專利名稱：磁性結(jié)及其提供方法以及包括該磁性結(jié)的磁存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性結(jié)、其提供方法以及包括該磁性結(jié)的磁存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
磁存儲(chǔ)器，特別是磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)，由于其在操作過程中潛在的高讀/寫速度、出色的耐用性、非易失性和低功耗，已經(jīng)引起越來(lái)越多的關(guān)注。MRAM可以利用磁材料作為信息記錄介質(zhì)存儲(chǔ)信息。一類MRAM是自旋轉(zhuǎn)移矩隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(STT-RAM)。STT-RAM采用磁性結(jié)，磁性結(jié)至少部分地用被驅(qū)動(dòng)通過磁性結(jié)的電流寫入。被驅(qū)動(dòng)通過磁性結(jié)的自旋極化電流對(duì)磁性結(jié)中的磁矩施加自旋轉(zhuǎn)矩。結(jié)果，具有響應(yīng)于自旋轉(zhuǎn)矩的磁矩的(多個(gè))層可以被切換到期望的狀態(tài)。例如，圖1示出常規(guī)隧道結(jié)(MTJ)IO，它可以用在常規(guī)的STT-RAM中。常規(guī)的MTJlO通常位于底接觸11上，使用(多個(gè))常規(guī)籽層12，并包括常規(guī)反鐵磁(AFM)層14、常規(guī)被釘扎層16、常規(guī)隧道勢(shì)壘層18、常規(guī)自由層20、以及常規(guī)蓋層22。還示出了頂接觸24。常規(guī)接觸11和24用于沿電流垂直于平面(CPP)的方向，或沿圖1所示的z軸驅(qū)動(dòng)電流。(多個(gè))常規(guī)籽層12通常用來(lái)幫助生長(zhǎng)具有期望晶體結(jié)構(gòu)的后續(xù)層，如AFM層14。常規(guī)隧道勢(shì)壘層18是非磁性的，并且是例如薄的絕緣體，諸如MgO。常規(guī)被釘扎層16和常規(guī)自由層20是磁性的。常規(guī)被釘扎層16的磁化17通常通過與AFM層14的交換偏置作用沿特定的方向被固定或被釘扎。雖然描繪成簡(jiǎn)單(單)層，但是常規(guī)被釘扎層16可以包括多個(gè)層。例如，常規(guī)被釘扎層16可以是合成反鐵磁(SAF)層，包括通過薄的導(dǎo)電層(諸如Ru)反鐵磁地耦合的磁層。在這樣的SAF中，可以使用與Ru薄層交替的多個(gè)磁層。在另一實(shí)施例中，跨Ru層的耦合可以是鐵磁性的。另外，其它形式的常規(guī)MTJlO可包括額外的被釘扎層(未示出)，其通過額外的非磁勢(shì)壘或?qū)щ妼?未示出)與自由層20分開。常規(guī)自由層20具有可改變的磁化21。雖然描繪為簡(jiǎn)單的層，但常規(guī)自由層20也可以包括多個(gè)層。例如，常規(guī)自由層20可以是合成的層，包括通過薄的導(dǎo)電層(諸如Ru)反鐵磁或鐵磁地耦合的磁層。雖然示出為在面內(nèi)，但是常規(guī)自由層20的磁化21可以具有垂直各向異性。因此，被釘扎層16和自由層20的磁化17和21可以分別垂直于層的平面取向。為了切換常規(guī)自由層20的磁化21，垂直于平面(沿z方向)驅(qū)動(dòng)電流。當(dāng)足夠的電流被從頂接觸24驅(qū)動(dòng)到底接觸11時(shí)，常規(guī)自由層20的磁化21可以切換為平行于常規(guī)被釘扎層16的磁化17。當(dāng)足夠的電流被從底接觸11驅(qū)動(dòng)至頂接觸24時(shí)，自由層的磁化21可以切換為反平行于被釘扎層16的磁化。磁性配置的差異對(duì)應(yīng)于不同的磁電阻，從而對(duì)應(yīng)于常規(guī)MTJlO的不同邏輯狀態(tài)(例如，邏輯“O”和邏輯“I”)。因此，通過讀常規(guī)MTJlO的隧道磁電阻(TMR)，可以確定常規(guī)MTJ的狀態(tài)。雖然常規(guī)MTJlO可以用自旋轉(zhuǎn)移寫入，通過檢測(cè)磁性結(jié)的TMR讀出，并用在STT-RAM中，但存在缺點(diǎn)。例如，來(lái)自常規(guī)MTJlO的信號(hào)會(huì)低于所期望的。對(duì)于具有垂直取向的磁化17和21的常規(guī)MTJ10，TMR可低于磁化在面內(nèi)的常規(guī)MTJ10。結(jié)果，來(lái)自常規(guī)的MTJlO的信號(hào)可比期望的更低。對(duì)于磁化垂直于平面取向的常規(guī)MTJlO，常規(guī)MTJlO的垂直各向異性可低于所期望的。因此，常規(guī)MTJlO垂直取向，熱穩(wěn)定性可低于所期望的。常規(guī)MTJlO也會(huì)呈現(xiàn)比期望的更高的衰減(damping)。因此，使用常規(guī)MTJlO的存儲(chǔ)器的性能仍然需要加以改進(jìn)。因此，所需要的是可以改善基于自旋轉(zhuǎn)移矩的存儲(chǔ)器的性能的方法和系統(tǒng)。這里描述的方法和系統(tǒng)致力于這些需要。

發(fā)明內(nèi)容
方法和系統(tǒng)提供可用于磁器件的磁性結(jié)。磁性結(jié)包括被釘扎層、非磁間隔層、自由層、至少一個(gè)絕緣層、和鄰接至少一個(gè)絕緣層的至少一個(gè)磁插入層。非磁間隔層位于被釘扎層和自由層之間。至少一個(gè)絕緣層與自由層和被釘扎層的至少之一相鄰。至少一個(gè)磁插入層鄰接至少一個(gè)絕緣層。磁性結(jié)被配置為使得當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)時(shí)自由層可在多個(gè)穩(wěn)定磁狀態(tài)之間切換。


圖1示出了常規(guī)磁性結(jié)；圖2示出鄰接MgO層的磁插入層的示范實(shí)施例；圖3示出鄰接MgO層的磁插入層的另一示范實(shí)施例；圖4示出鄰接MgO層的磁插入層的示范實(shí)施例；圖5示出使用磁插入層并通過自旋轉(zhuǎn)移可切換的磁性結(jié)的示范實(shí)施例；圖6示出使用磁插入層并通過自旋轉(zhuǎn)移可切換的磁性結(jié)的另一示范實(shí)施例；圖7示出使用磁插入層并通過自旋轉(zhuǎn)移可切換的磁性結(jié)的另一示范實(shí)施例；圖8示出使用磁插入層并通過自旋轉(zhuǎn)移可切換的磁性結(jié)的另一示范實(shí)施例；圖9示出使用磁插入層并通過自旋轉(zhuǎn)移可切換的磁性結(jié)的另一示范實(shí)施例；圖10示出使用磁插入層并通過自旋轉(zhuǎn)移可切換的磁性結(jié)的另一示范實(shí)施例；圖11示出使用磁插入層并通過自旋轉(zhuǎn)移可切換的磁性結(jié)的另一示范實(shí)施例；圖12示出使用磁插入層并通過自旋轉(zhuǎn)移可切換的磁性結(jié)的另一示范實(shí)施例；圖13示出使用磁插入層并通過自旋轉(zhuǎn)移可切換的磁性結(jié)的另一示范實(shí)施例；圖14示出使用磁插入層并通過自旋轉(zhuǎn)移可切換的磁性結(jié)的另一示范實(shí)施例；圖15示出制造包括磁子結(jié)構(gòu)(magnetic substructure)的磁性結(jié)的方法的示范實(shí)施例；圖16示出在存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)元件中使用磁性結(jié)的存儲(chǔ)器的示范實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式示范實(shí)施例涉及可用于諸如磁存儲(chǔ)器的磁器件中的磁性結(jié)，以及使用這樣的磁性結(jié)的器件。給出下面的描述，從而使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┖褪褂帽景l(fā)明，且該描述是在專利申請(qǐng)及其要求的情況下提供。對(duì)這里描述的示范實(shí)施例及一般原理和特征的各種修改將是顯而易見的。示范實(shí)施例主要根據(jù)特定實(shí)例中提供的特定方法和系統(tǒng)來(lái)描述。然而，方法和系統(tǒng)將在其它實(shí)例中有效操作。諸如“示范實(shí)施例”、“一實(shí)施例”和“另一實(shí)施例”可指相同或不同的實(shí)施例以及多個(gè)實(shí)施例。實(shí)施例將關(guān)于具有某些組件的系統(tǒng)和/或器件進(jìn)行描述。