KR20150108793A

KR20150108793A - Method for providing a magnetic junction and a magnetic memory on a substrate usable in a magnetic deviceand the magnetic junction

Info

Publication number: KR20150108793A
Application number: KR1020150037528A
Authority: KR
Inventors: 더스틴 윌리암 에릭슨; 이장은; 슈에티 탕
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: TWI644460B; JP6548415B2; KR102144660B1; DE102015103968A1; TW201603340A; CN104934529A; JP2015179844A; CN104934529B; DE102015103968B4

Abstract

자기 장치에 사용할 수 있는 자기 접합 및 자기 메모리를 기판 상에 제공하는 방법 및 자기 접합이 제공된다. 자기 장치에 사용할 수 있는 자기 접합을 기판 상에 제공하는 방법은 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정된 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있는 자유층(free layer)을 제공하고, 비자기 스페이서층(nonmagnetic spacer layer)을 제공하고, 피고정층(pinned layer)을 제공하는 것을 포함하되, 비자기 스페이서층은 자유층과 피고정층 사이에 배치되고, 자유층을 제공하는 것과 피고정층을 제공하는 것 중 적어도 하나는 복수의 단계를 포함하고, 자유층을 제공하는 것에 포함되는 복수의 단계는 제1 복수의 단계를 포함하고, 피고정층을 제공하는 것에 포함도히는 복수의 단계는 제2 복수의 단계를 포함하되, 제1 복수의 단계는, 자유층의 제1 영역을 증착하고, 제1 희생층을 증착하고, 적어도 자유층의 제1 영역과 제1 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제1 온도에서 어닐링하고, 제1 희생층을 제거하고, 자유층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함하고, 제2 복수의 단계는, 피고정층의 제1 영역을 증착하고, 제2 희생층을 증착하고, 적어도 피고정층의 제1 영역과 상기 제2 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제2 온도에서 어닐링하고, 자유층, 비자기 스페이서층 및 피고정층의 제1 영역을 포함하는 자기 접합의 영역을 정의하고, 제2 희생층을 제거하고, 피고정층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함한다.There is provided a method for providing a magnetic junction and a magnetic memory on a substrate that can be used in a magnetic device, and a magnetic junction. A method of providing on a substrate a magnetic junction that can be used in a magnetic device Providing a free layer that can be switched between a plurality of stable magnetic states when a write current flows through the magnetic junction, providing a nonmagnetic spacer layer, providing a pinned layer Wherein the non-magnetic spacer layer is disposed between the free layer and the pinned layer, and wherein at least one of providing a free layer and providing a pinned layer comprises a plurality of steps and providing a free layer Wherein the plurality of steps involved in providing a pinned layer comprises a second plurality of steps, wherein the first plurality of steps comprises the steps of: Depositing a first region, depositing a first sacrificial layer, annealing at least a first region of the free layer and the first sacrificial layer at a first temperature greater than 25 degrees Celsius, removing the first sacrificial layer, Lt; RTI ID = 0.0 > Wherein the second plurality of steps includes depositing a first region of the pinned layer, depositing a second sacrificial layer, and depositing at least a first region of the pinned layer and the second sacrificial layer at a thickness greater than 25 degrees centigrade Annealing at a temperature of 2 degrees and defining an area of magnetic bonding comprising a free layer, a non-magnetic spacer layer and a first region of the pinned layer, removing the second sacrificial layer, and depositing a second region of the pinned layer do.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for providing a magnetic junction and a magnetic memory on a substrate that can be used in a magnetic device,

본 발명은 자기 장치에 사용할 수 있는 자기 접합 및 자기 메모리를 기판 상에 제공하는 방법 및 자기 접합에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for providing a magnetic junction and a magnetic memory on a substrate, which can be used in a magnetic device, and a magnetic junction.

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

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

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

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

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

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

본 발명에 해결하고자 하는 기술적 과제는, 자기 장치에 사용할 수 있는 자기 접합 및 자기 메모리를 기판 상에 제공하는 방법 및 자기 접합을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for providing a magnetic junction and a magnetic memory on a substrate that can be used in a magnetic device, and a magnetic junction.

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

상술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 장치에 사용할 수 있는 자기 접합을 기판 상에 제공하는 방법은, 쓰기 전류가 자기 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정된 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있는 자유층(free layer)을 제공하고, 비자기 스페이서층(nonmagnetic spacer layer)을 제공하고, 피고정층(pinned layer)을 제공하는 것을 포함하되, 상기 비자기 스페이서층은 상기 자유층과 상기 피고정층 사이에 배치되고, 상기 자유층을 제공하는 것과 상기 피고정층을 제공하는 것 중 적어도 하나는 복수의 단계를 포함하고, 상기 자유층을 제공하는 것에 포함되는 복수의 단계는 제1 복수의 단계를 포함하고, 상기 피고정층을 제공하는 것에 포함도히는 복수의 단계는 제2 복수의 단계를 포함하되, 상기 제1 복수의 단계는, 상기 자유층의 제1 영역을 증착하고, 상기 제1 희생층을 증착하고, 적어도 상기 자유층의 상기 제1 영역과 상기 제1 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제1 온도에서 어닐링하고, 상기 제1 희생층을 제거하고, 상기 자유층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함하고, 상기 제2 복수의 단계는, 상기 피고정층의 제1 영역을 증착하고, 제2 희생층을 증착하고, 적어도 상기 피고정층의 제1 영역과 상기 제2 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제2 온도에서 어닐링하고, 상기 자유층, 상기 비자기 스페이서층 및 상기 피고정층의 상기 제1 영역을 포함하는 자기 접합의 영역을 정의하고, 상기 제2 희생층을 제거하고, 상기 피고정층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of providing a magnetic junction on a substrate that can be used in a magnetic device according to an embodiment of the present invention includes the steps of: Providing a free layer that can be switched between, providing a nonmagnetic spacer layer, and providing a pinned layer, wherein the nonmagnetic spacer layer comprises a free layer, Wherein at least one of providing the free layer and providing the pinned layer comprises a plurality of steps and wherein the plurality of steps involved in providing the free layer is a first The plurality of steps comprising a plurality of steps, wherein the plurality of steps included in providing the pinned layer comprises a second plurality of steps, Depositing a first region, depositing the first sacrificial layer, annealing at least the first region of the free layer and the first sacrificial layer at a first temperature greater than 25 degrees Celsius, And depositing a second region of the free layer, wherein the second plurality of steps comprise depositing a first region of the pinned layer, depositing a second sacrificial layer, and depositing at least a portion of the pinned layer 1 region and the second sacrificial layer at a second temperature greater than 25 degrees Celsius to define a region of magnetic bonding that includes the free layer, the non-magnetic spacer layer, and the first region of the pinned layer, Removing the second sacrificial layer, and depositing a second region of the pinned layer.

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

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

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

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

본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 자유층을 제공하기 전에 MgO 시드층을 증착하는 것을 더 포함한다.In some embodiments of the present invention, the method further comprises depositing a MgO seed layer prior to providing the free layer.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

