KR102144660B1

KR102144660B1 - Method for providing a magnetic junction and a magnetic memory on a substrate usable in a magnetic deviceand the magnetic junction

Info

Publication number: KR102144660B1
Application number: KR1020150037528A
Authority: KR
Inventors: 더스틴 윌리암 에릭슨; 이장은; 슈에티 탕
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2020-08-18
Also published as: DE102015103968B4; DE102015103968A1; KR20150108793A; TW201603340A; TWI644460B; CN104934529B; JP6548415B2; JP2015179844A; CN104934529A

Abstract

자기 장치에 사용할 수 있는 자기 접합 및 자기 메모리를 기판 상에 제공하는 방법 및 자기 접합이 제공된다. 자기 장치에 사용할 수 있는 자기 접합을 기판 상에 제공하는 방법은 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정된 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있는 자유층(free layer)을 제공하고, 비자기 스페이서층(nonmagnetic spacer layer)을 제공하고, 고정층(pinned layer)을 제공하는 것을 포함하되, 비자기 스페이서층은 자유층과 고정층 사이에 배치되고, 자유층을 제공하는 것과 고정층을 제공하는 것 중 적어도 하나는 복수의 단계를 포함하고, 자유층을 제공하는 것에 포함되는 복수의 단계는 제1 복수의 단계를 포함하고, 고정층을 제공하는 것에 포함도히는 복수의 단계는 제2 복수의 단계를 포함하되, 제1 복수의 단계는, 자유층의 제1 영역을 증착하고, 제1 희생층을 증착하고, 적어도 자유층의 제1 영역과 제1 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제1 온도에서 어닐링하고, 제1 희생층을 제거하고, 자유층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함하고, 제2 복수의 단계는, 고정층의 제1 영역을 증착하고, 제2 희생층을 증착하고, 적어도 고정층의 제1 영역과 상기 제2 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제2 온도에서 어닐링하고, 자유층, 비자기 스페이서층 및 고정층의 제1 영역을 포함하는 자기 접합의 영역을 정의하고, 제2 희생층을 제거하고, 고정층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함한다.A method of providing a magnetic junction and a magnetic memory on a substrate that can be used in a magnetic device and a magnetic junction are provided. The method of providing a magnetic junction that can be used in a magnetic device on a substrate is to provide a free layer that can be switched between a plurality of stable magnetic states when a write current flows through the magnetic junction, and is nonmagnetic. Providing a spacer layer and providing a pinned layer, wherein the nonmagnetic spacer layer is disposed between the free layer and the pinned layer, and at least one of providing a free layer and providing a pinned layer One includes a plurality of steps, the plurality of steps included in providing the free layer includes a first plurality of steps, and the plurality of steps included in providing the pinned layer includes a second plurality of steps However, in the first plurality of steps, depositing a first region of the free layer, depositing a first sacrificial layer, and annealing at least the first region and the first sacrificial layer of the free layer at a first temperature greater than 25 degrees Celsius And, removing the first sacrificial layer, and depositing a second region of the free layer, and the second plurality of steps includes depositing a first region of the fixed layer, depositing a second sacrificial layer, and at least Annealing the first region and the second sacrificial layer at a second temperature greater than 25 degrees Celsius, defining a magnetic junction region including a first region of a free layer, a nonmagnetic spacer layer, and a pinned layer, and a second sacrificial layer And depositing a second region of the pinned layer.

Description

A method of providing a magnetic junction and a magnetic memory that can be used in a magnetic device on a substrate, and magnetic junction

본 발명은 자기 장치에 사용할 수 있는 자기 접합 및 자기 메모리를 기판 상에 제공하는 방법 및 자기 접합에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic junction and a method of providing a magnetic memory on a substrate and a magnetic junction that can be used in magnetic devices.

자기 메모리들, 특히 자기 램들(Magnetic Random Access Memories: MRAMs)은 높은 읽기/쓰기 속도, 뛰어난 내구성, 비휘발성 및 동작 시의 낮은 전력 소모의 잠재력 때문에 점점 더 주목 받고 있다. MRAM은 자기 물질들을 정보 저장매체로 이용하여 정보를 저장할 수 있다. MRAM의 한 종류로 STT-RAM(Spin Transfer Torque Random Access Memory)이 있다. STT-RAM은 자기 접합을 통과하는 전류에 의하여 적어도 일부가 기록되는 자기 접합을 이용한다. 자기 접합을 통과하는 스핀 분극된 전류는 자기 접합 내의 자기 모멘트에 스핀 토크를 가한다. 따라서, 스핀 토크에 반응하는 자기 모멘트를 갖는 층(들)은 원하는 상태로 스위칭 될 수 있다. Magnetic memories, especially Magnetic Random Access Memories (MRAMs), are getting more and more attention because of their high read/write speed, excellent durability, non-volatile and low power consumption potential during operation. MRAM can store information by using magnetic materials as an information storage medium. One type of MRAM is STT-RAM (Spin Transfer Torque Random Access Memory). STT-RAM uses a magnetic junction in which at least a portion is written by the current passing through the magnetic junction. The spin polarized current through the magnetic junction exerts a spin torque on the magnetic moment in the magnetic junction. Thus, the layer(s) having a magnetic moment responsive to the spin torque can be switched to a desired state.

일 예로, 도 1은 일반적인 STT-RAM에서 사용될 수 있는 일반적인 자기터널접합(Magnetic tunneling junction: MTJ, 10)을 도시한다. 일반적인 MTJ(10)는 일반적으로 기판(12) 상에 배치된다. 하부 콘택(14)과 상부 콘택(22)가 일반적인 MTJ(10)을 통해 전류를 구동하도록 사용될 수 있다. 일반적인 MTJ는 일반적인 씨드(seed)층(들)(미도시)을 이용하고, 캡핑층(capping layer) 및 일반적인 반강자기층(antiferromagnetic layer: AFM)(미도시)을 포함할 수 있다. 일반적인 MTJ(10)는 일반적인 고정층(pined layer, 16), 일반적인 터널링 장벽층(tunneling barrier layer, 18), 일반적인 자유층(free layer, 20), 및 일반적인 캡핑층(capping layer, 22)을 포함한다. 또한 상부 콘택(22)도 도시된다. 일반적인 콘택들(14, 22)은 면 수직 전류(current-perpendicular-to-plane: CPP) 방향, 또는 도 1에서 도시된 z 축으로 전류를 구동하도록 사용된다. 일반적으로, 일반적인 고정층(16)은 층들(16, 18, 20)의 기판(12)과 인접한다.As an example, FIG. 1 shows a general magnetic tunneling junction (MTJ, 10) that can be used in a general STT-RAM. The general MTJ 10 is generally disposed on the substrate 12. The lower contact 14 and the upper contact 22 may be used to drive a current through the general MTJ 10. A typical MTJ uses a general seed layer(s) (not shown), and may include a capping layer and a general antiferromagnetic layer (AFM) (not shown). The general MTJ 10 includes a general pined layer 16, a general tunneling barrier layer 18, a general free layer 20, and a general capping layer 22. . Also shown is the upper contact 22. The general contacts 14 and 22 are used to drive a current in a current-perpendicular-to-plane (CPP) direction or a z-axis illustrated in FIG. 1. In general, the general pinned layer 16 is adjacent to the substrate 12 of the layers 16, 18, 20.

일반적인 고정층(16)과 일반적인 자유층(20)은 자기를 갖는다. 일반적인 고정층(16)의 자화(magnetization)(17)는 특정 방향으로 고정(fixed)되거나 피닝 된다(pinned). 비록 간단한(단일)층으로 도시되었지만, 일반적인 고정층(16)은 다중층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 고정층(16)은 Ru와 같은 얇은 전도성층들을 통하여 반강자기적으로 결합된(coupled) 자성층들을 포함하는 합성형 반강자기(synthetic antiferromagnetic; SAF)일수 있다. 그러한 SAF에서, 얇은 Ru층이 끼워진 복수의 자성층들인 사용될 수 있다. 그 대신에, Ru층들을 가로지르는 결합(coupling)은 강자기일 수 있다.The general pinned layer 16 and the general free layer 20 have magnetism. The magnetization 17 of the general pinned layer 16 is fixed or pinned in a specific direction. Although shown as a simple (single) layer, a typical pinned layer 16 may include multiple layers. For example, the general pinned layer 16 may be a synthetic antiferromagnetic (SAF) including magnetic layers that are antiferromagnetically coupled through thin conductive layers such as Ru. In such SAF, a plurality of magnetic layers sandwiched with a thin Ru layer can be used. Alternatively, coupling across the Ru layers can be ferromagnetic.

일반적인 자유층(20)은 가변 자화(21)를 가진다. 단일층으로 도시하였음에도 불구하고, 일반적인 자유층(20)은 또한 복수 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 자유층(20)은 Ru와 같은 얇은 도전성층들을 통하여 반강자기적으로 또는 강자기적으로 결합된(couple) 자성층들을 포함하는 합성층(synthetic layer)일 수 있다. 비록 면 수직(perpendicular-to-plane)으로 나타냈지만, 일반적인 자유층(20)의 자화(21)는 면 내(in plane)일 수 있다. 그러므로, 고정층(16) 및 자유층(20)은 각각 상기 층들의 면에 수직인 방향의 자화들(17, 21)을 가질 수 있다. The general free layer 20 has a variable magnetization 21. Although shown as a single layer, the general free layer 20 may also include multiple layers. For example, the general free layer 20 may be a synthetic layer including magnetic layers that are antiferromagnetically or ferromagnetically coupled through thin conductive layers such as Ru. Although shown as a perpendicular-to-plane, the magnetization 21 of the general free layer 20 may be in plane. Therefore, the pinned layer 16 and the free layer 20 may each have magnetizations 17 and 21 in a direction perpendicular to the planes of the layers.

일반적인 자유층(20)의 자화(21)을 스위칭하기 위해, 전류가 면에 수직인 방형(z-방향)으로 구동된다. 충분한 전류가 상부 콘택(22)으로부터 하부 콘택(11)으로 구동될 때, 일반적인 자유층(20)의 자화(21)는 일반적인 고정층(16)의 자화(17)에 평행하게 스위칭될 수 있다. 충분한 전류가 하부 콘택(11)으로부터 상부 콘택(24)으로 구동될 때, 일반적인 자유층(20)의 자화(21)는 고정층(16)의 자화(17)에 반평행하게 스위칭될 수 있다. 자기적 배치(magnetic configurations)에서의 차이는 다른 자기저항들(magnetoresistance)에 대응하며, 따라서 일반적인 MTJ(10)의 다른 논리 상태들(예컨대, 논리 "0" 및 논리 "1") 에 대응한다.In order to switch the magnetization 21 of the general free layer 20, the current is driven in a square (z-direction) perpendicular to the plane. When sufficient current is driven from the upper contact 22 to the lower contact 11, the magnetization 21 of the general free layer 20 can be switched parallel to the magnetization 17 of the general pinned layer 16. When sufficient current is driven from the lower contact 11 to the upper contact 24, the magnetization 21 of the general free layer 20 can be switched antiparallel to the magnetization 17 of the pinned layer 16. The difference in magnetic configurations corresponds to different magnetoresistances, and thus to different logic states (eg, logic "0" and logic "1") of a typical MTJ 10.

다양한 어플리케이션에 사용될 수 있는 가능성 때문에, 자기 메모리에 대한 연구가 진행되고 있다. 예를 들어, STT-MRAM의 성능을 향상시킬 수 있는 메커니즘이 요구된다. 따라서, 스핀 트랜스퍼 토크(spin transfer torque) 기반의 메모리의 성능을 향상시킬 수 있는 방법과 시스템이 필요하다. 여기서 설명된 방법 및 시스템은 그러한 필요성을 다룰 것이다.Due to the possibility of being used in a variety of applications, research on magnetic memories is underway. For example, there is a need for a mechanism that can improve the performance of STT-MRAM. Accordingly, there is a need for a method and system capable of improving the performance of a memory based on a spin transfer torque. The methods and systems described herein will address such a need.

본 발명에 해결하고자 하는 기술적 과제는, 자기 장치에 사용할 수 있는 자기 접합 및 자기 메모리를 기판 상에 제공하는 방법 및 자기 접합을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of providing a magnetic junction and a magnetic memory that can be used in a magnetic device on a substrate, and a magnetic junction.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 장치에 사용할 수 있는 자기 접합을 기판 상에 제공하는 방법은, 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정된 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있는 자유층(free layer)을 제공하고, 비자기 스페이서층(nonmagnetic spacer layer)을 제공하고, 피고정층(pinned layer)을 제공하는 것을 포함하되, 상기 비자기 스페이서층은 상기 자유층과 상기 피고정층 사이에 배치되고, 상기 자유층을 제공하는 것과 상기 피고정층을 제공하는 것 중 적어도 하나는 복수의 단계를 포함하고, 상기 자유층을 제공하는 것에 포함되는 복수의 단계는 제1 복수의 단계를 포함하고, 상기 피고정

을 제공하는 것에 포함도히는 복수의 단계는 제2 복수의 단계를 포함하되, 상기 제1 복수의 단계는, 상기 자유층의 제1 영역을 증착하고, 상기 제1 희생층을 증착하고, 적어도 상기 자유층의 상기 제1 영역과 상기 제1 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제1 온도에서 어닐링하고, 상기 제1 희생층을 제거하고, 상기 자유층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함하고, 상기 제2 복수의 단계는, 상기 피고정층의 제1 영역을 증착하고, 제2 희생층을 증착하고, 적어도 상기 피고정층의 제1 영역과 상기 제2 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제2 온도에서 어닐링하고, 상기 자유층, 상기 비자기 스페이서층 및 상기 피고정층의 상기 제1 영역을 포함하는 자기 접합의 영역을 정의하고, 상기 제2 희생층을 제거하고, 상기 피고정층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함한다.In order to solve the above-described technical problem, a method of providing a magnetic junction that can be used in a magnetic device according to an embodiment of the present invention on a substrate includes a plurality of stable magnetic states when a write current flows through the magnetic junction. Providing a free layer that can be switched between, providing a nonmagnetic spacer layer, and providing a pinned layer, wherein the nonmagnetic spacer layer is free Disposed between a layer and the pinned layer, at least one of providing the free layer and providing the pinned layer comprises a plurality of steps, and the plurality of steps included in providing the free layer comprises a first Comprising a plurality of steps, the pinned

The plurality of steps included in providing includes a second plurality of steps, wherein the first plurality of steps includes depositing a first region of the free layer, depositing the first sacrificial layer, and at least Annealing the first region 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 region of the free layer, The second plurality of steps may include depositing a first region of the pinned layer, depositing a second sacrificial layer, and applying at least the first region of the pinned layer and the second sacrificial layer to a second temperature greater than 25 degrees Celsius. Annealing at, defining a magnetic junction region including the free layer, the nonmagnetic spacer layer, and the first region of the fixed layer, removing the second sacrificial layer, and forming a second region of the fixed layer Includes vapor deposition.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 자유층을 제공하는 것은 상기 제1 복수의 단계를 포함하고, 상기 자유층은 면을 벗어나는 반자화 에너지(out-of-plane demagnetization energy)보다 큰 수직 자기 이방성 에너지(perpendicular magnetic anisotropy energy)를 가지다.In some embodiments of the present invention, providing the free layer includes the first plurality of steps, and the free layer is a perpendicular magnetization energy greater than an out-of-plane demagnetization energy. It has perpendicular magnetic anisotropy energy.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 자유층은 15Å보다 큰 두께를 가진다.In some embodiments of the present invention, the free layer has a thickness greater than 15Å.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 자유층의 두께는 25Å 미만이다.In some embodiments of the present invention, the thickness of the free layer is less than 25Å.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 희생층은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb 및 Zr 중 적어도 하나를 포함한다.In some embodiments of the present invention, the first sacrificial layer is Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb and at least one of Zr.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 자유층을 제공하기 전에 MgO 시드층을 증착하는 것을 더 포함한다.In some embodiments of the present invention, it further includes depositing an MgO seed layer before providing the free layer.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 어닐링하는 것은 급속 열처리(rapid thermal anneal)를 수행하는 것을 포함한다.In some embodiments of the invention, the annealing includes performing a rapid thermal anneal.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 자유층의 상기 제1 영역은 제1 두께를 가지고, 상기 자유층의 상기 제2 영역은 제2 두께를 가지고, 상기 제1 두께는 15Å 이하이고, 상기 제2 두께는 15Å 이하이다.In some embodiments of the present invention, the first region of the free layer has a first thickness, the second region of the free layer has a second thickness, the first thickness is 15Å or less, and the The second thickness is 15Å or less.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제2 복수의 단계를 포함하는 피고정층을 제공하는 것은, 상기 제2 희생층을 제거하기 전에 적어도 하나의 리필(refill) 물질을 증착하는 것을 더 포함한다.In some embodiments of the present invention, providing the pinned layer including the second plurality of steps further includes depositing at least one refill material before removing the second sacrificial layer. .

