制造磁结的方法和磁存储器技术

描述了用于制造磁结的方法和磁存储器。在所述方法中，设置与磁结对应的磁阻堆叠件的第一部分。设置磁阻堆叠件的此部分的步骤包括设置用于磁结的自由层的至少一层。在设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤之后设置磁阻堆叠件的第二部分。在设置磁阻堆叠件的第二部分的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以设置磁结。在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，对于磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度。在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。

【技术实现步骤摘要】
制造磁结的方法和磁存储器本申请要求转让给本申请的受让人的于2017年1月18日提交的第62/447,763号临时专利申请和于2017年2月28日提交的第15/445,695号非临时专利申请的权益，所述专利申请通过引用包含于此。
本专利技术涉及制造磁结的方法以及磁存储器。
技术介绍
磁存储器，特别是磁随机存取存储器(MRAM)由于其在操作期间的高读/写速度、优异的耐久性、非易失性和低功耗的潜能，已经引起越来越多的关注。MRAM可以利用磁性材料作为信息记录媒介来存储信息。一种类型的MRAM是自旋转移矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)。STT-MRAM利用至少部分由驱动经过磁结的电流写入的磁结。驱动经过磁结的自旋极化电流对磁结中的磁矩施加自旋扭矩。结果，具有响应于自旋扭矩的磁矩的层可以切换为期望的状态。例如，传统的磁隧穿结(MTJ)可以用于传统的STT-MRAM中。传统的MTJ包括传统的钉扎层、传统的自由层以及位于传统的钉扎层和传统的自由层之间的传统的隧穿势垒层。传统的MTJ通常位于基底上，并且可以包括传统的种子层和传统的覆盖层以及传统的反铁磁(AFM)层。传统的MTJ下面的底接触件和传统的MTJ上面的顶接触件可以用于驱动电流在电流垂直平面(CPP)方向上经过传统的MTJ。传统的钉扎层和传统的自由层是磁性的。传统的钉扎层的磁化在特定方向上是固定的或钉扎的。传统的自由层具有可变的磁化。传统的自由层和传统的钉扎层均可以为单层或者均可以包括多层。钉扎层和自由层可以使其磁化定向为与层的平面垂直(垂直于平面)或者定向在层的平面内(在平面内)。为了切换传统的自由层的磁化，垂直于平面驱动电流。当足够的电流被从顶接触件驱动到底接触件时，传统的自由层的磁化可以切换成与传统的底钉扎层的磁化平行。当足够的电流被从底接触件驱动到顶接触件时，自由层的磁化可以切换成与底钉扎层的磁化反平行。磁构造的差异对应于不同的磁阻，因此对应于传统的MTJ的不同的逻辑状态(例如，逻辑“0”和逻辑“1”)对应。由于磁存储器用于各种应用中的潜力，对磁存储器的研究在持续进行。期望改善STT-MRAM的性能并减小磁结的尺寸的机制。然而，自由层的横向尺寸的减小会表现出降低的热稳定性和在最小写入电流(或临界电流密度，Jc)、热稳定常数Δ、矫顽力(Hc)、磁各向异性(Hk)、经历的移位场(Hshift)和/或其它磁性质中的增大的分布。因此，需要的是可以改善基于自旋转移矩的存储器的性能的方法和系统。这里描述的方法和系统解决了这种需求。
技术实现思路
描述了可用于磁装置中的磁结以及用于制造磁结的方法。设置与磁结对应的磁阻堆叠件的第一部分。设置磁阻堆叠件的此部分的步骤包括设置用于磁结的自由层的至少一层。在设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤之后设置磁阻堆叠件的第二部分。在设置磁阻堆叠件的第二部分的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以设置磁结。在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度。在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。在示例性实施例中，提供了一种用于制造位于基底上并可用于磁装置中的磁结的方法，所述方法包括：沉积磁阻堆叠件的与磁结的钉扎层对应的至少一个第一层；沉积磁阻堆叠件的与磁结的隧穿势垒层对应的至少一个第二层；沉积磁阻堆叠件的磁层，磁层包括至少一种稀释材料并且是原位沉积非晶的，磁结的自由层包括磁层的一部分，所述至少一个第二层位于所述至少一个第一层和磁层之间；在沉积磁层的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以设置磁结，在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，对于磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度；以及在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。在示例性实施例中，提供了一种磁存储器，所述磁存储器包括：多个磁存储单元，所述多个磁存储单元中的每个包括至少一个磁结，所述至少一个磁结包括自由层、非磁间隔物层和钉扎层，所述至少一个磁结具有多个侧面以及不大于二十纳米的特征横向尺寸，非磁间隔物层位于钉扎层和自由层之间，当写入电流经过磁结时，自由层在多个稳定的磁状态之间是可切换的，自由层具有大于面外去磁能的垂直磁各向异性能，自由层包括具有至少一种稀释材料的至少一个磁层，所述至少一个磁层位于磁结的所述多个侧面的一部分处，所述至少一个磁层具有至少十纳米的特征晶粒尺寸；以及多条位线，与所述多个磁存储单元耦合。附图说明图1是描绘用于制造可以具有较小的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中的磁结的方法的示例性实施例的流程图。图2至图5描绘了在制造期间磁结的示例性实施例，其中，磁结可以具有较小的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中。图6描绘了可以具有较小的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中的磁结的另一示例性实施例。图7是描绘用于制造可以具有较小的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中的磁结的方法的另一示例性实施例的流程图。图8是描绘用于制造可以具有较小的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中的磁结的方法的另一示例性实施例的流程图。图9至图12描绘了在制造期间磁结的另一示例性实施例，其中，磁结可以具有不超过二十纳米的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中。图13是描绘用于制造可以具有不超过二十纳米的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中的磁结的方法的另一示例性实施例的流程图。图14至图16描绘了在制造期间磁结的另一示例性实施例，其中，磁结可以具有不超过二十纳米的横向尺寸的单晶自由层并且可用于诸如使用自旋转移矩而可编程的磁存储器的磁装置中。图17描绘了利用存储单元的存储元件中的磁结的存储器的示例性实施例。具体实施方式示例性实施例涉及一种可用于诸如磁存储器的磁装置中的磁结以及使用这样的磁结的装置。磁存储器可以包括自旋转移矩磁随机存取存储器(STT-MRAM)，并且可以用于采用非易失性存储器的电子装置中。这样的电子装置包括蜂窝电话、智能电话、平板电脑、膝上型电脑以及其它便携式和非便携式计算装置，但不限于此。给出以下描述使本领域普通技术人员能够制造和使用本专利技术，并且在专利申请的上下文及其要求下提供以下描述。对这里描述的示例性实施例以及一般原理和特征的各种修改将是容易清楚的。主要在具体实施方式中提供的具体方法和系统来描述示例性实施例。然而，该方法和该系统将在其它实施方式中有效地运行。诸如“示例性实施例”、“一个实施例”和“另一实施例”的短语可以表示相同或不同的实施例以及多个实施例。将针对具有特定组件的系统和/或装置来描述实施例。然而，系统和/或装置可以包括比示出的系统和/或装置多或少的组件，并且在不脱离专利技术的范围的情况下，可以对组件的布置和类型进行改变。也将在具有特定步骤的具体方法的上下文中描述示例性实施例。然而，该方法和该系统对于具有与示例性实施例不相悖的具有不同和/或附加步骤以及不同顺序的步骤的其它方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造位于基底上并可用于磁装置中的磁结的方法，所述方法包括：设置与磁结对应的磁阻堆叠件的第一部分，设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤包括设置用于磁结的自由层的至少一层；在设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤之后设置磁阻堆叠件的第二部分；在设置磁阻堆叠件的第二部分的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以设置磁结，在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，对于磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度；以及在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。

