TWI710150B - 具延長之自由層的磁性接面及提供其的方法及磁性記憶體 - Google Patents

具延長之自由層的磁性接面及提供其的方法及磁性記憶體 Download PDF

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Abstract

本發明描述一種可在磁性裝置中使用的磁性接面。所述磁性接面具有自由層、參考層以及在參考層與自由層之間的非磁性分隔層。當寫入電流通過所述磁性接面時，所述自由層在穩定磁性狀態之間是可切換的。所述自由層具有在第一方向上的長度、在垂直於所述第一方向的第二方向上的寬度、交換剛度以及等於所述長度除以所述寬度的縱橫比。所述縱橫比大於一。所述交換剛度不小於2×10-6 erg/cm。

Description

具延長之自由層的磁性接面及提供其的方法及磁性記憶體
根據本發明概念的實施例的一或多個態樣是關於一種磁性接面，且更特定而言，是關於一種可在磁性裝置中使用的磁性接面。
歸因於磁性記憶體（尤其磁性隨機存取記憶體（magnetic random access memories；MRAM））在操作期間的高讀取/寫入速度、極好的耐久性、非揮發性以及低功率消耗的可能性，其已吸引越來越多的關注。MRAM可利用磁性材料作為資訊記錄媒體來儲存資訊。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利用至少部分地由驅動通過磁性接面的電流寫入的磁性接面。驅動通過磁性接面的自旋極化電流對磁性接面中的磁矩施加自旋力矩。結果，具有回應於自旋力矩的磁矩的層可切換至所要狀態。
舉例而言，習知磁性穿隧接面（magnetic tunneling junction；MTJ）可用於習知STT-MRAM中。習知MTJ包含習知釘紮層或參考層、習知自由層以及在習知參考層與自由層之間的習知穿隧障壁層。習知MTJ可包含習知反鐵磁（antiferromagnetic；AFM）層。
習知參考層以及習知自由層是磁性的。習知參考層的磁化被固定或釘紮在特定方向上。習知自由層具有可改變磁化。習知自由層可為單層，或包含多個層。參考層以及自由層可使其磁化垂直於層平面（垂直於平面）或在層平面中（平面內）而定向。
為了切換習知自由層的磁矩，電流在電流垂直於平面（current-perpendicular-to-plane；CPP）方向上驅動通過習知MTJ。此電流由參考層自旋極化當足量電流在CPP組態中驅動通過習知磁性接面時，自由層的磁矩可切換成與參考層磁矩平行或反向平行。磁性組態的差異對應於習知MTJ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」）。
因為磁性記憶體可供用於多種應用中，所以對磁性記憶體的研究持續進行。需要用於改良STT-RAM的效能的機構。舉例而言，需要在平衡時（在不被寫入時）熱穩定且可在相對適中的寫入電流下被程式化的磁性接面。此外，足夠高的磁阻適用於讀取磁性接面的狀態。需要保留此等特徵以用於較小磁性接面尺寸以及較高面積密度記憶體。因此，需要可改良基於自旋轉移力矩的記憶體的效能的方法以及系統。
本發明描述一種可在磁性裝置中使用的磁性接面。所述磁性接面具有自由層、參考層以及在參考層與自由層之間的非磁性（nonmagnetic；NM）分隔層。當寫入電流通過所述磁性接面時，所述自由層在穩定磁性狀態之間是可切換的。所述自由層具有在第一方向上的長度、在垂直於所述第一方向的第二方向上的寬度、交換剛度以及等於所述長度除以所述寬度的縱橫比。所述縱橫比大於一。所述交換剛度不小於2×10-6 erg/cm。
本發明描述一種磁性記憶體。所述磁性記憶體包括：多個磁性儲存單元，所述多個磁性儲存單元中的每一者包含至少一個磁性接面，所述至少一個磁性接面包含參考層、非磁性分隔層以及自由層，所述非磁性分隔層駐留在所述參考層與所述自由層之間，所述自由層具有在第一方向上的長度、在第二方向上的寬度、縱橫比以及交換剛度，所述縱橫比為所述長度除以所述寬度且大於一，所述交換剛度不小於2×10-6 erg/cm，所述磁性接面經組態以使得在寫入電流通過所述磁性接面時所述自由層在多個穩定磁性狀態之間是可切換的；多個位元線，其與所述多個磁性儲存單元耦接。
本發明描述一種提供磁性接面的方法。所述磁性接面駐留於基板上且使用於磁性裝置中。所述提供磁性接面的方法包括：提供參考層；提供非磁性分隔層；以及提供自由層，所述非磁性分隔層駐留在參考層與所述自由層之間，所述自由層具有在第一方向上的長度、在第二方向上的寬度、縱橫比以及交換剛度，所述縱橫比為所述長度除以所述寬度且大於一，所述交換剛度不小於2×10-6 erg/cm；其中所述磁性接面經組態以使得在寫入電流通過所述磁性接面時所述自由層在多個穩定磁性狀態之間是可切換的。
