KR20180131318A - 자기 접합, 자기 메모리 및 자기 접합의 제조 방법 - Google Patents

자기 접합, 자기 메모리 및 자기 접합의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180131318A
KR20180131318A KR1020170116493A KR20170116493A KR20180131318A KR 20180131318 A KR20180131318 A KR 20180131318A KR 1020170116493 A KR1020170116493 A KR 1020170116493A KR 20170116493 A KR20170116493 A KR 20170116493A KR 20180131318 A KR20180131318 A KR 20180131318A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
magnetic
oxide
oxygen barrier
free
Prior art date
Application number
KR1020170116493A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102353409B1 (ko
Inventor
슈에티 탕
겐 펭
모하마드 토우픽 크로운비
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Publication of KR20180131318A publication Critical patent/KR20180131318A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102353409B1 publication Critical patent/KR102353409B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H01L43/08—
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • H01L43/02—
    • H01L43/10—
    • H01L43/12—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

스핀 전달 토크에 기반한 메모리의 성능을 개선할 수 있는 자기 접합, 자기 메모리 및 자기 접합의 제조 방법이 제공된다. 자기 접합은, 기판 상에 배치되고, 자기 장치(magnetic device)에 사용 가능한 자기 접합으로, 고정층, 기록 전류(write current)가 자기 접합을 통과할 때, 복수의 안정한 자기 상태 사이에서 스위칭 가능한(switchable) 자유층, 고정층과 자유층 사이에 개재되는 비자기 스페이서층, 자유층에 인접하는 산화물층으로, 자유층이 비자기 스페이서층과 산화물층 사이에 개재되는 산화물층, 및 산화물층에 인접한 위치 및 고정층에 인접한 위치로부터 선택된 적어도 하나의 위치에 배치되는 적어도 하나의 산소 차단층을 포함한다.

Description

자기 접합, 자기 메모리 및 자기 접합의 제조 방법{MAGNETIC JUNCTION, MAGNETIC MEMORY AND METHOD FOR FABRICATING MAGNETIC JUNCTION}
본 발명은 자기 접합, 자기 메모리 및 자기 접합의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 산소 차단층, 산소 흡착층 및 튜닝층을 이용하는 자기 접합, 자기 메모리 및 자기 접합의 제조 방법에 관한 것이다.
자기 메모리, 구체적으로 자기 랜덤 액세스 메모리(MRAMs; magnetic random access memories)는, 작동하는 동안의 높은 읽기/쓰기 속도, 뛰어난 내구성, 비휘발성 및 낮은 전력 소비에 대한 잠재성으로 인해, 점점 관심을 끌어 왔다. MRAM은 자기 물질(magnetic materials)을 정보 기록 매체로 사용하여 정보를 저장할 수 있다.
MRAM의 한 종류로, 스핀 전달 토크 랜덤 액세스 메모리(STT-MRAM; spin transfer torque random access memory)가 있다. STT-MRAM은 자기 접합(magnetic junction)을 통과해 구동되는 전류에 의해 적어도 부분적으로 기록된 자기 접합을 이용한다. 자기 접합을 통과해 구동된 스핀 분극된 전류(spin polarized current)는, 자기 접합의 자기 모멘트(magnetic moments)에 스핀 토크(spin torque)를 가한다. 그 결과로, 스핀 토크에 반응하는 자기 모멘트를 갖는 층(들)은 요구되는 상태(state)로 스위칭될(switched) 수 있다.
예를 들어, 자기 터널링 접합(MTJ; magnetic tunneling junction)이 STT-MRAM에 사용될 수 있다. MTJ는 기판 상에 배치될 수 있다. 시드층(seed layer(s))을 사용하는 MTJ는, 캡핑층(capping layer)을 포함할 수 있고, 반강자성층(AFM layer; antiferromagnetic layer)을 포함할 수도 있다. MTJ는 고정층(pinned layer), 자유층(free layer) 및 고정층과 자유층 사이에 개재되는 터널링 배리어층(tunneling barrier layer)을 포함할 수 있다. MTJ 아래의 하부 컨택 및 MTJ 상의 상부 컨택은, 평면에 수직하는 전류 방향(CPP direction; current-perpendicular-to-plane direction)으로 MTJ를 통과하는 전류를 구동하는데 사용될 수 있다.
고정층 및 자유층은 자성을 띤다(magnetic). 고정층의 자화(magnetization)는 특정한 방향으로 고정된다. 자유층은 가변적인(changeable) 자화를 갖는다. 자유층은 단일층이거나, 또는 다중층을 포함할 수 있다.
자유층의 자화를 스위칭하기 위해, 평면에 수직하는 전류가 구동될 수 있다. 상부 컨택으로부터 하부 컨택으로 충분한 전류가 구동될 때, 자유층의 자화는 고정층의 자화와 평행하도록 스위칭될 수 있다. 하부 컨택으로부터 상부 컨택으로 충분한 전류가 구동될 때, 자유층의 자화는 고정층의 자화와 역평행(antiparallel)하도록 스위칭될 수 있다. 자기 배열의 차이는 서로 다른 자기 저항(magnetoresistances)에 상응한다. 이에 따라, 자기 배열의 차이는 MTJ의 서로 다른 논리 상태(예를 들어, 논리 "0" 및 논리 "1")에 상응한다.
다양한 응용 분야에서의 이용 가능성 때문에, 자기 메모리에 관한 연구가 진행되고 있다. 그 일환으로, STT-MRAM의 성능을 향상시키기 위한 메커니즘이 요구된다. 예를 들어, 개선된 스위칭 및 신호를 위해, 낮은 스위칭 전류, 충분한 열 안정성 및 높은 자기 저항이 요구될 수 있다. 이에 따라, 스핀 전달 토크에 기반한 메모리의 성능을 개선할 수 있는 방법 및 시스템이 요구된다. 이러한 요구를 해결하기 위해, 이하에서 방법 및 시스템이 제공된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 스핀 전달 토크에 기반한 메모리의 성능을 개선할 수 있는 자기 접합을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 스핀 전달 토크에 기반한 메모리의 성능을 개선할 수 있는 자기 메모리를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 스핀 전달 토크에 기반한 메모리의 성능을 개선할 수 있는 자기 접합의 제조 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.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 자기 접합은, 기판 상에 배치되고, 자기 장치(magnetic device)에 사용 가능한 자기 접합으로, 고정층, 기록 전류(write current)가 자기 접합을 통과할 때, 복수의 안정한 자기 상태 사이에서 스위칭 가능한(switchable) 자유층, 고정층과 자유층 사이에 개재되는 비자기 스페이서층, 자유층에 인접하는 산화물층으로, 자유층이 비자기 스페이서층과 산화물층 사이에 개재되는 산화물층, 및 산화물층에 인접한 위치 및 고정층에 인접한 위치로부터 선택된 적어도 하나의 위치에 배치되는 적어도 하나의 산소 차단층을 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 자기 메모리는, 기판 상에 배치되는 자기 메모리로, 복수의 자기 저장 셀로, 각각의 자기 저장 셀은 고정층, 비자기 스페이서층, 자유층, 산화물층 및 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 적어도 하나의 자기 접합을 포함하는 복수의 자기 저장 셀, 및 복수의 자기 저장 셀과 연결되는(coupled with) 복수의 비트 라인을 포함하고, 자유층은, 기록 전류(write current)가 자기 접합을 통과할 때, 복수의 안정한 자기 상태 사이에서 스위칭 가능하고(switchable), 비자기 스페이서층은 고정층과 자유층 사이에 개재되고, 산화물층은 자유층에 인접하고, 자유층은 비자기 스페이서층과 산화물층 사이에 개재되고, 적어도 하나의 산소 차단층은, 산화물층에 인접한 위치 및 고정층에 인접한 위치로부터 선택된 적어도 하나의 위치에 배치된다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 자기 접합의 제조 방법은, 자기 장치(magnetic device)에 사용 가능한 자기 접합의 제조 방법으로, 고정층을 제공하고, 비자기 스페이서층을 제공하고, 자유층을 제공하되, 자유층은 기록 전류(write current)가 자기 접합을 통과할 때 복수의 안정한 자기 상태 사이에서 스위칭 가능하고(switchable), 비자기 스페이서층은 고정층과 자유층 사이에 개재되고, 자유층에 인접한 산화물층을 제공하되, 자유층은 비자기 스페이서층과 산화물층 사이에 개재되고, 산화물층에 인접한 위치 및 고정층에 인접한 위치로부터 선택된 적어도 하나의 위치에 배치되는 적어도 하나의 산소 차단층을 제공하는 것을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1a 및 도 1b는 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합의 몇몇 실시예를 도시한다.
도 2는 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합의 몇몇 실시예를 도시한다.
도 3은 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합의 몇몇 실시예를 도시한다.
도 4는 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합의 몇몇 실시예를 도시한다.
도 5는 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합의 몇몇 실시예를 도시한다.
도 6은 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합의 몇몇 실시예를 도시한다.
도 7은 저장 셀의 메모리 구성 요소에서 자기 접합을 이용하는 메모리의 몇몇 실시예를 도시한다.
도 8은 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합의 제조 방법의 몇몇 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합의 제조 방법의 몇몇 실시예를 도시하는 흐름도이다.