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 리필(refill) 물질을 증착한 후에, 평탄화(planarization)를 수행하는 것을 더 포함한다.In some embodiments of the present invention, after depositing the at least one refill material, it further includes performing planarization.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 피고정층은 제1 강자기층, 제2 강자기층 및 상기 제1 강자기층과 상기 제2 강자기층 사이의 커플링층을 포함하는 합성형 반강자기(synthetic antiferromagnetic)이고, 상기 피고정층의 상기 제2 영역을 증착하는 것은, 적어도 하나의 상기 비자기층을 증착하고, 상기 제2 강자기층을 증착하는 것을 포함한다.In some embodiments of the present invention, the pinned layer includes a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a coupling layer between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer (synthetic antiferromagnetic). And depositing the second region of the pinned layer includes depositing at least one non-magnetic layer and depositing the second ferromagnetic layer.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 피고정층의 상기 제2 영역을 증착하는 것은, 상기 제1 강자기층의 영역을 증착하는 것을 더 포함한다.In some embodiments of the present invention, depositing the second region of the pinned layer further includes depositing the region of the first ferromagnetic layer.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 강자기층 및 상기 제2 강자기층 중 적어도 하나는 다층(multilayer)이다.In some embodiments of the present invention, at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is a multilayer.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 피고정층의 잔여 영역를 정의하는 것을 더 포함한다.In some embodiments of the present invention, further comprising defining a residual region of the pinned layer.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제2 복수의 단계는 적어도 하나의 리필 물질을 증착하기 전에, 자기 접합 영역을 정의하는 것을 더 포함하고, 상기 자기 접합의 영역을 정의하는 것은, 상기 자기 접합에 대응하는 상기 제2 희생층의 영역를 덮는 포토레지스트 마스크를 상기 제2 희생층 상에 제공하고, 상기 제2희생층의 노출 영역, 상기 피고정층의 상기 제1 영역, 상기 비자기 스페이서층 및 상기 포토레지스트 마스크에 의해 노출된 상기 자유층을 제거하는 것을 더 포함한다.In some embodiments of the present invention, the second plurality of steps further includes defining a magnetic junction region before depositing at least one refill material, and defining the magnetic junction region comprises: A photoresist mask covering an area of the second sacrificial layer corresponding to bonding is provided on the second sacrificial layer, and an exposed area of the second sacrificial layer, the first area of the fixed layer, the nonmagnetic spacer layer, and Further comprising removing the free layer exposed by the photoresist mask.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 추가적인 비자기 스페이서층을 제공하고, 상기 자유층은 상기 추가적인 비자기 스페이서층과 상기 비자기 스페이서층 사이에 있고, 추가적인 피고정층을 제공하고, 상기 추가적인 비자기층은 상기 추가적인 피고정층 및 상기 자유층 사이에 있다.In some embodiments of the present invention, an additional nonmagnetic spacer layer is provided, the free layer is between the additional nonmagnetic spacer layer and the nonmagnetic spacer layer, provides an additional pinned layer, and the additional nonmagnetic layer Is between the additional pinned layer and the free layer.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른, 자기 장치에 사용할 수 있는 자기 메모리를 기판 상에 제공하는 방법은 15Å 두께 이하인 CoFeB층을 포함하는 자유층의 제1 강자기층을 기판 상에 증착하고, 상기 제1 강자기층 상에, Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb 및 Zr 중 적어도 하나를 포함하고, 15Å 두께 이하인 제1 희생층을 증착하고, 섭씨 25도보다 큰 제1 온도에서 상기 제1 강자기층과 상기 제1 희생층을 어닐링하고, 적어도 상기 제1 희생층을 제거하고, 상기 제1 강자기층의 잔여 영역 상에, 상기 제1 강자기층의 잔여 영역과 함께 25Å 두께 이하를 가지도록 15Å 두께 이하의 CoFeB층을 포함하는 상기 자유층의 제2 강자기층을 증착하고, 비자기 스페이서층을 제공하고, 피고정층의 제1 영역을 증착하고, 상기 비자기 스페이서층은 상기 피고정층 및 상기 자유층 사이에 형성되고, 4Å 두께 이하이고, Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb 및 Zr 중 적어도 하나를 포함하는 제2 희생층을 증착하고, 적어도 상기 피고정층의 제1 영역, 상기 제1 강자기층의 잔여 영역, 상기 제2 강자기층 및 상기 제2 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제2 온도에서 어닐링하고, 상기 희생층 상에, 적어도 하나의 자기 접합에 대응하는 상기 희생층의 영역을 덮는 포토레지스트 마스크를 제공하고, 상기 자유층, 상기 비자기 스페이서층 및 상기 피고정층의 제1 영역을 포함하는 적어도 하나의 자기 접합의 영역을 상기 포토레지스트 마스크를 이용해 정의하고, 적어도 하나의 리필 물질을 증착하고, 상기 적어도 하나의 리필 물질을 증착한 후에, 평탄화(planarization)를 수행하고, 상기 평탄화 후에, 상기 제2 희생층을 제거하고, 상기 피고정층의 적어도 제2 영역을 증착하고, 상기 피고정층의 적어도 제2 영역을 증착한 후에, 상기 적어도 하나의 자기 접합의 잔여 영역을 정의하는 것을 포함하고, 상기 자유층은 면을 벗어나는 반자화 에너지보다 큰 수직 자기 이방성 에너지를 가지고, 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통해 흐를 때, 복수 개의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭 될 수 있다.In order to solve the above technical problem, according to an embodiment of the present invention, a method of providing a magnetic memory that can be used in a magnetic device on a substrate includes a first ferromagnetic layer of a free layer including a CoFeB layer having a thickness of 15Å or less. Deposited on a substrate, and on the first ferromagnetic layer, Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, Depositing a first sacrificial layer containing at least one of K, Na, Rb, Pb, and Zr and having a thickness of 15Å or less, and annealing the first ferromagnetic layer and the first sacrificial layer at a first temperature greater than 25 degrees Celsius, , The free layer including a CoFeB layer having a thickness of 15Å or less so as to have a thickness of 25Å or less together with the remaining area of the first ferromagnetic layer, on the remaining area of the first ferromagnetic layer and removing at least the first sacrificial layer Depositing a second ferromagnetic layer of, providing a nonmagnetic spacer layer, depositing a first region of the pinned layer, the nonmagnetic spacer layer formed between the pinned layer and the free layer, and having a thickness of 4Å or less, Contains 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 Depositing a second sacrificial layer, and annealing at least the first region of the fixed layer, the remaining region of the first ferromagnetic layer, the second ferromagnetic layer and the second sacrificial layer at a second temperature greater than 25 degrees Celsius, , On the sacrificial layer, at least a photoresist mask covering an area of the sacrificial layer corresponding to at least one magnetic junction, and including a first area of the free layer, the nonmagnetic spacer layer, and the layer to be fixed A region of one magnetic junction is defined using the photoresist mask, at least one refill material is deposited, and after the at least one refill material is deposited, planarization is performed, and after the planarization, the first 2 Remove the sacrificial layer, and Depositing at least a second region of the pinned layer, and after depositing at least a second region of the pinned layer, defining a residual region of the at least one magnetic junction, wherein the free layer is less than an off-plane diamagnetization energy With large perpendicular magnetic anisotropy energy, when a write current flows through the magnetic junction, it can be switched between a plurality of stable magnetic states.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 장치에 사용할 수 있는 자기 접합은 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때 복수 개의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있고, 면을 벗어나는 반자화 에너지보다 큰 수직 자기 이방성 에너지를 가지며, 15Å 두께보다 큰 강자기층을 가지는 자유층; 비자기 스페이서층; 및 피고정층을 포함하고, 상기 비자기 스페이서층은 상기 피고정층과 상기 자유층 사이에 형성된다.In order to solve the above technical problem, a magnetic junction that can be used in a magnetic device according to an embodiment of the present invention can be switched between a plurality of stable magnetic states when a write current flows through the magnetic junction, and A free layer having a perpendicular magnetic anisotropy energy greater than the demagnetization energy and having a ferromagnetic layer greater than 15Å thickness; A nonmagnetic spacer layer; And a fixed layer, wherein the nonmagnetic spacer layer is formed between the fixed layer and the free layer.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 강자기층은 상기 면을 벗어나는 반자화 에너지보다 큰 수직 자기 이방성 에너지를 가지는 CoFeB층을 포함한다.In some embodiments of the present invention, the ferromagnetic layer includes a CoFeB layer having a perpendicular magnetic anisotropy energy greater than a diamagnetization energy out of the plane.

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 비자기 스페이서층은 결정질 MgO 터널링 베리어층이고, 상기 자기접합은 MgO 시드층을 더 포함하되, 상기 강자기층은 상기 MgO 시드층과 상기 결정질 MgO 터널링 베리어층 사이에 배치된다.In some embodiments of the present invention, the nonmagnetic spacer layer is a crystalline MgO tunneling barrier layer, and the magnetic junction further includes an MgO seed layer, wherein the ferromagnetic layer is the MgO seed layer and the crystalline MgO tunneling barrier layer. Is placed in between.

도 1은 일반적인 자기 접합을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 스핀 트랜스퍼 토크를 사용하여 프로그램할 수 있고, 자기 메모리에 사용할 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 스핀 트랜스퍼 토크를 사용하여 프로그램할 수 있고, 자기 메모리에 사용할 수 있는 자기 접합을 도시한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 스핀 트랜스퍼 토크를 사용하여 프로그램할 수 있고, 자기 메모리에 사용할 수 있는 자기 접합을 도시한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 스핀 트랜스퍼 토크를 사용하여 프로그램할 수 있고 자기 메모리에 사용할 수 있는 자기 접합의 일부를 제공하는 방법을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 스핀 트랜스퍼 토크를 사용하여 프로그램할 수 있고, 자기 메모리에 사용할 수 있는 자기 접합을 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 스핀 트랜스퍼 토크를 사용하여 프로그램할 수 있고 자기 메모리에 사용될 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법을 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 스핀 트랜스퍼 토크를 사용하여 프로그램할 수 있는 자기 메모리에 사용할 수 있는 자기 접합을 도시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 스핀 트랜스퍼 토크를 사용하여 프로그램할 수 있고 자기 메모리에 사용할 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법을 도시한다.
도 10 내지 도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조 중에 스핀 트랜스퍼 토크를 사용하여 프로그램할 수 있고 자기 메모리에 사용할 수 있는 자기 접합을 도시한다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조 중에 스핀 트랜스퍼 토크를 사용하여 프로그램할 수 있고 자기 메모리에 사용할 수 있는 자기 접합을 도시한다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따라 저장 셀(들)의 메모리 소자(들)에 자기 접합을 이용하는 메모리를 도시한다.1 shows a typical magnetic junction.
2 illustrates a method of providing a magnetic junction that can be programmed using spin transfer torque and can be used in a magnetic memory according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a magnetic junction that can be programmed using spin transfer torque and can be used in a magnetic memory according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a magnetic junction that can be programmed using spin transfer torque and can be used in a magnetic memory according to another embodiment of the present invention.
5 illustrates a method of providing a portion of a magnetic junction that can be programmed using spin transfer torque and used in a magnetic memory in accordance with another embodiment of the present invention.
6 illustrates a magnetic junction that can be programmed using spin transfer torque and can be used in a magnetic memory according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates a method of providing a magnetic junction that can be programmed using spin transfer torque and used in a magnetic memory in accordance with another embodiment of the present invention.
8 illustrates a magnetic junction usable in a magnetic memory programmable using spin transfer torque according to an embodiment of the present invention.
9 illustrates a method of providing a magnetic junction that is programmable using spin transfer torque and usable in a magnetic memory in accordance with another embodiment of the present invention.
10 to 22 illustrate magnetic junctions that can be programmed using spin transfer torque during fabrication and can be used in a magnetic memory in accordance with another embodiment of the present invention.
23 and 24 illustrate magnetic junctions that can be programmed using spin transfer torque during fabrication and can be used in a magnetic memory in accordance with another embodiment of the present invention.
25 illustrates a memory using a magnetic junction to the memory device(s) of the storage cell(s) according to an embodiment of the present invention.

예시적인 실시예들은 자기 메모리들과 같은 자기 장치들에 사용될 수 있는 자기 접합들 및 그와 같은 자기 접합들을 사용하는 장치들에 관한 것이다. 상기 저기 메모리들은 스핀 트랜스퍼 토크 자기 랜덤 엑세스 메모리(STT-MRAMs)를 포함할 수 있고, 비휘발성 메모리를 채용한 잔자 장치들에 사용될 수 있다. 이러한 전자 장치들은 핸드폰, 스마트폰, 테블릿, 랩탑 및 기타 휴대용 및 비휴대용 컴퓨터 장치들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이하 설명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록 제공되었으며 특허 출원과 그 요구사항의 일부로 제공된다. 본 명세서에 기재 된 예시적인 실시예들 및 그에 대한 원리 및 형태들의 다양한 변형들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 수 있다. 예시적인 실시예들은 주로 특정한 실시예에 제공되는 특정한 방법들 및 시스템들로 기술되었으나, 상기 방법들 및 시스템들은 다른 실시에서도 유효하게 작동할 수 있다. "예시적인 실시예", "일 실시예", 및 "다른 실시예"와 같은 문구는 복수의 실시예들 뿐 아니라 동일하거나 다른 실시 예들에 대한 것일 수 있다. 실시예들은 일정 구성들을 갖는 시스템들 및/또는 장치들에 대하여 기술될 것이나, 시스템들 및/또는 장치들은 도시된 구성들보다 많거나 적은 구성들을 포함할 수 있고, 배치 및 구성 들의 형태에 대한 변화가 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 또한, 예시적인 실시예들은 일정 단계들을 갖는 특정 방법들의 맥락에서 기술될 수 있으나, 이러한 방법 및 시스템은 다른 및/또는 추가적인 단계들을 갖거나 예시적인 실시예들에 모순되지 않는 다른 순서들의 단계들을 갖는 다른 방법들에서 유효하게 작동할 것이다. 따라서, 본 발명은 도시된 실시예들에 한정할 의도가 아니며, 본 명세서에 기재된 원리들 및 형태들과 모순되지 않는 가장 넓은 범위에 따른다.Exemplary embodiments relate to magnetic junctions that can be used in magnetic devices such as magnetic memories and devices using such magnetic junctions. The memories therein may include spin transfer torque magnetic random access memories (STT-MRAMs), and may be used in residual devices employing nonvolatile memory. Such electronic devices may include, but are not limited to, cell phones, smart phones, tablets, laptops, and other portable and non-portable computer devices. The following description has been provided so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains to practice the present invention, and is provided as part of a patent application and its requirements. The exemplary embodiments described in the present specification and various modifications of the principles and forms therefor may be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Although the exemplary embodiments have been mainly described with specific methods and systems provided in a specific embodiment, the methods and systems may operate effectively in other implementations. Phrases such as “exemplary embodiment”, “one embodiment”, and “another embodiment” may refer to a plurality of embodiments as well as the same or different embodiments. The embodiments will be described with respect to systems and/or devices having certain configurations, but systems and/or devices may include more or less configurations than the illustrated configurations, and variations in the form of arrangement and configurations Can be made within the scope of the present invention. In addition, exemplary embodiments may be described in the context of specific methods having certain steps, but such a method and system may have other and/or additional steps or other orders of steps not contradicting the exemplary embodiments. It will work in other ways. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the illustrated embodiments, and is to be accorded the widest scope not contradictory to the principles and forms described herein.

방법들 및 시스템들은 자기 접합을 이용하는 자기 메모리뿐만 아니라 자기 접합을 제공한다. 상기 실시예들은 자기 접합 및 자기 장치에서 사용될 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정된 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있는 자유층(free layer)을 제공하고, 비자기 스페이서층(nonmagnetic spacer layer)을 제공하고, 고정층(pinned layer)을 제공하는 것을 포함하되, 상기 비자기 스페이서층은 상기 자유층과 상기 고정층 사이에 배치되고, 상기 자유층을 제공하는 것은 제1 복수의 단계를 포함하고, 상기 고정층을 제공하는 것은 제2 복수의 단계를 포함하되, 상기 제1 복수의 단계는, 상기 자유층의 제1 영역을 증착하고, 상기 제1 희생층을 증착하고, 적어도 상기 자유층의 상기 제1 영역과 상기 제1 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제1 온도에서 어닐링하고, 상기 제1 희생층을 제거하고, 상기 자유층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함하고, 상기 제2 복수의 단계는, 상기 고정층의 제1 영역을 증착하고, 제2 희생층을 증착하고, 적어도 상기 고정층의 제1 영역과 상기 제2 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제2 온도에서 어닐링하고, 상기 자유층, 상기 비자기 스페이서층 및 상기 고정층의 상기 제1 영역을 포함하는 자기 접합의 영역을 정의하고, 상기 제2 희생층을 제거하고, 상기 고정층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함할 수 있다.Methods and systems provide magnetic memory as well as magnetic junctions using magnetic junctions. The above embodiments provide a magnetic junction and a method of providing a magnetic junction that can be used in a magnetic device. The method provides a free layer capable of switching between a plurality of stable magnetic states when a write current flows through the magnetic junction, providing a nonmagnetic spacer layer, and a fixed layer providing a (pinned layer), wherein the non-magnetic spacer layer is disposed between the free layer and the pinned layer, providing the free layer comprises a first plurality of steps, and providing the pinned layer Including a second plurality of steps, wherein the first plurality of steps include: depositing a first region of the free layer, depositing the first sacrificial layer, and at least the first region of the free layer and the first Annealing the sacrificial layer at a first temperature greater than 25 degrees Celsius, removing the first sacrificial layer, and depositing a second region of the free layer, wherein the second plurality of steps include: Depositing one region, depositing a second sacrificial layer, annealing at least the first region of the pinned layer and the second sacrificial layer at a second temperature greater than 25 degrees Celsius, and the free layer, the nonmagnetic spacer layer, and It may include defining a magnetic junction region including the first region of the fixed layer, removing the second sacrificial layer, and depositing a second region of the fixed layer.

예시적인 실시예들은 특정 방법, 자기 접합들 및 어떤 구성들을 가지는 자기 메모리들의 맥락 내에서 설명된다. 본발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본 발명이 다른 및/또는 추가적인 구성들 및/또는 본 발명과 모순되지 않는 다른 특징들을 가지는 자기 접합들과 자기 메모리들의 사용에 일관됨을 쉽게 알 것이다. 또한, 상기 방법 및 시스템은 스핀 전달 현상, 자기 이방성 및 다른 물리적 현상의 이해의 맥락 내에서 설명된다. 그 결과로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 방법 및 시스템의 가동에 대한 이론적 설명들이 스핀 전달, 자기 이방성 및 다른 물리적 현상의 이러한 현재의 이해를 바탕으로 이루어 짐을 쉽게 알 것이다. 그러나, 여기에서 설명된 방법과 시스템은 특정한 물리적 설명에 의존하지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 또한 상기 방법과 시스템은 기판에 특정한 관계를 가지는 구조의 맥락 내에서 설명됨을 쉽게 알 것이다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 방법과 시스템이 다른 구조들과 일관됨을 쉽게 알 것이다. 또한, 상기 방법과 시스템은 합성된 및/또는 단일의 어떤 층들의 맥락 내에서 설명된다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 층들이 다른 구조를 가질 수 있음을 쉽게 알 것이다. 나아가, 상기 방법과 시스템은 특별한 층들을 가지는 자기 접합들 및/또는 하부 구조들의 맥락 내에서 설명된다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 방법과 시스템에 모순되지 않는 추가적인 및/또는 다른 층들을 가지는 자기 접합들 및/또는 하부 구조들 또한 사용될 수 있음을 쉽게 알 것이다. 게다가, 어떤 구성들은 자성(magnetic), 강자기(ferromagnetic) 및 페리자성(ferrimagnetic)으로 설명한다. 여기에서 사용된 것과 같이, 자성이란 용어는 강자기, 페리자성 또는 유사한 구조들을 포함할 수 있다. 이렇게, 여기에서 사용되는 바와 같이, 상기 "자성" 또는 "강자기"이라는 용어는 강자기체들 및 페리자성체들을 포함하나, 그에 한정되지 않는다. 상기 방법과 시스템은 또한 단일 자기 접합들과 하부 구조들의 맥락 내에서 설명된다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 방법과 시스템이 복수의 자기 접합들을 가지고 복수의 하부 구조들을 사용하는 자기 메모리들의 사용에 관련됨을 쉽게 알 것이다. 나아가, 여기서 사용된 대로, "면 내(in-plane)"는 실질적으로 자기 접합의 하나 이상의 층들의 면 내에 있거나 그 면에 평행한 것이다. 반대로, "수직인(perpendicular)"은 자기 접합의 하나 이상의 층들에 실질적으로 수직한 방향에 해당한다.Exemplary embodiments are described within the context of a specific method, magnetic junctions and magnetic memories having certain configurations. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will readily appreciate that the present invention is consistent with the use of magnetic junctions and magnetic memories having different and/or additional configurations and/or other features not contradicting the present invention. will be. In addition, the methods and systems are described within the context of an understanding of spin transfer phenomena, magnetic anisotropy and other physical phenomena. As a result, one of ordinary skill in the art will readily appreciate that theoretical explanations for the operation of the method and system are made based on this current understanding of spin transfer, magnetic anisotropy, and other physical phenomena. . However, the methods and systems described herein do not rely on any particular physical description. Those of ordinary skill in the art will also readily appreciate that the methods and systems are described within the context of structures having a specific relationship to the substrate. However, those of ordinary skill in the art will readily appreciate that the method and system are consistent with other structures. In addition, the methods and systems are described within the context of certain layers synthesized and/or single. However, one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will readily appreciate that the layers may have different structures. Furthermore, the method and system are described within the context of magnetic junctions and/or substructures having special layers. However, one of ordinary skill in the art will readily appreciate that magnetic junctions and/or substructures having additional and/or other layers that do not contradict the method and system may also be used. In addition, some configurations are described as magnetic, ferromagnetic and ferrimagnetic. As used herein, the term magnetic may include ferromagnetic, ferrimagnetic, or similar structures. Thus, as used herein, the term "magnetic" or "ferromagnetic" includes, but is not limited to, ferromagnetic bodies and ferrimagnetic bodies. The method and system are also described within the context of single magnetic junctions and substructures. However, one of ordinary skill in the art will readily appreciate that the method and system relate to the use of magnetic memories having a plurality of magnetic junctions and using a plurality of substructures. Furthermore, as used herein, "in-plane" is substantially in-plane or parallel to one or more layers of a magnetic junction. Conversely, "perpendicular" corresponds to a direction substantially perpendicular to one or more layers of the magnetic junction.

도 2는 STT-RAM과 같은 자기 메모리에서 이용 가능한 자기 접합을 제조하는 방법(100)의 일 실시예를 도시한다. 그러므로, 방법(100)은 다양한 종류의 전자 장치에서 이용될 수 있다. 단순화를 위해, 일부 단계들은 생략되거나 따로 또는 조합되어 수행될 수 있다. 나아가, 방법(100)은 자기 메모리 형성의 다른 단계들이 수행된 이후에, 시작할 수 있다.Figure 2 shows one embodiment of a method 100 of making a magnetic junction usable in a magnetic memory such as an STT-RAM. Therefore, the method 100 can be used in various types of electronic devices. For simplicity, some steps may be omitted or performed separately or in combination. Furthermore, the method 100 may begin after other steps of magnetic memory formation have been performed.

자유층을 위한 재료(들) 증착을 포함하는 단계 102, 단계 104를 통해 자유층이 제공된다. 상기 자유층은 시드층(들) 상에 증착될 수 있다. 시드층(들)은 상기 자유층의 요구되는 결정 구조, 자기 이방성 및/또는 상기 자유층의 자기 감thl(damping)를 포함하는 다양한 목적을 위해 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 자유층은 상기 자유층의 수직 자기 이방성을 향상시키는 결정질 MgO층과 같은 시드층 상에 제공될 수 있다. 이중 자기 접합(dual magnetic junction)이 제조된다면, 상기 자유층은 또 다른 비자기 스페이서층 상에 형성될 수 있다. 이런 비자기 스페이서층은 상술한 MgO 시드층일 수 있다. 고정층이 이러한 스페이서층 아래에 형성될 수 있다.The free layer is provided through steps 102 and 104 that include depositing the material(s) for the free layer. The free layer may be deposited on the seed layer(s). The seed layer(s) may be selected for various purposes, including the required crystal structure of the free layer, magnetic anisotropy, and/or magnetic damping of the free layer, but is not limited thereto. For example, the free layer may be provided on a seed layer such as a crystalline MgO layer that improves perpendicular magnetic anisotropy of the free layer. If a dual magnetic junction is to be made, the free layer can be formed on another nonmagnetic spacer layer. Such a nonmagnetic spacer layer may be the MgO seed layer described above. A pinning layer may be formed under this spacer layer.

단계 102에서 제공된 상기 자유층은 반자화 에너지(demagnetization energy)를 초과하는 수직 자기 이방성을 가질 수 있다. 그러므로, 상기 자유층의 자기 모멘트는 면 수직(perpendicular-to-plane)을 포함하는 면 외(out-of-plane)에서 안정할 수 있다. 게다가, 분극 강화층(polarization enhancement layer; PEL)이 상기 자유층의 일부로써, 또는 추가적으로 제공될 수 있다. PEL은 하이 스핀 분극 재료(high spin polarization material)들을 포함한다. 단계 102에서 제공된 상기 자유층은 또한, 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통해 흐를 때, 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭되도록 형성된다. 그러므로, 상기 자유층은 스핀 트랜스퍼 토크(spin transfer torque)를 이용하여 스위칭할 수 있다. 단계 102에서 제공된 자유층은 자성(magnetic)이고, 작동 온도에서 열적으로 안정하다. 비록, 단계 102가 자유층을 제공하는 맥락에서 설명되지만, 상기 자유층의 테두리(edge)는 이후에 제공되는 스택(stack)에서 정의될 수 있다.The free layer provided in step 102 may have perpendicular magnetic anisotropy exceeding demagnetization energy. Therefore, the magnetic moment of the free layer can be stable out-of-plane including a perpendicular-to-plane. In addition, a polarization enhancement layer (PEL) may be provided as part of the free layer or additionally. PEL includes high spin polarization materials. The free layer provided in step 102 is also formed to switch between stable magnetic states when a write current flows through the magnetic junction. Therefore, the free layer can be switched using a spin transfer torque. The free layer provided in step 102 is magnetic and thermally stable at operating temperature. Although step 102 is described in the context of providing a free layer, the edge of the free layer may be defined in a stack provided later.

몇몇 실시예들에서, 단계 102는 추가적인 단계들을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 상기 자유층의 제1 영역이 먼저 증착된다. 상기 자유층의 제1 영역은 Co, Fe 및/또는 B를 포함하는 자기층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 20 원자 퍼센트 이하의 B를 가지는 CoFeB층이 증착될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 단계 102는 또한, 층들 간의 계면을 공유하도록 제1 강자기층 상에 희생 삽입층을 증착하는 것을 포함한다. 상기 희생 삽입층은 붕소(boron)에 친화성을 가지고, 낮은 확산을 가지고, 하부층과 상대적으로 우수한 격자 매칭을 가지는 재료(들)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 강자기층과 상기 희생 삽입층 사이의 격자 파라미터의 차이는 10%이하일 수 있다. 상기 격자 삽입층은 얇을 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 희생 삽입층은 10Å 이하의 두께일 수 있다. 이러한 몇몇 실시예들에서, 상기 희생 삽입층은 4Å을 초과하지 않을 수 있고, 1Å보다 클 수 있다. 다른 실시예들에서, 다른 두께가 사용될 수 있다. 상기 희생 삽입층과 하부층(들)은 이어서 실내 온도(예컨대, 섭씨 25도 이상)에서 어닐링될 수 있다. 예를 들어, 섭씨 300 내지 400도의 온도 범위에서 급속 열처리(rapid thermal anneal: RTA)가 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 어닐링은 블록 히팅(block heating)을 포함하는 다른 방식으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 어닐링은 또한 다른 온도에서 수행될 수 있다. 상기 어닐링 후에, 희생 삽입층은 예를 들어, 플라즈마 에칭을 통해 제거된다. 다른 실시예들에서, 상기 희생 삽입층은 이온 밀링(ion milling) 또는 CMP(chemical mechanical planarization)를 포함하는 또 다른 방법으로 제거될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제거 단계에서, 상기 하부 강자기층의 일부 영역이 제거될 수 있다. 이어서, 임의의 경우에, 상기 자유층의 잔여 영역이 증착될 수 있다. 예를 들어, 제2 강자기층은 상기 노출된 제1 강자기층 상에 증착될 수 있다. 이러한 제2 강자기층은 또 다른 CoFeB층일 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 제공된 자성 재료의 전체 양은 상기 자유층이 상기 반자화 에너지를 초과하는 수지 자기 이방성을 가지게 한다. 예를 들어, 단계 102의 마지막에서, 상기 제1 및 제2 강자기층은 함께 30Å을 초과하지 않지만, 15Å보다는 큰 전체 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 전체 두께는 25Å을 초과하지 않는다. 예를 들어, 상기 전체 두께는 적어도 16Å이고, 25Å이하일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 자유층은 다른 방식으로 형성될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 희생 삽입층은 희생층으로 지칭될 수 있다.In some embodiments, step 102 includes additional steps. In these embodiments, the first region of the free layer is deposited first. The first region of the free layer may include a magnetic layer containing Co, Fe, and/or B. For example, a layer of CoFeB having a B of 20 atomic percent or less may be deposited. In such embodiments, step 102 also includes depositing a sacrificial intercalation layer over the first ferromagnetic layer to share an interface between the layers. The sacrificial insert layer may include material(s) having affinity for boron, low diffusion, and relatively excellent lattice matching with the lower layer. For example, a difference in lattice parameters between the lower ferromagnetic layer and the sacrificial insertion layer may be 10% or less. The lattice insertion layer may be thin. In some embodiments, the sacrificial insertion layer may have a thickness of 10Å or less. In some of these embodiments, the sacrificial insertion layer may not exceed 4Å and may be greater than 1Å. In other embodiments, other thicknesses may be used. The sacrificial insertion layer and the lower layer(s) may then be annealed at room temperature (eg, 25 degrees Celsius or higher). For example, rapid thermal anneal (RTA) may be used in a temperature range of 300 to 400 degrees Celsius. In other embodiments, the annealing may be performed in another manner including block heating, but is not limited thereto. The annealing can also be carried out at other temperatures. After the annealing, the sacrificial intercalation layer is removed through plasma etching, for example. In other embodiments, the sacrificial intercalation layer may be removed by another method including ion milling or chemical mechanical planarization (CMP), but is not limited thereto. In the removing step, a partial region of the lower ferromagnetic layer may be removed. Subsequently, in any case, the remaining regions of the free layer may be deposited. For example, the second ferromagnetic layer may be deposited on the exposed first ferromagnetic layer. This second ferromagnetic layer may be another CoFeB layer. In some embodiments, the total amount of magnetic material provided causes the free layer to have a resin magnetic anisotropy that exceeds the diamagnetization energy. For example, at the end of step 102, the first and second ferromagnetic layers together do not exceed 30Å, but may have an overall thickness greater than 15Å. In some embodiments, the total thickness does not exceed 25Å. For example, the total thickness may be at least 16Å and 25Å or less. In other embodiments, the free layer may be formed in a different way. In the present invention, the sacrificial insertion layer may be referred to as a sacrificial layer.

비자기 스페이서층이 단계 104를 통해 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 결정질 MgO 터널링 배리어층은 형성되는 자기 접합을 위해 요구될 수 있다. 단계 104는 터널링 배리어층을 형성하는 MgO 증착을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 단계 104는 예를 들어, 라디오 주파수(RF)스퍼터링을 사용한 MgO 증착을 포함할 수 있다. Mg 금속이 증착된 후, 단계 104에서 Mg의 자연 산화막를 제공하기 위해 산화된다. 상기 MgO 배리어 층/비자기 스페이서층은 또한 또 다른 방법으로 형성될 수 있다. 단계 102에 대하여 상술한 바와 같이, 비자기 스페이서층의 가장자리는 이후에, 예컨대 상기 자기 접합의 잔여 부분의 증착 후에 정의될 수 있다. 단계 104는 강화된 터널자기저항(tunneling magnetoresistance; TMR)을 위해, (100) 배향을 가지는 결정질 MgO 터널링 배리어를 제공하기 위하여 이미 형성된 자기 접합의 상기 부분을 어닐링하는 것을 포함할 수 있다.A nonmagnetic spacer layer is provided through step 104. In some embodiments, a crystalline MgO tunneling barrier layer may be required for the magnetic junction to be formed. Step 104 may include depositing MgO to form a tunneling barrier layer. In some embodiments, step 104 may include MgO deposition using radio frequency (RF) sputtering, for example. After the Mg metal is deposited, it is oxidized in step 104 to provide a native oxide film of Mg. The MgO barrier layer/non-magnetic spacer layer can also be formed by another method. As described above for step 102, the edge of the nonmagnetic spacer layer can be defined later, for example after deposition of the remaining portion of the magnetic junction. Step 104 may include annealing the portion of an already formed magnetic junction to provide a crystalline MgO tunneling barrier having a (100) orientation, for enhanced tunneling magnetoresistance (TMR).

고정층이 단계 106을 통해 제공된다. 그러므로, 상기 비자기 스페이서층은 상기 고정층 및 상기 자유층 사이에 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 단계 106에서 상기 고정층은, 단계 102의 상기 자유층의 형성 후에 형성될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 자유층이 먼저 형성될 수 있다. 상기 고정층은 자성이고, 상기 고정층의 자화는 적어도 일부의 상기 자기 접합의 작동 중에, 특정 방향으로 피닝(pinned)되거나, 고정(fixed)될 수 있다. 그러므로, 상기 고정층은 작동 온도에서 열적으로 안정할 수 있다. 단계 106에서 형성된 상기 고정층은 단순한(단일)층이거나, 다층(multiple layers)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단계 106에서 형성된 상기 고정층은 루테늄(Ru)와 같은 얇은 비자성층(들)을 반강자기 또는 강자기로 통해 결합된(coupled) 자성층(들)을 포함하는 SAF일 수 있다. 이러한 SAF 내에서, 각 자성층들은 또한 다층(multiple layers)을 포함할 수 있다. 상기 고정층은 또한 또 다른 다층일 수 있다. 단계 106에서 형성되는 상기 고정층은 면을 벗어나는 반자화 에너지(out-of-plane demagnetization energy)를 초과하는 수직 이방성 에너지를 가질 수 있다. 그러므로, 상기 고정층은 면에 대해 수직 배향된(oriented) 자기 모멘트를 가질 수 있다. 상기 고정층의 상기 자화의 다른 배향(orientation)들은 가능하다. 또한, 이러한 PEL 또는 커플링층(들)과 같은 다른층들이 상기 고정층 및 비자기 스페이서층 사이에 삽입될 수 있음을 유의한다.A pinned layer is provided through step 106. Therefore, the nonmagnetic spacer layer is between the pinned layer and the free layer. In some embodiments, the fixed layer in step 106 may be formed after the formation of the free layer in step 102. In other embodiments, the free layer may be formed first. The pinned layer is magnetic, and magnetization of the pinned layer may be pinned or fixed in a specific direction during at least some of the magnetic bonding operations. Therefore, the fixed layer can be thermally stable at the operating temperature. The pinned layer formed in step 106 may be a simple (single) layer or may include multiple layers. For example, the pinned layer formed in step 106 may be a SAF including magnetic layer(s) coupled with a thin non-magnetic layer(s) such as ruthenium (Ru) through antiferromagnetic or ferromagnetic. Within this SAF, each magnetic layer may also include multiple layers. The pinned layer may also be another multilayer. The pinned layer formed in step 106 may have vertical anisotropy energy exceeding out-of-plane demagnetization energy. Therefore, the pinned layer may have a magnetic moment oriented perpendicular to the plane. Other orientations of the magnetization of the pinned layer are possible. It is also noted that other layers such as PEL or coupling layer(s) may be interposed between the pinned layer and the nonmagnetic spacer layer.