然而，系統(tǒng)和/或器件可包括比所示的更多或更少的部件，并且在不偏離本發(fā)明范圍的情況下可改變部件的布置和類型。示范實(shí)施例也將在具有特定步驟的特定方法的情況下進(jìn)行描述。然而，對(duì)于具有不同和/或額外的步驟及與示范實(shí)施例不一致的不同順序的步驟的其它方法，所述方法和系統(tǒng)有效地操作。因此，本發(fā)明并不意圖限于示出的實(shí)施例，而是應(yīng)被給予與這里描述的原理和特征相一致的最寬范圍。描述了用于提供磁性結(jié)以及利用所述磁性結(jié)的磁存儲(chǔ)器的方法和系統(tǒng)。示范實(shí)施例提供用于提供可用于磁器件的磁性結(jié)的方法和系統(tǒng)。磁性結(jié)包括被釘扎層、非磁間隔層、自由層、至少一個(gè)MgO層、和鄰接所述至少一個(gè)MgO層的至少一個(gè)磁插入層。非磁間隔層位于被釘扎層和自由層之間。所述至少一個(gè)MgO層鄰近自由層和被釘扎層至少之一。至少一個(gè)磁插入層鄰接至少一個(gè)MgO層。磁性結(jié)被配置為使得當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)時(shí)自由層在多個(gè)穩(wěn)定磁狀態(tài)之間可切換。示范實(shí)施例在具有某些部件的特定磁性結(jié)和磁存儲(chǔ)器的背景下描述。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明符合具有與本發(fā)明不一致的其它和/或額外組件和/或其它特征的磁性結(jié)和磁存儲(chǔ)器的使用。方法和系統(tǒng)也在自旋轉(zhuǎn)移現(xiàn)象、磁各向異性、和其它物理現(xiàn)象的當(dāng)前理解的背景中描述。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到，方法和系統(tǒng)的行為的理論解釋是基于自旋轉(zhuǎn)移、磁各向異性和其它物理現(xiàn)象的當(dāng)前理解進(jìn)行的。然而，這里描述的方法和系統(tǒng)不依賴于特定的物理解釋。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也將很容易地認(rèn)識(shí)到，方法和系統(tǒng)在與基板具有特定關(guān)系的結(jié)構(gòu)的背景中描述。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到，方法和系統(tǒng)符合其它結(jié)構(gòu)。此外，方法和系統(tǒng)在某些層(其是合成層和/或簡(jiǎn)單層)的背景中描述。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到，層可以有另一結(jié)構(gòu)。另外，方法和系統(tǒng)在具有特定層的磁性結(jié)和/或子結(jié)構(gòu)的背景中描述。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到，也可以使用與所述方法和系統(tǒng)不一致的具有額外和/或不同的層的磁性結(jié)和/或子結(jié)構(gòu)。此外，某些部件被描述為磁的、鐵磁的、和亞鐵磁的。在這里使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“磁”可包括鐵磁、亞鐵磁或類似結(jié)構(gòu)。因此，這里使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“磁”或“鐵磁”包括但并不限于鐵磁體和鐵氧磁體。方法和系統(tǒng)還在單一磁性結(jié)和子結(jié)構(gòu)的背景中描述。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到，方法和系統(tǒng)符合具有多個(gè)磁性結(jié)及使用多個(gè)子結(jié)構(gòu)的磁存儲(chǔ)器的使用。另外，這里使用時(shí)，“面內(nèi)”基本上平行于磁性結(jié)的一個(gè)或多個(gè)層的平面或者在所述平面內(nèi)。相反，“垂直”對(duì)應(yīng)于基本上垂直于磁性結(jié)的一個(gè)或多個(gè)層的方向。圖2示出磁插入層100的示范實(shí)施例，其可用于磁器件例如磁隧道結(jié)(MTJ)、自旋閥、或彈道磁電阻結(jié)構(gòu)、或它們的一些組合中。其中使用磁插入層100的磁器件可以使用在各種應(yīng)用中。例如，磁器件可以使用在磁存儲(chǔ)器諸如STT-RAM中，因而磁插入層可以使用在磁存儲(chǔ)器諸如STT-RAM中。為清楚起見，圖2不按比例繪制。磁插入層100被示為鄰接MgO層120。在示出的實(shí)施例中，MgO層120在磁插入層100的頂部上。然而，在另一實(shí)施例中，磁插入層100可以生長(zhǎng)在MgO層120上。因此，對(duì)于磁插入層100和MgO層120，不應(yīng)假設(shè)與基板的特別關(guān)系。另外，層120被描述為是MgO層。然而，在其它實(shí)施例中，層120可以包括鋁氧化物、鉭氧化物、釕氧化物、鈦氧化物、以及鎳氧化物的至少之一。示于圖2的磁插入層100是包括CoX、FeX和/或CoFeX的至少一個(gè)磁層，其中X選自包括8、6^把、21'、1^&和113的材料的組。在一些實(shí)施例中，磁插入層100包括CoX、FeX和/或CoFeX。在一些實(shí)施例中，磁插入層100由CoFeB形成。磁插入層100鄰接MgO層120。MgO層120可以是晶體結(jié)構(gòu)并且可以具有優(yōu)選織構(gòu)。在一些實(shí)施例中，磁插入層100至少為3埃且不超過2納米。在某些實(shí)施例中，磁插入層100雖然由磁材料制成，但期望是非磁性的。在這樣的實(shí)施例中，根據(jù)所使用的材料，磁插入層100可期望為不超過5納米厚或類似厚度。在如此低的厚度的狀態(tài)下，磁插入層100是磁死的(magnetically dead)。因此，諸如CoFeB的磁材料可用于磁插入層，即使磁插入層100是非磁性的。在其它實(shí)施例中，如果鐵磁插入層100是期望的或可接受的，則可使用更大的厚度。當(dāng)用于磁性結(jié)中時(shí)，磁插入層100位于磁性結(jié)的磁電阻區(qū)域外部。例如，在MTJ中，磁插入層100將不會(huì)位于自由層和隧道勢(shì)壘層之間或?qū)⒉粫?huì)位于隧道勢(shì)壘層和被釘扎層之間。類似地，對(duì)于雙MTJ，磁插入層100將不會(huì)位于自由層與兩個(gè)隧道勢(shì)壘層任一之間或者將不會(huì)位于兩個(gè)被釘扎層與兩個(gè)隧道勢(shì)壘層之間。因此，磁插入層100可以被認(rèn)為位于與其一起使用的磁性結(jié)的感測(cè)部分之外。磁插入層100可以被用于調(diào)整其中使用磁插入層100的磁性結(jié)的屬性。例如，圖2所示的磁插入層100與MgO層120的組合可導(dǎo)致具有低電阻區(qū)域(RA)的MgO層120。使用磁插入層100可影響其中使用磁插入層100的磁性結(jié)中的其它層。例如，可以減小包括在被釘扎層和自由層之間的隧道勢(shì)壘層(圖2中未示出)的磁性結(jié)的RA。在某些實(shí)施例中，MgO層120、磁插入層100及磁性結(jié)(未示出)的組合的RA可減小到二分之一或更小。在一些這樣的實(shí)施例中，磁性結(jié)RA可減少到十分之一或更小。該RA的減小可提高磁性結(jié)的TMR。在某些實(shí)施例中，可以提高使用磁插入層100的磁性結(jié)中的其它磁層(未示出)的垂直各向異性。因此，自旋轉(zhuǎn)移寫入可以得到改進(jìn)。通過磁化垂直于平面，磁性結(jié)也可以是更熱穩(wěn)定的。因此，可以改善利用磁插入層100的磁性結(jié)的性能。結(jié)果，其中使用磁插入層100的磁器件的屬性也可以如所期望地被配置。例如，由于自由層的改善結(jié)晶和與隧道結(jié)的晶格匹配，尤其是對(duì)于具有兩個(gè)勢(shì)壘的隧道結(jié)，可提高其中使用磁插入層100的磁器件的TMR。在其中使用磁插入層100的磁器件中，可以提高諸如WER和數(shù)據(jù)速率的開關(guān)特性。
