TWI600187B - 磁性接面 - Google Patents

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TWI600187B TW102142751A TW102142751A TWI600187B TW I600187 B TWI600187 B TW I600187B TW 102142751 A TW102142751 A TW 102142751A TW 102142751 A TW102142751 A TW 102142751A TW I600187 B TWI600187 B TW I600187B
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迪恩特 阿帕科夫
亞力士 巴西力比起 克巴爾卡佈斯奇
費拉德米爾 尼丁基
史蒂芬Ｍ 沃茨
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三星電子股份有限公司
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Description

磁性接面 【相關申請案的交叉引用】
本申請案主張2012年12月21日申請的臨時專利申請案第61/745,542號以及2013年1月28日申請的臨時專利申請案第13/751,304號的權益，所述臨時專利申請案之發明名稱為「提供垂直自旋轉移切換磁性接面之方法與系統以及使用此接面的記憶體(METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING VERTICAL SPIN TRANSFER SWITCHED MAGNETIC JUNCTIONS AND MEMORIES USING SUCH JUNCTION)」，讓與給本申請案的專利權人，且以引用方式併入本文中。
本發明概念的實例實施例是關於磁性記憶體，且更特定言之，是關於磁性隨機存取記憶體。
磁性記憶體(magnetic memory)(特別是磁性隨機存取記憶體(magnetic random access memory，MRAM))由於其在操作期間的高讀取/寫入速度、卓越耐久性、非揮發性以及低電力消耗 的潛能而引起增加的興趣。MRAM可將磁性材料用作資訊記錄媒體而儲存資訊。一種類型的MRAM為自旋轉移力矩隨機存取記憶體(spin transfer torque random access memory，STT-MRAM)。 STT-MRAM利用磁性接面，而所述磁性接面至少部分藉由經由所述磁性接面而驅動的電流來寫入。經由磁性接面而驅動的自旋極化電流(spin polarized current)在磁性接面中對磁矩施加自旋力矩。因此，具有對自旋力矩作出回應的磁矩的層可切換為所要狀態。
舉例而言，圖1描繪習知磁性穿隧接面(magnetic tunneling junction，MTJ)10，其可用於習知STT-MRAM中。習知MTJ 10通常位於底部觸點11上，使用習知晶種層12且包含習知反鐵磁性(antiferromagnetic，AFM)層14、習知參考層16、習知穿隧阻障層18、習知自由層20以及習知覆蓋層22。亦示出頂部觸點24。
習知觸點11及24用於在電流垂直於平面(current-perpendicular-to-plane，CPP)方向上或如圖1所示沿著z軸驅動電流。習知晶種層12通常用於輔助具有所要晶體結構的後續層(諸如，AFM層14)的生長。習知穿隧阻障層18為非磁性的，且(例如)為薄絕緣體(諸如，MgO)。
習知參考層16以及習知自由層20為磁性的。習知參考層16的磁化量(magnetization)17通常藉由與AFM層14的磁化 量的交換偏壓相互作用(exchange-bias interaction)，而固定或限制(pinned)於特定方向上。雖然描繪為簡單(單個)層，但習知參考層16可包含多個層。舉例而言，習知參考層16可為合成反鐵磁性(synthetic antiferromagnetic，SAF)層，其包含經由薄導電層(諸如，Ru)而反鐵磁性地耦接的磁性層。在此SAF中，可使用與Ru的薄層交錯的多個磁性層。在另一實施例中，跨越Ru層的耦接可為鐵磁性的。此外，其他版本的習知MT J10可包含藉由額外非磁性阻障或導電層(未圖示)而與習知自由層20分離的額外參考層(未圖示)。
習知自由層20具有可改變的磁化量21。雖然描繪為簡單層，但習知自由層20亦可包含多個層。舉例而言，習知自由層20可為合成層，其包含經由薄導電層(諸如，Ru)而反鐵磁性地或鐵磁性地耦接的磁性層。雖然示為處於平面內，但習知自由層20的磁化量21可具有垂直各向異性。因此，習知參考層16的磁化量17以及習知自由層20的磁化量21可分別定向為垂直於所述層的平面。
為了切換習知自由層20的磁化量21，垂直於平面(在z方向上)而驅動電流。當自頂部觸點24至底部觸點11而驅動足夠電流時，習知自由層20的磁化量21可切換為平行於習知參考層16的磁化量17。當自底部觸點11至頂部觸點24而驅動足夠電流時，所述自由層的磁化量21可切換為反平行於參考層16的所述磁化量。磁性組態的差別對應於習知MTJ 10的不同磁阻，且因 此對應於不同邏輯狀態(例如，邏輯「0」以及邏輯「1」)。因此，藉由讀取習知MTJ 10的穿隧磁阻(tunneling magnetoresistance，TMR)，可判定習知MTJ的狀態。
雖然習知MTJ 10可使用自旋轉移來寫入，藉由感測接面的TMR來讀取且用於STT-MRAM中，但存在缺陷。舉例而言，需要減小習知MTJ 10的佔據區域(footprint)以將習知MTJ縮小為較小大小。減小習知MTJ 10的大小允許增大使用習知磁性接面10的記憶體的表面密度。然而，減小習知自由層20的大小會減少存在於習知自由層20中的磁性材料的量，且因此可能不利地影響熱穩定性。習知MTJ 10的熱穩定性的降低負面地影響習知MTJ 10隨著時間而可靠地儲存資料的能力。因此，習知MTJ的效能受損。
因此，需要可改良自旋轉移力矩式記憶體的效能的方法及系統。本文所述的方法及系統滿足此需要。
一種方法及系統，提供可用於磁性裝置中且位於基板上的磁性接面。所述磁性接面包含參考層、非磁性間隔物層以及自由層。所述非磁性間隔物層位於所述參考層與所述自由層之間。 所述自由層、所述非磁性間隔物層以及所述參考層與所述基板形成非零角度。所述磁性接面經組態以使得在寫入電流穿過所述磁性接面時，所述自由層可在多個穩定磁性狀態之間切換。
10‧‧‧磁性穿隧接面(MTJ)
11‧‧‧底部觸點
12‧‧‧晶種層
14‧‧‧反鐵磁性(AFM)層
16‧‧‧參考層
17、21‧‧‧磁化量
18‧‧‧穿隧阻障層
20‧‧‧自由層
22‧‧‧覆蓋層
24‧‧‧頂部觸點
100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''‧‧‧磁性接面
102、102'、102"‧‧‧基板
110、110'、110"、110'''、110''''、110'''''‧‧‧自由層