상술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른, 자기 장치에 사용할 수 있는 자기 메모리를 기판 상에 제공하는 방법은 15Å 두께 이하인 CoFeB층을 포함하는 자유층의 제1 강자기층을 기판 상에 증착하고, 상기 제1 강자기층 상에, Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb 및 Zr 중 적어도 하나를 포함하고, 15Å 두께 이하인 제1 희생층을 증착하고, 섭씨 25도보다 큰 제1 온도에서 상기 제1 강자기층과 상기 제1 희생층을 어닐링하고, 적어도 상기 제1 희생층을 제거하고, 상기 제1 강자기층의 잔여 영역 상에, 상기 제1 강자기층의 잔여 영역과 함께 25Å 두께 이하를 가지도록 15Å 두께 이하의 CoFeB층을 포함하는 상기 자유층의 제2 강자기층을 증착하고, 비자기 스페이서층을 제공하고, 피고정층의 제1 영역을 증착하고, 상기 비자기 스페이서층은 상기 피고정층 및 상기 자유층 사이에 형성되고, 4Å 두께 이하이고, Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb 및 Zr 중 적어도 하나를 포함하는 제2 희생층을 증착하고, 적어도 상기 피고정층의 제1 영역, 상기 제1 강자기층의 잔여 영역, 상기 제2 강자기층 및 상기 제2 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제2 온도에서 어닐링하고, 상기 희생층 상에, 적어도 하나의 자기 접합에 대응하는 상기 희생층의 영역을 덮는 포토레지스트 마스크를 제공하고, 상기 자유층, 상기 비자기 스페이서층 및 상기 피고정층의 제1 영역을 포함하는 적어도 하나의 자기 접합의 영역을 상기 포토레지스트 마스크를 이용해 정의하고, 적어도 하나의 리필 물질을 증착하고, 상기 적어도 하나의 리필 물질을 증착한 후에, 평탄화(planarization)를 수행하고, 상기 평탄화 후에, 상기 제2 희생층을 제거하고, 상기 피고정층의 적어도 제2 영역을 증착하고, 상기 피고정층의 적어도 제2 영역을 증착한 후에, 상기 적어도 하나의 자기 접합의 잔여 영역을 정의하는 것을 포함하고, 상기 자유층은 면을 벗어나는 반자화 에너지보다 큰 수직 자기 이방성 에너지를 가지고, 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통해 흐를 때, 복수 개의 안정한 자기 상태들 사이에서 스위칭 될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of providing a magnetic memory on a substrate for use in a magnetic device, comprising: forming a first ferromagnetic layer of a free layer including a CoFeB layer Wherein the first ferromagnetic layer is formed on the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is deposited on the first ferromagnetic layer. Depositing a first sacrificial layer comprising at least one of K, Na, Rb, Pb and Zr and less than or equal to 15 angstroms thick, annealing the first ferromagnetic layer and the first sacrificial layer at a first temperature greater than 25 degrees Celsius And a second ferromagnetic free layer formed on the remaining region of the first ferromagnetic layer, the free ferromagnetic layer including a CoFeB layer of 15 angstroms or less in thickness to have a thickness of 25 angstroms or less, Depositing a second ferromagnetic layer of a pinned layer, providing a non-magnetic spacer layer, depositing a first region of the pinned layer, The nonmagnetic spacer layer is formed between the pinned layer and the free layer and has a thickness of 4 Å or less and is made of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Depositing a second sacrificial layer containing at least one of Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, Pb and Zr on at least a first region of the pinned layer, a remaining region of the first ferromagnetic layer, Annealing the second ferromagnetic layer and the second sacrificial layer at a second temperature greater than 25 degrees Celsius and providing a photoresist mask over the sacrificial layer to cover the area of the sacrificial layer corresponding to at least one magnetic junction And defining at least one region of magnetic bonding comprising the free layer, the non-magnetic spacer layer and the first region of the pinned layer using the photoresist mask, depositing at least one refill material, After one refill material is deposited, planarization is performed, After the planarization, removing the second sacrificial layer, depositing at least a second region of the pinned layer, depositing at least a second region of the pinned layer, and depositing at least a second region of the at least one magnetic junction Wherein the free layer has a perpendicular magnetic anisotropy energy greater than the out-of-plane half-magnetization energy and can be switched between a plurality of stable magnetic states when the write current flows through the magnetic junction.

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

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

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

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

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

방법들 및 시스템들은 자기 접합을 이용하는 자기 메모리뿐만 아니라 자기 접합을 제공한다. 상기 실시예들은 자기 접합 및 자기 장치에서 사용될 수 있는 자기 접합을 제공하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 쓰기 전류가 상기 자기 접합을 통해 흐를 때, 복수의 안정된 자기 상태들 사이에서 스위칭될 수 있는 자유층(free layer)을 제공하고, 비자기 스페이서층(nonmagnetic spacer layer)을 제공하고, 피고정층(pinned layer)을 제공하는 것을 포함하되, 상기 비자기 스페이서층은 상기 자유층과 상기 피고정층 사이에 배치되고, 상기 자유층을 제공하는 것은 제1 복수의 단계를 포함하고, 상기 피고정층을 제공하는 것은 제2 복수의 단계를 포함하되, 상기 제1 복수의 단계는, 상기 자유층의 제1 영역을 증착하고, 상기 제1 희생층을 증착하고, 적어도 상기 자유층의 상기 제1 영역과 상기 제1 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제1 온도에서 어닐링하고, 상기 제1 희생층을 제거하고, 상기 자유층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함하고, 상기 제2 복수의 단계는, 상기 피고정층의 제1 영역을 증착하고, 제2 희생층을 증착하고, 적어도 상기 피고정층의 제1 영역과 상기 제2 희생층을 섭씨 25도보다 큰 제2 온도에서 어닐링하고, 상기 자유층, 상기 비자기 스페이서층 및 상기 피고정층의 상기 제1 영역을 포함하는 자기 접합의 영역을 정의하고, 상기 제2 희생층을 제거하고, 상기 피고정층의 제2 영역을 증착하는 것을 포함할 수 있다.The methods and systems provide magnetic bonding as well as magnetic memories utilizing magnetic bonding. The above embodiments provide a method of providing magnetic bonding that can be used in magnetic bonding and magnetic devices. The method includes providing a free layer that can be switched between a plurality of stable magnetic states when a write current flows through the magnetic junction, providing a nonmagnetic spacer layer, Providing a pinned layer, wherein the non-magnetic spacer layer is disposed between the free layer and the pinned layer, and wherein providing the free layer comprises a first plurality of steps, Providing a second plurality of steps, wherein the first plurality of steps includes depositing a first region of the free layer, depositing the first sacrificial layer, and depositing at least the first region of the free layer Annealing the first sacrificial layer at a first temperature greater than 25 degrees Celsius, removing the first sacrificial layer, and depositing a second region of the free layer, wherein the second plurality of steps comprises: Fixed layer Depositing a second sacrificial layer, annealing at least a first region of the pinned layer and the second sacrificial layer at a second temperature greater than 25 degrees Celsius, and depositing the free layer, the non- Defining a region of magnetic bonding comprising the spacer layer and the first region of the pinned layer, removing the second sacrificial layer, and depositing a second region of the pinned layer.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

