KR20170057112A - 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합 및 이를 포함하는 자기 메모리 및 이를 제공하는 방법 - Google Patents

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Abstract

자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합이 제공된다. 상기 자기 접합은 기준층, 비자기 스페이서층 및 자유층을 포함하고, 상기 비자기 스페이서층은 상기 기준층과 상기 자유층 사이에 배치되되, 상기 자유층은 제1 방향을 따르는 길이, 제2 방향을 따르는 폭 및 종횡비와 교환 강성(exchange stiffness)을 가지고, 상기 종횡비는 상기 길이를 상기 폭으로 나누되 1보다 크고, 상기 교환 강성은 2 x 10-6 erg/cm 이상이고, 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 상기 자유층이 복수 개의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성된다.

Description

기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합 및 이를 포함하는 자기 메모리 및 이를 제공하는 방법{MAGNETIC JUCTION RESIDING ON A SUBSTRATE AND USABLE IN MAGNETIC DEVICE AND MAGNETIC MEMORY INCLUDING THE SAME AND METHOD FOR PROVIDING THE SAME}
본 발명은 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합 및 이를 포함하는 자기 메모리 및 이를 제공하는 방법에 관한 것이다.
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.
예를 들어, 일반적인 자기터널접합(Magnetic tunneling junction: MTJ)이 일반적인 STT-RAM에서 사용될 수 있다. 일반적인 MTJ는 일반적인 피고정층((pinned layer) 또는 기준층(reference layer), 상기 일반적인 기준층과 상기 자유층 사이에 배치된 일반적인 터널링 장벽층(tunneling barrier layer)을 포함한다. 일반적인 자기터널접합(Magnetic tunneling junction: MTJ)은 일반적인 반강자기층(antiferromagnetic layer: AFM)을 포함할 수 있다.
상기 일반적인 기준층과 상기 일반적인 자유층은 자기를 갖는다. 일반적인 기준층의 자화(magnetization)는 특정 방향으로 고정(fixed)되거나 피닝 된다(pinned). 일반적인 자유층은 변화가능한 자화를 가진다. 일반적인 자유층은 단일층(single layer) 또는 다중층(multiple layers)일 수 있다. 상기 기준층과 자유층은 상기 층들의 면에 대해 수직 방향으로 유래되거나(perpendicular-to-plane), 상기 층들의 면 내에서 유래된(in-plane) 자화를 가질 수 있
일반적인 자유층의 자기 모멘트를 스위치하기 위하여, 면에 수직인 방향으로(current-perpendicular-to-plane; CPP) 상기 일반적인 MTJ을 통해 전류가 구동된다. 이 전류는 기준층에 의해 스핀 분극화(spin polarized)된다. 충분한 전류가 면에 수직인 배치(CPP configuration)에서 일반적인 자기 접합을 통해 구동될 때, 일반적인 자유층의 자기 모멘트는 일반적인 피고정층의 자기 모멘트에 평행하게 또는 반평행(antiparallel)되도록 스위치(switch)될 수 있다. 자기적 배치(magnetic configuration)들의 차이점들은 다른 자기저항들(magnetoresistances)과 이에 따른 일반적인 MTJ의 다른 논리 상태들(예를 들어, 논리 0와 논리 1)에 상응한다.
다양한 어플리케이션에 사용될 수 있는 가능성 때문에, STT-MRAM의 성능을 향상시키도록 자기 메모리에 대한 연구가 진행되고 있다. STT-MRAM의 성능을 향상시키기 위한 메커니즘이 요구된다. 예를 들어, 평형 상태(쓰기 상태가 아닐 때)에서 열적으로 안정하고, 상대적으로 적당한 쓰기 전류에서 프로그램될 수 있을 것이 요구된다. 나아가, 자기 접합의 상태를 읽기 위해, 충분히 높은 자기 저항(magnetoresistance)이 유용하다. 이러한 기능은 더 작은 자기 접합 크기 및 높은 면적 밀도(areal density) 메모리를 위해 유지되는 것이 요구된다. 따라서, 스핀 트랜스퍼 토크(spin transfer torque)에 기초한 메모리들의 동작을 개선할 수 있는 방법 및 시스템이 필요하다. 여기서 설명된 방법 및 시스템이 그러한 필요성을 다를 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 기판 상에 배치되는 자기 메모리를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합은 기준층; 비자기 스페이서층; 및 자유층을 포함하고, 상기 비자기 스페이서층은 상기 기준층과 상기 자유층 사이에 배치되되, 상기 자유층은 제1 방향을 따르는 길이, 제2 방향을 따르는 폭 및 종횡비와 교환 강성(exchange stiffness)을 가지고, 상기 종횡비는 상기 길이를 상기 폭으로 나누되 1보다 크고, 상기 교환 강성은 2 x 10-6 erg/cm 이상이고, 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 상기 자유층이 복수 개의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 교환 강성은 적어도 3 x 10-6 erg/cm일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 자유층은 상기 길이 및 상기 폭과 수직인 두께를 가지고, 상기 두께는 적어도 1.5nm이고, 2nm 이하일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 자유층은 유리 촉진제를 미함유할 수 있다
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 폭은 20nm 이하일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 폭은 16nm 이하일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 자유층은 Fe, Co, SmCo5, MnGe, Co2FeSi, Co2MnSi 및 FexCo1 -x 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 x는 5 내지 65일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 종횡비는 적어도 2일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 자유층은 타원형(elliptical) 면적을 가질 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 기준층과 상기 비자기 스페이서층은 상기 종횡비를 가질 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 자유층은 적어도 100의 열 안정 계수(thermal stability factor)를 가질 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 추가적인 비자기 스페이서층과 추가적인 기준층을 더 포함하고, 상기 자유층은 상기 비자기 스페이서층과 상기 추가적인 비자기 스페이서층 사이에 배치되고, 상기 추가적인 비자기 스페이서층은 상기 자유층과 상기 추가적인 기준층 사이에 배치될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 자기 메모리는 각각 적어도 하나의 자기 접합을 포함하는 복수 개의 자기 저장 셀들; 및 상기 복수 개의 자기 저장 셀들과 결합된 복수 개의 비트 라인들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 자기 접합은 기준층, 비자기 스페이서층 및 자유층을 포함하고, 상기 비자기 스페이서층은 상기 기준층과 상기 자유층 사이에 배치되고, 상기 자유층은 제1 방향을 따르는 길이, 제2 방향을 따르는 폭 및 종횡비와 교환 강성(exchange stiffness)을 가지고, 상기 종횡비는 상기 길이를 상기 폭으로 나누되 1보다 크고, 상기 교환 강성은 2 x 10-6 erg/cm 이상이고, 상기 자기 접합은 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 