例示性實施例是關於可在磁性裝置（諸如，磁性記憶體）中使用的磁性接面，以及使用此類磁性接面的裝置。磁性記憶體可包含自旋轉移力矩磁性隨機存取記憶體（STT-MRAM）且可用於使用非揮發性記憶體的電子裝置中。此類電子裝置包含（但不限於）蜂巢式電話、智慧型電話、平板電腦、膝上型電腦以及其他攜帶型及非攜帶型計算裝置。呈現以下描述以使一般熟習此項技術者能夠製作並使用本發明，且在專利申請案以及其要求的上下文中提供以下描述。將易於顯而易見對本文中所描述的例示性實施例以及一般原理及特徵的各種修改。主要依據提供於特定實施中的特定方法以及系統描述例示性實施例。然而，所述方法以及系統將有效地操作於其他實施中。諸如「例示性實施例」、「一個實施例」以及「另一實施例」的片語可指相同或不同實施例，亦可指多個實施例。將關於具有某些組件的系統及/或裝置來描述實施例。然而，系統及/或裝置可包含比所繪示的彼等組件更多或更少的組件，且在不脫離本發明的範疇的情況下，可進行組件的配置以及類型的變化。亦將在具有某些步驟的特定方法的上下文中描述例示性實施例。然而，對於具有不同及/或額外步驟、子步驟及/或按與例示性實施例不一致的不同次序的步驟的其他方法，所述方法以及系統仍有效地操作。因此，本發明並不意欲限於所示的實施例，而是應符合與本文中所描述的原理以及特徵一致的最廣泛範疇。
描述可在磁性裝置中使用的磁性接面以及用於提供磁性記憶體的方法。所述磁性接面具有自由層、參考層以及在參考層與自由層之間的非磁性分隔層。當寫入電流通過所述磁性接面時，所述自由層可在穩定磁性狀態之間切換。所述自由層具有在第一方向上的長度、在垂直於所述第一方向的第二方向上的寬度、交換剛度以及等於所述長度除以所述寬度的縱橫比。所述縱橫比大於一。所述交換剛度不小於2×10-6 erg/cm。
在特定方法、磁性接面以及具有某些組件的磁性記憶體的上下文中描述例示性實施例。一般熟習此項技術者將易於認識到，本發明與使用具有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以及磁性記憶體一致。亦在對自旋轉移現象、磁各向異性以及其他物理現象的當前理解的上下文中描述所述方法以及系統。因此，一般熟習此項技術者將易於認識到，所述方法以及系統的行為的理論解釋是基於對自旋轉移、磁各向異性以及其他物理現象的此當前理解而作出。然而，本文中所描述的方法以及系統並不取決於特定物理解釋。一般熟習此項技術者亦將易於認識到，在與基板具有特定關係的結構的上下文中描述所述方法以及系統。然而，一般熟習此項技術者將易於認識到，所述方法以及系統與其他結構一致。另外，在某些層為合成的及/或簡單的上下文中描述所述方法以及系統。然而，一般熟習此項技術者將易於認識到，所述層可具有另一結構。另外，在具有特定層的磁性接面的上下文中描述所述方法以及系統。然而，一般熟習此項技術者將易於認識到，亦可使用具有不與所述方法以及系統不一致的額外及/或不同層的磁性接面。此外，將某些組件描述為磁性的、鐵磁性的以及次鐵磁性的。如本文中所使用，術語磁性可包含鐵磁性、次鐵磁性或類似結構。如本文中所使用，「平面內（in-plane）」實質上屬於或平行於磁性接面的層中的一或多者的平面。相反，「垂直」以及「垂直於平面」對應於實質上垂直於磁性接面的層中的一或多者的方向。
圖1至圖2描繪可在磁性記憶體中使用的、可使用自旋轉移力矩來程式化且具有延長的自由層的磁性接面100的例示性實施例的側視圖以及平面圖。為清楚起見，圖1以及圖2並未按比例繪製。磁性接面100可在諸如STT-RAM的磁性裝置中且因此可在多種電子裝置中使用。
磁性接面100包含具有磁矩121的自由層120、非磁性分隔層130以及具有磁矩141的參考層140。亦繪示下伏基板101，其中可形成包含（但不限於）電晶體的裝置。磁性接面100亦可包含具有高自旋極化的可選極化增強層（polarization enhancement layer；PEL）132。舉例而言，極化增強層132可包含Fe及/或CoFe。亦繪示底部接點102、頂部接點104、可選晶種層110以及可選罩蓋層112。舉例而言，晶種層110可包含具有200定向的薄的結晶MgO晶種層。此MgO層可增強鄰近參考層140的垂直磁各向異性（perpendicular magnetic anisotropy；PMA）。類似地，罩蓋層112可包含用以增強鄰近自由層120的PMA的薄的結晶MgO層。在所繪示的實施例中，參考層140比自由層120更接近基板。磁性接面100因此為底部經釘紮的接面。儘管自由層120、非磁性分隔層130、極化增強層132以及參考層140繪示為與基板101有特定關係，但在其他實施例中，次序可為不同的。舉例而言，在另一實施例中，自離基板101最近至最遠，層可為自由層120、非磁性分隔層130、極化增強層132（若存在）以及參考層140。磁性接面100因此可為頂部經釘紮的磁性接面。在替代實施例中，磁性接面100可為包含額外參考層以及在自由層120與額外參考層（圖中未示）之間的非磁性分隔層的雙磁性接面。
可選釘紮層（圖中未示）可用於固定參考層140的磁化（圖中未示）。可選釘紮層可為藉由交換偏置相互作用（exchange-bias interaction）釘紮參考層140的磁化（圖中未示）的AFM層或多層。然而，在其他實施例中，可選釘紮層可被省略，或可使用另一結構。
包含（但不限於）具有高自旋極化的其他PEL、磁性或非磁性插入層及/或其他層的其他層可包含於磁性接面100的層中或被認為是可用於磁性接面100中的單獨層。然而，為簡單起見僅繪示一個此極化增強層132。磁性接面100經組態以使得自由層可使用通過磁性接面100的寫入電流在多個穩定磁性狀態之間切換。因此，自由層120可使用自旋轉移力矩來程式化。
非磁性分隔層130在參考層140與自由層120之間。非磁性分隔層130可為MgO穿隧障壁層。MgO層可為結晶的且具有200定向以用於增強的穿隧磁阻（tunneling magnetoresistance；TMR）。在其他實施例中，非磁性分隔層130可為不同穿隧障壁層，可為導電層或可具有另一結構。
參考層140為磁性的。參考層140可為多層。參考層140可為包含與非磁性層（諸如，Ru）交錯且包夾非磁性層的多個鐵磁性層的合成反鐵磁層。因此，參考層140亦可包含子層，子層包含（但不限於）多個鐵磁性層。具有高自旋極化的極化增強層132設置於參考層140最靠近非磁性分隔層130的部分處。在其他實施例中，可省略極化增強層132。
在所繪示的實施例中，參考層140的PMA能量超過其平面外去磁能量。參考層140因此具有高PMA。如本文中所使用，高PMA為使得PMA能量大於平面外去磁能量的PMA。因為參考層140具有高PMA，所以參考層140的磁矩141可垂直於平面（沿如所繪示的z方向-在圖1中所繪示的方向上或反向平行於圖1中所繪示的方向）。在此類實施例中，通常不使用釘紮層。舉例而言，參考層140可包含多層，多層包含Co/Pt雙層、CoPt合金、CoTb合金的多個重複及/或Co/Tb雙層的多個重複。此等組合可具有高PMA。類似地，參考層140可包含CoFeB、FeB、CoB、Fe、Co2 FeAl、Co2 FeAlSi、Co2 MnSi以及MnAl中的一或多者，其可具有高PMA。應注意，如本文中所使用，CoFeB、FeB、CoB以及MnAl表示未指示化學計量的合金。舉例而言，CoFeB可包含(CoFe)1-x Bx ，其中x大於或等於零且小於或等於0.5。舉例而言，x可至少為0.2且不超過0.4。類似地，FeB可為Fe1-x Bx ，其中x大於或等於零且小於或等於0.5。具有高PMA的其他材料及/或結構對於參考層140是可能的。在其他實施例中，參考層140的磁矩141可為平面內的。
在所繪示的實施例中，參考層140無需為延長的。參考層140的長度lr 實質上與寬度wr 相同（wr ≈ lr ）。因此，參考層的縱橫比可近似或等於一。如本文中所使用，縱橫比為平面內的，且等於平面內的一個尺寸除以另一尺寸（例如，長度除以寬度）。在其他實施例中，參考層可為延長的。舉例而言，參考層140可在與自由層120相同的方向上延長（lr ＞ wr ）。替代地，參考層140可在不同方向上延長（lr ＜ wr ）。另外，參考層140繪示為長於且寬於自由層120（lr ＞ l，wr ＞ w）。在其他實施例中，參考層140可具有與自由層120相同的尺寸、比自由層120窄及/或不與自由層120一樣長。
自由層120為磁性的，且在磁性接面100在靜態狀態中時具有超過平面外去磁能量的PMA能量。換言之，當無寫入電流施加至磁性接面100時，PMA能量大於平面外去磁能量。自由層120因此具有高PMA。自由層120的磁矩121可如圖1中所繪示垂直於平面而定向（在+z或-z方向上）。磁性接面亦經組態以使得可使用驅動通過磁性接面的寫入電流（例如，使用自旋轉移）切換自由層120的磁矩121。
自由層120以及磁性接面100適合用於較高密度磁性記憶體應用。為了用於此類應用中，自由層120具有較小尺寸且在平衡時熱穩定。當磁性接面100為靜態（不被寫入）時，平衡發生。此外，自由層120的寬度w不超過二十奈米。在一些實施例中，w不超過十六奈米。
為了在磁性接面100為靜態時使自由層120熱穩定，自由層120的熱穩定性常數Δ可至少為一百（Δ≥ 100）。在其他實施例中，熱穩定性的所要Δ可為不同的。Δ由Ku V/kb t給定，其中Ku 為磁各向異性密度，kb 為波次曼（Boltzman）常數，T為克耳文（Kelvin）溫度，且V為自由層120的體積。因此，Δ ~ Ku tA，其中A為自由層120的佔據區的面積（在x-y平面中），且t為厚度。應注意，面積可近似wl，其中w以及l分別為自由層120的寬度以及長度。在一些實施例中，自由層120的厚度t需要保持相對較低。舉例而言，t可不超過三奈米。在一些實施例中，t不超過二奈米。在一些此類實施例中，t至少為1.5奈米。因此，Δ ~ (Ku t)wl，其中針對給定厚度的自由層120，Ku t實質上恆定。如上文所論述，自由層120的寬度w可能需要小於或等於二十奈米。然而，長度l可在選擇所要值上具有一些自由度。因此，可藉由延長自由層而增加自由層120的Δ值。換言之，為達成經改良熱穩定性，自由層120可具有大於一的縱橫比（aspect ratio；AR）。在一些實施例中，自由層120的AR至少為二。在一些此類實施例中，縱橫比大於二。應注意，對於同一Δ，臨界電流（將磁性接面程式化所需的寫入電流）可獨立於自由層長度l。因此，可增加自由層120的AR以便改良自由層120的熱穩定性而不增加所需寫入電流。
若僅增加自由層120的縱橫比，則磁性接面100的切換可能變得不均勻。更具體言之，在某一尺寸（在本文中被稱為「臨界尺寸（critical size）」）下，自由層120的切換不再均勻。在此方案中，Δ可能不再遵循上文所描述的關係式（Δ ~ Ku t）。為了解決此問題，可組態交換剛度Aex 。因此，除了具有大於一的縱橫比以外，自由層120的Aex 亦可增加以實現在較小尺寸以及較高記憶體密度下的所要熱穩定性以及操作。
交換剛度Aex 取決於各種因素，包含對用於自由層120的材料的選擇。一些磁性材料具有高的交換剛度。如本文中所使用，高的交換剛度至少為2×10-6 erg/cm。舉例而言，元素Fe、元素Co、SmCo5 、MnGe、Co2 FeSi、Co2 MnSi、Fex Co1-x （其中x至少為0.5且小於0.65（且可為0.53或0.63））可具有足夠高的交換剛度。可能需要飽和度降低的磁化材料（諸如，MnGe）來減少平面外去磁能量。因此，此等材料中的一或多者可用於自由層120中。舉例而言，自由層120可為包含高交換剛度材料（諸如，上文所提及的彼等高交換剛度材料）的至少一個層的多層。在其他實施例中，自由層120可由高交換剛度材料的一或多個層組成。如本文中所使用，「高交換剛度自由層（high exchange stiffness free layer）」為交換剛度至少為2×10-6 erg/cm且包含交換剛度至少為2×10-6 erg/cm的一或多個層（或由所述一或多個層組成）的自由層。另外，高交換剛度層的界面需要平滑。較平滑的界面傾向於增加交換剛度。
高交換剛度層亦需要不含磁性雜質，諸如玻璃促進（glass-promoting）組份。通常用於自由層中的一種此組份為B。因此，若高交換剛度層包含玻璃促進組份（諸如，所沈積的B），則需要後續處理來移除大部分或所有玻璃促進組份。需要在所沈積的自由層120中使用此玻璃促進組份以用於改良TMR及/或用於其他目的。
交換剛度亦隨厚度（t）增加。因此，高交換剛度層可為約二奈米。在一些實施例中，高交換剛度層可為約1.8 nm。在此類實施例中，自由層120可由高交換剛度層組成。亦應注意，磁性接面100的RA可需要為適中的，例如，小於約三十歐姆/微米2 。然而，在其他實施例中，其他範圍的RA是可能的。
可參看圖3A以及圖3B理解交換剛度以及縱橫比的選擇。圖3A以及圖3B描繪自由層120的尺寸、熱穩定性、縱橫比以及交換剛度之間的關係的例示性實施例。圖3A描繪針對各種交換剛度的臨界尺寸對縱橫比。如在圖3A中可見，針對特定臨界尺寸，隨著交換剛度增加，所允許的縱橫比增加。如上文所論述，自由層120的寬度通常需要超過臨界尺寸。因此，針對任何縱橫比，較高交換剛度在減少自由層120的寬度同時增加縱橫比方面允許較大自由度。圖3B描繪針對各種縱橫比的特定（所要）Δ的Ku t（以及因此Δ）對自由層120的寬度。如在圖3B中可見，針對特定寬度，增加的縱橫比給出較高的Ku t。因此，針對較高縱橫比，Δ更易於維持在熱穩定性的所要值。由此，可需要增加的縱橫比以及交換剛度。
因此，對於較小尺寸下的熱穩定性，自由層120需要具有大於一的縱橫比以及不小於2×10-6 erg/cm的交換剛度。在一些實施例中，縱橫比至少為二。在一些此類實施例中，縱橫比至少為三。因為縱橫比大於一，所以自由層120被稱為延長的縱橫比。自由層120的交換剛度至少為2×10-6 erg/cm。在一些實施例中，交換剛度至少為3×10-6 erg/cm。自由層120可因此在較小尺寸下具有為至少一百的Δ。因此，寬度w可不超過二十奈米，且厚度t可不超過三奈米。在一些此類實施例中，t不超過二奈米。在此類小的寬度以及厚度下，針對上文所描述的縱橫比以及交換剛度，自由層120可為熱穩定的。
在操作中，自由層120具有高PMA。歸因於上文所描述的縱橫比以及交換剛度，自由層120的Δ對於熱穩定性可足夠高。舉例而言，Δ可為至少一百。因此，自由層120為磁性穩定的，其中在磁性接面100為靜態（不被讀取或程式化）時，自由層120的磁矩垂直於平面。自由層120可由在CPP方向上（亦即，沿z軸）驅動的寫入電流程式化。取決於電流的方向，自由層磁矩121可平行或反向平行於參考層140的磁矩141。如上文所論述，自由層120的縱橫比大於一可能不會不利地影響切換電流。因此，磁性接面100可經由自旋轉移力矩被程式化。
在較小尺寸及/或較高記憶體密度下，磁性接面100可具有經改良效能。自由層120以及參考層140可使其磁矩垂直於平面而定向，此對於達成經改良效能可為需要的。因為高PMA、縱橫比以及交換剛度，所以在磁性接面100為靜態時，自由層120為熱穩定的。即使自由層120的寬度可能小於20奈米，此結論亦為正確的。結果，磁性接面100可用於較高記憶體密度應用中。因此，磁性接面100以及使用磁性接面100的磁性記憶體的效能可被改良。