圖3示出磁插入層100’的示范實(shí)施例，其可用于磁器件例如MTJ、自旋閥、或彈道磁電阻結(jié)構(gòu)、或它們的一些組合中。其中使用磁插入層100’的磁器件可以使用在各種應(yīng)用中。例如，磁性結(jié)可以使用在磁存儲(chǔ)器諸如STT-RAM中，因而磁插入層可以使用在磁存儲(chǔ)器諸如STT-RAM中。為清楚起見，圖3不按比例繪制。磁插入層100’類似于磁插入層100。類似地，磁插入層100’與MgO層120—起示出。因此，類似的部件被類似地標(biāo)記。磁插入層100’示出為鄰接MgO層120。在示出的實(shí)施例中，MgO層120位于磁插入層100’的頂部。然而，在另一實(shí)施例中，磁插入層100’可以生長(zhǎng)在MgO層120上。因此，對(duì)于磁插入層100’和MgO層120，不假設(shè)與基板的特別關(guān)系。在示出的實(shí)施例中，層120被描述為是MgO層。然而，在其它實(shí)施例中，層120可以包括鋁氧化物、鉭氧化物、釕氧化物、鈦氧化物、以及鎳氧化物的至少之一。磁插入層100’以與磁插入層100類似的方式使用在磁性結(jié)中。因此，當(dāng)使用在磁性結(jié)中時(shí),磁插入層100’位于磁性結(jié)的磁電阻區(qū)域之外。換言之，磁插入層100’可以被認(rèn)為位于與其一起使用的磁性結(jié)的感測(cè)部分之外。示于圖3的磁插入層100’是包括磁層102和額外磁層104的雙層。磁層102包括CoX、FeX和/或CoFeX，其中X選自包括B、Ge、Hf、Zr、T1、Ta和Tb的材料的組。在一些實(shí)施例中，磁層102包括CoX、FeX和/或CoFeX。在一些實(shí)施例中，磁層102由CoFeB形成。因此,可認(rèn)為磁層102類似于磁插入層100的一個(gè)實(shí)施例。磁插入層100’鄰接MgO層120。在示出的實(shí)施例中，磁層102鄰接MgO層120且位于MgO層120和額外磁層104之間。然而，在其它實(shí)施例中，額外磁層104可位于MgO層120和磁層102之間。額外磁層104可包括Co和/或Fe。在一些實(shí)施例中，磁層104可包括Fe層或可包括Co層。在一些實(shí)施例中，磁插入層100’至少為3埃且不超過2納米。在某些實(shí)施例中，磁插入層100’雖然由磁材料制成，但期望是非磁的。在這樣的實(shí)施例中，根據(jù)所使用的材料，磁插入層100’可期望為不超過5納米厚或類似(analogous)厚度。在如此低的厚度的狀態(tài)下，磁插入層100’是磁死的(magnetically dead)。因此,諸如CoFeB的磁材料可用于磁層102，以及諸如Co或Fe的磁材料可用于額外磁層104，即使磁插入層100’是非磁性的。在其它實(shí)施例中，如果磁插入層100’是期望的或可接受的，則可使用更大的厚度。磁插入層100’可以被用于調(diào)整其中使用磁插入層100’的磁性結(jié)的屬性。因此，磁插入層100’可共享磁插入層100的益處。例如,其中采用磁插入層100’的磁性結(jié)可享有減小的RA、改善的TMR、更高的垂直各向異性、更高的熱穩(wěn)定性、和/或其它益處。因此，利用磁插入層100’的磁性結(jié)的性能可得到改善。圖4示出磁插入層100”的示范實(shí)施例，其可用于磁器件例如MTJ、自旋閥、或彈道磁電阻結(jié)構(gòu)、或它們的一些組合中。其中使用磁插入層100”的磁器件可以使用在各種應(yīng)用中。例如，磁性結(jié)可以使用在磁存儲(chǔ)器諸如STT-RAM中，因而磁插入層可以使用在磁存儲(chǔ)器諸如STT-RAM中。為清楚起見，圖4不按比例繪制。磁插入層100”類似于磁插入層100和磁插入層100’。類似地，磁插入層100”與MgO層120—起示出。因此，類似的部件被類似地標(biāo)記。磁插入層100”示出為鄰接MgO層120。在示出的實(shí)施例中，MgO層120在磁插入層100”的頂部上。然而，在另一實(shí)施例中，磁插入層100”可以生長(zhǎng)在MgO層120上。因此，對(duì)于磁插入層100”和MgO層120，不應(yīng)假設(shè)與基板的特別關(guān)系。在示出的實(shí)施例中，層120被描述為是MgO層。然而，在其它實(shí)施例中，層120可以包括鋁氧化物、鉭氧化物、釕氧化物、鈦氧化物、以及鎳氧化物的至少之一。磁插入層100”以與磁插入層100和100’類似的方式使用在磁性結(jié)中。因此，當(dāng)使用在磁性結(jié)中時(shí)，磁插入層100”位于磁性結(jié)的磁電阻區(qū)域之外。換言之，磁插入層100”可以被認(rèn)為位于與其一起使用的磁性結(jié)的感測(cè)部分之外。不于圖4的磁插入層100”是至少包括第一磁層102’、非磁層106和第二磁層108的多層。在一些實(shí)施例中，額外磁層(未不出)可與額外非磁層(未不出)交替插入。第一磁層102，包括CoX、FeX和/或CoFeX，其中X選自包括B、Ge、Hf、Zr、T1、Ta和Tb的材料的組。在一些實(shí)施例中，第一磁層102’包括CoX、FeX和/或CoFeX。在一些這樣的實(shí)施例中，第一磁層102’由CoFeB形成。第二磁層108包括CoY、FeY和/或CoFeY，其中Y選自包括B、Ge、Hf、Zr、T1、Ta和Tb的材料的組。在一些實(shí)施例中，第二磁層108包括CoY、FeY和/或CoFeY。在一些實(shí)施例中，第二磁層108由CoFeB形成。因此,可認(rèn)為第一磁層102’和第二磁層108每個(gè)類似于磁插入層100的一個(gè)實(shí)施例。磁插入層100”鄰接MgO層120。在示出的實(shí)施例中，第一磁層102’鄰接MgO層120且位于MgO層120和第二磁層108之間。然而，在其它實(shí)施例中，第二磁層108可位于MgO層120和第一磁層102’之間。非磁層106示出為包括Ta。然而，在其它實(shí)施例中，可使用其它或額外非磁材料。例如，非磁層可包括Ru、Cr、T1、W、V、Hf、Zr和Ta的其中之一或更多。在一些實(shí)施例中，非磁層106可包括Ru、Cr、T1、W、V、Hf、Zr和Ta的至少其中之一。在一些實(shí)施例中，磁插入層100”至少為3埃且不超過2納米。在一些實(shí)施例中，磁插入層100”雖然由磁材料制成，但期望是非磁的。在這樣的實(shí)施例中，根據(jù)所使用的材料，磁插入層100”中的每個(gè)磁層102’和108可期望為不超過5納米厚或類似厚度。在如此低的厚度的狀態(tài)下，磁層102’和108每個(gè)是磁死的(magnetically dead)。因此,諸如CoFeB的磁材料可用于磁層102’和108，即使磁插入層100”是非磁性的。在其它實(shí)施例中，如果磁插入層100”是期望的或可接受的，則更大的厚度可用于磁層102’和108之一或多個(gè)。磁插入層100”可以被用于調(diào)整其中使用磁插入層100”的磁性結(jié)的屬性。因此，磁插入層100”可共享磁插入層100和/或100’的益處。例如,其中采用磁插入層100”的磁性結(jié)可享有減小的RA、改善的TMR、更高的垂直各向異性、更高的熱穩(wěn)定性、和/或其它益處。因此，利用磁插入層100”的磁性結(jié)的性能可得到改善。圖5示出包括磁插入層諸如100、100’和/或100”的磁性結(jié)200的示范實(shí)施例。為清楚起見，圖5不按比例繪制。磁性結(jié)200包括MgO籽層204、自由層210、非磁間隔層220和被釘扎層230。盡管以特定取向示出層210、220和230，但該取向在其它實(shí)施例中可改變。例如，被釘扎層230可更靠近磁性結(jié)200的底部(最靠近未示出的基板)。還示出了可選的籽層202。也可以使用釘扎層(未示出)和蓋層(未示出)。一般地，如果被釘扎層230的磁矩在面內(nèi)，則將使用釘扎層，但如果被釘扎層230的磁矩垂直于平面，則將不使用釘扎層。這樣的釘扎層將用于固定被釘扎層230的磁化(未不出)。在一些實(shí)施例中，釘扎層可以是通過交換配置作用釘扎被釘扎層230的磁化(未示出)的AFM層或多層。磁性結(jié)200也被配置為當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)200時(shí)允許自由層210在穩(wěn)定磁狀態(tài)之間切換。因此，自由層210可利用自旋轉(zhuǎn)移矩切換。非磁間隔層220可以是隧道勢(shì)壘層、導(dǎo)體、或自由層210和被釘扎層230之間為此表現(xiàn)出磁電阻的其它結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，非磁間隔層220為晶體MgO隧道勢(shì)壘層。在這樣的實(shí)施例中，可采用MgO籽層204來(lái)改善磁性結(jié)200的TMR和其它特性。