111、111'、111"、111'''、111''''、111'''''‧‧‧磁矩
120、120'、120"、120'''、120''''、120'''''‧‧‧非磁性間隔物層
130‧‧‧受限制層或參考層
130'、130"、130'''、130''''、130'''''‧‧‧參考層
131、131'、131"、131'''、131''''、131'''''‧‧‧磁矩
200、200'、200"、200'''‧‧‧磁性接面
202、202'、202"‧‧‧基板
210、210'、210"、210'''‧‧‧自由層
211、211'、211"、211'''‧‧‧磁矩
220、220'、220"、220'''‧‧‧非磁性間隔物層
230、230'、230"、230'''‧‧‧參考層
231、231'、231"、231'''、233‧‧‧磁矩
232、236‧‧‧鐵磁性層
234‧‧‧非磁性層
240‧‧‧額外非磁性間隔物層
245‧‧‧額外參考層
246‧‧‧磁矩
247‧‧‧磁偏移結構
248‧‧‧磁性區域
250‧‧‧磁性接面
252‧‧‧基板
260‧‧‧自由層
262‧‧‧磁壁運動阻障
263、263'、264、264'‧‧‧磁矩
270‧‧‧非磁性間隔物層
280‧‧‧參考層
300‧‧‧磁性記憶體
302、306‧‧‧讀取/寫入行選擇驅動器
304‧‧‧字元線選擇驅動器
310‧‧‧磁性儲存單元
312‧‧‧磁性接面
314‧‧‧選擇裝置
400‧‧‧方法
402、404、406、408‧‧‧步驟
420‧‧‧方法
422、424、426‧‧‧步驟
450‧‧‧方法
452、454、456、458、460、462、464、466‧‧‧步驟
500‧‧‧磁性接面
502‧‧‧基板
503‧‧‧導體
504‧‧‧觸點
510、510'‧‧‧自由層
520、520'‧‧‧非磁性間隔物層
530、530'‧‧‧參考層
540、542、544‧‧‧絕緣體
550‧‧‧導體
d、h‧‧‧高度
icip、icpp‧‧‧寫入電流
θ‧‧‧角度
圖1繪示了習知磁性接面。
圖2至圖3繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的例示性實施例。
圖4繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的另一例示性實施例。
圖5繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的例示性實施例。
圖6繪示了可使用自旋轉移而切換的另一垂直磁性接面的另一例示性實施例。
圖7繪示了可使用自旋轉移而切換的另一垂直磁性接面的另一例示性實施例。
圖8繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的另一例示性實施例。
圖9繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的另一例示性實施例。
圖10至圖11繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的另一例示性實施例。
圖12至圖13繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的另一例示性實施例。
圖14繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的另一 例示性實施例。
圖15繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的另一例示性實施例。
圖16至圖17繪示了可使用自旋轉移以及磁壁運動(domain wall motion)而切換的垂直磁性接面的另一例示性實施例。
圖18繪示了將磁性接面用於儲存單元的記憶元件中的記憶體的例示性實施例。
圖19為繪示了用於製造可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的方法的例示性實施例的流程圖。
圖20為繪示了用於將可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的例示性實施例的參考層設定為雙狀態的方法的例示性實施例的流程圖。
圖21為繪示了用於製造可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的方法的例示性實施例的流程圖。
圖22至圖26繪示了在製造期間的垂直磁性接面的例示性實施例。
例示性實施例是關於可用於磁性裝置(諸如，磁性記憶體)中的磁性接面以及使用此些磁性接面的裝置。以下描述經呈現以使一般熟習此項技術者能夠製作且使用本發明，並且是在專利申請案及其要求的情形下提供的。將容易瞭解對本文所述的例 示性實施例以及通用原理及特徵的各種修改。例示性實施例主要是就特定實施方案中所提供的特定方法及系統而進行描述。然而，所述方法以及系統將在其他實施方案中有效地操作。諸如「例示性實施例」、「一個實施例」以及「另一實施例」的用語可指相同或不同實施例以及多個實施例。將關於具有某些組件的系統及/或裝置來描述實施例。然而，所述系統及/或裝置可包含比所示的組件多或少的組件，且可進行所述組件的配置及類型的變化，而不偏離本發明的範疇。亦將在具有某些步驟的特定方法的情形下描述例示性實施例。然而，所述方法及系統針對其他方法而有效地操作，所述其他方法具有不同及/或額外步驟以及按照並不與例示性實施例不一致的不同次序的步驟。因此，本發明不欲限於所示出的實施例，而是符合與本文所述的原理及特徵一致的最廣範疇。
方法及系統，提供磁性接面以及利用所述磁性接面的磁性記憶體。所述磁性接面包含參考層、非磁性間隔物層以及自由層。所述非磁性間隔物層位於所述參考層與所述自由層之間。所述自由層、所述非磁性間隔物層以及所述參考層與所述基板形成非零角度。所述磁性接面經組態以使得在寫入電流穿過所述磁性接面時，所述自由層可在多個穩定磁性狀態之間切換。
在具有某些組件的特定磁性接面及磁性記憶體的情形下描述例示性實施例。一般熟習此項技術者將容易認識到，本發明與具有並不與本發明不一致的其他及/或額外組件及/或其他特徵 的磁性接面及磁性記憶體的使用一致。亦在對自旋轉移現象、磁性各向異性，以及其他物理現象的當前理解的情形下描述所述方法及系統。因此，一般熟習此項技術者將容易認識到，基於對自旋轉移、磁性各向異性以及其他物理現象的此當前理解而進行所述方法及系統的行為的理論解釋。然而，本文所述的方法及系統不取決於特定物理解釋。一般熟習此項技術者亦將容易認識到，在與基板具有特定關係的結構的情形下描述所述方法及系統。然而，一般熟習此項技術者將容易認識到，所述方法及系統與其他結構一致。舉例而言，磁性接面的層與下伏基板之間的其他角度(除零之外)是可能的。此外，在某些層為合成及/或簡單的情形下描述所述方法及系統。然而，一般熟習此項技術者將容易認識到，所述層可具有另一結構。此外，在具有特定層的磁性接面及/或自由層的情形下描述所述方法及系統。然而，一般熟習此項技術者將容易認識到，亦可使用具有並不與所述方法及系統不一致的額外及/或不同層的磁性接面及/或自由層。此外，某些組件被描述為磁性的、鐵磁性的以及次鐵磁性的。本文中，術語「磁性」可包含「鐵磁性」、「次鐵磁性」或類似結構。因此本文中，術語「磁性」或「鐵磁性」包含(但不限於)鐵磁體(ferromagnet)以及次鐵磁體(ferrimagnet)。亦在單個磁性接面以及自由層的情形下描述所述方法及系統。然而，一般熟習此項技術者將容易認識到，所述方法及系統與具有多個磁性接面且使用多個自由層的磁性記憶體的使用一致。此外本文中，「平面內」實質上位於磁性 接面的層中的一或多者的平面內或平行於所述平面。相比而言，「垂直」對應於實質上垂直於所述磁性接面的層中的一或多者的方向。