예시적인 실시예들은 자기 메모리와 같은 자기 장치에 사용 가능한 자기 접합, 및 이러한 자기 접합을 사용하는 장치에 관한 것이다. 자기 메모리는 스핀 전달 토크 자기 랜덤 액세스 메모리(STT-MRAMs)를 포함 할 수 있고, 비 휘발성 메모리를 사용하는 전자 장치에 사용될 수 있다. 이러한 전자 장치는 휴대 전화, 스마트폰, 태블릿, 랩톱, 및 기타 휴대용 및 비 휴대용 컴퓨팅 장치를 포함하지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
다음의 설명은 당업자가 본 발명을 제조하고 사용할 수 있게 하기 위해 제공되며, 특허 출원 및 그 요구 사항의 맥락에서 제공된다. 예시적인 실시 예들에 대한 다양한 변형들, 및 여기에서 설명되는 일반적인 원리들 및 특징들은 쉽게 명백해질 것이다. 예시적인 실시예들은 특정 구현 예에서 제공되는 특정 방법 및 시스템의 측면에서 주로 설명된다. 그러나, 상기 방법 및 시스템은 다른 구현에서 효과적으로 동작 할 것이다.
"예시적인 실시예", "일 실시예" 및 "다른 실시예"와 같은 문구는, 동일하거나 상이한 실시예뿐만 아니라 다수의 실시예를 지칭할 수도 있다. 실시예들은 특정 구성 요소들을 포함하는 시스템 및/또는 장치들에 관하여 설명될 것이다. 그러나, 시스템 및/또는 장치는 도시된 것보다 많거나 적은 구성 요소를 포함할 수 있으며, 구성 요소의 배열 및 유형의 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
또한, 예시적인 실시예들은 특정 단계를 포함하는 특정 방법의 관점에서 설명될 것이다. 그러나, 상기 방법 및 시스템은, 다른 및/또는 추가적인 단계, 및 예시적인 실시예들과 모순되지 않는 다른 순서의 단계를 갖는 다른 방법에 대해서도 효과적으로 동작한다. 즉, 본 발명의 기술적 사상은 도시된 실시예들에 제한되는 것이 아니고, 본 명세서에서 설명되는 원리들 및 특징들에 부합되는 가장 넓은 범위를 따른다.
자기 접합 및 자기 접합의 제조 방법이 설명된다. 자기 접합은, 기판 상에 배치되고, 자기 장치에 사용 가능하다. 자기 접합은, 고정층, 비자기 스페이서층, 자유층, 산화물층 및 적어도 하나의 산소 차단층을 포함한다.
자유층은, 기록 전류(write current)가 자기 접합을 통과할 때, 복수의 안정한 자기 상태들(magnetic states) 사이에서 스위칭 가능하다(switchable). 비자기 스페이서층은 고정층과 자유층 사이에 개재된다. 산화물층은 자유층에 인접한다. 자유층은 비자기 스페이서층과 산화물층 사이에 개재된다. 산소 차단층은, 산화물층에 인접한 위치 및 고정층에 인접한 위치으로부터 선택된 위치에 배치된다. 몇몇 실시예에서, 자기 접합은 산소 흡착층 및/또는 튜닝층을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들은 특정한 구성 요소들을 포함하는 특정한 방법, 자기 접합, 및 자기 메모리에 대한 관점에서 설명된다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 본 발명의 기술적 사상이, 이와 모순되지 않는 다른 및/또는 추가의 구성 요소 및/또는 다른 특징을 갖는 자기 접합 및 자기 메모리의 사용에 부합되는 것임을 쉽게 인식할 것이다.
본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 방법 및 시스템은 또한, 스핀 전달 현상(spin transfer phenomenon), 자기 이방성(magnetic anisotropy), 및 다른 물리적 현상에 대한 현재의 이해의 맥락에서 기술된다. 결론적으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 상기 방법 및 시스템의 거동에 대한 이론적 설명이, 스핀 전달, 자기 이방성, 및 다른 물리적 현상에 대한 현재의 이해에 기초하여 이루어는 것임을 쉽게 인식할 것이다. 그러나, 여기에 설명되는 방법 및 시스템은, 특정한 물리적인 설명에 의존하지 않는다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 또한, 상기 방법 및 시스템이 기판에 대해 특정한 관계를 갖는 구조의 관점에서 설명된다는 것을 쉽게 인식할 것이다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 상기 방법 및 시스템이 다른 구조들에도 적용된다는 것을 쉽게 인식할 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 방법 및 시스템은, 특정한 합성층 및/또는 단순한 층에 대한 관점에서 설명된다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 상기 층들이 다른 구조를 가질 수 있다는 것을 쉽게 인식할 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 방법 및 시스템은, 특정한 층들을 포함하는 자기 접합 및/또는 하부 구조에 대한 관점에서 설명된다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 상기 방법 및 시스템과 모순되지 않는 추가 및/또는 다른 층을 포함하는 자기 접합 및/또는 하부 구조도 사용될 수 있음을 쉽게 인식 할 것이다.
또한, 특정한 구성 요소들은 자성(magnetic), 강자성(ferromagnetic), 및 페리 자성(ferrimagnetic)을 띠는 것으로 설명된다. 본 명세서에서, "자성"은 강자성, 페리 자성, 또는 유사한 구조를 포함할 수있다. 즉, 본 명세서에서, "자성" 또는 "강자성"이라는 용어는 강자성체(ferromagnets) 및 페리 자성체(ferrimagnets)를 포함하지만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서, "평면 내(in-plane)"는, 실질적으로 하나 이상의 자기 접합층의 평면 내에 배치되는 것이나, 실질적으로 이와 이와 평행한 것을 의미한다. 이와 달리, "수직(perpendicular)" 및 "평면에 수직(perpendicular-to-plane)"은, 하나 이상의 자기 접합층 층에 실질적으로 수직인 방향에 대응된다.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따른 방법 및 시스템은, 특정 합금의 관점에서 설명된다. 달리 명시되지 않는 한, 합금의 특정 농도가 언급되지 않은 경우에, 상기 방법 및 시스템에 부합되지 않는 임의의 화학량 론(stoichiometry)이 사용될 수있다.
도 1a 및 도 1b는 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합(100A) 및 자기 접합(100A')의 몇몇 실시예를 도시한다. 설명의 명확성을 위해, 도 1a 및 도 1b는 비례로 도시되지 않으며, 모든 구성 요소를 도시하지 않을 수 있다. 자기 접합(100A, 100A')은 스핀 전달 토크 랜덤 액세스 메모리(STT-MRAM)과 같은 자기 장치에 사용될 수 있고, 이에 따라 다양한 전자 장치에 사용될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 자기 접합(100A)은 자기 모멘트(112)를 갖는 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자기 모멘트(132)를 갖는 자유층(130), 산화물층(140), 산소 차단층(150A) 및 선택적인 추가의 산소 차단층(155A)을 포함할 수 있다. 또한, 선택적인 시드층(102) 및 캡핑층(104)이 도시된다. 자기 접합(100A)이 형성되는 기판(101)은 시드층(102) 아래에 배치될 수 있다. 도시되지 않았으나, 하부 컨택 및 상부 컨택이 형성될 수 있다. 마찬가지로, 설명의 간결함을 위해, 도시되지 않은 다른 층들이 존재할 수 있다.
도 1a에 도시되는 것처럼, 자기 접합(100A)은 하부 고정 자기 접합일 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 층들(110, 155, 120, 130, 140, 150A)은 역전될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 자기 접합은 상부 고정 자기 접합일 수 있다. 도 1b는 이러한 자기 접합(110A')을 도시한다. 자기 접합(100A')의 구성 요소는 도 1a의 구성 요소와 유사하므로, 별도로 설명하지 않는다. 그러나, 자기 접합(100A')은 상부 고정 자기 접합이므로, 선택적인 시드층(102') 및 캡핑층(104')은 시드층(102) 및 캡핑층(104)과 다를 수 있다.
다시 도 1a를 참조하면, 선택적인 고정층(미도시)이 고정층(110)의 자화를 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 선택적인 고정층은, 교환-바이어스 상호작용(exchange-bias interaction)을 통해 자화를 고정시키는 AFM층 또는 다중층일 수 있다. 그러나, 다른 몇몇 실시예에서, 선택적인 고정층은 생략되거나, 다른 구조가 사용될 수도 있다.
도시된 실시예에서, 고정층(110)의 자기 모멘트(112)는 고정층(110)의 자기 이방성에 의해 고정될 수 있다. 편광 강화층(PELs; polarization enhancement layers), 커플링층(coupling layers), 및 반강자성(AFM) 또는 다른 층들과 같은 다른 층들, 및/또는 다른 층들이 존재할 수 있다. 그러나, 설명의 간결함을 위해, 이러한 층들은 도시되지 않는다. 나아가, 하나 이상의 층들(110, 120, 130, 140, 150A, 155)은 다중층일 수도 있다.
자유층(130) 및 고정층(110)은 높은 수직 자기 이방성(PMA; perpendicular magnetic anisotropy)을 가질 수 있다. 다르게 설명하면, 고정층(110) 및 자유층(130)에서, 수직 자기 이방성 에너지(perpendicular magnetic anisotropy energy)는 면외 자기소거 에너지(out-of-plane demagnetization energy)를 초과할 수 있다. 이러한 구성은, 고정층(110)의 자기 모멘트(112) 및 자유층(130)의 자기 모멘트(132) 각각이 평면에 수직으로 안정되게 한다. 다르게 설명하면, 자유층(130) 및 고정층(110)의 자기 모멘트는 면외에서(out-of-plane) 안정하다. 다른 몇몇 실시예에서, 고정층(110) 및/또는 자유층(130)은 높은 PMA를 갖지 않을 수 있다. 이러한 실시예에서, 자기 모멘트(112) 및/또는 자기 모멘트(132)는 면내에서(in-plane) 안정할 수 있다.