몇몇 실시예들에서, 단계 106은 단계 102에 대해 상술한 것과 유사한 복수 단계들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정층의 제1 영역이 먼저 증착된다. 상기 고정층의 제1 부분은 Co, Fe 및/또는 B를 포함하는 자성층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 20 원자 퍼센트를 넘지 않는 B를 포함하는 CoFeB층이 증착될 수 있다. PEL 또는 다른 구조체가 또한 상기 고정층 및 상기 비자기 스페이서층 사이에 증착될 수 있다. 이러한 실시예에서, 단계 106은 또한 형성된 고정층의 상기 영역 상에 또 다른 희생 삽입층을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 희생 삽입층은 상기 강자기층 상에 직접 증착된다. 다른 실시예들에서, 다른 층(들)이 상기 강자기층과 상기 희생 삽입층 사이에 증착될 수 있다. 상기 희생 삽입층은 하부층과 상대적으로 우수한 격자 매칭을 이루고, 낮은 확산을 가지며, 붕소(boron)에 친화성을 가지는 재료(들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 강자기층과 상기 희생 삽입층 사이의 격자 파라미터의 차이는 10% 이하일 수 있다. 상기 희생 삽입층은 얇을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 희생 삽입층은 상술한 자유층과 같이 동일한 두께를 가진다. 다른 실시예들에서, 다른 두께(들)이 사용될 수 있다. 그러나, 상기 희생 삽입층은 후술하는 것처럼 패터닝을 위해 연속적으로 되는 것이 바람직하다. 상기 희생 삽입층과 하부층(들)은 이후에, 실내온도보다 높은 온도에서 어닐링된다. 예를 들어, 섭씨 300 내지 400도 범위의 온도에서의 급속 열처리(RTA)가 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 어닐링은 다른 방법으로 수행될 수 있다. 어닐링후에, 상기 희생 삽입층 아래의 상기 자기 접합의 영역이 정의된다. 예를 들어, 상기 자기 접합의 가장자리는 포토리소크래피 마스크 및 이온 밀링 또는 상기 층들을 위한 다른 메커니즘을 사용하여 정의될 수 있다. 알루미나와 같은 비자기 절연층은 상기 자기 접합 주변 영역을 리필(refill)하기 위해 증착될 수 있다. 평탄화가 또한 수행될 수 있다. 상기 희생층은 이후에, 예를 들어 플라즈마 에칭을 통해 제거될 수 있다. 또한 다른 제거 방법들이 사용될 수 있다. 상기 제거 단계에서, 상기 하부 강자기층의 일부 영역이 제거될 수 있다. 이후에, 상기 고정층의 잔여부는, 임의의 경우에, 증착될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 강자기층(들)이 상기 노출된 제1 강자기층 상에 직접 증착될 수 있다. 상기 고정층이 SAF 인 실시예에서, Ru(ruthenium)와 같은 비자기층들이 증착될 수 있다. 또 다른 자기층이 상기 비자기층 상에 제공될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 고정층은 다른 방법을 형성될 수 있다.In some embodiments, step 106 can include multiple steps similar to those described above for step 102. For example, a first region of the pinned layer is deposited first. The first portion of the pinned layer may include a magnetic layer containing Co, Fe and/or B. For example, a CoFeB layer containing B not exceeding 20 atomic percent may be deposited. A PEL or other structure may also be deposited between the pinned layer and the nonmagnetic spacer layer. In such an embodiment, step 106 may also include depositing another sacrificial intercalation layer on the region of the formed pinned layer. In some embodiments, the sacrificial insertion layer is deposited directly on the ferromagnetic layer. In other embodiments, other layer(s) may be deposited between the ferromagnetic layer and the sacrificial insertion layer. The sacrificial insertion layer may include material(s) having relatively good lattice matching with the lower layer, low diffusion, and affinity for boron. For example, a difference in lattice parameters between the lower ferromagnetic layer and the sacrificial insertion layer may be 10% or less. The sacrificial insertion layer may be thin. In some embodiments, the sacrificial insertion layer has the same thickness as the free layer described above. In other embodiments, other thickness(s) may be used. However, it is preferable that the sacrificial insertion layer be continuously for patterning, as described later. The sacrificial insertion layer and the lower layer(s) are then annealed at a temperature higher than the room temperature. For example, rapid heat treatment (RTA) at a temperature in the range of 300 to 400 degrees Celsius may be used. In other embodiments, the annealing may be performed in different ways. After annealing, a region of the magnetic junction under the sacrificial insert layer is defined. For example, the edge of the magnetic junction can be defined using a photolithography mask and ion milling or other mechanism for the layers. A non-magnetic insulating layer such as alumina may be deposited to refill the area around the magnetic junction. Planarization can also be performed. The sacrificial layer may be removed later, for example, through plasma etching. Also other removal methods can be used. In the removing step, a partial region of the lower ferromagnetic layer may be removed. Thereafter, the remainder of the pinned layer may, in any case, be deposited. For example, additional ferromagnetic layer(s) may be deposited directly on the exposed first ferromagnetic layer. In an embodiment in which the pinned layer is SAF, non-magnetic layers such as Ru (ruthenium) may be deposited. Another magnetic layer may be provided on the non-magnetic layer. In other embodiments, the pinned layer may be formed in a different way.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 방법(100)을 사용하여 제조될 수 있는 자기 접합(200) 및 주변 구조물을 도시한다. 명확하게, 도 3은 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 상기 자기 접합(200)은 스핀 트랜스퍼 토크 랜덤 엑세스 메모리(STT-MRAM)과 같은 자기 소자와 다양한 종류의 전자 소자들에서 사용될 수 있다. 상기 자기 접합(200)은 자기 모멘트(211)를 가지는 자유층(free layer)(210), 비자기 스페이서층(nonmagnetic spacer layer)(220) 및 자기 모멘트(231)을 가지는 고정층(pinned layer)(230)을 포함한다. 또한, 트랜지스터가 도시된 하부 기판(201)에 형성될 수 있지만, 소자들이 이에 제한되는 것은 아니다. 하부 콘택(bottom contact)(202) 및 상부 콘택(top contact)(208), 선택적 시드층(optional seed layer)(들)204) 및 선택적 캡핑층(들)(optional capping layer)(206) 또한 도시된다. 도 3에서 도시된 것처럼, 상기 고정층(230)은 상기 자기 접합(200)의 상부와 인접하다(기판(201)에선 먼). 선택적 고정층(미도시)는 상기 고정층(230)의 자화(미도시)를 고정하도록 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 선택적인 고정층은 AFM층이거나, 교환-바이어스 상호작용에 의해 고정층(230)의 자화(미도시)를 고정(pin)하는 다중층(multiayer)일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 선택적 고정층은 생략되거나, 다른 구조체가 사용될 수 있다. 추가적으로, 몇몇 실시예들에서, 상기 고정층(230) 및 자유층(210)의 기판(201)에 대한 배향(orientation)은 반전(reversed)될 수 있다. 그러므로, 상기 고정층(230)은 다른 실시예들에서 상기 기판에 자유층(210)보다 인접할 수 있다.3 shows a magnetic junction 200 and surrounding structures that may be fabricated using the method 100, according to an embodiment of the present invention. Clearly, FIG. 3 is not a ratio of the actual size, and is for better understanding. The magnetic junction 200 may be used in a magnetic device such as a spin transfer torque random access memory (STT-MRAM) and various types of electronic devices. The magnetic junction 200 is a free layer 210 having a magnetic moment 211, a nonmagnetic spacer layer 220, and a pinned layer having a magnetic moment 231 ( 230). In addition, although the transistor may be formed on the illustrated lower substrate 201, the elements are not limited thereto. Bottom contact 202 and top contact 208, optional seed layer(s) 204 and optional capping layer(s) 206 are also shown. do. As shown in FIG. 3, the pinned layer 230 is adjacent to the upper portion of the magnetic junction 200 (far from the substrate 201 ). An optional pinned layer (not shown) may be used to fix the magnetization (not shown) of the pinned layer 230. In some embodiments, the optional pinned layer may be an AFM layer, or a multiayer that pins magnetization (not shown) of the pinned layer 230 by an exchange-bias interaction. However, in other embodiments, the optional fixing layer may be omitted or another structure may be used. Additionally, in some embodiments, an orientation of the pinned layer 230 and the free layer 210 with respect to the substrate 201 may be reversed. Therefore, the pinned layer 230 may be closer to the substrate than the free layer 210 in other embodiments.

도 3에 도시된 실시예에서, 상기 고정층(230) 및 자유층(210) 각각의 수직 자기 이방성 에너지는 상기 고정층(230) 및 자유층(210)의 면을 벗어나는 반자화 에너지(out of plane demagnetization energy)를 초과한다. 달리 말하면, 자유층(231)에 대한 안정한 자기 상태들은 +z 방향 또는 -z 방향에서 배향된(oriented) 자기와 있을 수 있다. 상기 자유층(210) 및 고정층(230) 각각은, 자기 접합(200)의 완성 전에 제거되는 희생 삽입층의 사용과 함께, 별도로 형성될 수 있는 층(210) 및/또는 층(230)의 부분을 지시하는 점선을 포함한다. In the embodiment shown in FIG. 3, the perpendicular magnetic anisotropy energy of each of the pinned layer 230 and the free layer 210 is out of plane demagnetization energy out of the plane of the pinned layer 230 and the free layer 210. energy) is exceeded. In other words, stable magnetic states for the free layer 231 may be with magnetism oriented in the +z direction or the -z direction. Each of the free layer 210 and the pinned layer 230 is a portion of the layer 210 and/or layer 230 that may be separately formed, with the use of a sacrificial insertion layer that is removed before completion of the magnetic junction 200 Include a dotted line indicating

상기 자기 접합(200)은 또한 쓰기 전류가 상기 자기 접합(200)을 통해 흐를 때, 자유층(210)이 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있게 구성된다. 그러므로, 자유층(210)은 쓰기 전류가 면 수직 전류(current perpendicular-to-plane: CPP) 방향에서 자기 접합(200)을 통해 구동될 때, 스핀 트랜스퍼 토크를 이용하여 스위칭할 수 있다. 그러므로, 상기 자기 접합(210)에 저장된 데이터와 자유층(210)의 자화 방향은 자기 접합(200)을 통해 흐르는 읽기 전류를 통해 읽을 수 있다. 읽기 전류는 또한 CPP 방향에서 자기 접합(200)을 통해 구동될 수 있다. 그러므로, 자기 접합(200)의 자기저항(magnetoresistance)는 읽기 신호를 제공한다.The magnetic junction 200 is also configured such that when a write current flows through the magnetic junction 200, the free layer 210 can be switched between stable magnetic states. Therefore, when the write current is driven through the magnetic junction 200 in a current perpendicular-to-plane (CPP) direction, the free layer 210 may switch using the spin transfer torque. Therefore, the data stored in the magnetic junction 210 and the magnetization direction of the free layer 210 can be read through a read current flowing through the magnetic junction 200. The read current can also be driven through the magnetic junction 200 in the CPP direction. Therefore, the magnetoresistance of the magnetic junction 200 provides a read signal.

상기 자기 접합(200) 및 자유층(210)은 단계 102 및/또는 단계 106를 사용한 제조 때문에, 향상된 성능을 가질 수 있다. 이러한 이득은 특정한 물리적 메커니즘과 관련하여 후술한다. 그러나, 해당 분야의 통상의 기술자는 서술되는 방법 및 시스템이 특정 물리적 설명에 의존하지 않음을 쉽게 인식할 수 있을 것이다. 만약 자유층(210)이 단계 102에서 희생 삽입층을 이용하여 형성된다면, 자유층(210)은 두꺼울 수 있고, 여전히 자기 모멘트(211), 향상된 자기 저항 및/또는 낮은 감쇠를 위한 면 수직(perpendicular-to-plane) 안정 상태들을 가진다. 만약, 희생 삽입층 없이 형성된다면, 자유층은 면 수직 자기 모멘트를 유지하기 위하여, 일반적으로 12Å 두께를 넘지 않는다. 예를 들어, 대략 15Å 두께인 강자기 CoFeB층은 면-내(in-plane) 자기 모멘트를 가진다. 비록 더 ?湛? 자유층이 면-수직(perpendicular-to-plane) 자기 모멘트를 가지지만, 자기저항은 감소될 수 있다. 이런 감소는 상기 자유층이 MgO 시드층 및 MgO 비자기 스페이서층과 같은 두 개의 MgO 층들 사이에 있는 경우에 특히 두드러질 수 있다. 터널링 자기저항에서의 감소는 상기 자유층과 MgO층들의 결정성(crystallinity)에서의 충돌(conflict)때문인 것으로 믿어진다. 또한, 자유층은 두 개의 자기층들 사이에 영구(permanent) 삽입층으로 형성될 수 있다. 이러한 자유층은 12Å 보다 큰 전체 두께를 가질 수 있다. 상기 자기층들은 여전히 상기 영구 삽입층에 의해 분리 될 수 있다. 자기층들 각각은 여전히 면-수직 자기 모멘트를 유지하기 위해, 12Å 두께보다 크지 않은 단위에 있을 수 있다. 이러한 얇은 자기/자유층들은 면-수직 자기 모멘트를 가질 수 있다. 게다가, 자기저항은 향상될 수 있다. 예를 들어, W와 같은 영구 삽입층은 MgO층들 및 상기 자유층과 같은 주변층들의 결정성(crystallinity) 사이의 충돌을 감소할 수 있다. 이것은 보다 높은 자기저항을 허용할 수 있다. 그러나, 감쇠는 요구되는 것보다 높을 수 있다. 이러한 높은 감쇠는 스위칭 전류(상기 자유층의 상기 자기 모멘트의 상태를 변화 시키기 위해 요구되는 쓰기 전류)를 증가시킬 수 있다. 높은 스위칭 전류는 일반적으로 바람직하지 않다. 그러므로, 이러한 자기 접합의 성능에 문제가 생길 수 있다.Since the magnetic junction 200 and the free layer 210 are manufactured using steps 102 and/or 106, they may have improved performance. These benefits are discussed later in connection with specific physical mechanisms. However, one of ordinary skill in the art will readily appreciate that the method and system described does not rely on a specific physical description. If the free layer 210 is formed using the sacrificial insertion layer in step 102, the free layer 210 may be thick and still have a magnetic moment 211, a perpendicular surface for improved magnetoresistance and/or low attenuation. -to-plane) have stable states. If formed without a sacrificial insert layer, the free layer generally does not exceed 12Å thickness in order to maintain the plane perpendicular magnetic moment. For example, a ferromagnetic CoFeB layer approximately 15Å thick has an in-plane magnetic moment. Even more ?湛? Although the free layer has a perpendicular-to-plane magnetic moment, 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 an MgO nonmagnetic spacer layer. It is believed that the decrease in tunneling magnetoresistance is due to a conflict in the crystallinity of the free and MgO layers. In addition, the free layer may be formed as a permanent intercalation layer between two magnetic layers. This free layer may have an overall thickness greater than 12Å. The magnetic layers can still be separated by the permanent insertion layer. Each of the magnetic layers may still be in units no greater than 12Å thick, in order to maintain the face-perpendicular magnetic moment. These thin magnetic/free layers may have a plane-vertical magnetic moment. In addition, the magnetoresistance can be improved. For example, a permanent intercalation layer such as W can reduce the collision between the MgO layers and the crystallinity of the surrounding layers such as the free layer. This can allow for higher magnetoresistance. However, the attenuation may be higher than required. Such high attenuation may increase a switching current (a write current required to change the state of the magnetic moment of the free layer). High switching currents are generally undesirable. Therefore, a problem may arise in the performance of such a magnetic junction.