도 3에 도시된 실시예에서, 상기 피고정층(230) 및 자유층(210) 각각의 수직 자기 이방성 에너지는 상기 피고정층(230) 및 자유층(210)의 면을 벗어나는 반자화 에너지(out of plane demagnetization energy)를 초과한다. 달리 말하면, 자유층(231)에 대한 안정한 자기 상태들은 +z 방향 또는 -z 방향에서 배향된(oriented) 자기와 있을 수 있다. 상기 자유층(210) 및 피고정층(230) 각각은, 자기 접합(200)의 완성 전에 제거되는 희생 삽입층의 사용과 함께, 별도로 형성될 수 있는 층(210) 및/또는 층(230)의 부분을 지시하는 점선을 포함한다. 3, the perpendicular magnetic anisotropy energy of each of the pinned layer 230 and the free layer 210 is greater than the perpendicular magnetic anisotropy energy of the pinned layer 230 and the free layer 210, plane demagnetization energy. In other words, the stable magnetic states for the free layer 231 may be magnetic in the + z or -z directions. Each of the free layer 210 and the pinned layer 230 may be formed on the layer 210 and / or layer 230 that may be formed separately, with the use of a sacrificial insert layer that is removed prior to the completion of the self- Quot; portion "

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

상기 어닐링 후에, 상기 희생 삽입층이 단계 118을 통해 제거된다. 예를 들어, 플라즈마 에칭이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 희생 삽입층은 이온 밀링 또는 CMP(chemical mechanical planarization)을 포함하는 또 다른 방법으로 제거될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 단계 118에서, 상기 하부 CoFeB층의 일부 영역은 제거될 수 있다. 단계 118 후에, 상기 CoFeB의 잔여 두께는 0보다는 크고, 15Å을 넘지 않는 것이 바람직할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단계 112에서 형성된 CoFeB층의 잔여부는 20Å을 넘지 않을 수 있다. 이러한 몇몇 실시예들에서, 상기 CoFeB층은 단계 118 후에, 10Å을 넘지 않을 수 있다. 그러나, CoFeB층을 완전한 제거는 바람직하지 않다. After the annealing, the sacrificial insert layer is removed through step 118. [ For example, plasma etching may be used. In other embodiments, the sacrificial insert layer may be removed by other methods including, but not limited to ion milling or chemical mechanical planarization (CMP). In step 118, a portion of the lower CoFeB layer may be removed. After step 118, the residual thickness of the CoFeB may be greater than 0 and preferably no greater than 15 Angstroms. In some embodiments, the remainder of the CoFeB layer formed in step 112 may not exceed 20 Angstroms. In some such embodiments, the CoFeB layer may not exceed 10 Angstroms after step 118. However, complete removal of the CoFeB layer is undesirable.