자기 접합(100A)은 또한, 기록 전류(write current)가 자기 접합(100A)을 통과할 때, 자유층(130)의 자기 모멘트(132)가 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭할 수 있도록 구성된다. 즉, 자유층(130)은 기록 전류가 평면에 수직인(CPP; perpendicular-to-plane) 방향으로 자기 접합(100A)을 통과할 때, 스핀 전달 토크를 이용하여 스위칭할 수 있다(switchable). 자유층(130)의 자기 모멘트(132)의 방향은, 자기 접합(100A)을 통해 판독 전류(read current)를 구동함으로써 판독될 수 있다.
비자기 스페이서층(120)은 터널링 배리어층(tunneling barrier layers)일 수 있다. 예를 들어, 비자기 스페이서층(120)은 (100) 배향을 갖는 결정성 MgO 터널링 배리어일 수 있다. 이러한 비자기 스페이서층은 자기 접합(100A)의 TMR을 강화시킬 수 있다. 비자기 스페이서층(120)은 또한, 자유층(130)을 위한 시드층으로 작용하는 것으로 고려될 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 비자기 스페이서층(120)은 도전층을 포함하는 다른 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
고정층(110)은, 고정층 면외 자기소거 에너지보다 큰 PMA 에너지를 갖는다. 즉, 자기 모멘트(112)는 평면에 수직(perpendicular-to-plane)일 때 안정하다. 다른 몇몇 실시예에서, 자기 모멘트(112)는 평면 내(in-plane)일 때 안정할 수 있다.
고정층(110)은 단순한 단일층으로 도시된다. 그러나, 다른 몇몇 실시예에서, 고정층(110)은 다중층일 수도 있다. 예를 들어, 고정층(110)은 Ru와 같은 비자기층에 의해 분리되고 이를 개재하는 자기적으로 결합된 2개의 강자성체층을 포함하는 합성 반강자성체(SAF; synthetic antiferromagnet)일 수 있다.
이와 달리, 고정층(110)은 하나 이상의 높은 수직 이방성(Hk ) 다중층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정층(110)은 Co/Pt 다중층일 수 있다. 다른 구조를 갖는 다른 고정층이 사용될 수도 있다.
자유층(130)은 높은 PMA를 가질 수 있다. 즉, 자유층(130)은, 고정층 면외 자기소거 에너지보다 큰 PMA 에너지를 갖는다. 즉, 자기 모멘트(132)는 평면에 수직(perpendicular-to-plane)일 때 안정하다. 다른 몇몇 실시예에서, 자기 모멘트(132)는 평면 내(in-plane)일 때 안정할 수 있다.
자유층(130)은 단순한 단일층으로 도시된다. 그러나, 다른 몇몇 실시예에서, 자유층(130)은 다중층일 수도 있다. 예를 들어, 자유층(130)은 SAF 또는 다른 다중층을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 자유층(130)은 CoFeB층, CoFeB/Fe층, CoFeB/FeMg 이중층, CoFeB/CoFeBe 이중층, CoFeB/CoFeBNb 이중층, CoFeB/CoFeBMo 이중층, CoFeBMo 층 및 CoFeBNb 층을 포함하거나, 이들로 구성될 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 다른 또는 추가적인 합금 및/또는 다중층이 사용될 수도 있다. 상술한 것처럼, CoFeBX 합금은 Co, Fe, B 및 X를 포함하는 혼합물(mixture)을 지칭하지만, 성분들 사이의 비율은 특정되지 않는다. CoFeBX는 [CoxFeyBz]uXt (u + t =1, x + y + z =1)와 같을 수 있다. 여기서, 첨자는 원자 퍼센트(atomic percent)를 지칭한다. 또한, u, t, x, y 및 t는 각각 0이 아니다.
몇몇 실시예에서, CoFeB는 10 원자 퍼센트 내지 60 원자 퍼센트의 B를 포함한다(즉, z는 0.1 내지 0.6). 몇몇 실시예에서, CoFeB는 40 원자 퍼센트 이하의 B를 포함한다. 나아가, 다른 및/또는 상이한 층들 및/또는 물질이 자유층(130)에 사용될 수 있다. 희석제 X의 농도는 0 원자 퍼센트 내지 30 원자 퍼센트일 수 있다(0 ≤ t ≤ 0.3). 예를 들어, 자유층(130)은 (Co0 . 45Fe0 . 45B0 . 1)0.7Nb0 . 3를 포함할 수 있다.
자유층(130)을 둘러싸는 층들은, 높은 PMA를 유지하거나 및/또는 자유층(130)의 특성을 개선하는데 자유층(130)을 돕도록 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 상술한 것처럼, 비자기 스페이서층(120)은 결정성 마그네슘 산화물일 수 있다. 이러한 층은 자유층(130)의 PMA를 강화할 수 있다.
산화물층(140)은 자유층(130)과 경계면을 공유하거나, 자유층(130)에 인접할 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 다른 층(미도시)이 자유층(130)과 산화물층(140) 사이에 개재될 수 있다.
산화물층(140)은 자유층(130)의 성능을 개선할 수 있다. 예를 들어, 산화물층(140)은 자유층(130)의 PMA를 증가시키거나 및/또는 자유층(130)의 스위칭 전류의 크기를 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이러한 산화물층(140)은 마그네슘 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물, 바나듐 산화물 및 Ir/Mg 이중층의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산화물층(140)은, 금속층을 증착하고, 산화물 처리(oxide treatment)를 수행함으로써 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 금속층을 증착한 후 산소 처리를 수행하기 전에, 플라즈마 처리(plasma treatment)가 수행될 수 있다. 산화물층(140)은 3 Å 내지 10 Å의 두께를 가질 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 산화물층(140)은 다른 두께를 가질 수도 있다.
산화물층(140)은 산소 차단층(150A)과 자유층(130) 사이에 개재되므로, 산소 차단층(150A)은 자유층(130)으로부터 20 Å 이상 이격되지 않을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(150A)은 자유층(130)으로부터 10 Å 이상 이격되지 않을 수 있다.
도시된 실시예에서, 산소 차단층(150A)은 캡핑층(104)에 인접한다. 다른 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(150A)과 캡핑층(104) 또는 자기 접합(100A)의 상부 사이에, 추가적인 층들(미도시)이 개재될 수도 있다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 강자성층은 산소 차단층(150A)과 자기 접합(100A)의 상부 사이에 개재되지 않을 수 있다.
산소 차단층(150A)은 자유층(130)으로부터 이격됨에도 불구하고, 자유층(130)의 성능을 개선할 수 있다. 산소 차단층(150A)은, 산소 차단층(150A)을 통과하는 산소의 이동을 막을 수 있다. 산소 "차단(blocking)"층으로 지칭되지만, 산소 차단층(150A)은 산소 차단층(150A)을 통과하는 산소의 이동을 완전히 막지 못할 수도 있다.
산소 차단층(150A)에 사용되는 물질 및 산소 차단층(150A)의 두께는, 산소 차단층(150A)을 통해 산소가 통과하지 못하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 산소 차단층(150A)은 적어도 3 Å 이상의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(150A)은 5 Å 내지 20 Å의 두께를 가질 수 있다. 산소 차단층(150A)은 또한, Ir 및 Ru 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상술한 두께의 Ir층, Ru층 및/또는 Ir/Ru 이중층은 산소의 이동을 막을 수 있다. 산소 차단층(150A)의 사용은, 자유층(130)에 대해 강화된 PMA를 야기할 수 있다. 이에 더해, 자유층(130)에 대한 열 안정성 계수(: thermal stability coefficient)가 증가할 수 있다.
고정층(110)에 인접하는 산소 차단층(155A)은 산소 차단층(150A)과 유사할 수 있다. 즉, 산소 차단층(155A)에 사용되는 물질 및 산소 차단층(155A)의 두께는, 산소 차단층(155A)을 통해 산소가 통과하지 못하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 산소 차단층(155A)은 적어도 3 Å 이상의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(155A)은 5 Å 내지 20 Å의 두께를 가질 수 있다. 산소 차단층(155A)은 또한, Ir 및 Ru 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산소 차단층(155A)은 고정층(110)의 PMA 및 열 안정성을 개선할 수 있다.
산소 차단층(155A)은 고정층(110)과 인접하거나 경계면을 공유하는 것으로 도시된다. 그러나, 다른 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(155A)은 하나 이상의 층들에 의해 고정층(110)과 이격될 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 자기 접합(100A)은 산소 차단층(150A) 및 산소 차단층(155A)을 모두 포함한다. 다른 몇몇 실시예에서, 자기 접합(100A)은 산소 차단층(150A)만을 포함할 수 있다. 또 다른 몇몇 실시예에서, 자기 접합(100A)은 산소 차단층(155A)만을 포함할 수 있다.
산화물층(140) 및 하나 이상의 산소 차단층(150A, 155A)을 포함하는 자기 접합(100A)은, 개선된 성능을 가질 수 있다. 산화물층(140)은 자유층(130)의 스위칭 특성을 개선할 수 있다. 스위칭 전류의 감소는 또한, 스위칭 속도와 같은 다른 측면의 성능을 개선할 수도 있다. 산소 차단층(150A, 155A)은 각각 자유층(130) 및 고정층(110)에 대한 PMA를 강화할 수 있다. 자기 접합(100A')은 자기 접합(100A)의 장점을 공유할 수 있다. 즉, 자기 접합(100A) 및/또는 자기 접합(100A')의 성능은 강화될 수 있다. 또한, 이러한 자기 접합(100A, 100A')을 채택하는 자기 장치의 성능은 강화될 수 있다.