이러한 자기 접합과 대조적으로, 상기 자기 접합(200)은 제조 동안에 상기 희생 삽입층(도 3에서는 미도시)의 사용으로 인해 보다 높은 자기저항을 가질 수 있다. 상기 희생 삽입층의 사용 및 자유층(210)의 하부 영역의 후속 어닐링은 상기 비자기 스페이서층(220)의 형성 전에 상기 자유층(210)의 결정화를 허용할 수 있다. 이것은 상기 자유층(210)에서와 달리, B 및 O에 대한 상기 희생 삽입층의 친화성에 적어도 부분적으로 기인할 수 있는 것으로 여겨진다. 그러므로, 자유층(210)은 요구되는 결정 구조 및 수직 이방성을 유지하면서, 더 두꺼운 두께로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 자유층(210)은 15Å보다 두꺼울 수 있지만, 여전히 면-수직 자기 모멘트(231)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 자유층(210)은 25Å 두께를 넘지 않는다. 예를 들어, 상기 자유층(210)은 적어도 16Å 두께일 수 있고, 20Å 두께를 넘지 않는다. 그러므로, 상기 자기 접합(200)은 더 높은 자기저항을 가질 수 있다. 상기 희생 삽입층의 제거는 또한 상기 자유층(210)의 감쇠를 감소시킬 수 있다. 상기 자유층(210)은 그러므로 더 낮은 스위칭 전류를 나타낼 수 있다. 보다 작은 쓰기 전류가 자기 접합 프로그래밍에 사용될 수 있다. 그러므로, 성능이 향상될 수 있다In contrast to such a magnetic junction, the magnetic junction 200 may have a higher magnetic resistance due to the use of the sacrificial insert layer (not shown in FIG. 3) during manufacture. The use of the sacrificial insertion layer and subsequent annealing of the lower region of the free layer 210 may allow crystallization of the free layer 210 before the nonmagnetic spacer layer 220 is formed. It is believed that this may be due at least in part to the affinity of the sacrificial intercalation layer for B and O, unlike in the free layer 210. Therefore, the free layer 210 can be manufactured with a thicker thickness while maintaining the required crystal structure and vertical anisotropy. For example, the free layer 210 may be thicker than 15Å, but may still have a surface-vertical magnetic moment 231. In some embodiments, the free layer 210 does not exceed 25Å thickness. For example, the free layer 210 may be at least 16Å thick and does not exceed 20Å thickness. Therefore, the magnetic junction 200 may have a higher magnetic resistance. Removal of the sacrificial insertion layer may also reduce attenuation of the free layer 210. The free layer 210 can therefore exhibit a lower switching current. A smaller write current can be used for magnetic junction programming. Therefore, performance can be improved

단계 106에서의 고정층(230)의 제조는 또한 자기 장치에서의 자기 접합(200)의 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 하부층들(204, 210, 220, 230)은 전체 고정층(230)이 증착되기 전에 정의될 수 있으며, 자기 접합(200)의 얇은 부분이 이런 정의단계 중에 제거될 수 있다. 이런 정의 단계 중에, 자기 소자에서의 가장 인접한 자기 접합으로 인한 새도잉(shawdowing)이 완화될 수 있다. 상기 층(233)의 잔여 부분 및 캡핑층(들)(206)과 같은 상기 자기 접합(200)의 잔여 부분들의 정의 시에, 비슷한 이득이 달성될 수 있다. 그러므로, 상기 자기 접합(200)은 제조 공정에 부정적인 영향없이, 또 다른 자기 접합(도 3에는 미도시)과 인접하게 배치될 수 있다. 따라서, 상기 제조 공정은 향상될 수 있고, 좀더 조밀하게 패킹된 메모리 소자가 달성될 수 있다. 만약, 단계 102 및 단계 106이 상기 희생 삽입층을 사용한다면, 이후, 상술한 상기 자기 접합 및 상기 자기 소자의 패키징/제조 공정 모두의 성능의 이득이 달성될 수 있다.Fabrication of the pinned layer 230 in step 106 may also improve the performance of the magnetic junction 200 in the magnetic device. Accordingly, the lower layers 204, 210, 220, and 230 may be defined before the entire fixed layer 230 is deposited, and a thin portion of the magnetic junction 200 may be removed during this defining step. During this stage of definition, shawdowing due to the nearest magnetic junction in the magnetic element can be mitigated. In defining the remaining portions of the layer 233 and the remaining portions of the magnetic junction 200, such as the capping layer(s) 206, similar gains can be achieved. Therefore, the magnetic junction 200 may be disposed adjacent to another magnetic junction (not shown in FIG. 3) without negatively affecting the manufacturing process. Accordingly, the manufacturing process can be improved, and a more densely packed memory device can be achieved. If steps 102 and 106 use the sacrificial insertion layer, then, a gain in performance of both the magnetic junction and the packaging/manufacturing process of the magnetic element can be achieved.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 방법(100)을 사용하여 제조될 수 있는 자기 접합(200') 및 주변 구조물을 도시한다. 명확하게, 도 4는 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 상기 자기 접합(200')은 스핀 트랜스퍼 토크 랜덤 엑세스 메모리(STT-MRAM)과 같은 자기 소자와 다양한 종류의 전자 소자들에서 사용될 수 있다. 상기 자기 접합(200')은 상기 자기 접합(200)과 유사하다. 따라서, 유사한 구성 요소는 유사하게 표시된다. 상기 자기 접합(200')은 자기 모멘트(211)을 가지는 자유층(210), 비자기 스페이서층(220) 및 자기 모멘트(231)을 가지는 고정층(230)은, 상기 자기 접합(200)에 도시된 자기 모멘트(211)을 가지는 자유층(210), 비자기 스페이서층(220) 및 자기 모멘트(231)을 가지는 고정층(230)과 유사하다. 또한, 자기 접합(200)의 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드층(들)(204) 및 선택적 캡핑층(들)(206)과 유사한 하부 기판(201), 하부 콘택(202), 상부 콘택(208), 선택적 시드층(들)(204) 및 선택적 캡핑층(들)(206)이 나타난다4 shows a magnetic junction 200' and surrounding structures that may be fabricated using the method 100, according to an embodiment of the present invention. Clearly, FIG. 4 is not a ratio of the actual size, and is for better understanding. The magnetic junction 200 ′ may be used in a magnetic device such as a spin transfer torque random access memory (STT-MRAM) and various types of electronic devices. The magnetic junction 200 ′ is similar to the magnetic junction 200. Thus, similar components are displayed similarly. The magnetic junction 200' is a free layer 210 having a magnetic moment 211, a nonmagnetic spacer layer 220, and a pinned layer 230 having a magnetic moment 231, shown in the magnetic junction 200. It is similar to the free layer 210 having the magnetic moment 211, the nonmagnetic spacer layer 220 and the pinned layer 230 having the magnetic moment 231. Further, a lower substrate 201 similar to the substrate 201, the lower contact 202, the upper contact 208, the optional seed layer(s) 204 and the optional capping layer(s) 206 of the magnetic junction 200 ), lower contact 202, upper contact 208, optional seed layer(s) 204 and optional capping layer(s) 206 appear.

도 4에 도시된 상기 자기 접합(200')은 이중 자기 접합(dual magnetic junction)이다. 그러므로, 상기 자기 접합(200')은 또한 추가적인 비자기 스페이서층(240) 및 추가적인 고정층(250)을 포함한다. 상기 고정층(250)은 상기 고정층(250)과 유사하다. 그러므로, 고정층(250)은 면-수직 자기 모멘트(251)을 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 상기 자기 접합(200')은 이중 상태(dual state)에 있다. 그러므로, 상기 자기 모멘트(231, 151)은 반평행(antiparallel)이다. 또 다른 실시예에서, 상기 자기 모멘트(231, 251)은 안티듀얼(antidual) 또는 평행(parallel) 상태일 수 있다. 여전히 다른 실시예에서, 상기 자기 모멘트(231, 251)은 작동 중에 이중(dual)과 안티듀얼(antidual) 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 상기 비자기 스페이서층(240)은 상기 비자기 스페이서층(220)과 유사하다. 그러나, 상기 비자기 스페이서층(240)은 비자기 스페이서층(220)과 다른 물질(들)로 형성되거나, 이와 동시에 또는 별도로, 다른 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 층(220, 240)들은 둘다 (100) MgO일 수 있다. 그러나, 비자기 스페이서층(240)과 같은 하나의 층은 얇을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 층(240)은 상기 층(220)보다 30% 두꺼운 단위일 수 있다.The magnetic junction 200 ′ shown in FIG. 4 is a dual magnetic junction. Therefore, the magnetic junction 200 ′ also includes an additional nonmagnetic spacer layer 240 and an additional pinned layer 250. The pinned layer 250 is similar to the pinned layer 250. Therefore, the pinned layer 250 may have a surface-vertical magnetic moment 251. In the illustrated embodiment, the magnetic junction 200' is in a dual state. Therefore, the magnetic moments 231 and 151 are antiparallel. In another embodiment, the magnetic moments 231 and 251 may be in an antidual or parallel state. In still other embodiments, the magnetic moments 231, 251 can be switched between dual and antidual states during operation. The nonmagnetic spacer layer 240 is similar to the nonmagnetic spacer layer 220. However, the nonmagnetic spacer layer 240 may be formed of a material(s) different from the nonmagnetic spacer layer 220 or may have a different thickness at the same time or separately. For example, layers 220 and 240 may both be (100) MgO. However, one layer, such as the nonmagnetic spacer layer 240, may be thin. In some embodiments, the layer 240 may be a unit 30% thicker than the layer 220.

상기 이중 자기 접합(200')은 상기 자기 접합(200)의 이점을 공유할 수 있다. 그러므로, 상기 자기 접합(200')은 향상된 자기저항, 감소된 감쇠 및 스위칭 전류를 가질 수 있으며, 자기 장치에서 보다 조밀하게 패킹(packed)될 수 있다. The double magnetic junction 200 ′ may share the advantages of the magnetic junction 200. Therefore, the magnetic junction 200 ′ may have improved magnetoresistance, reduced attenuation and switching current, and may be more densely packed in a magnetic device.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, STT-RAM과 같은 자기 장치에 사용될 수 있는 자기 접합의 영역을 제조하기 위한 방법(110)을 도시한다. 간략하게 하기 위해, 일부 단계들은 생략되거나, 따로 또는 조합되어 수행될 수 있다. 나아가, 방법(110) 자기 메모리 형성의 다른 단계들이 수행된 이후에, 시작할 수 있다. 상기 방법(110)은 방법(100)의 단계 102의 수행에서 사용될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 상기 방법(110)은 상기 고정층과 같은 자기 접합(200)의 또 다른 영역을 제조하는데 사용될 수 있고, 이와 함께 또는 별도로, 또 다른 제조 공정과 연계하여 사용될 수 있다.5 shows a method 110 for manufacturing a region of a magnetic junction that can be used in a magnetic device such as an STT-RAM, according to an embodiment of the present invention. For simplicity, some steps may be omitted, or may be performed separately or in combination. Further, the method 110 may begin after the other steps of magnetic memory formation have been performed. The method 110 may be used in performing step 102 of the method 100. However, in other embodiments, the method 110 may be used to manufacture another region of the magnetic junction 200, such as the pinned layer, and may be used in conjunction with another manufacturing process, either separately or together with it. .

상기 방법(110)은 시드층(들)과 같은 다른 층(들)이 형성된 후에 시작할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상기 방법(110)은 (100) 배향(orientation)을 가지는 결정질 MgO 시드층이 증착된 후에 시작할 수 있다. 만약, 이중 자기 접합이 제조된다면, 상기 MgO '시드'층은 고정층에 형성되는 또 다른 비자기 스페이서층일 수 있다. 게다가, PEL이 상기 자유층의 일부로써 또는 추가적으로 제공될 수 있다.The method 110 may begin after other layer(s), such as seed layer(s), have been formed. For example, in one embodiment, the method 110 may begin after a crystalline MgO seed layer having a (100) orientation is deposited. If a double magnetic junction is fabricated, the MgO'seed' layer may be another nonmagnetic spacer layer formed on the pinned layer. In addition, PEL may be provided as part of the free layer or additionally.

상기 자유층의 제1 영역이 단계 112를 통해 증착된다. 상기 자유층의 제1 영역은 Co, Fe 및/또는 B를 포함하는 자기층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 20 원자 퍼센트를 넘지 않는 B를 가지는 CoFeB층이 증착된다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 강자기층의 두께는 25Å에 미칠 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 강자기층은 적어도 15Å일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 다른 두께 및/또는 다른 층들이 가능하다.A first region of the free layer is deposited through step 112. The first region of the free layer may include a magnetic layer containing Co, Fe, and/or B. For example, a layer of CoFeB having B not exceeding 20 atomic percent is deposited. In some embodiments, the thickness of this ferromagnetic layer can reach 25Å. In some embodiments, the ferromagnetic layer may be at least 15Å. However, in other embodiments, other thicknesses and/or other layers are possible.

희생 삽입층은 층들이 계면을 공유하기 위해, 상기 제1 강자기층 상에 단계 114를 통해 증착될 수 았다. 그러므로, 상기 희생 삽입층은 붕소(boron) 친화성을 가지고, 낮은 확산을 가지며, 상대적으로 하부 CoFeB층과 우수한 격자 메칭을 이루는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 강자기층과 상기 희생 삽입층 사이의 격자 파라미터의 차이는 10% 보다 작을 수 있다. 상기 희생 삽입층은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 희생 삽입층은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및/또는 Zr으로 구성될 수 있다. 상기 희생 삽입층은 얇을 수 있고, 예컨대 10Å 두께보다 작을 수 있다. 이러한 몇몇 실시예에서, 상기 희생 삽입층의 두께는 4Å을 초과하지 않고, 1Å 보다 클 수 있다. 다른 실시예들에서, 다른 두께(들)이 사용될 수 있다.The sacrificial insert layer may be deposited on the first ferromagnetic layer through step 114 so that the layers share an interface. Therefore, the sacrificial insertion layer may include a material having boron affinity, low diffusion, and relatively excellent lattice matching with the lower CoFeB layer. For example, a difference in lattice parameters between the lower ferromagnetic layer and the sacrificial insertion layer may be less than 10%. The sacrificial insert layer is Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, and It may contain at least one of Zr. In some embodiments, the sacrificial insertion layer is Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, It may be composed of Rb, Pb, and/or Zr. The sacrificial insertion layer may be thin, for example, may be smaller than 10Å thickness. In some of these embodiments, the thickness of the sacrificial insertion layer may not exceed 4Å and may be greater than 1Å. In other embodiments, other thickness(s) may be used.

상기 희생 삽입층 및 하부층(들)은 이어서, 실내온도보다 높은 온도에서 단계 116을 통해 어닐링된다. 예를 들어, 섭씨 300 내지 400도의 온도 범위에서 급속 열처리(RTA)가 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 어닐링은 다른 방식 및/또는 다른 온도에서 수행될 수 있다. 상기 단계 116의 어닐링은 하부 CoFeB층이 요구되는 구조체 및 배향(orientation)으로 결정화되도록 수행될 수 있다. 게다가, CoFeB층에서 과잉 B 및/또는 상기 강자기층에서 과잉 산소는 어닐링 동안에, 상기 희생 삽입층에 의해 흡수될 수 있다.The sacrificial insert layer and the lower layer(s) are then annealed through step 116 at a temperature higher than room temperature. For example, rapid heat treatment (RTA) may be used in a temperature range of 300 to 400 degrees Celsius. In other embodiments, the annealing can be performed in different ways and/or at different temperatures. The annealing in step 116 may be performed so that the lower CoFeB layer is crystallized to a required structure and orientation. In addition, excess B in the CoFeB layer and/or excess oxygen in the ferromagnetic layer can be absorbed by the sacrificial insert layer during annealing.

상기 어닐링 후에, 상기 희생 삽입층이 단계 118을 통해 제거된다. 예를 들어, 플라즈마 에칭이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 희생 삽입층은 이온 밀링 또는 CMP(chemical mechanical planarization)을 포함하는 또 다른 방법으로 제거될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 단계 118에서, 상기 하부 CoFeB층의 일부 영역은 제거될 수 있다. 단계 118 후에, 상기 CoFeB의 잔여 두께는 0보다는 크고, 15Å을 넘지 않는 것이 바람직할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단계 112에서 형성된 CoFeB층의 잔여부는 20Å을 넘지 않을 수 있다. 이러한 몇몇 실시예들에서, 상기 CoFeB층은 단계 118 후에, 10Å을 넘지 않을 수 있다. 그러나, CoFeB층을 완전한 제거는 바람직하지 않다. After the annealing, the sacrificial insert layer is removed through step 118. For example, plasma etching can be used. In other embodiments, the sacrificial intercalation layer may be removed by another method including ion milling or chemical mechanical planarization (CMP), but is not limited thereto. In step 118, a partial region of the lower CoFeB layer may be removed. After step 118, it may be preferable that the residual thickness of the CoFeB is greater than 0 and not exceeding 15Å. In some embodiments, the remaining portion of the CoFeB layer formed in step 112 may not exceed 20Å. In some such embodiments, the CoFeB layer may not exceed 10Å after step 118. However, complete removal of the CoFeB layer is not desirable.

상기 자유층의 잔여부는, 임의 경우에, 이후에 단계 120을 통해 증착될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 CoFeB 강자기층은 상기 노출된 제1 강자기층 상에 증착될 수 있다. 그러므로, 상기 제1 및 제2 자기층(예컨대, CoFeB층)들은 계면을 공유할 수 있다. 또한, 다층을 포함하는 또 다른층이 형성될 있다. 자기 물질 존재의 전체 양에 불구하고, 상기 자유층은 상기 반자화 에너지를 초과하는 수직 자기 이방성을 가진다. 상기 제1 강자기층의 잔여 부분은, 단계 118 및 단계 120에서 제2 강자기층이 함께 제공된 후에, 전체 두께는 15Å보다 클 수 있다. 이러한 두 층들의 전체 두께는 30Å을 초과하지 않을 수 있다. 이러한 몇몇 실시예들에서, 전체 두께는 25Å을 초과하지 않는다. 예를 들어, 상기 전체 두께는 적어도 16Å일 수 있고, 20Å보다 작을 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 강자기층들 각각의 두께는 15Å 두께를 넘지 않는다.The remainder of the free layer may, in any case, be deposited later through step 120. For example, the second CoFeB ferromagnetic layer may be deposited on the exposed first ferromagnetic layer. Therefore, the first and second magnetic layers (eg, CoFeB layers) may share an interface. Further, another layer including multiple layers may be formed. Despite the total amount of magnetic material present, the free layer has a perpendicular magnetic anisotropy that exceeds the diamagnetization energy. The remaining portion of the first ferromagnetic layer may have a total thickness greater than 15Å after the second ferromagnetic layer is provided together in steps 118 and 120. The total thickness of these two layers may not exceed 30Å. In some of these embodiments, the overall thickness does not exceed 25Å. For example, the total thickness may be at least 16Å and may be less than 20Å. In some embodiments, the thickness of each of the first and second ferromagnetic layers does not exceed 15Å.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 방법(110)을 사용하여 제조될 수 있는 자기 접합(200'')을 도시한다. 명확하게, 도 6는 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 상기 자기 접합(200'')은 STT-MRAM과 같은 자기 소자와 다양한 종류의 전자 소자들에서 사용될 수 있다. 상기 자기 접합(200'')은 상기 자기 접합(200)과 유사하다. 따라서, 유사한 구성 요소는 유사하게 표시된다. 상기 자기 접합(200'')은, 상기 자기 접합(200)에서 도시된 자기 모멘트(211)을 가지는 자유층(210), 비자기 스페이서층(220) 및 자기 모멘트(231)을 가지는 고정층(230)과 유사하게, 자기 모멘트(211')을 가지는 자유층(210'), 비자기 스페이서층(220) 및 자기 모멘트(231A/231B)를 가지는 고정층(230')을 포함한다. 또한, 상기 자기 접합(200)의 선택적 시드층(들)(204)와 유사한 하부 선택적 시드층(들)(204)이 나타난다. 상기 실시예에서 보여지는 시드층(204)는 결정질 MgO 시드층일 수 있다. 상기 MgO 시드층(204)는 자유층(210')의 수직 자기 이방성을 향상시킬 수 있다.6 shows a magnetic junction 200 ″ that may be fabricated using method 110, according to an embodiment of the present invention. Obviously, FIG. 6 is not a ratio of the actual size, and is for better understanding. The magnetic junction 200 ″ may be used in magnetic devices such as STT-MRAM and various types of electronic devices. The magnetic junction 200 ″ is similar to the magnetic junction 200. Thus, similar components are displayed similarly. The magnetic junction 200 ″ may include a free layer 210 having a magnetic moment 211 shown in the magnetic junction 200, a nonmagnetic spacer layer 220, and a fixed layer 230 having a magnetic moment 231. Similar to ), a free layer 210' having a magnetic moment 211', a nonmagnetic spacer layer 220, and a pinned layer 230' having magnetic moments 231A/231B are included. Further, a lower selective seed layer(s) 204 similar to the selective seed layer(s) 204 of the magnetic junction 200 is shown. The seed layer 204 shown in the above embodiment may be a crystalline MgO seed layer. The MgO seed layer 204 may improve perpendicular magnetic anisotropy of the free layer 210 ′.

또한, 도 6은 선택적 Fe 삽입층(260) 및 선택적 PEL(270)을 나타낸다. 예를 들어, 상기 PEL(270)은 CoFeB 합금층, FeB 합금층, Fe/CoFeB 이중층, 반 금속층(half metallic layer) 또는 호이슬러(Heusler) 합금층일 수 있다. 다른 고 스핀(high spin) 분극 물질이 또한 제공될 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 PEL(270)은 또한 상기 고정층(230)의 수직 자기 이방성을 향상하도록 구성될 수 있다. 게다가, 상기 고정층(230')은 비자기층(234)로 분리되는 강자기층(232, 236)들을 포함하는 SAF일 수 있다. 상기 강자기층(232, 236)은 상기 비자기층(234)를 통해 반강자기적으로(antiferromagnetically) 결합(coupled)된다. 몇몇 실시예에서, 상기 강자기층(232)는 하나 이상의 다층일 수 있다. 상기 고정층(230')은 방법(100)의 단계 106을 이용하여 제조될 수 있다. 그러므로, 자기 접합(200'')의 영역들은 고정층(230')의 부분으로 형성되기 전에 정의될 수 있다. 다른 실시예들에서, 층(232, 234, 236)들은 상기 자기 접합(200'')의 가장자리가 정의되기 전에 증착될 수 있다.In addition, FIG. 6 shows an optional Fe insertion 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 double layer, a half metallic layer, or a Heusler alloy layer. Other high spin polarization materials may also be provided. In some embodiments, the PEL 270 may also be configured to improve perpendicular magnetic anisotropy of the pinned layer 230. In addition, the pinned layer 230 ′ may be a SAF including ferromagnetic layers 232 and 236 separated by a nonmagnetic layer 234. The ferromagnetic layers 232 and 236 are antiferromagnetically coupled through the nonmagnetic layer 234. In some embodiments, the ferromagnetic layer 232 may be one or more multilayers. The pinned layer 230 ′ may be manufactured using step 106 of method 100. Therefore, regions of the magnetic junction 200 ″ may be defined before being formed as part of the pinned layer 230 ′. In other embodiments, layers 232, 234, 236 may be deposited before the edge of the magnetic junction 200 ″ is defined.

도 6에 나타낸 상기 자기 접합(200'')은 방법(100)의 단계 102를 위한 방법(110)을 사용하여 형성된다. 그러므로, 자유층(210')은 점선으로 분리된 두 개의 영역을 포함한다. 상기 점선 아래의 자유층(210')의 하부 영역은 단계 112에서 증착된다. 이 층의 일부 영역은 단계 118에서 제거될 수 있다. 상기 점선 위의 자유층(210')의 상부 영역은 단계 120에서 증착된다. 비록, 점선이 자유층(210')을 대략 절반으로 나누지만, 상기 점선 위 또는 아래에는 자유층(210')의 다른 비율이 있을 수 있다. 그러므로, 자유층(210')은 15Å보다 큰 두께를 가지는 단일 강자기층을 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 그러나, 이런 강자기층의 영역들은 방법(110)의 다른 단계들에서 증착된다. 도 6에 도시된 실시예에서, 자유층(210')은 단일 강자기층으로 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 이런 강자기층은 B를 20 원자 퍼센트를 넘지 않게 포함하는 CoFeB층이다.The magnetic junction 200 ″ shown in FIG. 6 is formed using method 110 for step 102 of method 100. Therefore, the free layer 210' includes two regions separated by a dotted line. The lower region of the free layer 210 ′ below the dotted line is deposited in step 112. Some areas of this layer may be removed in step 118. The upper region of the free layer 210 ′ above the dotted line is deposited in step 120. Although the dotted line divides the free layer 210 ′ approximately in half, there may be different ratios of the free layer 210 ′ above or below the dotted line. Therefore, the free layer 210 ′ may be considered to include a single ferromagnetic layer having a thickness greater than 15Å. However, regions of this ferromagnetic layer are deposited at different stages of method 110. In the embodiment shown in Fig. 6, the free layer 210' is composed of a single ferromagnetic layer. In some embodiments, this ferromagnetic layer is a CoFeB layer containing no more than 20 atomic percent B.

단계 110에서, 자유층(210')은 희생 삽입층을 사용하여 형성되기 때문에, 상기 자유층(210')은 두껍고, 여전히 자기 모멘트(211)을 위한 면-수직 안정 상태들을 가진고, 향상된 자기저항과 낮은 감쇠를 가진다. 상기 희생 삽입층 및 단계 116 내지 118에서 사용된 어닐링은 상기 자유층(210')의 결정화도를 향상시킬 수 있다. 이것은 높은 자기 저항을 허용하게 할 수 있다. 상기 자유층(210')의 잔여 부분의 증착 전의, 단계 118에서의 상기 희생 삽입층의 제거는 상기 자유층(210')의 감쇠를 향상시킨다. 그러므로, 자유층(210')은 요구되는 결정 구조 및 수직 이방성을 여전히 유지하면서, 큰 두께로 제조될 수 있다. 예를 들어, 자유층(210)은 15Å보다 두껍지만, 여전히 면-수직 자기 모멘트(211)을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 자유층(210)은 25Å 두께를 넘지 않는다. 예를 들어, 상기 자유층(210)은 적어도 16Å 두께일 수 있고, 20Å 두께를 넘지 않을 수 있다. 그러므로, 자기 접합(200'')은 더 높은 자기저항을 가질 수 있다. 희생 삽입층의 제거는 또한 상기 자유층(210)에서의 감쇠를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 상기 자유층(210)은 낮은 스위칭 전류를 나타낼 수 있다. 보다 작은 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 프로그래밍하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 성능이 향상될 수 있다.In step 110, since the free layer 210 ′ is formed using a sacrificial insert layer, the free layer 210 ′ is thick, still has a plane-vertical stable state for the magnetic moment 211, and improved magnetic It has resistance and low attenuation. The sacrificial insertion layer and the annealing used in steps 116 to 118 may improve crystallinity of the free layer 210 ′. This can allow for high magnetoresistance. Removal of the sacrificial insertion layer in step 118 before depositing the remaining portion of the free layer 210 ′ improves attenuation of the free layer 210 ′. Therefore, the free layer 210 ′ can be manufactured with a large thickness while still maintaining the required crystal structure and vertical anisotropy. For example, the free layer 210 may be thicker than 15Å, but may still have a plane-vertical magnetic moment 211. In some embodiments, the free layer 210 does not exceed 25Å thickness. For example, the free layer 210 may have a thickness of at least 16Å and may not exceed 20Å. Therefore, the magnetic junction 200 ″ may have a higher magnetoresistance. Removal of the sacrificial insert layer may also reduce attenuation in the free layer 210. Therefore, the free layer 210 may exhibit a low switching current. A smaller write current can be used to program the magnetic junction. Therefore, performance can be improved.

상기 고정층(230')은 또한 자기 장치에서 자기 접합(200'')의 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 층(210, 260, 220, 270, 230')을 포함하는 자기 접합의 부분이 먼저 정의 될 수 있다. 상기 고정층(230')의 잔여부는 나중에 정의된다. 이러 정의 단계(들) 동안의 쉐도잉(shadowing)은 완화될 수 있다. 따라서, 상기 제조 공정은 향상되고, 좀더 조밀하게 패킹된(packed) 메모리 장치가 달성될 수 있다.The pinned layer 230 ′ may also improve the performance of the magnetic junction 200 ″ in a magnetic device. In particular, a portion of the magnetic junction including the layers 210, 260, 220, 270, 230' may be first defined. The remainder of the pinned layer 230 ′ is defined later. Shadowing during this definition step(s) can be mitigated. Accordingly, the manufacturing process is improved, and a more densely packed memory device can be achieved.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, STT-RAM과 같은 자기 장치 및 다양한 종류의 전자 장치들에 사용될 수 있는 자기 접합의 영역을 제조하기 위한 방법(130)을 도시한다. 간략하게 하기 위해, 일부 단계들은 생략되거나, 따로 또는 조합되어 수행될 수 있다. 나아가, 방법(130)은 자기 메모리 형성의 다른 단계들이 수행된 이후에, 시작할 수 있다. 상기 방법(130)은 방법(100)의 단계 106의 실시예와 유사하다. 그러므로, 방법(130)은 자유층 및 비자기 스페이서층이 제공된 후에 시작할 수 있다.7 illustrates a method 130 for manufacturing a magnetic device such as an STT-RAM and a region of a magnetic junction that can be used in various types of electronic devices, according to an embodiment of the present invention. For simplicity, some steps may be omitted, or may be performed separately or in combination. Furthermore, method 130 may begin after other steps of magnetic memory formation have been performed. The method 130 is similar to the embodiment of step 106 of method 100. Therefore, method 130 can begin after the free layer and the nonmagnetic spacer layer have been provided.

상기 고정층의 제1 영역이 단계 132를 통해 증착된다. 상기 고정층의 이런 제1 영역은 단일층이거나, 다층일 수 있다. 예를 들어, 상기 고정층의 제1 영역은 Co, Fe 및/또는 B를 포함하는 자기층을 포함할 수 있다. 예를 들어, B를 20 원자 퍼센트가 넘지 않도록 포함하는 CoFeB층이 증착될 수 있다. 또한, PEL 또는 다른 구조체가 상기 고정층 및 상기 비자기 스페이서층 사이에 증착될 수 있다. 또한, Co/Pr 다층과 같은 비자기층들에 끼워진 강자기층들을 포함하는 다층이 증착될 수 있다. 만약, 방법(130)으로 형성된 고정층이 SAF이라면, 단계 132는, 상기 자기 (멀티)층의 영역; 자석 (멀티)층 및 상기 비자기층의 일부 또는 전부; 또는 상기 자기 (멀티)층, 상기 비자기층 및 상기 상부 자기 (멀티)층의 부분을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로 상기 고정층의 더 작은 영역이 단계 132에서 증착된다. 이것은 아래의 단계 138에서 더 얇은 구조가 정의되도록 허용한다.A first region of the pinned layer is deposited through step 132. This first region of the pinned layer may be a single layer or may be multiple layers. For example, the first region of the pinned layer may include a magnetic layer containing Co, Fe, and/or B. For example, a CoFeB layer containing not more than 20 atomic percent of B may be deposited. Also, a PEL or other structure may be deposited between the pinned layer and the nonmagnetic spacer layer. In addition, a multilayer including ferromagnetic layers sandwiched between nonmagnetic layers such as a Co/Pr multilayer may be deposited. If the pinned layer formed by the method 130 is SAF, step 132 includes a region of the magnetic (multi) layer; A magnet (multi) layer and some or all of the nonmagnetic layer; Alternatively, it may include depositing portions of the magnetic (multi) layer, the non-magnetic layer, and the upper magnetic (multi) layer. However, typically a smaller area of the pinned layer is deposited at step 132. This allows a thinner structure to be defined in step 138 below.

희생 삽입층은 단계 134를 통해 형성된 상기 고정층의 영역 상에 증착된다. 상기 희생 삽입층은 붕소(boron)에 친화적이고, 낮은 확산을 가지고, 하부층과 상대적으로 우수한 격자 매칭을 이루는 물질(들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 강자기층과 상기 희생 삽입층 사이의 격자 파라미터의 차이는 10% 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 희생 삽입층은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및 Zr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 희생 삽입층은 Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb, 및/또는 Zr로 구성될 수 있다. 상기 희생 삽입ㅍ층은 얇을 수 있다. 그러나, 상기 희생 삽입층은 후술되는 것처럼 패터닝을 허용하도록 연속되는 것이 바람직하다.A sacrificial insertion layer is deposited on the region of the pinned layer formed through step 134. The sacrificial insert layer may include material(s) that are boron-friendly, have low diffusion, and achieve relatively excellent lattice matching with the lower layer. For example, a difference in lattice parameters between the lower ferromagnetic layer and the sacrificial insertion layer may be less than 10%. For example, the sacrificial insertion layer is Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb , Pb, and Zr may include at least one of. In some embodiments, the sacrificial insertion layer is Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, It may be composed of Na, Rb, Pb, and/or Zr. The sacrificial insertion layer may be thin. However, it is preferable that the sacrificial intercalation layer is continuous to allow patterning as will be described later.

상기 희생 삽입층 및 하부들(들)이 이어서 단계 136을 통해 어닐링된다. 예를 들어, 섭씨 300 내지 400도의 범위의 온도에서 RTA가 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 어닐링은 다른 방법으로 수행될 수 있다. 그러므로, 단계 132에서 증착되는 고정층의 영역과 단계 136에서 어닐링되는 상기 희생 삽입층뿐만 아니라, 비자기 스페이서층 및 자유층이 상기 희생 삽입층 아래 배치될 수 있다. 그러므로, 상기 어닐링의 상기 온도 및 다른 특성들은 결정질 MgO 터널링 베리어층과 같은 비자기 스페이서층에 대한 부정적인 영향을 없애도록 충분히 낮게 하는 것이 바람직할 수 있다.The sacrificial insert layer and the lower portion(s) are then annealed through step 136. For example, RTA can be used at a temperature in the range of 300 to 400 degrees Celsius. In other embodiments, the annealing may be performed in different ways. Therefore, a nonmagnetic spacer layer and a free layer, as well as the region of the pinned layer deposited in step 132 and the sacrificial insertion layer annealed in step 136, may be disposed under the sacrificial insertion layer. Therefore, it may be desirable to make the temperature and other properties of the annealing sufficiently low to eliminate negative effects on nonmagnetic spacer layers such as crystalline MgO tunneling barrier layers.

어닐링 후에, 상기 희생 삽입층 아래의 상기 자기 접합의 영역은 단계 138을 통해, 포토리소그래피로 정의된다. 그러므로, 단계 138은 포토레지스트층을 제공하고, 상기 포토레지스트층을 패터닝하여 포토레지스트 마스크를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 다른 물질들이 또한 상기 마스크로 사용될 수 있다. 상기 마스크는 자기 접합의 부분을 형성하는 상기 증착층들의 영역들을 덮는다. 상기 자기 접합 주변의 영역들은 노출된다. 상기 자기 접합의 가장자리는 이온 밀링 또는 상기 층들의 상기 노출된 영역들을 에칭하는 다른 메커니즘을 사용하여 정의될 수 있다. 상기 이온 밀링은 상기 희생 삽입층의 상부에 수직에 대하여 작은 각도에서 수행될 수 있다.After annealing, the area of the magnetic junction under the sacrificial insert layer is defined by photolithography, through step 138. Therefore, step 138 may include providing a photoresist layer, and patterning the photoresist layer to provide a photoresist mask. Other materials can also be used as the mask. The mask covers regions of the deposition layers that form part of the magnetic junction. Areas around the magnetic junction are exposed. The edge of the magnetic junction can be defined using ion milling or other mechanism of etching the exposed areas of the layers. The ion milling may be performed at a small angle with respect to the top of the sacrificial insertion layer.

리필(refill) 단계가 이후에 단계 140을 통해 수행된다. 그러므로, 알루미나 같은 비자기 절연층이 증착될 수 있다. 또한, 후속 공정을 위한 평평한 표면을 제겅하기 위해, 평탄화가 수행될 수 있다.A refill step is then performed through step 140. Therefore, a non-magnetic insulating layer such as alumina can be deposited. Further, in order to provide a flat surface for subsequent processing, planarization can be performed.

상기 희생 삽입층은 이후에, 단계 142를 통해 제거될 수 있다. 단계 142는 플라즈마 에칭을 통해 수행될 수 있다. 다른 제거 방법들이 사용될 수 있다. 상기 제거 단계에서, 상기 고정층의 하부 부분의 일부 영역이 제거될 수 있다. 임의의 경우에, 상기 고정층의 잔여부는 이후에 단계 144를 통해 증착될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 강자기층(들)이 상기 노출된 제1 강자기층 상에 직접 증착될 수 있다. 상기 고정층이 SAF인 실시예예서, 상기 층들은 단계 132에서 증착된 상기 고정층의 비율에 의존하여 증착된다. 예를 들어, 만약 전체 하부 강자기층 (또는 멀티층)이 단계 132에서 증착되고, 이어서 상기 Ru와 같은 비자기층 및 또 다른 자기층이 단계 144에서 증착될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 고정층은 또 다른 방법으로 형성될 수 있다.The sacrificial insertion layer may be removed later through step 142. Step 142 may be performed through plasma etching. Other removal methods can be used. In the removing step, a partial region of the lower portion of the fixing layer may be removed. In any case, the remainder of the pinned layer may be deposited later via step 144. For example, additional ferromagnetic layer(s) may be deposited directly on the exposed first ferromagnetic layer. In an embodiment in which the pinned layer is SAF, the layers are deposited depending on the ratio of the pinned layer deposited in step 132. For example, if the entire lower ferromagnetic layer (or multilayer) is deposited at step 132, then a nonmagnetic layer such as Ru and another magnetic layer may be deposited at step 144. In other embodiments, the pinned layer may be formed by another method.

상기 자기 접합의 상기 잔여 부분은 단계 146을 통해 정의될 수 있다. 단계 146은 단계 138과 유사한 방법인 포토리소그래피로 수행될 수 있다. 그러나, 단계 138에서 자유층이 이미 정의되었기 때문에, 저밀도 패턴이 단계 146에서 사용될 수 있다. 그러므로, 상기 자기 접합의 상부는 하부보다 넓지않다. 다른 실시예들에서, 상기 자기 접합의 상부 영역은 상기 자기 접합의 하부 영역과 동일 크기이거나, 더 넓을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 고정층들의 상부 영역들은 다중(multiple) 자기 접합들을 통해 연장할 수 있다.The remaining portion of the magnetic junction may be defined through step 146. Step 146 may be performed with photolithography, a method similar to step 138. However, since the free layer has already been defined in step 138, a low density pattern can be used in step 146. Therefore, the upper part of the magnetic junction is not wider than the lower part. In other embodiments, the upper region of the magnetic junction may be the same size as or wider than the lower region of the magnetic junction. In some embodiments, upper regions of the pinned layers may extend through multiple magnetic junctions.

도 8은 본 발명의 일 실시시예에 따라, 방법(130)을 이용하여 제조될 수 있는 자기 접합(200''')을 포함하는 자기 메모리를 도시한다. 명확하게, 도 8은 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 상기 자기 접합(200''')은 STT-MRAM과 같은 자기 소자와 다양한 종류의 전자 소자들에서 사용될 수 있다. 상기 자기 접합(200''')은 상기 자기 접합(200), 자기 접합(200') 및/또는 자기 접합(200'')과 유사하다. 그러나, 단순화를 위해 자기 접합(200''')의 개별층들은 나타나지 않는다.8 illustrates a magnetic memory including a magnetic junction 200 ″′ that may be fabricated using method 130, according to one embodiment of the present invention. Obviously, FIG. 8 is not a ratio of the actual size, and is for better understanding. The magnetic junction 200 ′″ may be used in magnetic devices such as STT-MRAM and various types of electronic devices. The magnetic junction 200 ′″ is similar to the magnetic junction 200, the magnetic junction 200 ′, and/or the magnetic junction 200 ″. However, for simplicity, the individual layers of the magnetic junction 200 ″'are not shown.

도 8에서 볼수 있는 것처럼, 단계 138에서 정의된 자기 접합들(200''')의 하부 영역들은 거리(d₁)를 두고 이격된다. 단계 146에서 정의된 상기 자기 접합(200''')의 상부 영역들은 거리(d₂)를 두고 이격된다. 나아가, 거리(d₁)< 거리(d₂.)이다. 그러므로, 단계 138 및 단계 146에서 사용된 상기 포토레지스트 마스크는 다른 밀도를 가진다. 또 다른 실시예들에서, 상기 밀도는 거리(d₁)=거리(d₂.)처러 동일할 수 있다. 여전히 다른 실시예들에서, 단계 146에서 상기 마스크의 밀도는 단계 138에서 사용된 마스크의 밀도보다 클 수 있다. 그러므로, 이러한 실시예에서, 거리(d₁)>거리(d₂.)이다. 여전히 다른 실시예들에서, 상기 자기 접합(200''')의 상부 영역들은 연결될 수 있다. 나아가, 상기 자기 접합(200''')의 상부들과 하부들의 종횡비, 풋프린트(footprints) 및 다른 기하학적 파라미터들은 다를 수 있다. 비록, 단지 세 개의 자기 접합이 나타났지만, 또 다른 개수가 일반적으로 함께 제조된다. 게다가, 자기 접합들의 2차원적 배열이 일반적으로 기판 상에 함께 제조된다. 명확하게 하기 위하여, 단지 3개의 라인만이 나타난다.As can be seen in FIG. 8, the lower regions of the magnetic junctions 200 ″'defined in step 138 are separated by a distance d ₁ . The upper regions of the magnetic junction 200 ″'defined in step 146 are separated by a distance d ₂ . Furthermore, it is distance (d ₁ ) <distance (d ₂ .). Therefore, the photoresist masks used in steps 138 and 146 have different densities. In still other embodiments, the density may be the same as distance (d ₁ ) = distance (d ₂ .). In still other embodiments, the density of the mask in step 146 may be greater than the density of the mask used in step 138. Therefore, in this embodiment, it is distance d ₁ >distance d ₂ . In still other embodiments, the upper regions of the magnetic junction 200 ″'may be connected. Further, the aspect ratio, footprints, and other geometric parameters of the upper and lower portions of the magnetic junction 200 ″'may be different. Although only three magnetic junctions have been shown, another number is usually manufactured together. In addition, a two-dimensional arrangement of magnetic junctions is generally fabricated together on a substrate. For clarity, only 3 lines appear.

방법(130)을 사용하여, 성능 및 자기 접합들(200''')의 제조가 향상될 수 있다. 자기 접합들(200''')의 하부 영역들이 먼저 정의될 수 있다. 상기 고정층(230')의 잔여부가 나중에 정의된다. 단계 138 및 단계 146에서 정의된 상기 스택(stack)들의 영역들은 얇다. 결과적으로, 이러한 정의 단계 중의 쉐도윙(shadowing)은 완화될 수 있다. 그러므로, 상기 자기 접합(200''')의 하부 영역들은 좀더 인접하게 패킹(packed)될 수 있고, 더 잘 정의될 수 있다. 상기 자기 접합들(200''')의 상부 영역들은 상기 자유층을 포함하지 않는다. 상기 자기 접합들(200''')의 이러한 영역들 사이의 간격은 덜 중요하다. 이러한 영역들은 더 이격될 수 있다. 그러므로, 더 나은 공정 제어 및 통합(intergration)이 달성될 수 있다. 나아가, 상기 자기 접합들(200''')의 이러한 섹션들의 분리 구성은 성능 향상을 위한 상기 형상의 조정을 허용할 수 있다. 결과적으로, 상기 제조는 향상되고, 좀더 조밀하게 패킹된(packed) 메모리 소자가 달성될 수 있다. 만약, 자기 접합(200''')의 상기 자유층들이 방법(110)을 사용하여 제조된다면, 성능은 보다 향상될 수 있다.Using method 130, the performance and fabrication of magnetic junctions 200 ″'may be improved. Lower regions of the magnetic junctions 200 ′″ may be first defined. The remainder of the pinned layer 230' is defined later. The areas of the stacks defined in steps 138 and 146 are thin. As a result, shadowing during this definition step can be mitigated. Therefore, the lower regions of the magnetic junction 200 ″'may be more contiguously packed and may be better defined. Upper regions of the magnetic junctions 200 ′″ do not include the free layer. The spacing between these regions of the magnetic junctions 200 ′″ is less important. These areas can be further separated. Therefore, better process control and integration can be achieved. Furthermore, the separating configuration of these sections of the magnetic junctions 200 ″'may allow adjustment of the shape for improved performance. As a result, the fabrication is improved, and a more densely packed memory device can be achieved. If the free layers of the magnetic junction 200 ′″ are manufactured using the method 110, the performance can be further improved.

도 9은 본 발명의 일 실시예에 따라, STT-RAM과 같은 자기 장치 및 다양한 종류의 전자 장치들에 사용될 수 있는 자기 접합을 제조하기 위한 방법(150)을 도시한다. 간략하게 하기 위해, 일부 단계들은 생략되거나, 따로 또는 조합되어 수행될 수 있다. 나아가, 방법(150)은 자기 메모리 형성의 다른 단계들이 수행된 이후에, 시작할 수 있다. 도 10 내지 도 24는 상기 방법(150)을 사용하여 제조하는 동안의 자기 접합의 실시예들을 도시한다. 도 10 내지 도 24는 실제 크기의 비율이 아니다9 illustrates a method 150 for manufacturing a magnetic device such as an STT-RAM and a magnetic junction that can be used in various types of electronic devices, according to an embodiment of the present invention. For simplicity, some steps may be omitted, or may be performed separately or in combination. Furthermore, method 150 may begin after other steps of magnetic memory formation have been performed. 10-24 show embodiments of magnetic junctions during fabrication using the method 150. 10 to 24 are not ratios of actual sizes

결정질 MgO 시드층이 단계 152를 통해 증착된다. 몇몇 실시예들에 있어서, 단계 152는 이중(dual) 자기 접합과 같은 하나의 비자기 스페이서층을 형성한다. 그러므로, 고정층은 상기 결정질 MgO층 아래에 배치될 것이다. 다른 실시예들에서, 단계 152에서 증착된 층은 하부 자기 접합을 위한 시드층일 수 있다A crystalline MgO seed layer is deposited via step 152. In some embodiments, step 152 forms one nonmagnetic spacer layer, such as a dual magnetic junction. Therefore, a pinned layer will be placed under the crystalline MgO layer. In other embodiments, the layer deposited in step 152 may be a seed layer for a lower magnetic junction.

상기 자유층의 제1 CoFeB층이 단계 154를 통해 증착된다. 이런 층은 상술한 단계 102 및 단계 112에서와 유사하다. 몇몇 실시예들에서, 상기 강자기층은 적어도 15Å일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 다른 두께 및/또는 다른 층들이 가능하다. 도 10은 단계 154를 수행한 후에, 자기 접합(300)을 도시한다. 그러므로, 상기 자유층의 상기 MgO 시드층(302) 및 제1 강자기층(312)이 보여진다.The first CoFeB layer of the free layer is deposited through step 154. This layer is similar to steps 102 and 112 described above. In some embodiments, the ferromagnetic layer may be at least 15Å. However, in other embodiments, other thicknesses and/or other layers are possible. 10 shows the magnetic junction 300 after performing step 154. Therefore, the MgO seed layer 302 and the first ferromagnetic layer 312 of the free layer are shown.

희생 삽입층이 상기 제1 강자기층(302) 상에 단계 156을 통해 증착된다. 그러므로, 단계 156은 단계 114와 유사하다. 그러므로, 상기 희생 삽입층의 상기 물질(들) 및 두께는 상술한 바와 같다. 도 11은 단계 156이 수행된 후에, 자기 접합(300)을 도시한다. 그러므로, 상기 희생 삽입층(304)가 나타난다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 희생 삽입층(304)의 물질 및 두께는 상술한 방법(100) 및 방법(110)의 그것과 유사하다.A sacrificial insertion layer is deposited on the first ferromagnetic layer 302 through step 156. Therefore, step 156 is similar to step 114. Therefore, the material(s) and thickness of the sacrificial insertion layer are as described above. 11 shows the magnetic junction 300 after step 156 is performed. Therefore, the sacrificial insertion layer 304 appears. In some embodiments, the material and thickness of the sacrificial insert layer 304 is similar to that of the method 100 and method 110 described above.

상기 층들(302, 304, 312)는 이후에 단계 158을 통해 어닐링된다. 예를 들어, 섭씨 300 내지 400도 범위의 온도에서 RTA가 사용된다. 그러므로, 상기 어닐링 단계 158은 단계 116의 그것과 유사하다. 상기 어닐링 후에, 상기 희생 삽입층(304)는 단계 160을 통해 제거된다. 단계 160은 단계 118과 유사하다. 예를 들어, 플라즈마 에칭이 사용될 수 있다. 도 12는 단계 160이 수행된 후에, 자기 접합(300)을 도시한다. 그러므로, 상기 희생 삽입층(304)는 제거된다. 상기 제1 강자기층(312')의 일부 영역이 제거될 수 있다. 그러므로, 조금 얇은 강자기층(312')이 나타난다.The layers 302, 304, 312 are then annealed through step 158. For example, RTA is used at temperatures ranging from 300 to 400 degrees Celsius. Therefore, the annealing step 158 is similar to that of step 116. After the annealing, the sacrificial insertion layer 304 is removed through step 160. Step 160 is similar to step 118. For example, plasma etching can be used. 12 shows the magnetic junction 300 after step 160 is performed. Therefore, the sacrificial insertion layer 304 is removed. A partial region of the first ferromagnetic layer 312 ′ may be removed. Therefore, a slightly thinner ferromagnetic layer 312' appears.

몇몇 실시예들에 있어서, 상기 자유층의 잔여부는 단계 162를 통해 증착된다. 예를 들어, 제2 CoFeB 강자기층이 상기 노출된 제1 강자기층(312') 상에 증착될 수 있다. 도 13은 단계 162 후의 자기 접합(300)을 도시한다. 그러므로, 상기 제2 강자기층(314)는 증착되었다. 상기 층(312', 314)이 함께 자유층(310)을 형성할 수 있다.In some embodiments, the remainder of the free layer is deposited through step 162. For example, a second CoFeB ferromagnetic layer may be deposited on the exposed first ferromagnetic layer 312'. 13 shows the magnetic junction 300 after step 162. Therefore, the second ferromagnetic layer 314 was deposited. Together, the layers 312 ′ and 314 may form the free layer 310.

상기 비자기 스페이서층이 단계 164를 통해 제공된다. 몇몇 실시예들에 있어서, 결정질 MgO 베리어층은 단계 164에서 제공된다. 도 14는 단계 164가 수행된 후에 자기 접합(300)을 도시한다. 그러므로, 상기 비자기 스페이서층(320)은 제조되었다.The nonmagnetic spacer layer is provided through step 164. In some embodiments, a crystalline MgO barrier layer is provided in step 164. 14 shows the magnetic junction 300 after step 164 is performed. Therefore, the nonmagnetic spacer layer 320 was fabricated.

상기 고정층의 제1 영역이 단계 166을 통해 증착된다. 단계 166은 단계 132와 유사하다. 그러므로, 강자기층들 및/또는 비자기층들을 포함하는 단일층 또는 다층이 증착될 수 있다. 도 15는 단계 166 후의 자기 접합(300)을 도시한다. 그러므로, 강자기층(들)(332)가 나타난다. 도 15 내지 도 24에 도시된 실시예에 있어서, 전체 하부층/SAF 고정층의 다층이 단계 166에서 제공된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 자기층(332)의 더 많은 층들 또는 적은 층들이 단계 166에서 증착될 수 있다.A first region of the pinned layer is deposited through step 166. Step 166 is similar to step 132. Therefore, a single layer or multiple layers including ferromagnetic layers and/or nonmagnetic layers may be deposited. 15 shows magnetic junction 300 after step 166. Therefore, the ferromagnetic layer(s) 332 appears. In the embodiment shown in Figures 15-24, multiple layers of all sublayers/SAF pinning layers are provided in step 166. However, in other embodiments, more or fewer layers of the magnetic layer 332 may be deposited at step 166.

추가적인 희생 삽입층이 상기 강자기 층(332) 상에 단계 166'을 통해 증착된다. 단계 166'은 단계 134와 유사하다, 그러므로, 상술한 물질 및 두께가 사용될 수 있다. 도 16은 단계 166'이 수행된 후의 자기 접합을 도시한다. 그러므로, 상기 희생 삽입층(306)이 나타난다.An additional sacrificial insert layer is deposited on the ferromagnetic layer 332 through step 166'. Step 166' is similar to step 134, therefore, the materials and thicknesses described above may be used. 16 shows the magnetic junction after step 166' is performed. Therefore, the sacrificial insertion layer 306 appears.

층(302, 312', 314, 320, 306)들이 단계 168을 통해 어닐링된다. 단계 168은 단계 136과 유사하다. 예를 들어, 상술한 온도에서 RTA가 수행될 수 있다. 상기 어닐링의 상기 온도와 다른 특성들은 결정질 MgO 터널링 베리어층과 같은 비자기 스페이서층의 부정적이 효과를 없게 하기 위해 충분히 낮은 것이 바람직하다.Layers 302, 312', 314, 320, 306 are annealed through step 168. Step 168 is similar to step 136. For example, RTA may be performed at the above-described temperature. The temperature and other properties of the annealing are preferably sufficiently low to avoid the negative effect of the nonmagnetic spacer layer such as the crystalline MgO tunneling barrier layer.

상기 어닐링 후에, 상기 희생 삽입층 하부의 상기 자기 접합(300)의 영역은 단계 170을 통해, 포토리소그래피로 정의된다. 단계 170은 단계 138과 유사하다. 도 17은 단계 170 동안의 자기 접합을 도시한다. 그러므로, 마스크(360)이 상기 희생 삽입층(306) 상에 제공되었다. 도 18은 단계 170 이후의 자기 접합을 도시한다. 그러므로, 두 자기 접합의 영역들이 정의되었다. 특히, 자유층(310), 비자기층(320) 및 강자기층(332)이 정의되었다.After the annealing, a region of the magnetic junction 300 under the sacrificial insertion layer is defined by photolithography through step 170. Step 170 is similar to step 138. 17 shows the magnetic junction during step 170. Therefore, a mask 360 has been provided on the sacrificial insertion layer 306. 18 shows the magnetic junction after step 170. Therefore, the areas of the two magnetic junctions were defined. In particular, a free layer 310, a nonmagnetic layer 320, and a ferromagnetic layer 332 have been defined.

이후에, 리필(refill) 단계가 단계 172를 통해 수행된다. 그러므로, 알루미나와 같은 비자기 절연층이 증착되고, 평탄화될 수 있다. 단계 172는 단계 140과 유사하다. 도 19 및 도 20은 단계 172 도중과 이후의 자기 접합을 도시한다. 그러므로, 상기 리필 물질(308)이 도 19에서 도시되었다. 도 20은 단계 172가 완료된 후의 자기 접합(300)을 도시한다. 그러므로, 상기 리필 물질(308)의 상면은 평탄화되었다.Thereafter, a refill step is performed through step 172. Therefore, a nonmagnetic insulating layer such as alumina can be deposited and planarized. Step 172 is similar to step 140. 19 and 20 show magnetic junctions during and after step 172. Therefore, the refill material 308 is shown in FIG. 19. 20 shows the magnetic junction 300 after step 172 is completed. Therefore, the top surface of the refill material 308 was flattened.

상기 희생층은 이후에 단계 174를 통해 제거될 수 있다. 단계 174는 단계 142와 유사하다. 임의의 경우에, 상기 고정층의 잔여부는 이후에 단계 176을 통해 증착될 수 있다. 단계 176은 단계 144와 유사하다, 도 21은 단계 174가 완료된 후의 자기 접합(300)의 하나의 실시예를 도시한다. 상기 실시예를 보면, 상기 전체 하부 강자기층(또는 다층)(332)는 단계 166에서 증착된다. 그러므로, Ru 및 또 다른 자기층과 같은 비자기층이 단계 176에서 증착된다. 그러므로, Ru층(334)과 같은 비자기층과 강자기층(들)(336)이 나타난다. 상기 층(334, 336)들이 두 개의 접합(300)에 걸쳐 연장됨을 알 수 있다. 상기 층(332, 334, 336)들이 SAF 고정층을 형성한다.The sacrificial layer may be removed later through step 174. Step 174 is similar to step 142. In any case, the remainder of the pinned layer may be deposited later via step 176. Step 176 is similar to step 144, Fig. 21 shows one embodiment of magnetic junction 300 after step 174 is completed. In the above embodiment, the entire lower ferromagnetic layer (or multilayer) 332 is deposited in step 166. Therefore, a nonmagnetic layer such as Ru and another magnetic layer is deposited in step 176. Therefore, a non-magnetic layer such as the Ru layer 334 and a ferromagnetic layer(s) 336 appear. It can be seen that the layers 334 and 336 extend over the two junctions 300. The layers 332, 334, 336 form the SAF fixing layer.

상기 자기 접합의 잔여 영역이 단계 178을 통해 정의될 수 있다. 단계 178은 단계 146과 유사하다. 단계 178은 단계 170과 유사한 포토리소그래피 방법으로 수행될 수 있다. 그러나, 상기 자유층이 이미 단계 170에서 정의되었기 때문에, 단계 178에서는 다른 밀도 패턴이 사용될 수 있다. 그러므로, 상기 자기 접합의 상부는 하부보다 넓지 않거나, 동일한 크기거나, 더 넓을 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 고정층들의 상부 영역들은 다층 자기 접합들을 통해 연장될 수 있다. 도 22는 단계 178이 수행된 휴의 자기 접합(300)의 일 실시예를 도시한다. 그러므로, 상기 고정층(330)은 정의되었다. 상기 실시예에서 보여지듯이, 상기 고정층(330)의 상부는 그 하부와 동일한 크기이다.The remaining region of the magnetic junction may be defined through step 178. Step 178 is similar to step 146. Step 178 may be performed with a photolithographic method similar to step 170. However, since the free layer has already been defined in step 170, another density pattern may be used in step 178. Therefore, the upper portion of the magnetic junction may not be wider than the lower portion, the same size, or wider. In some embodiments, upper regions of the pinned layers may extend through multilayer magnetic junctions. 22 shows an embodiment of Hue's magnetic junction 300 in which step 178 is performed. Therefore, the pinned layer 330 has been defined. As shown in the above embodiment, the upper portion of the pinned layer 330 is the same size as the lower portion.

도 23 및 도 24는 단계 166에서 증착된 상기 층(332)을 포함하는 자기 접합(300')의 일 실시예를 도시한다. 도 23은 단계 176이 수행된 후의 이러한 실시예를 도시한다. 그러므로, 층들(333, 334, 336)이 나타난다. 층들(333, 331)은 함께 상기 SAF 고정층(330')의 하부 강자기층(332')을 형성한다. 도 24는 단계 178을 수행한 후의 자기 접합을 도시한다. 그러므로, 자기 접합(300')의 상부 영역이 정의되었다. 23 and 24 illustrate an embodiment of a magnetic junction 300' including the layer 332 deposited in step 166. 23 shows this embodiment after step 176 is performed. Therefore, layers 333, 334, 336 appear. Together, the layers 333 and 331 form a lower ferromagnetic layer 332 ′ of the SAF pinned layer 330 ′. 24 shows the magnetic junction after performing step 178. Therefore, the upper region of the magnetic junction 300' has been defined.

자기 접합(300, 300')은 상기 자기 접합(200), 자기 접합(200'), 자기 접합(200'') 및/또는 자기 접합(200''')의 이득을 공유할 수 있다. 그러므로, 상기 자기 접합(200')은 향상된 자기저항, 감소된 감쇠 및 스위칭 전류를 가질 수 있으며, 이와 함께 또는 별도로, 자기 장치에서 좀더 조밀하게 패킹(packed)될 수 있다.The magnetic junctions 300 and 300 ′ may share the gains of the magnetic junction 200, the magnetic junction 200 ′, the magnetic junction 200 ″, and/or the magnetic junction 200 ″'. Therefore, the magnetic junction 200 ′ may have improved magnetoresistance, reduced attenuation and switching current, and together or separately, may be more densely packed in a magnetic device.

도 25는 자기 접합(200), 자기 접합(200'), 자기 접합(200''), 자기 접합(200'''), 자기 접합(300) 및/또는 자기 접합(300') 중 적어도 하나를 사용한 메모리(400)의 일 실시예를 도시한다. 상기 자기 메모리(400)은 쓰기/읽기 컬럼 셀렉트 드라이버(402, 406)뿐만 아니라, 워드 라인 셀렉트 드라이버(404)를 포함할 수 있다. 다른 및/또는 상이한 구성들이 제공될 수 있음을 주의한다. 메모리(400)의 저장 영역은 자기 저장 셀들(410)들 포함할 수 있다. 자기 저장 셀들 각각은 적어도 하나의 자기 접합(412) 및 적어도 하나의 셀렉션 장치(414)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 셀렉션 장치(414)는 트랜지스터일 수 있다. 상기 자기 접합(412)는 본 명세서에서 개시된 자기 접합(200), 자기 접합(200'), 자기 접합(200''), 자기 접합(200'''), 자기 접합(300) 및/또는 자기 접합(300') 중 하나일 수 있다. 비록 셀(410)당 하나의 자기 접합(412)가 도시되지만, 다른 실시예들에서, 셀 당 다른 수의 자기 접합들(412)이 제공될 수 있다. 이와 같이, 자기 메모리(400)는 위에서 설명한 효용들을 향유할 수 있다.25 is at least one of a magnetic junction 200, a magnetic junction 200 ′, a magnetic junction 200 ″, a magnetic junction 200 ″', a magnetic junction 300 and/or a magnetic junction 300 ′ One embodiment of the memory 400 using is shown. The magnetic memory 400 may include a word line select driver 404 as well as write/read column select drivers 402 and 406. It is noted that other and/or different configurations may be provided. The storage area of the memory 400 may include magnetic storage cells 410. Each of the magnetic storage cells may include at least one magnetic junction 412 and at least one selection device 414. In some embodiments, the selection device 414 may be a transistor. The magnetic junction 412 is a magnetic junction 200, a magnetic junction 200', a magnetic junction 200 ″, a magnetic junction 200 ″', a magnetic junction 300 and/or a magnetic junction disclosed herein. It may be one of the junctions 300 ′. Although one magnetic junction 412 per cell 410 is shown, in other embodiments, a different number of magnetic junctions 412 per cell may be provided. As such, the magnetic memory 400 may enjoy the above-described utilities.

자기 접합을 이용하여 제조된 자기 접합 및 메모리를 제공하는 방법 및 시스템이 설명되었다. 상기 방법 및 시스템은 도시된 예시적인 실시예들에 부함되게 설명되었고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 실시예들에 변형들이 있을 수 있고, 어떤 변형이라도 방법 및 시스템의 사상 및 범위 내이어야 함을 쉽게 알것이다. 그런 이유로, 이하 첨부된 청구항들의 사상 및 범위를 벗어남없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변경들이 만들어 질 수 있다.A method and system for providing magnetic junctions and memories fabricated using magnetic junctions has been described. The method and system have been described in conjunction with the illustrated exemplary embodiments, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may have variations in the embodiments. It's easy to see that it must be within range. For that reason, many modifications can be made by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the appended claims.

200, 200', 200'', 200''', 300, 300': 자기 접합
201: 기판
202: 하부 콘택
204: 선택적 시드층
206: 선택적 캡핑층
208: 상부 콘택
210: 자유층
220, 240: 비자기 스페이서
230, 250: 고정층
231, 251: 자기 모멘트
232, 236: 강자기층
302: MgO 시드층
304, 306: 희생 삽입층
308: 리필 물질
312, 312': 제1 강자기층
314: 제2 강자기층
360: 마스크200, 200', 200'', 200''', 300, 300': magnetic junction
201: substrate
202: lower contact
204: optional seed layer
206: optional capping layer
208: upper contact
210: free layer
220, 240: nonmagnetic spacer
230, 250: fixed floor
231, 251: magnetic moment
232, 236: strong magnetic layer
302: MgO seed layer
304, 306: sacrificial insert layer
308: refill material
312, 312': first strong magnetic layer
314: second ferromagnetic layer
360: mask

Claims

When the write current flows through the magnetic junction, it provides a free layer that can be switched between a plurality of stable magnetic states,
Providing a nonmagnetic spacer layer,
Providing a pinned layer, wherein the nonmagnetic spacer layer is disposed between the free layer and the pinned layer,
At least one of providing the free layer and providing the pinned layer comprises a plurality of steps,
The plurality of steps included in providing the free layer includes a first plurality of steps, and the plurality of steps included in providing the pinned layer includes a second plurality of steps,
The first plurality of steps may include depositing a first region of the free layer, depositing a first sacrificial layer, and forming at least the first region and the first sacrificial layer of the free layer to a first region greater than 25 degrees Celsius. Annealing at temperature, removing the first sacrificial layer, and depositing a second region of the free layer,
The second plurality of steps may include depositing a first region of the fixed layer, depositing a second sacrificial layer, and annealing at least the first region and the second sacrificial layer of the fixed layer at a second temperature greater than 25 degrees Celsius. And defining a magnetic junction region including the free layer, the nonmagnetic spacer layer, and the first region of the fixed layer, removing the second sacrificial layer, and depositing a second region of the fixed layer. A method of providing a magnetic junction usable in a magnetic device on a substrate.

The method of claim 1,
Providing the free layer includes the first plurality of steps, and the free layer has a perpendicular magnetic anisotropy energy greater than an out-of-plane demagnetization energy. , A method of providing a magnetic junction usable in a magnetic device on a substrate.

The method of claim 2,
The free layer has a thickness of greater than 15Å, a method of providing a magnetic junction usable in a magnetic device on a substrate.

The method of claim 3,
A method of providing on a substrate a magnetic bonding usable in a magnetic device, wherein the thickness of the free layer does not exceed 25Å.

The method of claim 2,
The first sacrificial layer is Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb and A method of providing a magnetic junction usable in a magnetic device on a substrate comprising at least one of Zr.

The method of claim 2,
A method of providing a magnetic junction usable in a magnetic device on a substrate, further comprising depositing an MgO seed layer prior to providing the free layer.

The method of claim 2,
The method of providing a magnetic junction on a substrate that can be used in a magnetic device, wherein the annealing includes performing a rapid thermal anneal.

The method of claim 2,
The first region of the free layer has a first thickness, the second region of the free layer has a second thickness, the first thickness is 15Å or less, and the second thickness is 15Å or less, A method of providing a usable magnetic junction on a substrate.

The method of claim 1,
Providing a pinned layer comprising the second plurality of steps,
A method of providing a magnetic junction usable in a magnetic device on a substrate, further comprising depositing at least one refill material prior to removing the second sacrificial layer.

The method of claim 9,
After depositing the at least one refill material, a method of providing a magnetic junction usable in a magnetic device on a substrate, further comprising: performing planarization.

The method of claim 9,
The pinned layer is a synthetic antiferromagnetic comprising a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a coupling layer between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer,
Depositing the second region of the pinned layer,
A method of providing a magnetic junction usable in a magnetic device on a substrate comprising depositing at least one said nonmagnetic spacer layer and depositing said second ferromagnetic layer.

The method of claim 11,
Depositing the second region of the pinned layer,
A method of providing a magnetic junction usable in a magnetic device on a substrate, further comprising depositing a region of the first ferromagnetic layer.

The method of claim 11,
At least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is a multilayer method of providing a magnetic junction that can be used in a magnetic device on a substrate.

The method of claim 11,
A method of providing a magnetic junction on a substrate usable for a magnetic device, further comprising defining a remaining region of the pinned layer.

The method of claim 9,
Defining the region of the magnetic junction,
A photoresist mask covering an area of the second sacrificial layer corresponding to the magnetic junction is provided on the second sacrificial layer,
A magnetic junction usable in a magnetic device further comprising removing the exposed region of the second sacrificial layer, the first region of the fixed layer, the nonmagnetic spacer layer, and the free layer exposed by the photoresist mask Method of providing on a substrate.

The method of claim 1,
Providing an additional nonmagnetic spacer layer, the free layer being between the additional nonmagnetic spacer layer and the nonmagnetic spacer layer,
A method of providing on a substrate a magnetic junction usable for a magnetic device, providing an additional pinned layer, the additional nonmagnetic layer being between the additional pinned layer and the free layer.

Depositing a first ferromagnetic layer of a free layer including a CoFeB layer having a thickness of 15Å or less on the substrate,
On the first ferromagnetic layer, Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Depositing a first sacrificial layer containing at least one of Pb and Zr and having a thickness of 15Å or less,
Annealing at least one of the first ferromagnetic layer and the first sacrificial layer at a first temperature greater than 25 degrees Celsius, and the annealing further includes performing a first rapid thermal anneal (RTA), ,
At least removing the first sacrificial layer,
Depositing a second ferromagnetic layer of the free layer on the remaining region of the first ferromagnetic layer,
The second ferromagnetic layer includes a CoFeB layer having a thickness of 15Å or less, and both the remaining region of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer have a thickness of 25Å or less,
The free layer has a perpendicular magnetic anisotropy energy greater than the out-of-plane diamagnetization energy, the free layer can be switched between a plurality of stable magnetic states when a write current flows through the magnetic junction,
Providing an MgO tunneling barrier layer,
Depositing a first region of the pinned layer,
A nonmagnetic spacer layer is formed between the fixed layer and the free layer,
4Å thickness or less, and Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb and Zr Depositing a second sacrificial layer including at least one of,
At least the first region of the pinned layer, the remaining region of the first ferromagnetic layer, the second ferromagnetic layer, and the second sacrificial layer are annealed at a second temperature greater than 25 degrees Celsius, and the annealing is performed by a second rapid heat treatment (RTA). ), including performing
On the sacrificial layer, a photoresist mask covering an area of the sacrificial layer corresponding to at least one magnetic junction is provided, and
Defining at least one magnetic junction region including a first region of the free layer, the nonmagnetic spacer layer, and the pinned layer using the photoresist mask,
Depositing at least one refill material,
After depositing the at least one refill material, planarization is performed,
After the planarization, the second sacrificial layer is removed,
Depositing at least a second region of the pinned layer,
And after depositing at least a second region of the pinned layer, defining a remaining region of the at least one magnetic junction.

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