磁性结、磁性存储器以及提供所述磁性结的方法技术

本发明专利技术阐述磁性结、磁性存储器以及提供所述磁性结的方法。所述磁性结存在于衬底上且能够用于磁性器件中。所述磁性结包括被钉扎层、非磁性分隔层、自由层、氧化物层及至少一个氧阻挡层。当写入电流通过所述磁性结时，所述自由层能够在多种稳定磁性状态之间切换。所述非磁性分隔层位于所述被钉扎层与所述自由层之间。所述氧化物层邻近所述自由层。所述自由层位于所述非磁性分隔层与所述氧化物层之间。所述氧阻挡层具有选自邻近所述氧化物层与邻近所述被钉扎层的位置。在一些方面中，磁性结还可包括氧吸附层和/或微调层。

【技术实现步骤摘要】
磁性结、磁性存储器以及提供所述磁性结的方法[相关申请的交叉参考]本申请主张在2017年5月30日提出申请的序列号为62/512,653且名称为垂直磁性结中低氧化物顶部上的顶盖层(CAPPINGLAYERONTHETOPOFSUB-OXIDEINPERPENDICULARMAGNETICJUNCTIONS)的临时专利申请的权利，所述临时专利申请被转让给本申请的受让人且并入本文供参考。
本专利技术概念涉及一种磁性结、磁性存储器及制作所述磁性结的方法。
技术介绍
由于磁性存储器(尤其是磁性随机存取存储器(magneticrandomaccessmemory，MRAM))在操作期间具有读取/写入速度高、耐用性优异、非易失性及功耗低的潜力，因此它们得到越来越多的关注。磁性随机存取存储器可利用磁性材料作为信息记录介质来存储信息。一种类型的磁性随机存取存储器是自旋转移力矩磁性随机存取存储器(spintransfertorquemagneticrandomaccessmemory，STT-MRAM)。自旋转移力矩磁性随机存取存储器利用磁性结，所述磁性结至少部分地由被驱动通过所述磁性结的电流来写入。被驱动通过磁性结的自旋偏振电流(spinpolarizedcurrent)在磁性结中的磁矩(magneticmoment)上施加自旋力矩(spintorque)。因此，具有响应于自旋力矩的磁矩的层可被切换成期望状态。举例来说，在传统的自旋转移力矩磁性随机存取存储器中可使用传统的磁性隧道结(magnetictunnelingjunction，MTJ)。传统的磁性隧道结通常存在于衬底上。磁性隧道结使用晶种层，可包括顶盖层，且可包括反铁磁(antiferromagnetic，AFM)层。传统的磁性隧道结包括被钉扎层(pinnedlayer)、自由层以及位于被钉扎层与自由层之间的隧道势垒层(tunnelingbarrierlayer)。可使用位于磁性隧道结下方的底部接触件及位于磁性隧道结上的顶部接触件在垂直于平面电流(current-perpendicular-to-plane，CPP)方向上驱动电流通过磁性隧道结。被钉扎层及自由层是磁性的。被钉扎层的磁化被固定或被钉扎在特定方向上。自由层具有能够改变的磁化。自由层可为单个层或包括多个层。为切换自由层的磁化，垂直于平面来驱动电流。当从顶部接触件向底部接触件驱动足够的电流时，自由层的磁化可被切换成平行于底部被钉扎层的磁化。当从底部接触件向顶部接触件驱动足够的电流时，自由层的磁化可被切换成与底部被钉扎层的磁化反平行。磁性配置的差异对应于不同的磁阻，且因此对应于传统磁性隧道结的不同逻辑状态(例如，逻辑“0”及逻辑“1”)。由于磁性存储器适用于各种应用中的潜力，因此正在进行对磁性存储器的研究。需要用于改善自旋转移力矩磁性随机存取存储器的性能的机制。举例来说，为实现改善的切换及信号，可能需要低的切换电流、足够的热稳定性及高的磁阻。因此，需要一种可改善自旋转移力矩式存储器的性能的方法及系统。本文所述方法及系统满足了这种需要。
技术实现思路
本专利技术阐述一种磁性结以及提供所述磁性结的方法。所述磁性结存在于衬底上且可用于磁性器件中。所述磁性结包括被钉扎层、非磁性分隔层、自由层、氧化物层及至少一个氧阻挡层。当写入电流通过所述磁性结时，所述自由层可在多种稳定磁性状态之间切换。所述非磁性分隔层位于所述被钉扎层与所述自由层之间。所述氧化物层邻近所述自由层。所述自由层位于所述非磁性分隔层与所述氧化物层之间。所述氧阻挡层具有选自邻近所述氧化物层与邻近所述被钉扎层的位置。在一些方面中，磁性结还可包括氧吸附层和/或微调层。磁性结对于自由层而言和/或对于被钉扎层而言可具有改善的垂直磁各向异性。磁性结还可具有减小的切换电流。因此，性能可得到改善。附图说明图1a至图1b绘示磁性结的示例性实施例，所述磁性结可用于磁性存储器中、可使用自旋转移力矩进行编程且包括至少一个氧阻挡层。图2绘示磁性结的另一个示例性实施例，所述磁性结可用于磁性存储器中、可使用自旋转移力矩进行编程且包括至少一个氧阻挡层。图3绘示磁性结的另一个示例性实施例，所述磁性结可用于磁性存储器中、可使用自旋转移力矩进行编程且包括至少一个氧阻挡层。图4绘示磁性结的另一个示例性实施例，所述磁性结可用于磁性存储器中、可使用自旋转移力矩进行编程且包括至少一个氧阻挡层。图5绘示磁性结的另一个示例性实施例，所述磁性结可用于磁性存储器中、可使用自旋转移力矩进行编程且包括至少一个氧阻挡层。图6绘示磁性结的另一个示例性实施例，所述磁性结可用于磁性存储器中、可使用自旋转移力矩进行编程且包括至少一个氧阻挡层。图7绘示在存储单元的存储器元件中利用磁性结的存储器的示例性实施例。图8是绘示提供磁性结的方法的示例性实施例的流程图，所述磁性结可用于磁性存储器中、可使用自旋转移力矩进行编程且包括至少一个氧阻挡层。图9是绘示提供磁性结的方法的另一个示例性实施例的流程图，所述磁性结可用于磁性存储器中、可使用自旋转移力矩进行编程且包括至少一个氧阻挡层。具体实施方式示例性实施例涉及可用于例如磁性存储器等磁性器件中的磁性结以及使用这种磁性结的器件。磁性存储器可包括自旋转移力矩磁性随机存取存储器(STT-MRAM)且可用于采用非易失性存储器的电子器件中。这种电子器件包括但不限于手机、智能电话、平板电脑、膝上型计算机及其他便携式及非便携式计算器件。提出以下说明是为了使所属领域的普通技术人员能够制作并使用本专利技术，且以下说明是在专利申请及其要求的上下文中提供。对在本文中阐述的示例性实施例以及一般性原则及特征的各种修改将显而易见。示例性实施例主要是针对在具体实施方式中提供的具体方法及系统进行阐述。然而，所述方法及系统在其他实施方式中也将有效地发挥作用。例如“示例性实施例”、“一个实施例”及“另一个实施例”等短语可指相同或不同的实施例以及多个实施例。实施例将相对于具有某些组件的系统和/或器件进行阐述。然而，系统和/或器件可包括比图中所示组件更多或更少的组件，且组件的排列及类型可发生变化，而此并不背离本专利技术的范围。示例性实施例还将在具有某些步骤的具体方法的上下文中进行阐述。然而，方法及系统对于具有不同的和/或附加的步骤以及处于不同次序的步骤的其他方法而言也会有效地发挥作用，所述其他方法不与示例性实施例相矛盾。因此，本专利技术并非旨在仅限于图中所示实施例，而是符合与本文所述原则及特征相一致的最广范围。本专利技术阐述一种磁性结以及提供所述磁性结的方法。所述磁性结存在于衬底上且可用于磁性器件中。所述磁性结包括被钉扎层、非磁性分隔层、自由层、氧化物层及至少一个氧阻挡层。当写入电流通过所述磁性结时，所述自由层可在多种稳定磁性状态之间切换。所述非磁性分隔层位于所述被钉扎层与所述自由层之间。所述氧化物层邻近所述自由层。所述自由层位于所述非磁性分隔层与所述氧化物层之间。所述氧阻挡层具有选自邻近所述氧化物层与邻近所述被钉扎层的位置。在一些方面中，磁性结还可包括氧吸附层和/或微调层。示例性实施例是在具体方法、具有某些组件的磁性结及磁性存储器的上下文中进行阐述。所属领域的普通技术人员将容易地认识到，本专利技术与具有不与本专利技术相矛盾的其他的和/或附加组件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性结，存在于衬底上且能够用于磁性器件中，其特征在于，所述磁性结包括：被钉扎层；非磁性分隔层；自由层，当写入电流通过所述磁性结时，所述自由层能够在多种稳定磁性状态之间切换，所述非磁性分隔层存在于所述被钉扎层与所述自由层之间；氧化物层，邻近所述自由层，所述自由层位于所述非磁性分隔层与所述氧化物层之间；以及具有至少一个位置的至少一个氧阻挡层，所述至少一个位置是选自邻近所述氧化物层与邻近所述被钉扎层。

【技术特征摘要】
2017.05.30 US 62/512,653;2017.07.25 US 15/659,6051.一种磁性结，存在于衬底上且能够用于磁性器件中，其特征在于，所述磁性结包括：被钉扎层；非磁性分隔层；自由层，当写入电流通过所述磁性结时，所述自由层能够在多种稳定磁性状态之间切换，所述非磁性分隔层存在于所述被钉扎层与所述自由层之间；氧化物层，邻近所述自由层，所述自由层位于所述非磁性分隔层与所述氧化物层之间；以及具有至少一个位置的至少一个氧阻挡层，所述至少一个位置是选自邻近所述氧化物层与邻近所述被钉扎层。2.根据权利要求1所述的磁性结，其特征在于，所述至少一个氧阻挡层邻近所述氧化物层，所述氧化物层位于所述氧阻挡层与所述自由层之间。3.根据权利要求2所述的磁性结，其特征在于，所述至少一个氧阻挡层距离所述自由层不大于二十埃，且所述氧化物层与所述自由层共享界面。4.根据权利要求2所述的磁性结，其特征在于，还包括：至少一个氧吸附层，与所述至少一个氧阻挡层共享第一界面，所述至少一个氧吸附层具有选自第一位置及第二位置的位置，所述第一位置位于所述至少一个氧阻挡层与所述氧化物层之间，所述第二位置使所述至少一个氧阻挡层位于所述氧吸附层与所述氧化物层之间。5.根据权利要求4所述的磁性结，其特征在于，还包括：至少一个微调层，所述至少一个氧阻挡层位于所述至少一个微调层与所述自由层之间。6.根据权利要求4所述的磁性结，其特征在于，所述至少一个氧吸附层包含Mg及Ti中的至少一者。7.根据权利要求2所述的磁性结，其特征在于，还包括：至少一个微调层，所述至少一个氧阻挡层位于所述至少一个微调层与所述氧化物层之间。8.根据权利要求7所述的磁性结，其特征在于，所述至少一个微调层包含Mo、W、Ir、Ru及Ta中的至少一者。9.根据权利要求2所述的磁性结，其特征在于，所述至少一个氧阻挡层包含Ir及Ru中的至少一者。10.根据权利要求9所述的磁性结，其特征在于，所述至少一个氧阻挡层选自Ir层、Ru层、Ir/Ru双层及Ru/Ir双层。11.根据权利要求2所述的磁性结，其特征在于，所述氧化物层包含氧化镁、氧化钽、氧化钨、氧化钛、氧化钒及双层氧化物层中的至少一者，所述双层氧化物层包含Ir及Mg。12.一种磁性存储器，存在于衬底上，其特征在于，包括：多个磁性存储单元，所述多个磁性存储单元中的每...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐学体，冯根，默罕马·托尔菲克·昆恩比，
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