圖2至圖3分別繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面100的例示性實施例的透視圖及橫截面圖。磁性接面可為(例如)磁性穿隧接面(MTJ)、自旋閥(spin valve)或彈道磁阻結構(ballistic magnetoresistance structure)或其組合。磁性接面100可用於各種應用中。舉例而言，所述磁性接面可用於諸如STT-MRAM的磁性記憶體中。為了清楚起見，圖2至圖3未按照比例繪製。所述磁性接面包含自由層110、非磁性間隔物層120以及受限制層或參考層130。磁性接面100被示為位於基板102上。 在一些實施例中，磁性接面100可包含晶種層及/或覆蓋層(未繪示)。
磁性接面100為垂直磁性接面。在垂直磁性接面中，磁性接面的層相對於所述基板102定向於非零角度處。因此，自由層110、非磁性間隔物層120或參考層130的最小尺寸相對於基板102的最小尺寸定向於非零角度處。在習知磁性接面中，最小尺寸為厚度，其平行於基板的厚度。在磁性接面100中，層110、120及130中的每一者的厚度位於徑向方向上(x-y平面中)。基板102的最小尺寸位於z方向上。相比而言，層110、120及130的較大表面垂直於由基板102形成的平面。舉例而言，因為層110、120及130為同心環(例如，圓柱體)，層110、120及130的最大表 面(或「平面」)可視為在z方向上，而z方向垂直於x-y平面中的基板。亦可自層110、120及130與基板102的表面之間的界面的觀點瞭解層110、120及130與基板102之間的非零角度。對於垂直磁性接面100，自由層110與非磁性間隔物層120之間以及非磁性間隔物層120與參考層130之間的界面與基板102的頂部實質上平坦的頂表面形成非零角度。非零角度亦可視為層110、120及/或130的側壁(最大表面)與所述基板的表面之間的角度。
在所示的實施例中，自由層110、非磁性分隔層120以及參考層130實質上垂直於基板102的頂表面。因此，圖2至圖3中的非零角度為實質上九十度。因此，磁性接面100的非零角度可在處理變化(processing variations)內為實質上九十度。在其他實施例中，其他角度是可能的。在一些實施例中，自由層110、非磁性間隔物層120以及參考層130相對於所述基板的頂表面處於至少四十五度的角度處。在一些此類實施例中，層110、120及130與基板102之間的角度為80至90度。換言之，層110、120及130相對於垂直於基板102偏離不足十度。
非磁性間隔物層120可為磁阻展現於自由層110與受限制層130之間的穿隧阻障層、導體或其他結構。在一些實施例中，非磁性間隔物層120為結晶MgO穿隧阻障層。此非磁性間隔物層可具有較佳晶體方向，諸如，(100)方向。
自由層110以及參考層130為鐵磁性的。雖然繪示為簡單層，但自由層110及/或參考層130可包含多個層。舉例而言， 自由層110及/或參考層130可為SAF，其包含經由薄層(諸如，Ru)而反鐵磁性地或鐵磁性地耦接的磁性層。在此SAF中，可使用與Ru或其他材料的薄層交錯的多個磁性層。自由層110及/或參考層130亦可為另一多層。
自由層磁矩111可使用自旋轉移來切換，且因此以雙箭頭111表示。參考層130的磁矩131可固定於特定方向上。在所示的實施例中，參考層130的磁矩131處於負z方向上。在另一實施例中，磁矩131可處於正z方向上。在其他實施例中，自由層110及/或參考層130的磁矩可穩定於另一方向上。因此，自由層110及/或參考層130的磁矩的其他定向是可能的。
應注意，在所示的實施例中，磁矩111及131針對層110及130可視為處於平面內。層110及130的最大表面處於圍繞z軸的表面處。磁矩111及131亦垂直於界面之間的方向(亦即，垂直於徑向方向)。因此，針對垂直磁性接面100，磁矩111及131視為處於平面內，即使磁矩111及131垂直於基板102亦是如此。
雖然層110、120及130示為特定定向，但此定向可在其他實施例中變化。舉例而言，參考層130可較接近於磁性接面100的中心。亦可使用限制層(未繪示)。磁性接面100亦經組態以在寫入電流穿過磁性接面100時，允許自由層110在穩定磁性狀態之間切換。因此，自由層110的磁矩111可利用自旋轉移力矩來切換。因為磁矩111為可切換的，所以磁矩111以雙箭頭表示。 應注意，在一些實施例中，磁場可結合自旋轉移力矩來使用，以 切換自由層110的狀態。
磁性接面100可在較高表面密度下具有改良的效能。磁性接面100的佔據區域可藉由減小自由層110的半徑以及非磁性間隔物層120與參考層130的半徑來減小。舉例而言，磁性接面100的直徑可小於十奈米。無需贅述，自由層110的半徑的減小將減少自由層110中的磁性材料的量。此可使得自由層110較不磁性穩定。然而，自由層110的高度h可隨著半徑減小而增大。自由層110的高度的增大可至少部分補償半徑的減小。因此，自由層110可在磁性接面100的較小佔據區域(表面大小)下維持磁性穩定。此外，應注意，自由層110的高度的增大可增大形狀各向異性，而形狀各向異性輔助維持所述自由層的磁性穩定性。且，自由層110可在磁性接面100的較小大小下維持較磁性穩定。此外，磁性接面100可具有較佳受控的電阻面積積(resistance area product，RA)。舉例而言，磁性接面100的高度h的改變可用於將磁性接面100的RA調整為處於所要範圍中。
圖4繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面100'的另一例示性實施例。為了清楚起見，圖4未按照比例繪製。磁性接面100'類似於磁性接面100。因此，類似層類似地進行標記。 磁性接面100'包含分別類似於層110、120及130的自由層110'、非磁性間隔物層120'以及參考層130'。自由層110'以及參考層130'分別繪示為具有磁矩111'及131'。在其他實施例中，磁矩111'及131'可具有另一定向。此外，層110'及130'中的一者或兩者可為合 成反鐵磁性層或其他多層。雖然層110'、120'及130'示為特定定向，但此定向可在其他實施例中變化。舉例而言，參考層130'可最接近於磁性接面100'的中心。在一些實施例中，可包含選擇性的晶種層(未繪示)、選擇性的限制層(未繪示)及/或選擇性的覆蓋層(未繪示)。自由層110'的磁化量可利用自旋轉移力矩來切換。
圖4指示磁性接面100或100'的寫入電流流動的可能方向。若電流垂直於層110'、120'及130'的平面而流動，則垂直於平面的寫入電流icpp自自由層110'徑向流動至參考層130'，或自參考層130'徑向流動至自由層110'。因此，雖然icpp繪示為向外流動，但電流可朝向所述磁性接面的中心軸而向內流動。在一些實施例中，磁性接面100'在自由層110'的頂表面或底表面處具有一個觸點(圖4未繪示)。在其他實施例中，所述觸點可處於自由層110'的中心(例如，沿著中心軸)。在一些實施例中，另一觸點可處於參考層130'的底表面或頂表面處。在其他實施例中，另一觸點圍繞參考層130'的外部。若電流在層110'、120'及130'的平面中流動，則電流處於平面內的寫入電流icip垂直地(沿著z軸)流動。因此，雖然icip示為在負z方向上流動，但電流可在正z方向上流動以改變所述自由層的狀態。
如上所論述，磁性接面100'為垂直磁性接面。因此，層110'、120'及130'相對於基板102'處於非零角度處。然而，在圖4所示的實施例中，磁性接面的側壁未完全垂直。取而代之地，所述側壁與z軸形成角度θ。在一些實施例中，θ不大於十度。在 一些此類實施例中，θ在處理限制內為0。
磁性接面100'可享有磁性接面100的益處。特定言之，磁性接面100'可擴增至較高表面密度。舉例而言，磁性接面100'可在小於十奈米的直徑下具有可接受的效能及熱穩定性。此外，磁性接面100'可具有較佳受控的電阻面積積(RA)。因此，磁性接面100'可具有改良的效能。
圖5繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面100"的另一例示性實施例。為了清楚起見，圖5未按照比例繪製。磁性接面100"類似於磁性接面100及100'。因此，類似層類似地進行標記。磁性接面100"包含分別類似於層110/110'、120/120'及130/130'的自由層110"、非磁性間隔物層120"以及參考層130"。 自由層110"以及參考層130"分別繪示為具有磁矩111"及131"。在其他實施例中，磁矩111"及131"可具有另一定向。此外，層110"及130"中的一者或兩者可為合成反鐵磁性層或其他多層。雖然層110"、120"及130"示為特定定向，但此定向可在其他實施例中變化。在一些實施例中，可包含選擇性的晶種層(未繪示)、選擇性的限制層(未繪示)及/或選擇性的覆蓋層(未繪示)。自由層110"的磁化量可利用自旋轉移力矩來切換。磁性接面100"為垂直磁性接面。因此，層110"、120"及130"相對於基板102"處於非零角度處。在所示的實施例中，層110"、120"及130"實質上垂直於基板102"。然而，在其他實施例中，其他角度是可能的。
磁性接面100"在磁性接面100"的中心處具有其參考層 130"。自由層110"在磁性接面100"的外邊緣處。非磁性間隔物層120"仍位於自由層110"與參考層130"之間。
磁性接面100"可享有磁性接面100及100'的益處。特定言之，磁性接面100"可擴增至較高表面密度。舉例而言，磁性接面100"可在小於十奈米的直徑下具有可接受的效能及熱穩定性。 此外，磁性接面100"可具有較佳受控的電阻面積積(RA)，此是因為非磁性間隔物層的工作部分的面積大於MRAM結構在基板上佔據的平面內面積。換言之，若基板上所佔據的面積小，則所述非磁性間隔物的總面積可藉由增大堆疊的總高度而更大。此使得較易於藉由除RA積之外亦控制堆疊的高度來控制總結構的電阻。因此，磁性接面100"可具有改良的效能。
圖6至圖9繪示了垂直磁性接面100、100'''、100''''及100'''''的例示性實施例的平面圖。為了清楚起見，圖6至圖9未按照比例繪製。圖6所示的磁性接面100可視為與圖2至圖3所繪示的磁性接面100相同。因此，磁性接面100具有圓形佔據區域。 磁性接面100可因此為圓柱形。磁性接面100'''、100''''及100'''''類似於磁性接面100、100'及100"。因此，類似層類似地進行標記。 磁性接面100'''、100''''及100'''''各自包含分別類似於層110/110'/110"、120/120'/120"及130/130'/130"的自由層110'''、110''''及110'''''、非磁性間隔物層120'''、120''''及120'''''以及參考層130'''、130''''及130'''''。自由層110'''/110''''/110'''''以及參考層130'''/130''''/130'''''分別繪示為具有磁矩111'''/111''''/111'''''及 131'''/131''''/131'''''。在其他實施例中，磁矩111'''/111''''/111'''''及131'''/131''''/131'''''可具有另一定向。此外，層110'''/110''''/110'''''及130'''/130''''/130'''''中的一者或兩者可為合成反鐵磁性層或其他多層。雖然層110'''/110''''/110'''''、120'''/120''''/120'''''及130'''/130''''/130'''''示為特定定向，但此定向可在其他實施例中變化。在一些實施例中，可包含選擇性的晶種層(未繪示)、選擇性的限制層(未繪示)及/或選擇性的覆蓋層(未繪示)。因此，自由層110'''/110''''/110'''''的磁化量111'''/111''''/111'''''可利用自旋轉移力矩來切換。磁性接面100'''/100''''/100'''''為垂直磁性接面。因此，層110'''/110''''/110'''''、120'''/120''''/120'''''及130'''/130''''/130'''''相對於基板102'''/102''''/102'''''處於非零角度處。
垂直磁性接面100'''、100''''及100'''''具有不同於磁性接面100的佔據區域。舉例而言，磁性接面100'''具有橢圓形佔據區域。 磁性接面100''''具有正方形佔據區域。磁性接面100'''''具有矩形佔據區域。雖然針對磁性接面100、100'''、100''''及100'''''的佔據區域示為各種形狀，但可使用其他形狀。然而，一般而言，為達成改良的效能，可需要不具有稜角且對稱的佔據區域。
磁性接面100'''、100''''及100'''''可享有磁性接面100、100'及100"的益處。特定言之，磁性接面100'''、100''''及100'''''可擴增至較高表面密度。舉例而言，磁性接面100'''、100''''及100'''''可在小於十奈米的直徑下具有可接受的效能及熱穩定性。此外，磁性接面100'''、100''''及100'''''可具有較佳受控的電阻面積積(RA)。 因此，磁性接面100'''、100''''及100'''''可具有改良的效能。
圖10至圖11繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面200的另一例示性實施例的側視圖以及平面圖。為了清楚起見，圖10至圖11未按照比例繪製。磁性接面200類似於磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''及100'''''。因此，類似層類似地進行標記。磁性接面200包含分別類似於層110/110'/110"/110'''/110''''/110'''''、120/120'/120"/120'''/120''''/120'''''及130/130'/130"/130'''/130''''/130'''''的自由層210、非磁性間隔物層220以及參考層230。雖然層210、220及230示為特定定向，但此定向可在其他實施例中變化。舉例而言，參考層230可處於磁性接面200的中心處，而自由層210處於周邊處。在一些實施例中，可包含選擇性的晶種層(未繪示)、選擇性的限制層(未繪示)及/或選擇性的覆蓋層(未繪示)。自由層210的磁化量可利用自旋轉移力矩來切換。磁性接面200為垂直磁性接面。因此，層210、220及230相對於基板202處於非零角度處。在所示的實施例中，層210、220及230實質上垂直於基板202。然而，在其他實施例中，其他非零角度為可能的。此外，磁性接面200被示為具有圓形佔據區域。然而，在其他實施例中，磁性接面200的佔據區域可具有另一形狀，包含但不限於橢圓形、正方形以及矩形。自由層210被繪示為具有磁矩211的簡單層。在其他實施例中，磁矩211可具有另一定向。此外，自由層210可為合成反鐵磁性層或其他多層。
參考層230為合成反鐵磁體(synthetic antiferromagnet，SAF)。SAF層230因此包含由非磁性層234(諸如，Ru)分離的兩個鐵磁性層232及236。鐵磁性層232及236分別具有反鐵磁性地耦接的磁矩231以及233。
磁性接面200可享有磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''及/或100'''''的益處。特定言之，磁性接面200可擴增至較高表面密度。舉例而言，磁性接面200可在小於十奈米的直徑下具有可接受的效能以及熱穩定性。此外，磁性接面200可具有較佳受控的電阻面積積(RA)。此外，磁性接面200可因撤去參考層230而具有雜散場(stray field)。如自繪於磁性接面200的頂部處的通量線可見，來自鐵磁性層232及236的場實質上消除。因此，磁性接面200的穩定性可得以增強。因此，磁性接面200可具有改良的效能。
圖12至圖13繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面200'的另一例示性實施例的側視圖以及平面圖。為了清楚起見，圖12至圖13未按照比例繪製。磁性接面200'類似於磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''及200。因此，類似層類似地進行標記。磁性接面200'包含分別類似於層210、220及230的自由層210'、非磁性間隔物層220'以及參考層230'。雖然層210'、220'及230'示為特定定向，但此定向可在其他實施例中變化。 在一些實施例中，可包含選擇性的晶種層(未繪示)、選擇性的限制層(未繪示)及/或選擇性的覆蓋層(未繪示)。自由層210'的磁 化量可利用自旋轉移力矩來切換。磁性接面200'為垂直磁性接面。因此，層210'、220'及230'相對於基板202'處於非零角度處。 在所示的實施例中，層210'、220'及230'實質上垂直於基板202'。 然而，在其他實施例中，其他非零角度為可能的。此外，磁性接面200'被示為具有圓形佔據區域。然而，在其他實施例中，磁性接面200'的佔據區域可具有另一形狀，包含但不限於橢圓形、正方形以及矩形。自由層210'以及參考層230'被繪示為具有磁矩211'以及231'的簡單層。在其他實施例中，磁矩211'以及231'可具有另一定向。此外，自由層210'及/或參考層230'可為合成反鐵磁性層或其他多層。
磁性接面200'亦包含額外非磁性間隔物層240以及具有磁矩246的額外參考層245。因此，自由層210'位於非磁性間隔物層220'與240之間且位於參考層230'與245之間。磁矩231'以及246反平行地對準，且因此處於雙態(dual state)下。
磁性接面200'可享有磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''及/或200的益處。特定言之，磁性接面200'可擴增至較高表面密度。舉例而言，磁性接面200'可在小於十奈米的直徑下具有可接受的效能以及熱穩定性。此外，磁性接面200'可具有較佳受控的電阻面積積(RA)。此外，磁性接面200'可具有減小的雜散場。兩個參考層230'及245具有反平行地對準的磁矩231'及246。如自繪於磁性接面200'的頂部處的通量線可見，來自參考層230'以及245的場實質上在自由層210'處消除。磁性接面200' 的穩定性可得以增強。因此，磁性接面200'可具有改良的效能。
圖14繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面200"的另一例示性實施例的側視圖。為了清楚起見，圖14未按照比例繪製。磁性接面200"類似於磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200及/或200'。因此，類似層類似地進行標記。 磁性接面200"包含分別類似於層210/210'、220/220'及230/230'的自由層210"、非磁性間隔物層220"以及參考層230"。雖然層210"、220"及230"示為特定定向，但此定向可在其他實施例中變化。在一些實施例中，可包含選擇性的晶種層(未繪示)、選擇性的限制層(未繪示)及/或選擇性的覆蓋層(未繪示)。自由層210"的磁化量可利用自旋轉移力矩來切換。磁性接面200"為垂直磁性接面。因此，層210"、220"及230"相對於基板202"處於非零角度處。 在所示的實施例中，層210"、220"及230"實質上垂直於基板202"。 然而，在其他實施例中，其他非零角度為可能的。自由層210"以及參考層230"被繪示為具有磁矩211"以及231"的簡單層。在其他實施例中，磁矩211"以及231"可具有另一定向。此外，自由層210"及/或參考層230"可為合成反鐵磁性層或其他多層。
可經由使用自由層210"以及參考層230"的高度而在磁性接面200"中提供改良的通量封閉(flux closure)。如在圖14中可見，自由層210"的高度h小於參考層230"的高度d。此外，自由層210"的頂表面及底表面分別相對於參考層230"的頂表面及底表面偏移。高度以及頂表面及底表面的位置的此差別減小了磁荷 (magnetic charge)對參考層230"的頂表面及底表面的影響。因 此，可改良雜散場的消除。
磁性接面200"可享有磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200及/或200'的益處。特定言之，磁性接面200"可擴增至較高表面密度。舉例而言，磁性接面200"可在小於十奈米的直徑下具有可接受的效能以及熱穩定性。此外，磁性接面200"可具有較佳受控的電阻面積積(RA)。此外，磁性接面200"可具有減小的雜散場。自由層210"以及參考層230"的頂表面及底表面方面的差別減小了所述雜散場對自由層210"的影響。磁性接面200"的穩定性可得以增強。因此，磁性接面200"可具有改良的效能。
圖15繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面200'''的另一例示性實施例的側視圖。為了清楚起見，圖15未按照比例繪製。磁性接面200'''類似於磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200、200'及/或200"。因此，類似層類似地進行標記。磁性接面200'''包含分別類似於層210/210'/210"、220/220'/220"及230/230'/230"的自由層210'''、非磁性間隔物層220'''以及參考層230'''。雖然層210'''、220'''及230'''示為特定定向，但此定向在其他實施例中變化。舉例而言，參考層230'''可位於中心處，而自由層210'''位於周邊處。在一些實施例中，可包含選擇性的晶種層(未繪示)、選擇性的限制層(未繪示)及/或選擇性的覆蓋層(未繪示)。 自由層210'''的磁化量可利用自旋轉移力矩來切換。磁性接面200''' 為垂直磁性接面。因此，層210'''、220'''及230'''相對於基板(圖15中未繪示)處於非零角度處。在所示的實施例中，層210'''、220'''及230'''實質上垂直於所述基板。然而，在其他實施例中，其他非零角度為可能的。自由層210'''以及參考層230'''被繪示為具有磁矩211'''以及231'''的簡單層。在其他實施例中，磁矩211'''以及231'''可具有另一定向。此外，自由層210'''及/或參考層230'''可為合成反鐵磁性層或其他多層。
磁性接面200'''亦包含相關聯的磁偏移結構(magnetic bias structure)247。在所示的實施例中，示出了兩個磁偏移結構247。在另一實施例中，可使用另一數目的磁偏移結構247。磁偏移結構247包含限制於與參考層磁矩231'''相同的方向上的磁性區域248。所述磁偏移結構亦位於接近磁性接面200'''的頂表面及/或底表面處。因此，如藉由繪於磁性接面200'''的頂部及底部處的通量線可見，可改良雜散場的消除。
磁性接面200'''可享有磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200、200'及/或200"的益處。特定言之，磁性接面200'''可擴增至較高表面密度且可具有較佳受控的電阻面積積(RA)。此外，磁性接面200'''可具有減小的雜散場。在自由層210'''上方以及下方的磁偏移結構247減小雜散場對自由層210'''的影響。磁性接面200'''的穩定性可得以增強。因此，磁性接面200'''可具有改良的效能。
圖16至圖17繪示了可使用自旋轉移而切換的垂直磁性 接面250的另一例示性實施例的側視圖。為了清楚起見，圖16至圖17未按照比例繪製。磁性接面250類似於磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200、200'、200"及/或200'''。因此，類似層類似地進行標記。磁性接面250包含分別類似於層110/110'/110"/110'''/110''''/110'''''/210/210'/210"/210'''、120/120'/120"/120'''/120''''/120'''''/220/220'/220"/220'''及130/130'/130"/130'''/130''''/130'''''/230/230'/230"/230'''的自由層260、非磁性間隔物層270以及參考層280。雖然層260、270及280示為特定定向，但此定向可在其他實施例中變化。舉例而言，參考層280可位於磁性接面250的中心處，而自由層260位於周邊處。在一些實施例中，可包含選擇性的晶種層(未繪示)、選擇性的限制層(未繪示)及/或選擇性的覆蓋層(未繪示)。可利用自旋轉移力矩以及(如下文所論述)磁壁運動而切換自由層260的磁性。磁性接面250為垂直磁性接面。因此，層260、270及280相對於基板252處於非零角度處。在所示的實施例中，層260、270及280實質上垂直於基板252。然而，在其他實施例中，其他非零角度為可能的。此外，磁性接面250可具有呈圓形佔據區域的佔據區域。然而，在其他實施例中，磁性接面250的佔據區域可具有另一形狀，包含但不限於橢圓形、正方形以及矩形。自由層260以及參考層280被繪示為簡單層。此外，自由層260及/或參考層280可為合成反鐵磁性層或其他多層。
自由層260經組態以始終具有多個磁區(domain)以及 至少一個磁壁(domain wall)。在一些實施例中，此是藉由在自由層260中包含磁壁運動的阻障而達成。在所示的實施例中，示出兩個磁壁運動阻障262。因此，所述自由層具有對應於磁矩263及264的兩個磁區。在其他實施例中，可存在更多磁壁運動阻障以及(因此)更多磁區。磁壁運動阻障262可採用幾何阻障(geometric barrier)的形式，諸如，自由層260中的凹口(notch)(未圖示)。亦可使用插入層來形成磁壁運動阻障。舉例而言，不同於自由層260的剩餘部分的磁性材料或薄的非磁性層可用於磁壁運動阻障262。此等磁性材料可具有比自由層260的剩餘部分小的交換耦接(exchange coupling)或與自由層260的剩餘部分不同的飽和磁化強度(saturation magnetization，Ms)值。舉例而言，可藉由在磁壁運動阻障262的區域中使用不同材料、將剩餘自由層260中所使用的材料與磁壁運動阻障262的區域中的另一磁性或非磁性材料合金化或以其他方式來獲得較小的交換耦接。類似地，可經由使用其他材料及/或合金而獲得不同的Ms。在其他實施例中，可使用幾何阻障、插入層及/或其他機制的組合。
由於磁壁運動阻障262的存在，自由層260藉由在阻障262的任一者處的磁壁而磁性穩定。在圖16所示的實施例中，磁壁位於上方阻障262處。若自由層260切換至另一狀態，則可施加CPP寫入電流(在圖16中為水平的)或CIP(current-in-plane)(在圖16中為垂直的)寫入電流。經由自旋轉移力矩以及(在一些實施例中)額外磁場，磁壁被移動。因此，如圖17中所示，磁 壁已移動至下方阻障262。因此，自由層260包含對應於磁矩263'以及264'的磁區。磁壁的位置的此改變可反映於磁性接面250的電阻中。
磁性接面250可享有磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200、200'、200"及/或200'''的益處。特定言之，磁性接面250可擴增至較高表面密度。舉例而言，磁性接面250可在小於十奈米的直徑下具有可接受的效能以及熱穩定性。此外，磁性接面250可具有較佳受控的電阻面積積(RA)。此外，與單磁區自由層相比，磁壁的移動對磁化量反轉可為更有效率的機制。因此，磁性接面250可具有改良的切換效率。因此，磁性接面250可具有改良的效能。然而，應注意，寫入應經執行而使得自由層260保持為多磁區層。此外，來自磁性接面250的磁阻以及(因此)信號可減小。
垂直磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200、200'、200"、200'''及/或250可用於磁性記憶體中。圖18繪示了一個此記憶體300的例示性實施例。磁性記憶體300包含讀取/寫入行選擇驅動器(column select driver)302及306以及字元線選擇驅動器(word line select driver)304。應注意，可提供其他及/或不同組件。記憶體300的儲存區域包含磁性儲存單元310。 每一磁性儲存單元包含至少一個磁性接面312以及至少一個選擇裝置314。在一些實施例中，選擇裝置314為電晶體。磁性接面312可包含磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200、 200'、200"、200'''及/或250中的一或多者。雖然針對每一磁性儲存單元310示出一個磁性接面312，但在其他實施例中，可針對每一磁性儲存單元而提供另一數目的磁性接面312。
因為磁性記憶體300使用磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200、200'、200"、200'''及/或250，所以效能可得以改良且磁性記憶體300可擴增至較高表面密度。特定言之，可使用較小磁性接面312而同時維持記憶體300的熱穩定性。
圖19為繪示了用於製造可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的方法400的例示性實施例的流程圖。方法400可因此用於製造磁性接面100、100'、100"100'''、100''''、100'''''、200、200'、200"、200'''及/或250中的一或多者。在磁性接面100的情形下描述方法400。然而，方法400可用於其他磁性接面。此外，方法400可併入至磁性記憶體的製造中。因此，方法400可用於製造STT-MRAM 300或其他磁性記憶體。方法400亦可包含提供選擇性的晶種層、選擇性的覆蓋層以及選擇性的限制層(未繪示)。為了簡單起見，可省略一些步驟。此外，可組合、以另一次序執行及/或交錯方法400的步驟。此外，雖然是在形成單一磁性接面的情形下描述方法400，但大體上多個磁性接面並列形成。
經由步驟402，提供與基板202形成非零角度的自由層110。步驟402可包含將所要材料以所要厚度沉積於自由層110上。步驟402可包含提供SAF或其他多層。在一些實施例中，步驟402可包含提供自由層110做為柱形結構。此柱形結構可形成 於下伏觸點上或可具有稍後在製造中形成於柱形結構的頂部上的觸點。在一些實施例中，在步驟402中形成的所述自由層可為環狀結構。
經由步驟404，提供非磁性層120。步驟404可包含沉積所需的非磁性材料，包含但不限於結晶MgO。其他處理亦可為步驟404的部分。舉例而言，可沉積金屬Mg，接著自然地或電漿氧化以形成結晶MgO阻障層。此外，在步驟404中可沉積所要厚度的材料。舉例而言，步驟404可包含提供結晶MgO，其足夠薄以便做為穿隧阻障。經由步驟406，提供參考層130。步驟406可包含將所要材料以所要厚度沉積於參考層130上。此外，步驟406可包含提供SAF。在一些實施例中，可藉由將參考層130形成為環狀結構來執行步驟406。在其他實施例中，參考層130可位於正形成的磁性接面的中心處。在一些此類實施例中，步驟406可在步驟402及404之前執行。
經由步驟408，可接著完成磁性接面100的製造。舉例而言，若正形成的磁性接面為雙結構，則剩餘非磁性間隔物層以及參考層可在步驟408中形成。此外，可設定所述參考層的磁矩。 此外，可製造觸點以及記憶體的其他部分。
在一些實施例中，在步驟402中，可首先形成觸點且將自由層材料做為層沉積於所述觸點上。做為步驟404以及406的部分，亦沉積用於非磁性間隔物層120以及參考層130的材料。 稍後在製造中，可自所述觸點的頂部以及鄰近於所述觸點的區域 移除自由層材料、非磁性間隔物層材料以及參考層材料的部分。 因此，自由層110、非磁性間隔物層120以及參考層130可各自為形成於下伏層的表面上方的環狀結構。或者，可在渠溝中沉積自由層材料且移除所述渠溝的基底處的自由層材料的部分。類似地，可在所述渠溝的剩餘未填充部分中沉積非磁性間隔物層材料。亦移除所述渠溝的底部處的非磁性間隔物層材料的部分。可接著沉積參考層材料且移除所述渠溝的底部處的部分。最後，中心觸點(若存在)可填充渠溝。在此實施例中，可在提供所述自由層之前沉積外部觸點。然而，在此等方法中，移除所述渠溝的基底處的層的部分(大體上是在下一層的沉積之前移除)，以減小正形成的接面電流分流(shunting)或短路的可能性。
使用方法400，可製造磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200、200'、200"、200'''及/或250中的一或多者，以及磁性記憶體300。因此，可達成磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200、200'、200"、200'''、250及/或312的益處。
圖20為繪示了用於製造可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的方法420的例示性實施例的流程圖。更具體言之，方法420用於設定雙磁性接面中的參考層的磁化量的方向。方法420可因此用於製造磁性接面200'。因此在磁性接面200'的情形下描述方法420。然而，方法420可用於其他磁性接面。此外，方法420可併入至諸如STT-MRAM 300或其他磁性記憶體的磁性記憶 體的製造中。在一些實施例中，可組合、以另一次序執行及/或交錯方法420的步驟。在一些實施例中，僅當磁矩231'以及246處於反雙態(亦即，在單一方向上對準)下時執行方法420。然而，在其他實施例中，方法420可自沿著參考層230'及245的易磁化軸(easy axis)施加大的磁場以對準磁矩231'及246開始。
經由步驟422，垂直於需要限制磁矩231'及246的方向施加高磁場。所述高磁場足以沿著難磁化軸(hard axis)來對準磁矩231'及246。
經由步驟424，接著減弱磁場。所述磁場足夠慢地減小以使得磁矩231'可有時間回應於磁場而弛豫(relaxation)。因此，花費在減小步驟422中所施加的磁場上的時間大於或等於磁矩231'及246的時間常數。因此，磁矩231'及246形成剪式狀態(scissor state)。經由步驟426，最終移除磁場。磁矩231'以及246可接著弛豫至反雙態。因此，使用方法420，可將參考層230'及245設定至所要狀態。