상기 자유층이 복수 개의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법은 기준층을 제공하고, 비자기 스페이서층을 제공하고, 자유층을 제공하는 것을 포함하되, 상기 비자기 스페이서층은 상기 기준층과 상기 자유층 사이에 배치되되, 상기 자유층은 제1 방향을 따르는 길이, 제2 방향을 따르는 폭 및 종횡비와 교환 강성(exchange stiffness)을 가지고, 상기 종횡비는 상기 길이를 상기 폭으로 나누되 1보다 크고, 상기 교환 강성은 2 x 10-6 erg/cm 이상이고, 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 상기 자유층이 복수 개의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 교환 강성은 적어도 3 x 10-6 erg/cm 일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 폭은 20nm 이하일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 종횡비는 적어도 2일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 자유층은 타원형(elliptical) 면적을 가질 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 상기 기준층과 상기 비자기 스페이서층은 상기 종횡비를 가질 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스핀 트랜스터를 이용하여 프로그램할 수 있고, 연장된 자유층을 가지는 자기 접합을 포함하는 자기 장치의 단면도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 크기(size), 열적 안정성(thermal stability), 종횡비(aspect ratio) 및 교환 강성(exchange stiffness)의 관계를 도시한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스핀 트랜스터를 이용하여 프로그램할 수 있고, 연장된 자유층을 가지는 자기 접합의 단면도 및 사시도이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스핀 트랜스터를 이용하여 프로그램할 수 있고, 연장된 자유층을 가지는 자기 접합을 포함하는 자기 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스핀 트랜스터를 이용하여 프로그램할 수 있고, 연장된 자유층을 가지는 자기 접합의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스핀 트랜스터를 이용하여 프로그램할 수 있고, 연장된 자유층을 가지는 자기 접합을 제공하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스핀 트랜스터를 이용하여 프로그램할 수 있고, 연장된 자유층을 가지는 자기 접합을 포함하는 자기 장치를 도시한다.
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.
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.
자기(magnetic) 장치에 사용될 수 있는 자기 접합(magnetic junction)과 상기 자기 접합을 제공하는 방법이 설명된다. 자기 접합은 기준층; 비자기 스페이서층; 및 자유층을 포함하고, 상기 비자기 스페이서층은 상기 기준층과 상기 자유층 사이에 배치되되, 상기 자유층은 제1 방향을 따르는 길이, 제2 방향을 따르는 폭 및 종횡비와 교환 강성(exchange stiffness)을 가지고, 상기 종횡비는 상기 길이를 상기 폭으로 나누되 1보다 크고, 상기 교환 강성은 2 x 10-6 erg/cm 이상이고, 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 상기 자유층이 복수 개의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성될 수 있다.
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.
도 1 및 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스핀 트랜스터를 이용하여 프로그램할 수 있고, 연장된 자유층을 가지는 자기 접합(100)을 도시한다. 도 1과 도 2는 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 자기 접합(100)은 스핀 트랜스퍼 토크 랜덤 엑세스 메모리(STT-MRAM)과 같은 자기 소자와 다양한 종류의 전자 소자들에서 사용될 수 있다.
자기 접합(100)은 자기 모멘트(21)을 가지는 자유층(120), 비자기 스페이서층(130) 및 자기 모멘트(141)을 포함하는 기준층(140)을 포함한다. 또한 하부 기판(101)이 도시되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 자기 접합(100)은 또한 높은 스핀 분극(spin polarization)을 가지는 선택적 분극 강화층(polarization enhancement layer; PEL)(132)을 포함할 수 있다. 예를 들어, PEL(132)는 Fe 및/또는 CoFe를 포함할 수 있다. 하부 컨택(Bottom contact)(102), 상부 컨택(top contact)(104), 선택적 씨드층(들)(optional seed layer)(110) 및 선택적 캡핑층(들)(optional capping layer)(112) 또한 도시된다. 예를 들어, 씨드층(110)은 얇고, 200 배향(orientation)을 가지는 결정화된 MgO 씨드층을 포함할 수 있다. 이러한, MgO층은 인접한 기준층(140)의 수직 자기 이방성(perpendicular magnetic anisotropy; PMA)을 향상시킬 수 있다. 유사하게, 캡핑층(112)는 얇고, 인접한 자유층(120)의 수직 자기 이방성(perpendicular magnetic anisotropy; PMA)을 향상시킬 수 있는 결정화된 200 배향(orientation)을 가지는 MgO층을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 도시된 바와 같이, 기준층(140)은 자유층(120)보다 상기 기판에 인접할 수 있다. 그러므로, 자기 접합(100)은 하부 고정된(pinned) 접합이다. 비록, 층들(120, 130, 132 및 140)이 기판(101)과 특정한 관계인 것으로 도시되지만, 몇몇 실시예들에 있어서, 이러한 관계는 다를 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 기판(101)에서 가까운데서 먼 방향으로, 층들(120, 130, 132(만약 존재하는 경우) 및 140)이 배치될 수 있다. 그러므로, 자기 접합(100)은 상부 고정된(pinned) 접합이다. 몇몇 실시예에서, 자기 접합(100)은 추가적인 기준층과 자유층(120)과 상기 추가적인 기준층(미도시)사이에 배치된 비자기 스페이서층을 포함하는 듀얼 자기 접합(dual magnetic junction)일 수 있다.
선택적 고정층(optional pinning layer)(미도시)는 상기 기준층(140)의 자화(미도시)를 고정하도록 사용될 수 있다. 상기 선택적 고정층은 AFM층이거나, 교환-바이어스(exchange-bias) 상호작용에 의해 기준층(140)의 자화(미도시)를 고정(pin)하는 다중층(multiayer)일 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 선택적 고정층은 생략되거나, 다른 구조체가 사용될 수 있다
높은 스핀 분극(spin polarization)을 가지는 분극 강화층(polarization enhancement layer; PEL), 자기 또는 비자기 삽입층, 및/또는 다른층들을 포함하는 층들이 자기 접합(100)이 포함하는 층들에 포함되거나, 자기 접합(100)에 사용될 수 있는 별도의 층들로 간주될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 그러나, 단지 하나의 층(132)만이 단순화를 위해 도시된다. 자기 접합(100)은 쓰기 전류가 자기 접합(100)을 통해 흐를 때, 상기 자유층(120)이 다수의 안정한 자기 상태들(magnetic states) 사이에서 스위칭되도록 허용하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 자유층(120)은 스핀 트랜스터 토크(STT)를 이용하여 프로그래밍할 수 있다.