據(jù)猜測(cè)，MgO籽層的存在改善了隧道勢(shì)壘層220的晶體結(jié)構(gòu)。盡管示出為簡(jiǎn)單層，但自由層210和/或被釘扎層230可包括多層。例如，自由層210和/或被釘扎層230可以是包括通過諸如Ru的薄層反鐵磁或鐵磁地耦合的磁層的SAF。在這樣的SAF中，可以使用與Ru或其它材料的薄層交替插入的多個(gè)磁層。自由層210和/或被釘扎層230也可以是另外的多層。盡管圖5中未示出磁化，但自由層210和/或被釘扎層230每個(gè)可具有超過面外的去磁能(out-oplane demagnetization energy)的垂直各向異性能(perpendicular anisotropy energy)。因此，自由層210和/或被釘扎層230每個(gè)的磁矩可垂直于平面取向。在其它實(shí)施例中，自由層210和/或被釘扎層230每個(gè)的磁矩在平面內(nèi)。自由層210和/或被釘扎層230的磁矩的其它取向也是可能的。由于使用磁插入層100、100’和/或100”，磁性結(jié)200可共享磁插入層100、100’和/或100”的益處。特別地，磁性結(jié)200可以在磁矩垂直取向時(shí)更加熱穩(wěn)定、可以具有對(duì)于層210和/或230的更高垂直各向異性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。如上所述，磁插入層100、100，和/或100”可以減小相鄰MgO層諸如MgO籽層204的RA。MgO籽層204的寄生電阻對(duì)磁性結(jié)200的總電阻的貢獻(xiàn)可以減小。由自由層210和被釘扎層230的磁取向?qū)е碌腡MR因此可以在磁性結(jié)200的總電阻中占更大部分。這樣,磁性結(jié)的TMR有效提高。另外，非磁間隔層220的RA可由于改善的MgO籽層204的存在并因而磁插入層100/100’ /100”的存在而減小。因此，磁性結(jié)200的RA可進(jìn)一步減小。因此，磁性結(jié)200的性能可得到改善。圖6示出包括磁插入層諸如100、100’和/或100”的磁性結(jié)200’的示范實(shí)施例。為清楚起見，圖6不按比例繪制。磁性結(jié)200’類似于磁性結(jié)200。因此，類似的層被類似地標(biāo)記。磁性結(jié)200，包括分別類似于層210,220和230的自由層210’、非磁間隔層220，和被釘扎層230’。盡管以特定取向示出了層210’、220’和230’，但該取向在其它實(shí)施例中可改變。還示出MgO籽層204’和磁插入層100/100’/100”。在一些實(shí)施例中，可以包括可選的釘扎層(未示出)和/或可選的蓋層(未示出)。磁性結(jié)200’還被配置為當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)200’時(shí)允許自由層210’在穩(wěn)定磁狀態(tài)之間切換。因此，自由層210’可利用自旋轉(zhuǎn)移矩切換。非磁間隔層220’可以是隧道勢(shì)壘層、導(dǎo)體、或自由層210’和被釘扎層230’之間為此表現(xiàn)出磁電阻的其它結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，非磁間隔層220’為晶體MgO隧道勢(shì)壘層。在這樣的實(shí)施例中，可采用MgO籽層204’來(lái)改善磁性結(jié)200’的TMR和其它特性。據(jù)猜測(cè)，MgO籽層204’的存在改善了隧道勢(shì)壘層220’的晶體結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)和/或織構(gòu))。盡管示出為簡(jiǎn)單層，但自由層210’可包括多層，如上所述。被釘扎層230’明顯地示出為包括參考層232、非磁層234和被釘扎層236。因此，在該實(shí)施例中被釘扎層230’為SAF。盡管圖6中未示出磁化，但自由層210’和/或被釘扎層230’每個(gè)可具有超過面外的去磁能的垂直各向異性能。因此，自由層210’和/或被釘扎層230’每個(gè)的磁矩可垂直于平面取向。在其它實(shí)施例中，自由層210’和/或被釘扎層230’每個(gè)的磁矩在平面內(nèi)。自由層210’和/或被釘扎層230’的磁矩的其它取向也是可能的。由于使用磁插入層100、100’和/或100”，所以磁性結(jié)200’可共享磁插入層100、100’和/或100”的益處。特別地，磁性結(jié)200’可以在磁矩垂直取向時(shí)更加熱穩(wěn)定、可以具有對(duì)于層210’和/或230’的更高垂直各向異性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性結(jié)200’的性能。圖7示出包括磁插入層100/100’ /100”的磁性結(jié)200”的示范實(shí)施例。為清楚起見，圖7不按比例繪制。磁性結(jié)200”類似于磁性結(jié)200和/或200’。因此，類似的層被類似地標(biāo)記。磁性結(jié)200”包括分別類似于層210/210’、220/220’和230/230’的自由層210”、非磁間隔層220”和被釘扎層230”。盡管以特定取向示出了層210”、220”和230”，但該取向在其它實(shí)施例中可改變。還示出MgO籽層204”和磁插入層100/100’ /100”。在一些實(shí)施例中，可以包括可選的釘扎層(未示出)和/或可選的蓋層(未示出)。磁性結(jié)200”還被配置為當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)200”時(shí)允許自由層210”在穩(wěn)定磁狀態(tài)之間切換。因此，自由層210”可利用自旋轉(zhuǎn)移矩切換。非磁間隔層220”可以是隧道勢(shì)壘層、導(dǎo)體、或自由層210”和被釘扎層230”之間為此表現(xiàn)出磁電阻的其它結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，非磁間隔層220”為晶體MgO隧道勢(shì)壘層。在這樣的實(shí)施例中，可采用MgO籽層204”來(lái)改善磁性結(jié)200”的TMR和其它特性。據(jù)猜測(cè)，MgO籽層204”的存在改善了隧道勢(shì)壘層220”的晶體結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)和/或織構(gòu))。盡管示出為簡(jiǎn)單層，但自由層210”和/或被釘扎層230”可包括多層，如上所述。盡管圖7中未示出磁化，但自由層210”和/或被釘扎層230”每個(gè)可具有超過面外的去磁能的垂直各向異性能。因此，自由層210”和/或被釘扎層230”每個(gè)的磁矩可垂直于平面取向。在其它實(shí)施例中，自由層210”和/或被釘扎層230”每個(gè)的磁矩在平面內(nèi)。自由層210”和/或被釘扎層230”的磁矩的其它取向也是可能的。由于使用磁插入層100、100’和/或100”，所以磁性結(jié)200”可共享磁插入層100、100’和/或100”的益處。特別地，磁性結(jié)200”可以在磁矩垂直取向時(shí)更加熱穩(wěn)定、可以具有對(duì)于層210”和/或230”的更高垂直各向異性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此,可以改善磁性結(jié)200”的性能。圖8示出包括磁插入層100/100’ /100”的磁性結(jié)200”’的示范實(shí)施例。為清楚起見，圖8不按比例繪制。磁性結(jié)200”，類似于磁性結(jié)200、200，和/或200”。因此，類似的層被類似地標(biāo)記。磁性結(jié)200”’包括分別類似于層210/210’ /210”、220/220’ /220”和230/230’ /230”的自由層210”’、非磁間隔層220”’和被釘扎層230”’。盡管以特定取向示出層210”’、220”’和230”’，但該取向在其它實(shí)施例中可改變。還示出MgO籽層204”’和磁插入層100/100’ /100”。在一些實(shí)施例中，可以包括可選的釘扎層(未示出)和/或可選的蓋層(未示出)。磁性結(jié)200”’還被配置為當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)200”’時(shí)允許自由層210”’在穩(wěn)定磁狀態(tài)之間切換。因此，自由層210”’可利用自旋轉(zhuǎn)移矩切換。