도 2는 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합(100B)의 몇몇 실시예를 도시한다. 설명의 명확성을 위해, 도 2는 비례로 도시되지 않으며, 모든 구성 요소를 도시하지 않을 수 있다. 자기 접합(100B)은 자기 접합(100A)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성 요소는 유사한 참조 번호를 갖는다.
자기 접합(100B)은, 자기 모멘트(112)를 갖는 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자기 모멘트(132)를 갖는 자유층(130), 산화물층(140) 및 산소 차단층(150A)과 각각 유사한 자기 모멘트(112)를 갖는 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자기 모멘트(132)를 갖는 자유층(130), 산화물층(140) 및 산소 차단층(150B)을 포함하는 하부 고정 자기 접합이다. 또한, 기판(101)뿐만 아니라, 선택적인 시드층(102) 및 캡핑층(104)이 도시된다. 자기 접합(100B)에는 생략되지만, 다른 몇몇 실시예에서, 층들(110, 120, 130, 140, 150B, 160B)의 순서는, 자기 접합(100B)이 상부 고정 자기 접합이 되도록 역전될 수 있다.
자기 접합(100B)에서, 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자유층(130) 및 산화물층(140)에 사용되는 구조, 기능 및 물질은 자기 접합(100A)에서 사용된 것과 유사하다. 예를 들어, 산화물층(140)은 마그네슘 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물, 바나듐 산화물 및 Ir/Mg 이중층의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산화물층(140)은 3 Å 내지 10 Å의 두께를 가질 수 있다. 산소 차단층(150B)은 산소 차단층(150A)과 유사하다. 도 2에 도시된 것과 달리, 다른 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(150B)은 생략될 수도 있다.
산소 차단층(150B)은 또한, 산소 차단층(150A)과 유사한 구조 및 기능을 가진다. 예를 들어, 산소 차단층(150B)은 적어도 3 Å 이상의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(150B)은 5 Å 내지 20 Å의 두께를 가질 수 있다. 산소 차단층(150B)은 또한, Ir 및 Ru 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상술한 두께의 Ir층, Ru층 및/또는 Ir/Ru 이중층은 산소의 이동을 막을 수 있다. 산소 차단층(150B)의 사용은, 자유층(130)에 대해 강화된 PMA를 야기할 수 있다. 이에 더해, 자유층(130)에 대한 열 안정성 계수(: thermal stability coefficient)가 증가할 수 있다.
이에 더해, 자기 접합(100B)은 산소 흡착층(160B)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 산소 흡착층(160B)은 산화물층(140)과 경계면을 공유한다. 또한, 산소 흡착층(160B)은 산소 차단층(150B)과 산화물층(140) 사이에 개재될 수 있다. 산소 흡착층(160B)은 산소 차단층(150B)과 다른 경계면을 공유한다. 그러나, 다른 배치도 가능하다. 몇몇 실시예에서, 자기층은 산소 흡착층(160B)과 캡핑층(104) 및/또는 자기 접합(100B)의 상부 사이에 개재되지 않을 수 있다.
산소 흡착층(160B)은 자유층(130)의 성능을 개선하는데 사용될 수 있다. 산소 흡착층(160B)은, 인접합 층들보다 산소에 대한 친화도(affinity)가 크거나 같을 수 있다. 예를 들어, 산소 흡착층(160B)은 Mg 및/또는 Ti을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 산소 흡착층(160B)은 3 Å 내지 10 Å의 두께를 가진다. 산소는 산소 흡착층(160B)을 향해 확산되는 경향이 있는 것으로 믿어진다.
산소 흡착층(160B)은 자유층(130)의 스위칭 특성을 개선할 수 있다. 산소 흡착층(160B)은, 자기 접합(100B)의 일부의 저항-면적 곱(RA; resistance area product)을 감소시킬 수 있다. 또한, 산소를 이끄는 능력 때문에, 산소 흡착층(160B)은 자유층(130)의 산소 함량을 조절하는데(예를 들어, 감소시키는데) 사용될 수 있다. 나아가, 산소 흡착층(160B)의 존재 하에서, 스위칭 전류가 감소할 수 있는 것으로 나타났다. 스위칭 전류의 감소는 또한, 스위칭 속도와 같은 다른 측면의 성능을 개선할 수도 있다. 즉, 자기 접합(100B) 및 이러한 자유층(130)을 채택하는 자기 장치의 성능은 강화될 수 있다.
자기 접합(100B)은 자기 접합(100A)의 장점을 공유할 수 있다. 자유층(130) 및/또는 고정층(110)은 증가된 PMA를 가질 수 있다. 나아가, 산화물층(140) 및 산소 흡착층(160B)의 존재로 인해, 스위칭 전류가 감소될 수 있다. 자유층(130)의 스위칭 특성은 강화될 수 있다. 즉, 자기 접합(100B)은 개선된 성능을 가질 수 있다.
도 3은 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합(100C)의 몇몇 실시예를 도시한다. 설명의 명확성을 위해, 도 3은 비례로 도시되지 않으며, 모든 구성 요소를 도시하지 않을 수 있다. 자기 접합(100C)은 자기 접합(100A, 100B)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성 요소는 유사한 참조 번호를 갖는다.
자기 접합(100C)은, 자기 모멘트(112)를 갖는 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자기 모멘트(132)를 갖는 자유층(130), 산화물층(140), 산소 차단층(150A, 150B) 및 산소 흡착층(160B)과 각각 유사한 자기 모멘트(112)를 갖는 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자기 모멘트(132)를 갖는 자유층(130), 산화물층(140), 산소 차단층(150C) 및 산소 흡착층(160C)을 포함하는 하부 고정 자기 접합이다. 또한, 기판(101)뿐만 아니라, 선택적인 시드층(102) 및 캡핑층(104)이 도시된다. 자기 접합(100C)에는 생략되지만, 다른 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(155A)이 포함될 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 층들(110, 120, 130, 140, 150C, 160C)의 순서는, 자기 접합(100C)이 상부 고정 자기 접합이 되도록 역전될 수 있다.
자기 접합(100C)에서, 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자유층(130) 및 산화물층(140)에 사용되는 구조, 기능 및 물질은 자기 접합(100A)에서 사용된 것과 유사하다. 예를 들어, 산화물층(140)은 마그네슘 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물, 바나듐 산화물 및 Ir/Mg 이중층의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산화물층(140)은 3 Å 내지 10 Å의 두께를 가질 수 있다. 산소 차단층(150B)은 산소 차단층(150A)과 유사하다. 도 3에 도시된 것과 달리, 다른 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(150B)은 생략될 수도 있다.
또한, 산소 차단층(150C) 및 산소 흡착층(160C)은 각각 산소 차단층(150A, 150B) 및 산소 흡착층(160B)과 유사한 구조 및 기능을 가진다. 예를 들어, 산소 차단층(150C)은 Ir 및 Ru 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상술한 두께 범위를 가질 수 있다. 마찬가지로, 산소 흡착층(160C)은 Mg 및/또는 Ti을 포함할 수 있고, 상술한 두께 범위를 가질 수 있다. 즉, 자기 접합(100C)은 자기 접합(100B)과 가장 유사하다. 그러나, 산소 흡착층(160C) 및 산소 차단층(150C)의 위치가 바뀌었다.
자기 접합(100C)은 자기 접합(100A) 및/또는 자기 접합(100B)의 장점을 공유할 수 있다. 산소 흡착층(160C)은 자유층(130)의 스위칭 특성을 개선할 수 있다. 보다 구체적으로, 산소 흡착층(160C)은 RA를 감소시킬 수 있고, 스위칭 전류를 감소시킬 수 있고, 자유층(130)의 산소 함량을 조절할 수 있다. 산소 차단층(150C)은 자유층(130)의 PMA를 개선할 수 있다. 산화물층(140)은 또한, 자유층(130)에 대한 PMA를 개선할 수 있고, 자유층(130)에 대한 스위칭 전류를 감소시킬 수 있다. 즉, 자기 접합(100C) 및 자기 접합(100C)을 채택하는 자기 장치의 성능은 강화될 수 있다.
도 4는 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합(100D)의 몇몇 실시예를 도시한다. 설명의 명확성을 위해, 도 4는 비례로 도시되지 않으며, 모든 구성 요소를 도시하지 않을 수 있다. 자기 접합(100D)은 자기 접합(100A, 100B, 100C)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성 요소는 유사한 참조 번호를 갖는다.
자기 접합(100D)은, 자기 모멘트(112)를 갖는 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자기 모멘트(132)를 갖는 자유층(130), 산화물층(140) 및 산소 차단층(150A, 150B, 150C)과 각각 유사한 자기 모멘트(112)를 갖는 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자기 모멘트(132)를 갖는 자유층(130), 산화물층(140) 및 산소 차단층(150D)을 포함하는 하부 고정 자기 접합이다. 또한, 기판(101)뿐만 아니라, 선택적인 시드층(102) 및 캡핑층(104)이 도시된다. 자기 접합(100D)에는 생략되지만, 다른 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(155A)이 포함될 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 층들(110, 120, 130, 140, 150D, 170D)의 순서는, 자기 접합(100D)이 상부 고정 자기 접합이 되도록 역전될 수 있다.
자기 접합(100D)에서, 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자유층(130) 및 산화물층(140)에 사용되는 구조, 기능 및 물질은 자기 접합(100A, 100B, 100C)에서 사용된 것과 유사하다. 예를 들어, 산화물층(140)은 마그네슘 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물, 바나듐 산화물 및 Ir/Mg 이중층의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산화물층(140)은 3 Å 내지 10 Å의 두께를 가질 수 있다.
또한, 산소 차단층(150D)은 산소 차단층(150A, 150B, 150C)과 유사한 구조 및 기능을 가진다. 예를 들어, 산소 차단층(150D)은 적어도 3 Å 이상의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(150D)은 5 Å 내지 20 Å의 두께를 가질 수 있다. 산소 차단층(150D)은 또한, Ir 및 Ru 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상술한 두께의 Ir층, Ru층 및/또는 Ir/Ru 이중층은 산소의 이동을 막을 수 있다. 산소 차단층(150D)의 사용은, 자유층(130)에 대해 강화된 PMA를 야기할 수 있다.
이에 더해, 자기 접합(100D)은 튜닝층(170D)을 포함한다. 튜닝층(170D)은 산소 차단층(150D)과 경계면을 공유한다. 그러나, 다른 위치도 가능하다. 몇몇 실시예에서, 자기층은 튜닝층(170D)과 캡핑층(104) 및/또는 자기 접합(100D)의 상부 사이에 개재되지 않을 수 있다. 튜닝층(170D)은 Mo, W, Ir, Ru 및 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 튜닝층(170D)은 적어도 5 Å 이상의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 튜닝층(170D)은 10 Å 내지 30 Å의 두께를 가질 수 있다.
튜닝층(170D)은 자유층(130)의 성능을 개선하는데 사용될 수 있다. 튜닝층(170D)이 존재하는 경우에, 스위칭 전류가 감소될 수 있고, 자유층(130)의 PMA가 증가될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 튜닝층(170D)의 존재는, 자유층(130) 상에 추가적인 스트레스를 가할 수 있거나, 및/또는 자유층(130)의 결정성을 개선할 수 있는 것으로 믿어진다. 그러나, 개선에 관여하는 물리적 메커니즘에 관계 없이, 튜닝층(170D)은 자기 접합(100D)에 사용될 수 있다.
자기 접합(100D)은 자기 접합(100A, 100B, 100C)의 장점을 공유할 수 있다. 자유층(130) 및/또는 고정층(110)은 증가된 PMA를 가질 수 있다. 나아가, 자유층(130)에 대한 스위칭 전류가 감소될 수 있다. 몇몇 경우에, 스위칭 시간 또한 감소될 수 있다. 즉, 자기 접합(100D)은 개선된 성능을 가질 수 있다.
도 5는 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합(100E)의 몇몇 실시예를 도시한다. 설명의 명확성을 위해, 도 5는 비례로 도시되지 않으며, 모든 구성 요소를 도시하지 않을 수 있다. 자기 접합(100E)은 자기 접합(100A, 100B, 100C, 100D)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성 요소는 유사한 참조 번호를 갖는다.
자기 접합(100E)은, 자기 모멘트(112)를 갖는 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자기 모멘트(132)를 갖는 자유층(130), 산화물층(140), 산소 차단층(150A, 150B, 150C, 150D), 산소 흡착층(160B, 160C) 및 튜닝층(170D)과 각각 유사한 자기 모멘트(112)를 갖는 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자기 모멘트(132)를 갖는 자유층(130), 산화물층(140), 산소 차단층(150E), 산소 흡착층(160D) 및 튜닝층(170E)을 포함하는 하부 고정 자기 접합이다. 도시되지 않았으나, 다른 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(155A)이 존재할 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 층들(110, 120, 130, 140, 150E, 160E, 170E)의 순서는, 자기 접합(100E)이 상부 고정 자기 접합이 되도록 역전될 수 있다.
자기 접합(100E)에서, 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자유층(130) 및 산화물층(140)에 사용되는 구조, 기능 및 물질은 자기 접합(100A, 100B, 100C, 100D)에서 사용된 것과 유사하다. 예를 들어, 산화물층(140)은 마그네슘 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물, 바나듐 산화물 및 Ir/Mg 이중층의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산화물층(140)은 3 Å 내지 10 Å의 두께를 가질 수 있다.
산소 차단층(150E), 산소 흡착층(160E) 및 튜닝층(170E)은 각각 산소 차단층(150A, 150B, 150C, 150D), 산소 흡착층(160B, 160C) 및 튜닝층(170D)과 유사한 구조 및 기능을 가진다. 예를 들어, 산소 차단층(150E)은 Ir 및 Ru 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상술한 두께 범위를 가질 수 있다. 마찬가지로, 산소 흡착층(160E)은 Mg 및/또는 Ti을 포함할 수 있고, 상술한 두께 범위를 가질 수 있다. 튜닝층(170E)은 Mo, Ru, W, Ir 및 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상술한 두께 범위를 가질 수 있다.
즉, 자기 접합(100E)은 자기 접합(100C, 100D)과 가장 유사하다. 즉, 산소 차단층(150E)에 더해, 산소 흡착층(160E) 및 튜닝층(170E)이 모두 존재한다. 산소 차단층(150E)은 산소 흡착층(160E) 및 튜닝층(170E)과, 산화물층(140) 사이에 개재될 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(150E)은 생략될 수도 있다.
자기 접합(100E)은 자기 접합(100A, 100B, 100C, 100D)의 장점을 공유할 수 있다. 자유층(130) 및/또는 고정층(110)은 증가된 PMA를 가질 수 있다. 나아가, 자유층(130)의 스위칭 특성이 강화될 수 있다. 즉, 자기 접합(100E)은 개선된 성능을 가질 수 있다.
도 6은 자기 메모리에 이용 가능하고, 스핀 전달 토크를 이용하여 프로그램 가능하고, 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합(100F)의 몇몇 실시예를 도시한다. 설명의 명확성을 위해, 도 6은 비례로 도시되지 않으며, 모든 구성 요소를 도시하지 않을 수 있다. 자기 접합(100F)은 자기 접합(100A, 100B, 100C, 100D, 100E)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성 요소는 유사한 참조 번호를 갖는다.
자기 접합(100F)은, 자기 모멘트(112)를 갖는 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자기 모멘트(132)를 갖는 자유층(130), 산화물층(140), 산소 차단층(150A, 150B, 150C, 150D, 150E), 산소 흡착층(160B, 160C, 160E) 및 튜닝층(170D, 170E)과 각각 유사한 자기 모멘트(112)를 갖는 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자기 모멘트(132)를 갖는 자유층(130), 산화물층(140), 산소 차단층(150F), 산소 흡착층(160F) 및 튜닝층(170F)을 포함하는 하부 고정 자기 접합이다. 도시되지 않았으나, 다른 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(155A)이 존재할 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 층들(110, 120, 130, 140, 160F, 150F, 170F)의 순서는, 자기 접합(100F)이 상부 고정 자기 접합이 되도록 역전될 수 있다.
자기 접합(100F)에서, 고정층(110), 비자기 스페이서층(120), 자유층(130) 및 산화물층(140)에 사용되는 구조, 기능 및 물질은 자기 접합(100A, 100B, 100C, 100D, 100E)에서 사용된 것과 유사하다. 예를 들어, 산화물층(140)은 마그네슘 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물, 바나듐 산화물 및 Ir/Mg 이중층의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산화물층(140)은 3 Å 내지 10 Å의 두께를 가질 수 있다.
산소 차단층(150F), 산소 흡착층(160F) 및 튜닝층(170F)은 각각 산소 차단층(150A, 150B, 150C, 150D, 150E), 산소 흡착층(160B, 160C, 160E) 및 튜닝층(170D, 170E)과 유사한 구조 및 기능을 가진다. 예를 들어, 산소 차단층(150F)은 Ir 및 Ru 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상술한 두께 범위를 가질 수 있다. 마찬가지로, 산소 흡착층(160F)은 Mg 및/또는 Ti을 포함할 수 있고, 상술한 두께 범위를 가질 수 있다. 튜닝층(170F)은 Mo, Ru, W, Ir 및 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상술한 두께 범위를 가질 수 있다. 즉, 자기 접합(100F)은 자기 접합(100B, 100D)과 가장 유사하다.
즉, 산소 차단층(150F)에 더해, 산소 흡착층(160F) 및 튜닝층(170F)이 모두 존재한다. 산소 흡착층(160F)은 산소 차단층(150F) 및 튜닝층(170F)과, 산화물층(140) 사이에 개재될 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 산소 차단층(150F)은 생략될 수도 있다.
자기 접합(100F)은 자기 접합(100A, 100B, 100C, 100D, 100E)의 장점을 공유할 수 있다. 자유층(130) 및/또는 고정층(110)은 증가된 PMA를 가질 수 있다. 나아가, 자유층(130)의 스위칭 특성이 강화될 수 있다. 즉, 자기 접합(100F)은 개선된 성능을 가질 수 있다.
도 7은 자기 접합(100A, 100A', 100B, 100C, 100D, 100E, 100F) 및/또는 다른 자기 접합을 이용하는 메모리(200)의 몇몇 실시예를 도시한다.
자기 메모리(200)는, 워드 라인 선택 드라이버(204; word line select driver) 뿐만 아니라, 판독/기록 칼럼 선택 드라이버(202, 206; reading/writing column select drivers)를 포함한다. 또한, 다른 및/또는 상이한 구성 요소들도 제공될 수 있다.
자기 메모리(200)의 저장 영역은 자기 저장 셀(210)을 포함한다. 각각의 자기 저장 셀은 적어도 하나의 자기 접합(212) 및 적어도 하나의 선택 장치(214)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 선택 장치(214)는 트랜지스터(transistor)이다. 자기 접합(212)은 자기 접합(100A, 100A', 100B, 100C, 100D, 100E, 100F) 및/또는 다른 유사한 자기 접합 중 하나일 수 있다.
비록 자기 저장 셀(210) 당 하나의 자기 접합(212)이 도시되지만, 다른 몇몇 실시예에서, 자기 저장 셀(210) 당 다른 수의 자기 접합(212)이 제공될 수 있다. 자기 메모리(200)는 자기 접합(100A, 100A', 100B, 100C, 100D, 100E, 100F) 및/또는 유사한 자기 접합 중 하나 이상을 포함할 수 있으므로, 자기 메모리(200)는 상술된 장점들을 누릴 수 있다.
이상 자기 접합(100A, 100A', 100B, 100C, 100D, 100E, 100F) 및 자기 메모리(200)를 참조하여 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 8은 스핀 전달 토크 랜덤 액세스 메모리(STT-MRAM)와 같은 자기 장치에 사용될 수 있고, 이에 따라 다양한 전자 장치에 사용될 수 있는 자기 접합의 제조 방법(300)의 몇몇 실시예를 도시한다. 설명의 간결함을 위해, 몇몇 단계들은 생략될 수 있고, 다른 순서로 수행될 수 있고, 하부 단계(substeps) 및/또는 결합 단계를 포함할 수 있다. 나아가, 자기 접합의 제조 방법(300)은, 자기 메모리를 형성하는 다른 단계들이 수행된 후에 시작될 수 있다. 그러나, 복수의 자기 접합이 실질적으로 동시에 형성될 수 있다.
자기 접합의 제조 방법(300)은 또한, 자기 접합(100E)의 관점에서 설명된다. 그러나, 자기 접합(100A, 100A', 100B, 100C, 100D, 100F)과 같은 다른 자기 접합이 형성될 수도 있다.
단계(302)를 통해, 고정층(110)이 제공된다. 고정층(110)은 자성을 띤다. 또한, 고정층(110)은 자기 접합의 동작의 적어도 일부 동안 특정한 방향으로 고정된(pinned, or fixed) 자화를 가질 수 있다. 고정층(110)은 동작 온도(operating temperatures)에서 열적으로 안정할 수 있다.
단계(302)에서 형성된 고정층(110)은 단일층 또는 다중층일 수 있다. 예를 들어, 단계(302)에서 형성된 고정층(110)은 SAF일 수 있다. 이러한 SAF에서, 각각의 자기층은 또한 다중층을 포함할 수 있다. 고정층(110)은 또한, 다른 다중층일 수도 있다. 단계(302)에서 형성된 고정층(110)은 면외 자기소거 에너지를 초과하는 수직 자기 이방성 에너지를 가질 수 있다. 즉, 고정층(110)은 평면에 수직인 방향으로 배향된 자기 모멘트를 가질 수 있다. 그러나, 고정층(110)의 자화의 다른 배향도 가능하다.
단계(302)는 시드층(102) 상에 고정층(110)을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 시드층(102)은, 고정층(110)의 요구되는 결정 구조, 고정층(110)의 자기 이방성 및/또는 다른 자기 특성을 포함하는 다양한 목적을 위해 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 고정층(110)은, 고정층(110) 내의 수직 자기 이방성을 증진시키는 (100) 배향 결정성 MgO층과 같은 시드층(102) 상에 제공될 수 있다.
이에 더해, 단계(302)에서, 고정층(110)을 제공하는 것에 더해 또는 고정층(110)을 제공하는 것의 일부로서, 하나 이상의 편광 강화층(PELs)이 제공될 수 있다. 편광 강화층은 높은 스핀 편광 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단계(302)에서, 고정층(110)이 형성되기 직전 또는 고정층(110)이 형성된 직후에, CoFeB 편광 강화층이 제공될 수 있다.
단계(304)를 통해, 산소 차당층(155A)은 선택적으로 제공된다. 그러나, 다른 몇몇 실시예에서, 단계(304)는 생략될 수 있다.
단계(306)를 통해, 비자기 스페이서층(120)이 제공된다. 단계(306)에서 형성된 비자기 스페이서층(120)은, 고정층(110)에 인접할 수 있거나, 또는 PEL과 같은 다른 층들에 의해 고정층(110)으로부터 이격될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 결정성 MgO 터널링 배리어층(tunneling barrier layer)이 형성될 수 있다. 단계(306)는, 터널링 배리어층을 형성하는 MgO를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 단계(306)는, 예를 들어, 무선 주파수 스퍼터링(RF sputtering)을 이용하여 MgO를 증착하는 것을 포함할 수 있다. 금속 Mg이 증착될 수 있고, 그 후에 단계(306)에서 산화되어 Mg의 자연 산화물이 제공될 수 있다. MgO 배리어층/비자기 스페이서층은 또한, 다른 방법으로 형성될 수도 있다.
단계(306)는, 자기 접합의 강화된 터널링 자기 저항(TMR; tunneling magnetoresistance)을 위해, 이미 형성된 자기 접합의 일부를 어닐링하는 것을 포함하여, (100) 배향을 갖는 결정성 MgO 터널링 배리어층을 제공할 수 있다.
단계(308)를 통해, 자유층(130)이 제공된다. 단계(308)는 자유층(130)을 위한 물질을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 단계(308)에서 제공된 자유층(130)은, 면외 자기소거 에너지를 초과하는 수직 자기 이방성 에너지를 가질 수 있다. 즉, 자유층(130)은 평면에 수직인 방향을 포함하는 면외에서 안정할 수 있다.
이에 더해, 자유층(130)의 일부로서 또는 자유층(130)에 더해 PEL이 제공될 수 있다. 단계(308)에서 제공된 자유층(130)은 또한, 기록 전류가 자기 접합을 통과할 때, 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭되도록 구성될 수 있다. 즉, 자유층(130)은 스핀 전달 토크를 이용하여 스위칭 가능할 수 있다. 단계(308)에서 제공된 자유층(130)은 자성을 띠며, 동작 온도에서 열적으로 안정할 수 있다.
단계(310)에서, 산화물층(140)이 제공된다. 단계(310)는 산화물층(140)을 위한 물질을 증착하고, 산소 처리에 금속층을 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단계(310)는 Mg층, Ta층, V층, Zr층, Mo층 및/또는 Mg/Ir 이중층을 증착함으로써 수행될 수 있다. 산화 단계는 그 후에 수행될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 산화 처리 전에, 플라즈마 처리가 또한 수행될 수 있다. 예를 들어, Mg/Ir 이중층은 산화 전에 플라즈마 처리를 거칠 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 산화물층(140)은 다른 방법으로 형성될 수도 있다.
단계(312)를 통해, 산소 차단층(150E)이 제공된다. 단계(312)는 Ir층, Ru층 및/또는 Ru 및 Ir의 이중층을 증착하는 것을 포함할 수 있다.
단계(314)를 통해, 산소 흡착층(160E)이 선택적으로 제공될 수 있다. 단계(314)는 Mg층을 증착하는 것을 포함할 수 있다.
단계(316)를 통해, 튜닝층(170E)이 선택적으로 제공된다. 단계(316)는 하나 이상의 Ru층, Ir층, W층, Ta층 및 Mo층을 증착하는 것을 포함할 수 있다.
단계들(312, 314, 316)은 다양한 순서로 수행될 수 있으며, 단계들(314, 316) 중 하나 이상은 생략될 수도 있다. 예를 들어, 자기 접합(100A)이 형성되고, 그 후에 단계들(314, 316)은 생략될 수 있다. 자기 접합(100B)이 제조되는 경우에, 단계(316)는 생략될 수 있고, 단계(314)는 단계(312) 전에 수행될 수 있다. 자기 접합(100E)이 제조되는 경우에, 도 8에 도시된 순서대로 모든 단계들이 수행될 수 있다.
그 후에, 자기 접합의 제조가 완료될 수 있다. 예를 들어, 캡핑층(104)이 증착될 수 있다. 또한, 예를 들어, 증착된 층들 상에 마스크를 제공하고 층들의 노출된 부분을 이온 밀링(ion milling)함으로써, 자기 접합의 가장자리가 정의될 수 있다. 또한, 자기 접합이 사용되는 장치를 위해, 컨택 및 도전성 배선과 같은 추가적인 구조들이 형성될 수 있다.
자기 접합의 제조 방법(300)을 이용하여, 높은 수직 자기 이방성의 고정층 및/또는 자유층, 및/또는 개선된 스위칭 특성을 갖는 자기 접합이 제공될 수 있다. 즉, 자기 접합의 제조 방법(300)은 요구되는 스위칭 특성을 갖는 높은 수직 자기 이방성의 제조를 가능하게 한다.
도 9는 자기 장치에 이용 가능하고, 적어도 하나의 틈새 유리 증진층(interstitial glass-promoting layer) 및 적어도 하나의 흡착기(adsorber)를 포함하는 자기 접합의 일부의 제조 방법(320)의 몇몇 실시예를 도시하는 흐름도이다. 설명의 간결함을 위해, 몇몇 단계들은 생략될 수 있고, 다른 순서로 수행될 수 있고, 하부 단계(substeps) 및/또는 결합 단계를 포함할 수 있다. 나아가, 자기 접합의 일부의 제조 방법(320)은, 자기 메모리를 형성하는 다른 단계들이 수행된 후에 시작될 수 있다. 단일 자기 접합의 관점에서 설명되지만, 복수의 자기 접합이 제조될 수도 있다. 설명의 간결함을 위해, 자기 접합(100F)의 관점에서 제조 방법이 설명된다. 그러나, 자기 접합의 일부의 제조 방법(320)은 자기 접합(100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F) 중 임의의 자기 접합을 위해 이요될 수도 있다.