圖4至圖5描繪可使用自旋轉移來程式化且具有延長的自由層的磁性接面100'的例示性實施例的側視圖以及透視圖。為清楚起見，圖4至圖5並未按比例繪製。磁性接面100'可在諸如STT-RAM的磁性裝置中且因此可在多種電子裝置中使用。磁性接面100'類似於磁性接面100。結果，類似組件具有類似標籤。磁性接面100'包含具有磁矩121的延長的自由層120、非磁性分隔層130'以及具有磁矩141的參考層140'，其分別類似於圖1中所描繪的具有磁矩121的自由層120、非磁性分隔層130以及具有磁矩141的參考層140。亦繪示可選晶種層110、可選罩蓋層112以及可選極化增強層132。儘管未繪示，但可包含類似於圖1中所繪示的基板101、底部接點102以及頂部接點104的下伏基板、底部接點以及頂部接點。另外，可存在一或多個額外PEL（圖中未示）。另外，儘管看似自由層120將最接近基板（圖1中未繪示）且參考層140離基板最遠，但其他關係可是可能的。舉例而言，參考層140可最接近基板且自由層120可離基板最遠。
在圖4至圖5中所繪示的實施例中，自由層120具有類似於上文針對自由層120描述的彼等縱橫比、厚度、寬度、長度以及交換剛度的縱橫比、厚度、寬度、長度以及交換剛度。參考層140'、非磁性分隔層130'以及可選極化增強層132'亦可具有如上文所描述的相同結構以及功能。在所繪示的實施例中，此等層共用自由層120的佔據區。舉例而言，參考層140'可具有與自由層120相同的寬度以及長度。因此，參考層140'為延長的參考層。在一些實施例中，參考層140'以及非磁性分隔層130'兩者共用自由層120的佔據區。在磁性接面100'中，非磁性分隔層130'、極化增強層132'及/或參考層140'的任何組合具有與自由層120相同的縱橫比以及尺寸。換言之，磁性接面100'共用自由層120的縱橫比。因此，可使用同一遮罩以及離子研磨製程來一起界定自由層120、非磁性分隔層130'、極化增強層132'以及參考層140'的邊緣。
磁性接面100'共用磁性接面100的益處。因為自由層120為延長的（縱橫比大於一）且具有高交換剛度（至少為2×10-6 erg/cm），所以在磁性接面100'不被寫入時且針對磁性接面100'的較小尺寸，自由層120可為熱穩定的。因此，磁性接面100'可用於具有較高面積密度的磁性記憶體中且用於較小尺寸應用。此外，單一遮罩製程可用於界定所有自由層120、非磁性分隔層130以及參考層140的邊緣。因此，磁性接面100'的製造亦可被簡化。
圖6描繪可使用自旋轉移來程式化且具有延長的自由層的磁性接面100''的例示性實施例的平面圖。為清楚起見，圖6並未按比例繪製。磁性接面100''可在諸如STT-RAM的磁性裝置中且因此可在多種電子裝置中使用。磁性接面100''類似於磁性接面100及/或磁性接面100'。結果，類似組件具有類似標籤。然而，因為描繪平面圖，所以僅繪示自由層120'。
自由層120'為延長的，且具有高交換剛度，如上文所描述。自由層120具有類似於上文針對自由層120描述的彼等縱橫比、厚度、寬度、長度以及交換剛度的縱橫比、厚度、寬度、長度以及交換剛度。其餘層（圖中未示）可類似於針對磁性接面100及/或100'描繪的彼等層。然而，在所繪示的實施例中，x-y平面中的自由層120'的佔據區並非橢圓形。在所繪示的實施例中，自由層120'具有通常為矩形形狀的佔據區。磁性接面100''的其餘層可具有相同或不同的縱橫比以及形狀。在其他實施例中，自由層120'的佔據區可具有不同形狀。然而，需要維持上文所描述的縱橫比以及交換剛度。
磁性接面100''共用磁性接面100的益處。因為自由層120'為延長的（縱橫比大於一）且具有高交換剛度（至少為2×10-6 erg/cm），所以在磁性接面100''不被寫入時且針對磁性接面100''的較小尺寸，自由層120'可為熱穩定的。因此，磁性接面100''可用於具有較高面積密度的磁性記憶體中且用於較小尺寸應用。
圖7描繪包含延長的自由層的可在可使用自旋轉移力矩來程式化的磁性記憶體中使用的磁性接面150的另一例示性實施例。為清楚起見，圖7並未按比例繪製。磁性接面150可在諸如STT-RAM的磁性裝置中且因此可在多種電子裝置中使用。磁性接面150類似於磁性接面100、磁性接面100'及/或磁性接面100''。結果，類似組件具有類似標籤。磁性接面150包含具有磁矩171的延長的自由層170、非磁性分隔層172以及具有磁矩181的參考層180，其分別類似於圖1至圖2、圖4至圖5以及圖6中所描繪的具有磁矩121的自由層120/120'、非磁性分隔層130以及具有磁矩141的參考層140。磁性接面150亦包含額外參考層160以及額外非磁性分隔層164。非磁性分隔層164以及非磁性分隔層172中的一者或兩者可為絕緣穿隧障壁層。亦繪示可選晶種層154、可選罩蓋層156以及可選極化增強層162以及182。儘管未繪示，但可包含類似於圖1中所繪示的基板101、底部接點102以及頂部接點104的下伏基板、底部接點以及頂部接點。另外，可存在一或多個額外PEL（圖中未示）。磁性接面150因此為雙磁性接面。
自由層170可具有自由層120及/或自由層120'的交換剛度以及縱橫比。另外，磁性接面150為雙磁性接面。儘管繪示為在雙狀態（磁矩181反向平行於磁矩161）中，但在其他實施例中，磁性接面150可在反雙狀態中（磁矩161與磁矩181平行）。