非磁間隔層220”’可以是隧道勢(shì)壘層、導(dǎo)體、或自由層210”’和被釘扎層230”’之間為此表現(xiàn)出磁電阻的其它結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，非磁間隔層220”’為晶體MgO隧道勢(shì)壘層。在這樣的實(shí)施例中，可采用MgO籽層204”’來(lái)改善磁性結(jié)200”’的TMR和其它特性。據(jù)猜測(cè)，MgO籽層204”’的存在改善了隧道勢(shì)壘層220”’的晶體結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)和/或織構(gòu))。此外，磁性結(jié)200”’是雙結(jié)構(gòu)。因此，磁性結(jié)200”’還包括額外的非磁間隔層240和額外的被釘扎層250。非磁間隔層240可類似于非磁間隔層220”’。因此，非磁間隔層240可以是晶體MgO隧道勢(shì)壘層。在其它實(shí)施例中，非磁間隔層240可不同于層220”’。類似地，被釘扎層250可類似于被釘扎層230”’。盡管示出為簡(jiǎn)單層，但自由層210”’和/或被釘扎層230”’及250可包括多層，如上所述。盡管圖8中未示出磁化，但自由層210”’和/或被釘扎層230”’及250每個(gè)可具有超過面外的去磁能的垂直各向異性能。因此，自由層210”’和/或被釘扎層230”’及250每個(gè)的磁矩可垂直于平面取向。在其它實(shí)施例中，自由層210”’和/或被釘扎層230”’及250每個(gè)的磁矩在平面內(nèi)。自由層210”’和/或被釘扎層230”’的磁矩的其它取向也是可能的。由于使用磁插入層100、100’和/或100”，所以磁性結(jié)200”，可共享磁插入層100、100’和/或100”的益處。特別地，磁性結(jié)200”’可以在磁矩垂直取向時(shí)更加熱穩(wěn)定、可以具有對(duì)于層210”’和/或230”’的更高垂直各向異性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性結(jié)200”’的性能。圖9示出包括磁插入層諸如100、100’、和/或100”的磁性結(jié)300的示范實(shí)施例。為清楚起見，圖9不按比例繪制。磁性結(jié)300包括自由層310、非磁間隔層320、被釘扎層330、及MgO蓋層304。盡管以特定取向示出層310、320和330，但該取向在其它實(shí)施例中可改變。例如，被釘扎層330可更靠近磁性結(jié)300的底部(最靠近未示出的基板)。還示出了可選的籽層302。也可以使用釘扎層(未示出)和MgO籽層(未示出)。一般地，如果被釘扎層330的磁矩在面內(nèi)，則將使用釘扎層，但如果被釘扎層330的磁矩垂直于平面，則將不使用釘扎層。這樣的釘扎層將用于固定被釘扎層330的磁化(未示出)。在一些實(shí)施例中，釘扎層可以是通過交換配置作用釘扎被釘扎層330的磁化(未示出)的AFM層或多層。磁性結(jié)300還被配置為當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)300時(shí)允許自由層310在穩(wěn)定磁狀態(tài)之間切換。因此，自由層310可利用自旋轉(zhuǎn)移矩切換。非磁間隔層320可以是隧道勢(shì)壘層、導(dǎo)體、或自由層310和被釘扎層330之間為此表現(xiàn)出磁電阻的其它結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，非磁間隔層320為晶體MgO隧道勢(shì)壘層。在這樣的實(shí)施例中，可采用MgO蓋層304來(lái)改善磁性結(jié)300的TMR和其它特性。據(jù)猜測(cè)，MgO蓋層304的存在改善了非磁間隔層320的晶體結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)和/或織構(gòu))，因?yàn)榉谴砰g隔層320對(duì)周圍結(jié)構(gòu)敏感，該周圍結(jié)構(gòu)可影響其它活動(dòng)(activities)之中的層的沉積和磁性結(jié)300的退火。盡管示出為簡(jiǎn)單層，但自由層310和/或被釘扎層330可包括多層。例如，自由層310和/或被釘扎層330可以是包括通過諸如Ru的薄層反鐵磁或鐵磁地耦合的磁層的SAF。在這樣的SAF中，可以使用與Ru或其它材料的薄層交替的多個(gè)磁層。自由層310和/或被釘扎層330也可以是另外的多層。盡管圖9中未示出磁化，但自由層310和/或被釘扎層330每個(gè)可具有超過面外的去磁能的垂直各向異性能。因此，自由層310和/或被釘扎層330每個(gè)的磁矩可垂直于平面取向。在其它實(shí)施例中，自由層310和/或被釘扎層330每個(gè)的磁矩在平面內(nèi)。自由層310和/或被釘扎層330的磁矩的其它取向也是可能的。由于使用磁插入層100、100’和/或100”，所以磁性結(jié)300可共享磁插入層100、100’和/或100”的益處。特別地，磁性結(jié)300可以在磁矩垂直取向時(shí)更加熱穩(wěn)定、可以具有對(duì)于層310和/或330的更高垂直各向異性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。如上所述，磁插入層100、100’和/或100”可以減小相鄰MgO層諸如MgO蓋層304的RA。MgO蓋層304的寄生電阻的減小可有效提高磁性結(jié)300的TMR。另外，非磁間隔層320的RA可通過改善的MgO蓋層304的存在并因而磁插入層100/100’ /100”的存在而減小。因此，磁性結(jié)300的RA可進(jìn)一步減小。因此，磁性結(jié)300的性能可得到改善。圖10示出包括磁插入層100/100’/100”的磁性結(jié)300’的示范實(shí)施例。為清楚起見，圖10不按比例繪制。磁性結(jié)300’類似于磁性結(jié)300。因此，類似的層被類似地標(biāo)記。磁性結(jié)300，包括分別類似于層310,320和330的自由層310’、非磁間隔層320，和被釘扎層330’。盡管以特定取向示出了層310’、320’和330’，但該取向在其它實(shí)施例中可改變。還示出MgO蓋層304’和磁插入層100/100’/100”。在一些實(shí)施例中，可以包括可選的釘扎層(未示出)和/或可選的MgO籽層(未示出)。磁性結(jié)300’還被配置為當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)300’時(shí)允許自由層310’在穩(wěn)定磁狀態(tài)之間切換。因此，自由層310’可利用自旋轉(zhuǎn)移矩切換。
非磁間隔層320’可以是隧道勢(shì)壘層、導(dǎo)體、或自由層310’和被釘扎層330’之間為此表現(xiàn)出磁電阻的其它結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，非磁間隔層320’為晶體MgO隧道勢(shì)壘層。在這樣的實(shí)施例中，可采用MgO蓋層304’來(lái)改善磁性結(jié)300’的TMR和其它特性。據(jù)猜測(cè)，MgO蓋層304’的存在改善了非磁間隔層320’的晶體結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)和/或織構(gòu))，因?yàn)榉谴砰g隔層320’對(duì)周圍結(jié)構(gòu)敏感，該周圍結(jié)構(gòu)在其它活動(dòng)當(dāng)中可影響層的沉積和磁性結(jié)300’的退火。盡管示出為簡(jiǎn)單層，但自由層310’和/或被釘扎層330’可包括多層，如上所述。盡管圖10中未示出磁化，但自由層310’和/或被釘扎層330’每個(gè)可具有超過面外的去磁能的垂直各向異性能。因此，自由層310’和/或被釘扎層330’每個(gè)的磁矩可垂直于平面取向。在其它實(shí)施例中，自由層310’和/或被釘扎層330’每個(gè)的磁矩在平面內(nèi)。自由層310’和/或被釘扎層330’的磁矩的其它取向也是可能的。由于使用磁插入層100、100’和/或100”，所以磁性結(jié)300’可共享磁插入層100、100’和/或100”的益處。特別地，磁性結(jié)300’可以在磁矩垂直取向時(shí)更加熱穩(wěn)定、可以具有對(duì)于層310’和/或330’的更高垂直各向異性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性結(jié)300’的性能。