단계(322)를 통해, 산화물층(140)을 위한 금속층이 제공된다. 예를 들어, Mg층, Ta층, V층, Vr층, Mo층 및/또는 Mg/Ir 이중층 중 적어도 하나를 증착함으로써 단계(322)가 수행될 수 있다.
단계(324)를 통해, 플라즈마 처리가 선택적으로 수행된다. 예를 들어, Mg/Ir 이중층은 플라즈마 처리될 수 있다. 그 후에, 단계(326)를 통해, 산화 단계가 수행된다. 단계(324)의 플라즈마 처리는 단계(326)의 산화 단계 이전에 수행될 수 있다. 즉, 단계(322)에서 증착된 층은, 산소 환경에 노출되고, 선택적으로, 자기 접합을 가열하는 것에 노출될 수 있다.
단계(328)를 통해, 산소 흡착층(160F)이 선택적으로 제공된다. 단계(328)는 Mg층을 증착하는 것을 포함할 수 있다.
단계(330)를 통해, 산소 차단층(150F)이 제공된다. 단계(330)는 Ir층, Ru층 및/또는 Ru 및 Ir 이중층을 증착하는 것을 포함할 수 있다.
단계(332)를 통해, 튜닝층(170F)이 선택적으로 제공된다. 단계(332)는 하나 이상의 Ru층, Ir층, W층, Ta층 및 Mo층을 증착하는 것을 포함할 수 있다.
다른 자기 접합(100A, 100A', 100B, 100C, 100D, 100E)을 위해, 단계들(328, 330, 332)은 다른 순서로 수행될 수 있다. 또한, 하나 이상의 단계들(328, 332)은 생략될 수 있다.
그 후에, 자기 접합의 제조가 완료될 수 있다. 예를 들어, 캡핑층(104)이 증착될 수 있다. 또한, 예를 들어, 증착된 층들 상에 마스크를 제공하고 층들의 노출된 부분을 이온 밀링(ion milling)함으로써, 자기 접합의 가장자리가 정의될 수 있다. 또한, 자기 접합이 사용되는 장치를 위해, 컨택 및 도전성 배선과 같은 추가적인 구조들이 형성될 수 있다.
자기 접합의 일부의 제조 방법(320)을 이용하여, 높은 수직 자기 이방성의 고정층 및/또는 자유층, 및/또는 개선된 스위칭 특성을 갖는 자기 접합이 제공될 수 있다. 즉, 자기 접합의 일부의 제조 방법(320)은 요구되는 스위칭 특성을 갖는 높은 수직 자기 이방성의 제조를 가능하게 한다.
이상 자기 접합을 사용하여 제조되는 자기 접합, 및 자기 접합 및 메모리의 제조 방법 및 시스템이 설명되었다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
101: 기판 102: 시드층
104: 캡핑층 110: 고정층
120: 비자기 스페이서층 130: 자유층
140: 산화물층 150A, 155A: 산소 차단층

Claims (20)

  1. 기판 상에 배치되고, 자기 장치(magnetic device)에 사용 가능한 자기 접합으로,
    고정층;
    기록 전류(write current)가 상기 자기 접합을 통과할 때, 복수의 안정한 자기 상태 사이에서 스위칭 가능한(switchable) 자유층;
    상기 고정층과 상기 자유층 사이에 개재되는 비자기 스페이서층;
    상기 자유층에 인접하는 산화물층으로, 상기 자유층이 상기 비자기 스페이서층과 상기 산화물층 사이에 개재되는 산화물층; 및
    상기 산화물층에 인접한 위치 및 상기 고정층에 인접한 위치로부터 선택된 적어도 하나의 위치에 배치되는 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 자기 접합.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층은 상기 산화물층에 인접하고,
    상기 산화물층은 상기 산소 차단층과 상기 자유층 사이에 개재되는 자기 접합.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층은, 상기 자유층으로부터 20 Å 이상 이격되지 않고,
    상기 산화물층은 상기 자유층과 경계면을 공유하는 자기 접합.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층과 경계면을 공유하는 적어도 하나의 산소 흡착층을 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 산소 흡착층은, 제1 위치 및 제2 위치로부터 선택된 위치에 배치되고,
    상기 제1 위치는, 상기 적어도 하나의 산소 차단층과 상기 산화물층 사이에 위치하고,
    상기 제2 위치는, 상기 적어도 하나의 산소 차단층이 상기 산소 흡착층과 상기 산화물층 사이에 개재되도록 하는 위치에 위치하는 자기 접합.
  5. 제 4항에 있어서,
    적어도 하나의 튜닝층을 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층은 상기 적어도 하나의 튜닝층과 상기 자유층 사이에 개재되는 자기 접합.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산소 흡착층은 Mg 및 Ti 중 적어도 하나를 포함하는 자기 접합.
  7. 제 2항에 있어서,
    적어도 하나의 튜닝층을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층은 상기 적어도 하나의 튜닝층과 상기 산화물층 사이에 개재되는 자기 접합.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 튜닝층은 Mo, W, Ir, Ru 및 Ta 중 적어도 하나를 포함하는 자기 접합.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층은 Ir 및 Ru 중 적어도 하나를 포함하는 자기 접합.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층은 Ir층, Ru층, Ir/Ru 이중층 및 Ru/Ir 이중층 중 적어도 하나를 포함하는 자기 접합.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 산화물층은 마그네슘 산화물, 탄탈럼 산화물, 텅스텐 산화물, 티타늄 산화물, 바나듐 산화물, 및 Ir 및 Mg을 포함하는 이중층 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 자기 접합.
  12. 기판 상에 배치되는 자기 메모리로,
    복수의 자기 저장 셀로, 각각의 상기 자기 저장 셀은 고정층, 비자기 스페이서층, 자유층, 산화물층 및 적어도 하나의 산소 차단층을 포함하는 적어도 하나의 자기 접합을 포함하는 복수의 자기 저장 셀; 및
    상기 복수의 자기 저장 셀과 연결되는(coupled with) 복수의 비트 라인을 포함하고,
    상기 자유층은, 기록 전류(write current)가 상기 자기 접합을 통과할 때, 복수의 안정한 자기 상태 사이에서 스위칭 가능하고(switchable),
    상기 비자기 스페이서층은 상기 고정층과 상기 자유층 사이에 개재되고,
    상기 산화물층은 상기 자유층에 인접하고,
    상기 자유층은 상기 비자기 스페이서층과 상기 산화물층 사이에 개재되고,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층은, 상기 산화물층에 인접한 위치 및 상기 고정층에 인접한 위치로부터 선택된 적어도 하나의 위치에 배치되는 자기 메모리.
  13. 자기 장치(magnetic device)에 사용 가능한 자기 접합의 제조 방법으로,
    고정층을 제공하고,
    비자기 스페이서층을 제공하고,
    자유층을 제공하되, 상기 자유층은 기록 전류(write current)가 상기 자기 접합을 통과할 때 복수의 안정한 자기 상태 사이에서 스위칭 가능하고(switchable), 상기 비자기 스페이서층은 상기 고정층과 상기 자유층 사이에 개재되고,
    상기 자유층에 인접한 산화물층을 제공하되, 상기 자유층은 상기 비자기 스페이서층과 상기 산화물층 사이에 개재되고,
    상기 산화물층에 인접한 위치 및 상기 고정층에 인접한 위치로부터 선택된 적어도 하나의 위치에 배치되는 적어도 하나의 산소 차단층을 제공하는 것을 포함하는 자기 접합의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층은 상기 산화물층에 인접하고,
    상기 산화물층은 상기 적어도 하나의 산소 차단층과 상기 자유층 사이에 개재되는 자기 접합의 제조 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 산화물층을 제공하는 것은,
    Mg, Ta, W, Ti, V, Zr, Mg 및 Ir 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 층을 증착하고,
    상기 적어도 하나의 층에 산화물 처리(oxide treatment)를 수행하는 것을 포함하는 자기 접합의 제조 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 산화물층을 제공하는 것은, 상기 산화물 처리 전에 플라즈마 처리(plasma treatment)를 수행하는 것을 더 포함하는 자기 접합의 제조 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 산소 차단층과 경계면을 공유하는 산소 흡착층을 제공하는 것을 더 포함하고,
    상기 산소 흡착층은, 제1 위치 및 제2 위치로부터 선택된 위치에 배치되고,
    상기 제1 위치는, 상기 적어도 하나의 산소 차단층과 상기 산화물층 사이에 위치하고,
    상기 제2 위치는, 상기 적어도 하나의 산소 차단층이 상기 산소 흡착층과 상기 산화물층 사이에 개재되도록 하는 위치에 위치하는 자기 접합의 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    적어도 하나의 튜닝층을 제공하는 것을 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층은 상기 적어도 하나의 튜닝층과 상기 자유층 사이에 개재되는 자기 접합의 제조 방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    적어도 하나의 튜닝층을 제공하는 것을 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층은 상기 적어도 하나의 튜닝층과 상기 산화물층 사이에 개재되는 자기 접합의 제조 방법.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 산소 차단층은 Ir 및 Ru 중 적어도 하나를 포함하는 자기 접합의 제조 방법.