상기 자유층의 잔여부는, 임의 경우에, 이후에 단계 120을 통해 증착될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 CoFeB 강자기층은 상기 노출된 제1 강자기층 상에 증착될 수 있다. 그러므로, 상기 제1 및 제2 자기층(예컨대, CoFeB층)들은 계면을 공유할 수 있다. 또한, 다층을 포함하는 또 다른층이 형성될 있다. 자기 물질 존재의 전체 양에 불구하고, 상기 자유층은 상기 반자화 에너지를 초과하는 수직 자기 이방성을 가진다. 상기 제1 강자기층의 잔여 부분은, 단계 118 및 단계 120에서 제2 강자기층이 함께 제공된 후에, 전체 두께는 15Å보다 클 수 있다. 이러한 두 층들의 전체 두께는 30Å을 초과하지 않을 수 있다. 이러한 몇몇 실시예들에서, 전체 두께는 25Å을 초과하지 않는다. 예를 들어, 상기 전체 두께는 적어도 16Å일 수 있고, 20Å보다 작을 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 강자기층들 각각의 두께는 15Å 두께를 넘지 않는다.The remainder of the free layer may, in some cases, be deposited subsequently through step 120. For example, the second CoFeB ferromagnetic layer may be deposited on the exposed first ferromagnetic layer. Therefore, the first and second magnetic layers (e.g., CoFeB layers) may share an interface. Further, another layer including a multilayer may be formed. Despite the total amount of magnetic material present, the free layer has perpendicular magnetic anisotropy exceeding the half-magnetization energy. The remaining portion of the first ferromagnetic layer may be greater than 15 ANGSTROM after the second ferromagnetic layer is provided together in steps 118 and 120. The total thickness of these two layers may not exceed 30 ANGSTROM. In some such embodiments, the total thickness does not exceed 25 ANGSTROM. For example, the total thickness may be at least 16 A, and may be less than 20 A. In some embodiments, the thickness of each of the first and second ferromagnetic layers is no more than 15 Angstroms thick.

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

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

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

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

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

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

상기 피고정층의 제1 영역이 단계 132를 통해 증착된다. 상기 피고정층의 이런 제1 영역은 단일층이거나, 다층일 수 있다. 예를 들어, 상기 피고정층의 제1 영역은 Co, Fe 및/또는 B를 포함하는 자기층을 포함할 수 있다. 예를 들어, B를 20 원자 퍼센트가 넘지 않도록 포함하는 CoFeB층이 증착될 수 있다. 또한, PEL 또는 다른 구조체가 상기 피고정층 및 상기 비자기 스페이서층 사이에 증착될 수 있다. 또한, Co/Pr 다층과 같은 비자기층들에 끼워진 강자기층들을 포함하는 다층이 증착될 수 있다. 만약, 방법(130)으로 형성된 피고정층이 SAF이라면, 단계 132는, 상기 자기 (멀티)층의 영역; 자석 (멀티)층 및 상기 비자기층의 일부 또는 전부; 또는 상기 자기 (멀티)층, 상기 비자기층 및 상기 상부 자기 (멀티)층의 부분을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로 상기 피고정층의 더 작은 영역이 단계 132에서 증착된다. 이것은 아래의 단계 138에서 더 얇은 구조가 정의되도록 허용한다.A first region of the pinned layer is deposited through step 132. This first region of the pinning layer may be a single layer or a multi-layer. For example, the first region of the pinned layer may comprise a magnetic layer comprising Co, Fe and / or B. [ For example, a CoFeB layer can be deposited that contains no more than 20 atomic percent of B. In addition, a PEL or other structure may be deposited between the pinned layer and the non-magnetic spacer layer. In addition, multilayers can be deposited, including ferromagnetic layers sandwiched between non-magnetic layers such as Co / Pr multi-layers. If the pinned layer formed in method 130 is a SAF, then step 132 may be performed in a region of the magnetic (multi) layer; A magnet (multi) layer and a part or the whole of the non-magnetic base layer; Or depositing portions of the magnetic (multi) layer, the non-magnetic base layer and the top magnetic (multi) layer. However, generally, a smaller area of the pinned layer is deposited at step 132. This allows a thinner structure to be defined in step 138 below.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