【技术特征摘要】
2017.01.18 US 62/447,763;2017.02.28 US 15/445,6951.一种用于制造位于基底上并可用于磁装置中的磁结的方法，所述方法包括：设置与磁结对应的磁阻堆叠件的第一部分，设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤包括设置用于磁结的自由层的至少一层；在设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤之后设置磁阻堆叠件的第二部分；在设置磁阻堆叠件的第二部分的步骤之后，使磁阻堆叠件图案化以设置磁结，在设置自由层的步骤之后直到使磁阻堆叠件图案化的步骤，对于磁阻堆叠件和磁结的环境温度不超过自由层的结晶温度；以及在使磁阻堆叠件图案化的步骤之后，在不低于结晶温度的退火温度下对磁结退火。2.根据权利要求1所述的方法，其中，设置磁阻堆叠件的第一部分的步骤还包括：设置用于磁结的钉扎层的至少一个第一层；以及设置用于非磁间隔物层的至少一个第二层，非磁间隔物层位于钉扎层和自由层之间，自由层是磁性的，并且当写入电流经过磁结时，自由层在多个稳定磁状态之间是可切换的。3.根据权利要求1所述的方法，其中，设置磁阻堆叠件的第二部分的步骤还包括：设置用于磁结的钉扎层的至少一个第一层；以及设置用于非磁间隔物层的至少一个第二层，非磁间隔物层位于钉扎层和自由层之间，自由层是磁性的，并且当写入电流经过磁结时，自由层在多个稳定磁状态之间是可切换的。4.根据权利要求1所述的方法，其中，用于自由层的所述至少一层包括原位沉积非晶的磁层，结晶温度是针对原位沉积非晶的磁层。5.根据权利要求1所述的方法，其中，环境温度不超过三百摄氏度。6.根据权利要求5所述的方法，其中，退火温度为至少三百五十摄氏度。7.根据权利要求1所述的方法，其中，设置自由层的步骤还包括：沉积包括稀释材料的磁层，稀释材料在对磁结退火的步骤中偏析。8.根据权利要求7所述的方法，其中，稀释材料包括Mo、B、Be、Si、SiO和SiN中的至少一种。9.根据权利要求7所述的方法，其中，磁层是原位沉积非晶的。10.根据权利要求1所述的方法，其中，磁结具有多个侧面，其中，在暴露磁结的所述多个侧面的同时进行对磁结退火的步骤。11.根据权利要求1所述的方法，所述方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：德米特罗·埃帕尔科夫，李敦权，维拉迪默·尼基廷，塞巴斯蒂安·沙费尔，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR