wordline select drivers 404. It should be appreciated that other and/or different components may be provided. The memory area of the Memory 400 includes magnetic memory cells 410. Each magnetic memory cell includes at least one magnetic junction 412 and at least one selector 414. In some embodiments, selector 414 is a transistor. Magnetic junctions 412 may be any of magnetic junctions 200, 200', 200'', 200''', 300, and/or 300' disclosed herein. Although a magnetic junction 412 is shown per cell 410, in other embodiments a different number of magnetic junctions 412 per cell may be provided. As such, the magnetic memory 400 can enjoy the benefits described above.

Claims

A method of providing a magnetic junction (200, 200', 200'', 200''', 300, 300') on a substrate (201) usable in a magnetic device (400), the method comprising: providing a free layer (210, 210', 310), the free layer (210, 210', 310) being switchable between a plurality of stable magnetic states when a write current is passed through the magnetic junction (200, 200', 200", 200"', 300, 300'); providing a non-magnetic spacer layer (220, 320); and providing a pinned layer (230, 230', 330), wherein the non-magnetic spacer layer (220, 320) is present between the pinned layer (230, 230', 330) and the free layer (210, 210', 310), wherein at least one of the step of providing the free layer (210, 210', 310) comprises a first plurality of steps and the step of providing the pinned layer (230, 230', 330) comprises a second plurality of steps, the first plurality of steps comprising: depositing a first portion of the free layer (210, 210', 310), depositing a first sacrificial layer (304, 306), annealing at least the first portion of the free layer (210, 210', 310) and the first sacrificial layer (304, 306) at a first temperature greater than 25 degrees Celsius, removing the first sacrificial layer (304, 306), and depositing a second portion of the free layer (210, 210', 310); wherein the second plurality of steps comprises: depositing a first portion of the pinned layer (230, 230', 330), depositing a second sacrificial layer (304, 306), annealing at least the first portion of the pinned layer (230, 230', 330) and the second sacrificial layer (304, 306) at a second temperature greater than 25 degrees Celsius, defining a portion of the magnetic junction (200, 200', 200", 200"', 300, 300') comprising the free layer (210, 210', 310), the nonmagnetic spacer layer (220, 320), and the first portion of the pinned layer (230, 230', 330), removing the second sacrificial layer (304, 306), and depositing a second portion of the pinned layer (230, 230', 330).

procedure after claim 1 wherein the step of providing the free layer (210, 210', 310) provides the first plurality of steps, and wherein the free layer (210, 210', 310) has a perpendicular magnetic anisotropy energy greater than an out-of-plane demagnetization energy.

procedure after claim 2 , wherein the free layer (210, 210', 310) has a thickness greater than 1.5 nanometers.

procedure after claim 3 , wherein the thickness of the free layer (210, 210', 310) does not exceed 2.5 nanometers.

procedure after claim 2 , wherein the first sacrificial layer (304, 306) comprises at least one of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, and Zr.

procedure after claim 2 , further comprising: prior to the step of providing the free layer (210, 210', 310), depositing an MgO seed layer (204, 302).

procedure after claim 2 wherein the annealing step comprises performing a rapid thermal anneal.

procedure after claim 2 wherein the first portion of the free layer (210, 210', 310) has a first thickness, the second portion of the free layer (210, 210', 310) has a second thickness, the first thickness is less than 1.5 nanometers thick, the second thickness is less than 1.5 nanometers thick.

procedure after claim 1 , wherein the step of providing the pinned layer (230, 230', 330) comprises the second plurality of steps, and wherein the method further comprises: depositing at least one refill material (308) prior to the step of removing the second sacrificial layer (304, 306).

procedure after claim 9 , further comprising: performing a planarization after the step of depositing the at least one refill material (308).

procedure after claim 9 wherein the pinned layer (230, 230', 330) is a synthetic antiferromagnetic comprising a first ferromagnetic layer (312, 312'), a second ferromagnetic layer (314) and a coupling layer between the first ferromagnetic layer (312, 312') and the second ferromagnetic layer (314), wherein the step of depositing the second portion of the pinned layer (230, 230', 330) comprises: depositing at least the non-magnetic layer, and depositing the second ferromagnetic layer (314).

procedure after claim 11 wherein the step of depositing the second portion of the pinned layer (230, 230', 330) further comprises depositing a portion of the first ferromagnetic layer (312, 312').

procedure after claim 11 wherein at least one of the first ferromagnetic layer (312, 312') and the second ferromagnetic layer (314) is a multilayer.

procedure after claim 11 , further comprising: defining the remaining portion of the pinned layer (230, 230', 330).

procedure after claim 9 , wherein the step of defining the magnetic junction portion (200, 200', 200'', 200''', 300, 300') further comprises: providing a photoresist mask (360) on the sacrificial layer (304, 306), the photoresist mask (360) covering a portion of the sacrificial layer (304, 306) that defines the magnetic junction (200, 200', 200", 200'", 300, 300') and removing an exposed portion of the sacrificial layer (304, 306), the first portion of the pinned layer (230, 230', 330), the non-magnetic spacer layer (220, 320) and the free layer (210, 210', 310) which is covered by the photoresist mask (360). are lightened.

procedure after claim 1 further comprising: providing an additional nonmagnetic spacer layer (240), the free layer (210, 210', 310) being between the additional nonmagnetic spacer layer (240) and the nonmagnetic spacer layer (220, 320); and providing an additional pinned layer (250), the additional nonmagnetic spacer layer (240) being between the additional pinned layer (250) and the free layer (210, 210', 310).

A method of providing a magnetic memory on a substrate (201) usable in a magnetic device (400), the method comprising: depositing a first ferromagnetic layer (312, 312') of a free layer (210, 210', 310), wherein the first ferromagnetic layer (312, 312') of the free layer (210, 210', 310) comprises a CoFeB layer having a thickness of no more than 1.5 nanometers; depositing a first sacrificial layer (304, 306) on the first ferromagnetic layer (312, 312'), the first sacrificial layer (304, 306) being no more than 0.4 nanometers thick and comprising at least one of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb and Zr ; annealing at least the first ferromagnetic layer (312, 312') and the first sacrificial layer (304, 306) at a first temperature greater than 25 degrees Celsius, the annealing further comprising performing a first rapid thermal anneal (RTA); removing at least the first sacrificial layer (304, 306); and depositing a second ferromagnetic layer (314) of the free layer (210, 210', 310) on a remaining portion of the first ferromagnetic layer (312, 312'), the second ferromagnetic layer (314) comprising a CoFeB layer no more than 1.5 nanometers thick such that the remaining portion of the first ferromagnetic layer (312, 312') and the second ferromagnetic layer ( 314) together have a thickness of no more than 2.5 nanometers, and the free layer (210, 210', 310) has a perpendicular magnetic anisotropy energy greater than an out-of-plane demagnetization energy, the the free layer (210, 210', 310) being switchable between a plurality of stable magnetic states when a write current is passed through the magnetic junction (200, 200', 200", 200"', 300, 300'); providing an MgO tunnel barrier; depositing a first portion of a pinned layer (230, 230', 330) with the non-magnetic spacer layer (220, 320) present between the pinned layer (230, 230', 330) and the free layer (210, 210', 310); depositing a second sacrificial layer (304, 306), the second sacrificial layer (304, 306) being no more than 0.4 nanometers thick and comprising at least one of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, and Zr; annealing at least the first portion of the pinned layer (230, 230', 330), the remaining portion of the first ferromagnetic layer (312, 312'), the second ferromagnetic layer (314), and the second sacrificial layer (304, 306) at a second temperature greater than 25 degrees Celsius, the annealing further comprising performing a second RTA; providing a photoresist mask on the sacrificial layer (304, 306) after the second RTA, the photoresist mask covering a portion of the sacrificial layer (304, 306) corresponding to at least one magnetic junction (200, 200', 200", 200"', 300, 300'); defining a portion of the at least one magnetic junction (200, 200', 200'', 20 0''', 300, 300') comprising the free layer (210, 210', 310), the non-magnetic spacer layer (220, 320) and the first portion of the pinned layer (230, 230', 330) using the photoresist mask; depositing at least one refill material (308); performing a planarization after the step of depositing the at least one refill material s (308); removing the second sacrificial layer (304, 306) after the planarization; depositing at least a second portion of the pinned layer (230, 230', 330); and defining a remaining portion of the at least one magnetic junction (200, 200', 200'', 200''', 300, 300') after the step of depositing the at least second portion of the ge pinned layer (230, 230', 330).

Dual magnetic junction (200, 200', 200'', 200''', 300, 300') usable in a magnetic device (400), comprising: a free layer (210, 210', 310), the free layer (210, 210', 310) being switchable between a plurality of stable magnetic states when a write current is passed through the magnetic junction (200, 200', 200'', 200''', 300, 300'), the free layer (210, 210', 310) being a perpendicular has magnetic anisotropy energy greater than an out-of-plane demagnetization energy and has a ferromagnetic layer with a thickness greater than 1.5 nanometers; a non-magnetic spacer layer (220, 320) and a pinned layer (230, 230', 330) having a first magnetic moment (231), the non-magnetic spacer layer (220, 320) being present between the pinned layer (230, 230', 330) and the free layer (210, 210', 310), an additional nonmagnetic spacer layer (240); an additional pinned layer (250) having a second magnetic moment (251), wherein the first magnetic moment (231) and the second magnetic moment (251) are antiparallel.

Dual magnetic transition (200, 200', 200'', 200''', 300, 300') after Claim 18 , wherein the ferromagnetic layer comprises a CoFeB layer having a perpendicular magnetic anisotropy energy larger than the out-of-plane demagnetization energy.

Dual magnetic transition (200, 200', 200'', 200''', 300, 300') after Claim 18 , wherein the non-magnetic spacer layer (220, 320) and the additional non-magnetic spacer layer (240) is a crystalline MgO tunnel barrier layer and wherein the dual magnetic junction (200, 200', 200", 200''', 300, 300') further comprises: an MgO seed layer (204, 302), the ferromagnetic layer being between the Mg O seed layer (204, 302) and the crystalline MgO tunnel barrier layer is present, and wherein the additional nonmagnetic spacer layer (240) and the nonmagnetic spacer layer (220) have different thicknesses.