비자기 스페이서층(130)은 기준층(140)과 자유층(120) 사이에 배치된다. 비자기 스페이서층(130)은 MgO 터널링 베리어층일 수 있다. MgO층은 결정화되고, TMR(tunneling magnetoresistance)을 강화시기키 위해 200 배향을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 비자기 스페이서층(130)은 다른 터널링 베리어층을 가지거나, 도전층이거나, 다른 구조를 가질 수 있다.
기준층(140)은 자기를 가진다. 기준층(140)은 다층일 수 있다. 기준층(140)은 Ru와 같은 비자기층(들)에 삽입되거나 끼워진 다층 강자성층들(ferromagnetic layer)을 포함하는 합성형 반강자기(synthetic antiferromagnetic; SAF)일수 있다. 그러므로, 기준층(140)은 또한 다중 강자기(ferromagnetic)층을 포함하는 하부층들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 높은 스핀 분극을 가지는 PEL(132)가 비자기 스페이서층(130)에 가장 가까운 기준층(140)의 일부에 제공된다. 몇몇 실시예에서, PEL(132)은 생략될 수 있다.
기준층(140)의 PMA 에너지는 도시된 바와 같이, 면을 벗어나는 반자화 에너지(out-of-plane demagnetization energy)를 초과한다. 그러므로, 기준층(140)은 높은 PMA를 가진다. 여기서 높은 PMA란, 면을 벗어나는 반자화 에너지(out-of-plane demagnetization energy)보다 큰 PMA를 의미한다. 기준층(140)은 높은 PMA를 가지기 때문에, 기준층(140)의 자기 모멘트(141)는 면 수직(perpendicular-to-plane)(도 1에 도시된 Z 방향을 따르거나, 도 1에 도시된 방향과 반평행)일 수 있다. 이러한 실시예에서 고정층(pinning layer)은 일반적으로 사용되지 않는다. 예를 들어, 기준층(140)은 Co/Pt 다층, CoPt 합급, Co/Tb 합급이 다중적으로 반복된 다중층 및/또는 Co/Tb 다층이 다중적으로 반복된 다중층을 포함할 수 있다. 이러한 조합은 높은 PMA를 가질 수 있다. 유사하게, 기준층(140)은 높은 PMA를 갖기 위해, CoFeB, FeB, CoB, Fe, Co2FeAl, Co2FeAlSi, Co2MnSi 및 MnAl 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서 CoFeB, FeB, CoB 및 MnAl로 나타낸 합급들에서 화학 양론을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, CoFeB는 (CoFe)1- xBx를 포함하고, 여기서 x는 0 내지 0.5일 수 있다. 예를 들어, x는 0.2 내지 0.4 일 수 있다. 유사하게, FeB는 Fe1 -xBx일 수 있고, 여기서 x는 0 내지 0.5일 수 있다. 높은 PMA를 가지는 다른 물질 및/또는 구성이 기준층(140)을 위해 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 기준층(140)의 자기 모멘트(141)는 면-내(in-plane)일 수 있다.
도시된 바와 같이, 기준층(140)이 연장될 필요는 없다. 기준층(140)의 길이(lr)는 실질적으로 폭(wr)과 동일((wr ? lr)할 수 있다. 그러므로, 기준층의 종횡비는 1이거나, 1에 가까울 수 있다. 여기서, 종횡비는 면-내(in-plane)이고, 다른 차원(dimension)으로 나눈 일 차원 면-내와 동일할 수 있다(예를 들어, 길이를 폭으로 나눈 경우). 몇몇 실시예에서, 기준층(140)은 연장될 수 있다. 예를 들어, 기준층(140)은 자유층(120)과 동일 방향으로 연장될 수 있다(lr > wr). 이와 달리, 기준층(140)은 다른 방향으로 연장될 수 있다(lr < wr). 추가적으로, 기준층(140)은 자유층(120)보다 길거나 클 수 있다(lr > l, wr > w). 몇몇 실시예에서, 기준층(140)은 자유층(120)과 같은 크기이거나, 좁거나 짧을 수 있다.
자유층(120)은 자기이고, 자기 접합(100)이 대기 상태(quiescent state)일 때, 면을 벗어나는 반자화 에너지(out-of-plane demagnetization energy) 초과하는 PMA 에너지를 가진다. 달리 표현하면, 쓰기 전류가 자기 접합(100)에 적용되지 않을 때, PAM 에너지는 면을 벗어나는 반자화 에너지(out-of-plane demagnetization energy)보다 클 수 있다. 그러므로, 자유층(120)은 높은 PMA 에너지를 가진다. 자유층(120)의 자기 모멘트(121)는 도 1에 도시된 바와 같이(z 방향), 면-수직(perpendicular to plane)으로 배향될 수 있다. 또한, 자기 접합은 자기 접합을 통해 구동되는 쓰기 전류를 이용하여(예를 들어, 스핀 트렌스퍼를 이용하여) 자유층(120)의 자기 모멘트(121)을 스위칭하도록 구성될 수 있다.
그러므로, 자유층(120)과 자기 접합(100)은 높은 밀도의 자기 메모리 장치에 사용하기 적합하다. 이러한 장치들에 사용되기 위해, 자유층(120)은 작은 차원을 가지고, 평행 상태에서 열적으로 안정하다. 자기 접합(100)이 대기 상태(즉, 쓰기 상태가 아닐 때)일 때, 평형 상태가 발생한다. 나아가, 자유층(120)의 폭(w)은 20nm를 초과하지 않는다. 몇몇 실시예에서, 상기 폭(w)은 16nm를 초과하지 않는다.