圖21為繪示了用於製造可使用自旋轉移而切換的垂直磁性接面的方法450的例示性實施例的流程圖。方法450可因此用於製造磁性接面100、100'、100"、100'''、100''''、100'''''、200、200'、200"、200'''及/或250中的一或多者。圖22至圖24繪示了在使用方法450形成期間的垂直磁性接面500的一個實施例。為了清楚起見，圖22至圖24未按照比例繪製。在磁性接面550的情形下描述方法450。然而，方法450可用於其他磁性接面。此外， 方法450可併入於磁性記憶體的製造中。因此，方法450可用於製造STT-MRAM 300或其他磁性記憶體。方法450亦可包含提供選擇性的晶種層、選擇性的覆蓋層以及選擇性的限制層(未繪示)。為了簡單起見，可省略一些步驟。此外，可組合、以另一次序執行及/或交錯方法450的步驟。此外，雖然是在形成單一磁性接面的情形下描述方法450，但大體上多個磁性接面並列形成。亦在提供具有中心自由層的磁性接面的情形下描述方法450。然而，在其他實施例中，方法450可經調整以提供未位於中心處的自由層。此外，在製造具有CPP電流的磁性接面的情形下描述方法450。然而，方法450可用於利用CIP電流的磁性接面。
經由步驟452，沉積接觸層。經由步驟454，由所述接觸層形成用於磁性接面的接觸柱。在一些實施例中，在步驟452中沉積可經反應性離子蝕刻(reactive ion etch)的導電材料(諸如，TiN及/或W)的全膜(full film)。接著提供覆蓋待形成觸點的區域的罩幕且(例如)使用反應性離子蝕刻而移除所述接觸層的暴露部分。在其他實施例中，可在待形成觸點的區域中提供具有孔隙(aperture)的罩幕。沉積導電材料，且移除所述罩幕。因此，中心觸點得以形成。圖22繪示了執行步驟452及454之後的磁性接面500。因此，TiN觸點504已形成於基板502上。在所示的實施例中，基板502可簡單地為先前製造的另一層。此外，亦示出導體503。導體503可為用以提供對觸點504的電連接的線。
經由步驟456，沉積自由層材料。步驟456可包含沉積多 個層以用於多層自由層。在一些實施例中，CoFeB可用於所述自由層。可使用成角度離子束沉積(angled ion beam deposition)或濺鍍來執行所述沉積。
經由步驟458，沉積非磁性間隔物層材料。此外，步驟458可包含製造具有所要定向的結晶MgO阻障層。在一些實施例中，可濺鍍所述MgO阻障層。
經由步驟460，沉積參考層材料。步驟460可包含沉積多個層以用於多層參考層。在一些實施例中，CoFeB可用於所述參考層。圖23繪示了在執行了步驟460之後的磁性接面500。因此，示出了自由層510、非磁性間隔物層520以及參考層530材料。
經由步驟462，接著界定磁性接面500。步驟462包含自所述柱形觸點的頂表面移除所述自由層、所述非磁性間隔物層以及所述參考層材料的部分。此外，自鄰近於所述柱形觸點的區域移除此等材料。在一些實施例中，使用優先自平坦(水平)表面移除此等材料的技術來執行步驟462。舉例而言，可使用在實質上垂直於基板502的表面的方向上進行的離子研磨(ion mill)。或者，可使用反應性離子蝕刻。因此，磁性接面500得以界定。圖24繪示了在執行了步驟462之後的磁性接面500。因此，已形成自由層510'、非磁性間隔物層520'以及參考層530'。應注意，下伏導體503僅接觸中心觸點504以及相鄰層510'。
經由步驟464，在磁性接面500的所要區域之上提供絕緣體。步驟464可包含沉積諸如SiO2、SiN、SiO或鋁氧化物的絕緣 體。此外，可移除所述絕緣體不需要的部分。在步驟464中提供的所述絕緣體可防止磁性接面500的短路，且防止由待形成的外部觸點引起的對自由層510'的接觸。圖25繪示了執行步驟464之後的磁性接面500。因此，示出了絕緣體542、544以及540。在一些實施例中，絕緣體542、544及540全部由相同層形成。
經由步驟466，接著形成外部觸點。步驟466可包含全膜沉積導電層以及移除所述層的所選擇的部分。圖26繪示了在執行了步驟466之後的磁性接面500。因此，已形成導體550。如在圖2中可見，電流可經由層510'、520'及530'在觸點504與550之間流動。
已描述用於提供垂直磁性接面的方法及系統以及使用所述磁性接面的記憶體。已根據所示的例示性實施例描述了所述方法及系統，且一般熟習此項技術者將容易認識到可存在對實施例的變化，且任何變化將在所述方法及系統的精神及範疇內。因此，可由一般熟習此項技術者進行許多修改，而不偏離隨附申請專利範圍的精神及範疇。
100‧‧‧磁性接面
102‧‧‧基板
110‧‧‧自由層
111‧‧‧磁矩
120‧‧‧非磁性間隔物層
130‧‧‧受限制層或參考層
131‧‧‧磁矩
h‧‧‧高度

Claims (10)

  1. 一種磁性接面，用於磁性裝置中且位於基板上，所述磁性接面包括：參考層；非磁性間隔物層；以及自由層，所述非磁性間隔物層位於所述自由層與所述參考層之間，所述自由層、所述非磁性間隔物層以及所述參考層與所述基板形成至少一個非零角度；其中所述磁性接面經組態以提供自旋轉移力矩，使得在寫入電流穿過所述磁性接面時所述自由層可在多個穩定磁性狀態之間切換。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述非零角度大於四十五度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述自由層、所述非磁性間隔物層以及所述參考層垂直於所述基板。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的磁性接面，其中所述非磁性間隔物層垂直於所述基板。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述自由層為具有軸以及垂直於所述基板的多個側壁的柱。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的磁性接面，其中所述非磁性間隔物層鄰近於所述多個側壁。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的磁性接面，其中所述磁性 接面具有圓形橫截面。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的磁性接面，其中所述磁性接面具有選自圓形、橢圓形、正方形以及矩形的橫截面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述參考層為合成反鐵磁性層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述自由層為合成反鐵磁性層。
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