상기 자기 접합의 잔여 영역이 단계 178을 통해 정의될 수 있다. 단계 178은 단계 146과 유사하다. 단계 178은 단계 170과 유사한 포토리소그래피 방법으로 수행될 수 있다. 그러나, 상기 자유층이 이미 단계 170에서 정의되었기 때문에, 단계 178에서는 다른 밀도 패턴이 사용될 수 있다. 그러므로, 상기 자기 접합의 상부는 하부보다 넓지 않거나, 동일한 크기거나, 더 넓을 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 피고정층들의 상부 영역들은 다층 자기 접합들을 통해 연장될 수 있다. 도 22는 단계 178이 수행된 휴의 자기 접합(300)의 일 실시예를 도시한다. 그러므로, 상기 피고정층(330)은 정의되었다. 상기 실시예에서 보여지듯이, 상기 피고정층(330)의 상부는 그 하부와 동일한 크기이다.The remaining area of the self-junction may be defined through step 178. [ Step 178 is similar to step 146. Step 178 may be performed by a photolithographic method similar to step 170. However, since the free layer has already been defined in step 170, different density patterns may be used in step 178. [ Therefore, the top of the magnetic junction can be no wider than, equal to, or wider than the bottom. In some embodiments, the upper regions of the pinned layers may extend through multilayer magnetic junctions. FIG. 22 illustrates one embodiment of the magnetic coupling 300 of FIG. Therefore, the pinned layer 330 has been defined. As shown in the above embodiment, the upper portion of the pinned layer 330 is the same size as the lower portion thereof.

도 23 및 도 24는 단계 166에서 증착된 상기 층(332)을 포함하는 자기 접합(300')의 일 실시예를 도시한다. 도 23은 단계 176이 수행된 후의 이러한 실시예를 도시한다. 그러므로, 층들(333, 334, 336)이 나타난다. 층들(333, 331)은 함께 상기 SAF 피고정층(330')의 하부 강자기층(332')을 형성한다. 도 24는 단계 178을 수행한 후의 자기 접합을 도시한다. 그러므로, 자기 접합(300')의 상부 영역이 정의되었다. Figures 23 and 24 illustrate one embodiment of a magnetic bond 300 'that includes the layer 332 deposited in step 166. [ Figure 23 shows this embodiment after step 176 has been performed. Therefore, the layers 333, 334 and 336 appear. The layers 333 and 331 together form a lower ferromagnetic layer 332 'of the SAF pinned layer 330'. Fig. 24 shows the magnetic bonding after performing step 178. Fig. Thus, the upper region of the self-junction 300 'has been defined.

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

도 25는 자기 접합(200), 자기 접합(200'), 자기 접합(200''), 자기 접합(200'''), 자기 접합(300) 및/또는 자기 접합(300') 중 적어도 하나를 사용한 메모리(400)의 일 실시예를 도시한다. 상기 자기 메모리(400)은 쓰기/읽기 컬럼 셀렉트 드라이버(402, 406)뿐만 아니라, 워드 라인 셀렉트 드라이버(404)를 포함할 수 있다. 다른 및/또는 상이한 구성들이 제공될 수 있음을 주의한다. 메모리(400)의 저장 영역은 자기 저장 셀들(410)들 포함할 수 있다. 자기 저장 셀들 각각은 적어도 하나의 자기 접합(412) 및 적어도 하나의 셀렉션 장치(414)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 셀렉션 장치(414)는 트랜지스터일 수 있다. 상기 자기 접합(412)는 본 명세서에서 개시된 자기 접합(200), 자기 접합(200'), 자기 접합(200''), 자기 접합(200'''), 자기 접합(300) 및/또는 자기 접합(300') 중 하나일 수 있다. 비록 셀(410)당 하나의 자기 접합(412)가 도시되지만, 다른 실시예들에서, 셀 당 다른 수의 자기 접합들(412)이 제공될 수 있다. 이와 같이, 자기 메모리(400)는 위에서 설명한 효용들을 향유할 수 있다.Figure 25 illustrates an embodiment of at least one of the magnetic bonding 200, the magnetic bonding 200 ', the magnetic bonding 200' ', the magnetic bonding 200' ', the magnetic bonding 300 and / or the magnetic bonding 300' Lt; RTI ID = 0.0 > 400 < / RTI > The magnetic memory 400 may include a write / read column select driver 402, 406 as well as a word line select driver 404. It is noted that other and / or different configurations may be provided. The storage area of the memory 400 may include magnetic storage cells 410. Each of the magnetic storage cells may include at least one magnetic junction 412 and at least one selection device 414. In some embodiments, the selection device 414 may be a transistor. The magnetic bonding 412 may be applied to at least one of the magnetic bonding 200, the magnetic bonding 200 ', the magnetic bonding 200' ', the magnetic bonding 200' ', the magnetic bonding 300 and / May be one of the junctions 300 '. Although one magnetic junction 412 is shown per cell 410, in other embodiments, a different number of magnetic junctions 412 per cell may be provided. As such, the magnetic memory 400 can enjoy the benefits described above.