KR1020170116493A 2017-05-30 2017-09-12 자기 접합, 자기 메모리 및 자기 접합의 제조 방법 KR102353409B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762512653P 2017-05-30 2017-05-30
US62/512,653 2017-05-30
US15/659,605 2017-07-25
US15/659,605 US11063209B2 (en) 2017-05-30 2017-07-25 Method and system for providing magnetic junctions utilizing oxygen blocking, oxygen adsorber and tuning layer(s)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180131318A true KR20180131318A (ko) 2018-12-10
KR102353409B1 KR102353409B1 (ko) 2022-01-20

Family

ID=64460827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170116493A KR102353409B1 (ko) 2017-05-30 2017-09-12 자기 접합, 자기 메모리 및 자기 접합의 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11063209B2 (ko)
KR (1) KR102353409B1 (ko)
CN (1) CN108987563B (ko)
TW (1) TWI676169B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020091393A1 (ko) 2018-10-30 2020-05-07 주식회사 케이티앤지 일회용 액상 에어로졸 발생 물품 및 에어로졸 발생 장치

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11264290B2 (en) * 2017-09-06 2022-03-01 Tdk Corporation Tunnel magnetoresistive effect element and magnetic memory
US11031058B2 (en) 2019-09-03 2021-06-08 Western Digital Technologies, Inc. Spin-transfer torque magnetoresistive memory device with a free layer stack including multiple spacers and methods of making the same
CN112928204B (zh) * 2019-12-05 2023-06-02 上海磁宇信息科技有限公司 提升磁性隧道结自由层垂直各向异性的覆盖层结构单元

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003204092A (ja) * 2002-01-07 2003-07-18 Tdk Corp 磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗効果センサを有する薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果センサの製造方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法
KR20120011372A (ko) * 2010-07-26 2012-02-08 삼성전자주식회사 자기 기억 소자
KR20140081710A (ko) * 2012-12-20 2014-07-01 삼성전자주식회사 조작된 수직 자기 이방성을 갖는 자기 접합들을 제공하기 위한 방법 및 시스템

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0794581A4 (en) 1995-09-21 1999-10-06 Tdk Corp MAGNETIC CONVERTER
US7166881B2 (en) * 2003-10-13 2007-01-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Multi-sensing level MRAM structures
US7449345B2 (en) 2004-06-15 2008-11-11 Headway Technologies, Inc. Capping structure for enhancing dR/R of the MTJ device
JP2007027537A (ja) * 2005-07-20 2007-02-01 Sharp Corp 可変抵抗素子を備えた半導体記憶装置
US7528457B2 (en) 2006-04-14 2009-05-05 Magic Technologies, Inc. Method to form a nonmagnetic cap for the NiFe(free) MTJ stack to enhance dR/R
US8659852B2 (en) * 2008-04-21 2014-02-25 Seagate Technology Llc Write-once magentic junction memory array
US8362454B2 (en) 2008-08-12 2013-01-29 Industrial Technology Research Institute Resistive random access memory having metal oxide layer with oxygen vacancies and method for fabricating the same
US10446209B2 (en) * 2009-08-10 2019-10-15 Samsung Semiconductor Inc. Method and system for providing magnetic tunneling junction elements having improved performance through capping layer induced perpendicular anisotropy and memories using such magnetic elements
US9006704B2 (en) 2011-02-11 2015-04-14 Headway Technologies, Inc. Magnetic element with improved out-of-plane anisotropy for spintronic applications
KR101739952B1 (ko) * 2011-02-25 2017-05-26 삼성전자주식회사 자기 메모리 장치
US20120241878A1 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction with iron dusting layer between free layer and tunnel barrier
US8987006B2 (en) 2011-04-22 2015-03-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing a magnetic junction having an engineered barrier layer
US8878318B2 (en) 2011-09-24 2014-11-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Structure and method for a MRAM device with an oxygen absorbing cap layer
US8710602B2 (en) * 2011-12-20 2014-04-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing magnetic junctions having improved characteristics
US8964458B2 (en) * 2012-04-13 2015-02-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Differential MRAM structure with relatively reversed magnetic tunnel junction elements enabling writing using same polarity current
TWI501224B (zh) 2013-03-07 2015-09-21 Nat Univ Tsing Hua 磁性電子裝置及其製造方法
US20140339661A1 (en) 2013-05-20 2014-11-20 T3Memory, Inc. Method to make mram using oxygen ion implantation
TWI569483B (zh) * 2013-06-05 2017-02-01 財團法人工業技術研究院 垂直磁化穿隧式磁阻元件及其製造方法
US9147833B2 (en) 2013-07-05 2015-09-29 Headway Technologies, Inc. Hybridized oxide capping layer for perpendicular magnetic anisotropy
US9461242B2 (en) 2013-09-13 2016-10-04 Micron Technology, Inc. Magnetic memory cells, methods of fabrication, semiconductor devices, memory systems, and electronic systems
US10128309B2 (en) 2015-03-27 2018-11-13 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Storage layer for magnetic memory with high thermal stability
US20170338402A1 (en) * 2016-05-18 2017-11-23 International Business Machines Corporation Noble metal cap layer for a metal oxide cap of a magnetic tunnel junction structure
CN110024150A (zh) * 2016-12-30 2019-07-16 英特尔公司 具有增强稳定性的垂直自旋转移扭矩存储器（pSTTM）器件及其形成方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003204092A (ja) * 2002-01-07 2003-07-18 Tdk Corp 磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗効果センサを有する薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果センサの製造方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法
KR20120011372A (ko) * 2010-07-26 2012-02-08 삼성전자주식회사 자기 기억 소자
KR20140081710A (ko) * 2012-12-20 2014-07-01 삼성전자주식회사 조작된 수직 자기 이방성을 갖는 자기 접합들을 제공하기 위한 방법 및 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020091393A1 (ko) 2018-10-30 2020-05-07 주식회사 케이티앤지 일회용 액상 에어로졸 발생 물품 및 에어로졸 발생 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20180351086A1 (en) 2018-12-06
CN108987563A (zh) 2018-12-11
US11063209B2 (en) 2021-07-13
TW201901684A (zh) 2019-01-01
TWI676169B (zh) 2019-11-01
KR102353409B1 (ko) 2022-01-20
CN108987563B (zh) 2023-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102353406B1 (ko) 스핀 궤도 토크를 이용하여 강화된 감쇠 프로그램 및 경사진 자화 용이축을 갖는 자기 접합부를 포함하는 자기 소자
KR101953791B1 (ko) 반-금속성 강자성체들을 이용한 자기 접합을 제공하는 방법 및 시스템
KR102145269B1 (ko) 스핀 전달 토크 자기 램의 응용 분야들에서 사용할 수 있는 이중 수직 자기 이방성 자기 접합
KR102300698B1 (ko) 비대칭 자유 층들을 이용한 스핀토크메모리용 자기 접합
US8796796B2 (en) Method and system for providing magnetic junctions having improved polarization enhancement and reference layers
KR102188529B1 (ko) 스핀 전달 토크 자기 램의 응용 분야에서 사용될 수 있는 수직 자기 접합의 벌크 수직 자기 이방성 자유 층을 제공하는 방법 및 시스템
KR20070106701A (ko) 스핀-전달 스위칭을 위해 구성된 고 스핀 분극 층들을 갖는 ｍｔｊ 소자 및 자기 소자를 이용한 스핀트로닉 장치
KR102166500B1 (ko) 스핀 전달 토크 자기 램의 응용들에 사용되는 희토류 자기 접합을 제공하는 방법 및 시스템
KR20150054665A (ko) 스핀 전달 토크 자기 램의 응용 분야에서 사용될 수 있는 상부 피고정 층 수직 자기 이방성 자기 접합을 제공하는 방법 및 시스템
KR102325455B1 (ko) 희토류-전이 금속층을 갖는 자기 접합부를 제공하기 위한 장치 및 그 방법
KR102353409B1 (ko) 자기 접합, 자기 메모리 및 자기 접합의 제조 방법
US10297301B2 (en) Method and system for providing magnetic junctions utilizing high crystallization temperature-containing insertion layer(s)
CN109427963B (zh) 磁性结、磁性存储器和提供磁性结的方法
KR102263785B1 (ko) 자기 소자에 사용하기 위한 자기 접합 및 이를 프로그래밍하는 방법 및 이를 포함하는 전자 장치
US9929339B2 (en) Method and system for providing magnetic junctions including self-initializing reference layers
KR102300702B1 (ko) 스핀 전달 토크 어플리케이션에서 사용 가능한 낮은 모멘트 자유층 자기 접합부 및 그것을 제공하기 위한 방법
KR102163823B1 (ko) 자기 장치에 사용 가능한 자기 접합 및 그 제조 방법
KR102441719B1 (ko) 자기 접합, 이를 이용하는 자기 메모리, 및 자기 접합 제공 방법
KR102361086B1 (ko) 스핀 전달 토크 응용에 이용 가능한 희석된 자유막 자기 접합을 제공하는 시스템 및 그 방법
KR102486320B1 (ko) 기판 상에 배치되고 자기 소자에 사용할 수 있는 자기 접합 및 이를 포함하는 자기 메모리 및 이를 제공하는 방법
KR102433984B1 (ko) 자체-초기화 기준층을 포함하는 자기 접합부를 제공하기 위한 방법 및 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant