[发明专利]磁性结、磁性存储器以及提供所述磁性结的方法

说明书

本发明阐述磁性结、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。

[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(CAPPING LAYER ON THE TOP OF SUB-OXIDE INPERPENDICULAR MAGNETIC JUNCTIONS)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。

技术领域

本发明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。

背景技术

由于磁性存储器(尤其是磁性随机存取存储器(magnetic random accessmemory，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(spintransfer torque magnetic random access memory，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(spin polarized current)在磁性结中的磁矩(magnetic moment)上施加自旋力矩(spin torque)。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(magnetic tunneling junction，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(pinned layer)、自由层以及位于被钉扎层与自由层之间的隧道势垒层(tunneling barrier layer)。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。

发明内容