因此，磁性接面150共用磁性接面100、磁性接面100'及/或磁性接面100''的益處。因為自由層170具有如上文所描述的縱橫比以及交換剛度，所以自由層170在較小尺寸下可為熱穩定的。因此，磁性接面100''可用於具有較高面積密度的磁性記憶體中且用於較小尺寸應用。
圖8描繪用於製造包含延長的自由層且可在諸如STT-RAM的磁性裝置中且因此可在多種電子裝置中使用的磁性接面的方法200的例示性實施例。為簡單起見，一些步驟可被省略、按另一次序執行、包含子步驟及/或被組合。此外，方法200可在形成磁性記憶體的其他步驟已執行之後開始。為簡單起見，在磁性接面100以及磁性接面150的上下文中描述方法200。然而，可形成其他磁性接面，包含（但不限於）磁性接面100'及/或磁性接面100''。
經由步驟202提供參考層140/160，參考層140/160可使其PMA超出其平面外去磁能量。在一些實施例中，步驟202可包含提供諸如SAF的多層、高PMA多層及/或另一多層。
經由步驟204提供非磁性分隔層130/164。步驟204可包含沈積形成穿隧障壁層的MgO。在一些實施例中，步驟204可包含使用（例如）射頻（radio frequency；RF）濺鍍來沈積MgO。在其他實施例中，金屬Mg可被沈積，隨後在步驟204中被氧化。
經由步驟206提供自由層120/170。非磁性分隔層130/164在參考層140/160與自由層120/170之間。在平衡時（在磁性接面100為靜態時），自由層120/170的PMA能量可大於其去磁能量。因此，磁矩121/171可垂直於平面。另外，自由層120/170具有不小於2×10-6 erg/cm的高交換剛度以及大於一的縱橫比。在一些實施例中，縱橫比可至少為二。在一些實施例中，交換剛度可至少為3×10-6 erg/cm。為了獲得高交換剛度，在步驟206中製造自由層120/170可包含組態處理條件以使交換剛度最佳化。舉例而言，可選擇在濺鍍自由層120/170的膜時所使用的氣體的壓力以增大交換剛度。製造自由層120/170可包含用以增大晶格密度、降低界面粗糙度及/或確保自自由層120/170移除非磁性玻璃促進組份（諸如，B）的步驟。另外，作為步驟206的部分，可設定自由層120/170的縱橫比。因此，在步驟208中形成的自由層120/170可為延長的。
步驟206可包含測試自由層120/170及/或磁性接面100/150以便判定交換剛度足夠高。步驟206的此部分可稍後在製造時（例如，在磁性接面100/150已完成製造之後）發生。舉例而言，可在非圓形經圖案化塊（bit）上使用鐵磁共振（ferromagnetic resonance；FMR）以直接地判定自由層120/170。亦可間接量測交換剛度，諸如量測居里（Curie）溫度（Tc ）。因此，步驟206可包含確保自由層120/170不僅具有所要縱橫比，且亦具有所要交換剛度。
可視情況經由步驟208提供額外非磁性分隔層172。步驟208可包含沈積形成穿隧障壁層的MgO。在一些實施例中，步驟208可包含使用（例如）射頻（RF）濺鍍來沈積MgO。在其他實施例中，金屬Mg可被沈積，隨後在步驟208中被氧化。對於磁性接面100，可省略步驟208。
可視情況經由步驟210提供額外參考層180，額外參考層可使其PMA超出其平面外去磁能量。非磁性分隔層172在參考層180與自由層170之間。在一些實施例中，步驟210可包含提供諸如SAF的多層、高PMA多層及/或另一多層。
在一些實施例中，在步驟204之前執行步驟206，且在步驟202之前執行步驟204。然而，其他次序是可能的。舉例而言，步驟的次序可為如所繪示的步驟202、步驟204、步驟206、步驟208（若執行）以及步驟210（若執行）。
可完成磁性接面100/150的製造。此完成可包含與其餘步驟交錯的子步驟。舉例而言，完成磁性接面100/150可包含提供一或多個PEL。亦可在製造期間進行一或多次退火。另外，可界定磁性接面100/150的邊緣。至少自由層120/170具有大於一的縱橫比。在一些實施例中，磁性接面100/150的較多（或所有）層具有大於一的縱橫比。舉例而言，可在磁性接面100/150的層的堆疊上提供遮罩。遮罩覆蓋待形成為磁性接面100的區，且在磁性接面之間的區上方具有孔隙。遮罩具有延長的形狀，諸如圖2、圖5以及圖6中所繪示的橢圓形或矩形。可隨後執行離子研磨。磁性接面之間的區可被再填充及/或為形成的其他結構。因此，完成製造具有延長的自由層120/170的磁性接面。
可使用方法200來形成磁性接面100、磁性接面100'、磁性接面100''及/或磁性接面150。因此，可達成磁性接面100、磁性接面100'、磁性接面100''及/或磁性接面150的益處。