자기 접합(100)이 대기 상태일 때, 자유층(120)이 열적으로 안정하게 위하여, 자유층(120)의 열 평형 계수(the thermal stability constant, Δ)는 적어도 100일 수 있다(Δ ≥ 100). 몇몇 실시예에서, 열적 안정성을 위해 요구되는 Δ는 다를 수 있다. Δ는 KuV/kbT로 정의되며, 여기서 Ku는 자기 이방성 밀도(magnetic anisotropy density), kb는 볼츠만 상수(Boltzman's constant), T는 절대 온도(temperature in Kelvin)이고, V는 자유층(120)의 부피를 의미한다. 그러므로, Δ ~ KutA에서, 상기 A는 자유층(120)의 면적의 영역(x-y plane)이고, t는 두께이다. 상기 면적은 wl로 근사화될 수 있고, w는 자유층(120)의 폭이고, l는 자유층(120) 길이이다. 몇몇 실시예에서, 자유층(120)의 두께(t)는 상대적으로 낮게 유지될 수 있다. 예를 들어, 두께(t)는 3nm 이하일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 두께(t)는 2nm를 초과하지 않는다. 몇몇 실시예에서, 두께(t)는 적어도 1.5nm일 수 있다. 그러므로, Δ ~ (Kut)wl에서, Kut는 주어진 두께의 자유층(120)에서는 실질적으로 상수이다. 상술한 바와 같이, 자유층(120)의 폭(w)는 20nm이하일 수 있다. 그러나, 길이(l)은 요구치에서 일부 선택의 자유를 가질 수 있다. 그러므로, 자유층(120)의 부피(Δ) 값은 연장되는 자유층을 통해 증가될 수 있다. 달리 말하면, 자유층(120)은 증가된 열적 안정성을 위해 1 보다 큰 종횡비(aspect ratio; AR)를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 자유층(120)의 종횡비(AR)는 적어도 2일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 종횡비는 2보다 클 수 있다. 임계 전류(자기 접합을 프로그램하는데 필요한 쓰기 전류)는 동일한 부피(Δ)에서 자유층의 길이(l)에 독립적이다. 그러므로, 자유층(120)의 종횡비는 요구되는 쓰기 전류의 증가 없이 자유층(120)의 열적 안정성을 향상시키기 위해 증가될 수 있다.
만약, 자유층(120)의 종횡비가 단순히 증가된다면, 자기 접합(100)의 스위칭은 불균일하게 된다. 좀더 구체적으로, 동일한 크기(이하, 이를 임계 크기로 칭한다.)에서, 자유층(120)의 스위칭은 더 이상 균일하지 않다. 이러한 체제에서, Δ는 더 이상 상술한 (Δ ~ Kut) 관계를 따르지 않는다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 교환 강성(exchange stiffness, Aex)을 형성할 수 있다. 그러므로, 자유층(120)은 추가적으로 1보다 큰 종횡비를 가질 수 있고, 자유층(120)의 교환 강성은 작은 크기와 높은 메모리 밀도에서 요구되는 열적 안정성과 작동성을 만족하기 위해 증가할 수 있다.
교환 강성(exchange stiffness, Aex)은 자유층(120)을 위한 물질 선택을 포함하는 다양한 요소에 의존한다. 몇몇 자기 물질은 높은 교환 강성을 가진다. 여기서 사용하는 높은 교환 강성이란 적어도 2 x 10-6 erg/cm 이다. 예를 들어, Fe, Co 원소, SmCo5, MnGe, Co2FeSi, Co2MnSi, FexCo1 -x, (여기서 x는 적어도 5이고, 65 이하이다 (대략 53 또는 63))는 충분히 높은 교환 강성을 가질 수 있다. MnGe와 같은 감소된 포화 자화 재료 물질(saturation magnetization material)이 면을 벗어난 반자화 에너지(out-of-plane demagnetization energy)를 감소하는데, 사용될 수 있다. 그러므로, 상술한 물질들 중 적어도 하나 이상이 자유층(120)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 자유층(120)은 상술한 높은 교환 강성을 가지는 물질을 적어도 하나 포함하는 다중층일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 자유층(120)은 높은 교환 강성을 가지는 물질들 중 하나 이상으로 구성될 수 있다. 여기서, "높은 교환 강성을 가지는 물질"은 적어도 2 x 10-6 erg/cm의 교환 강성을 가지고, 하나 이상의 2 x 10-6 erg/cm의 교환 강성을 가지는 층들을 포함하는 자유층을 의미한다. 더구나, 높은 교환 강성을 가지는 물질들의 계면은 매끄러울 수 있다. 매끄러운 계면은 교환 강성을 증가시킬 수 있다.
높은 교환 강성층들은 유리-촉진(glass-promoting) 성분과 같은 불순물을 포함하지 않는 것이 요구된다. 자유층에서 이러한 전형적인 물질은 보론(B)이다. 따라서, 만약 높은 교환 강성층이 보론과 같은 유리 촉진 성분을 포함한다면, 후속 공정에서 모든 유리-촉진 성분은 제거되는 것이 바람직하다. 증착 형성된 자유층(120)에서 이러한 유리-촉진 성분의 사용은 TMR 형성 및/또는 다른 목적들을 달성하는데 바람직하다.
교환 강성은 또한 두께(t)를 증가시킨다. 그러므로, 높은 교환 강성층은 2nm 단위일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 높은 교환 강성층은 대략 1.8nm일 수 있다. 자유층(120)은 높은 교환 강성층으로 구성될 수 있다. 자기 접합(100)의 RA를 또한 주목하면, 대략 30 Ohm/mm2 이하일 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예에서 다른 범위의 RA가 가능할 수 있다.
교환 강성와 종횡비의 선택은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 이해될 수 있다. 도 3a 및 3b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따라, 자유층(120)을 위한 크기(size), 열적 안정성(thermal stability), 종횡비(aspect ratio) 및 교환 강성(exchange stiffness)의 사이의 관계를 도시한다. 도 3a는 다양한 교환 강성에서의 임계 크기 대 종횡비를 도시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 특정 임계 크기에서, 교환 강성의 증가를 위한 허용 종횡비가 증가된다. 상술한 바와 같이, 자유층(120)의 폭은 일반적으로 임계 크기를 초과하는 것이 바람직하다. 그러므로, 일부 종횡비에서, 높은 교환 강성은 종횡비가 증가하는 동안, 자유층(120)의 폭이 감소되는 자유도를 증가시킬 수 있다. 도 3B는 다양한 종횡비에서, 특정(요구하는) Δ 대 자유층(120)의 폭에 대한 Kut를 도시한다. 도 3B에서 도시된 바와 같이, 특정 폭에서, 증가되는 종횡비는 높은 Kut를 준다. 그러므로, 높은 종횡비를 위한 열 안정성의 위한 요구치에서 Δ는 보다 쉽게 유지될 수 있다. 여기서, 증가된 종횡비와 교환 강성이 요구된다.
그러므로, 작은 크기에서의 열적 안정성을 위해, 자유층(120)은 1보다 큰 종횡비를 가지는 것이 바람직하고, 교환 강성은 적어도 2 x 10-6 erg/cm 이상인 것이 바람직하다. 몇몇 실시예에서, 상기 종횡비는 적어도 2일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 종횡비는 적어도 3일 수 있다. 종횡비가 1보다 크기 ?문에, 자유층(120)은 연장된 종횡비라고 한다. 자유층(120)의 교환 강성은 적어도 2 x 10-6 erg/cm일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 교환 강성은 적어도 3 x 10-6 erg/cm일 수 있다. 그러므로, 자유층(120)은 작은 크기에서 적어도 100의 Δ을 가질 수 있다. 그러므로, 폭(w)은 20nm를 초과하지 않고, 두께(t)는 3nm를 초과하지 않는다. 몇몇 실시예에서, t는 2nm를 초과하지 않는다. 이러한 작은 폭과 두께에서, 상술한 종횡비와 교환 강성으로 자유층(120)은 열적으로 안정할 수 있다.
동작 시에, 자유층(120)은 높은 PMA를 가진다. 자유층(120)의 Δ는 상술한 종횡비와 교환 강성으로 인한 열적 안정성을 위해 충분히 높을 수 있다. 예를 들어, Δ는 적어도 100일 수 있다. 그러므로, 자기 접합이 대기 상태(읽거나, 프로그램되지 않는)일 때, 자신의 면에 수직한 자기 모멘트를 가지고 자기적으로 안정하다. 자유층(120)은 CPP 방향(즉, z축을 따라)으로 쓰기 전류가 구동됨으로 프로그램될 수 있다. 전류의 방향에 따라, 자유층 자기 모멘트(121)은 기준층(140)의 자기 모멘트(141)에 대해 평행(parallel) 또는 (antiparallel)일 수 있다. 상술한 바와 같이, 1보다 큰 자유층(120)의 종횡비는 스위칭 전류에 악영향을 미치지 않을 수 있다. 그러므로, 자기 접합(100)은 스핀 트랜스터 토크를 통해 프로그램될 수 있다.
자기 접합(100)은 작은 크기 및/또는 높은 메모리 밀도를 위해 향상된 성능을 가질 수 있다. 자유층(120)과 기준층(140)은 향상된 성능을 만족시키기 위해 면-수직으로 배향된 자기 모멘트를 가질 수 있다. 높은 PMA, 종횡비와 교환 강성 때문에, 자유층(120)은 자기 접합(100)이 대기 상태일 때 열적으로 안정할 수 있다. 이것은 자유층(120)의 폭이 20nm 미만일 때 역시 동일하다. 결과적으로, 자기 접합(100)은 높은 메모리 밀도 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 자기 접합(100)의 성능과 자기 접합(100)을 사용하는 메모리 장치의 성능이 향상될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스핀 트랜스터를 이용하여 프로그램할 수 있고, 연장된 자유층을 가지는 자기 접합(100')의 단면도 및 사시도이다. 도 4 및 도 5는 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 자기 접합(100')은 스핀 트랜스퍼 토크 랜덤 엑세스 메모리(STT-MRAM)과 같은 자기 소자와 다양한 종류의 전자 소자들에서 사용될 수 있다. 그러므로, 자기 접합(100')은 자기 접합(100)과 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호를 가진다. 자기 접합(100')은 도 1에 도시된 자기 모멘트(121)을 가지는 연장된 자유층(120), 비자기 스페이서층(130) 및 자기 모멘트(141)을 포함하는 기준층(140) 각각과 유사한 자기 모멘트(121)을 가지는 연장된 자유층(120), 비자기 스페이서층(130') 및 자기 모멘트(141)을 포함하는 기준층(140')을 포함한다. 또한, 선택적 씨드층(들)(optional seed layer)(110), 선택적 캡핑층(들)(optional capping layer)(112) 및 선택적 PEL(132)가 도시된다. 비록, 하부 기판, 하부 컨택 및 상부 컨택이 도시되지 않았지만, 이는 도 1에서 설명한 기판(101), 하부 컨택(102) 및 상부 컨택(140)와 유사하다. 또한, 하나 이상의 추가적인 PEL(미도시)이 존재할 수 있다. 또한, 자유층(120)이 기판에 가장 인접할 수 있고, 기준층(140)이 기판에서 가장 이격될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 기준층(140)은 기판과 가장 인접하고, 자유층(120)은 기판과 가장 이격될 수 있다.
도 4 및 도 5의 실시예에서, 자유층(120)은 상술한 자유층(120)과 유사한 종횡비, 두께, 폭, 길이 및 교환 강성을 가진다. 기준층(140')과 비자기 스페이서층(130') 및 선택적 PEL(132')은 상술한 것과 같은 구조와 기능을 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 이러한 층들은 자유층(120)의 윤곽을 공유한다. 예를 들어, 기준층(140')은 자유층(120)과 같은 길이와 폭을 가질 수 있다. 그러므로, 기준층(140')은 연장된 기준층이다. 몇몇 실시예에서, 기준층(140')과 비자기 스페이서층(130')은 자유층(120)과 윤곽을 공유한다. 자기 접합(100')에서, 층들(130', 132'및/또는 140')의 임의의 조합은 자유층(120)과 동일한 종횡비와 크기를 가진다. 달리 설명하면, 자기 접합(100')은 층(120)의 종횡비를 공유한다. 그러므로, 층(120, 130' 및 140')의 에지는 동일한 마스크과 이온 밀링 공정을 통해 함께 정의될 수 있다.
자기 접합(100')은 자기 접합(100)의 장점을 공유한다. 자유층(120)이 연장(종횡비가 1 초과)되고, 높은 교환 강성(적어도 2 x 10-6 ergs/cm)을 가지기 때문에, 자유층(120)은 자기 접합(100')이 쓰여지지 않을 때, 열적으로 안정할 수 있고, 소형 장치를 위한 높은 면적 밀도를 가지는 자기 메모리에 사용될 수 있다. 나아가, 단일 마스킹 공정으로 모든 층들(120, 130, 140)을 정의할 수 있다. 그러므로, 자기 접합(100')의 공정이 단순화될 수 있다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스핀 트랜스터를 이용하여 프로그램할 수 있고, 연장된 자유층을 가지는 자기 접합(100'')을 포함하는 자기 장치의 단면도이다. 도 6은 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 자기 접합(100'')은 스핀 트랜스퍼 토크 랜덤 엑세스 메모리(STT-MRAM)과 같은 자기 소자와 다양한 종류의 전자 소자들에서 사용될 수 있다. 그러므로, 자기 접합(100'')은 자기 접합(100) 및/또는 자기 접합(100')과 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호를 가진다. 그러나, 평면도로 도시되었으므로, 자유층(120')만이 나타난다.
자유층(120')은 상술한 바와 같이 연장되고, 높은 교환 강성을 가진다. 자유층(120')은 상술한 자유층(120)과 동일한 종횡비, 두께, 폭, 길이 및 교환 강성을 가진다. 나머지층들(미도시)이 자기 접합 100 및/또는 100'와 유사할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서, x-y 면에서 자유층(120')의 윤곽은 타원형이 아니다. 본 실시예서 나타난 바와 같이, 자유층(120')은 전체적으로 직사각 형태일 수 있다. 자기 접합(100'')의 나머지층들은 동일하거나 다른 종횡비와 형상을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 자유층(120')의 윤곽은 다른 모양일 수 있다. 그러나, 상술한 종횡비와 교환 강성은 유지된다.
자기 접합(100'')은 자기 접합(100)의 장점을 공유한다. 자유층(120')이 연장(종횡비가 1 초과)되고, 높은 교환 강성(적어도 2 x 10-6 ergs/cm)을 가지기 때문에, 자유층(120')은 자기 접합(100'')이 쓰여지지 않을 때, 열적으로 안정할 수 있고, 소형 장치를 위한 높은 면적 밀도를 가지는 자기 메모리에 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스핀 트랜스터를 이용하여 프로그램할 수 있고, 연장된 자유층을 가지는 자기 접합(150)의 단면도이다. 도 7은 실제 크기의 비율이 아니며, 이해를 돕기 위함이다. 자기 접합(150)은 스핀 트랜스퍼 토크 랜덤 엑세스 메모리(STT-MRAM)과 같은 자기 소자와 다양한 종류의 전자 소자들에서 사용될 수 있다. 그러므로, 자기 접합(150)은 자기 접합(100, 100' 및/또는 100'')과 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호를 가진다. 자기 접합(150)은 도 1, 도 2, 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 자기 모멘트(121)을 자유층(120, 120'), 비자기 스페이서층(130) 및 자기 모멘트(141)을 가지는 기준층(140) 각각과 유사한 자기 모멘트(171)을 가지는 연장된 자유층(170), 비자기 스페이서층(172) 및 자기 모멘트(181)을 포함하는 기준층(180)을 포함한다. 또한, 자기 접합(150)은 추가적인 기준층(160)과 추가적인 비자기 스페이서층(164)를 포함할 수 있다. 추가적인 기준층(160)과 추가적인 비자기 스페이서층(164) 중 적어도 하나는 절연 터널링 베리어층(insulating tunneling barrier layer)일 수 있다. 또한, 선택적 씨드층(들)(optional seed layer)(154), 선택적 캡핑층(들)(optional capping layer)(156) 및 선택적 PEL(162,172)가 도시된다. 비록, 하부 기판, 하부 컨택 및 상부 컨택이 도시되지 않았지만, 이는 도 1에서 설명한 기판(101), 하부 컨택(102) 및 상부 컨택(140)와 유사하다. 또한, 하나 이상의 추가적인 PEL층(미도시)이 존재할 수 있다. 따라서, 자기 접합(150)은 듀얼 자기 접합일 수 있다.
자유층(170)은 자유층(120 및/또는 120')의 교환 강성과 종횡비를 가질 수 있다. 또한, 자기 접합(150)은 듀얼 자기 접합이다. 비록, 듀얼 상태(자기 모멘트(181)이 자기 모멘트(161)과 반평행)로 나타냈지만, 다른 실시예에서, 자기 접합(150)은 안티듀얼(antidual) 상태(자기 접합(161)과 자기 접합(181)이 평행)일 수 있다.
자기 접합(150)은 자기 접합(100, 100', 100'')의 장점을 공유한다. 자유층(170)이 연장(종횡비가 1 초과)되고, 높은 교환 강성(적어도 2 x 10-6 ergs/cm)을 가지기 때문에, 자유층(170)은 자기 접합(150)이 쓰여지지 않을 때, 열적으로 안정할 수 있고, 소형 장치를 위한 높은 면적 밀도를 가지는 자기 메모리에 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스핀 트랜스터를 이용하여 프로그램할 수 있고, 연장된 자유층을 가지는 자기 접합을 제공하는 방법(200)을 나타내는 흐름도이다. 그러므로, 방법(200)은 다양한 종류의 전자 장치에서 이용될 수 있다. 단순화를 위해, 일부 단계들은 생략되거나 따로 또는 조합되어 수행될 수 있다. 나아가, 방법(200)은 자기 메모리 형성의 다른 단계들이 수행된 이후에, 시작할 수 있다. 단순화를 위해, 방법(200)은 자기 접합(100)과 자기 접합(150)을 예로 들어 설명한다. 그러나, 다른 자기 접합들(100', 100'')이 형성되는 것을 제한하는 것은 아니다.
단계 202를 통해, 면을 벗어나는 반자화 에너지(out-of-plane demagnetization energy)을 초과하는 PMA를 가지는 기준층(140/160)이 기판에 제공된다. 몇몇 실시예에서, 단계 202는 SAF층, 고 PMA 다중층 및/또는 다른 다중층을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
단계 204를 통해, 비자기 스페이서층(130/164)가 제공된다. 단계 204는 터널링 베리어층을 형성하는 MgO를 증착하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 단계 204는 예를 들어 RF 스퍼터링 방볍을 이용하여 MgO를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 금속성 Mg가 증착된 후, 단계 204에서 산화될 수 있다.
단계 206을 통해, 자유층(120/170)이 제공된다. 비자기 스페이서층(130/162)는 기준층(140/160)과 자유층(120/170) 사이에 배치될 수 있다. 자유층(120/170)의 PMA 에너지는 평행 상태(자기 접합(100)이 대기 상태일 때)에서 자신의 반자화 에너지보다 클 수 있다. 그러므로, 자기 모멘트(121/171)은 면에 수직일 수 있다. 자유층(120/170)은 2 x 10-6 erg/cm 이상의 높은 교환 강성과 1보다 큰 종횡비를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 종횡비는 적어도 2일 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 교환 강성은 적어도 3 x 10-6 erg/cm일 수 있다. 높은 교환 강성을 획득하기 위해, 단계 206에서 자유층(120/170) 형성은 교환 강성을 최적화 시키는 형성 제조 상태를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자유층(120/170)을 위한 막 스퍼터링에서 사용되는 가스의 압력의 선택은 교환 강성이 증가하도록 선택될 수 있다. 자유층(120/170)의 제조는 격자의 밀도 증가, 계면의 러프니스 감소 및/또는 보론과 같은 비자기 유리-촉진제를 자유층(120/170)에서 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 게다가, 자유층(120/170)의 종횡비는 단계 206의 일부로서 설정될 수 있다. 그러므로, 자유층(120/170)은 단계 208에서 연장될 수 있다.
단계 206은 교환 강성을 충분히 크게 결정하기 위하여, 자유층(120/170) 및/또는 자기 접합(100/150)을 테스팅하는 것을 포함한다. 단계 206의 이 부분은 제조 공정에서 후공정일 수 있다. 예를 들어, 자기 접합(100/150)이 완전히 형성된 후의 공정일 수 있다. 예를 들어, 강자기 공명(ferromagnetic resonance; FMR)이 자유층(120/170)의 교환 강성을 직접적으로 정의하기 위해, 비-원형 패턴 비트(non-circular patterned bits)에 사용될 수 있다. 교환 강성의 비직접적인 측정에서, 큐리 온도(Curie temperature; Tc)와 같은 측정이 사용될 수 있다. 그러므로, 단계 206은 자유층(120/170)이 목적하는 종횡비뿐만 아니라, 목적하는 교환 강성을 가질 수 있게 한다.
추가적인 비자기 스페이서층(172)는 단계 208을 통해 선택적으로 제공될 수 있다. 단계 208은 터널링 베리어층을 형성하기 위한 MgO를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 단계 208은 예를 들어, RF 스퍼터링을 이용하여 MgO를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 금속성 Mg가 증착된 후에, 단계 208에서 산회될 수 있다. 단계 208은 자기 접합(100)에서 생략될 수 있다.
추가적인 기준층(180)은 면을 벗어나는 반자화 에너지를 초과하는 PMA 에너지를 가지도록 단계 210에서 선택적으로 제공될 수 있다. 비자기 스페이서층(172)가 기준층(180)과 자유층(170) 사이에 배치된다. 몇몇 실시예에서, 단계 210은 SAF층, 고 PMA 다층, 및/또는 다른 다층들을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 단계 206은 단계 204 이전에 수행되고, 단계 204는 단계 202 이전에 수행된다. 그러나, 다른 순서도 가능하다. 예를 들어, 단계의 순서는 단계 202, 단계 204, 단계 206, 단계 208(만약 수행된다면) 및 단계 210(만약 수행된다면)으로 나타날 수 있다.
자기 접합(100/150)의 제조가 완료될 수 있다. 이것은 나머지 단계들 사이에 배치되는 서브 단계들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 저기 접합(100/150)을 완성하는 것은, 하나 이상의 PEL를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 제조 공정에서 한번 이상의 어닐 공정이 수행될 수 있다. 더구나, 자기 접합(100/150)의 엣지가 정의될 수 있다. 적어도 자유층(120/170)은 1보다 큰 종횡비를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 자기 접합(100/150)의 일부(또는 전체)층들이 1보다 큰 종횡비를 가질 수 있다. 예를 들어, 마스크가 자기 접합(100/150)을 위한 적층된 층 상에 제공될 수 있다. 상기 마스크는 자기 접합(100)이 형성되는 영역을 덮고, 자기 접합들 사이 영역 상에 구멍을 가질 수 있다. 상기 마스크는 도 2, 도 5 및 도 6에 나타난 것과 같은 타원형 또는 직사각형 같은 연장된 형태이고, 이어서 이온 밀링이 수행될 수 있다. 자기 접합들 사이의 영역은 다른 구조가 형성되어 채워질 수 있다. 그러므로, 연장된 자유층(120/170)을 포함하는 자기 접합을 가지는 공정이 완료된다.
방법 200을 사용하여, 자기 접합(100, 100', 100'' 및/또는 150)이 형성된다. 그러므로, 자기 접합(100, 100', 100'' 및/또는 150)의 장점이 달성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 자기 접합(100, 100’, 100'' 및/또는 150) 중 적어도 하나 이상을 사용하는 메모리(300)를 도시한다. 자기 접합(300)은 읽기/쓰기 컬럼 선택 드라이버(column select driver)(302, 306)들뿐만 아니라, 워드 라인 선택 드라이버(word line select driver)(304)를 포함한다. 그 밖에 다른 구성 요소들의 제공될 수 도 있다. 메모리(300)의 저장 영역은 자기 저장 셀(310)을 포함한다. 각 자기 저장 셀은 적어도 하나의 자기 접합(312)와 적어도 하나의 선택 디바이스(314)를 포함한다. 몇몇 실시예들에 있어서, 선택 디바이스(314)는 트랜지스터이다. 자기 접합(312)는 상술한 자기 접합(100, 100’, 100'' 및/또는 150) 중 적어도 중 하나일 수 있다. 비록 하나의 자기 접합(312)가 셀(310) 당 나타나지만, 다른 실시예들에서, 자기 접합(312)의 다른 개수가 셀당 제공될 수 있다. 이와 같이, 자기 메모리(300)은 상술한 장점을 공유할 수 있다.
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.
100, 100', 100'', 150: 자기 접합
120, 120', 170: 자유층
130, 130', 172: 비자기 스페이서층
140: 기준층

Claims (19)

  1. 기준층;
    비자기 스페이서층; 및
    자유층을 포함하고, 상기 비자기 스페이서층은 상기 기준층과 상기 자유층 사이에 배치되되, 상기 자유층은 제1 방향을 따르는 길이, 제2 방향을 따르는 폭 및 종횡비와 교환 강성(exchange stiffness)을 가지고, 상기 종횡비는 상기 길이를 상기 폭으로 나누되 1보다 크고, 상기 교환 강성은 2 x 10-6 erg/cm 이상이고,
    쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 상기 자유층이 복수 개의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성된, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 교환 강성은 적어도 3 x 10-6 erg/cm인, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 자유층은 상기 길이와 상기 폭에 수직인 두께를 가지고, 상기 두께는 적어도 1.5nm이고, 2nm 이하인, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 자유층은 유리 촉진제를 미함유하는, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 폭은 20nm 이하인, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 폭은 16nm 이하인, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 자유층은 Fe, Co, SmCo5, MnGe, Co2FeSi, Co2MnSi 및 FexCo1 -x 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 x는 5 내지 65인, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 종횡비는 적어도 2인, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 자유층은 타원형(elliptical) 면적을 가지는, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 기준층과 상기 비자기 스페이서층은 상기 종횡비를 가지는, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 자유층은 적어도 100의 열 안정 계수(thermal stability factor)를 가지는, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  12. 제1 항에 있어서,
    추가적인 비자기 스페이서층과 추가적인 기준층을 더 포함하고,
    상기 자유층은 상기 비자기 스페이서층과 상기 추가적인 비자기 스페이서층 사이에 배치되고,
    상기 추가적인 비자기 스페이서층은 상기 자유층과 상기 추가적인 기준층 사이에 배치되는, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합.