圖11示出包括磁插入層100/100’ /100”的磁性結(jié)300”的示范實(shí)施例。為清楚起見，圖11不按比例繪制。磁性結(jié)300”類似于磁性結(jié)300和/或300’。因此，類似的層被類似地標(biāo)記。磁性結(jié)300”包括分別類似于層310/310’、320/320’和330/330’的自由層310”、非磁間隔層320”和被釘扎層330”。盡管以特定取向示出了層310”、320”和330”，但該取向在其它實(shí)施例中可改變。還示出MgO蓋層304”和磁插入層100/100’/100”。在一些實(shí)施例中，可以包括可選的釘扎層(未示出)和/或可選的MgO籽層(未示出)。磁性結(jié)300”還被配置為當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)300”時(shí)允許自由層310”在穩(wěn)定磁狀態(tài)之間切換。因此，自由層310”可利用自旋轉(zhuǎn)移矩切換。非磁間隔層320”可以是隧道勢(shì)壘層、導(dǎo)體、或自由層310”和被釘扎層330”之間為此表現(xiàn)出磁電阻的其它結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，非磁間隔層320”為晶體MgO隧道勢(shì)壘層。如上所述，在這樣的實(shí)施例中，可采用MgO蓋層304”來(lái)改善磁性結(jié)300”的TMR和其它特性。此外，磁性結(jié)300”是雙結(jié)構(gòu)。因此，磁性結(jié)300”還包括額外的非磁間隔層340和額外的被釘扎層350。非磁間隔層340可類似于非磁間隔層320”。因此，非磁間隔層340可以是晶體MgO隧道勢(shì)壘層。在其它實(shí)施例中，非磁間隔層340可不同于層320”。類似地，被釘扎層350可類似于被釘扎層330”。盡管示出為簡(jiǎn)單層，但自由層310”和/或被釘扎層330”及350可包括多層，如上所述。盡管圖11中未示出磁化，但自由層310”和/或被釘扎層330”及350每個(gè)可具有超過面外的去磁能的垂直各向異性能。因此，自由層310”和/或被釘扎層330”及350每個(gè)的磁矩可垂直于平面取向。在其它實(shí)施例中，自由層310”和/或被釘扎層330”及350每個(gè)的磁矩在平面內(nèi)。自由層310”和/或被釘扎層330”的磁矩的其它取向也是可能的。由于使用磁插入層100、100’和/或100”，所以磁性結(jié)300”可共享磁插入層100、100’和/或100”的益處。特別地，磁性結(jié)300”可以在磁矩垂直取向時(shí)更加熱穩(wěn)定、可以具有對(duì)于層310”和/或330”的更高垂直各向異性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性結(jié)300”的性能。圖12示出包括兩個(gè)磁插入層諸如100、100’和/或100”的磁性結(jié)400的示范實(shí)
施例。為清楚起見，圖12不按比例繪制。磁性結(jié)400包括自由層410、非磁間隔層420、被釘扎層430和MgO籽層404及MgO蓋層406。盡管以特定取向示出層410、420和430，但該取向在其它實(shí)施例中可改變。例如，被釘扎層430可更靠近磁性結(jié)400的底部(最靠近未示出的基板)。還示出了可選的籽層402。也可以使用釘扎層(未示出)。一般地，如果被釘扎層430的磁矩在面內(nèi)，則將使用釘扎層，但如果被釘扎層430的磁矩垂直于平面，則將不使用釘扎層。這樣的釘扎層將用于固定被釘扎層430的磁化(未示出)。在一些實(shí)施例中，釘扎層可以是通過交換配置作用釘扎被釘扎層430的磁化(未示出)的AFM層或多層。磁性結(jié)400也被配置為當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)400時(shí)允許自由層410在穩(wěn)定磁狀態(tài)之間切換。因此，自由層410可利用自旋轉(zhuǎn)移矩切換。非磁間隔層420可以是隧道勢(shì)壘層、導(dǎo)體、或自由層410和被釘扎層430之間為此表現(xiàn)出磁電阻的其它結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，非磁間隔層420為晶體MgO隧道勢(shì)壘層。在這樣的實(shí)施例中，可采用MgO籽層404和MgO蓋層406來(lái)改善磁性結(jié)400的TMR和其它特性。據(jù)猜測(cè)，MgO籽層404和MgO蓋層406的存在改善了非磁間隔層420的晶體結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)和/或織構(gòu))，因?yàn)榉谴砰g隔層對(duì)周圍結(jié)構(gòu)敏感，該周圍結(jié)構(gòu)在其它活動(dòng)當(dāng)中可影響層的沉積和磁性結(jié)400的退火。盡管示出為簡(jiǎn)單層，但自由層410和/或被釘扎層430可包括多層。例如，自由層410和/或被釘扎層430可以是包括通過諸如Ru的薄層反鐵磁或鐵磁地耦合的磁層的SAF。在這樣的SAF中，可以使用與Ru或其它材料的薄層交替的多個(gè)磁層。自由層410和/或被釘扎層430也可以是另外的多層。盡管圖12中未示出磁化，但自由層410和/或被釘扎層430每個(gè)可具有超過面外的去磁能的垂直各向異性能。因此，自由層410和/或被釘扎層430每個(gè)的磁矩可垂直于平面取向。在其它實(shí)施例中，自由層410和/或被釘扎層430每個(gè)的磁矩在平面內(nèi)。自由層410和/或被釘扎層430的磁矩的其它取向也是可能的。使用兩個(gè)磁插入層100/100’ /100”。一個(gè)磁插入層100/100’ /100”與MgO層404和406的其中之一相鄰。由于使用兩個(gè)磁插入層100、100’和/或100”，磁性結(jié)400可共享磁插入層100、100’和/或100”的益處。特別地，磁性結(jié)400可以在磁矩垂直取向時(shí)更加熱穩(wěn)定、可以具有對(duì)于層410和/或430的更高垂直各向異性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。如上所述，磁插入層100、100’和/或100”可以減小相鄰的MgO層諸如MgO籽層404和MgO蓋層406的RA。MgO籽層404和MgO蓋層406的寄生電阻的減小可有效提高磁性結(jié)300的TMR。另外，非磁間隔層420的RA可通過改善的MgO層404和406的存在而減小。因此，MgO隧道勢(shì)壘層的RA可通過磁插入層100/100’ /100”得到改善。因此，磁性結(jié)400的RA可進(jìn)一步減小。因此，磁性結(jié)400的性能可得到改善。圖13示出包括磁插入層100/100’/100”的磁性結(jié)400’的示范實(shí)施例。為清楚起見，圖13不按比例繪制。磁性結(jié)400’類似于磁性結(jié)400。因此，類似的層被類似地標(biāo)記。磁性結(jié)400’包括分別類似于層410、420和430的自由層410’、非磁間隔層420’和被釘扎層430’。盡管以特定取向示出層410’、420’和430’，但該取向在其它實(shí)施例中可改變。還示出了 MgO籽層404’、MgO蓋層406’、及磁插入層100/100’ /100”。在一些實(shí)施例中，可以包括可選的釘扎層(未示出)。磁性結(jié)400’還被配置為當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)400’時(shí)允許自由層410’在穩(wěn)定磁狀態(tài)之間切換。因此，自由層410’可利用自旋轉(zhuǎn)移矩切換。非磁間隔層420’可以是隧道勢(shì)壘層、導(dǎo)體、或自由層410’和被釘扎層430’之間為此表現(xiàn)出磁電阻的其它結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，非磁間隔層420’為晶體MgO隧道勢(shì)壘層。在這樣的實(shí)施例中，可采用MgO籽層404’和MgO蓋層406’來(lái)改善磁性結(jié)400’的TMR和其它特性。盡管示出為簡(jiǎn)單層，但自由層410’和/或被釘扎層430’可包括多層，如上所述。盡管圖13中未示出磁化，但自由層410’和/或被釘扎層430’每個(gè)可具有超過面外的去磁能的垂直各向異性能。因此，自由層410’和/或被釘扎層430’每個(gè)的磁矩可垂直于平面取向。