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.Methods and systems for providing magnetic junctions and memories fabricated using magnetic junctions have been described. Those skilled in the art will appreciate that the method and system have been described in terms of exemplary embodiments shown and that modifications may be made to the embodiments without departing from the spirit and scope of the invention, It is easy to know that it should be within the range. For that reason, many modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the appended claims.

200, 200', 200'', 200''', 300, 300': 자기 접합
201: 기판
202: 하부 콘택
204: 선택적 시드층
206: 선택적 캡핑층
208: 상부 콘택
210: 자유층
220, 240: 비자기 스페이서
230, 250: 피고정층
231, 251: 자기 모멘트
232, 236: 강자기층
302: MgO 시드층
304, 306: 희생 삽입층
308: 리필 물질
312, 312': 제1 강자기층
314: 제2 강자기층
360: 마스크200, 200 ', 200'',200''', 300, 300 '
201: substrate
202: bottom contact
204: selective seed layer
206: selective capping layer
208: upper contact
210: free layer
220, 240: Non magnetic spacer
230, 250: a pinned layer
231, 251: magnetic moment
232, 236:
302: MgO seed layer
304, 306: Sacrificial insertion layer
308: Refill material
312, 312 ': first ferromagnetic layer
314: The second ferromagnetic layer
360: Mask

Claims

Provides a free layer that can be switched between a plurality of stable magnetic states when a write current flows through the magnetic junction,
Providing a nonmagnetic spacer layer,
Providing a pinned layer, wherein the non-magnetic spacer layer is disposed between the free layer and the pinned layer,
Wherein at least one of providing the free layer and providing the pinned layer comprises a plurality of steps,
Wherein the plurality of steps involved in providing the free layer comprises a first plurality of steps and the plurality of steps involved in providing the pinned layer comprises a second plurality of steps,
Wherein the first plurality of steps comprises depositing a first region of the free layer, depositing the first sacrificial layer, and depositing at least the first region of the free layer and the first sacrificial layer at a thickness greater than 25 degrees centigrade Annealing at a first temperature, removing the first sacrificial layer, and depositing a second region of the free layer,
Wherein the second plurality of steps includes depositing a first region of the pinned layer and depositing a second sacrificial layer and depositing a first region of the pinned layer and the second sacrificial layer at a second temperature greater than 25 degrees Celsius , Defining a region of magnetic bonding that includes the free layer, the nonmagnetic spacer layer, and the first region of the pinned layer, removing the second sacrificial layer, and forming a second region of the pinned layer And depositing a magnetic material on the substrate.

The method according to claim 1,
Providing the free layer comprises the first plurality of steps and wherein the free layer has a perpendicular magnetic anisotropy energy greater than an out-of-plane demagnetization energy, And providing a magnetic bond on the substrate that can be used in the magnetic device.

3. The method of claim 2,
Wherein the free layer has a thickness greater than 15 angstroms.

The method of claim 3,
Wherein the thickness of the free layer is less than 25 Angstroms.

3. The method of claim 2,
The first sacrificial layer may be formed of at least one of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Zr. &Lt; / RTI > A method of providing a magnetic bond on a substrate, the magnetic bond being usable in a magnetic device.

3. The method of claim 2,
Further comprising depositing a MgO seed layer prior to providing the free layer. &Lt; Desc / Clms Page number 20 >

3. The method of claim 2,
Wherein the annealing comprises performing a rapid thermal anneal. &Lt; Desc / Clms Page number 20 >

3. The method of claim 2,
Wherein the first region of the free layer has a first thickness and the second region of the free layer has a second thickness wherein the first thickness is less than 15 angstroms and the second thickness is less than 15 angstroms A method for providing a usable self-junction on a substrate.

The method according to claim 1,
Providing a pinned layer comprising the second plurality of steps,
Further comprising depositing at least one refill material prior to removing the second sacrificial layer. &Lt; RTI ID = 0.0 > 31. < / RTI >

10. The method of claim 9,
Further comprising depositing said at least one refill material and then performing planarization. &Lt; RTI ID = 0.0 > 31. < / RTI >

10. The method of claim 9,
Wherein the pinned layer is a synthetic antiferromagnetic comprising a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a coupling layer between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, the second region of the pinned layer Lt; / RTI >
Depositing at least one non-magnetic spacer layer, and depositing the second ferromagnetic layer. &Lt; Desc / Clms Page number 20 >

The method according to claim 1,
The deposition of the second region of the pinned layer,
Further comprising depositing a region of said first ferromagnetic layer on said substrate.