圖9描繪可使用磁性接面100、磁性接面100'、磁性接面100''及/或磁性接面150中的一或多者的記憶體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302及306以及字線選擇驅動器304。應注意，可提供其他及/或不同組件。記憶體300的儲存區包含磁性儲存單元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可為本文中所揭露的磁性接面100、磁性接面100'、磁性接面100''及/或磁性接面150中的一者。儘管每個單元310繪示一個磁性接面312，但在其他實施例中，可每個單元提供另一數目個磁性接面312。由此，磁性記憶體300可享有上文所描述的益處。
已描述用於提供磁性接面以及使用磁性接面製造的記憶體的方法以及系統。已根據所繪示的例示性實施例描述所述方法以及系統，且一般熟習此項技術者將易於認識到，所述實施例可存在變化，且任何變化將在所述方法以及系統的精神以及範疇內。因此，在不脫離所附申請專利範圍的精神以及範疇的情況下，一般熟習此項技術者可作出許多修改。
100、100'、100''、150、312‧‧‧磁性接面 101‧‧‧基板 102‧‧‧底部接點 104‧‧‧頂部接點 110、154‧‧‧晶種層 112、156‧‧‧罩蓋層 120、120'、170‧‧‧自由層 121、141、161、171、181‧‧‧磁矩 130、130'、164、172‧‧‧非磁性分隔層 132、132'、162‧‧‧極化增強層 140、140'、160、180‧‧‧參考層 200‧‧‧方法 202、204、206、208、210‧‧‧步驟 300‧‧‧磁性記憶體 302、306‧‧‧讀取/寫入行選擇驅動器 304‧‧‧字線選擇驅動器 310‧‧‧單元 314‧‧‧選擇裝置 l、lr‧‧‧長度 t‧‧‧厚度 w、wr‧‧‧寬度
圖1至圖2描繪包含可使用自旋轉移來程式化且具有延長的自由層的磁性接面的磁性裝置的例示性實施例的側視圖以及平面圖。 圖3A至圖3B描繪尺寸、熱穩定性、縱橫比以及交換剛度之間的關係的例示性實施例。 圖4至圖5描繪可使用自旋轉移來程式化且具有延長的自由層的磁性接面的例示性實施例的側視圖以及透視圖。 圖6描繪包含可使用自旋轉移來程式化且具有延長的自由層的磁性接面的磁性裝置的例示性實施例的平面圖。 圖7描繪可使用自旋轉移來程式化且具有延長的自由層的磁性接面的例示性實施例的側視圖。 圖8為描繪用於提供可使用自旋轉移力矩來程式化且具有延長的自由層的磁性記憶體的方法的例示性實施例的流程圖。 圖9描繪包含可使用自旋轉移來程式化且具有延長的自由層的磁性接面的磁性裝置的另一例示性實施例。
100‧‧‧磁性接面
101‧‧‧基板
102‧‧‧底部接點
104‧‧‧頂部接點
110‧‧‧晶種層
112‧‧‧罩蓋層
120‧‧‧自由層
121、141‧‧‧磁矩
130‧‧‧非磁性分隔層
132‧‧‧極化增強層
140‧‧‧參考層
t‧‧‧厚度

Claims (19)

  1. 一種磁性接面，其駐留於基板上且使用於磁性裝置中，其包括： 參考層； 非磁性分隔層；以及 自由層，所述非磁性分隔層駐留在所述參考層與所述自由層之間，所述自由層具有在第一方向上的長度、在第二方向上的寬度、縱橫比以及交換剛度，所述縱橫比為所述長度除以所述寬度且大於一，所述交換剛度不小於2×10-6 erg/cm； 其中所述磁性接面經組態以使得在寫入電流通過所述磁性接面時所述自由層在多個穩定磁性狀態之間是可切換的。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述交換剛度至少為3×10-6 erg/cm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述自由層具有實質上垂直於所述長度以及所述寬度的厚度，所述厚度至少為1.5奈米且不超過二奈米。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述自由層實質上不含玻璃成形劑。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述寬度不超過二十奈米。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的磁性接面，其中所述寬度不超過十六奈米。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述自由層包含Fe、Co、SmCo5 、MnGe、Co2 FeSi、Co2 MnSi、Fex Co1-x 中的至少一者，其中x至少為0.5且小於0.65。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述縱橫比至少為二。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述自由層具有橢圓形佔據區。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述參考層以及所述非磁性分隔層具有所述縱橫比。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其中所述自由層具有為至少一百的熱穩定性因數。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的磁性接面，其進一步包含： 額外非磁性分隔層，所述自由層在所述非磁性分隔層與所述額外非磁性分隔層之間；以及 額外參考層，所述額外非磁性分隔層在所述自由層與所述額外參考層之間。
  13. 一種磁性記憶體，其包括： 多個磁性儲存單元，所述多個磁性儲存單元中的每一者包含至少一個磁性接面，所述至少一個磁性接面包含參考層、非磁性分隔層以及自由層，所述非磁性分隔層駐留在所述參考層與所述自由層之間，所述自由層具有在第一方向上的長度、在第二方向上的寬度、縱橫比以及交換剛度，所述縱橫比為所述長度除以所述寬度且大於一，所述交換剛度不小於2×10-6 erg/cm，所述磁性接面經組態以使得在寫入電流通過所述磁性接面時所述自由層在多個穩定磁性狀態之間是可切換的； 多個位元線，其與所述多個磁性儲存單元耦接。
  14. 一種提供磁性接面的方法，所述磁性接面駐留於基板上且使用於磁性裝置中，所述提供磁性接面的方法包括： 提供參考層； 提供非磁性分隔層；以及 提供自由層，所述非磁性分隔層駐留在參考層與所述自由層之間，所述自由層具有在第一方向上的長度、在第二方向上的寬度、縱橫比以及交換剛度，所述縱橫比為所述長度除以所述寬度且大於一，所述交換剛度不小於2×10-6 erg/cm； 其中所述磁性接面經組態以使得在寫入電流通過所述磁性接面時所述自由層在多個穩定磁性狀態之間是可切換的。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的提供磁性接面的方法，其中所述交換剛度至少為3×10-6 erg/cm。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的提供磁性接面的方法，其中所述寬度不超過二十奈米。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的提供磁性接面的方法，其中所述縱橫比至少為二。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的提供磁性接面的方法，其中所述自由層具有橢圓形佔據區。
  19. 如申請專利範圍第14項所述的提供磁性接面的方法，其中所述參考層以及所述非磁性分隔層具有所述縱橫比。
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Families Citing this family (7)

* 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
CN117479817A (zh) * 2017-10-16 2024-01-30 Tdk株式会社 隧道磁阻效应元件、磁存储器及内置型存储器
US11009570B2 (en) 2018-11-16 2021-05-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Hybrid oxide/metal cap layer for boron-free free layer
US11127896B2 (en) * 2019-01-18 2021-09-21 Everspin Technologies, Inc. Shared spin-orbit-torque write line in a spin-orbit-torque MRAM
WO2020150451A1 (en) 2019-01-18 2020-07-23 Everspin Technologies, Inc. Magnetoresistive stack/structure and methods therefor
CN113809117B (zh) * 2020-06-16 2023-12-22 联华电子股份有限公司 半导体元件及其制作方法

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
US9129690B2 (en) * 2012-07-20 2015-09-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing magnetic junctions having improved characteristics

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
US9129690B2 (en) * 2012-07-20 2015-09-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and system for providing magnetic junctions having improved characteristics

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