在其它實(shí)施例中，自由層410’和/或被釘扎層430’每個(gè)的磁矩在平面內(nèi)。自由層410’和/或被釘扎層430’的磁矩的其它取向也是可能的。由于使用磁插入層100、100’和/或100”，所以磁性結(jié)400’可共享磁插入層100、100’和/或100”的益處。特別地，磁性結(jié)400’可以在磁矩垂直取向時(shí)更加熱穩(wěn)定、可以具有對(duì)于層410’和/或430’的更高垂直各向異性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此，可以改善磁性結(jié)400’的性能。圖14示出包括兩個(gè)磁插入層100/100’/100”的磁性結(jié)400”的示范實(shí)施例。為清楚起見，圖14不按比例繪制。磁性結(jié)400”類似于磁性結(jié)400和/或400’。因此，類似的層被類似地標(biāo)記。磁性結(jié)400”包括分別類似于層410/410’、420/420’和430/430’的自由層410”、非磁間隔層420”和被釘扎層430”。盡管以特定取向示出層410”、420”和430”，但該取向在其它實(shí)施例中可改變。還示出了 MgO籽層404”、Mg0蓋層406”和鄰接的磁插入層100/100’ /100”。在一些實(shí)施例中，可以包括可選的釘扎層(未示出)。磁性結(jié)400”還被配置為當(dāng)寫電流通過磁性結(jié)400”時(shí)允許自由層410”在穩(wěn)定磁狀態(tài)之間切換。因此，自由層410”可利用自旋轉(zhuǎn)移矩切換。非磁間隔層420”可以是隧道勢(shì)壘層、導(dǎo)體、或自由層410”和被釘扎層430”之間為此表現(xiàn)出磁電阻的其它結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，非磁間隔層420”為晶體MgO隧道勢(shì)壘層。如上所述，在這樣的實(shí)施例中，可采用MgO籽層404”和MgO蓋層406”來(lái)改善磁性結(jié)400”的TMR和其它特性。此外，磁性結(jié)400”是雙結(jié)構(gòu)。因此，磁性結(jié)400”還包括額外的非磁間隔層430和額外的被釘扎層440。非磁間隔層430可類似于非磁間隔層420”。因此，非磁間隔層430可以是晶體MgO隧道勢(shì)壘層。在其它實(shí)施例中，非磁間隔層430可不同于層420”。類似地，被釘扎層440可類似于被釘扎層430”。盡管示出為簡(jiǎn)單層，但自由層410”和/或被釘扎層430”及440可包括多層，如上所述。盡管圖14中未示出磁化，但自由層410”和/或被釘扎層430”及440每個(gè)可具有超過面外的去磁能的垂直各向異性能。因此，自由層410”和/或被釘扎層430”及440每個(gè)的磁矩可垂直于平面取向。在其它實(shí)施例中，自由層410”和/或被釘扎層430”每個(gè)的磁矩在平面內(nèi)。自由層410”和/或被釘扎層430”的磁矩的其它取向也是可能的。由于使用磁插入層100、100’和/或100”，所以磁性結(jié)400”可共享磁插入層100、100’和/或100”的益處。特別地，磁性結(jié)400”可以在磁矩垂直取向時(shí)更加熱穩(wěn)定、可以具有對(duì)于層410”和/或430”的更高垂直各向異性、可以降低RA和/或可以具有改善的TMR。因此,可以改善磁性結(jié)400”的性能。
圖15示出用于制造磁子結(jié)構(gòu)的方法500的示范實(shí)施例。為簡(jiǎn)單起見，一些步驟可以省略、組合、和/或交錯(cuò)。方法500在磁性結(jié)200的背景下描述。然而，方法500可以用在其它磁性結(jié)上，諸如結(jié) 200’、200 ”、200 ”’、300、300 ’、300 ”、400、400 ’、和 / 或 400 ”。另外，方法500可結(jié)合到磁存儲(chǔ)器的制造中。因此，方法500可用于制造STT-RAM或其它磁存儲(chǔ)器。方法500還可以包括提供(多個(gè))籽層202和可選的釘扎層(未示出)。自由層210通過步驟502提供。步驟502可以包括以自由層210的所需厚度沉積所需材料。另外，步驟502可包括提供SAF。非磁層220通過步驟504提供。步驟504可以包括沉積期望的非磁材料，包括但并不限于晶體MgO。另外，所需厚度的材料可以在步驟504中沉積。被釘扎層230通過步驟506提供。步驟506可以包括以被釘扎層230的所需厚度沉積所需材料。進(jìn)一步，步驟508可包括提供SAF。任何額外的層，例如層240和250可以可選地通過步驟508提供?？梢酝ㄟ^步驟510提供任何MgO層，例如層204。類似地，在步驟510，還可以提供MgO蓋層，例如層304和406。因此，步驟510的一部分可以在步驟502之前執(zhí)行。磁插入層100/100’/100”可通過步驟512接著MgO層204提供。對(duì)于磁性結(jié)200，磁插入層100/100’/100”在步驟502之前提供。然而，對(duì)于使用MgO蓋層的磁性結(jié)，步驟512可包括在執(zhí)行步驟508和/或510之后提供磁插入層100/100’ /100”。因此，通過使用方法 500，可實(shí)現(xiàn)磁插入層 100/100’/100”和磁性結(jié) 200、200’、200”、200”’、300、300’、300”、400、400’、和 / 或 400” 的益處。此外，磁性結(jié)200、200’、200”、200”’、300、300’、300”、400、400’、和 / 或 400” 可用
在磁存儲(chǔ)器中。圖16示出一個(gè)這樣的存儲(chǔ)器600的示范實(shí)施例。磁存儲(chǔ)器600包括讀/寫列選擇驅(qū)動(dòng)器602和606以及字線選擇驅(qū)動(dòng)器。注意，可以提供其它和/或不同的部件。存儲(chǔ)器600的存儲(chǔ)區(qū)域包括磁存儲(chǔ)單元610。每個(gè)磁存儲(chǔ)單元包括至少一個(gè)磁性結(jié)612和至少一個(gè)選擇器件614。在一些實(shí)施例中，選擇器件614是晶體管。磁性結(jié)612可以包括一個(gè)或多個(gè)磁性結(jié) 200、200’、200”、200”’、300、300’、300”、400、400’、和 / 或 400”。雖然每個(gè)單元610示出一個(gè)磁性結(jié)612，但在其它實(shí)施例中，每個(gè)單元可以提供其它數(shù)目的磁性結(jié)612。已經(jīng)公開各種磁插入層100、100，、和100”以及磁性結(jié)200、200’、200”、200”，、300、300’、300”、400、400’、和 / 或 400”。需注意的是，磁插入層 100、100，、和 / 或 100” 以及磁性結(jié) 200、200 ’、200 ”、200 ”’、300、300 ’、300 ”、400、400 ’、和 / 或 400 ”的各特征可以被組合。因此,可以實(shí)現(xiàn)磁性結(jié) 200、200’、200”、200”’、300、300’、300”、400、400’、和 / 或 400”
的一個(gè)或多個(gè)益處，諸如降低RA、改善垂直各向異性、更高的熱穩(wěn)定性、和/或更高的TMR。已經(jīng)描述了用于提供磁插入層、磁性結(jié)和使用該磁性結(jié)制造的存儲(chǔ)器的方法和系統(tǒng)。已經(jīng)根據(jù)示出的示范實(shí)施例描述了方法和系統(tǒng)，且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)至IJ，實(shí)施例可以有變化，并且任何變化將在所述方法和系統(tǒng)的精神和范圍內(nèi)。因此，在不脫離所附的權(quán)利要求的精神和范圍的情況下，可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員進(jìn)行多種修改。
權(quán)利要求