  13. 각각 적어도 하나의 자기 접합을 포함하는 복수 개의 자기 저장 셀들; 및
    상기 복수 개의 자기 저장 셀들과 결합된 복수 개의 비트 라인들을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 자기 접합은 기준층, 비자기 스페이서층 및 자유층을 포함하고, 상기 비자기 스페이서층은 상기 기준층과 상기 자유층 사이에 배치되고, 상기 자유층은 제1 방향을 따르는 길이, 제2 방향을 따르는 폭 및 종횡비와 교환 강성(exchange stiffness)을 가지고, 상기 종횡비는 상기 길이를 상기 폭으로 나누되 1보다 크고, 상기 교환 강성은 2 x 10-6 erg/cm 이상이고, 상기 자기 접합은 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 상기 자유층이 복수 개의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성되는 자기 메모리.
  14. 기준층을 제공하고,
    비자기 스페이서층을 제공하고,
    자유층을 제공하는 것을 포함하되, 상기 비자기 스페이서층은 상기 기준층과 상기 자유층 사이에 배치되되, 상기 자유층은 제1 방향을 따르는 길이, 제2 방향을 따르는 폭 및 종횡비와 교환 강성(exchange stiffness)을 가지고, 상기 종횡비는 상기 길이를 상기 폭으로 나누되 1보다 크고, 상기 교환 강성은 2 x 10-6 erg/cm 이상이되,
    쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 상기 자유층이 복수 개의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있도록 구성된, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 교환 강성은 적어도 3 x 10-6 erg/cm 인 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 폭은 20nm 이하인, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 종횡비는 적어도 2인, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 자유층은 타원형(elliptical) 면적을 가지는, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 기준층과 상기 비자기 스페이서층은 상기 종횡비를 가지는, 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10205092B2 (en) * 2016-10-07 2019-02-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing a diluted free layer magnetic junction usable in spin transfer or spin-orbit torque applications
US10003015B2 (en) * 2016-10-07 2018-06-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing a diluted free layer magnetic junction usable in spin transfer torque applications
JP6658982B2 (ja) * 2017-10-16 2020-03-04 Tdk株式会社 トンネル磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、及び内蔵型メモリ
US11009570B2 (en) 2018-11-16 2021-05-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Hybrid oxide/metal cap layer for boron-free free layer
WO2020150451A1 (en) 2019-01-18 2020-07-23 Everspin Technologies, Inc. Magnetoresistive stack/structure and methods therefor
US11127896B2 (en) * 2019-01-18 2021-09-21 Everspin Technologies, Inc. Shared spin-orbit-torque write line in a spin-orbit-torque MRAM

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6958927B1 (en) * 2002-10-09 2005-10-25 Grandis Inc. Magnetic element utilizing spin-transfer and half-metals and an MRAM device using the magnetic element
US20090224342A1 (en) * 2007-10-12 2009-09-10 Masahiko Nakayama Magnetoresistive effect element and magnetic random access memory
KR20140012595A (ko) * 2012-07-20 2014-02-03 삼성전자주식회사 자기 접합, 자기 메모리, 개선된 특성을 갖는 자기 접합을 제공하기 위한 방법 및 시스템
US20150061050A1 (en) * 2010-10-08 2015-03-05 Avalanche Technology, Inc. Magnetic random access memory with switable switching assist layer

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1305033C (zh) 2002-06-30 2007-03-14 华中科技大学 一种可用于高密度垂直磁记录的非晶垂直磁化膜
US7045838B2 (en) 2003-10-31 2006-05-16 International Business Machines Corporation Techniques for coupling in semiconductor devices and magnetic device using these techniques
US20070085068A1 (en) * 2005-10-14 2007-04-19 Dmytro Apalkov Spin transfer based magnetic storage cells utilizing granular free layers and magnetic memories using such cells
US7697243B1 (en) 2006-09-08 2010-04-13 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method for the detection of a magnetic field utilizing a magnetic vortex
US8673466B2 (en) 2006-09-25 2014-03-18 Seagate Technology Llc CoPtCr-based bit patterned magnetic media
JP2008084432A (ja) 2006-09-27 2008-04-10 Hoya Corp 磁気記録媒体、及び磁気記録媒体の製造方法
EP2124228B1 (en) 2008-05-20 2014-03-05 Crocus Technology Magnetic random access memory with an elliptical junction
JP5153575B2 (ja) 2008-10-31 2013-02-27 株式会社日立製作所 熱アシスト磁気記録媒体及び磁気記録装置
US9082534B2 (en) 2009-09-15 2015-07-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic element having perpendicular anisotropy with enhanced efficiency
US8704319B2 (en) * 2010-12-31 2014-04-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing magnetic layers having insertion layers for use in spin transfer torque memories
US8704320B2 (en) 2011-09-12 2014-04-22 Qualcomm Incorporated Strain induced reduction of switching current in spin-transfer torque switching devices
US9245608B2 (en) 2011-09-22 2016-01-26 Qualcomm Incorporated Thermally tolerant perpendicular magnetic anisotropy coupled elements for spin-transfer torque switching device
CN102522094A (zh) 2011-12-09 2012-06-27 华中科技大学 SmCo5垂直磁化膜的双层结构底层材料及其制备方法
KR101311128B1 (ko) * 2012-01-25 2013-09-25 인하대학교 산학협력단 스핀 전달 토크 자기 랜덤 억세스 메모리
US8988109B2 (en) 2012-11-16 2015-03-24 Intel Corporation High speed precessionally switched magnetic logic
US9606195B2 (en) 2013-03-03 2017-03-28 Bar Ilan University High resolution planar hall effect sensors having plural orientations and method of operating the same to measure plural magnetic field components
KR101583134B1 (ko) * 2014-03-27 2016-01-19 인하대학교 산학협력단 스핀 전달 토크 자기 랜덤 억세스 메모리 및 그 제조 방법
US9715915B2 (en) * 2014-10-30 2017-07-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Magneto-resistive devices including a free layer having different magnetic properties during operations
US9564575B2 (en) * 2014-12-30 2017-02-07 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Dual encapsulation integration scheme for fabricating integrated circuits with magnetic random access memory structures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6958927B1 (en) * 2002-10-09 2005-10-25 Grandis Inc. Magnetic element utilizing spin-transfer and half-metals and an MRAM device using the magnetic element
US20090224342A1 (en) * 2007-10-12 2009-09-10 Masahiko Nakayama Magnetoresistive effect element and magnetic random access memory
US20150061050A1 (en) * 2010-10-08 2015-03-05 Avalanche Technology, Inc. Magnetic random access memory with switable switching assist layer
KR20140012595A (ko) * 2012-07-20 2014-02-03 삼성전자주식회사 자기 접합, 자기 메모리, 개선된 특성을 갖는 자기 접합을 제공하기 위한 방법 및 시스템

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