12. The method of claim 11,
Wherein at least one of the first ferromagnetic base layer and the second ferromagnetic base layer is capable of being used in a multilayer magnetic device.

12. The method of claim 11,
Further comprising defining a remaining region of the pinned layer. &Lt; Desc / Clms Page number 20 >

10. The method of claim 9,
Wherein the second plurality of steps further comprises defining a self-bonding region prior to depositing the at least one refill material,
The definition of the region of the self-
Providing a photoresist mask on the second sacrificial layer to cover an area of the second sacrificial layer corresponding to the magnetic junction,
Further comprising removing the free layer exposed by the exposed region of the second sacrificial layer, the first region of the pinned layer, the nonmagnetic spacer layer, and the photoresist mask, Is provided on the substrate.

The method according to claim 1,
Providing a further non-magnetic spacer layer, the free layer being between the additional non-magnetic spacer layer and the non-magnetic spacer layer,
Wherein the additional pinned layer is between the additional pinned layer and the free layer, and wherein the additional pinned layer is between the additional pinned layer and the free layer.

A first ferromagnetic layer of a free layer including a CoFeB layer having a thickness of 15 A or less is deposited on a substrate,
Wherein the first ferromagnetic material layer contains at least one of Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, A first sacrificial layer containing at least one of Pb and Zr and having a thickness of 15 angstroms or less is deposited,
Annealing the first ferromagnetic layer and the first sacrificial layer at a first temperature greater than 25 degrees Celsius,
Removing at least the first sacrificial layer,
Depositing a second ferromagnetic layer of the free layer including a CoFeB layer of 15 angstroms or less in thickness so as to have a thickness of 25 angstroms or less on the remaining region of the first ferromagnetic layer with the remaining region of the first ferromagnetic layer,
Providing a non-magnetic spacer layer,
Depositing a first region of the pinned layer, wherein the nonmagnetic spacer layer is formed between the pinned layer and the free layer,
A thickness of 4 Å or less and a thickness of 4 Å or less and Bi, W, I, Zn, Nb, Ag, Cd, Hf, Os, Mo, Ca, Hg, Sc, Y, Sr, Mg, Ti, Ba, K, Na, Rb, A second sacrificial layer including at least one of the first sacrificial layer and the second sacrificial layer,
Annealing the first region of the pinning layer, the remaining region of the first ferromagnetic layer, the second ferromagnetic layer, and the second sacrificial layer at a second temperature greater than 25 degrees Celsius,
Providing a photoresist mask over the sacrificial layer to cover an area of the sacrificial layer corresponding to at least one magnetic bond,
Wherein at least one region of self-junction including the free layer, the non-magnetic spacer layer and the first region of the pinned layer is defined using the photoresist mask,
Depositing at least one refill material,
After depositing the at least one refill material, planarization is performed,
After the planarization, the second sacrificial layer is removed,
Depositing at least a second region of the pinned layer,
And defining a remaining region of the at least one magnetic junction after depositing at least a second region of the pinned layer,
Wherein the free layer has a perpendicular magnetic anisotropic energy greater than the out-of-plane half-magnetizing energy and is capable of switching between a plurality of stable magnetic states when the write current flows through the magnetic junction. A method for providing a memory on a substrate.

A free layer having a strong magnetic anisotropy energy greater than the out-of-plane half-magnetization energy and capable of switching between a plurality of stable magnetic states when the write current flows through the magnetic junction, and having a ferromagnetic layer greater than 15 Angstroms thick;
A nonmagnetic spacer layer; And
Comprising a pinned layer,
Wherein the non-magnetic spacer layer is usable in a magnetic device formed between the pinned layer and the free layer.

19. The method of claim 18,
Wherein the ferromagnetic layer comprises a CoFeB layer having a perpendicular magnetic anisotropic energy greater than the out-of-plane magnetization energy.

The method of claim 18, wherein
Further comprising a MgO seed layer,
Wherein the non-magnetic spacer layer is a crystalline MgO tunneling barrier layer,
Wherein the ferromagnetic layer is usable in a magnetic device disposed between the MgO seed layer and the crystalline MgO tunneling barrier layer.