1.一種磁性結(jié)，用于在磁器件中使用，包括: 被釘扎層； 非磁間隔層； 自由層，所述非磁間隔層位于所述被釘扎層和所述自由層之間； 至少一個(gè)絕緣層，與所述自由層和所述被釘扎層中的至少一個(gè)相鄰 '及 至少一個(gè)磁插入層，鄰接所述至少一個(gè)絕緣層， 其中所述磁性結(jié)被配置為使得當(dāng)寫電流通過所述磁性結(jié)時(shí)，所述自由層在多個(gè)穩(wěn)定磁狀態(tài)之間可切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性結(jié)，其中所述至少一個(gè)絕緣層包括鎂氧化物、鋁氧化物、鉭氧化物、釕氧化物、鈦氧化物以及鎳氧化物的至少其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性結(jié)，其中所述至少一個(gè)絕緣層包括至少一個(gè)MgO層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁性結(jié)，其中所述至少一個(gè)磁插入層包括磁層，所述磁層包括CoX、FeX和CoFeX的至少其中之一，其中X選自B、Ge、Hf、Zr、T1、Ta和Tb。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁性結(jié)，其中所述至少一個(gè)磁插入層還包括額外的磁層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁性結(jié)，其中所述額外的磁層包括Co和Fe的至少其中之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁性結(jié)，其中所述至少一個(gè)磁插入層還包括額外的磁層，所述額外的磁層包括CoY、FeY和CoFeY的至少其中之一，其中Y選自B、Ge、Hf、Zr、T1、Ta和Tb。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁性結(jié)，其中所述至少一個(gè)MgO層是鄰接所述自由層的籽層。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁性結(jié)，其中所述至少一個(gè)MgO層是鄰接所述被釘扎層的籽層。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁性結(jié)，其中所述至少一個(gè)MgO層是鄰接所述自由層的蓋層。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁性結(jié)，其中所述至少一個(gè)MgO層是鄰接所述被釘扎層的蓋層。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁性結(jié)，其中所述至少一個(gè)MgO層包括鄰接所述自由層的第一 MgO層和鄰接所述被釘扎層的第二 MgO層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁性結(jié)，其中所述至少一個(gè)磁插入層包括鄰接所述第一MgO層的第一磁插入層和鄰接所述被釘扎層的第二磁插入層。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁性結(jié)，其中所述自由層具有大于自由層面外的去磁能的自由層垂直各向異性能。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁性結(jié)，其中所述被釘扎層具有大于被釘扎層面外的去磁能的被釘扎層垂直各向異性能。
16.—種磁存儲(chǔ)器,包括: 多個(gè)磁存儲(chǔ)單元，所述多個(gè)磁存儲(chǔ)單元中的每個(gè)包括至少一個(gè)磁性結(jié)，所述至少一個(gè)磁性結(jié)包括被釘扎層、非磁間隔層、自由層、至少一個(gè)絕緣層和至少一個(gè)磁插入層，所述非磁間隔層位于所述被釘扎層和所述自由層之間，所述至少一個(gè)絕緣層與所述自由層和所述被釘扎層中的至少一個(gè)相鄰，所述至少一個(gè)磁插入層鄰接所述至少一個(gè)絕緣層，所述磁性結(jié)被配置為使得當(dāng)寫電流通過所述磁性結(jié)時(shí)所述自由層在多個(gè)穩(wěn)定磁狀態(tài)之間可切換；及多條位線。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述至少一個(gè)絕緣層包括鎂氧化物、鋁氧化物、鉭氧化物、釕氧化物、鈦氧化物以及鎳氧化物的至少其中之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述至少一個(gè)絕緣層包括至少一個(gè)MgO層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述至少一個(gè)磁插入層包括磁層，所述磁層包括CoX、FeX和CoFeX的至少其中之一，其中X選自B、Ge、Hf、Zr、T1、Ta和Tb。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述至少一個(gè)磁插入層還包括額外的磁層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述額外的磁層包括Co和Fe的至少其中之一.
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述至少一個(gè)磁插入層還包括額外的磁層，所述額外的磁層包括CoY、FeY和CoFeY的至少其中之一，其中Y選自B、Ge、Hf、Zr、T1、Ta 和 Tb。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述至少一個(gè)MgO層是鄰接所述自由層的籽層。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述至少一個(gè)MgO層是鄰接所述被釘扎層的籽層。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述至少一個(gè)MgO層是鄰接所述自由層的蓋層。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述至少一個(gè)MgO層是鄰接所述被釘扎層的蓋層。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述至少一個(gè)MgO層包括鄰接所述自由層的第一 MgO層和鄰接所述被釘扎層的第二 MgO層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述至少一個(gè)磁插入層包括鄰接所述第一MgO層的第一磁插入層和鄰接所述被釘扎層的第二磁插入層。
29.根據(jù)權(quán)利要求18所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述自由層具有大于自由層面外的去磁能的自由層垂直各向異性能。
30.根據(jù)權(quán)利要求18所述的磁存儲(chǔ)器，其中所述被釘扎層具有大于被釘扎層面外的去磁能的被釘扎層垂直各向異性能。
31.一種用于提供磁性結(jié)的方法，所述磁性結(jié)用于磁器件中，所述方法包括: 提供被釘扎層； 提供非磁間隔層； 提供自由層，所述非磁間隔層位于所述被釘扎層和所述自由層之間； 提供至少一個(gè)MgO層，該至少一個(gè)MgO層與所述自由層和所述被釘扎層中的至少一個(gè)相鄰；及 提供至少一個(gè)磁插入層，該至少一個(gè)磁插入層鄰接所述至少一個(gè)MgO層， 其中所述磁性結(jié)被配置為使得當(dāng)寫電流通過所述磁性結(jié)時(shí)所述自由層在多個(gè)穩(wěn)定磁狀態(tài)之間可切換。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁性結(jié)、其提供方法以及包括該磁性結(jié)的磁存儲(chǔ)器。方法和系統(tǒng)提供可用于磁器件中的磁性結(jié)。所述磁性結(jié)包括被釘扎層、非磁間隔層、自由層、至少一個(gè)絕緣層、和鄰接所述至少一個(gè)絕緣層的至少一個(gè)磁插入層。所述非磁間隔層位于所述被釘扎層和所述自由層之間。所述至少一個(gè)絕緣層與所述自由層和所述被釘扎層中的至少一個(gè)相鄰。所述至少一個(gè)磁插入層鄰接所述至少一個(gè)絕緣層。在一些方面，絕緣層包括鎂氧化物、鋁氧化物、鉭氧化物、釕氧化物、鈦氧化物、以及鎳氧化物的至少其中之一。所述磁性結(jié)被配置為使得當(dāng)寫電流通過所述磁性結(jié)時(shí)所述自由層在多個(gè)穩(wěn)定磁狀態(tài)之間可切換。
文檔編號(hào)H01L43/08GK103178205SQ20121056054
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者X.唐, D.阿帕闊, S.M.瓦特斯, K.穆恩, V.尼基丁 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社